Основные схемы питания светодиодов

Работа светодиодов определяется видом прямой ветви вольт» амперной характеристики диода

/р = /0 exp (qVF/nkBT), (7.9)

где значение п лежит обычно в пределах 1,5—2,0. Люкс-ампер - ные характеристики приборов описываются аналогичным выра­жением (кроме области очень малых токов):
где п — 1 вплоть до насыщения излучающих центров (при плот­ности тока 1—5 А/см2 для красных светодиодов из GaP : Zn,0). Из выражений (7.9) и (7.10) следует, что интенсивность света обычно зависит от тока суперлинейно, так что выгоднее исполь­зовать импульсное питание с большой скважностью.

Напряжение включения определяется контактной разностью потенциалов Vi, которая в свою очередь зависит от ширины за­прещенной зоны полупроводника и от расстояния уровней Ферми до краев зоны проводимости и валентной зоны

(7.11)

qVi =Eg — (qVn + qVp).

Типичные значения рабочих напряжений составляют 1,2 В для светодиодов из GaAs, 1,7 В для красных светодиодов из GaAsi-xP* и 2,0 В для светодиодов из GaP. Температурная за­висимость прямого напряжения для всех приборов одина­кова; температурный коэффициент составляет приблизительно

■2 мВ/°С.

Питание светодиода должно осуществляться от генератора тока. Если питание осуществляется генератором напряжения, то определенное приближение к режиму постоянного тока до­стигается включением последовательно с диодом резистора (рис. 7.14). Это обычно интегральный кремниевый резистор, который может быть встроен непосредственно в корпус свето­диода (рис. 7.6, в). Сопротивление резистора R определяется из условия

R — (E — VF)II, (7.12)

Основные схемы питания светодиодов

где £ — напряжение питания.

При Питании переменным током средний прямой ток равен 4

(7.13)

(7.14)

Где ширина импульса а дается выражением а — arccos (Ff/£ V2).

Для светодиодов с низким напряжением пробоя необходимо ставить выпрямляющий диод Dp (рис. 7.14,6). Для несимме­тричного резкого р — n-перехода (например, в диффузионных диодах из GaAsi-лгРлг) напряжение пробоя равно

Основные схемы питания светодиодов

VB

(7.15)

где є* — диэлектрическая проницаемость полупроводника, £макс — максимальное поле в р — n-переходе, a NB~ концен­трация ионизованной примеси в слаболегированной области.

.

Питание постоянным током

Я

-сп-

V-s*

Основные схемы питания светодиодов

Питание перемен­ным тоном R

—СЗ-

Основные схемы питания светодиодов

£© i-і у)8арштрыМ/^

Рис. 7.14. Основные схемы питания светодиодов с использованием, генератора

напряжения.

Если напряжение источника питания таково, что Е > Ув/л/2 (ве­личина Vb может достигать значения 3 В), то большой обрат­ный ток снижает к. п. д. светодиода.

В условиях меняющегося напряжения питания максималь­ный ток через светодиод можно ограничить с помощью варисто - ров (рис. 7.14,8). При малых токах варистор закрыт. С повы­шением тока, когда напряжение на варисторе увеличивается, доля тока, текущая через варистор, резко возрастает. Такая цепь устойчива к выбросам тока. Большая часть энергии им­пульсов поглощается варисторами, которые обычно мощнее све­тодиодов.

Питание постоянным током типичных и наиболее широко применяемых индикаторов включенного или выключенного со­стояний обеспечивается переключающими транзисторами в ре­жиме насыщения (рис. 7.15). Если прибор включен последова­тельно с транзистором (рис. 7.15, а), то ток через светодиод при замкнутом ключе равен

-о vcc

Высот Входное ---------------

сопротивление (транзистор нем-11л? сыщен1

Us

Основные схемы питания светодиодов

-о у со

O'

Последовательное Л ги/ Включение (тран- зистор насыщен)

Г

L

нас

а

Основные схемы питания светодиодов

Рис. 7.15. Транзисторные схемы питания светодиодов постоянным током.

Если необходимо свести к минимуму изменения тока, протекаю­щего через источник питания, чтобы избежать колебаний тока в смежных цепях, целесообразнее применять параллельное вклю­чение транзистора (рис. 7.15, в). Когда ключ разомкнут, ток. текущий через светодиод, равен

If&(Vcc-Vf)/R. (7.17)

Наконец, в случае, когда необходимо модулировать выходное излучение светодиода, транзисторы работают как усилители, а светодиоды включаются в цепь коллектора. Для схемы с вы­соким входным сопротивлением (рис. 7.15, б) входной ток тран­зистора равен

I63ttE/h63R, (7.18)

а ток через светодиод равен

В схеме с низким входным сопротивлением (рис. ^.15, г)

V& * ЛьЯр/МВДі), (7.20)

h »(RM /бэ - (7.21)

Оставить комментарий