2.3 Устройство и принцип работы светодиода (VD1-VD4)

Светодиод- полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника. Как и в нормальном полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется р-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда - электроны и дырки- рекомбинируют с излучением фотонов из- за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой.

Чтобы кванты энергии - фотоны, освободившееся при рекомбинации соответствовали квантам видимого света, ширина запрещенной зоны исходного полупроводника должна быть относительно большой. Исходя из этого ограничения, для изготовления светодиодов используются следующие полупроводниковые материалы: фосфид галлия, карбид кремния, твердые растворы: галлий- мышьяк- фосфор, а также нитрид галлия, который имеет наибольшую ширину запрещенной зоны, что позволяет получать излучение в коротковолновой части видимого спектра вплоть до фиолетового.

Путем добавления в полупроводниковый материал атомов веществ- активаторов можно изменять в некоторых пределах цвет излучения светодиода. Например, на основе фосфида галлия, легированного определенным количеством цинка, кислорода или азота, получают светодиоды зеленого, желтого и красного цветов свечения. Обычно излучение светодиодов является монохроматическим с оговоренной для каждого типа максимальной длиной волны, имеющий незначительный разброс внутри каждого типа. Светодиоды с управляемым цветом свечения изготавливаются на основе двух светоизлучающих переходов, один из которых имеет резко выраженный максимум спектральной характеристики в красной полосе, другой- в зеленой. При совместной работе цвет результирующего излучения зависит от соотношения токов через переходы. Одним из основных параметров светодиодов является : яркость- величина, равная отношению силы света к площади светящейся поверхности( измеряется в канделах на квадратный метр). Основные параметры светодиодов зависят от окружающей температуры. С увеличением температуры яркость (сила света), а также падение напряжения на светодиоде уменьшается. Промышленные светодиоды имеют сравнительно большой разброс параметров и характеристик от образца к образцу.

Светодиоды обладают высоким быстродействием. Излучение нарастает за время менее 10-8 с. после подачи импульса прямого тока. По внешнему конструктивному признаку светодиоды подразделяются на приборы в металлических корпусах со стеклянной линзой в.пластмассовых корпусах.