POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Im. Ignacego Łukasiewicza

Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa

Katedra Awioniki i Sterowania

Laboratorium Podstaw Elektroniki

Temat: „Optoelementy, wyświetlacze, źródła światła.”

Wykonali:

Witkiewicz Piotr

Tyszka Kamil

gr.: L9

1. WSTĘP TEORETYCZNY

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami optoelementów. Jednym z elementów optoelektronicznych jest dioda elektroluminescencyjna LED, zwana również diodą świecącą. Pracuje ona prawidłowo przy polaryzacji złącza w kierunku przewodzenia, czyli w chwili, gdy na diodzie występuje spadek napięcia i możliwe jest przewodzenie.

Zasada działania diod elektroluminescencyjnych jest oparta na zjawisku elektroluminescencji, które polega na zamianie energii nośników ładunku (elektronów) na energię promienistą (rekombinacja) i wyemitowaniu kwantu promieniowania w postaci fotonu. Rekombinacja nośników ładunku zachodzi w półprzewodnikach wówczas, gdy elektrony przechodzą z wyższego na niższy poziom energetyczny. Wtedy, podczas przejścia, energia elektronu zostaje zamieniona na kwant promieniowania elektromagnetycznego. Długość fali emitowanego promieniowania:

λ=ch/Wg

c - prędkość światła

h – stała Plancka

Wg – szerokość pasma zabronionego (lub różnica energii poziomów, między którymi zachodzi rekombinacja)

Parametrami optycznymi diody LED są:

- strumień energetyczny (moc emitowana przez diodę) wyrażany w watach lub strumień świetlny (moc emitowana przez diodę świecącą) wyrażany w lumenach (lm). Wartość mocy emitowanej przez diodę rośnie ze wzrostem prądu przewodzenia, a maleje ze wzrostem temperatury złącza

- natężenie promieniowania wyrażone w luksach (jednostka równa natężeniu oświetlenia wytworzonego przez strumień świetlny 1lm x m^2)

- światłość (stosunek strumienia świetlnego do kąta bryłowego) wyrażana w kandelach. Natężenie promieniowania i światłość zwiększają się ze wzrostem prądu przewodzenia.

Zaletami diod elektroluminescencyjnych są:

mały pobór prądu, mała wartość napięcia zasilającego, duża sprawność, mała moc strat, małe rozmiary, duża trwałość, duża wartość luminacji.

Zastosowanie:

W zależności od zakresu emitowanego promieniowania, diody elektroluminescencyjne można stosować jako: wskaźniki optyczne, wskaźniki stanów logicznych, np. w kalkulatorach, zegarkach.

1. Schemat układu

Układ zasilający diody LED

Parametry mierzone podczas badania układu

a) E- natężenie światła [lux]

b) U- napięcie zasilania [V]

c) I- prąd źródła [mA]

2. Dobór rezystora do układu

W zaokrągleniu przyjmuje się, że maksymalny prąd mogący przepływać przez strukturę diody wynosi 20 mA. Natomiast napięcie przyjmujemy na podstawie koloru diody:

-czerwony, żółty, pomarańczowy i zielony - spadek napięcia 2.0 – 2,2V

-niebieski, biały - spadek napięcia 3.5 – 4V

W związku z tym dobierając rezystor bierzemy pod uwagę prąd struktury i spadek napięcia, który liczymy:

U_r= U_cc-U_d U_cc-napięcie zasilania

U_d- spadek napięcia na diodzie

U_r – spadek napięcia na rezystorze

Na podstawie prądu struktury i spadku napięcia na rezystorze korzystając z prawa Ohma liczymy rezystancję:

R=U/I

3. Wyniki pomiarów

a) diody zwykłe:

	U[V]	I[mA]	E[lux]
	1,6	0,2	2
żółta	1,8	1,5	2
	2	10,5	2
	2,2	28	4
	2,4	41	6
	2,6	57	7
	2,8	70	8
	3	95	8
	1,6	0,1	3
czerwona	1,8	1,5	3
	2	6,2	11
	2,2	17	30
	2,4	33	50
	2,6	47	60
	2,8	70	76
	3	160	60
	1,8	1,5	2
zielona	2	4	2
	2,2	10	2
	2,4	16	3
	2,6	24	3
	2,8	31	4
	3	40	5

Wykres dla diody żółtej: E[lux]/U[V]

Wykres dla diody czerwonej: E[lux]/U[V]

Wykres dla diody żółtej: E[lux]/U[V]

b) diody superjasne:

U[V] I[mA] E[lux]

Biała	2,4	0,12	2
	2,6	6,9	13
	2,8	28,5	55
	3	74	148
	3,2	116,5	228
	3,4	170	319
	3,6	232	425
	3,8	278	495
	4	342	580
Zielona	2,4	0,05	2
	2,6	0,27	3
	2,8	0,8	4
	3	1,7	6
	3,2	2,5	9
	3,4	3,5	12
	3,6	4,2	14
	3,8	5,2	18
	4	6	20

Wykres dla diody superjasnej białej: E[lux]/U[V]

Wykres dla diody superjasnej zielonej: E[lux]/U[V]

3. Wnioski:

- wykresy dla wszystkich diód zmieniają się liniowo, tzn im większe napięcie tym więcej światła otrzymujemy, ale do pewnego krytycznego momentu

- żadna z diód nie zaczęła świecić zaraz po włączeniu napięcia, dopiero po osiągnięciu charakterystycznej dla swojego koloru wartości minimalnej

- bardzo ważne jest by dobrze podłączyć diodę do źródła napięcia, ponieważ odwrotnie podłączona nie będzie świecić.