Što je dioda koja emitira svjetlost: rad i njezina primjena
LED je poluvodički izvor svjetlosti s dva izvoda. Svjetleću-diodu izumio je 1962. Nick Holonyak kad je bio zaposlen u General Electricu. LED je jedinstvena vrsta diode s električnim svojstvima koja su usporediva s onima PN spojne diode. Dakle, LED dopušta protok struje u jednom smjeru dok ga blokira u drugom. Manje od 1 mm2 je sve što LED dioda zauzima. LED diode se koriste u raznim električnim i elektroničkim projektima. Rad LED-a i njegova uporaba bit će obrađeni u ovom članku.
Svjetleća dioda: što je to?
Dioda p-n spoja služi kao dioda koja emitira svjetlost. To je jedinstveni oblik poluvodiča i posebno dopirane diode. Svjetleća-dioda je uređaj koji emitira svjetlost kada je usmjeren prema naprijed.
Dvije sićušne strelice koje označavaju emisiju svjetlosti razlikuju LED simbol od simbola diode, zbog čega se naziva LED (light{0}}emitting diode). LED ima dva terminala: katodu (-) i anodu (+). (-).
LED simbol Konstrukcija LED simbola
Konstrukcija LED-a prilično je jednostavna jer je dizajnirana taloženjem tri sloja poluvodičkog materijala preko supstrata. Ova tri sloja postavljena su jedan na drugi, pri čemu je gornji sloj sloj tipa P-, srednji sloj je aktivni sloj, a donji sloj je sloj tipa N-. Struktura omogućuje da se vide tri zone poluvodičkog materijala. U strukturi, šupljine su prisutne u području tipa P-, izbori su prisutni u području tipa N-, a i šupljine i elektroni prisutni su u aktivnom području.
LED je stabilan jer nema protoka elektrona ili rupa kada nema napona. LED dioda postaje prednapredna čim se napon dovede, uzrokujući da elektroni u N-regiji i rupe u P-regiji putuju u aktivno područje. Regija iscrpljenosti je drugi naziv za ovo područje. Svjetlost se može proizvesti rekombinacijom polariteta naboja budući da nositelji naboja, poput rupa, imaju pozitivan naboj dok elektroni imaju negativan naboj.
Kakav je proces diode koja emitira svjetlost?
Svjetleću{0}}diodu obično nazivamo diodom. Elektroni i rupe brzo teku preko spoja kada je dioda usmjerena prema naprijed, te se neprestano kombiniraju i tjeraju jedni druge s puta. Kombinira se s rupama baš kad se elektroni prebacuju iz n-tipa u p-tip silicija, a zatim nestaje.
Oleg Losev, ruski izumitelj, razvio je prvi LED 1927. godine i objavio dio teoretskih temelja svog istraživanja.
Profesor Kurt Lechovec testirao je hipotezu Gubitnika 1952. godine i dao objašnjenje prvih LED dioda.
Prvu zelenu LED diodu stvorili su 1958. Rubin Braunstein i Egon Loebner.
Nicholas Holonyak stvorio je crvenu LED diodu 1962. godine. Tako je napravljena prva LED dioda.
Prvo računalo koje je koristilo LED diode na tiskanoj ploči bilo je IBM-ov model iz 1964. godine.
Hewlett Packard (HP) uveo je LED u kalkulatore 1968.
Plavi LED osmislili su Jacques Pankove i Edward Miller 1971.
Inženjer elektrotehnike M. George Crawford stvorio je žuti LED 1972. godine.
Plavi LED s magnezijem i budućim standardima kreirali su 1986. Walden C. Rhines i Herbert Maruska sa Sveučilišta Stafford.
Hiroshi Amano i fizičar Isamu Akaski stvorili su galijev nitrid s izvrsnim plavim LED diodama 1993. godine.
Shuji Nakamura, inženjer elektrotehnike, stvorio je prvu plavu LED diodu visoke svjetline kroz napredak Amanos & Akaski, koji je ubrzao razvoj LED dioda bijele boje.
