เวลาแฝงของไฟ LED คืออะไร?


42

ไฟ LED เป็นที่รู้จักกันว่ามีความล่าช้าในการปั่นจักรยานที่ต่ำมากและไม่สามารถสังเกตได้ แต่จะวัดได้เร็วแค่ไหน? (นาโนวินาที?)

กล่าวอีกนัยหนึ่งใช้เวลานานแค่ไหนสำหรับ LED ซึ่งจะดับไปทั้งหมดเพื่อให้ได้ความสว่างที่เหมาะสมที่สุดและใช้เวลานานเท่าใดในการเปลี่ยนจากความสว่างเต็มไปสู่การปิด ฉันคิดว่าการใช้ปัจจุบันสร้างความแตกต่าง?

ฉันถามสิ่งนี้เนื่องจากจอภาพ LED-backlit ที่ทันสมัยใช้ PWM เพื่อให้ได้ระดับความสว่างที่แตกต่างกันและแม้ในแบ็คไลท์ที่วูบวาบนับพันเฮิร์ตซ์ดูเหมือนว่าไฟ LED จะตอบสนองเกือบจะทันที


4
คำถามที่น่าสนใจ! ปกติฉันคิดว่า LEDs ไม่มีเวลาคงที่ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับลักษณะทางไฟฟ้าล้วนๆ แต่ก็น่าจะเป็นความประทับใจที่ไร้เดียงสาอย่างสิ้นเชิง
Connor Wolf

ฉันมี LED สีแดงอายุ 20 ถึง 25 ปีวางอยู่รอบ ๆ และมันช้ากว่าหลอดไฟใหม่อย่างเห็นได้ชัด ใหม่มีปลากะพงขาวมากในการเปิดและปิด ในอีกทางหนึ่งคุณสามารถจ้องมองที่ @ 20mA ของ LED เก่าอย่างใดอย่างหนึ่งในขณะที่คนสมัยใหม่ทำร้ายดวงตาของคุณเมื่อคุณทำเช่นนั้น
jippie

คำตอบ:


51

ในการตอบคำถามต้องแยกความแตกต่างระหว่างฟอสเฟอร์แอลอีดี(# 1) (เช่นแอลอีดีสีขาวอาจเป็นแอลอีดีสีเขียว) และการปล่อยโดยตรง (เช่นไฟ LED สีที่มองเห็นได้มากที่สุด

ไฟ LED ปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยตรงมักจะมี turn- ในเวลานาโนวินาทีหลักเดียวอีกต่อไปสำหรับไฟ LED ขนาดใหญ่ Turn- ปิดเวลาเหล่านี้อยู่ในสิบของนาโนวินาทีบิตช้ากว่าเปิดเครื่องขึ้น ไฟ LED IR มักแสดงเวลาการเปลี่ยนที่เร็วที่สุดด้วยเหตุผลที่ได้รับล่วงหน้า

ไฟ LED วัตถุประสงค์พิเศษที่มีอยู่ซึ่งแยกและพันธบัตรลวดรูปทรงเรขาคณิตที่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่ออนุญาตให้800 picosecond 2 พั สำหรับพัลส์ที่สั้นกว่าเลเซอร์ไดโอดที่มีวัตถุประสงค์เฉพาะในหลาย ๆ ด้านคล้ายกับไฟ LED สามารถทำงานได้ถึง50 picosecond pulses

ในฐานะที่เป็นแหลมออกโดย @ConnorWolf ในความคิดเห็นนอกจากนี้ยังมีอยู่ในครอบครัวของผลิตภัณฑ์ LED ที่มีความเชี่ยวชาญการสร้างคานแสงที่โม้ชีพจรความกว้างของ500-1000 picoseconds

ไฟ LED ประเภทสารเรืองแสงมีเวลาเปิด - ปิดและปิดในหลายสิบถึงหลายร้อยนาโนวินาทีช้ากว่าหลอด LED ที่ปล่อยออกมาโดยตรง


ปัจจัยสำคัญสำหรับการเปลี่ยนหลอดไฟ LED อย่างรวดเร็วไม่ใช่แค่ช่วงเวลาเปลี่ยนผ่านของการปล่อยก๊าซ LED:

