Što je dioda koja emitira svjetlost: rad i njene primjene

Dioda koja emitira svjetlost je poluvodički izvor svjetlosti od dva olova. 1962. Nick Holonyak došao je na ideju o diodi koja emitira svjetlo i radio je za opću električnu tvrtku. LED je posebna vrsta dioda i imaju slične električne karakteristike kao diode s PN spojem. Stoga LED omogućuje protok struje u smjeru prema naprijed i blokira struju u obrnutom smjeru. LED zauzima malo područje koje je manje od 1 mm^dva . Primjena LED-a koristi se za izradu raznih električnih i elektroničkih projekata. U ovom ćemo članku razgovarati o principu rada LED-a i njegovim primjenama.

Što je dioda koja emitira svjetlost?

Dioda koja emitira svjetlost je a p-n spojna dioda . To je posebno dopirana dioda koja se sastoji od posebne vrste poluvodiča. Kada svjetlost emitira u prednjoj pristranosti, tada se naziva dioda koja emitira svjetlost.

Dioda koja emitira svjetlo

LED simbol

LED simbol sličan je simbolu diode, osim dvije male strelice koje određuju emisiju svjetlosti, pa se stoga naziva LED (svjetlosna dioda). LED uključuje dva terminala, naime anodu (+) i katodu (-). LED simbol prikazan je dolje.

LED simbol

Konstrukcija LED-a

Konstrukcija LED-a vrlo je jednostavna jer je projektirana nanošenjem tri sloja poluvodičkih materijala na podlogu. Ova su tri sloja poredana jedan po jedan, gdje je gornje područje područje P-tipa, srednje područje aktivno i konačno, donje područje N-tipa. U konstrukciji se mogu promatrati tri područja poluvodičkog materijala. U konstrukciji, područje P-tipa uključuje rupe, a područje N-tipa uključuje izbore, dok aktivno područje uključuje i rupe i elektrone.

Kada se napon ne primijeni na LED diodu, tada nema protoka elektrona i rupa, tako da su stabilni. Jednom kada se primijeni napon, LED će prema naprijed biti pristran, pa će se elektroni u N-području i rupe iz P-područja premjestiti u aktivno područje. Ovo je područje poznato i kao područje iscrpljivanja. Budući da nosači naboja poput rupa uključuju pozitivan naboj, dok elektroni imaju negativan naboj, pa se svjetlost može generirati rekombinacijom naboja polariteta.

Kako djeluje dioda koja emitira svjetlost?

Diodu koja emitira svjetlost jednostavno znamo kao diodu. Kada je dioda pristrana, elektroni i rupe se brzo kreću po spoju i neprestano se kombiniraju uklanjajući jedni druge. Ubrzo nakon što se elektroni premjeste iz n-tipa u p-silicij, on se kombinira s rupama, a zatim nestaje. Stoga čini kompletan atom stabilnijim i daje mali nalet energije u obliku malog paketića ili fotona svjetlosti.

Rad svjetlosne diode

Gornji dijagram pokazuje kako djeluje svjetlosna dioda i korak po korak dijagrama.

• Iz gornjeg dijagrama možemo primijetiti da je silicij tipa N crvene boje, uključujući elektrone koji su označeni crnim krugovima.
• Silicij tipa P je u plavoj boji i sadrži rupe, označene su bijelim krugovima.
• Napajanje preko p-n spoja čini diodu pristranom i gura elektrone iz n-tipa u p-tip. Guranje rupa u suprotnom smjeru.
• Kombiniraju se elektron i rupe na spoju.
• Fotoni se odaju kad se elektroni i rupe rekombiniraju.

Povijest diode koja emitira svjetlost

LED diode su izumljene 1927. godine, ali nisu novi izum. U nastavku se govori o kratkom pregledu povijesti LED-a.

• Godine 1927. Oleg Losev (ruski izumitelj) stvorio je prvu LED diodu i objavio neku teoriju o svom istraživanju.
• Godine 1952., prof. Kurt Lechovec testirao je teorije gubitničkih teorija i objasnio prve LED diode
• 1958. godine prvu zelenu LED izumili su Rubin Braunstein i Egon Loebner
• Godine 1962. Nick Holonyak razvio je crvenu LED diodu. Dakle, prva LED je stvorena.
• Godine 1964. IBM je prvi put na računalu implementirao LED diode na pločici.
• Godine 1968. HP (Hewlett Packard) počeo je koristiti LED u kalkulatorima.
• 1971. godine Jacquesu Pankoveu i Edwardu Milleru izumljena je plava LED
• 1972. godine M. George Crawford (inženjer elektrotehnike) izumio je žutu LED diodu.
• 1986. Walden C. Rhines i Herbert Maruska sa Sveučilišta Stafford izumili su LED u plavoj boji s magnezijem, uključujući buduće standarde.
• 1993. godine Hiroshi Amano & Physicists Isamu Akaski razvili su galijev nitrid s visokokvalitetnim LED diodama u plavoj boji.
• Inženjer elektrotehnike poput Shuji Nakamure razvio je prvu plavu LED sa velikom svjetlinom kroz razvoj Amanos & Akaski, što brzo dovodi do širenja bijelih LED dioda.
  Godine 2002, bijele LED diode korištene su u stambene svrhe koje pune oko 80 do 100 funti za svaku žarulju.
• U 2008. godini LED svjetla postala su vrlo popularna u uredima, bolnicama i školama.
• U 2019. godini LED-ovi su postali glavni izvori svjetlosti
• Razvoj LED-a je nevjerojatan, jer se kreće od malih indikacija do osvjetljenja ureda, domova, škola, bolnica itd.

