Bài giảng Phần 2: Các phần tử cơ bản trong kỹ thuật thông tin quang (tiếp)

1Phần 1 : Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang Giảng viên: Hoàng Văn Võ Phần 2: Các phần tử cơ bản trong kỹ thuật thông tin quang Giảng viên: Hoàng Văn Võ Phần 3: cơ sở kỹ thuật thông tin quang Giảng viên: Hoàng Văn Võ Phần 4: hệ thống thông tin quang Giảng viên: Vũ Tuấn Lâm Phần 5: một số công nghệ quang tiên tiến Giảng viên: Vũ Tuấn Lâm Nội dung môn học Thông tin quang nâng cao 21. Sợi quang 2. Các phần tử biến đổi điện - quang (phát quang) 3. Các phần tử biến đổi quang - điện (thu quang) Phần 2: Các phần tử cơ bản trong kỹ thuật thông tin quang 3BỘ PHÁT QUANG 1. Mụ hỡnh và chức năng của bộ phỏt quang 2. Một số yờu cầu đối với cỏc phần tử phỏt quang 3. Một số khỏi niệm cơ bản 4. Cỏc phần tử phỏt quang 5. Cỏc bộ phỏt quang 41.Mụ hỡnh và chức năng của bộ phỏt quang Bộ phát quang iD(t) Pp(t)  Mụ hỡnh bộ phỏt quang • Chức năng: Biến đổi tín hiệu vào iD (t) thành tín hiệu ánh sáng Pp (t) để ghép vào sợi quang. Quá trình này gọi là điều biến quang hay điều chế quang. Hình 3.1. Mô hình bộ phát quang 52. Một số yờu cầu đối với cỏc phần tử phỏt quang Một số yờu cầu đối với cỏc phần tử phỏt quang sử dụng trong kỹ thuật thụng tin quang: - Ánh sỏng được bức xạ ra phải cú độ rộng phổ hẹp, - Cụng suất ỏnh sỏng phỏt xạ cao, - Mật độ cụng suất lớn, - Cú khả năng điều chế trực tiếp, - Hệ số biến đổi cao, - Cú khả năng điều chế với tớn hiệu tốc độ cao (băng tần điều chế lớn), - Điều kiện ghộp với sợi quang thuận tiện, - Hiệu suất ghộp ỏnh sỏng vào sợi quang cao. 62. Một số yờu cầu đối với cỏc phần tử phỏt quang Để đỏp ứng cỏc yờu cầu trờn, trong kỹ thuật thụng tin quang, người ta thường sử dụng cỏc phần tử phỏt quang là: - LED (Light Emitting Diode) và - LD (Laser Diode). Cỏc phần tử phỏt quang LED (Light Emitting Diode) và LD (Laser Diode) là cỏc phần tử phỏt quang bỏn dẫn 7Hình 3.2. Tiếp giáp p-n và giản đồ năng l-ợng khi không có điện áp ngoài tác động Các phần tử đa số: e Các phần tử đa số: p Vùng điện tích không gian Bán dẫn pBán dẫn n E Ec Ef EV E 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Tiếp giáp p-n: 8Hình 3.3. Tiếp giáp p-n và giản đồ năng l-ợng khi có điện áp ngoài tác động 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Tiếp giáp p-n: E Ec Ef EV E Vùng điện tích không gian Bán dẫn pBán dẫn n Các phần tử đa số: e Các phần tử đa số: p +- 9Khi một tiếp giỏp p-n được tạo ra, cỏc hạt tải đa số sẽ khuếch tỏn qua nú, tức là cỏc điện tử trong lớp bỏn dẫn n được khuếch tỏn qua tiếp giỏp và lấp đầy cỏc lỗ trống trong lớp bỏn dẫn p và do vậy sẽ để lại lỗ trống trong lớp bỏn dẫn n của tiếp giỏp. Kết quả là một điện trường tiếp xỳc hay một điện thế tiếp xỳc sẽ xuất hiện tại vựng tiếp giỏp. Điện trường này sẽ ngăn cản việc chuyển động tự do của cỏc hạt tải cho đến khi cõn bằng được thiết lập. Tại vựng tiếp giỏp lỳc này sẽ khụng cũn hạt mang điện tự do do cỏc điện tử và lỗ trống đó bị giữ lại trong cỏc liờn kết đồng húa trị. Khi đú, vựng tiếp giỏp được gọi là vựng nghốo hoặc vựng khụng cú điện tử tự do. 