Kaj je svetleča dioda: delovanje in njena uporaba
LED je polprevodniški vir svetlobe z dvema vodnikoma. Svetlečo-diodo je leta 1962 izumil Nick Holonyak, ko je bil zaposlen pri General Electricu. LED je edinstvena vrsta diode z električnimi lastnostmi, ki so primerljive z lastnostmi PN spojne diode. Zato LED dovoljuje, da elektrika teče v eno smer, medtem ko jo blokira v drugi. LED zavzame manj kot 1 mm2. Svetleče diode se uporabljajo v različnih električnih in elektronskih projektih. V tem članku bomo obravnavali delovanje LED in njeno uporabo.
Svetleča dioda: kaj je to?
P-n spojna dioda služi kot svetleča -dioda. Je edinstvena oblika polprevodnika in posebej dopirana dioda. Svetleča-dioda je naprava, ki oddaja svetlobo, ko je usmerjena naprej.
Dve majhni puščici, ki označujeta oddajanje svetlobe, razlikujeta simbol LED od simbola diode, zato se imenuje LED (-dioda, ki oddaja svetlobo). LED ima dva priključka: katodo (-) in anodo (+). (-).
LED simbol Konstrukcija LED simbola
Konstrukcija LED je dokaj enostavna, saj je zasnovana z nanašanjem treh plasti polprevodniškega materiala na podlago. Te tri plasti so postavljene ena na drugo, pri čemer je zgornja plast tipa P-, srednja plast je aktivna plast, spodnja plast pa je plast tipa N-. Struktura omogoča, da vidimo tri cone polprevodniškega materiala. V strukturi so luknje prisotne v območju tipa P-, volitve so prisotne v območju tipa N-, v aktivnem območju pa so tako luknje kot elektroni.
LED je stabilen, ker ni pretoka elektronov ali lukenj, ko ni napetosti. LED dioda postane prednapeta takoj, ko je dovedena napetost, zaradi česar elektroni v N-regiji in luknje v P-regiji potujejo v aktivno območje. Območje izčrpavanja je drugo ime za to območje. Svetlobo je mogoče proizvesti z rekombinacijo polaritetnih nabojev, saj imajo nosilci naboja, kot so luknje, pozitiven naboj, medtem ko imajo elektroni negativen naboj.
Kakšen je postopek svetleče diode?
Svetlečo-diodo običajno imenujemo dioda. Elektroni in luknje hitro tečejo čez stičišče, ko je dioda nagnjena naprej, in se nenehno združujejo in odganjajo drug drugega s poti. Kombinira se z luknjami ravno takrat, ko elektroni prehajajo iz silicija tipa n- v tip p-, nato pa izgine.
Oleg Losev, ruski izumitelj, je leta 1927 razvil prvo LED in objavil del teoretičnih podlag svoje raziskave.
Profesor Kurt Lechovec je leta 1952 preizkusil hipoteze o poražencih in podal razlago prvih LED.
Prvo zeleno LED sta leta 1958 ustvarila Rubin Braunstein in Egon Loebner.
Nicholas Holonyak je leta 1962 ustvaril rdečo LED. Tako je bila izdelana prva LED.
Prvi računalnik, ki je uporabljal LED diode na tiskanem vezju, je bil model IBM iz leta 1964.
Hewlett Packard (HP) je leta 1968 uvedel LED diode v kalkulatorje.
Modro LED sta leta 1971 ustvarila Jacques Pankove in Edward Miller.
Inženir elektrotehnike M. George Crawford je leta 1972 ustvaril rumeno LED.
Modro LED z magnezijem in prihodnjimi standardi sta leta 1986 ustvarila Walden C. Rhines in Herbert Maruska z Univerze v Staffordu.
Hiroshi Amano in fizik Isamu Akaski sta leta 1993 ustvarila galijev nitrid z odličnimi modrimi LED.
