3.3. Светодиоды

Светодиоды - это диоды, которые излучают свет при протекании через них прямого тока. Область спектрального излучения диодов имеет довольно узкие границы. Условное графическое изображение светодиодов и схема их включения показаны на рис.3.10.

Прямое падение напряжение на светодиодах больше, чем на обычных диодах, и зависит от их типа. Так для светодиодов красного свеченияU_Д= 1,6 – 1,8 В, для оранжевого и желтого -

U_Д= 2,0 – 2,2 В. Яркость свечения в широком диапазоне пропорциональна прямому току светодиода. Тока в несколько миллиампер уже достаточно для отчетливой индикации.

Светодиоды используются в качестве элементов индикации. Светодиоды изготавливаются в виде отдельных элементов, а также в виде семисегментных или точечных матриц.

В качестве примера построим индикатор напряжения питания 5 В рис.3.10. Используем для этого светодиод красного свечения сU_Д=1,8 В. Ток через светодиод выберем равным 5 мА. Тогда величина резистораR1, ограничивающего ток будет равнаR1 = (U_п–U_Д) /I_д= (5 – 1,8) В/ 5мА = 640 Ом.

3.4. Фотодиоды

Фотодиод имеет структуру обычного p-n- перехода. Обратный ток фотодиода зависит от уровня освещенности. Фотодиоды помещаются в металлический корпус с прозрачным окном. Условное графическое изображение фотодиода и его схема замещения приведены на рис.3.11. На рис.3.12 приведено семейство вольт-амперных характеристик фотодиода.

Фотодиод может включаться в схему с внешним источником питания (фотодиодный режим) и без него (вентильный режим).

Вентильный режим. В вентильном режиме фотодиод преобразует световую энергию в электрическую, генерируя фото – э.д.с. под действием света. Из характеристик светодиода видно, что при увеличении освещенности напряжение холостого хода кремниевого фотодиода увеличивается приблизительно до 0,5 В. Для фотодиода характерено наличие тока короткого замыкания I_ф (или фототок), который пропорционален его освещенности. Под нагрузкой (рис.3.13) напряжение на фотодиоде снижается незначительно, пока величина тока нагрузки остается меньше величины тока короткого замыкания для данной освещенностиI_ф.

Из схемы на рис.3.13,б, где фотодиод представлен схемой замещения, найдем ток нагрузки. Ток нагрузки будет равен разности тока короткого замыкания (фототока)I_ф и прямого тока диода. Прямой ток диода определяется из уравнения (3.1). Следовательно

.

Отсюда можно найти напряжение на нагрузке

.

Фотодиоды в вентильном режиме пригодны для получения электрической энергии. для этих целей изготавливаются специальные фотодиоды с большой площадью p-n – перехода, которые называются солнечными элементами.

Фотодиодный режим. В фотодиодном режиме на фотодиод подается запирающее напряжение. При подаче на фотодиод запирающего напряжения фототок практически не изменяется. При отсутствии освещенности через фотодиод течет так называемый темновой ток, равныйI_то. Фотодиодный режим предпочтителен, когда требуется получить большое быстродействие, так как с ростом запирающего напряжения уменьшается собственная емкостьp-n– перехода.

Фотодиоды широко применяются в различных датчиках, для построения фоточувствительных матриц, в оптронах.