Chuyển tiếp giảm của diode so với thả về phía trước của đèn LED

Người ta luôn nói rằng điện áp chuyển tiếp trong diode là khoảng 0,7 volt. LED cũng là một diode, tại sao nó có mức giảm điện áp chuyển tiếp lớn hơn khoảng 3 Volts?

Mô hình của đèn LED giải thích sự sụt giảm điện áp cao hơn này là gì?

Các mối nối bán dẫn khác nhau có điện áp chuyển tiếp khác nhau (và dòng rò ngược và điện áp sự cố ngược, v.v.) Độ giảm về phía trước của một diode silicon tín hiệu nhỏ điển hình là khoảng 0,7 volt. Điều tương tự chỉ có Germanium, khoảng 0,3V. Sự sụt giảm về phía trước của một diode năng lượng PIN (loại p, nội tại, loại n) như 1N4004 giống như một volt hoặc hơn. Sự sụt giảm về phía trước của Schottky công suất 1A điển hình là 0,3V ở dòng điện thấp, cao hơn cho dòng làm việc thiết kế của chúng.

Khoảng cách dải có liên quan nhiều đến nó - Germanium có khoảng cách dải thấp hơn silicon, có khoảng cách dải thấp hơn GaAs hoặc các vật liệu LED khác. Cacbua silic có khoảng cách dải cao hơn, và điốt silicon carbide Schottky có các giọt phía trước giống như 2V (kiểm tra số của tôi trên đó).

Ngoài khoảng cách băng tần, cấu hình doping của đường giao nhau cũng có liên quan nhiều đến nó - một diode Schottky là một ví dụ cực đoan, nhưng một diode PIN thường sẽ có mức giảm về phía trước cao hơn (và điện áp đánh thủng ngược) so với PN giao lộ. Đèn LED chuyển tiếp giảm từ khoảng 1,5V đối với đèn LED màu đỏ xuống còn 3 đối với màu xanh lam - điều này có ý nghĩa bởi vì cơ chế LED về cơ bản là tạo ra một photon trên mỗi electron, do đó, mức giảm về phía trước phải bằng hoặc nhiều hơn năng lượng của các photon phát ra trong electron-volt.

Nguyên tắc cơ bản

Tất cả các vật liệu trong bảng hóa học và các phân tử kết hợp khác nhau có tính chất điện độc đáo. Nhưng chỉ có 3 loại điện cơ bản; dây dẫn , chất cách điện (= điện môi) và chất bán dẫn . Bán kính quỹ đạo của electron là thước đo năng lượng của nó, nhưng mỗi quỹ đạo của nhiều electron hình thành trong các dải có thể là:

• lan xa nhau = cách điện
• chồng chéo hoặc không có khoảng cách = dây dẫn
• khoảng cách nhỏ = Chất bán dẫn .

Điều này được định nghĩa là năng lượng Band Gap tính bằng vôn electron hoặc eV .

Định luật vật lý

Mức eV của các tổ hợp vật liệu khác nhau ảnh hưởng trực tiếp đến bước sóng ánh sáng và sụt áp phía trước. Vì vậy, bước sóng ánh sáng có liên quan trực tiếp đến khoảng trống này và năng lượng cơ thể màu đen được định nghĩa bởi Định luật Planck

Vì vậy, eV thấp hơn như dây dẫn có ánh sáng năng lượng thấp với bước sóng dài hơn (như nhiệt = Hồng ngoại) và điện áp thấp "Ngưỡng" hoặc điện áp đầu gối, Vt như; * 1

Germanium           Ge  = 0.67eV,   Vt= 0.15V  @1mA  λp=tbd
Silicon             Si  = 1.14eV,   Vt= 0.63V  @1mA  λp=1200nm (SIR) 
Gallium Phosphide   GaP = 2.26 eV,  Vt= 1.8V   @1mA  λp=555nm (Grn)

Các hợp kim khác nhau từ dopants tạo ra các khoảng trống và bước sóng và Vf khác nhau.

Công nghệ LED cũ

SiC         2.64 eV Blue
GaP         2.19 eV Green
GaP.85As.15 2.11 eV Yellow
GaP.65As.35 2.03 eV Orange
GaP.4As.6   1.91 eV Red

Dưới đây là một phạm vi từ Ge đến Sch đến Si điốt thấp trung bình với đường cong VI của chúng, trong đó độ dốc tuyến tính là do R = ΔVf / If.

