Тема: «Продолжение»

Лекция №7

Тема: «Продолжение».

Фототеристоры.

Вольтамперные характеристики.

Фотоприемный прибор имеющий три или более ПН перехода, вольтамперная характеристика которого имеет участок отрицательного дифференциального сопротивления, называется фототеристором.

На приведенном рисунке изображена структура фототеристора с тремя ПН переходами. Крайней области такой структуры называются эмитрами, а примыкающие к ним переходы называются эмиторными. Центральный переход называется коллекторным. Между переходами находится базовые области П и Н. Электрод обеспечивающий контакт с эммитром называется катодом, а с П эмитром – анодом.

Теристор может находиться в одном из двух устойчивых состояний. В соответствующих точках выше – теристор открыт, ниже – закрыт. Переход из одного состояния в другое происходит скачком. На участке АБ состояние прибора неустойчиво. Скачок происходит, когда направление напряжения на управляющих электродах или освещенность превышает некоторое пороговое значение. При переходе сопротивления фоторетеристора и ток через него изменяются в 10 в 6 – 7 раз.

Таким образом фототеристоры имеют очень большое коэффициент усиления по току и по мощности. Из схемы вольтамперной характеристики следует, что с ростом освещенности напряжение срыва уменьшается.

Светодиоды.

Источники искусственного света.

1 – зеленый 2 – инфракрасный излучающие диоды.

3 и 4 – лампы накаливания с вольфрамовой нитью.

Для 3 температура 2500 кельвин, для 4 2400 кельвин.

5 – неоновая лампа.

Традиционно к источникам искусственного света для бытового и промышленного освещения относили электрические лампы накаливания, люминесцентные лампы, газоразрядные и неоновые лампы. Излучение этих источников лежит в широком диапазоне длин волн спектра, значительная часть которых находится за пределами видимой области. Развитие полупроводниковой электроники позволило включить в этот перечень новые источники света, а именно светоизлучающие диоды.

Как ясно из рисунка, отличительной особенностью этих полупроводниковых приборов, что создаваемое ими излучение лежит в весьма узком спектральном диапазоне.

Параметры светодиодов.

Сила света. Излучаемый диодом световой поток приходящийся на единицу телесного угла в направлении перпендикулярной плоскости излучаемого кристалла указывается при заданном значении указанного тока измеряется в канделах.

Яркость излучения (L).

Величина равная отношению силы света к площади светящейся поверхности. Измеряется в канделах на квадратный метр, при заданном значении тока через диод.

Постоянное прямое напряжение.

Значение напряжения на светодиоде при протекании постоянного прямого тока.

Максимально допустимый постоянный прямой ток.

Максимально допустимое значение постоянного прямого тока при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе диода.

Максимальное допустимое обратное напряжение приложенного к диоду, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе.

Максимально допустимое обратное импульсное напряжение – максимальное пиковое значение напряжения на светодиоде, включая как однократные выбросы так и периодически повторяющиеся.

Максимальное спектральное распределение – длина волны излучения соответствующая максимуму спектральной характеристики светодиода.

Характеристики светодиодов.

Цвет свечения характеризуется спектральными характеристиками излучения диодов. Диоды на основе фосфита галлия имеет спектральные характеристики с двумя выраженными максимумами в красном и зеленом спектре. В зависимости от количества активирующих примесей, внедренных в структуру излучающего кристалла при его изготовлении, соотношение между значениями максимума изменяется в сторону красного или зеленого света. При достижении этого соотношения 10 к 1 и выше получается красный или зелены цвет излучения. При соотношении максимумов 10 к 4 получаются фотодиоды желто-оранжевого цвета свечения. Излучения диодов характеризуются диаграммой направленности, которая определяется конструкцией диода, наличием линзы, оптическими свойствами защищающего кристалл-материала, излучение светодиодов может быть узконаправленным или рассеянным.

Эффективность работы характеризуется зависимостями параметрами оптического излучения от прямого тока через элемент и от длины волны излучения. Эта зависимость называется излучательной характеристикой или ясностью.

В качестве параметра электрического режима, выбран прямой ток, а не напряжение на нем. Это связано с тем, что у светодиодов ПН переход включается в прямом направлении и его электрическое сопротивление мало. При малых токах велика доля рекомбинации составляющих тока, с ростом прямого тока, поток излучения быстро увеличивается. Дальнейшее увеличения прямого тока приводит к постепенному насыщению центров люминесценции. Поэтому при определенном токе, излучательная характеристика имеет максимум. Максимум излучения зависит от площади и геометрии излучающего ПН перехода и размеров электрических контактов.

