Diode electroluminescente [601302]

1

Diode electroluminescente

Prof. Ing. Nițu Claudia
Colegiul Tehnic Energetic Constanța

Diodele semiconductoare se construiesc într -o multitudine de variante constructive, după cum
urmează:
a) Diode de semnal mic – curentul maxim direct admisibil intre 50 și 100 mA, tensiunea invers
maxim admisibilă intre 20 si 100 V, putere disipată sub 150 mW
b) Diode redresoare – pentru frecvențe sub 400 Hz, curentul maxim direct admisibil între 10 mA și
100 A, tensiunea invers maxim admisibilă intre 10 si 1000 V, putere disipată maxim admisibilă
intre 0,1 si 100 W
c) Diode Zener – tensiunea stabilizată între 3V și 100V iar curentul sub 100 mA
d) Diode de comutație
e) Diode de detecție – demodularea semnalelor, funcționează la frecvențe foarte mari si puteri mici
f) Diode varicap – cu utilizare în filtresi oscilatoare
g) Diode Tunel – funcționează la frecvențe mari sau în circuite de comuta ție.
h) Fotodiode – radiațiile luminoase patrund prin capsulă și sunt absorbite de materialul
semiconductor
i) Diode electroluminiscente (LED) – realizate din joncțiuni de tipul GaAsP, AlInGaP, AlGaAs si
InGaN, aceste diode funcționează numai in polarizare di rectă.

Fig. 1. Tipuri de diode

Diodele de mare putere, indiferent de tipul lor, vor avea imprimat pe ele simbolul general al
diodei.

Fig. 2. Simbolul general al diodei

Diodele mică putere sunt marcate cu un inel plasat la unul din capete, de o alta culoare decât
restul suprafeței, acest inel aratând că este catodul diodei:

Fig. 3. Indicarea catodului pe diodele de mică putere

2

La LED -uri și fotodiode piciorul mai lung este de regulă anodul. Dioda electro luminiscentă
funcționează când este polarizată direct, prin injecția de curent în joncțiune, electronii ce se gasesc în
banda de conducție ai zonei n vor traversa joncțiunea și se vor recombina cu golurile ce se gasesc în
banda de valență a zonei p. In urma acestei rec ombinari, energia primită de la câmpul exterior va fi
eliberată sub formă de cuante de energie (luminoasă). Energia luminoasă va fi determinată de lărgimea
benzii interzise.
Mai jos este prezentată schematic structura unei diode electroluminiscente, circui tul de
polarizare, valorile tipice pentru curentul prin diodă și tensiunea la bornele ei în stare de funcționare.

Fig. 4. Structura unei diode electroluminiscente și circuitul de polarizare

În circuitul de polarizare a diodei este obligatorie prezența unei rezistențe de limitare a curentului
cu o valoare tipică cuprinsă între 200 și 330Ω. Lungimile de undă ale radiațiilor emise de diodele
electroluminiscente depind de materialele semiconductoare din care sunt fabricate:

Material λ [nm] Culoare
GaAs 940 infraroșu
GaAs0,7 P0,3 660 roșu
GaAs0,5P0,5 610 portocaliu
GaAs0,15P0,85 590 Galben
GaP 540 verde

Pentru construcția diodelor electroluminiscente se folosesc materialele semiconductoare pe bază
de galiu. Deți sunt foarte întâlnite în construcția diodelor clasice, siliciul și germaniul nu se mai folosesc
pentru diodele electroluminiscente, deoarece energia electrică va fi convertită majoritar în energie
termică și foarte puțin în energie luminoasă.

Fig. 5. Emisia (procente) funcție de lungimea de undă (nm)

Randamentul luminos se măsoară în lumen/watt [lm/W]. Becurile LED au un randament
100lm/W, dar deja depășesc 150 lm/W, spre deosebire de cele incadescente care oferă doar 15 lm/W,
LED-urile ajungând la st rălucire maximă instantaneu și putând fi reaprinse imediat după ce au fost
stinse. Puterea de iluminat în kandelă a LED -urilor este dată de maximele tehnologiilor, spre deosebire
de corpurile de iluminat tradiționale (becuri cu arc sau tuburi fluorescente) . Lumina corpurilor de iluminat
cu LED -uri nu trebuie direcționată cu reflectoare sau oglinzi. Din fabricație se poate opta pentru
iluminatul direcțional (orientat) ce variază de la câteva grade până la unghiuri de 120°. Corpurile de

