6. Принцип действия, схема включения, основные параметры и характеристики полупроводниковых излучающих диодов.

Ответ:

Принцип действия полупроводниковых излучающих диодов (светодиод) основан на явлении электролюминесценции при протекании тока в структурах с p-n-переходом. Светодиоды выполняют функции, противоположные фотоприемникам, т.е. эффективно преобразуют электрическую энергию в световую. Когерентное монохроматическое или спонтанное высвечивание (люминесценцию) в полупроводнике можно получить рядом методов возбуждения (накачки): оптическим возбуждением, воздействием на полупроводник пучком быстрых электронов с высокой энергией, возбуждением полупроводниковых материалов импульсами электронного поля (ударной ионизацией).

Спектральные характеристики люминесцентных излучающих диодов (светодиодов)

Светодиод излучают в спектральном интервале до нескольких десятков нанометров. Длина волны излучения определяется энергетической шириной зон полупроводника, чаще всего шириной запрещенной зоны ,

Яркостная характеристика и температурный диапазон работы светодиодов

Основной характеристикой светодиода как источника света является его яркостная характеристика

Яркостная характеристика имеет нелинейный начальный участок, ограниченный низким выходным яркостями (мощностями), и почти линейный участок протяженностью один или два порядка изменения яркости. В широком диапазоне изменений рабочей яркости в первом приближении можно записать , где , b- некоторый коэффициент, имеющий разброс от диода к диоду (2…20 кд/м².мА), значение тока, протекающего через p-n-переход; пороговое значение тока через диод, при котором становится возможна линеаризация зависимости

Величина для комнатной температуры лежит в пределах от (0,1…0,5) мА до (1…2,5) мА и зависит от типа светодиода, параметров полупроводника, характеристик контактов и температуры.

График

Временная динамическая характеристика светодиода определяется минимальным временем нарастания и спада светового импульса, завалом плоской вершины при питании его прямоугольным импульсом тока, а также минимальной скважностью импульсов.

Параметры светодиода как элемента электрической цепи определяют его вольт-амперный характеристикой.

Схема включения:

У всех светодиодов она типично диодная с сильно выраженной нелинейностью в проводящем направлении. Поэтому последовательно с диодом необходимо включать ограничивающий резистор, обеспечивающий устойчивый режим работы светодиод. Для импульсов тока длительностью 10 с и менее эквивалентную схему светодиод можно представить параллельным RC- контуром, как показано на рис.

По вольт – амперным характеристикам определяется статическое , остаточное и динамическое (дифференциальное) сопротивления диода, напряжение отсечки и пробоя .

Основной характеристикой излучающих светодиодов является квантовый выход.

где внешний и внутренний квантовые выходы;

температура; интегральный ток в переходе; оптическая эффективность конструкции.

Внешний квантовый выход светодиод:

постоянная планка, частота излучения; заряд электрона.

Коэффициент полезного действия светодиода:

приложенное к диоду напряжение.

Связь между КДП и внешним квантовым выходом:

.