Objašnjenje dioda koje emitiraju svjetlost (LED).

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Potpuni oblik LED-a je dioda koja emitira svjetlost. LED diode su posebna vrsta poluvodičkih dioda koje emitiraju svjetlost kao odgovor na razliku potencijala primijenjenu na njihovim terminalima, otuda i naziv dioda koja emitira svjetlost. Baš kao i obične diode, LED diode također imaju dva terminala s polaritetom, naime anodu i katodu. Za osvjetljavanje LED-a, razlika potencijala ili napon se primjenjuje na anodnim i katodnim terminalima.

Danas se LED diode intenzivno koriste za proizvodnju najsuvremenijih LED svjetiljki visoke svjetlosti. Također se popularno koriste za proizvodnju ukrasnih LED svjetiljki i LED indikatora.



Kratka povijest

Unatoč činjenici da se LED diode danas smatraju proizvodom visokotehnološke industrije poluvodiča, njihova svjetleća svojstva prvobitno su identificirana prije mnogo godina. Prva osoba koja je primijetila LED svjetlosni efekt bio je jedan od Marconijevih inženjera, H. J. Round, koji je također poznat po nekoliko izuma vakuumske cijevi i radija. Slučajno je to otkrio 1907. dok je s Marconijem istraživao kristalne detektore s točkastim kontaktom.

Godine 1907. časopis Electrical World prvi je izvijestio o tim otkrićima. Koncept LED-a ostao je uspavan nekoliko godina sve dok ga 1922. nije ponovno otkrio ruski znanstvenik O.V. Losov.



Losov je boravio u Lenjingradu, gdje je tragično poginuo u Drugom svjetskom ratu. Moguće je da je većina njegovih nacrta izgubljena u ratu. Iako je između 1927. i 1942. prijavio ukupno četiri patenta, njegovo istraživanje nije priznato sve do njegove smrti.

Koncept LED-a ponovno se pojavio 1951. godine, kada je skupina znanstvenika pod vodstvom K. Lehoveca počela istraživati ​​učinak. Istraga je nastavljena uz sudjelovanje drugih organizacija i istraživača, uključujući W. Shockleya (izumitelja tranzistora). Na kraju je koncept LED-a doživio značajnu doradu i počeo se komercijalizirati kasnih 1960-ih.

Koji se poluvodički materijal koristi u LED spoju?

U biti, diode koje emitiraju svjetlost su specijalizirani PN spoj napravljen korištenjem složenog poluvodiča.

Silicij i germanij dva su najraširenija poluvodiča, ali budući da su to samo elementi, od njih se ne mogu izraditi LED diode.

Nasuprot tome, materijali kao što su galijev arsenid, galijev fosfid i indijev fosfid koji kombiniraju dva ili više elemenata često se koriste za izradu LED dioda. Galijev arsenid, na primjer, ima valenciju tri, a arsen ima valenciju pet, pa su stoga oba klasificirana kao poluvodiči skupine III -V.

Materijali koji pripadaju skupini III-V također se mogu koristiti za stvaranje drugih složenih poluvodiča.

Kada je poluvodički spoj usmjeren prema naprijed, rupe iz područja P-tipa i elektroni iz područja N-tipa ulaze u spoj i spajaju se, baš kao što bi bili u normalnoj diodi.

Struja se na ovaj način kreće kroz spoj.

Kao rezultat toga oslobađa se energija, od koje se neke emitiraju poput fotona (svjetlosti). Kako bi se zajamčilo da najmanju količinu fotona (svjetlosti) apsorbira struktura, P-strana spoja, koja u većini slučajeva proizvodi većinu svjetlosti, postavljena je najbliže površini uređaja.

Spoj mora biti savršeno optimiziran i moraju se koristiti pravi materijali za stvaranje vidljive svjetlosti. Infracrveno područje spektra je mjesto gdje čisti galijev arsenid emitira svoju energiju.

Kako LED diode dobivaju svoje boje

Aluminij se uvodi u poluvodič kako bi se proizveo aluminij galij arsenid, koji pomiče LED svjetlo u svijetli crveni kraj spektra (AIGaAs).

Crveno svjetlo može se proizvesti i dodavanjem fosfora.

