ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕТОДИОДА Цель работы: изучение основных свойств светодиода по его вольт-амперным характеристикам. Студент должен знать: Принцип работы, основные характеристики светодиода, вольтамперную характеристику (ВАХ); схемы подключения светодиода; уметь: строить вольтамперную характеристику (ВАХ) светодиода, сравнивать и анализировать полученные результаты по графику ВАХ. Теоретическая часть: Светодиоды — особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет — это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне. Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже. Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (Imax) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА. Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом. Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево. Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво. На схемах светодиоды обозначаются так: Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления Ну и осветительные светодиоды — это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах Светодиод — это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения, бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе: Светодиод (также используется сокращение СИД – светоизлучающий диод; латинский эквивалент – LED:LightEmittingDiode) – это полупроводниковый прибор с электроннодырочным р-n– переходом, который продуцирует оптическое излучение, когда через него проходит электрический ток. Рис. 1.4.1. Светодиод Принцип работы светодиода В основе работы светодиода лежит p-n – переход, так называемый электронно-дырочный переход. Работа светодиода построена на взаимодействии двух полупроводников p-типа и n-типа. P – positive, то есть положительный тип, или дырочный. N – negative, то есть отрицательный тип, или электронный. В результате пропускания электрического тока в месте соприкосновения двух полупроводников происходит переход от одного типа проводимости к другому. Когда через полупроводники проходит электрический ток, отрицательный заряд электронов соединяются с ионами положительно заряженных дырок. В этот момент выделяется энергия, и мы видим излучение света. Устройство светодиода Светодиоды имеют самые разные формы. Но самая распространённая конструкция светодиода – традиционный 5-миллиметровый корпус. У такого корпуса сверху расположена линза, а внизу рефлектор. Внутри корпуса располагается кристалл, который излучает свет при прохождении электрического тока. Схема светодиода незамысловата: он имеет два вывода – анод и катод. На катоде как раз и расположен алюминиевый параболический рефлектор (отражатель). Он внешне выглядит, как чашеобразное углубление, на дно которого помещен кристалл. Полупроводниковый монокристалл – это основной элемент лед светодиода, в котором и происходит p-n – переход. Как правило, монокристалл имеет форму кубика размером 0,3x0,3x0,25 мм. Кристалл соединен с анодом при помощи перемычки из золотой проволоки. Оптически прозрачный полимерный корпус, являющийся одновременно фокусирующей линзой вместе с рефлектором определяют угол излучения светодиода и направленность пучка света. Виды светодиодов, спектр и цвета Современные светодиоды бывают всех цветов радуги: красные, оранжевые, жёлтые, зелёные, синие, белые. Свечение, которое излучает светодиод при подключении его к электрическому току, зависит не от цветовой окраски корпуса. Он зависит от материала, который используется при производстве полупроводника. Так, например, примеси алюминия, индия, гелия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета. Азот, галлий, индий придают излучаемому свету цвета от зелёного до голубого. Чтобы добиться белого свечения в кристалл добавляют люминофор, используемый для производства люминесцентных ламп. Практическая часть: Экспериментальное получение при прямом включении Iпр = f(Uпр) ветви ВАХ с использованием схемы, представленной на рис. 1.4.2. Рис. 1.4.2. Принципиальная схема для исследования свойств светодиода Собрать схему на модуле согласно рис. 1.4.2.Предъявите собранную схему преподавателю для проверки правильности сборки. Использовать источник питания до 15В.Изменять прямое напряжение на светодиоде в пределах, указанных в табл. 1.4.1. Результаты измерений занести в табл. 1.4.1. Таблица 1.4.1: Экспериментальное получение при обратном включении Iпр = f(Uпр) ветви ВАХ с использованием схемы, представленной нарис. 1.4.2. Выставить переменный резистор Rн на 1000 Ом. Собрать схему на модуле согласно рис. 1.4.2. Предъявите собранную схему преподавателю для проверки правильности сборки. Использовать источник питания до 15 В. Изменять обратное напряжение на диоде Шоттки в пределах, указанных в табл. 1.4.2. Результаты измерений занести в табл. 1.4.2. Таблица 1.4.2: Uобр, В 1 3 5 8 10 12 15 Iобр, А Построить ВАХ светодиода. По ВАХ или таблицам определить: А) Статическое сопротивление диода в прямом включении: Rст.пр = Uпр/Iпр при Uпр=0,1В и Uпр=0,7В. Б) Динамическое сопротивление диода в прямом включении: Rдин.пр = ΔUпр/ΔIпр на начальном участке ВАХ (Uпр=0 и Uпр=0.2) и на участке насыщения ВАХ (Uпр=0.3 и Uпр=0.6). В) Статическое сопротивление диода в обратном включении: Rст.обр = Uобр/Iобр при Uобр=5 В и Uобр=20В. Г)Динамическое сопротивление диода в обратном включении: Rдин.обр = ΔUобр/ΔIобр на начальном участке ВАХ Uобр=0 и Uобр=5) и на участке насыщения ВАХ (Uобр=17 и Uобр=20). Контрольные вопросы: 1. 2. От чего зависит яркость свечения светодиода? Какой элемент обязателен в схеме индикатора на светодиоде? Почему?