Bijele LED diode koje koštaju između 80 i 100 funti po žarulji korištene su u stambene svrhe 2002.
LED svjetla stekla su veliku popularnost u tvrtkama, bolnicama i školama 2008.
Glavni izvori svjetla u 2019. su LED diode; ovo je izvanredan napredak budući da se LED sada mogu koristiti za osvjetljavanje raznih lokacija, uključujući domove, urede, bolnice i škole.
Krug diode koja emitira svjetlo
Većina LED dioda ima specifikacije napona između 1 i 3 volta, dok su vrijednosti struje između 200 i 100 mA.
LED prednapon
LED radi ispravno ako se na njega primijeni napon između 1 i 3 volta budući da protok struje pokazuje da je napon unutar radnog raspona. Slično ovome, ako je LED dioda dobila napon koji je viši od njenog radnog napona, veliki tok struje uzrokovat će otkazivanje zone osiromašenja. Ovaj nepredviđeni visoki protok struje pokvarit će uređaj.
Spajanjem otpornika u seriju s izvorom napona i LED-om to se može spriječiti. Sigurne razine struje za LED diode kreću se od 200 mA do 100 mA, dok se sigurne vrijednosti napona za LED diode kreću od 1 V do 3 V.
Ovdje se otpornik koji se nalazi između izvora napona i LED-a naziva otpornikom za ograničavanje struje budući da taj otpornik regulira protok struje inače ga LED može ubiti. Dakle, ovaj otpornik je bitan za zaštitu LED-a.
Jednadžba za matematički tok struje kroz LED je
AKO=protiv – VD/Rs
Gdje,
"AKO" struja je naprijed
Izvor napona 'Vs'
Pad napona na svjetlo-diodi označen je s "VD."
Rs je otpornik koji ograničava protok struje.
pad napona potreban da se probije barijera područja iscrpljenosti. Kada je pad napona Si ili Ge diode 0,3 V ili manji, pad napona LED-a bit će između 2 i 3 V.
Za razliku od Si ili Ge dioda, LED može raditi na visokom naponu.
U usporedbi sa silicijevim ili germanijevim diodama, svjetleće-diode zahtijevaju više energije za rad.
Vrste svjetlo{0}}dioda
Svjetleće-diode dolaze u raznim varijantama, od kojih su neke navedene u nastavku.
Infra-galijev arsenid (GaAs) i crveni do infra{1}}crveni, narančasti galijev arsenid fosfid (GaAsP)
Crvene, narančaste-crvene, narančaste i žute LED-ice visoke{0}}svjetline izrađene od aluminij galij arsenida fosfora (AlGaAsP)
Crveni, žuti i zeleni galijev fosfat (GaP)
Zelena je boja aluminij galij fosfida (AlGaP), smaragdno zelena je boja galij nitrida (GaN), a plava je boja galij indij nitrida (GaInN).
Kao supstrat silicijev karbid (SiC) plave boje
Plavi cink selenid (ZnSe) i ultraljubičasti aluminij galij nitrid (AlGaN)
LED princip rada
Kvantna teorija služi kao temelj za rad svjetleće-diode. Prema kvantnoj teoriji, foton oslobađa energiju kada se elektron spusti iz višeg u niže energetsko stanje. Razlika energije između ove dvije energetske razine jednaka je energiji fotona. Kada se postigne prednapredno stanje diode PN-spoja, struja prolazi kroz diodu.
LED princip rada
Protok šupljina u suprotnom smjeru od struje i tok elektrona u smjeru struje ono je što uzrokuje tečenje struje u poluvodičima. Dakle, doći će do rekombinacije kao rezultat kretanja ovih nositelja naboja.
Elektroni vodljivog pojasa skaču dolje u valentni pojas, u skladu s rekombinacijom. Elektromagnetsku energiju oslobađaju elektroni kao fotoni kada se kreću iz jednog pojasa u drugi, a energija fotona jednaka je zabranjenom energetskom jazu.
