Основные типы и параметры светодиодов
Светодиод – это полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, который создает оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.
Основными типами светодиодов являются: выводные светодиоды, SMD светодиоды и СОВ-светодиоды. Особенностью выводных светодиодов является то, что у них имеются “ножки”, которые предназначены для монтажа в отверстиях печатной платы. Данный тип светодиодов используется в подсветке и индикации, а его схема изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема выводного светодиода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Некоторые модификации выводных светодиодов используются в переносных светильниках, лазерных указках и фонарях. Основными из них являются круглые, диаметр которых может быть 3,5 или 8 миллиметров, прямоугольные (пиранья) и цилиндрические.
SMD светодиоды монтируются на печатную плату посредством поверхностного монтажа. Основой таких светодиодов является кристалл (светодиодный чип), который размещается в квадратном или прямоугольном корпусе, а минусовой и плюсовой выводы выполняются в виде металлических полосок. Схема SMD светодиода изображена на рисунке ниже.
Рисунок 2. Схема SMD светодиода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Процесс создание SMD светодиода состоит из четырех этапов:
- Выращивание кристалла.
- Планарная обработка пленки.
- Сортировка чипов по категориям - бинирование.
- Размещение чипов в корпус.
Кристаллы выращиваются при помощи технологии, которая предполагает применение металлоорганической эпитаксии, то есть послойного наращивания кристаллической структуры и создание контактных отводов от каждого p-n перехода. Готовые кристаллы размещаются на подложке, которая отводит лишнее тепло. На поверхность готовых чипов наносится оптическое покрытие, в большинстве случаев люминофор. Данные светодиоды также используются в современных светильниках.
Идея СОВ-светодиода заключается в том, что большое количество светодиодных элементов размещаются на общей подложке. Благодаря этому обеспечивается высокая плотность кристаллов на единицу площади по сравнению с SMD светодиодами. Пример схемы СОВ-светодиода изображен на рисунке ниже.
Рисунок 3. Схема СОВ-светодиода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Таким образом данная компактная матрица излучает световой поток с более лучшей однородностью и интенсивностью. Подложка из керамики или алюминия заливается герметично люминофором, а чтобы отвести лишнее тепло плата устанавливается на радиатор.
К основным параметрам светодиодов относятся габариты, цветовая температура, световой поток, мощность, ток и напряжение. Средняя величина рабочего тока однокристального светодиода составляет около 200 миллиампер. Нестабильность тока источника питания плохо сказывается на сроке службы и интенсивности свечения. Для питания светодиодов используются драйверы, которые должны обеспечивать стабильность тока. Границы напряжения зависят от модели светодиода. Мощность светодиода необходимо знать для расчета нагрузки и подбора источника питания. По мощности светодиоды делятся на маломощные (до 0,5 ватт), средние (от 0,5 до 3 ватт) и мощные (от 3 ватт). Светодиодами формируется световой поток с углом рассеивания 100 - 120 градусов. От цветовой температуры зависит комфортность зрительного восприятия. Сейчас светодиодная техника производится с тремя разными оттенками белого свечения: теплое (от 2700 до 3500 кельвинов), дневное (от 3500 до 5000 кельвинов) и холодное (более 5000 кельвинов).
Принцип работы и классификация фотодиодов
Фотодиод – это приемник оптического излучения, преобразующий попавший на его светочувствительную поверхность свет в электрический ток благодаря процессам в p-n переходе.
При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, устремляющихся к границе р-n перехода. Ширина n-области (база) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в р-область. Электрический ток фотодиода обусловлен током неосновных носителей - током дрейфа. Скорость работы фотодиода определяется скоростью разделения носителей p-n перехода, а также его емкостью. Фотодиод работает в двух основных режимах: с внешним обратным напряжением (фотодиодный) и фотогальванический (без внешнего напряжения). К особенностям фотодиодов относятся: малая инерционность, простота структуры и технологии производства, малое сопротивление базы и сочетание быстродействия и высокой фоточувствительности. Фотодиоды делятся на следующие виды:
- P-I-N фотодиод. В структуре такого фотодиода средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости.
- Фотодиод Шоттки. Структура такого фотодиода - металл-полупроводник. При образовании структуры некоторая часть электронов переходит из металла в полупроводник р-типа.
- Лавинный фотодиод. В структуре таких фотодиодов используется лавинный пробой - пробой, который обусловлен тем, что носители, которые разгоняются в сильном электрическом поле приобретают кинетическую энергию, достаточную для ударной ионизации.
- Фотодиод с гетероструктурой. В таких фотодиодах заряды генерируются в центральной области и благодаря подбору полупроводников с разной шириной запрещенной зоны можно перекрыть весь диапазон длин волн.
