|
Fotodiody, sluneční články |
3.2.4. Světlo emitující dioda, LED (light emitting diode)
Fyzikální princip světlo emitující diody je založen na již použitém pojmu rekombinace. Rekombinuje-li elektron s dírou, odevzdává energii zhruba rovnou šířce zakázaného pásu. Injekcí majoritních nosičů do polovodiče opačné vodivosti při přiložení napětí na PN přechod v propustném směru se zvýší pravděpodobnost rekombinace a často k ní dochází. Při rekombinaci každého páru elektron-díra se uvolní určité kvantum energie, které se může buď vyzářit mimo krystal nebo být absorbováno v mříži, což se projeví zvýšenou teplotou krystalu. Pravděpodobnost zářivé rekombinace roste se zvětšující se šířkou zakázaného pásu. U křemíku se šířkou zakázaného pásu 1,1 eV je uvolňovaná energie převážně absorbována v krystalu, ze kterého je odváděna přes pouzdro diody do okolního prostředí většinou vedením nebo prouděním. Vyrobíme-li diodu z galium-arsenidu, GaAs, který má šířku zakázaného pásu 1,34 eV, bude již nezanedbatelná část energie rekombinace vyzařována ve formě fotonů o příslušné vlnové délce, která však ještě spadá do oblasti neviditelného infračerveného záření. Kombinací tohoto materiálu s fosforem, tzv. galium arsenid fosfid, GaAsP, získáme již materiál, který , je-li z něj vytvořen PN přechod, vyzařuje červené viditelné záření. Použijeme-li materiál o vhodné šířce zakázaného pásu, můžeme vytvořit diody svítící v propustném směru světlem zeleným, žlutým nebo oranžovým. Při aplikaci svítivých diod tedy stačí zapojit diodu v propustném směru přes vhodný odpor na zdroj napětí. Při výpočtu odporu musíme mít na paměti, že napětí na diodě v propustném směru, Ud, je úměrné šířce zakázaného pásu; bylo-li u křemíku se šířkou zakázaného pásu 1,1 eV 0,6 V, bude u materiálu se šířkou zakázaného pásu 2 eV cca o 0,9 voltu vyšší, tedy 1,5 voltu. K napětí Ud je třeba připočíst ohmický úbytek na diodě, takže není výjimkou, když bude na svítivé diodě napětí cca 2 V i vyšší. Proud diodou na dosažení vhodné intenzity světla je třeba vyčíst z katalogu; řádově se jedná o proudy 10-20 mA i více. Při použití LED k indikaci střídavého napětí musíme mít na paměti, že maximální povolené závěrné napětí těchto diod bývá malé a tak se doporučuje do serie s LED zapojit obyčejnou usměrňovací diodu; blikání diody v rytmu 50 Hz lze částečně odstranit elektrolytickým kondenzátorem připojeným paralelně ke kombinaci dioda-odpor. Světlo emitující diody se používají k indikačním účelům a to nejenom samostatně (nahrazení nespolehlivých žárovek) ale i v zobrazovačích informace (sedmisegmentový nebo maticový zobrazovač).