Випромінюючі діоди (світлодіоди)

Світлодіод - випромінюючий напівпровідниковий прилад з одним електронно-дірковим переходом, призначений для безпосереднього перетворення електричної енергії в енергію світлового випромінювання.

При поданні в p-n- перехід прямої напруги спостерігається інтенсивна інжекція неосновних носіїв заряду: електронів в p- область і дірок в n- область. Вони рекомбінують з основними носіями цієї області напівпровідника і їх концентрація швидко падає у міру видалення від p-n- переходу в глиб напівпровідника. При зустрічі електрона і дірки їх заряди компенсуються і ці носії заряду зникають. При рекомбінації виділяється енергія. У деяких напівпровідників енергія при рекомбінації перетворюється на тепло - не випромінюється. А у напівпровідників на основі галлія, миш`яку, карбиду кремнію – рекомбінація випромінювальна, енергія виділяється у вигляді квантів випромінювання - фотонів.

Світлодіод працює при прямому зміщенні p-n- переходу, дивись рисунок 1.14, а, коли прямий струм складає величину близько 10…50 мА (при цьому напруга світлодіода, виготовленого на основі фосфіду галію, приблизно рівне 1,5 В, а напруга електричного пробою ).

а) схема включення; б) яскравісна характеристика;

в) і г) діодний оптрон і його передатна характеристика

Рисунок 1.14 – Світлодіод

Основні характеристики світлодіода:

- яскравісна характеристика, рисунок 1.14, би, визначальна залежність світлового потоку Ф від прямого струму I, що протікає через світлодіод.;

- спектральна характеристика - розподіл інтенсивності випромінювання (залежність відносної потужності випромінювання від довжини хвилі);

- характеристика спрямованості - визначає інтенсивність світлового випромінювання залежно від напряму випромінювання

Конструктивно світлодіод виконується так, щоб забезпечити виведення випромінювання з мінімальними втратами. Випромінюючі діоди випускаються для видимої, інфрачервоної частини і ультрафіолетової частини спектру.

Світлодіод використовується не лише як індикатор, але і в якості джерела випромінювання оптрона (оптопари), приймачем випромінювання якого можуть бути фоторезистор, фотодіод, фототранзистор або фототиристор, дивися на рисунок 1.14, в приведена схема діодного оптрона.

Перевагою оптрона є відсутність гальванічного зв'язку між вхідним і вихідним ланцюгом.

Передатна характеристика оптрона будується на основі характеристик джерела і приймача випромінювання, дивись на рисунку 1.14, г приведено сімейство передатних характеристик діодного оптрона при різних опорах навантаження , приєднаного до його вихідних затисків.

Імпульсні діоди

Імпульсні діоди застосовуються випрямлення змінного струму високих частот і для роботи в електричних ланцюгах з високою швидкістю зміни різнополярної напруги (для роботи в швидкодіючих імпульсних схемах з часом перемикання 1 мкс і менш). При таких коротких робочих імпульсах доводиться враховувати інерційність процесів включення і виключення діодів і вживати конструктивно-технологічні заходи, спрямовані на зниження бар'єрної місткості і скорочення часу життя нерівноважних носіїв заряду в області p-n- переходу.

Вони характеризуються тими ж параметрами, що і випрямні діоди. Додатково для цих діодів наводиться час відновлення зворотного опору (1÷500 нс), заряд переключення (от одиниць пікокулонів до одиниць нанокулонів) і імпульсна пряма напруга при заданому прямому імпульсному струмі.

Застосовуються логічних схемах електронних цифрових обчислювальних машин.

Варикапи

Варикапи - напівпровідникові діоди, у яких використовується бар'єрна місткість замкнутого p-n- переходу і залежна від величини прикладеної до діода зворотної напруги. Застосовуються для електронного налаштування коливальних контурів.