Шта је диода која емитује светлост: рад и њене примене

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





Диода која емитује светлост је двоводни полупроводнички извор светлости. Ницк Холониак је 1962. године дошао на идеју о диоди која емитује светлост и радио је за општу електричну компанију. ЛЕД је посебна врста диода и имају сличне електричне карактеристике као диоде са ПН спојем. Стога ЛЕД омогућава проток струје у правцу напред и блокира струју у обрнутом смеру. ЛЕД заузима малу површину која је мања од 1 ммдва . Примена ЛЕД диода користи се за израду различитих електричних и електронских пројеката. У овом чланку ћемо размотрити принцип рада ЛЕД-а и његове примене.

Шта је диода која емитује светлост?

Диода која емитује осветљење је а п-н спојна диода . То је посебно допирана диода и сачињена од посебне врсте полупроводника. Када светлост емитује у предњем пристрасном положају, тада се назива светлосна диода.




Светлећа диода

Светлећа диода

ЛЕД симбол



ЛЕД симбол је сличан симболу диоде, осим две мале стрелице које одређују емисију светлости, па се зато назива ЛЕД (светлосна диода). ЛЕД садржи два терминала, наиме аноду (+) и катоду (-). ЛЕД симбол је приказан испод.

ЛЕД симбол

ЛЕД симбол

Конструкција ЛЕД

Конструкција ЛЕД-а је врло једноставна, јер је дизајнирана наношењем три слоја полупроводничких материјала на подлогу. Ова три слоја су поређана један по један, где је горњи регион регион П-типа, средњи регион је активан и коначно, доњи регион је Н-типа. У конструкцији се могу уочити три регије полупроводничког материјала. У конструкцији, регион П-типа укључује рупе, а регион Н-типа укључује изборе, док активни регион укључује и рупе и електроне.

Када се напон не примени на ЛЕД, тада нема протока електрона и рупа, тако да су стабилни. Једном када се напон примени, ЛЕД ће бити пристрасан унапред, па ће се електрони у Н-региону и рупе из П-региона померити у активно подручје. Овај регион је познат и као регион исцрпљивања. Будући да носачи наелектрисања попут рупа укључују позитиван набој, док електрони имају негативан набој, па се светлост може генерисати рекомбинацијом поларитетних наелектрисања.


Како делује диода која емитује светлост?

Диоду која емитује светлост једноставно знамо као диоду. Када је диода пристрасна, електрони и рупе се брзо крећу по споју и непрекидно се комбинују, уклањајући једни друге. Убрзо након преласка електрона из н-типа у п-силицијум, он се комбинује са рупама, а затим нестаје. Стога чини комплетан атом стабилнијим и даје мали налет енергије у облику малог пакетића или фотона светлости.

Рад светлећих диода

Рад светлећих диода

Горњи дијаграм показује како светлосна диода ради и корак по корак дијаграма.

  • Из горњег дијаграма можемо приметити да је силицијум Н-типа црвене боје, укључујући електроне означене црним круговима.
  • Силицијум типа П је плаве боје и садржи рупе, означене су белим круговима.
  • Напајање преко п-н споја чини диоду пристрасном и потискује електроне из н-типа у п-тип. Потискивање рупа у супротном смеру.
  • Комбиновани су електрон и рупе на споју.
  • Фотони се дају док се електрони и рупе рекомбинују.

Историја светлосне диоде

ЛЕД диоде су изумљене 1927. године, али нису нови изум. У наставку се говори о кратком прегледу историје ЛЕД-а.

  • Године 1927. Олег Лосев (руски проналазач) створио је прву ЛЕД и објавио неку теорију о свом истраживању.
  • 1952. године, професор Курт Лецховец тестирао је теорије губитничких теорија и објаснио прве ЛЕД диоде
  • 1958. године прву зелену ЛЕД изумили су Рубин Браунстеин и Егон Лоебнер
  • 1962. године црвену ЛЕД је развио Ницк Холониак. Дакле, прва ЛЕД је створена.
  • 1964. године ИБМ је први пут на рачунару применио ЛЕД диоде на плочици.
  • 1968. године ХП (Хевлетт Пацкард) почео је да користи ЛЕД у калкулаторима.
  • 1971. године, Јацкуес Панкове и Едвард Миллер су изумели плаву ЛЕД
  • 1972. године, М. Георге Цравфорд (инжењер електротехнике) изумио је жуту ЛЕД диоду.
  • 1986. Валден Ц. Рхинес и Херберт Маруска са Универзитета у Стаффорду изумили су ЛЕД у плавој боји са магнезијумом, укључујући будуће стандарде.
  • 1993. године Хиросхи Амано & Пхисицистс Исаму Акаски развили су галијум-нитрид са висококвалитетним ЛЕД диодама у плавој боји.
  • Инжењер електротехнике попут Схуји Накамура развио је прву плаву ЛЕД са великом осветљеношћу кроз развој Аманос & Акаски, што брзо доводи до ширења белих ЛЕД диода.
    Године 2002, беле беле ЛЕД диоде коришћене су у стамбене сврхе које пуне око 80 до 100 фунти за сваку сијалицу.
  • У 2008. години ЛЕД светла су постала веома популарна у канцеларијама, болницама и школама.
  • У 2019. години ЛЕД-ови су постали главни извори светлости
  • Развој ЛЕД диода је невероватан, јер се креће од малих индикација до осветљења канцеларија, домова, школа, болница итд.