$R_s = \dfrac{k}{P_{max}}$ .

• Do đó, đèn LED 65mW 5 mm với chip 0,2mm² và k = 1 có R = 1 / 65mW = 16 với sai số ~ + 25% / - 10% nhưng loại cũ hơn hoặc loại bỏ là 50% và loại tốt hơn với chip lớn hơn một chút ~ 10Ω nhưng vẫn bị giới hạn bởi cách nhiệt của vỏ epoxy 5 mm để tăng nhiệt.
• thì đèn LED SMD 1W có ak = 0,25 đến 1 có thể có R = 0,25 đến 1 Ω với các mảng có tỷ lệ kháng theo Sê-ri / Song song được tính bởi S / P x và điện áp theo số trong Sê-ri.

k là chất lượng liên tục của nhà cung cấp của tôi liên quan đến độ dẫn nhiệt của điện trở nhiệt của chip và hiệu quả cũng như độ bền nhiệt của bo mạch của nhà thiết kế.

Chưa k typ. chỉ thay đổi từ 1,5 (kém) đến 0,22 (tốt nhất) cho tất cả các điốt. Thấp hơn tốt hơn được tìm thấy trong các đèn LED SMD mới hơn có thể tản nhiệt trong bo mạch và các điốt Si được gắn vỏ cũ và cũng được cải thiện trong các điốt công suất SiC mới. Vì vậy, SiC có eV cao hơn do đó Vt cao hơn ở dòng điện thấp nhưng sự cố điện áp ngược cao hơn nhiều so với Si rất hữu ích cho các công tắc điện cao áp cao áp.

Phần kết luận

$V_f=V_t+I_f*R_s$ là một xấp xỉ tốt của đường cong tuyến tính tại Tjcn = 25'C.

$V_f=V_t+\dfrac{kI_f}{P_{max}}$

Tham chiếu

• https://en.wikipedia.org/wiki/Band_gap#List_of_band_gaps
• biểu đồ http://www.oldradioworld.de/gollum/fig04.jpg
• đèn LED cũ http://matse1.matse.illinois.edu/sc/f.html
• nguyên tắc cơ bản http://matse1.matse.illinois.edu/sc/prin.html
• https://en.wikipedia.org/wiki/Planck 's_law
• kết luận: của riêng tôi từ 45 năm nghiên cứu LED

* 1

Tôi đã thay đổi Vf thành Vt vì Vf trong datasheets là xếp hạng hiện tại được đề xuất, bao gồm mất bandgap và dẫn truyền nhưng Vt không bao gồm tổn thất dẫn truyền định mức Rs @ If.

Cũng giống như MOSFETs Vss (th) = Vt = điện áp ngưỡng khi Id = x00uA vẫn còn rất cao Rds bắt đầu tiến hành và bạn thường cần Vss = 2 đến 2,5 x Vt để có được RdsOn.

ngoại lệ

Diode năng lượng MFG: Cree Silicon carbide (SiC) 1700V PIV, @ 10A 2V @ 25'C 3,4 @ 175'C @ 0,5A 1V @ 25'C Pd max = 50W @ Tc = 110C và Tj = 175'C

Vậy Vt = 1V, R, Vr = 1700V, k = ¼Ω * 50W = 12,5 là cao do xếp hạng PIV 1,7kV.

• @ Tj = 175'C = (3,4-1,0) V / (10-0,5) A = ¼ Ω, k = R * Pmax

  

Ở đây, Vf có tempco dương, PTC không giống như hầu hết các điốt do R chiếm ưu thế trong Vt senstive Vt vẫn còn NTC. Điều này làm cho dễ dàng xếp chồng song song mà không chạy trốn nhiệt.

Việc giảm điện áp trên một tiếp giáp phân cực thuận phụ thuộc vào sự lựa chọn vật liệu. Một diode silicon PN thông thường có điện áp chuyển tiếp khoảng 0,7V, nhưng đèn LED được làm từ các vật liệu khác nhau và do đó có sự sụt giảm điện áp chuyển tiếp khác nhau.