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E.Smerieri Scuola Estiva di Fisica Genova - 2006
I LED e la costante di Planck
2
Emissione di Luce nei Semiconduttori
E
conduction band
Bandgap
+
-
electron
valence band
Si: Eg = 1.1 eVGaAs: Eg = 1.4 eV, = 880 nmAlAs: Eg = 2.2 eV, = 565 nm
hole
hElectron-hole recombination
hEg
sJ1062.6 34 h
seV 1013.4 15 h
Costante di Planck
3
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
4
LED VISIBILI discretiDati caratteristici IF [mA] VF [V] [nm]
• LED ROSSO 20 1.8 658• LED ROSSO 20 2.0 630• LED ARANCIO 20 2.0 620• LED GIALLO 20 2.0 599• LED VERDE 20 2.0 576• LED VERDE 20 3.1 520• LED BLU 20 3.3 461• LED BLU 20 4.0 428• LED BIANCO 20 3.5 8000 °K• LED RGB 20 2.1/3.5/3.5 630/525/470
5
LED NON VISIBILI discreti• Dati caratteristici IF [mA] VF [V] [nm]
• INFRAROSSO 50 1.6 880• INFRAROSSO 50 1.3 940• ULTRAVIOLETTO 20 3.7 395• ULTRAVIOLETTO 20 3.9 370
6
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
7
Identificazione dei pin
AnodoCatodo
Lato piatto
-+
Per memorizzare ricordarsi: Catodo Corto
8
Semplici esperienze sui LED
LED
R
E
La polarizzazione è inversa!
Il LED è spento
LED
R
E
Il LED è acceso
La polarizzazione è diretta!
Dimensionamento della resistenzaF
F
I
VER
1
2
9
Rilievo della caratteristica VF - IF del LED
• 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
A
LED
R
VE
10
Rilievo della caratteristica VF - IF del LED
11
Alimentazione duale per l’Op.Amp.
12
Alimentazione duale
13
Rilievo della caratteristica VF - IF del LED
VOLTMETRO
AMPEROMETRO
Inserire qui il LED
Alimentazionedel circuito
GND-15V+15V
14
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Tensione
Corr
ente
LED a confronto[m
A]
[V]
15
Curva caratteristica di un LED
0
10
20
30
40
50
60
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Tensione VF
Co
rre
nte
IF[
mA
]
[V]
16
Approssimazione nella zona lineare
La determinazione di m ed n è fatta utilizzando i valori sperimentali di IF e VF
Vg
Rserie
VF
IF
VF
mVI nmVI a
b
FseriegF IRVV
IF
17
Determinazione della Eg
1. si prendono in considerazione due punti nella zona rettilinea del grafico e da questi si ricava Rserie
11 FseriegF IRVV
22 FseriegF IRVV F
Fserie I
VR
1. con il valore della resistenza Rserie calcolato in precedenza e con le coordinate di uno dei due punti si trova Vg
11 FserieFg IRVV
Calcolo manuale
18
Calcolo con EXCEL (i valori indicati sono per il LED Rosso)
Determinazione della Eg
Linea di tendenza
[mA
]
[V]
19
Calcolo con EXCEL
Determinazione della Eg
nmVI FF m
Rserie
1
m
nVg
FseriegF IRVV serie
g
serie
FF R
V
R
VI
hEg
geg VqE c
Vqh ge
20
Valori sperimentaliLED Rserie[] Vg[V] [nm] 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