Использование внутренней ёмкости светодиода в резонансном контуре
EDN 2011, Сентябрь 8
Внутреннюю ёмкость светодиодов можно использовать для создания последовательного резонансного контура, напряжение на котором может быть достаточным для для зажигания светодиода. В зависимости от цвета светодиода напряжение, необходимое для его зажигания, должно быть не менее 1,6 В. Пороговое напряжение зажигания повышается с уменьшением длины световой волны, испускаемой, светодиодом (у красных оно наименьшее, у синих - наибольшее). Все диоды с p-n переходом, включая светодиоды, имеют внутренние ёмкости, обусловленные истощением и диффузией областей.
Можно зажечь светодиод используя его ёмкость в последовательном LRC (индуктивность/ёмкость/сопротивление) резонансном контуре. В такой схеме фактор добротности Q будет определять увеличение напряжения генератора на контуре LC. В схеме с достаточно высокой величиной добротности Q напряжение генератора увеличится настолько, что его хватит для зажигания светодиода. Добротность резонансного контура Q это функция, которая зависит от сопротивления, индуктивности и ёмкости, что вытекает из следующего уравнения: Q=(1/R)*(L/C)1/2
Рис. 1. В этой схеме резистор - это внутреннее сопротивление генератора гармонического сигнала.
Эти вычисления могут быть проверены с помощью простой схемы, в которой используется синий светодиод, соединённый последовательно с индуктивностью (рисунок 1). Прямое напряжение на светодиоде составляет 2,45 В, внутреннее сопротивление генератора равно 50 Ом. Индуктивность величиной 100 мкГн и ёмкость типичного светодиода, равная 50 пФ, дают добротность Q=28. Амплитуда синусоидального сигнала составляет 650 мВ от пика до пика. Частоту генератора изменяют до тех пор, пока не будет найден резонанс. При приближении к резонансной частоте напряжение на светодиоде станет увеличиваться. В точке резонанса произойдёт резкий скачок напряжения из-за положительной обратной связи, возникающей при резонансе. Эта положительная обратная связь возникает из-за того, что ёмкость любого p-n перехода нелинейна (рисунок 2). При подходе к резонансной частоте напряжение на светодиоде увеличивается, что вызывает увеличение его внутренней ёмкости, которое понижает частоту резонанса.
 Рис. 2. Ёмкость p-n перехода светодиода увеличивается с увеличением прямого напряжения на нём. |
 Рис. 3. При подходе к резонансу напряжение на светодиоде растёт скачкообразно. |
Для голубого светодиода предрезонансная частота составляет 1,55 МГц. Схема настроена на частоту 1,69 мГц (рисунок 3). Отрицательные полуволны на светодиоде будет приводить к его зажиганию, положительные же будут срезаться. При использовании того же самого генератора с амплитудой 650 мВ от пика до пика со светодиодами других цветов рабочая частота будет другая. Этого же эффекта можно добиться, используя генератор меандра, так как прямоугольные колебания содержат основную гармонику резонансной частоты.
Саадж Найдер, Канада; под редакцией Поля Рако и Фрэна Грэнвилла.