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Tiếp giáp p-n: 10 Khi một điện thế ngoài được đưa vào tiếp giỏp p-n, nếu cực dương của nguồn nối với bỏn dẫn n và cực õm nối với bỏn dẫn p thỡ tiếp giỏp khi đú được phõn cực ngược. Dưới tỏc dụng của điện ỏp phõn cực ngược, độ rộng lớp nghốo sẽ mở rộng ra ở cả hai phớa lớp p và lớp n hay điện trường lớp tiếp giỏp được tăng cường. Điện trường tiếp giỏp tiếp tục ngăn cản chuyển động của cỏc hạt tải đa số nhưng lại trở thành điện trường thuận với cỏc hạt tải thiểu số khi đi qua lơp tiếp giỏp. Dũng của cỏc hạt tải thiểu số tạo ra được gọi là dũng dũ. 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Tiếp giáp p-n: 11 Trong trường hợp cực dương của nguồn nối với bỏn dẫn p và cực õm nối với bỏn dẫn n thỡ tiếp giỏp khi đú phõn cực thuận. Lỳc này, điện trường tiếp giỏp và điện trường ngoài sẽ ngược chiều nhau, nếu điện trường ngoài đủ lớn, sẽ phỏ vỡ liờn kết cộng húa trị tại lớp tiếp giỏp và cỏc hạt mang điện đa số sẽ được khuếch tỏn ồ ạt qua lớp tiếp giỏp. Đồng thời, cỏc hạt tải đa số tỏi hợp với nhau và phỏt xạ ra ỏnh sỏng. 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Tiếp giáp p-n: 12 Cỏc hiện tượng vừa trỡnh bày trờn đõy xảy ra với tiếp giỏp giữa hai miền vật liệu p và n cũn được gọi là tiếp giỏp đơn. Cú một vấn đề với tiếp giỏp đơn đú là hiện tượng tỏi hợp điện tử và lỗ trống xảy ra trong vựng nghốo khỏ rộng (~ 1 – 10 àm) do phụ thuộc vào chiều dài khuếch tỏn của điện tử và lỗ trống. Do vậy, cỏc hạt tải khụng tập trung hết vào quanh lớp tiếp giỏp nờn khụng tạo ra được khả năng phỏt xạ lớn. Giải quyết vấn đề này bằng cỏch đưa vào giữa hai lớp p và lớp n một lớp bỏn dẫn cú năng lượng giải cấm nhỏ hơn năng lượng giải cấm của lớp p và lớp n hai bờn. Lớp bỏn dẫn ở giữa cú thể là bỏn dẫn khụng pha tạp hoặc cú pha tạp ớt tựy theo thiết kế, và nú đúng vai trũ giam giữ cỏc hạt tải trong trường hợp phõn cực thuận. Cấu trỳc ba lớp như vậy được gọi là cấu trỳc dị thể kộp. 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Cấu trỳc dị thể kộp 13 Một điện tử ở trạng thái năng l-ợng E1 đ-ợc kích thích bởi một nguồn năng l-ợng (ví dụ: dòng điện, ánh sáng,...) sẽ nhảy lên mức năng l-ợng cao hơn (E2). Trong quá trình trở về trạng thái ban đầu nó sẽ giải phóng ra một năng l-ợng ánh sáng d-ới dạng sóng điện từ đúng bằng năng l-ợng mà nó đã hấp thụ. Hình 3.4. Qúa trình phát xạ ánh sáng E Điện tử E2 E1 Năng l-ợng kích thích ánh sáng phát ra Quá trình hấp thụ Quá trình phát xạ 