Круг светлећих диода за пристрасност

Већина ЛЕД диода има номинални напон од 1 волт-3 волта, док се напони струје крећу од 200 мА до 100 мА.

ЛЕД Биасинг

ЛЕД Биасинг

Ако је на ЛЕД нанет напон (1В до 3В), он правилно функционише, јер ће проток струје за примењени напон бити у радном опсегу. Слично томе, ако је примењени напон на ЛЕД већи од радног напона, тада ће се подручје исцрпљености унутар диоде која емитује светлост покварити због великог протока струје. Овај неочекивани велики проток струје оштетиће уређај.

То се може избећи повезивањем отпорника у серију са извором напона и ЛЕД диодом. Називи сигурног напона ЛЕД-а биће у распону од 1В до 3В, док се напони сигурне струје крећу од 200 мА до 100 мА.

Овде је отпор који је постављен између извора напона и ЛЕД-а познат као отпорник за ограничавање струје, јер овај отпор ограничава проток струје, иначе га ЛЕД може уништити. Дакле, овај отпор игра кључну улогу у заштити ЛЕД-а.

Математички, проток струје кроз ЛЕД може се записати као

ИФ = Вс - ВД / Рс

Где,

„ИФ“ је предња струја

„Вс“ је извор напона

„ВД“ је пад напона на диоди која емитује светлост

„Рс“ је отпорник који ограничава струју

Количина напона пала је да би се победила баријера региона осиромашења. Пад ЛЕД напона кретаће се од 2В до 3В док је Си или Ге диода 0,3, иначе 0,7 В.

Дакле, ЛЕД се може управљати коришћењем високог напона у поређењу са Си или Ге диодама.
Диоде које емитују светлост троше више енергије од силицијума или германијума за рад.

Врсте диода које емитују светлост

Постоје различите врсте светлосних диода присутни, а неки од њих су поменути у наставку.

  • Галијум арсенид (ГаАс) - инфрацрвени
  • Галијум арсенид фосфид (ГаАсП) - црвена до инфрацрвена, наранџаста
  • Алуминијум галијум арсенид фосфид (АлГаАсП) - црвена, наранџасто-црвена, наранџаста и жута велике осветљености
  • Галијум фосфид (ГаП) - црвена, жута и зелена
  • Алуминијум галијум фосфид (АлГаП) - зелена
  • Галијум нитрид (ГаН) - зелена, смарагдно зелена
  • Галијум индијум нитрид (ГаИнН) - готово ултраљубичасто, плавкасто-зелено и плаво
  • Силицијум-карбид (СиЦ) - плава као подлога
  • Цинк селенид (ЗнСе) - плава
  • Алуминијум галијум нитрид (АлГаН) - ултраљубичасто

Принцип рада ЛЕД-а

Принцип рада диоде која емитује светлост заснован је на квантној теорији. Квантна теорија каже да када се електрон спусти са вишег на нижи ниво енергије, енергија емитује из фотона. Енергија фотона једнака је енергетском раскораку између ова два енергетска нивоа. Ако је диода ПН-споја у предњој пристрасности, онда струја протиче кроз диоду.

Принцип рада ЛЕД-а

Принцип рада ЛЕД-а

Проток струје у полупроводницима је узрокован протоком рупа у супротном смеру струје и протоком електрона у смеру струје. Отуда ће доћи до рекомбинације због протока ових носача наелектрисања.

Рекомбинација указује да електрони у проводном појасу скачу доле до валентног појаса. Када електрони прескоче из једног опсега у други опсег, електрони ће емитовати електромагнетну енергију у облику фотона и енергија фотона једнака је забрањеном енергетском размаку.

