Diódy LED

Maximálna frekvencia

Odpoveď na otázku, ako najrýchlejšie vieme blikať LED diódou nie je vôbec jednoduchá.

1. Ak si kladieme otázku, aké najrýchlejšie blikanie vidíme, potom je otázka zameraná na fyziologické vlastnosti ľudského oka. Podľa viacerých výskumov je to viac ako 10 milisekúnd. Ľudské oko totiž nie je schopné spracovať viac ako 10 - 12 jednotlivých obrázkov za sekundu. Tento jav (Persistence of vision) využívame vo filmoch, ktoré majú typicky 24 FPS (Frame per Second), teda 24 Hz. Ľudské oko však vníma ešte aj blikanie LED diódy s frekvenciou viac ako dvojnásobnou, t.j. 50 Hz (20 ms), kedy síce nevidíme jednotlivé záblesky, ale vnímame svetlo ako kolísavé. Podľa výskumov na MIT je oko schopné rozpoznať aj 13 ms (76,9 Hz). Zdalo by sa teda, že vyššie frekvencie nemajú zmysel.

2. Majú. LED diódy sa používajú napríklad aj v optočlenoch na prenos signálov s galvanickým oddelením. Samozrejme, že nás zaujíma, ako rýchlo sa môže tento signál meniť, pretože čím rýchlejšie to dokážeme, tým viac informácie vieme preniesť. Pre zaujímavosť, podľa katalógového listu optočlena 4N35 je typická spínacia doba tON a tOFF 10 mikrosekúnd (f_max 100 kHz). Pravda, nie je to najrýchlejší optočlen, skôr naopak. Treba však uviesť, že v tomto prípade má najvyšší podiel na dobe zopnutia skôr optotranzistor a nie LED.

3. Samozrejme, že pri prenose dát cez optické vlákna je prenosová rýchlosť oveľa vyššia ako 100 kHz. Bývajú to aj stovky MHz, teda spínacie doby musia byť istotne cca 10 ns. Aj podľa [1.] sú pre bežné monochromatické LED diódy tieto časy pre zopnutie jednotky ns, pre vypnutie však aj desiatky ns. Pre biele LED, ktoré svietia vybudením fosforovej vrstvy sú tieto časy ešte dlhšie. Špeciálne laserové diódy pre budenie optických vlákien sú schopné generovať impulzy dĺžky 2 ns až 800 ps. Tieto časy však závisia aj od pripojenia, najmä kapacity a indukčnosti prívodov a tiež od budiaceho obvodu, ktorým nie je len jednoduchý tranzistorový spínač. Ako sa takéto časy merajú nájdete v [2.] a príklad nameranej charakteristiky napr. v [3.]

Záver? Najkratšie impulzy, ktoré sme schopní Arduinom vygenerovať už narážajú aj na limity samotnej LED diódy.

[1.] Anindo Ghosh: What is the latency of an LED? Quora answer, Available on-line: https://electronics.stackexchange.com/questions/86717/what-is-the-latency-of-an-led/86720#86720
[2.] Anindo Ghosh: How are LEDs timed? (How is the pulse latency measured?) Available on-line: https://electronics.stackexchange.com/questions/86910/how-are-leds-timed-how-is-the-pulse-latency-measured
[3.] E. F. Schubert: Light-Emitting Diodes. Cambridge University Press. Image 24.2. available on-line: https://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Light-Emitting-Diodes-dot-org/chap24/chap24.htm