  • การเหนี่ยวนำของร่องรอยทำให้เวลาเพิ่มขึ้นและลดลงอีกต่อไป การติดตามอีกต่อไป = การเปลี่ยนที่ช้ากว่า
  • ความจุชุมทางของ LED ตัวเองเป็นปัจจัย(# 2) ตัวอย่างเช่นLED 5 มม. ผ่านรูเหล่านี้มีความจุทางแยก 50 pF เล็กน้อย จุดเชื่อมต่อที่เล็กกว่าเช่น LED 0602 SMD นั้นมีความจุของจุดแยกน้อยกว่าและในกรณีใด ๆ มีแนวโน้มที่จะใช้สำหรับไฟหน้าจอมากขึ้น
  • ความจุกาฝาก (ร่องรอยและวงจรสนับสนุน) มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มค่าคงที่เวลา RC และทำให้การเปลี่ยนผ่านช้าลง
  • โทโพโลยี LED แบบทั่วไปของการขับขี่เช่นการสลับมอสเฟตในระดับต่ำอย่าดึงแรงดันข้าม LED ลงไปเมื่อปิดดังนั้นเวลาเปิด - ปิดโดยทั่วไปจะช้ากว่าการเปิด
  • เป็นผลมาจากปัจจัยอุปนัยและ capacitive ข้างต้นสูงกว่าแรงดันไปข้างหน้าของ LED , เวลาที่เพิ่มขึ้นและลดลงเนื่องจากแหล่งพลังงานต้องขับรถในปัจจุบันยากที่จะเอาชนะปัจจัยเหล่านี้ ดังนั้นไฟ LED IR ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีแรงดันไปข้างหน้าต่ำสุดจึงเปลี่ยนได้เร็วที่สุด

ดังนั้นในทางปฏิบัติคง จำกัด เวลาสำหรับการออกแบบการใช้งานที่สามารถอยู่ในหลายร้อยนาโนวินาที นี่คือสาเหตุหลักมาจากปัจจัยภายนอกเช่นวงจรการขับขี่ ตัดความแตกต่างนี้ด้วยเวลาในการเปลี่ยนผ่านที่สั้นกว่ามากของทางแยกไฟ LED

เพื่อให้ได้ข้อบ่งชี้ของการครอบงำของการออกแบบวงจรขับรถเมื่อเทียบกับไฟ LED ที่ตัวเองเห็นนี้เมื่อเร็ว ๆ นี้ที่สหรัฐอเมริกา RFI รัฐบาล (เมษายน 2013) ที่กำลังมองหาการออกแบบวงจรที่สามารถรับประกัน LED เปลี่ยนเวลาในช่วง 20 nanosecond


หมายเหตุ :

# 1: LED ประเภทฟอสเฟอร์มีจุดเชื่อมต่อการเปล่งแสงพื้นฐานซึ่งโดยปกติจะอยู่ในช่วงสีน้ำเงินหรืออัลตราไวโอเลตซึ่งจะทำให้เกิดการเคลือบฟอสเฟอร์ ผลที่ได้คือการรวมกันของความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาจำนวนมากดังนั้นสเปกตรัมของความยาวคลื่นที่กว้างกว่า LED การปล่อยโดยตรงซึ่งถูกมองว่าเป็นสีขาวโดยประมาณ (สำหรับ LED สีขาว)

สวิตช์ฟอสเฟอร์ตัวที่สองนี้เปิดหรือปิดช้ากว่าการเปลี่ยนทางแยก นอกจากนี้ที่ฟอสเฟอร์ปิดฟอสเฟอร์ส่วนใหญ่จะมีหางยาวซึ่งจะทำให้เวลาในการเปิดปิดลดลง

# 2: เรขาคณิตทางแยกส่งผลกระทบต่อความจุทางแยกอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นขั้นตอนที่คล้ายกันจึงเกิดขึ้นสำหรับการผลิต LED ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการส่งสัญญาณความเร็วสูงในช่วง MHz เช่นเดียวกับที่ใช้สำหรับการออกแบบไดโอดสลับความถี่สูง ความจุจะได้รับผลกระทบจากความหนาของชั้นการสูญเสียรวมถึงบริเวณจุดต่อ การเลือกวัสดุ (GaAsP v / s GaP ฯลฯ ) ยังส่งผลต่อการเคลื่อนย้ายของผู้ให้บริการที่ทางแยกด้วยดังนั้นการเปลี่ยน "เวลาสลับ"


