E.Smerieri Scuola Estiva di Fisica Genova - 2006

I LED e la costante di Planck

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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

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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

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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

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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

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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

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Identificazione dei pin

AnodoCatodo

Lato piatto

-+

Per memorizzare ricordarsi: Catodo Corto

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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

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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