3
iluminat cu LED pot fi achiziționate deja și sub forma surselor de iluminat tradiționale, cu care ne -am
obișnuit, dar și ca montaje pe suport flexibil sub formă de bandă luminescentă cu ajutorul cărora se
poate realiza o lumină ambientală echilibrată.
Corpurile de iluminat pe b ază de LED -uri au nevoie de tensiuni de alimentare stabile. Prețurile
corpurilor de iluminat pe bază de LED -uri se apropie tot mai mult de cele ale corpurilor de iluminat
tradiționale. Aceste aspecte sunt importante deoarece apariția crizei de energie (res urse naturale în
scădere) impune căutarea altor surse de energie și reducerea consumului acesteia, sub orice formă.
Cea mai viabilă schemă de iluminat este, în prezent, cea bazată pe LED -uri, acestea având o viață mult
mai lungă și un consum de putere apro ape neglijabil în comparație cu orice alt tip de sursă de lumină.
Factorii de luat în considerare în cadrul definirii luminozității unei surse de lumină se referă fie la
natura luminii emise, fie la natura detectorului folosit pentru măsurarea luminii.
Prin împrăștierea unei lumini puternice în toate direcțiile (bec incandescent de 100W) lumina
percepută este mai slabă față de lumina directionată a unui bec LED de 1W ce va părea mai intensă,
observația fiind facută la o distanță de 30 metri.
Conluzionând, modalitatea de proiecție a unei surse de lumină poate influența luminozitatea
aparentă a acelei surse.
Un exemplu extrem de sursă direcțională sunt laserii comuni cu fascicul roșu/verde din domeniu
vizibil. Aceștia sunt într -atât de direcționali încât raz a emisă se împrăștie foarte puțin la distanțe
considerabile (spotul emis poate rămâne mic chiar și după câteva sute de metri).
Pentru a stabili lumina emisă de către o sursă, trebuie stabilit ce lungimi de undă se iau în
considerație. Trebuie definite ge ometria măsurării dar și asociată o valoare etalon fiecărei lungimi de
undă luată în discuție.
Dacă luăm in calcul cantitatea de lumină ce poate fi detectata la o anumită distanță atunci
lungimile de undă ce se masoară depind de instrumentele utilizate. Da că acest instrument este chiar
ochiul omenesc, atunci trebuie luate in calcul doar lungimile de undă vizibile. In cazul unui detector cu
silicon, se va utiliza graficul curbei de răspuns al acestuia. In studiul luminii se folosesc mai multe unități
de mas ură cum ar fi lm, cd, lx, W/sr, etc.
Diodele luminescente sunt eficiente în ce privește consumul energiei electrice; cu toate că cele
roșii și cele albastre au atins o eficiență record, pentru cele verzi eficiența este redusă dramatic, de
aceea, acestea din urmă nu sunt utilizate în producerea luminii albe.
Soluția practică este utilizarea unui fosfor dopat YAG plasat direct pe LED – ul albastru, astfel se
realizeaza un element de lumină aproximativ albă. Această metoda des folosită, deși carandarea de
culoare e relativ slabă datorită fosforului (ce are un maxim în zona galbenă și o zonă de cădere în zona
roșie); stratul de fosfor trebuie plasat uniform într -o matrice de silicon și să stea fix. Are dezavatajul că
dacă este prea gros va diminua lumina emisă . Din punct de vedere funcțional, pentru ca lumina albastra
sa poată fi absorbită și lumina galbenă emisă, lumina galbenă întâmpină probleme deoarece trebuie să
treacă prin stratul de fosfor ce prezinta un grad de împrăștiere ridicat. Deși această metodă e destul de
complicată, este foarte des utilizată în locul combinarii de 3 leduri – rosu, verde si albastru pentru
obținerea luminii albe.
Culoarea alb cald poate fi creată cu o pierdere de eficacitate prin adaugarea unui fosfor roșu
celui galben. O nouă a bordare a acestei tehnici care promite realizarea unui fosfor solid ieftin este oferită
de firma Nippon Sheet Glass, lumina emisă din spate putând trece prin stratul de fosfor cu mai multa
ușurință. De asemenea, o pudră anorganică de fosfor poate fi aplica tă direct pe suprafața LED -ului,
respectiv mai multe pudre de fosfor anorganice sunt suficient de robuste încât să permită aplicarea
directă pe o suprafață de iluminare intensă.

Bibliografie
1) S.D.Anghel – Bazele electronicii analogice și digitale Ed. Presa Universitară Clujeană, Cluj –
Napoca 2007
2) Cartianu , GH., Săvescu , M., C onstantin , I., S tanomir , D.: „ Semnale,circuite și sisteme ”, Editura
Didactică și Pedagogică, București, 1980
3) Constantin Strîmbu – “Semnale și circuite electronice , analiza și preluc rarea semnalelor ” – Editura
Academiei Forțelor Aeriene “Henri Coandă” Brașov 2007