Свето-излучающие диоды и их применение - Мухитдинов М.
Скачать (прямая ссылка):
Спектральные характеристики СИД со стеклянным покрытием и без него при 300 и 77 К представлены на рис. 1.4. Как видно из рисунка, покрытие СИД не изменяет их спектральных характеристик. Вместе с тем при использовании покрытия в виде сферы Вейерштрасса или усеченного эллипсоида КПД СИД воз-
?,дти. td.
1,0 О, В
Ю,Ь-
2,8 3,2 3,6 К, мкм
Рис. I 4. Спектры излучения светоизлучающих диодов на основе InAs {2, 4) и твердых растворов InGaAs
0.3)-
1, 2 — при 77 К; 3, 4 — при 300 К; I, II-спектральные характеристики без покрытия и с покрытием из ха чькогенидного стекла
Рис. 1.5. Диаграмма направленности
излучения:
1 — без покрытия; 2, 3 — с покрытием в виде эллипсоида с соотношением линейных размеров 1 4 и 1 : 6 соответственно
7
растает в 3—4 раза, достигая 1,6% при 300 К. Диаграммы направленности излучения СИД без покрытий и с покрытием приведены иа рис. 1.6.
Как элемент электрической цепи СИД характеризуется вольт-амперной характеристикой (ВАХ), близкой к характеристике обычного диода. Характерным для ВАХ СИД является наличие начального порога включения 1,5... 2,2 В и почти линейного рабочего участка. Спектральные характеристики могут быть с одним и двумя выраженными максимумами. Диаграмма направленности излучения СИД как точечного источника излучения определяется его конструкцией, наличием линз, оптическими свойствами материала и может быть узконаправленной.
Одним из основных недостатков СИД является температурная зависимость интенсивности излучения. С увеличением температуры интенсивность излучения уменьшается и максимум спектральной характеристики уходит в сторону длинных волн. В качестве примера на рис. 1.6 и 1.7 приведены температурная зависимость потока излучения и разброс спектральных характеристик [7].
Величина и характер изменения интенсивности СИД при изменении температуры окружающей среды определяется их физикохимическими свойствами. В случае линейного характера изменения интенсивности излучения СЙД в заданном диапазоне температур температурная нестабильность излучения обусловлена температурным коэффициентом Кт, значение которого находится из выражения [8]
—*фТг юо%,
®тах Д Т
где ДФ — величина изменения интенсивности излучения СИД; Фтах — максимальная интенсивность излучения; АТ — изменение температуры светодиода. Значение температурного коэффициента обычно выражено в процентах на градус. Значения температурных коэффициентов для некоторых СИД приведены в табл. 1.2.
Знаки перед температурными коэффициентами указывают на уменьшение интенсивности излучения при повышении температуры. Если изменения интенсивности излучения имеют сложный ха-
Фк,отн еЗ.
А/1307Г АП102Б
О,В 0,6 0,4 0,2
540 600 660 720 780 840 900 960 Я, нм
15
25 Т,°С
Рис 1 6. Температурный разброс спектральных характеристик светодиодов:
------t —20° С;----t=l° С;------t = 40°C
Рис. 1.7. Типовая температурная зависимость потока излучения
8
рактер, то температурную нестабильность лучше характеризовать графическим способом.
Для применения СИД в различных устройствах необходимы сведения об их основных характеристиках и параметрах. Выбор необходимого излучателя производится по конкретным требованиям, предъявляемым к устройству, в котором предполагается использовать СИД. Затем приступают к выбору режима питания и варианта включения.
1.2. РЕЖИМЫ ПИТАНИЯ И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ
СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ
Питание СИД осуществляется в различных режимах: постоянным током, в импульсном режиме и функциональном режиме (например, питание током, сформированным по экспоненте). В табл. 1.3. приведены эти режимы, их временные диаграммы и математическое представление.
Рассмотрим в отдельности каждый режим.
Режим питания постоянным током является наиболее простым, так как для его осуществления не требуются специальные устройства (генераторы), СИД подключаются к источнику питания через токозадающий резистор. Сопротивление этого резистора определяется из выражения
R = (Ua — U^n)/In,
Таблица 1.3
Режим питания Схема включения
Временное
диаграммы
Математическое представление сигнала
Постоянным
током
с Л
Ф(() =К1о = Фо
Импульсный
та
ЗГ (52
&
«
\
т *
10 при <<0, ф(;)=|ф0 при
Id прн t^t„
ЗГ
Экспоненциаль-
ный
гЧ &
&
СД
г
Ф(() =Фо е
Примечание: ЗГ — задающий генератор, БФР — блок функциональной развертки.
9
где Uа — напряжение источника питания; ?/0.д—падение напряжения на СИД, значение которого от 1,0 до 2,2 В; /и — номинальный ток СИД.
Этот режим питания наиболее приемлем для одноканальных оптоэлектронных измерительных преобразователей с модуляцией сигнала в оптическом канале (например, для подсчета штучной продукции, измерения плотности ткани пси утку и т. п.).
Импульсный режим питания имеет ряд преимуществ по сравнению с режимом питания постоянным током. Если СИД применяются в двухволновых устройствах, то этот режим обеспечивает временное разделение потоков и, следовательно, применяется один фотолрнемник со спектральной характеристикой, чувствительной к обоим потокам. Упрощаются процесс усиления и обработка сигнала по сравнению с первым режимом. Уменьшается энергопотребление, что крайне необходимо при разработке приборов с автономным питанием. Мощность рассеяния на СИД можно определить с учетом линейной аппроксимации ВАХ по> следующей формуле:
