Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оптические методы контроля и анализа» для студентов Казнту имени К. И. Сатпаева по специальности 050716
жүктеу/скачать 1,12 Mb.
|
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оптические методы ко
Рисунок 11.1. Нормализованные спектры некоторых источников излучения: 1,2 — соответственно зеленый, инфракрасный СИД; 3, 4 — лампы накаливания с вольфрамовой нитью, соответственно температура 2500 К и 3400 К; 5- неоновая лампа Согласно теории проводимости твердого тела при прохождении тока через р-n-переход в результате рекомбинации дырок или электронов с носителями заряда противоположного знака всегда выделяется световая (фотоны) или тепловая (фононы) энергия. Одним из положен! квантовой теории является то, что в твердых кристаллах электроны могут иметь только определенную энергию; запрещенная энергетическая зона представляет собой промежуток меж; верхом валентной зоны и дном зоны проводимости. Эта зона характеризует полупроводник, ее ширина, выраженная в электрон-вольтах (эВ), определяет длину волны испускаемого излечения. Проведенный изготовителями анализ различных полупроводниковых материалов с точки зрения их пригодности для изготовления СИД по таким параметрам, как длина волны, эффективность преобразования энергии и легкость легирования, позволил остановить выбор i арсениде галлия (GaAs), фосфиде галлия (GaP) и соединении фосфид арсенида галлия (GaAsF). Основные характеристики и параметры светодиодов. Сила света Iν - излучаемый диодом световой поток, приходящий на единицу телесного угла в направлении, перпендикулярном к плоскости излучающего кристалла. Указывается при заданном значении прямого тока и измеряется в канделах (кд). Яркость излучения L — величина, равная отношению силы света к площади светящей! поверхности. Она измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м2) при заданном значении прямого тока через диод. Постоянное прямое напряжение Unp — значение напряжения на СИД при протекай! постоянного прямого тока. Максимально допустимый постоянный прямой ток Iпр mах, -максимальное значение постоянного прямого тока, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе диода. Максимально допустимое обратное напряжение Uобрmах- максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к диоду, при котором обеспечивается заданная надежность при длительной работе. Максимально допустимое обратное импульсное напряжение Uo6pимп - максимальное пиковое значение обратного напряжения на светодиоде, включая как однократные выброс так и периодически повторяющиеся. Максимальное спектральное распределение λmах - длина волны излучения, соответствующая максимуму спектральной характеристики излучения СИД. Характеристики светодиодов. Цвет свечения характеризуется спектральными характеристиками излучения диодов. Диоды основе фосфида галлия имеют спектральные характеристики с двумя выраженными максимами в красном и зеленом участках спектра. В зависимости от количества активирующих примесей, внедренных в структуру излучающего кристалла при изготовлении, соотношение жду значениями максимумов изменяется в сторону красного или зеленого цвета. При достижении этого соотношения 10:1 и выше получают красный или зеленый цвет излучения. При отношениях максимумов 10:4 получают светодиоды желто-оранжевого цвета свечения. Рис. 11.2. Схема включения светодиода Излучение диода характеризуется диаграммой направленности, которая определяется конструкцией диода (рис. 11.2), наличием линзы, оптическими свойствами защищающего кристалл материала. Излучение СИД может быть узконаправленным или рассеянным. Эффективность работы СИД характеризуется зависимостями параметров оптического излучения от прямого тока через элемент от длины волны излучения. Зависимость потока излучения Ф, Вт, от прямого тока Iпр называется излучательной (яркостной) характеристикой (рис. 11.3). Рисунок 11.3. Излучательная характеристика светодиода. Излучательной характеристикой называют также зависимость яркости L, кд/м2, от прямого тока, а зависимость силы света от прямого тока - световой характеристикой. В качестве параметра электрического режима выбран прямой ток через СИД, а не напряжение на нем. Это связано с тем, что у СИД р-n-переход включают в прямом направлении и его электрическое сопротивление мало. Обычно прямой ток через СИД задается внешней цепью: например, соответствующим выбором ограничивающего сопротивления Rorp на рис. 11.2. При малых токах Iпр велика доля рекомбинации составляющей тока и коэффициент инжекции мал. С ростом прямого тока поток излучения сначала быстро увеличивается до тех пор, пока в токе диода не становится преобладающей диффузионная составляющая тока, Дальнейшее увеличение Iпр приводит к постепенному насыщению центров люминесценции и сопровождается ростом ударной рекомбинации. Поэтому при определенном токе излучательная характеристика имеет максимум. Максимальная сила излучения зависит от площади и геометрии излучающего р-n -перехода и от размеров электрических контактов. Определение и оценка параметров светодиодов. Параметры светодиодов как элементов цепей постоянного тока определяются их вольт-ампер ными характеристиками (ВАХ). Различия прямых ветвей ВАХ связаны с разницей в ширина запрещенной зоны применяемых материалов. Чем меньше длина волн излучения, тем больше прямое падение напряжения на СИД и потери электрической энергии в нем (рис. 11.4). Об ратные ветви ВАХ имеют малое допустимое обратное напряжение, так как ширина р-п-пе рехода в СИД невелика. При работе в схемах с большими обратными напряжениями последовательно со светодиодом необходимо включать обычный диод. Основные параметры диодов зависят от температуры. Зависимость яркости (силы света) с температуры практически линейная. С увеличением температуры яркость (сила света) уменьшается. В интервале рабочих температур яркость может изменяться в два-три раза. Рисунок 11.4. Вольт-амперные характеристики диодов. Светодиоды обладают высоким быстродействием. Излучение нарастает за время менее 10 не после подачи импульса прямого тока. Однако для устройств отображения, в которых обычно используются СИД, быстродействие не является критичным. Поэтому для серийных светодиодов временные параметры не приводятся. Светодиоды широко применяются в радиоэлектронной аппаратуре в устройствах индикации: включения, готовности и работе, наличия напряжения, аварийной ситуации, достижения температурного порога, выполнения функционального задания. 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, создают рассеянное излучение. Рисунок 11.5. Зависимость прямого тока от прямого напряжения. Хотя цвет (длина волны) излучения определяется использованным материалом, количество света, испускаемого светодиодом, зависит от тока возбуждения и быстро увеличивается с ростом плотности тока. Положение точки перегиба любой из кривых на рис. 11.5 непосредственно связано с шириной запрещенной зоны и для красных светодиодов соответствует меньшему прямому падению напряжения. Согласно рис. 11.5 динамическое сопротивление красных светодиодов равно (1.. .2) Ом, в то время как для материалов, дающих более коротковолновое излучение, оно составляет (7…15) Ом. По мере роста плотности тока через р-n-переход большее число электронов и дырок инжектируется в запрещенную зону. При их движении возникают вторичные эффекты, повышающие число дырок и электронов, которые могут излучительно рекомбинировать. В результате световая эффективность СИД увеличивается. На рис. 11.6 показаны зависимое светового потока от тока возбуждения светодиодов для ряда материалов. Следует отметить, что красные GaP-светодиоды начинают излучать при малых плотностях тока, однако их v лучение достигает насыщения при относительно низких плотностях тока по сравнению светодиодами из других материалов. Рисунок 11.6. Спектральные диапазоны излучения и максимальной фоточувствительность полупроводниковых материалов и структур. Литература: 2 осн. [406-409]. Контрольные вопросы. Разновидности источников. Основные параметры светодиодов. Схема включения светодиодов. Излучательная характеристика светодиодов. Излучение видимого спектра светодиода. жүктеу/скачать 1,12 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|