Ce este dioda emițătoare de lumină: funcționarea și aplicațiile sale
LED-ul este o sursă de lumină semiconductoare cu două fire. O diodă-emițătoare de lumină a fost inventată în 1962 de Nick Holonyak, când era angajat de General Electric. LED-ul este un tip unic de diodă cu proprietăți electrice care sunt comparabile cu cele ale unei diode de joncțiune PN. Prin urmare, LED-ul permite curentului electric să circule într-o direcție în timp ce o blochează în cealaltă. Mai puțin de 1 mm2 este tot ceea ce ocupă LED-ul. LED-urile sunt folosite într-o varietate de proiecte electrice și electronice. Funcționarea LED-ului și utilizările sale vor fi tratate în acest articol.
O diodă emițătoare de lumină: ce este?
O diodă de joncțiune p-n servește drept diodă-emițătoare de lumină. Este o formă unică de semiconductor și o diodă deosebit de dopată. O diodă-emițătoare de lumină este un dispozitiv care emite lumină atunci când este polarizat direct.
Două săgeți minuscule care indică emisia de lumină disting simbolul LED de un simbol al diodei, motiv pentru care se numește LED (diodă emițătoare de lumină-). LED-ul are două terminale: catodul (-) și anodul (+). (-).
Simbolul LED Construcția simbolului LED
Construcția LED-ului este destul de simplă, deoarece este proiectată prin depunerea a trei straturi de material semiconductor pe un substrat. Aceste trei straturi sunt plasate unul peste celălalt, stratul superior fiind un strat de tip P-, stratul din mijloc fiind un strat activ, iar stratul inferior fiind un strat de tip N-. Structura permite vizualizarea celor trei zone de material semiconductor. În structură, găurile sunt prezente în regiunea de tip P-, alegerile sunt prezente în regiunea de tip N- și atât găurile, cât și electronii sunt prezenți în regiunea activă.
LED-ul este constant deoarece nu există flux de electroni sau găuri atunci când nu este furnizată tensiune. LED-ul devine polarizat direct de îndată ce este furnizată tensiunea, determinând electronii din regiunea N-și găurile din regiunea P-să se deplaseze în zona activă. Regiunea de epuizare este un alt nume pentru această zonă. Lumina poate fi produsă prin recombinarea sarcinilor de polaritate, deoarece purtătorii de sarcină, cum ar fi găurile, au o sarcină pozitivă, în timp ce electronii au o sarcină negativă.
Care este procesul diodei emițătoare de lumină?
În mod obișnuit, ne referim la o diodă-emițătoare de lumină ca o diodă. Electronii și găurile curg rapid prin joncțiune atunci când dioda este polarizată direct și se combină continuu și se alungă unul pe celălalt. Se combină cu găurile exact în momentul în care electronii trec de la siliciu de tip n-la tip p-, apoi dispare.
Oleg Losev, un inventator rus, a dezvoltat primul LED în 1927 și a publicat o parte din bazele teoretice ale cercetării sale.
Profesorul Kurt Lechovec a testat ipotezele Perdanților în 1952 și a oferit o explicație a primelor LED-uri.
Primul LED verde a fost creat în 1958 de Rubin Braunstein și Egon Loebner.
Nicholas Holonyak a creat un LED roșu în anul 1962. Astfel, este realizat primul LED.
Primul computer care a folosit LED-uri pe o placă de circuit a fost un model IBM din 1964.
Hewlett Packard (HP) a introdus LED-urile în calculatoare în 1968.
Un LED albastru a fost creat de Jacques Pankove și Edward Miller în 1971.
Inginerul electrician M. George Crawford a creat LED-ul galben în anul 1972.
Un LED albastru cu magneziu și standarde viitoare a fost creat în 1986 de Walden C. Rhines și Herbert Maruska de la Universitatea din Stafford.
Hiroshi Amano și fizicianul Isamu Akaski au creat o nitrură de galiu cu LED-uri albastre excelente în anul 1993.
Shuji Nakamura, un inginer electrician, a creat primul LED albastru cu o luminozitate ridicată prin progresele Amanos & Akaski, care au accelerat dezvoltarea LED-urilor de culoare albă.