Razmotrite kvantnu teoriju kao primjer. Prema ovoj teoriji, energija fotona jednaka je zbroju njegove frekvencije i Planckove konstante. Prikazana je matematička formula.
Jednadžba=hf
gdje se naziva Planckova konstanta, a brzina elektromagnetskog zračenja, označena simbolom c, jednaka je brzini svjetlosti. Kao af= c /, odnos između frekvencije zračenja i brzine svjetlosti. Prethodna jednadžba rezultirat će valnom duljinom elektromagnetskog zračenja gdje je
Jednadžba=he / λ
Valna duljina elektromagnetskog zračenja obrnuto je proporcionalna zabranjenom razmaku, prema gornjoj jednadžbi. Općenito, stanje i valentne vrpce poluvodiča silicija i germanija su takvi da cjelokupno zračenje elektromagnetskih valova tijekom rekombinacije ima oblik infracrvenog zračenja. Valne duljine infracrvenog zračenja su nam nevidljive jer su izvan raspona vidljive svjetlosti.
Budući da su poluvodiči silicija i germanija poluvodiči s neizravnim procjepom, a ne poluvodiči s izravnim procjepom, infracrveno zračenje često se naziva toplinom. Međutim, najviša razina energije valentnog pojasa i minimalna razina energije vodljivog pojasa ne postoje kada su elektroni prisutni u poluvodičima s izravnim procjepom. Kao rezultat toga, zamah elektronskog pojasa će varirati tijekom rekombinacije elektrona i šupljina ili migracije elektrona iz vodljivog pojasa u valentni pojas.
Svijetle LED diode
Postoje dvije metode koje se mogu koristiti za proizvodnju LED dioda. U prvoj metodi, crveni, zeleni i plavi LED čipovi kombiniraju se u jednom paketu za proizvodnju bijele svjetlosti, dok se u drugoj metodi koristi fosforescencija. Epoksid koji okružuje fluorescenciju fosfora može se sabrati, a InGaN LED uređaj će tada aktivirati LED koristeći zračenje kratke-valne duljine.
Za stvaranje višestrukih osjeta boja, poznatih kao primarne dodatne boje, svjetla različitih boja, kao što su plava, zelena i crvena svjetla, kombiniraju se u različitim količinama. Bijelo svjetlo nastaje ravnomjernim kombiniranjem ova tri intenziteta svjetla.
Ipak, da bi se postigla ova kombinacija korištenjem kombinacije zelenih, plavih i crvenih LED dioda, potrebna je izazovna elektro{0}}optička arhitektura za upravljanje kombinacijom i difuzijom raznih boja. Štoviše, ova metoda može biti izazovna zbog varijacija u nijansi LED-a.
Jedan LED čip s fosfornim premazom pokreće većinu bijele LED linije proizvoda. Kada se ovaj premaz izloži ultraljubičastom zračenju umjesto plavim fotonima, proizvodi se bijela svjetlost. Ista teorija vrijedi i za fluorescentne svjetiljke; električno pražnjenje unutar cijevi će emitirati UV, što će uzrokovati bijelo treptanje fosfora.
Iako ova tehnika LED-a može dati različite nijanse, varijance se mogu regulirati ekraniziranjem. Koristeći četiri precizne koordinate kromatike koje su blizu središta CIE dijagrama, ekraniziraju se bijeli LED-uređaji.
Sve moguće koordinate boja unutar potkove krivulje prikazane su na CIE dijagramu. Čiste nijanse luka su raširene, ali bijela točka je u sredini. Četiri točke koje su prikazane u sredini grafikona mogu se koristiti za predstavljanje bijele boje LED izlaza. Četiri koordinate grafikona su gotovo čisto bijele, ali ove LED diode obično ne rade tako dobro kao standardni izvor svjetla za osvjetljavanje obojenih leća.
