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

6802. Определение параметров электрических колебаний 208 KB
  Цель работы: В лабораторной работе ставится целью определение параметров электрических колебаний по их осциллограммам. Содержание отчета. Измерение параметров синусоидального напряжения с помощью осциллографа. Схема исследуемой электр...
6803. Измерение постоянного напряжения и силы электрического тока 173 KB
  Измерение постоянного напряжения и силы электрического тока. Цель работы: ознакомиться с измерительными приборами, изучить методику измерений постоянных напряжений и токов, определения погрешностей и обработки результатов эксперимента. Теорети...
6804. Автоматизация разметки блок-схем алгоритмов 84.4 KB
  Автоматизация разметки блок-схем алгоритмов. Номер зачётной книжки: 831910 =100000011111112 Алгоритм обнаружения бесконечных циклов: Проверяем все операционные вершины на наличие перехода назад, если есть переход назад - помечаем блок д...
6805. Пасивне мережеве обладнання 109 KB
  Мета роботи: дослідити принципи побудови та функціонування мереж типу Ethernet. Теоретична частина Загальні відомості. Ethernet був започаткований у 1970 році (Dr. Robert M. Metcalfe) в дослідницькому центрі фірми Xerox. Перша система Ethernet...
6806. Ограничения целостности в SQL Oracle 188.5 KB
  Ограничения целостности в SQL Oracle Цели лабораторной работы Изучить возможности SQL Oracle по описанию и поддержанию ограничений целостности. Приобрести практический опыт по описанию ограничений целостности. Теоретические о...
6807. Измерение сопротивления прямым и косвенным методами 68 KB
  Измерение сопротивления прямым и косвенным методами. Подготовка приборов к измерению сопротивления В7-26 Переключатель рода работ перевести в положение r и проверить нулевое положение указателя при замкнутых накоротко гнездах...
6808. Одержання тонкоплівкових структур термічним випаровуванням у вакуумі 66.5 KB
  Одержання тонкоплівкових структур термічним випаровуванням у вакуумі Ціль роботи: ознайомлення з методом осадження тонкоплівкових покриттів з пари речовини, що випаровується у вакуумі. Робота містить у собі одержання металевих плівок методом термічн...
6809. Базова VLAN Конфігурація 572 KB
  Базова VLAN Конфігурація Діаграма топології Таблиця адрес Пристрій (Ім'я хоста) Інтерфейс IP адрес Маска підмережі Шлюз по замовчуванню S1 VLAN 99 172.17.99.11 255.255.255.0 N/A S2 VLAN....
6810. Параметрична ідентифікація параметрів з використанням функцій чутливості 116.93 KB
  Параметрична ідентифікація параметрів з використанням функцій чутливості. Для математичної моделі коливання трьох мас, які поєднані між собою пружинами з відповідними жорсткостями, і відомої функції спостереження координат моделі потрі...