Схемы возбуждения, обеспечивающие высокую световую

эф­фективность светодиодов

Наклон кривых для GaAsP на рис. 4.6 показывает, что удвоение тока возбуждения приводит к более чем двукратному увеличению светового потока.

Это говорит о росте световой эффективности таких светодиодов при больших возбуждающих токах и указывает на то, что им­пульсные схемы возбуждения позволяют получить больший световой поток по сравнению со статическими. Достигаемое та­ким образом увеличение световой эффективности иллюстриру­ется числовым примером, относящимся к характеристике крас­ного GaAsP-светодиода и к форме импульсов возбуждающего тока, изображенной на рис. 4.7, а. Как видно из рис. 4.7, б, при возбуждении постоянным током 10 мА создается световой поток около 0,7 млм, а при импульсном возбуждении средний световой поток составляет 2,0 млм (~10% от 20 млм).

Рис. 3.7. Временные диаграммы: возбуждающего тока (а); светового потока (б). Коэффициент заполнения t₁/t₂ = 10%; частота регенерации = 1/t₂

При возбуждении большими токами длительность и коэффициент заполнения импульса влияют на температуру перехода. Возни­кающие при этом явления обсуждаются в следующем подраз­деле. Если светодиоды возбуждаются импульсами частотой, значительно превышающей 30 Гц, то не возникает ни мелька­ний, ни других ощущений вспышки, заметных человеческому глазу.

Влияние температуры

С ростом температуры прямое паде­ние напряжения на светодиоде падает, соответствующий коэф­фициент составляет от (-1,3 до -2,5) мВ/°С. Длина волны максимальной интенсивности излучения увеличивается с рос­том температуры, коэффициент равен приблизительно 0,2 нм/°С или меньше в зависимости от материала светодиода. Кроме того, излучение светодиода ослабевает с ростом температуры, типичное значение отрицательного температурно­го коэффициента приблизительно равно 1 %/°С.

Срок службы

Поскольку светодиод является твердотельным прибором, его срок службы должен превышать долговечность оборудования, где он установлен. Однако чрезвычайно медлен­ная естественная диффузия примесей в кристаллическое полу­проводниковое соединение наряду с другими не совсем ясными механизмами приводит к тому, что с течением времени свето­вой поток несколько уменьшается. Из кривых испытаний на срок службы, приведенных на рис. 4.7, а и на рис. 4.7, б, видно, что спад светового потока больше при больших токах, однако, как пра­вило, он меньше 10 % даже после 1000 ч непрерывной работы.

Обычно срок службы светодиода определяется как время, за которое световой поток понижается до 50 % своего первона­чального значения. Для светодиодов с излучением в видимом диапазоне обычно приводятся цифры срока службы в 100000 ч (свыше 11 лет) для нормальных рабочих условий. Скорость деградации также зависит от выбранного рабочего тока, его снижение ослабляет деградацию и увеличивает срок службы.

Ограничение тока

Из кривых зависимости I_ПР от U_ПР, изобра­женных на рис. 4.8, видно, что после достижения точки пе­региба ток I_ПР резко возрастает при небольшом увеличении прямого падения напряжения U_ПР. Для ограничения тока по­следовательно со светодиодом должен быть включен резистор (в соответствии с рис. 3.2). Этим обеспечивается эксплуатация светодиода при токе, равном или меньшем задаваемого техническими условия­ми. Величина сопротивления резистора получается из урав­нения

, (3.1)

где U_П – напряжение питания.

Рис. 3.8. Зависимость (а) силы света от тока I_ПР, (б) тока I_ПР

от напряжения U_ПР

Уравнение выполняется для всех применений светодиодов (в качестве индикаторов, осветителей, шкальных индикаторов, буквенно-цифровых индикаторов или оптронов).

Если несколько светодиодов подсоединяются параллельно (через общий резистор) непосредственно к одному и тому же стабилизированному источнику питания, то прибор с наимень­шим пороговым напряжением U_ПОР будет отбирать большую часть тока, в результате чего его световой поток заметно превысит световой поток дру­гих светодиодов. Для того чтобы избежать этого, необходимо последовательно с каждым светодиодом включить отдельный токоограничивающий резистор.

В качестве эмпирического правила можно ориентироваться на следующее: сила света (4 ¸ 5) мкд достаточна для того, что­бы четко различать свечение светодиода в условиях ярко осве­щенного помещения (освещенность около 1000 лк). Для высо­коэффективных красных светодиодов видимого диапазона из­лучения требуемый ток I обычно равен ~ 10 мА, для других цветов – обычно 20 мА.

Пример 1. Расчет тока возбуждения светодиода. Красный светодиод должен питаться от источника +5В и давать силу света 15 мкд. Рассчитать сопротивление токоограничивающего резистора.

Решение. На рис. 4.6 показаны характеристики этого светодиода. Из них можно найти, что ток I_ПР = 10 мА необходим для получения силы света 15 мкд; при этом токе напря­жение U_ПР = 1,8 В. Использовав эти значения, получим

R_ОГР = (U_П – U_ПР)/ I_ПР = (5 – 1,8)/0,01 = 3,2/0,01 = 320 Ом.

Ближайший номинал резистора равен 330 Ом (0,5 Вт).