Shuji Nakamura, inženir elektrotehnike, je ustvaril prvo modro LED z visoko svetlostjo z napredkom Amanos & Akaski, ki je pospešil razvoj belih LED diod.
Svetleče diode bele barve, ki stanejo med 80 in 100 £ na žarnico, so bile leta 2002 uporabljene za stanovanjske namene.
LED luči so v letu 2008 pridobile veliko popularnost v podjetjih, bolnišnicah in šolah.
Glavni viri svetlobe v letu 2019 so LED; to je izjemen preboj, saj se LED diode zdaj lahko uporabljajo za osvetlitev različnih lokacij, vključno z domovi, pisarnami, bolnišnicami in šolami.
Vezje svetleče diode za prednapetost
Večina LED diod ima specifikacije napetosti med 1 in 3 volti, medtem ko nazivni tok naprej pade med 200 in 100 mA.
Pristranskost LED
LED deluje pravilno, če je nanjo priključena napetost med 1 in 3 volti, saj tok kaže, da je napetost v območju delovanja. Podobno, če ima LED dioda napetost, ki je višja od delovne napetosti, bo visok pretok toka povzročil okvaro območja izčrpavanja. Ta nepredviden visok tok bo pokvaril pripomoček.
To lahko preprečimo s serijsko povezavo upora z virom napetosti in LED. Varne ravni toka za LED diode segajo od 200 mA do 100 mA, medtem ko so varne vrednosti napetosti za LED diode v razponu od 1 V do 3 V.
Tu se upor, ki je nameščen med virom napetosti in LED, imenuje upor za omejevanje toka, saj ta upor uravnava pretok toka, sicer ga lahko LED ubije. Torej je ta upor bistvenega pomena za zaščito LED.
Enačba za matematični tok toka skozi LED je
ČE=proti – VD/Rs
kje,
"ČE" je tok naprej
Vir napetosti 'Vs'
Padec napetosti na svetleči -diodi je označen z "VD."
Rs je upor, ki omejuje pretok toka.
padec napetosti, potreben za preboj pregrade območja izčrpanosti. Ko je padec napetosti Si ali Ge diode 0,3 V ali manj, bo padec napetosti LED med 2 in 3 V.
V nasprotju s Si ali Ge diodami lahko LED deluje pri visoki napetosti.
V primerjavi s silicijevimi ali germanijevimi diodami svetleče-diode za delovanje potrebujejo več energije.
Vrste-svetlečih diod
Svetleče -diode so na voljo v različnih različicah, nekatere izmed njih so navedene spodaj.
Infra-rdeči galijev arzenid (GaAs) in rdeč do infra{1}}rdeč oranžni galijev arzenid fosfid (GaAsP)
Visoko{0}}svetlost rdeče, oranžne-rdeče, oranžne in rumene LED diode iz aluminijevega galijevega arzenida fosforja (AlGaAsP)
Rdeči, rumeni in zeleni galijev fosfat (GaP)
Zelena je barva aluminijevega galijevega fosfida (AlGaP), smaragdno zelena je barva galijevega nitrida (GaN), modra pa barva galijevega indijevega nitrida (GaInN).
Kot podlaga silicijev karbid (SiC) modre barve
Modri cinkov selenid (ZnSe) in ultravijolični aluminijev galijev nitrid (AlGaN)
Načelo delovanja LED
Kvantna teorija je osnova za delovanje svetleče-diode. Po kvantni teoriji foton sprosti energijo, ko se elektron spusti iz višjega v nižje energijsko stanje. Energijska razlika med tema dvema energijskima nivojema je enaka energiji fotona. Ko je doseženo prednapeto stanje PN{4}}spojne diode, gre tok skozi diodo.
Načelo delovanja LED
Tok lukenj v nasprotni smeri toka in tok elektronov v smeri toka povzročata tok v polprevodnikih. Tako bo prišlo do rekombinacije kot posledica gibanja teh nosilcev naboja.
