紅外發光二極體介紹

2021-03-03 23:29:23 字數 2718 閱讀 4065

常用的紅外發光二極體(如se303.ph303),其外形和發光二極體led相似,發出紅外光。管壓降約1.

4v,工作電流一般小於20ma。為了適應不同的工作電壓,迴路中常常串有限流電阻。

發射紅外線去控制相應的受控裝置時,其控制的距離與發射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離,紅外發光二極體工作於脈衝狀態,因為脈動光(調製光)的有效傳送距離與脈衝的峰值電流成正比,只需盡量提高峰值ip,就能增加紅外光的發射距離。提高ip的方法,是減小脈衝占空比,即壓縮脈衝的寬度t,一些彩電紅外遙控器,其紅外發光管的工作脈衝占空比約為1/3-1/4;一些電器產品紅外遙控器,其占空比是1/10。

減小脈衝占空比還可使小功率紅外發光二極體的發射距離大大增加。常見的紅外發光二極體,其功率分為小功率(1mw-10mw)、中功率(20mw-50mw)和大功率(50mw-100mw以上)三大類。要使紅外發光二極體產生調製光,只需在驅動管上加上一定頻率的脈衝電壓。

用紅外發光二極體發射紅外線去控制受控裝置時,受控裝置中均有相應的紅外光一電轉換元件,如紅外置收二極體,光電三極體等。

紅外線發射與接收的方式有兩種,其一是直射式,其二是反射式。直射式指發光管和接收管相對安放在發射與受控物的兩端,中間相距一定距離;反射式指發光管與接收管並列一起,平時接收管始終無光照,只在發光管發出的紅外光線遇到反射物時,接收管收到反射回來的紅外光線才工作。

圖2.6 紅外發射二極體圖2.7 常用紅外置收頭

紅外發光二極體的特性:

1.電流—電壓特性

紅外發光二極體其電氣的電路符號及特性曲線,如圖2.8所示。陽極(p極)電壓加正,陰極(n極)電壓加負,此時二極體所加之電壓為正向電壓,同時亦產生正向電流,提供了紅外發光二極體發射出光束的能量,其發光的條件與一般的發光二極體(led)一樣,只是紅外線為不可見光。

一般而言砷化鎵的紅外線發光二極體約須1v,而鎵質的紅色發光二極體切入電壓約須1.8v;綠色發光二極體切入電壓約須2.0v左右。

當加入之電壓超過切入電壓之後,電流便急速上公升,而周圍溫度對二極體的切入電壓影響亦很大,當溫度較高時,將使其切入電壓數值降低,反之,切入電壓降低。

紅外線發光二極體工作在反向電壓時,只有微小的漏電流,但反向電壓超過崩潰電壓時,便立即產生大量的電流,將使元件燒毀,一般紅外線二極體反向耐壓之值約為3~6v,在使用時盡量避免有此一情形發生。

圖2.8 紅外發光二極體的特性

2.熱損

紅外線發光二極體的熱損失,是因元件所外加的電壓vf,產生的電流if累積而來的,除了一小部份能量做為光的發射外,大部份形成熱能而散發,所散發的熱能即所謂的損失。元件的功率損耗,在最大值的60%以下範圍內,元件使用上會很安全,功率的損其最大值與周圍溫度亦有關係。

3.發射束電流特性

一般可見光的發光二極體其輸出光的強度是以光度表示之,而不可見光如紅外線發光二極體其輸出光的能量大小,是以發射束fe表示,其單位為瓦特。發射束的意義是單位時間內,所能發射、搬移光的能量的多寡。

紅外線發光二極體的發射束大體上也是隨電流比例而定,如圖2.9所示,為發射束與正向電流的特性曲線。同時,發射束亦受周圍溫度影響,溫度下降時,發射束反而增強;溫度上公升時,則下降(正向電流一般都有一固定值),然而因熱損失之故,元件上的溫度便形增加,如此發光效率就會受到影響而降低。

圖2.9 發射束-正向電流特性

4.發光頻譜

發光二極體所發射的光波長,常因其所用的材料而異。圖2.11所表示是各種發光二極體的發光頻譜。

砷化鎵的紅外線發光二極體,其峰值發光波長為940~950 nm,而人不能看到的光波長,大概就在900 nm以上,這也就是紅外線的光我們人眼所不能看到的原因。

圖中虛線部分,是si質光電晶體的相對分光感度,光電晶體的感光範圍很大,其範圍由500nm到1100nm,而其感光峰值約在800nm左右,所以光電晶體除了平常用來做可見光線偵測外,也常用來做紅外線接收器。但使用光電晶體當紅外線接收器時,須注意其它光線的干擾,為排除干擾可以在接收器的放大部份加入一帶通濾波器,以讓紅外線發光二極體發射出來光線的頻率通過,如此可以減少很多不必要的干擾。

圖2.10發光二極體的發光頻譜

5.方向特性

圖2.11 發光元件的方向特性

紅外線發光二極體的發射強度因發射方向而異。方向的特性如圖2.11,圖的發射強度是以最大值為基準,方向角度即為發射強度的相對值。

當方向角度為零度時,其放射強度定義為100%,當方向角度越大時,其放射強度相對的減少,發射強度如由光軸取其方向角度一半時,其值即為峰值的一半,此角度稱為方向半值角,此角度越小即代表元件之指向性越靈敏。

一般使用紅外線發光二極體均附有透鏡,使其指向性更靈敏,而圖2.11(a)就是附有透鏡的情況,方向半值角大約在± 7°。另外每一種編號的紅外線發光二極體其幅射角度亦有所不同,圖2.

11(b)所示之曲線為另一種編號之元件,方向半值角大約在± 50°。

6.距離特性

圖2.12 對發射輸出與距離特性

紅外線發光二極體的幅射強度,依光軸上的距離而變,亦隨受光元件的不同而變。圖2.12是受光元件的入射光量變化和距離的特性。

基本上光量度是隨距離的平方成反比,且和受光元件特性不同有關。

7.響應特性

響應特性所指的是,紅外線發光二極體加入電流後,至發光的時間,一般紅外線發光二極體的響應時間是隨其製作方法不同而異。現在最快的是液體成長型紅外線發光二極體,其響應速度約在1~3us ,亦即在適當調節下,其使用頻率約在300khz 以下。

8.包裝與外型

紅外線發光二極體的包裝種類分為三種,透鏡消除型、陶瓷型及樹脂分子型,其包裝構造,如圖2.13所示,若在使用環境上,用途上要求嚴格的話,應使用陶瓷型的最佳。紅外線發光二極體的外型。

圖2.13常用發光二極體外形

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