LED-urile de culoare albă care costă între 80 și 100 de lire sterline per bec au fost utilizate în scopuri rezidențiale în 2002.
Luminile LED au câștigat multă popularitate în companii, spitale și școli în anul 2008.
Principalele surse de lumină în 2019 sunt LED-urile; aceasta este o descoperire remarcabilă, deoarece LED-urile pot fi acum utilizate pentru a ilumina o varietate de locații, inclusiv case, birouri, spitale și școli.
Polarizarea circuitului diodelor emițătoare de lumină
Majoritatea LED-urilor au specificații de tensiune între 1 și 3 volți, în timp ce valorile curentului direct se încadrează între 200 și 100 mA.
Prejudecățile unui LED
LED-ul funcționează corect dacă i se aplică o tensiune între 1 și 3 volți, deoarece fluxul de curent indică faptul că tensiunea se află în domeniul de funcționare. Similar cu aceasta, dacă un LED are o tensiune care este mai mare decât tensiunea de funcționare, fluxul mare de curent va duce la defectarea zonei de epuizare. Acest flux de curent mare neprevăzut va distruge gadgetul.
Prin conectarea unui rezistor în serie cu sursa de tensiune și un LED, acest lucru poate fi prevenit. Nivelurile de curent sigure pentru LED-uri variază de la 200 mA la 100 mA, în timp ce tensiunea nominală sigură pentru LED-uri variază de la 1 V la 3 V.
Aici, rezistorul care este poziționat între sursa de tensiune și LED este numit rezistor de limitare a curentului, deoarece acest rezistor reglează fluxul de curent, altfel LED-ul îl poate ucide. Deci, acest rezistor este esențial pentru protejarea LED-ului.
Ecuația pentru fluxul matematic de curent prin LED este
DACĂ=Vs – VD/Rs
Unde,
„DAC” curentul este înainte
Sursa de tensiune „Vs”
Căderea de tensiune pe dioda-emițătoare de lumină este indicată cu „VD”.
Rs este un rezistor care limitează fluxul de curent.
căderea de tensiune necesară pentru a trece prin bariera regiunii de epuizare. Când căderea de tensiune a diodei Si sau Ge este de 0,3 V sau mai puțin, căderea de tensiune a LED-ului va fi între 2 și 3 V.
Spre deosebire de diodele Si sau Ge, LED-ul poate funcționa la tensiune înaltă.
În comparație cu diodele cu siliciu sau cu germaniu, diodele emițătoare de lumină-necesită mai multă energie pentru a funcționa.
Tipuri de-diode emițătoare de lumină
Diodele-emițătoare de lumină sunt disponibile într-o varietate de varietăți, dintre care unele sunt enumerate mai jos.
Arseniură de galiu infra-(GaAs) și fosfură de arseniură de galiu (GaAsP) portocalie de la roșu până la infra-
LED-uri roșu, portocaliu-roșu, portocaliu și galben de{0}}luminozitate ridicată, realizate din arseniură de aluminiu, fosfor (AlGaAsP)
Fosfat de galiu roșu, galben și verde (GaP)
Verdele este culoarea fosfurului de aluminiu și galiu (AlGaP), verdele smarald este culoarea nitrurii de galiu (GaN), iar albastrul este culoarea nitrurii de galiu-indiu (GaInN).
Ca substrat, carbură de siliciu (SiC) de culoare albastră
Selenură albastră de zinc (ZnSe) și nitrură de galiu de aluminiu ultravioletă (AlGaN)
Principiul de funcționare a LED-urilor
Teoria cuantică servește drept bază pentru funcționarea-diodei emițătoare de lumină. Conform teoriei cuantice, fotonul eliberează energie atunci când electronul coboară dintr-o stare de energie superioară la una mai joasă. Diferența de energie dintre aceste două niveluri de energie este egală cu energia fotonului. Când este atinsă starea de polarizare directă a diodei de joncțiune PN-, curentul trece prin diodă.