Elektroni prevodnega pasu skočijo navzdol v valenčni pas glede na rekombinacijo. Elektromagnetno energijo sproščajo elektroni kot fotoni, ko se premikajo iz enega pasu v drug pas, energija fotona pa je enaka prepovedani energijski vrzeli.
Razmislite o kvantni teoriji kot primeru. Po tej teoriji je energija fotona enaka vsoti njegove frekvence in Planckove konstante. Prikaže se matematična formula.
Eq=hf
kjer je Planckova konstanta, hitrost elektromagnetnega sevanja, označena s simbolom c, pa je enaka svetlobni hitrosti. Kot af= c / je razmerje med frekvenco sevanja in svetlobno hitrostjo. Rezultat prejšnje enačbe je valovna dolžina elektromagnetnega sevanja, kjer je
Eq=he / λ
Valovna dolžina elektromagnetnega sevanja je v skladu z zgornjo enačbo obratno sorazmerna s prepovedano vrzeljo. Na splošno so stanje in valenčni pasovi silicijevih in germanijevih polprevodnikov takšni, da je celotno sevanje elektromagnetnih valov med rekombinacijo v obliki infrardečega sevanja. Valovne dolžine infrardeče svetlobe so za nas nevidne, ker so zunaj območja vidne svetlobe.
Ker so polprevodniki silicij in germanij polprevodniki s posredno režo in ne polprevodniki z neposredno režo, se infrardeče sevanje pogosto imenuje toplota. Najvišja energijska raven valenčnega pasu in minimalna energijska raven prevodnega pasu pa ne obstajata, če so elektroni prisotni v polprevodnikih z direktno režo. Posledično se bo gibalna količina elektronskega pasu spreminjala med rekombinacijo elektronov in lukenj ali migracijo elektronov iz prevodnega v valenčni pas.
Svetle LED diode
Obstajata dve metodi, ki se lahko uporabljata za proizvodnjo LED. Pri prvi metodi so rdeči, zeleni in modri čipi LED združeni v enem samem paketu, da proizvedejo belo svetlobo, medtem ko se pri drugi metodi uporablja fosforescenca. Epoksi, ki obdaja fosforjevo fluorescenco, je mogoče sešteti in naprava InGaN LED bo nato aktivirala LED z uporabo sevanja kratke-valovne dolžine.
Za ustvarjanje več barvnih občutkov, znanih kot primarne dodatne barve, se različne barvne luči, kot so modra, zelena in rdeča luči, kombinirajo v različnih količinah. Bela svetloba nastane z enakomerno kombinacijo teh treh jakosti svetlobe.
Kljub temu je za dosego te kombinacije s kombinacijo zelenih, modrih in rdečih diod LED potrebna zahtevna elektro{0}}optična arhitektura za upravljanje kombinacije in razpršitve različnih barv. Poleg tega je ta metoda lahko zahtevna zaradi razlik v barvi LED.
En čip LED s fosforno prevleko napaja večino proizvodne linije belih LED. Ko je ta premaz izpostavljen ultravijoličnemu sevanju namesto modrih fotonov, nastane bela svetloba. Ista teorija velja tudi za fluorescenčne sijalke; električna razelektritev znotraj cevi bo oddajala UV, zaradi česar bo fosfor utripal belo.
Čeprav lahko ta tehnika LED daje različne odtenke, je mogoče razlike regulirati s presejanjem. Z uporabo štirih natančnih kromatičnih koordinat, ki so blizu središča diagrama CIE, so prikazane naprave, ki temeljijo na beli LED-.
Vse dosegljive barvne koordinate znotraj podkvaste krivulje so prikazane v diagramu CIE. Čisti odtenki loka so razprti, vendar je bela točka na sredini. Štiri točke, prikazane na sredini grafa, lahko uporabite za predstavitev bele barve LED. Štiri koordinate na grafu so skoraj čisto bele, vendar te LED diode običajno ne delujejo tako dobro kot standardni vir svetlobe za osvetlitev barvnih leč.
