Bir LED'in gecikme süresi nedir?

LED'lerin çok düşük, farkedilemez bir güç döngüsü gecikmesine sahip olduğu bilinmektedir, ancak ölçülmeleri ne kadar hızlıdır? (Nanosaniye?)

Başka bir deyişle, optimum parlaklığa ulaşmak için tamamen kapalı olan bir LED için ne kadar zaman alır ve tam parlaklıktan sönmeye ne kadar sürer? Geçerli olanın bir fark yarattığını varsayıyorum?

Modern LED-arkadan aydınlatmalı monitörler farklı parlaklık seviyeleri elde etmek için PWM kullandığından ve binlerce Hertz'de titreyen arka ışıklarda bile , LED'lerin neredeyse anında yanıt verdiği görülüyor (CFL'lerin aksine, güç döngüsünde oldukça yavaş).

Soruyu ele almak için önce fosfor LED'leri ^{(# 1)} (örneğin beyaz LED'ler, muhtemelen bazı yeşil LED'ler) ve doğrudan emisyon LED'leri (örn. En görünür renkli LED'ler, IR ve UV LED'leri) arasında bir ayrım yapılması gerekir .

Doğrudan emisyonlu LED'ler tipik olarak daha büyük LED'ler için daha uzun olan, tek haneli nanosaniyelerde bir açma süresine sahiptir . Enerjisi kesilmeden kapalı Bunlar için kat olan nanosaniye onlarca biraz daha yavaş açılmadan daha. IR LED'ler tipik olarak ileride verilen sebeplerden dolayı en hızlı geçiş sürelerini gösterir.

Bağlantı ve bağlantı teli geometrileri, 800 pikosaniye ila 2 nanosaniye darbeye izin vermek için özel olarak tasarlanmış özel amaçlı LED'ler mevcuttur . Daha kısa darbeler için, özel amaçlı lazer diyotlar, LED'lere operasyonel olarak birçok şekilde, 50 pikosaniye darbeye kadar çalışır.

Yorumlarda @ConnorWolf tarafından belirtildiği gibi , 500 ila 1000 pikosaniyelik nabız genişliğine sahip özel optik ışın şekillendiricili bir LED ürünleri ailesi de var .

Fosfor tipi LED'lerin, onlarca yüzlerce nanosaniyede açma ve kapatma süreleri vardır ve bunlar doğrudan emisyon LED'lerinden önemli ölçüde daha düşüktür.

Hızlı LED geçişi için baskın faktörler, yalnızca LED'in doğal emisyon geçiş süreleri değildir:

• İzlerin indüktansı daha uzun yükselme ve düşme sürelerine neden olur. Daha uzun izler = daha yavaş geçişler.
• LED'in kendisinin bağlantı kapasitansı bir faktördür ^{(# 2)} . Örneğin, bu 5 mm'lik delikli LED'lerin nominal 50 pF'lik bir birleşme kapasitansları vardır. Küçük kavşaklar, örneğin 0602 SMD LED'leri buna bağlı olarak daha düşük kavşak kapasitansına sahiptir ve her durumda ekran arka ışıkları için kullanılması daha muhtemeldir.
• Parazitik kapasitans (izler ve destek devresi), RC zaman sabitini arttırmada ve böylece geçişleri yavaşlatmada önemli bir rol oynar.
• Tipik LED sürüş topolojileri, örneğin, düşük-taraf MOSFET anahtarlama, kapatırken voltajı LED boyunca aktif olarak çekmeyin , bu nedenle kapanma zamanları tipik olarak açılmadan daha yavaştır.
• Yukarıdaki endüktif ve kapasitif faktörlerin bir sonucu olarak, LED'in ileri voltajı ne kadar yüksek olursa , güç kaynağının bu faktörlerin üstesinden gelmek için zorlamak zorunda kalması nedeniyle yükselme ve düşme süreleri uzar. Böylece IR LED'ler, tipik olarak en düşük ileri gerilim ile en hızlı şekilde geçiş yapar.