มีปัจจัยใดบ้างที่ทำให้เกิดค่าคงที่เวลาใน LED ที่ไม่ใช่สีขาวนอกเหนือจากพฤติกรรมทางไฟฟ้า? คุณไม่สามารถใช้ LED ที่สร้างเป็นพิเศษเพื่อผลิตแสงกะพริบ picosecond ได้ไหม?
Connor Wolf

@ConnorWolf ที่จริงแล้วคุณสามารถได้รับไฟ LED ผลิตโดยเฉพาะสำหรับพั picosecond ฉันจะพูดถึงมันในคำตอบเช่นกัน
Anindo Ghosh

คุณแน่ใจหรือว่าเป็นเพียง LED ฉันคิดว่าสิ่งต่าง ๆ เช่นนั้นโดยทั่วไปใช้ LED แบบดั้งเดิมมากขึ้นควบคู่กับพัลส์ - shaper หรือเซลล์แสงในบางประเภทด้วยองค์ประกอบออปติคัลที่ให้คุณสมบัติการเต้นของชีพจรที่แคบ
Connor Wolf

@ConnorWolf ความยาวคลื่นสั้นสีน้ำเงิน 800 picosecond เป็น LED ความยาวคลื่น UV เห็นได้ชัดว่าเป็นเพียง LEDจากเอกสารที่มีอยู่ทั้งหมด พื้นที่ย่อย 500 picosecond นั้นเกี่ยวกับเลเซอร์ไดโอดมากกว่า LED ในระหว่างนั้นอาจมีการผสมผสานระหว่าง shapers และ magic optical optical
Anindo Ghosh

2
นั่นเป็นคำตอบที่ครอบคลุมมาก! ฉันสงสัยว่า LED เหล่านี้ถูกจับเวลาอย่างไร อาจเป็นกล้องที่มีอัตราเฟรมสูงหรือไม่?
ayane

5

สิ่งที่คุณกำลังมองหาอยู่ก็คือเวลารวมตัวกันใหม่ของรังสี: เวลาที่ใช้สำหรับหลุมและอิเล็กตรอนในการรวมตัวกันอีกครั้งเมื่อทำเช่นนั้นโดยการเปล่งโฟตอนซึ่งเป็นกระบวนการสุ่มและอาจใช้เวลานาน จากมุมมองของวิศวกรคุณจะต้องเพิ่มสิ่งนี้ทุกครั้งที่สร้างหลุมและอิเล็กตรอนตามที่คุณต้องการตั้งแต่แรกหลังจากเอาชนะเอฟเฟกต์ไฟฟ้าเช่นความต้านทานการเหนี่ยวนำและความจุรวมถึง LED บรรจุภัณฑ์และวงจรการขับขี่ของคุณ

ด้วยข้อมูลนี้เท่านั้นคุณยังสามารถเดินทางข้ามเวลาที่รวมตัวกันใหม่โดยทั่วไปและเวลารวมตัวกันอีกครั้งโดยเฉพาะอย่างยิ่งแตกต่างกันอย่างมากในเซมิคอนดักเตอร์อย่างมีนัยสำคัญระหว่างผู้ที่มี bandgap ทางอ้อม ) และผู้ที่มี bandgap โดยตรง (ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้สำหรับไฟ LED) ยังตระหนักถึงการพึ่งพาความยาวคลื่น

ในขณะที่ฉันยังไม่มีตัวเลขพร้อมคำสั่งของขนาดของออปโตอิเล็กทรอนิกส์ควรเป็นนาโนวินาที เมื่อเหมาะสำหรับการใช้เลเซอร์ซึ่งเป็นพื้น LED ภายในกระจกที่ดีที่สุดสำหรับความคิดเห็นของแสงในเวลารวมตัวกันอีกหรืออายุการใช้งานของรัฐบนเป็นปกติไม่กี่นาโนวินาทีตามRP Photonics สารานุกรม ฉันเดาว่าไฟ LED ปกติจะไม่เกินค่านั้น แต่อาจยกเว้นว่าปรับให้เหมาะสมเป็นพิเศษจะไม่เร็วขึ้นเช่นกัน

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.