Principiul de funcționare a LED-urilor
Fluxul de găuri în direcția opusă curentului și fluxul de electroni în direcția curentului sunt cele care fac ca curentul să circule în semiconductori. Astfel, recombinarea va avea loc ca urmare a mișcării acestor purtători de sarcină.
Electronii benzii de conducere sar în jos la banda de valență, conform recombinării. Energia electromagnetică este eliberată de electroni ca fotoni atunci când se deplasează de la o bandă la alta, iar energia fotonului este egală cu decalajul de energie interzis.
Luați în considerare teoria cuantică ca exemplu. Conform acestei teorii, energia unui foton este egală cu suma frecvenței sale și a constantei Planck. Este afișată formula matematică.
Ecuația=hf
unde este denumită constantă Planck, iar viteza radiației electromagnetice, notată cu simbolul c, este egală cu viteza luminii. Ca af= c/, relația dintre frecvența radiației și viteza luminii. Ecuația anterioară va avea ca rezultat o lungime de undă a radiației electromagnetice unde
Ecuația=el / λ
Lungimea de undă a radiației electromagnetice este invers proporțională cu decalajul interzis, conform ecuației de mai sus. În general, starea și benzile de valență ale semiconductorilor de siliciu și germaniu sunt astfel încât radiația completă a undelor electromagnetice în timpul recombinării ia forma radiației infraroșii. Lungimile de undă ale infraroșului sunt invizibile pentru noi deoarece se află în afara domeniului luminii vizibile.
Deoarece semiconductori de siliciu și germaniu sunt semiconductori cu decalaj indirect, mai degrabă decât semiconductori cu decalaj direct, radiația infraroșie este adesea denumită căldură. Cel mai înalt nivel de energie al benzii de valență și nivelul minim de energie al benzii de conducție nu există, totuși, atunci când electronii sunt prezenți în semiconductori cu decalaj direct. Ca urmare, impulsul benzii de electroni va varia în timpul recombinării electronilor și a găurilor sau în timpul migrării electronilor din banda de conducție în banda de valență.
LED-uri strălucitoare
Există două metode care pot fi utilizate pentru a produce LED-uri. În prima metodă, cipurile LED roșii, verzi și albastre sunt combinate într-un singur pachet pentru a produce lumină albă, în timp ce fosforescența este utilizată în a doua metodă. Epoxidul care înconjoară fluorescența fosforului poate fi însumat, iar dispozitivul LED InGaN va activa apoi LED-ul utilizând radiația cu lungime de undă scurtă-.
Pentru a crea mai multe senzații de culoare, cunoscute sub numele de culori aditive primare, diferite lumini de culoare, cum ar fi luminile albastre, verzi și roșii, sunt combinate în cantități diferite. Lumina albă este creată prin combinarea uniformă a acestor trei intensități luminoase.
Cu toate acestea, pentru a realiza această combinație folosind o combinație de LED-uri verzi, albastre și roșii, este necesară o arhitectură electro-optică provocatoare pentru gestionarea combinației și difuzării diferitelor culori. Mai mult, această metodă poate fi o provocare din cauza variațiilor de nuanță LED.
Un cip LED cu un strat de fosfor alimentează majoritatea liniei de produse LED albe. Când această acoperire este expusă la radiații ultraviolete în loc de fotoni albaștri, se produce lumină albă. Aceeași teorie se aplică și lămpilor fluorescente; o descărcare electrică în interiorul tubului va emite UV, ceea ce va face ca fosforul să clipească alb.
Deși, deși această tehnică de LED-uri poate produce nuanțe diverse, variațiile pot fi reglate prin ecranare. Folosind patru coordonate cromatice precise care sunt aproape de centrul diagramei CIE, sunt ecranate dispozitivele bazate pe LED-albe.
Toate coordonatele de culoare atinse în curba potcoavei sunt prezentate în diagrama CIE. Nuanțele curate ale arcului sunt răspândite, dar punctul alb este în mijloc. Patru puncte care sunt afișate în mijlocul graficului pot fi folosite pentru a reprezenta culoarea de ieșire a LED-ului alb. Cele patru coordonate ale graficului sunt aproape alb pur, dar aceste LED-uri de obicei nu funcționează la fel de bine ca o sursă de lumină standard pentru a ilumina lentilele colorate.