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Cơ chế phỏt xạ ỏnh sỏng 14 Năng l-ợng ánh sáng phát xạ E PX đ-ợc xác định bởi công thức: E PX = E2 - E1 = h. (2-1) Trong đó: h là hằng số Planck (bằng 6,625.10-34 J.s)  là tần số ánh sáng phát ra. B-ớc sóng của ánh sáng phát ra đ-ợc xác định theo: BX = c/  = h.c. / (E2 - E1) (2-2) Trong đó: c là vận tốc ánh trong không gian tự do ( bằng 3.108 m/s) 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Cơ chế phỏt xạ ỏnh sỏng 15 Một điện tử ở trạng thái năng l-ợng E1 đ-ợc kích thích bởi một nguồn năng l-ợng (ví dụ: dòng điện, ánh sáng,...) sẽ nhảy lên mức năng l-ợng cao hơn E2. Trong quá trình trở về trạng thái E1, nó sẽ giải phóng ra một năng l-ợng ánh sáng d-ới dạng sóng điện từ có độ lớn bằng E2- E1. Hiện t-ợng phát xạ này gọi là phát xạ tự phát và ánh sáng đ-ợc giải phóng ra trong tr-ờng hợp này gọi là ánh sáng phát xạ tự phát.  Phát xạ tự phát 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Cơ chế phỏt xạ ỏnh sỏng 16  Phát xạ tự phát Hình 3.5. Qúa trình phát xạ tự phát E Điện tử E2 E1 Năng l-ợng kích thích ánh sáng phát ra Quá trình hấp thụ Quá trình phát xạ 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Cơ chế phỏt xạ ỏnh sỏng 17 Khi ánh sáng phát ra trong quá trình điện tử trở về trạng thái E1 với năng l-ợng E2- E1 tiếp tục kích thích một điện tử khác đang ở trạng thái kích thích. Điện tử này hấp thụ năng l-ợng ánh sáng tới và trong quá trình điện tử này trở về trạng thái E1 nó sẽ giải phóng ra một năng l-ợng sóng điện từ d-ới dạng ánh sáng. Khi đó, công suất ánh sáng bức xạ sẽ lớn hơn nhiều độ lớn E2- E1 (năng l-ợng phát xạ tự phát). Hiện t-ợng phát xạ này gọi là phát xạ kích thích hay phát xạ c-ỡng bức và ánh sáng đ-ợc giải phóng ra trong tr-ờng hợp này gọi là ánh sáng phát xạ kích thích.  Phát xạ kích thích 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Cơ chế phỏt xạ ỏnh sỏng 18  Phát xạ kích thích Hình 3.6. Qúa trình phát xạ kích thích E Điện tử E2 E1 Năng l-ợng kích thích ánh sáng phát ra Quá trình hấp thụ Quá trình phát xạ Quá trình phát xạ kích thích 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Cơ chế phỏt xạ ỏnh sỏng 19 Khi có điện tr-ờng ngoài tác động, các điện tử dịch chuyển từ bán dẫn n sang p và ng-ợc lại lỗ trống dịch chuyển từ p sang n. Trong quá trình dịch chuyển, lỗ trống và điện tử tái hợp với nhau và giải phóng ra năng l-ợng ánh sáng d-ới dạng sóng điện từ Hình 3.7. Tiếp giáp pn và quá trình phát xạ a/s khi có điện tr-ờng ngoài tác động E Ec Ef Ev E a/s phát xạ Bán dẫn n Bán dẫn p Vùng điện tích không gian 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Nguyờn lý phỏt xạ ỏnh sỏng của lớp tiếp giỏp p-n 20  Phỏt xạ ỏnh sỏng khụng kết hợp Trong phỏt xạ tự phỏt, ỏnh sỏng phỏt xạ ra thường ngẫu nhiờn, độc lập và khụng đồng pha với nhau. Ánh sỏng phỏt xạ ra trong trường hợp này gọi là ỏnh sỏng khụng kết hợp và sự phỏt xạ này gọi là phỏt xạ ỏnh sỏng khụng kết hợp.  