Bu nedenle, pratikte, uygulanan bir tasarım için sınırlama zaman sabitleri yüzlerce nanosaniye olabilir . Bu büyük ölçüde dış etkenlerden, yani sürüş devresinden kaynaklanmaktadır. Bunu LED kavşağının çok daha kısa geçiş süreleriyle karşılaştırın.

LED'lerin aksine sürüş devresi tasarımının üstünlüğünün bir göstergesi için , 20 nanosaniyelik aralıkta LED anahtarlama süresini garanti edebilecek devre tasarımları arayan bu ABD hükümetinin RFI'sine (Nisan 2013) bakın .

Notlar :

# 1: Bir fosfor tipi LED, tipik olarak uzak mavi veya ultraviyole aralığında bir alt ışık yayma bağlantısına sahiptir, bu daha sonra bir fosfor kaplamasını uyarır. Sonuç, doğrudan yayılan bir LED'den çok daha geniş bir dalga boyu spektrumu, dolayısıyla yaklaşık olarak beyaz (LED'ler için) olarak algılanan, yayılan çoklu dalga boylarının bir birleşimidir.

Bu ikincil fosfor emisyonu, bağlantı geçişinden çok daha yavaş açılır veya kapanır. Ayrıca, kapanmada, çoğu fosforun kapanma süresini daha da uzatan uzun bir kuyruğu vardır.

# 2: Bağlantı geometrisi bağlantı kapasitansını önemli ölçüde etkiler. Bu nedenle, yüksek frekanslı anahtarlama diyot tasarımı için kullanıldığı gibi, MHz aralığında yüksek hızda sinyalizasyon için özel olarak tasarlanmış LED'lerin üretilmesi için benzer adımlar atılmaktadır. Kapasitans, birleşme alanı kadar tükenme tabakası kalınlığından da etkilenir. Malzeme seçimleri (GaAsP v / s GaP vb.) Kavşaktaki taşıyıcı hareketliliğini de etkiler, böylece "değiştirme zamanı" değişir.

Muhtemelen aradığınız şey ışınımlı rekombinasyon zamanıdır: Bunu yaparken tipik olarak bir delik ve elektronun yeniden birleştirilmesi için geçen süre, bir foton yayarak, stokastik bir işlem olan ve dolayısıyla herhangi bir zaman alabilir. Bir mühendisin bakış açısına göre, LED'inkiler de dahil olmak üzere direnç, endüktans ve kapasite gibi elektriksel etkilerin üstesinden geldikten sonra, istenen oranda delikler ve elektronlar oluşturmak için gereken süreyi buna eklemek zorunda kalacaksınız. Ambalaj ve sürüş devresi.

Sadece bu bilgiyle, genel olarak genel rekombinasyon zamanlarının ve özellikle radyasyon rekombinasyon zamanlarının, özellikle yarı iletkenlerde, en çok dolaylı bant aralığı olanlar (tipik olarak sadece çok verimli LED'leri, silikon gibi olanlar arasında) büyük ölçüde değiştiği gerçeğini hala açıklayabilirsiniz. ) ve doğrudan bant aralığı olanlar (genellikle LED'ler için kullanılır). Ayrıca dalga boyuna bağlı olduğunun farkında olun.

Hazır numaralarım olmasa da, optoelektronik için büyüklük sırası nanosaniye olmalıdır. Temel olarak optik geri bildirim için optimize edilmiş aynaların içindeki bir LED olan lazer olarak kullanılmak üzere optimize edildiğinde, rekombinasyon süresi veya üst durum ömrü tipik olarak RP Fotonik Ansiklopedisine göre birkaç nanosaniyedir . Tahminime göre, normal LED'ler bu değeri aşmayacak, ancak belki de özel olarak optimize edilmedikçe, çok da hızlı olmayacak.