Aceste LED-uri sunt cele mai benefice pentru lentilele albe, altfel transparente, cu iluminare de fundal opaca. LED-urile albe vor deveni, fără îndoială, mai populare ca sursă de iluminare și indicator, atâta timp cât această tehnologie continuă să se dezvolte.
Eficacitate strălucitoare
Fluxul luminos produs pentru fiecare unitate de LED-uri este măsurat în lm, în timp ce consumul de energie electrică este măsurat în W. LED-urile roșii au 155 lm/W, LED-urile chihlimbar au 500 lm/W, iar LED-urile albastre au o ordin de eficiență interna nominală de 75 lm/W. Pierderile pot fi luate în considerare din cauza re-absorbției interne; eficacitatea luminoasă pentru LED-urile verzi și chihlimbar este între 20 și 25 lm/W. Acest concept de eficacitate, cunoscut și sub denumirea de eficacitate externă, este comparabil cu noțiunea de eficacitate utilizată în mod obișnuit pentru alte tipuri de surse de lumină, cum ar fi LED-urile multicolore.
Sursă de lumină diodă în multe culori
LED-urile multicolore sunt diode-emițătoare de lumină care, atunci când sunt conectate în polarizare directă, creează o singură nuanță și, atunci când sunt conectate în polarizare inversă, produc o altă culoare.
Aceste LED-uri au de fapt două joncțiuni PN-și este posibil să le conectați în paralel conectând catodul unuia la anodul celuilalt.
Când sunt polarizate într-o direcție, LED-urile multicolore sunt de obicei roșii, iar când sunt polarizate în direcția opusă, sunt verzi. Acest LED va produce o a treia culoare dacă este pornit foarte repede între două polarități. Fiind comutat rapid între polaritățile de polarizare, un LED verde sau roșu va produce o lumină de culoare galbenă.
Care sunt cele două configurații diferite pentru LED-uri?
Două emițătoare și COB similare sunt configurațiile de bază ale LED-urilor.
Emițătorul este o singură matriță care este atașată la un radiator înainte de a fi poziționat spre o placă de circuit. Această placă de circuit atrage căldura departe de emițător, furnizând simultan energie electrică.
Anchetatorii au descoperit că substratul LED poate fi îndepărtat, iar matrița unică poate fi plasată liber pe placa de circuit, contribuind la reducerea costurilor și la îmbunătățirea uniformității luminii. Prin urmare, acest design este cunoscut sub numele de COB (matrice de cip-on-la bord).
Avantajele și dezavantajele LED-urilor
Următoarele sunt câteva beneficii ale diodelor emițătoare de lumină-.
LED-urile sunt mici și au un preț mai mic.
Electricitatea este controlată prin utilizarea LED-urilor.
Cu ajutorul microprocesorului, intensitatea LED-ului poate varia.
mult timp
eficient din punct de vedere energetic
Fără-încălzire înainte de joc
Robust
nu este afectat de temperaturile reci
Redare direcțională excelentă a culorilor
Controlabil și prietenos cu mediul
Următoarele sunt câteva dintre dezavantajele tehnologiei LED.
Preţ
sensibilitate la temperatură
sensibilitate la temperatură
Polaritatea electrică și calitatea luminii
Sensibilitatea electrică
Eficiența scade
Rezultat pentru insecte
Utilizări pentru diode-emițătoare de lumină
Există numeroase utilizări pentru LED, dintre care unele sunt descrise mai jos.
Atât în gospodării, cât și în afaceri, LED-urile sunt folosite ca becuri.
Diodele-emițătoare de lumină sunt utilizate în automobile și motociclete.
Mesajul este afișat folosind acestea în telefoanele mobile.
Ledurile sunt folosite la semnalele semaforului.
Drept urmare, acest articol oferă o prezentare generală a aplicației și a teoriei de funcționare a circuitelor cu diode emițătoare de lumină-. Sper că ați aflat câteva fapte fundamentale și practice despre-dioda emițătoare de lumină citind acest articol.
Pentru mai multe informații, vă rugăm să acordați atențieSite-ul oficial al BENWEI
