Введение в электронику

Гейтс Эрл Д.

26-3. СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Светоизлучающие устройства излучают свет при прохождении через них тока, преобразуя электрическую энергию в световую. Светоизлучающий диод (светодиод) — это наиболее распространенное полупроводниковое светоизлучающее устройство. Будучи полупроводниковым устройством, он имеет неограниченный срок службы ввиду отсутствия высокотемпературного нагрева, основной причины выхода из строя обычных ламп.

Любой р-n– переход может испускать свет при прохождении через него тока. Свет возникает, когда свободные электроны рекомбинируют с дырками, и лишняя энергия освобождается

в виде света. Частота испускаемого света определяется типом полупроводникового материала, использованного при изготовлении диода. Обычные диоды не излучают свет потому, что они упакованы в непрозрачные корпуса.

Светодиоды — это просто диоды с р-n– переходом, которые излучают свет при прохождении через них тока. Этот свет виден потому, что светодиоды упакованы в полупрозрачный материал. Частота излучаемого света зависит от материала, использованного при изготовлении светодиода.

Арсенид галлия (GaAs) излучает свет в инфракрасном диапазоне, который не воспринимается человеческим глазом. Арсенид-фосфид галлия излучает видимый красный свет. Изменяя содержание фосфора, можно получить светодиоды, излучающие свет различной частоты.

На рис. 26–13 показано устройство светодиода. Слой типа р сделан тонким для того, чтобы не препятствовать прохождению света, излучаемого р-n– переходом.

Рис. 26–13. Устройство светодиода.

После изготовления светодиод помещается в корпус, который рассчитан на максимальное пропускание света. На рис. 26–14 показаны наиболее распространенные корпуса светодиодов. Многие светодиоды содержат линзы, собирающие свет и увеличивающие его интенсивность. Корпус светодиода может также служить светофильтром для того, чтобы обеспечить излучение света определенной частоты.

Рис. 26–14. Распространенные типы корпусов светодиодов.

Для того, чтобы светодиод излучал свет, на него должно быть подано прямое смещающее напряжение (рис. 26–15).

Рис. 26–15. Светодиод, смещенный в прямом направлении.

Для того, чтобы через светодиод шел ток, величина прямого смещения должна превышать 1,2 вольта. Так как светодиод легко может быть поврежден большим током или напряжением, последовательно с ним включается резистор для ограничения тока.

Схематическое обозначение светодиода показано на рис. 26–16. На рис. 26–17 изображена цепь с правильно поданным смещением. Включенный последовательно резистор (R_S) используется для ограничения прямого тока (I_Y).

Рис. 26–16. Схематическое

обозначение светодиода.

Рис. 26–17. Цепь с правильно смещенным светодиодом.

На рис. 26–18 показаны сборки светодиодов в виде семисегментных индикаторов, используемых для отображения цифр. На рис. 26–19 показан светодиод, образующий вместе с фотодиодом оптопару. Оба устройства размещены в одном корпусе.

Рис. 26–18. Семисегментные индикаторы на основе светодиодов для отображения цифр.

Рис. 26–19. Коммерческая оптопара.

Оптопара состоит из светодиода и фототранзистора. Они связаны световым лучом, излучаемым светодиодом. Сигнал, поступающий на светодиод, может меняться, что, в свою очередь, изменяет интенсивность излучаемого света. Фототранзистор преобразует изменения света опять в электрическую энергию. Оптопара позволяет передавать сигнал от одной цепи к другой, обеспечивая высокую степень электрической изоляции их друг от друга.

26-3. Вопросы

1. Объясните, чем светодиод отличается от обычного диода.

2. Как изменяют цвет излучаемого светодиодом света?

3. Как корпус светодиода может усилить излучаемый свет?

4. Нарисуйте схематическое обозначение светодиода.

5. Каково назначение оптопары?

РЕЗЮМЕ

• Полупроводниковые устройства, которые взаимодействуют со светом, делятся на светорегистрирующие устройства, устройства, преобразующие свет и светоизлучающие.

• Свет — это электромагнитное излучение, которое воспринимается человеческим глазом.

• Частотные диапазоны света следующие:

— инфракрасное излучение — менее 400000 гигагерц;

— видимое излучение — 400000-750000 гигагерц;

— ультрафиолетовое излучение — более 750000 гигагерц;

• Светочувствительные устройства включают фотосопротивления, солнечные элементы, фотодиоды и фототранзисторы.

• Светоизлучающие устройства включают светодиоды (светоизлучающие диоды).

• Оптопара содержит светочувствительное устройство и светоизлучающее устройство.

• Схематические обозначения светочувствительных устройств следующие:

• Схематическое обозначение светодиода следующее:

Глава 26. САМОПРОВЕРКА

1. Какое светочувствительное устройство имеет самое быстрое время отклика на изменения интенсивности света?

2. Какое устройство может иметь более широкую область применения — фотодиод или фототранзистор? Почему?

3. Как величина тока, протекающего через светодиод, влияет на интенсивность излучаемого света?