Phỏt xạ ỏnh sỏng kết hợp Cỏc ỏnh sỏng phỏt xạ (của Laser) cú cựng pha theo mặt phẳng thẳng đứng với phương truyền súng của chỳng gọi là ỏnh sỏng kết hợp khụng gian. Ánh sỏng phỏt xạ (của Laser) liờn tục cú bước súng đơng hợp này gọi là ỏnh sỏng kết hợp thời gian. 3. Một số khỏi niệm cơ bản  Phỏt xạ ỏnh sỏng kết hợp và khụng kết hợp 21 4. Cỏc phần tử phỏt quang Trong kỹ thuật thụng tin quang, người ta thường sử dụng cỏc phần tử phỏt quang là: - LED (Light Emitting Diode) và - LD (Laser Diode). Cỏc phần tử phỏt quang LED (Light Emitting Diode) và LD (Laser Diode) là cỏc phần tử phỏt quang bỏn dẫn 22 4. Cỏc phần tử phỏt quang Trong kỹ thuật thụng tin quang, người ta thường sử dụng cỏc phần tử phỏt quang là: - LED (Light Emitting Diode) - LD (Laser Diode). 23 4. Cỏc phần tử phỏt quang 4.1. Diode phỏt quang LED  Cấu trỳc  Cấu tạo  Nguyờn lý phỏt xạ ỏnh sỏng  Cụng suất ỏnh sỏng bức xạ  Cỏc tớch chất ỏnh sỏng  Đặc tuyến tĩnh phỏt xạ ỏnh sỏng  Đặc tớnh động 24 4.1. Diode phỏt quang LED  Cấu trỳc Nguyờn tắc cấu trỳc cơ bản của LED là sử dụng tiếp giỏp bỏn dẫn pn. Cú 2 cấu trỳc: - Cấu trỳc tiếp giỏp pn thuần nhất (chỉ thuần tuý là lớp tiếp giỏp pn): nguyờn lý phỏt quang của LED trong trường hợp này hoàn toàn giống như nguyờn lý phỏt quang của tiếp giỏp pn. - Cấu trỳc tiếp giỏp pn khụng thuần nhất (cấu trỳc dị thể kộp): sẽ xột ở phần sau. Trong kỹ thuật thụng tin quang, người ta chủ yếu sử dụng LED cú cấu trỳc dị thể kộp. 25 4.1. Diode phỏt quang LED  Cấu trỳc Cấu trỳc dị thể kộp: Bờn cạnh vựng tiếp giỏp, người ta thờm 2 lớp hoặc nhiều lớp vật liệu cú độ rộng giải cấm lớn, để chặn khụng cho cỏc điện tử di chuyển về vựng p và lỗ trống di chuyển về vựng n. Khi đú, cỏc điện tớch chủ yếu tập trung ở vựng tiếp giỏp (vựng hoạt tớnh/vựng điện tớch khụng gian) và làm cho mật độ điện tớch ở vựng hoạt tớnh tăng lờn rất cao. Chỳng tỏi hợp với nhau và phỏt ra ỏnh sỏng trong vựng hoạt tớnh với cụng suất lớn. 26 4.1. Diode phỏt quang LED  Cấu trỳc Cấu trỳc dị thể kộp và quỏ trỡnh phỏt xạ ỏnh sỏng của nú: Ev E E Hàng rào dị thể Hàng rào dị thể Ec Ev Phát xạ ánh sáng Ec Tái hợp Vùng điện tích không gian Bán dẫn pBán dẫn n Các phần tử đa số: e Các phần tử đa số: p +- Hỡnh 3.8. Cấu trỳc dị thể kộp và nguyờn lý bức xạ ỏnh sỏng 27 4.1. Diode phỏt quang LED  Cấu tạo Trong kỹ thuật thụng tin quang, người ta sử dụng LED cú cấu trỳc dị thể kộp làm nguồn phỏt quang. Đồng thời, LED cú cấu trỳc dị thể kộp được chia làm 2 loại: - LED phỏt mặt, - LED phỏt cạnh. 28 4.1. Diode phỏt quang LED  Cấu tạo Cấu tạo của LED phỏt mặt và ỏnh sỏng bức xạ của nú được chỉ ra ở hỡnh sau: Hỡnh 3.9. Cấu tạo của LED phỏt mặt (a) và ỏnh sỏng bức