3.10. Светодиод.
Светодиод – полупроводниковый прибор с двумя выводами, прямосмещенным p-n- переходом, излучающий свет, вызванный рекомбинацией носителей заряда. Условное схематическое изображение светодиода представлено на рис. 3.10.1, внешний вид – на рис. 3.10.2, устройство на рис 3.10.3. Светодиод состоит из кристалла пролупроводника 2, снабженного выводами во внешнюю цепь 1 и помещенного в корпус с полимерной линзой 3 (см. рис. 3.10.3). Линза служит для того чтобы придать излучению заданную направленность. Они окрашиваются и придают излучению нужный цвет.
Рисунок 3.10.1. Условное обозначение светодиода.
Рисунок 3.10.2. Внешний вид светодиодов.
Рисунок 3.10.3. Устройство светодиода. 1-выводы; 2-пластинка полупроводника с p-n-переходом; 3-полимерная линза.
Светодиод преобразует электрическую энергию рекомбинации электронов и дырок в световую. В обычных диодах рекомбинация происходит с выделением тепла и называется фононной. В светодиодах она происходит с излучением света и называется фотонной. Рекомбинационный ток содержит излучательную и безизлучательную составляющии, которые являются функциями тока, протекающими через p-n- переход. Обычно излучении лежит в узком диапазоне частот (см. рис. 3.10.4). Для изменения длины волны излучения надо менять материал светодиода или ток. Наиболее часто для их изготовления применяют арсенид галлия, фосфид галлия и другие материалы.
Рисунок 3.10.4. Спектральная характеристика излучения светодиодов.
Квантовым выходом η называют отношение числа фотонов nф излученных во внешнюю цепь к числу носителей заряда n прошедших через p-n-переход.
η = nф/n
Квантовый выход светодиодов лежит в диапазоне (0,1-30%).
Основные параметры:
постоянное прямое напряжение Uпр при максимально допустимом токе (не превышает нескольких вольт);
максимально допустимый прямой ток Iпр макс (единицы, десятки мА);
яркость В при максимально допустимом прямом токе (десятки кандел на м2);
полная мощность излучения Рпол при максимально допустимом прямом токе (доли мВт);
характеристика направленности определяет интенсивность излучения в зависимости от его направления (см.рис.3.10.5);
Рисунок 3.10.5. Характеристика направленности светодиода АЛ301(АБ).
Спектральная характеристика представляет собой относительную мощность Р/Рпол излучения в зависимости от длины волны при постоянной температуре (см. рис. 3.10.6).
Рисунок 3.10.6. Спектральная характеристика диода АЛ301(А,Б).
Контрольные вопросы:
1. Как образуется р-n-переход и какие токи проходят через него?
2. Что представляет собой статическая вольтамперная характеристика р-n-перехода?
3. Назовите основные виды пробоя р-n-перехода.
4. Какие из видов пробоя лежат в основе принципа действия некоторых полупроводниковых приборов?
5. Опишите устройство полупроводникового выпрямительного диода.
6. Как классифицируют полупроводниковые диоды?
7. Какие характеристики и параметры характеризуют свойства полупроводниковых диодов?
8. Охарактеризуйте основные группы полупроводниковых диодов.
9. На чем основана работа стабилитронов?
10. Для чего применяют стабилитроны?
11. На каком напряжении работает стабилитрон: прямом или обратном?
12. Для чего применяют варикапы, на чем основана их работа?
13. Какой эффект лежит в основе работы туннельных и обращенных диодов?
14. В чем заключается преимущество излучающих диодов перед другими источниками излучения?
15. Какие характеристики светодиодов Вы знаете?
16. Как зависит емкость варикапа от напряжения?
17. Где нашли применение точечные диоды?
18. В каких случаях применяют обращенные диоды?
19. При каком виде пробоя диод утрачивает свою работоспособность?