LED - Dipartimento di Fisica

I LED e la costante di Planck
E.Smerieri
Scuola Estiva di Fisica
Genova - 2006
Emissione di Luce nei Semiconduttori
E
conduction electron
band
-
h
Band
gap
valence
band
E g  h
+
Electron-hole
recombination
hole
Si:
Eg = 1.1 eV
GaAs: Eg = 1.4 eV,  = 880 nm
AlAs: Eg = 2.2 eV,  = 565 nm
Costante di Planck
h  6.62 10
34
h  4.13 10
15
J s
eV  s
2
Caratteristiche principali dei materiali comunemente usati come
emettitori di luce.
Materiale
Formula
Energy Gap
Lunghezza
d'onda
Fosfuro di Gallio
GaP
2.24 eV
550 nm
Arseniuro di Alluminio
AIAs
2.09 eV
590 nm
Arseniuro di Gallio
GaAs
1.42 eV
870 nm
Fosfuro di Indio
InP
1.33 eV
930 nm
Arseniuro di Alluminio-Gallio
AIGaAs
1.42-1.61 eV
770-870 nm
Fosfuro-Arseniuro di Indio-Gallio
InGaAsP
0.74-1.13 eV
1100-1670 nm
3
LED VISIBILI discreti
Dati caratteristici
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
LED ROSSO
LED ROSSO
LED ARANCIO
LED GIALLO
LED VERDE
LED VERDE
LED BLU
LED BLU
LED BIANCO
LED RGB
IF [mA]
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
VF [V]
1.8
2.0
2.0
2.0
2.0
3.1
3.3
4.0
3.5
2.1/3.5/3.5
 [nm]
658
630
620
599
576
520
461
428
8000 °K
630/525/470
4
LED NON VISIBILI discreti
• Dati caratteristici
•
•
•
•
INFRAROSSO
INFRAROSSO
ULTRAVIOLETTO
ULTRAVIOLETTO
IF [mA]
50
50
20
20
VF [V]
 [nm]
1.6
1.3
3.7
3.9
880
940
395
370
5
Alcune applicazioni dei LED
• Indicatori su pannelli di controllo e strumentazione
• Display a sette segmenti e alfanumerici
• Trasmettitori per sensori luminosi
• Sorgenti di luce per fibre ottiche
• Rossi o gialli nelle camere oscure per fotografia
• Torce elettriche
• Indicatori nelle automobili
• Rossi o gialli come indicatori e display [alfa]numerici
dove deve aversi una visione notturna
• Semafori
6
Identificazione dei pin
Lato piatto
+
Anodo
-
Catodo
Per memorizzare ricordarsi: Catodo Corto
7
Semplici esperienze sui LED
1
R
Il LED è spento
E
LED
La polarizzazione è inversa!
2
R
Il LED è acceso
E
LED
La polarizzazione è diretta!
Dimensionamento della resistenza
E  VF
R
IF
8
Rilievo della caratteristica VF - IF del LED
E
LED
V
R
A
• Misura della tensione VF ai capi del LED
• Misura della corrente IF che circola nel LED
• Resistenza di circa 100  (1 W)
• Il campo di variazione della tensione continua E deve essere tale da
permettere una variazione di corrente di circa 50 mA
9
Rilievo della caratteristica VF - IF del LED
10
Alimentazione duale per l’Op.Amp.
11
Alimentazione duale
12
Rilievo della caratteristica VF - IF del LED
VOLTMETRO
Inserire qui
il LED
GND
-15V
+15V
Alimentazione
del circuito
AMPEROMETRO
13
LED a confronto
80
70
Corrente [mA]
60
50
40
30
20
10
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Tensione [V]
2,5
3,0
3,5
14
Curva caratteristica di un LED
60
Corrente IF [mA]
50
40
30
20
10
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Tensione VF [V]
15
Approssimazione nella zona lineare
IF
IF
I  mV
Rserie
VF
a
b
I  mV  n
Vg
VF
VF  Vg  RserieI F
La determinazione di m ed n è fatta utilizzando i valori sperimentali di IF e VF
16
Determinazione della Eg
Calcolo manuale
1. si prendono in considerazione due punti nella zona rettilinea
del grafico e da questi si ricava Rserie
VF 1  Vg  RserieI F 1
VF 2  Vg  RserieI F 2
Rserie
VF

I F
2. con il valore della resistenza Rserie calcolato in precedenza e
con le coordinate di uno dei due punti si trova Vg
Vg  VF 1  RserieI F 1
17
Determinazione della Eg
Calcolo con EXCEL (i valori indicati sono per il LED Rosso)
IF = 57,632VF - 106,84
60
Linea di tendenza
Corrente IF[mA]
50
40
30
20
10
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Tensione VF [V]
18
Determinazione della Eg
Calcolo con EXCEL
VF  Vg  RserieI F
I F  mVF  n
n
Vg 
m
Vg
VF
IF 

Rserie Rserie
1
Rserie 
m
E g  h
Eg  qeVg
h
qeVg 
c
19
Valori sperimentali
Vg[V]
[nm]
LED
Rserie[]
h[Js]
ROSSO
17.35
1.85
660
6.53E-34
GIALLO
10.13
1.90
590
5.97E-34
VERDE
9.14
1.89
565
5.70E-34
BLU
16.65
2.67
470
6.70E-34
20