xạ của nú (b) Sợi quang LED Ánh sỏng bức xạ (a) (b) 29 4.1. Diode phỏt quang LED  Cấu tạo Cấu tạo của LED phỏt cạnh và ỏnh sỏng bức xạ của nú được chỉ ra ở hỡnh sau: Hỡnh 3.10. Cấu tạo của LED phỏt cạnh (a) và ỏnh sỏng bức xạ của nú (b) LED Sợi quang (a) (b) 30 4. Cỏc phần tử phỏt quang 4.1. Diode phỏt quang LED  Nguyờn lý phỏt xạ ỏnh sỏng của LED Nguyờn lý phạt xạ ỏnh sỏng của LED cú 3 quỏ trỡnh và được mụ tả ở sơ đồ sau: Đảo lộn mật độ Tỏi hợp Phỏt xạ ỏnh sỏng Hỡnh 3.11. Nguyờn lý phỏt xạ ỏnh sỏng của LED 31 4. Cỏc phần tử phỏt quang 4.1. Diode phỏt quang LED  Nguyờn lý phỏt xạ ỏnh sỏng của LED Quỏ trỡnh tạo ra đảo lộn mật độ như sau: Cấu tạo LED theo cấu trỳc dị thể kộp, độ chờnh lệch mức năng lượng giữa lớp p - lớp hoạt chất - lớp n rất lớn, được gọi là hàng rào dị thể. Đặt một điện thế phõn cực thuận (cú chiều dũng điện hướng từ lớp p sang lớp n). Khi đú, cỏc điện tử từ lớp n bị kộo về cực dương và chuyển dời vào vựng hoạt chất, trong khi đú cỏc lỗ trống ở lớp p bị kộo về cực õm và cựng chuyển dời vào vựng hoạt chất. Cỏc điện tử và lỗ trống chuyển dời vào vựng hoạt chất bị giam trong lớp hoạt chất này và do hàng rào dị thể. Từ đú tạo nờn đảo lộn mật độ. 32 4. Cỏc phần tử phỏt quang 4.1. Diode phỏt quang LED  Nguyờn lý phỏt xạ ỏnh sỏng của LED Tỏi hợp: Cỏc điện tử và lỗ trống bị giam trong với mật độ rất cao tỏi hợp tự nhiờn với nhau để phỏt ra ỏnh sỏng tự nhiờn. Phỏt xạ ỏnh sỏng: Trờn cơ sở tỏi hợp, cỏc điện tử và lỗ trống trong lớp hoạt chất phỏt ra ỏnh sỏng tự nhiờn. Quỏ trỡnh phỏt xạ đú gọi là phỏt xạ tự nhiờn. LED cú cấu tạo đặc biệt để cỏc ỏnh sỏng phỏt ra hướng về một phớa tạo điều kiện thuận lợi cho việc ghộp với sợi quang. 33 4.1. Diode phỏt quang LED  Cụng suất ỏnh sỏng bức xạ của LED Cụng suất ỏnh sỏng bức xạ của LED được xỏc định theo cụng thức: là độ dốc của đặc tuyến tớnh P – I của LED tại điểm cụng tỏc (P0P, I0P) của LED (sẽ trỡnh bầy ở nội dung sau). Trong thực tế, HP-LED = 1- 50 w/mA. )(.)( 0 tiHPtP DLEDPPLEDP   (3-1) DIDID LEDP LEDP dI dP H 0    Trong đú: (3-2) iD (t) là dũng điện điều khiển (tớn hiệu truyền dẫn) LED 34  Cỏc tớch chất ỏnh sỏng của LED Ánh sỏng của LED là ỏnh sỏng khụng kết hợp và phổ cụng suất ỏnh sỏng bức xạ của LED cú thể gần đỳng bằng một hàm Gauss:  Phổ cụng suất ỏnh sỏng bức xạ của LED Trong đú,  : Bước súng của ỏnh sỏng phỏt xạ, P : Cụng suất ỏnh sỏnh phỏt xạ của LED tại bước súng , 0 : Bước súng cụng tỏc, Po : Cụng suất ỏnh sỏnh phỏt xạ của LED tại 0 (gớa trị cực đại của cụng suất ỏnh sỏng phỏt xạ),  : Độ rộng phổ của ỏnh sỏng phỏt xạ. Độ rộng phổ  của ỏnh sỏng phỏt xạ là chiều rộng của hỡnh chữ nhật mà tớch . Po bằng cụng suất bức xạ của LED. Giỏ trị đặc trưng của  đối với LED là 30 ... 