Te LED so najbolj uporabne za bele, sicer prozorne leče z neprozorno osvetlitvijo ozadja. Bele LED bodo nedvomno postale bolj priljubljene kot vir osvetlitve in indikator, dokler se bo ta tehnologija razvijala.
Briljantna učinkovitost
Proizvedeni svetlobni tok za vsako enoto LED diod se meri v lm, medtem ko se poraba električne energije meri v W. Rdeče LED diode imajo 155 lm/W, jantarne LED diode imajo 500 lm/W, modre LED diode pa imajo nazivni notranji vrstni izkoristek 75 lm/W. Izgube lahko štejemo zaradi notranje re-absorpcije; svetlobni izkoristek za zelene in oranžne LED je med 20 in 25 lm/W. Ta koncept učinkovitosti, znan tudi kot zunanja učinkovitost, je primerljiv s pojmom učinkovitosti, ki se običajno uporablja za druge vrste svetlobnih virov, kot so večbarvne LED.
Diodni svetlobni vir v številnih barvah
Večbarvne diode LED so svetleče-diode, ki, če so priključene v prednapetost, ustvarijo en odtenek in, če so priključene v obratni prednapetosti, proizvedejo drugo barvo.
Te svetleče diode imajo pravzaprav dva PN{0}}stičišča, ki ju je mogoče povezati vzporedno tako, da katodo ene povežete z anodo druge.
Ko so pristranske v eno smer, so večbarvne LED diode običajno rdeče, pri prednapetosti v nasprotni smeri pa zelene. Ta LED bo proizvedla tretjo barvo, če jo vklopite zelo hitro med dvema polaritetama. Zelena ali rdeča LED bo zaradi hitrega preklopa med prednapetostnimi polarnostmi proizvedla rumeno svetlobo.
Kakšni sta dve različni nastavitvi za LED?
Dva podobna oddajnika in COB sta osnovni nastavitvi LED.
Oddajnik je ena matrica, ki je pritrjena na hladilno telo, preden se postavi proti tiskanemu vezju. To vezje odvaja toploto od oddajnika, hkrati pa zagotavlja električno energijo.
Preiskovalci so ugotovili, da je substrat LED mogoče odstraniti in posamezno matrico prosto namestiti na vezje, kar pomaga zmanjšati stroške in izboljša enakomernost svetlobe. Zato je ta zasnova znana kot COB (chip-on-board array).
Prednosti in slabosti LED
Sledi nekaj prednosti svetlečih-diod.
LED diode so majhne in imajo nižjo ceno.
Električna energija se krmili z uporabo LED.
S pomočjo mikroprocesorja se lahko jakost LED diode spreminja.
dolgo časa
energetsko učinkovita
Brez-ogrevanja pred igro
Robusten
ni pod vplivom nizkih temperatur
Odlično usmerjeno upodabljanje barv
Obvladljiv in prijazen do okolja
Sledi nekaj pomanjkljivosti tehnologije LED.
Cena
občutljivost na temperaturo
temperaturna občutljivost
Električna polarnost in kakovost osvetlitve
Električna občutljivost
Učinkovitost strmo pada
Rezultat za žuželke
Uporablja se za svetleče-diode
Obstajajo številni načini uporabe LED, nekateri izmed njih so opisani spodaj.
V gospodinjstvih in podjetjih se LED diode uporabljajo kot žarnice.
Svetleče -diode se uporabljajo v avtomobilih in motornih kolesih.
Sporočilo se prikaže z uporabo teh v mobilnih telefonih.
LED se uporabljajo na semaforjih.
Posledično ta članek ponuja pregled uporabe in delovne teorije vezij -svetlečih diod. Upam, da ste z branjem tega članka izvedeli nekaj osnovnih in praktičnih dejstev o svetleči-diodi.
Za več informacij bodite pozorni naUradna spletna stran BENWEI
