LED的等待时间是多少?


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众所周知,LED具有非常低的,不明显的电源重启延迟,但是测量时有多快?(纳秒?)

换句话说,要完全熄灭的LED需要多长时间才能达到最佳亮度,从全亮度变为熄灭需要多长时间?我认为当前应用会有所作为吗?

我之所以这么问,是因为现代的LED背光监视器使用PWM来达到不同的亮度水平,即使在以数千赫兹的频率闪烁的背光中,LED似乎也几乎可以立即做出响应(不像CFL,后者的电源循环很慢)。


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有趣的问题!我通常认为LED没有与纯电气特性无关的时间常数,但这可能是完全天真的印象。
康纳·沃尔夫

我周围有一堆20到25岁的红色LED,这些红色LED 显然比新LED 慢。新的功能在打开和关闭方面更加灵活。另一方面,您可以很容易地凝视那些旧的LED @ 20mA,而现代的LED会伤害您的眼睛。
jippie 2013年

Answers:


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为了解决该问题,首先需要在荧光粉LED (#1)(例如白色LED,可能是一些绿色LED)和直接发射LED(例如最可见的彩色LED,IR和UV LED)之间进行区分。

直接发射的LED典型地具有了转向在时间单位数纳秒,较长的为更大的LED。可关时间这些都是在几十纳秒,略高于开启慢。由于前面提到的原因,IR LED通常显示最快的转换时间。

提供特殊用途的LED,其结和键合线的几何形状经过专门设计,可允许800皮秒至2纳秒的脉冲。对于更短的脉冲,在许多方面类似于LED的操作中,专用激光二极管一直可工作至50皮秒脉冲。

正如@ConnorWolf在评论中指出的那样,还存在一系列具有特殊光束整形LED产品,它们具有500至1000皮秒的脉冲宽度。

磷光型LED的开启和关闭时间在几十到几百纳秒之间,比直接发射的LED慢得多。


快速LED切换的主要因素不仅是LED固有的发射跃迁时间:

  • 走线的电感会导致更长的上升和下降时间。较长的迹线=较慢的过渡。
  • LED本身的结电容是一个因素(#2)。例如,这些5mm通孔LED的结电容标称值为50 pF。较小的结,例如0602 SMD LED,其结电容相应较低,在任何情况下都更可能用于屏幕背光。
  • 寄生电容(走线和支持电路)在增加RC时间常数,从而减缓过渡方面起着重要作用。
  • 典型的LED驱动拓扑(例如低端MOSFET开关)在关断时不会主动拉低LED两端的电压,因此关断时间通常比开通慢。
  • 由于上述电感和电容因素,LED正向电压越高,上升和下降时间就越长,这是因为电源必须更努力地驱动电流来克服这些因素。因此,通常具有最低正向电压的IR LED转换最快。

因此,在实践中,用于实施的设计的限制时间常数可以在数百纳秒内。这在很大程度上是由于外部因素,即驱动电路。与此相比,LED结的转换时间短得多。

要了解驱动电路设计相对于LED本身的主导地位,请参阅美国政府最近发布的RFI(2013年4月),寻求能够保证LED切换时间在20纳秒范围内的电路设计。


注意事项

#1: 磷光体类型的LED具有下面的发光结,通常在远蓝或紫外范围内,然后激发磷光体涂层。结果是多个发射波长的组合,因此比直接发射LED的波长光谱更宽,这被认为是近似白色的(对于白色LED)。

次级磷光体的发射或关断速度远慢于结过渡。同样,在关闭时,大多数磷光体的尾巴较长,这进一步延长了关闭时间。

#2: 结的几何形状会显着影响结电容。因此,采取了类似的步骤来制造专门设计用于MHz范围内高速信号传输的LED,就像用于高频开关二极管设计那样。电容受耗尽层厚度以及结面积的影响。材料选择(GaAsP v / s GaP等)也会影响结点处的载流子迁移率,从而改变“切换时间”。


除了电气特性,是否有任何因素会在非白色LED中产生时间常数?您不能使用特殊构造的LED产生皮秒级的光脉冲,可以吗?
康纳·沃尔夫

@ConnorWolf其实,你可以得到专门用于制造LED的皮秒脉冲。我也会在答案中提到它。
Anindo Ghosh

您确定那只是一个LED吗?我认为类似的东西通常使用更传统的LED耦合到某种形式的脉冲整形器或光学单元,而光学组件可提供窄脉冲特性。
康纳·沃尔夫

@ConnorWolf 所有可用文档中的800皮秒蓝色短波长到紫外波长的LED显然只是一个LED。500皮秒以下的空间全部是关于激光二极管而不是LED。在这两者之间,可能混合了成形器和奇特的光学魔术。
Anindo Ghosh

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那是一个非常全面的答案!我不知道这些LED是如何计时的。也许是高帧率的相机?
y 2013年

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您可能正在寻找的是辐射复合时间:通常,空穴和电子通过发射光子进行复合所需的时间,这是一个随机过程,因此可能需要任何时间。从工程师的角度来看,在克服电阻,电感和电容等电效应(包括LED,LED的电效应)后,您必须首先以所需的速率添加制造空穴和电子所需的任何时间。包装和驱动电路。

仅凭此信息,您仍可能会遇到这样一个事实,即半导体的总体重组时间特别是辐射重组时间特别大,尤其是在具有间接带隙的半导体之间(通常只制造非常低效的LED,例如硅) )以及具有直接带隙的LED(通常用于LED)。也要注意对波长的依赖性。

虽然我还没有数字,但光电子学的数量级应该是纳秒。根据RP Photonics百科全书,当优化用作激光(基本上是优化用于光反馈的反射镜内部的LED)时,重组时间或上态寿命通常为几纳秒。我的猜测是,普通的LED不会超过该值,而且,除非经过特别优化,否则也不会更快。

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