40 nm.                 2 0exp 0    PP (3-3) 35  Cỏc tớch chất ỏnh sỏng của LED Phõn bố phổ ỏnh sỏng của LED được mụ tả bởi hỡnh sau:  Phổ cụng suất ỏnh sỏng bức xạ của LED   0 P o P Hỡnh 3.12. Phõn bố phổ ỏnh sỏng của LED 36  Cỏc tớch chất ỏnh sỏng của LED Phõn bố hỡnh học cường độ ỏnh sỏng bức xạ của LED được mụ tả bởi hỡnh sau:  Phõn bố hỡnh học ỏnh sỏng bức xạ của LED Sợi quang LED phỏt xạ mặt a) b) LED phỏt xạ cạnh Sợi quang Hỡnh 3.13. Phõn bố hỡnh học cường độ ỏnh sỏng phỏt xạ của LED phỏt xạ mặt (a) và LED phỏt xạ cạnh (b) 37 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tuyến tĩnh phỏt xạ ỏnh sỏng Đặc tuyến tĩnh phỏt xạ ỏnh sỏng của LED là mối quan hệ giữa cụng suất ỏnh sỏng phỏt xạ và dũng điều khiển của LED. Hỡnh 3.14. Đặc tuyến tĩnh phỏt xạ ỏnh sỏng của LED IBh-LED P O I Giải thớch đặc tuyến P-I của LED: I = 0 => P = 0 I  0 => P > 0 : - I tăng và P tăng tuyến tớnh với sự tăng của I, - I = IBh-LED => P đạt giỏ trị cực đại => Sự phỏt xạ ở trạng thỏi bóo hoà, - I tăng và > IBh-LED => P giảm với sự tăng của I. 38 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Cỏc yếu tố xỏc lập đặc tớnh động của LED  Sơ đồ điện tương đương của LED  Hàm truyền dẫn của LED  Hàm trọng lượng của LED  Hàm quỏ độ của LED  Tớn hiệu ra của LED  Ảnh hưởng của đặc tớnh động của LED đến chất lượng truyền dẫn 39 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Cỏc yếu tố xỏc lập đặc tớnh động của LED Do cấu tạo của LED luụn tồn lại điện dung tiếp giỏp của lớp p-n, điện dung của tải và điện dung ký sinh giữa LED với vỏ. Khi LED hoạt động ở khu vực tần số thấp, điện dung tiếp giỏp của lớp p-n, điện dung của tải và điện dung ký sinh giữa LED với vỏ cú thể bỏ qua. Khi đú, cụng suất ỏnh sỏng bức xạ của LED chỉ phụ thuộc vào cường độ dũng điều khiển và được xỏc định theo đặc tuyến tĩnh. Khi LED hoạt động ở khu vực tần số cao, điện dung tiếp giỏp của lớp p-n, điện dung của tải và điện dung ký sinh giữa LED với vỏ ảnh hưởng rất lớn đến quỏ trỡnh biến đổi điện–quang của LED. Khi đú, cụng suất ỏnh sỏng bức xạ của LED khụng tuõn theo đặc tuyến tĩnh của nú nữa, mà nú phụ thuộc khụng chỉ vào cường độ dũng điều khiển mà cũn phụ thuộc vào cả tần số. Đú chớnh là quỏ trỡnh biến động của LED. 40 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Sơ đồ điện tương đương của LED Để thuận tiện cho việc nghiờn cứu cỏc đặc tớnh động của LED, người ta cú thể đặc trưng quỏ trỡnh biến đổi điện-quang động của LED bởi cỏc sơ đồ điện tương đương của nú. Bằng lý thuyết và thực nghiệm, người ta đó xỏc định được sơ đồ điện tương đương của LED được chỉ ra ở hỡnh 2.16. ip CD RD iRD~ PP Trong đú, ip là nguồn dũng đặc trưng cho dũng photo của LED; CD, RD là cỏc đại lượng đặc trưng cho quỏ trỡnh động của LED. Đối với LED thỡ cỏc giỏ trị đặc trưng RD = 3 – 5, CD = 1 nF. Hỡnh 3.15. Sơ đồ điện tương đương của LED 41 