то при включенні в ланцюг необхідно дотримуватись полярності. Світлодіод має два висновки, один з яких катод ( мінус ), а інший - анод ( плюс ) (Рис.22).
Світлодіод складається з напівпровідникового кристала на підкладці, корпусу з контактними висновками і оптичної системи. Сучасні світлодіоди мало схожі на перші корпусні світлодіоди, що застосовувалися для індикації. Конструкція потужного світлодіода серії Luxeon, що випускається компанією Lumileds, схематично зображено на рис.23.
Рис. 23 (світлодіод випускається компанією Lumileds)
Принцип роботи світлодіода полягає в наступному: світіння виникає при рекомбінації електронів і дірок в області pn-переходу. Значить, насамперед, потрібен pn-перехід, тобто контакт двох напівпровідників з різними типами провідності. Для цього Пріконтактние шари напівпровідникового кристала легируют різними домішками: по одну сторону акцепторними, по інший - донорними.
Чим більший струм проходить через світлодіод, тим він світить яскравіше. Адже чим більше струм, тим більше електронів і дірок надходять в зону рекомбінації в одиницю часу. Але струм не можна збільшувати до безкінечності. Через внутрішнього опору напівпровідника і pn-переходу діод перегріється і вийде з ладу.
Світлодіод - низьковольтний прилад. Звичайний світлодіод, застосовуваний для індикації, споживає від 2 до 4В постійної напруги при струмі до 50 мА. Світлодіод, який використовується для освітлення, споживає таку ж напругу, але струм вище - від кількох сотень мА до 1А в проекті. У світлодіодному модулі окремі світлодіоди можуть бути включені послідовно, і сумарне напруга виявляється більш високим (зазвичай 12 або 24 В).
При підключенні світлодіода необхідно дотримуватись полярності, інакше прилад може вийти з ладу. Напруга пробою вказується виробником і зазвичай складає більше 5В для одного світлодіода. Яскравість світлодіода характеризується світловим потоком і осьовою силою світла, а також діаграмою спрямованості. Існуючі світлодіоди різних конструкцій випромінюють в тілесному куті від 4 до 140 градусів. Колір, як звичайно, визначається координатами кольоровості і колірною температурою, а також довжиною хвилі випромінювання.
Для порівняння ефективності світлодіодів між собою і з іншими джерелами світла використовується світловіддача: величина світлового потоку на один ват електричної потужності. Також цікавою маркетингової характеристикою виявляється ціна одного люмена.
Реакція світлодіода на підвищення температури така: pn-перехід - це цеглинка напівпровідникової електронної техніки, що представляє собою з'єднані разом два шматки напівпровідника з різними типами провідності (один з надлишком електронів - n-тип raquo ;, друга з надлишком дірок - p-тип ). Якщо до pn переходу прикласти пряме зміщення raquo ;, тобто, під'єднати джерело електричного струму плюсом до р-частини, то через нього потече струм. Сучасні технології дозволяють створювати інтегральні схеми, що містять величезну кількість pn переходів на одному кристалі; так, в процесорі Pentium-IV їх кількість вимірюється десятками мільйонів.
Нас цікавить, що відбувається після того, як через прямо зміщений pn перехід пішов струм, а саме момент рекомбінації носіїв електричного заряду - електронів і дірок, коли мають негативний заряд електрони знаходять притулок в позитивно заряджених іонах кристалічної решітки напівпровідника. Виявляється, що така рекомбінація може бути випромінювальної, при цьому в момент зустрічі електрона і дірки виділяється енергія у вигляді випромінювання кванта світла - фотона. У разі безізлучательной рекомбінації енергія витрачається на нагрів речовини. У природі існує як мінімум 5 видів випромінювальної рекомбінації носіїв зарядів, у тому числі так звана прямозонних рекомбінація. Вперше це явище в далекі 20-ті роки досліджував О.В. Лосєв, який спостерігав свічення кристалів карборунда (карбід кремнію SiC). Для більшості напівпровідникових діодів це явище - просто побічний ефект raquo ;, не має практичного сенсу. Для світлодіодів ж випромінювальна рекомбінація - фізична основа їх роботи.
Говорячи про температуру світлодіода, необхідно розрізняти температуру на поверхні кристала і в області pn-переходу. Від першої залежить термін служби, від другої - світловий вихід. В цілому з підвищенням температури pn-переходу яскравість світлодіода падає, тому що зменшується внутрішній квантовий вихід через вплив коливань кристалічної решітки. Тому так важливий хороший тепловідвід.
Падіння яскравості з підвищенням температури не однаково у світлодіодів різних кольорів. Воно більше у AlGalnP- і AlGaAs- світлодіодів, тобто у червоних і жовтих, і менше у InGaN, тобто у зелених, синіх і білих.