На пример, размотримо квантну теорију, енергија фотона је производ и Планцкове константе и фреквенције електромагнетног зрачења. Приказана је математичка једначина

Једначина = хф

Где је он познат као Планцкова константа, а брзина електромагнетног зрачења је једнака брзини светлости, тј. Ц. Фреквенцијско зрачење је повезано са брзином светлости као ф = ц / λ. λ је означен као таласна дужина електромагнетног зрачења и горња једначина постаће као

Једначина = хе / λ

Из горње једначине можемо рећи да је таласна дужина електромагнетног зрачења обрнуто пропорционална забрањеном размаку. Генерално, за полупроводнике силицијума, германијума овај забрањени енергетски јаз је између стања и валентни опсези су такви да је укупно зрачење електромагнетног таласа током рекомбинације у облику инфрацрвеног зрачења. Не можемо да видимо таласну дужину инфрацрвене мреже јер су изван видљивог домета.

За инфрацрвено зрачење се каже да је топлота, јер полупроводници силицијума и германијума нису полупроводници са директним зазором, већ су то полупроводници са индиректним размаком. Али у полупроводницима са директним зазором, максимални ниво енергије валентног појаса и минимални ниво енергије проводне траке се не јављају у истом тренутку електрона. Стога ће током рекомбинације електрона и рупа бити миграција електрона из проводног појаса у валентни опсег замах електронског појаса ће се променити.

Беле ЛЕД диоде

Производња ЛЕД-а може се извршити кроз две технике. У првој техници, ЛЕД чипови попут црвене, зелене и плаве стапају се у сличном пакету како би се генерисало бело светло, док се у другој техници користи фосфоресценција. Флуоресценција у фосфору може се резимирати у епоксидном окружењу, а ЛЕД ће се активирати помоћу енергије кратких таласа помоћу уређаја ИнГаН ЛЕД.

Различита светла у боји попут плавог, зеленог и црвеног светла комбинују се у променљивим количинама да би произвела другачији осећај боје који је познат као примарне адитивне боје. Ова три интензитета светлости додају се подједнако да би се створила бела светлост.

Али, да би се постигла ова комбинација комбинацијом зелених, плавих и црвених ЛЕД диода којима је потребан сложени електрооптички дизајн за контролу комбинације и дифузије различитих боја. Даље, овај приступ може бити компликован због промена унутар ЛЕД боје.

Линија производа белих ЛЕД углавном зависи од једног ЛЕД чипа који користи фосфорни премаз. Овај премаз ствара белу светлост једном пробијену кроз ултраљубичасте, иначе плаве фотоне. Исти принцип се примењује и на флуоресцентне сијалице. Емисија ултраљубичастог зрачења из електричног пражњења у цеви проузроковаће да фосфор трепће бело.

Иако овај процес ЛЕД може створити различите нијансе, разлике се могу контролисати скринингом. Уређаји засновани на белим ЛЕД заслонима приказују се помоћу четири тачне координате хроматскости које су у близини средишта ЦИЕ дијаграма.

Дијаграм ЦИЕ описује све достижне координате боја унутар потковице. Чисте боје леже преко лука, али бели врх је у средини. Бела излазна ЛЕД боја може се представити кроз четири тачке које су представљене у средини графикона. Иако су четири координате графикона близу чисто беле, ове ЛЕД диоде обично нису ефикасне као уобичајени извор светлости за осветљавање сочива у боји.

Ове ЛЕД су углавном корисне за беле, иначе бистре сочива, непрозирно позадинско осветљење. Када ова технологија настави да напредује, беле ЛЕД диоде ће сигурно стећи репутацију извора осветљења и индикације.

Светлосна ефикасност

Светлосна ефикасност ЛЕД-а може се дефинисати као произведени светлосни ток у лм за сваку јединицу, а електрична снага се може користити унутар В. Процењени унутрашњи ред ефикасности ЛЕД-а у плавој боји је 75 лм / В, жуто-ЛЕД имају 500 лм / В и црвено ЛЕД диоде имају 155 лм / В. Због интерне апсорпције, губици се могу узети у обзир, редослед светлеће ефикасности креће се од 20 до 25 лм / В за зелене и јантарне ЛЕД диоде. Ова дефиниција ефикасности позната је и као спољна ефикасност и аналогна је дефиницији ефикасности која се обично користи за друге врсте извора светлости, попут вишебојних ЛЕД диода.

Вишебојна диода која емитује светлост

Диода која емитује светлост која производи једну боју када се повежу у предњем предњем положају и производи боју када се повежу у обрнутом пристрасном положају позната је као вишебојна ЛЕД.