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Hàm truyền dẫn của LED g LEDp LEDp j H jH        1 )( 1 H* P-LED f/fg DD g CR 1  Trong đú: Hỡnh 3.16. Hàm truyền dẫn chuẩn húa của LED (3-4) (3-5) 42 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Hàm trọng lượng của LED t gLEDPLEDP geHtg     )( o g*P-LED 1 tD =RDCD Trong đú: g*P-LED(t) là hàm chuẩn húa của hàm trọng lượng. Hỡnh 3.17. Hàm trọng lượng chuẩn húa của LED (3-6) 43 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Hàm quỏ độ của LED  tLEDpLEDp geHth   1)( o hP-LED 1 Hỡnh 3.18. Hàm quỏ độ chuẩn húa của LED (3-7) 44 Khi truyền dẫn analog thì tín hiệu truyền dẫn là liên tục. Để đơn giản, giả thiết tín hiệu điều khiển có dạng: ID (t) = I cos t (3-8) 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Truyền dẫn analog  Tớn hiệu ra Khi ch-a có tác động của đặc tính động Khi ch-a có tác động của đặc tính động (tức là LED hoạt động ở tần số thấp), trạng thái của LED là những phần tử không nhớ, quá trình biến đổi điện •quang đ-ợc xác định theo đặc tuyến tĩnh. Khi đó, công suất bức xạ của LED đ-ợc xác định theo công thức: PP-LED-LD (t) = P0 + HP-LED . I cos t = P0 + P cos  t (3-9) Trong đó: P0 = I0 . HP-LED là thành phần công suất ánh sáng một chiều của công suất bức xạ của LED => Nhận xét: Tín hiệu ra của LED không bị méo biên độ và méo pha 45 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  LED g LEDP LEDp t IH tP        cos 1 . )( 2 2 g LED arctg      Truyền dẫn analog  Tớn hiệu ra => Nhận xét: Tín hiệu ra của LED bị méo biên độ và méo pha Khi có tác động của đặc tính động Công suất bức xạ của LED đ-ợc xác định theo công thức:      jI j H jHtP D g LEDP LEDPLEDP . 1 )()(    (3-10) (3-11) (3-12) 46 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Truyền dẫn digital  Tớn hiệu ra      0n nD nTtXIb)t(i Khi truyền dẫn số thì tín hiệu truyền dẫn là những chuỗi xung nhị phân có dạng:        d d TnTnTt TnTtnTkhi nTtX ,0 1 )( T: chu kỳ chuỗi xung, Td: độ rộng xung, bn = { 0,1 } tuỳ theo xung truyền dẫn là bit 0 hay bit 1. (3-13) (3-14) 47 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Truyền dẫn digital  Tớn hiệu ra Khi đó, đáp ứng của LED đối với chuỗi xung điều khiển sẽ bằng tổng các đáp ứng của từng xung riêng lẻ. Tức là:      1 )()( n LEDnnLEDp nttPbtP )(.)( tiHtP DLEDPLEDp   )(.)( nTtiHtP nDLEDPLEDn   Khi ch-a có tác động của đặc tính động => Nhận xét: Tín hiệu ra của LED không bị méo (3-15) (3-16) (3-17) 48 4.1. Diode phỏt quang LED  Đặc tớnh động  Truyền dẫn digital      1 )()( n LEDnnLEDp nttPbtP               dgdgLEDp dgLEDpLEDn TnTtnTtTIH TnTtnTnTtIH nTtkhi nTtP )](exp[1exp )](exp[1 0 )(    Tớn hiệu ra => Nhận xét: Tín hiệu ra của LED bị méo s-ờn tr-ớc và s-ờn sau Khi có tác động của đặc tính động            ddLEDpLEDp dLEDpLEDn TnTtnTTthnTthI TnTtnTnTthI