Ove LED diode su najkorisnije za bijele, inače prozirne leće s neprozirnim pozadinskim osvjetljenjem. Bijele LED diode će nedvojbeno postati popularnije kao izvor osvjetljenja i indikator sve dok se ova tehnologija bude razvijala.
Briljantna učinkovitost
Proizvedeni svjetlosni tok za svaku jedinicu LED dioda mjeri se u lm, dok se potrošnja električne energije mjeri u W. Crvene LED diode imaju 155 lm/W, jantarne LED diode imaju 500 lm/W, a plave LED diode imaju nazivnu unutarnju učinkovitost od 75 lm/W. Gubici se mogu smatrati zbog unutarnje re-apsorpcije; svjetlosna učinkovitost za zelene i žute LED diode je između 20 i 25 lm/W. Ovaj koncept učinkovitosti, poznat i kao vanjska učinkovitost, usporediv je s pojmom učinkovitosti koji se obično koristi za druge vrste izvora svjetlosti, kao što su višebojne LED diode.
Diodni izvor svjetla u više boja
Višebojne LED diode su svjetleće-diode koje, kada su spojene u prednaponu, stvaraju jednu nijansu, a kada su spojene u obrnutom smjeru, proizvode drugu boju.
Ove LED diode zapravo imaju dva PN{0}}spoja, a moguće ih je spojiti paralelno spajanjem katode jedne s anodom druge.
Kada su prednapregnute u jednom smjeru, višebojne LED diode su obično crvene, a kada su prednapregnute u suprotnom smjeru, zelene su. Ovaj LED će proizvesti treću boju ako se vrlo brzo uključi između dva polariteta. Budući da se brzo mijenja između polariteta prednaprezanja, zelena ili crvena LED će proizvesti svjetlo žute boje.
Koje su dvije različite postavke za LED diode?
Dva slična emitera i COB su osnovne LED postavke.
Emiter je jedna matrica koja je pričvršćena na hladnjak prije nego što se postavi prema tiskanoj ploči. Ova strujna ploča odvodi toplinu od emitera dok istovremeno daje električnu energiju.
Istraživači su otkrili da se LED supstrat može ukloniti i da se pojedinačna matrica može slobodno postaviti na tiskanu ploču, što pomaže u smanjenju troškova i poboljšava jednoličnost svjetla. Stoga je ovaj dizajn poznat kao COB (chip-on-board array).
Prednosti i nedostaci LED dioda
Slijede neke prednosti svjetlećih-dioda.
LED diode su male i imaju nižu cijenu.
Električna energija se kontrolira korištenjem LED dioda.
Uz pomoć mikroprocesora, intenzitet LED-a može varirati.
dugo vremena
učinkovit u pogledu energije
Nema-zagrijavanja prije utakmice
Hrapav
nije pod utjecajem niskih temperatura
Izvrstan usmjereni prikaz boja
Upravljiv i prijateljski nastrojen prema okolišu
Slijede neki od nedostataka LED tehnologije.
Cijena
osjetljivost na temperaturu
temperaturna osjetljivost
Električni polaritet i kvaliteta osvjetljenja
Električna osjetljivost
Učinkovitost naglo pada
Rezultat za insekte
Koristi se za svjetleće-diode
Postoje brojne namjene za LED, od kojih su neke opisane u nastavku.
I u kućanstvima iu poduzećima LED se koriste kao žarulje.
Svjetleće-diode koriste se u automobilima i motociklima.
Poruka se prikazuje pomoću ovih u mobilnim telefonima.
LED se koriste na semaforima.
Kao rezultat toga, ovaj članak nudi pregled primjene i teorije rada krugova dioda koje emitiraju svjetlo-. Nadam se da ste čitanjem ovog članka naučili neke temeljne i praktične činjenice o svjetlo-diodi.
Za više informacija obratite pozornost naSlužbena web stranica BENWEI