Вольтамперная характеристика светодиодов.

Различия прямых ветвей вольтамперной характеристики связаны с разницей в ширине запрещенной зоны применяемых материалов. Чем меньше длина волны излучения, тем больше прямое падение напряжения на светодиоде и потеря электрической энергии в нем. Обратные ветви вольтамперной характеристики имеют малое допустимое обратное напряжение так как ширина ПН перехода в светодиоде не велика. При работе в схемах с большими обратными напряжениями последовательно со светодиодом включают обычный диод.

Определение и оценка параметров светодиодов.

Основные параметры светодиодов зависят от температуры. Зависимость яркости от температуры практически линейна. С увеличением температуры яркость уменьшается. В интервале рабочих температур может изменятся в 2, 3 раза.

Светодиоды обладают высоким быстродействием. Излучение нарастает за время менее 10 наносекунд после подачи импульса прямого тока.

Светодиоды излучают свет видимого спектра, когда через них протекает электрический ток. Приборы в металлическом корпусе со стеклянной линзой обеспечивают направленное излучение света, а изготовленные в пластмассовых корпусах, выполненных из оптически прозрачного компаунда, создает рассеянное излучение. Цвет (длина волны) излучения определяется использованными материалами, количество света излучаемого светодиодом зависит от тока возбуждения и быстро увеличивается с ростом плотности тока.

Положение точки перегиба любой из кривых на рисунке непосредственно связаны с шириной запрещенной зоны. И для красных светодиодов соответствует меньшему прямому падению напряжения. Динамическое сопротивление красных светодиодов может быть равно 1 – 2 Ома. В то время как, для материалов дающих более коротковолновое излучение, оно дает 7 – 15 Ом.

Тема для доклада: «Особо яркие светодиоды».

Срок службы светодиодов.

Поскольку светодиод является твердотельным прибором, срок его службы должен превышать долговечность оборудования, где он установлен. Однако чрезвычайно медленная диффузия в примеси кристаллического полупроводникового соединения на ряду с другими, не совсем ясными, механизмами приводит к тому, что с течением времени световой поток несколько уменьшается. Как правило срок службы светодиодов определяется как время за которое световой поток понижается до 50% от своего первоначального значения. Для светодиодов с излучением в видимом диапазоне обычно приводится срок службы до 11 лет. Скорость деградации так же зависит от выбранного рабочего тока. Его снижение уменьшает деградацию и увеличивает срок службы.

Ограничение тока.

Схема включения светодиода

Зависимость силы света от тока.

Зависимость прямого тока от прямого напряжения.

Как видно из приведенных кривых, при достижении точки перегиба, прямой ток резко возрастает при небольшом увеличении прямого напряжения.

Для ограничения тока последовательно со светодиодом должен быть включен резистор. Этим обеспечивается эксплуатация светодиодов равным или меньшем заданным техническим условиям. Если несколько светодиодов подсоединяются параллельно через общий резистор, непосредственно к одному и тому же стабилизированному источнику питания, то прибор с наименьшим прямым напряжением будет отбирать большую часть тока. В результате его световой поток заметно превысит световой поток других светодиодов. Для того, чтобы с каждым светодиодом подключить отдельный ограничивающий резистор.

Достоинства твердотельных излучателей.

Благодаря малому рабочему напряжению, току и потребляемой мощности сопряжение светодиодов с электронными схемами возбуждения, осуществляется проще, чем в случае ламп накаливания или газоразрядных источников тока. Жесткие геометрические корпуса обеспечивают высокую ударную и вибрационную прочность светодиодов, что позволяет использовать их при таких жестких условиях воздействия окружающей среды, которые не выдерживаются другие источники света. Применение твердотельных материалов для изготовления светодиодов обеспечивает больший срок службы, что увеличивает общую надежность и уменьшает расходы на эксплуатацию оборудования, где светодиоды установлены. Широкая гамма цветов излучения светодиодов от красного до оранжевого, зеленого, дает разработчикам разнообразные области их применения.

Светодиоды отличаются низким уровнем собственных шумов и высокой помехоустойчивостью, быстротой и стабильностью отклика на воздействие управляющей схемы. При этом они не создают бросков тока и не имеют периода разогрева.