1.4. Светоизлучающие диоды

Светоизлучающий диод (СИД) - это малоинерционный источник светового излучения. Он всегда работает при прямом включении. Структура и принцип работы СИД поясняется на рис. 6.7.

Принцип работы СИД основан на физических процессах, происходящих в p-n-переходе при рекомбинации носителей. Обычно в эмиттерной области концентрация основных носителейn_n значительно больше концентрации основных носителей в базеp_p. Область базы выполняется протяжённой и имеет свободный выход светового потока Ф. При прямом включении через переход проходят основные носителиn_nиp_p. При этом электроны, проходящие в базу, рекомбинируют с дырками, т.е. переходят из зоны проводимости в валентную зону, при этом излучается квант энергии:

h = hc/  E_З;  = E_З/1,23,

где h- постоянная Планка;c- скорость света;- длина излучаемой волны;E_З- ширина запретной зоны.

Как видно из формулы, длина излучаемой волны, а следовательно, и цвет излучения, зависит от ширины запрещённой зоны, т.е. от материала из которого изготовлен СИД.

Для кремниевых и германиевых СИД длина излучаемых световых волн лежит в области невидимого инфракрасного диапазона. Для получения видимого спектра излучений_вид= 0,380,78 мкм ширина запретной зоны должна бытьE_З> 1,5 эВ.

Для получения длины волны _видиспользуют фосфит галлия GaP, карбид кремния SiC, арсенид галлия GaAs.

Вольт-амперная характеристика СИД показана на рис. 6.8, из которой видно, что СИД обладает свойством стабилизатора напряжения, т.к. прямое напряжение U_пр= const на рабочем участке ВАХ.

Основные параметры СИД:

- цвет свечения (зависит от исходного материала);

- яркость свечения B=f(I_пр);

- максимальный прямой ток I_{пр.max.доп} = 10^ки100^нимА;

- номинальное прямое напряжение U_пр= 1,02,5 В;

- максимальное обратное напряжение U_{обр.max.доп} = 1^цы10^киВ;

- быстродействие, которое определяется временем переключения СИД при подаче прямого импульса тока:

t_перекл=t_вкл+t_выкл,

где t_вклиt_выкл- связаны с накоплением и рассасыванием заряда на переходе.

К недостаткам СИД относятся:

- необходимость защиты от больших токов;

- необходимость защиты от превышения U_обр.

Достоинством СИД является его малая инерционность.

1.5. Оптрон

Оптрон или оптопара – это оптоэлектронный прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник излучения, связанные между собой оптическим каналом, например светодиод (источник излучения) и фототранзистор (приёмник излучения). Оптроны в основном используются для работы в импульсном режиме, как бесконтактные коммутаторы, где необходима гальваническая развязка цепей.

Достоинствами оптронов являются:

- отсутствие влияния выходной цепи на входную;

- однонаправленность воздействия;

- большая плотность информации;

- высокая помехозащищенность.

К недостаткам оптронов относятся:

- относительно большое потребление мощности (из-за двойного преобразования энергии);

- низкий КПД (не более 20%);

- высокая температурная нестабильность;

- высокий уровень собственных шумов.