Заправо, ове ЛЕД диоде укључују два ПН-споја и њихово повезивање може бити паралелно са анодом једне која је повезана са катодом друге.

Вишебојне ЛЕД диоде обично су црвене када се пристрасно крећу у једном смеру и зелене када се пристрасне у другом смеру. Ако се ова ЛЕД лампица УКЉУЧИ врло брзо међу два поларитета, тада ће ЛЕД генерирати трећу боју. Зелена или црвена ЛЕД ће створити жуто светло у боји када се брзо пребаце уназад и унапред међу пристрасним поларитетима.

Која је разлика између диоде и ЛЕД диоде?

Главна разлика између диоде и ЛЕД диоде укључује следеће.

Диоде

ЛЕД

Полупроводнички уређај попут диоде води једноставно у једном правцу.ЛЕД је једна врста диода која се користи за генерисање светлости.
Дизајн диоде се може извести са полупроводничким материјалом, а проток електрона у овом материјалу може њиховој енергији дати облик топлоте.ЛЕД је дизајниран са галијум фосфидом и галијум арсенидом чији електрони могу да генеришу светлост док преносе енергију.

Диода мења АЦ у једносмерну струјуЛЕД мења напон у светлост
Има висок напон обрнутог пробојаИма ниско-обрнути напон пробоја.
Напон диоде у стању приправности је 0,7 в за силицијум, док је за германијум 0,3 вНапон ЛЕД-а у стању приправности креће се приближно од 1,2 до 2,0 В.
Диода се користи у исправљачима напона, склопним и стезним круговима, мултипликаторима напона.

Примене ЛЕД-а су саобраћајна сигнализација, аутомобилске фарове, у медицинским уређајима, блицеви фотоапарата итд.

И-В карактеристике ЛЕД-а

На тржишту су доступне различите врсте диода које емитују светлост, а постоје и различите ЛЕД карактеристике које укључују интензитет светлости у боји или зрачење таласне дужине. Важна карактеристика ЛЕД-а је боја. У почетној употреби ЛЕД-а постоји једина црвена боја. Како се употреба ЛЕД-а повећава помоћу полупроводничког процеса и истражујући нове метале за ЛЕД-ове, настајале су различите боје.

И-В карактеристике ЛЕД-а

И-В карактеристике ЛЕД-а

Следећи графикон приказује приближне криве између напона и струје. Свака крива на графикону означава другачију боју. Табела приказује резиме ЛЕД карактеристика.

Карактеристике ЛЕД-а

Карактеристике ЛЕД-а

Које су две врсте ЛЕД конфигурација?

Стандардне конфигурације ЛЕД диода су два попут емитера, као и ЦОБ

Емитер је једна матрица која је постављена према плочици, а затим на хладњаку. Ова плочица даје електричну снагу према емитеру, а истовремено одводи топлоту.

Да би помогли у смањењу трошкова, као и побољшали једноличност светлости, истражитељи су утврдили да се ЛЕД подлога може одвојити и појединачна матрица може отворено монтирати на плочицу. Дакле, овај дизајн се назива ЦОБ (низ чипова на плочи).

Предности и недостаци ЛЕД-а

Тхе предности диоде која емитује светлост укључи следеће.

  • Трошкови ЛЕД-а су мањи, а они су мали.
  • Коришћењем ЛЕД-а контролише се електрична енергија.
  • Интензитет ЛЕД-а разликује се уз помоћ микроконтролера.
  • Дуг животни век
  • Енергетски ефикасна
  • Нема периода загревања
  • Руггед
  • Не утиче на хладне температуре
  • Дирецтионал
  • Приказ боја је одличан
  • Еколошки
  • Контролисано

Тхе недостаци диоде која емитује светлост укључи следеће.

  • Цена
  • Осетљивост на температуру
  • Зависност од температуре
  • Квалитет светлости
  • Електрични поларитет
  • Осетљивост на напон
  • Пад ефикасности
  • Утицај на инсекте

Примене светлећих диода

Постоји много примена ЛЕД-а, а неке од њих су објашњене у наставку.

  • ЛЕД се користи као сијалица у домовима и индустрији
  • Светлеће диоде се користе у мотоциклима и аутомобилима
  • Они се користе у мобилним телефонима за приказивање поруке
  • На семафору се користе лед-ови

Стога овај чланак говори преглед диоде која емитује светлост принцип рада и примена кола. Надам се да сте читајући овај чланак стекли неке основне и радне информације о светлосној диоди. Ако имате било каквих питања у вези са овим чланком или у вези са електричним пројектом последње године, слободно коментаришите у одељку испод. Ево питања за вас, Шта је ЛЕД и како то ради?