89411

Схемные примеры применения оптронов и светодиодов

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Русский

2015-05-12

45.58 KB

0 чел.

Схемные примеры применения оптронов и светодиодов.

Светодио́д или светоизлучающий диод (СДСИДLED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром.

В 1907 году Генри Джозеф Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл — карбид кремния(карборунд, SiC), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.

Эти эксперименты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году О. В. Лосевым, который, экспериментируя с выпрямляющим контактом из пары карборунд — стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но тогда весомое значение этого наблюдения не было понято и потому не исследовалось в течение многих десятилетий.

Вероятно, первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.

При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

Характеристика

Обозначение светодиода в электрических схемах

Вольт-амперная характеристика светодиодов в прямом направлении нелинейна. Диод начинает проводить ток начиная с некоторого порогового напряжения. Это напряжение позволяет достаточно точно определить материал полупроводника.

Современные сверхъяркие светодиоды обладают менее выраженной полупроводимостью, чем обычные диоды. Высокочастотные пульсации в питающей цепи (т. н. «иголки») и выбросы обратного напряжения приводят к ускоренному деградированию кристалла. Скорость деградирования также зависит от питающего тока (нелинейно) и температуры кристалла (нелинейно).

 Диодные оптопары

Применение

В качестве элементов гальванической развязки оптроны применяются: для связи блоков аппаратуры, между которыми имеется значительная разность потенциалов; для защиты входных цепей измерительных устройств от помех и наводок и т.д. Другая важнейшая область применения оптронов - оптическое, бесконтактное управление сильноточными и высоковольтными цепями. Запуск мощных тиристоров, триаков, симисторов, управление электромеханическими релейными устройствами.

Специфическую группу управляющих оптронов составляют резисторные оптроны, предназначенные для слаботочных схем коммутации в сложных устройствах визуального отображения информации, выполненных на электролюминесцентных (порошковых) индикаторах, мнемосхемах, экранах.

Создание "длинных" оптронов (приборов с протяженным гибким волоконно-оптическим световодом) открыло совершенно новое направление применения изделий оптронной техники - связь на коротких расстояниях.

Различные оптроны (диодные, резисторные, транзисторные) находят применение и в чисто радиотехнических схемах модуляции, автоматической регулировки усиления и др. Воздействие по оптическому каналу используется здесь для вывода схемы в оптимальный рабочий режим, для бесконтактной перестройки режима и т. п.

Возможность изменения свойств оптического канала при различных внешних воздействиях на него позволяет создать целую серию оптронных датчиков: таковы датчики влажности и загазованности, датчика наличия в объеме той или иной жидкости, датчики чистоты обработки поверхности предмета, скорости его перемещения и т. п.

Достаточно специфическим является использование оптронов в энергетических целях, т. е. работа диодного оптрона в фотовентильном режиме. В таком режиме фотодиод генерирует электрическую мощность в нагрузку и оптрон до определенной степени подобен маломощному вторичному источнику питания, полностью развязанному от первичной цепи.

Создание оптронов с фоторезисторами, свойства которых при освещении меняются по заданному сложному закону, позволяет моделировать математические функции, является шагом на пути создания функциональной оптоэлектроники.

Универсальность оптронов как элементов гальванической развязки и бесконтактного управления, разнообразие и уникальность многих других функций являются причиной того, что сферами применения этих приборов стали вычислительная техника, автоматика, связная и радиотехническая аппаратура, автоматизированные системы управления, измерительная техника, системы контроля и регулирования, медицинская электроника, устройства визуального отображения информации.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82844. Склонение имен существительных 37 KB
  Цель: Закреплять умения склонять существительные по падежам; познакомить учащихся с несклонеяемыми именами существительными; развивать внимание, мышление, орфографическую зоркость, память; воспитывать интерес к изучению русского языка, любовь к природе, трудолюбие.
82846. Умови життя тварин. Боротьба тварин за життя 46 KB
  Мета: формувати поняття необхідні умови для життя рослиноїдних хижих і всеїдних тварин уявлення про ознаки пристосування тварин до добування корму; виховувати спостережливість любов до природи та бережливе ставлення до неї. Які групи тварин ви знаєте Як вони поділяються за способом живлення...
82847. Навколишнє середовище (довкілля) тварин. Як тварини пристосувалися до різних умов навколишнього середовища. Охорона тварин 143 KB
  Мета: формувати елементарні поняття про навколишнє середовище тварин та необхідні умови для їх життя уявлення про деякі ознаки пристосування тварин до умов навколишнього середовища та пристосування до захисту від ворогів у природі...
82848. Дієслова близькі та протилежні за значенням 59 KB
  Дієслова близькі та протилежні за значенням. Поглиблювати знання про дієслова; розвивати в учнів уміння добирати дієслова близькі та протилежні за значенням; вчити вживати дієсловасиноніми у власному мовленні; збагачувати лексичний запас учнів; учити складати розповідь за серією малюнків використовуючи...
82849. Розповідні речення 49.5 KB
  Розширити уявлення учнів про речення; розпочати ознайомлення з типами речень за метою висловлювання; ознайомити учнів з розповідними реченнями їх характерними ознаками оформленням на письмі; розвивати вміння визначати розповідні речення в мовленні правильно записувати їх за інтонаційними ознаками...
82851. Слова, що означають назви предметів 40 KB
  Мета: узагальнити і систематизувати значення по вивченій темі, розвивати увагу, пам’ять, зв’язне мовлення, вміння аналізувати, узагальнювати і виділяти головне, виховувати старанність, інтерес до навчання, бережливе ставлення до природи.
82852. Слова, що означають назви предметів. Складання усної розповіді за малюнком 105 KB
  Закріпити знання учнів про слова що означають назви предметів. Сьогодні ми будемо закріплювати знання про слова що означають назви предметів будемо розпізнавати ці слова і ставити до них питання. Дрізд до дятла Добрий день Дуб здоровий не впаде Дятел дзьобом дріботить: Двісті років простоїть...