Перехідні процеси в електричних колах з світлодіодами

Abstract

В кваліфікаційній роботі розглянуто моделювання та верифікацію світлового потоку світлодіода при імпульсному живленні, що є актуальним завданням для підвищення ефективності оптоелектронних систем. Особливу увагу приділено вибору фотоприймача, зокрема фотоелектронного помножувача ФЕУ-85, який завдяки високій чутливості та низькому рівню шумів здатен ефективно реєструвати слабкі сигнали в широкому спектральному діапазоні. Для чисельної верифікації застосовано метод скінченних різниць, що забезпечує точне обчислення світлових характеристик у часі та частотній області. Досліджено амплітудно-частотні характеристики світлового потоку при різних частотах модуляції та проаналізовано перші три гармоніки сигналу. Проведено порівняння результатів моделювання з експериментальними даними, що дозволило оцінити відповідність розрахункових моделей реальним умовам. Виявлено, що на високих частотах спостерігаються гармонійні спотворення, пов’язані з недосконалістю роботи драйвера та нелінійністю електроніки живлення. Окрім того, змодельовано поведінку світлодіода при імпульсній амплітудній модуляції, що дало змогу проаналізувати вплив частоти та амплітуди модуляції на світловий потік. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації конструкції драйверів і фотоприймачів, а також для вдосконалення систем вимірювання світлових характеристик світлодіодів.

The qualification work considers the modeling and verification of the light flux of an LED with pulsed power supply, which is an urgent task for increasing the efficiency of optoelectronic systems. Particular attention is paid to the choice of a photodetector, in particular the photomultiplier FEU-85, which, due to its high sensitivity and low noise level, is able to effectively register weak signals in a wide spectral range. For numerical verification, the finite difference method was used, which provides accurate calculation of light characteristics in the time and frequency domain. The amplitude-frequency characteristics of the light flux at different modulation frequencies were studied and the first three harmonics of the signal were analyzed. The modeling results were compared with experimental data, which made it possible to assess the compliance of the calculation models with real conditions. It was found that at high frequencies harmonic distortions are observed, associated with the imperfection of the driver and the nonlinearity of the power electronics. In addition, the behavior of the LED under pulse amplitude modulation was simulated, which made it possible to analyze the influence of the modulation frequency and amplitude on the light flux. The results obtained can be used to optimize the design of drivers and photodetectors, as well as to improve systems for measuring the light characteristics of LEDs.