Za ostale LED boje koriste se različiti materijali. Na primjer, galijev fosfid emitira zeleno svjetlo, dok žuto i narančasto svjetlo proizvodi aluminij indij galij fosfid. Većina LED dioda izrađena je od galijevih poluvodiča.

LED diode se proizvode s dvije strukture

Dioda koja emitira površinu i dioda koja emitira rub, koje se vide na sl. Slike 1 A i B su dvije primarne arhitekture koje se koriste za LED diode. Površinska dioda je najpopularnija od njih jer proizvodi svjetlost u širem kutu.

Nakon proizvodnje, LED strukturu je potrebno zatvoriti na takav način da se može sigurno koristiti bez ikakvog oštećenja LED.

Većina sićušnih LED indikatora je inkapsulirana u epoksi ljepilo s indeksom loma koji se nalazi negdje između onog poluvodiča i onog okolnog zraka (vidi sliku 2 u nastavku). Dioda je tako savršeno zaštićena, a svjetlost se prenosi u vanjski svijet na najučinkovitiji način.

Specifikacija LED prednjeg napona (VF).

Budući da su LED diode uređaji osjetljivi na struju, primijenjeni napon nikada ne smije premašiti specifikaciju minimalnog prednjeg napona LED diode. Specifikacija prednjeg napona LED-a (VF) jednostavno je optimalna razina napona koja se može koristiti za sigurno i jarko osvjetljavanje LED-a. Ako struja premaši specifikaciju prednjeg napona LED-a, LED će izgorjeti i trajno se oštetiti.

U slučaju da je napon napajanja viši od prednjeg napona LED-a, izračunati otpornik koristi se u seriji s napajanjem kako bi se ograničila struja LED-a. To osigurava da LED može sigurno svijetliti s optimalnom svjetlinom.

Vrijednost prednjeg napona većine današnjih LED dioda je oko 3,3 V. Bilo da se radi o crvenoj, zelenoj ili žutoj LED diodi, sve se obično mogu osvijetliti primjenom 3,3 V preko anodnih i katodnih terminala.

Napon napajanja LED-a mora biti istosmjerni. Također se može koristiti izmjenična struja, ali tada LED dioda treba imati spojenu ispravljačku diodu. Ovo osigurava da promjena polariteta izmjeničnog napona ne uzrokuje nikakvu štetu LED diodi.

Ograničavajuća struja

LED diode, baš kao i normalne diode, nemaju inherentno ograničenje struje. Kao rezultat toga, ako je spojen izravno preko baterije, izgorjet će.

Ako je opskrbni istosmjerni napon oko 3,3 V tada LED neće zahtijevati ograničavajući otpornik. Međutim, ako je napon napajanja viši od 3,3 V, tada će biti potreban otpornik u seriji s LED priključkom.

Otpornik se može spojiti u seriju s anodnim terminalom LED-a ili s katodnim terminalom LED-a.

Kako biste izbjegli oštećenje, otpornik mora biti spojen na strujni krug za kontrolu struje. Normalni indikator  LED ima maksimalnu specifikaciju struje od otprilike 20 mA; ako je struja ograničena ispod ovoga, svjetlosni izlaz LED-a će se proporcionalno smanjiti.

Kao što je prikazano na gornjoj slici 3, možda će trebati uzeti u obzir napon na samoj LED diodi prilikom procjene količine potrošene struje. Jer ako se napon poveća, potrošnja struje će također porasti proporcionalno.

Formula za izračunavanje graničnog otpornika je kao što je navedeno u nastavku:

R = V - LED FWD V / LED struja

  • Ovdje V predstavlja ulazno istosmjerno napajanje.
  • LED FWD V je specifikacija prednjeg napona LED-a.
  • LED struja označava maksimalnu strujnu sposobnost LED-a.

Pretpostavimo da je V = 12 V, LED FWD V = 3,3 V i LED struja = 20 mA, tada se vrijednost R može riješiti na sljedeći način:

R = 12 - 3,3 / 0,02 = 435 Ohma, najbliža standardna vrijednost je 470 Ohma.

Snaga će biti = 12 - 3,3 x 0,02 = 0,174 vata ili jednostavno 1/4 vata će biti dovoljno.