Krug svjetlosne diode za pristranost

Većina LED dioda ima naponske vrijednosti od 1 volt-3 volta, dok se naponske vrijednosti struje kreću od 200 mA do 100 mA.

LED pristranost

Ako se na LED nanese napon (1V do 3V), on funkcionira ispravno jer će protok struje za primijenjeni napon biti u radnom području. Slično tome, ako je primijenjeni napon na LED diodi veći od radnog napona, tada će se područje iscrpljenosti unutar diode koja emitira svjetlost pokvariti zbog velikog protoka struje. Ova neočekivana velika struja struje oštetit će uređaj.

To se može izbjeći spajanjem otpornika u seriju s izvorom napona i LED diodom. Nazivi sigurnog napona LED-a bit će u rasponu od 1V do 3 V, dok se nazivne vrijednosti sigurne struje kreću od 200 mA do 100 mA.

Ovdje je otpor koji je postavljen između izvora napona i LED-a poznat kao otpornik za ograničavanje struje, jer ovaj otpor ograničava protok struje, inače ga LED može uništiti. Dakle, ovaj otpor igra ključnu ulogu u zaštiti LED-a.

Matematički, protok struje kroz LED može se zapisati kao

IF = Vs - VD / Rs

Gdje,

'AKO' je naprijed struja

‘Vs’ je izvor napona

‘VD’ je pad napona na diodi koja emitira svjetlost

‘Rs’ je strujni ograničavajući otpor

Količina napona pala je da porazi barijeru područja osiromašenja. Pad LED napona bit će u rasponu od 2V do 3V dok je Si ili Ge dioda 0,3, inače 0,7 V.

Dakle, LED se može upravljati korištenjem visokog napona u usporedbi sa Si ili Ge diodama.
Diode koje emitiraju svjetlost troše više energije od silicija ili germanijevih dioda za rad.

Vrste dioda koje emitiraju svjetlost

Tamo su različite vrste dioda koje emitiraju svjetlost prisutni, a neki od njih su spomenuti u nastavku.

• Galijev arsenid (GaAs) - infracrveni
• Galijev arsenid fosfid (GaAsP) - crvena do infracrvena, narančasta
• Aluminijev galijev arsenid fosfid (AlGaAsP) - crvena, narančasto-crvena, narančasta i žuta visoke svjetline
• Galij fosfid (GaP) - crvena, žuta i zelena
• Aluminijski galijev fosfid (AlGaP) - zeleni
• Galij-nitrid (GaN) - zelena, smaragdno zelena
• Galijev indij-nitrid (GaInN) - gotovo ultraljubičasto, plavkasto-zeleno i plavo
• Silicijev karbid (SiC) - plava kao podloga
• Cink selenid (ZnSe) - plava
• Aluminijski galijev nitrid (AlGaN) - ultraljubičasto

Princip rada LED-a

Princip rada diode koja emitira svjetlost temelji se na kvantnoj teoriji. Kvantna teorija kaže da kada se elektron spusti s više razine energije na nižu razinu energije, energija emitira iz fotona. Energija fotona jednaka je energetskom raskoraku između ove dvije razine energije. Ako je dioda PN-spoja usmjerena prema naprijed, tada struja prolazi kroz diodu.

Princip rada LED-a

Protok struje u poluvodičima uzrokovan je protokom rupa u suprotnom smjeru struje i protokom elektrona u smjeru struje. Stoga će doći do rekombinacije zbog protoka ovih nosača naboja.

Rekombinacija pokazuje da elektroni u vodljivom pojasu skaču prema dolje u valentno područje. Kad elektroni preskoče iz jednog pojasa u drugi pojas, elektroni će emitirati elektromagnetsku energiju u obliku fotona i energija fotona jednaka je zabranjenoj praznini.

Na primjer, razmotrimo kvantnu teoriju, energija fotona je proizvod i Planckove konstante i frekvencije elektromagnetskog zračenja. Prikazana je matematička jednadžba

Jednadžba = hf

Tamo gdje je poznat kao Planckova konstanta, a brzina elektromagnetskog zračenja jednaka je brzini svjetlosti, tj. C. Frekvencijsko zračenje povezano je sa brzinom svjetlosti kao f = c / λ. λ je označen kao valna duljina elektromagnetskog zračenja i gornja će jednadžba postati a

Jednadžba = he / λ

Iz gornje jednadžbe možemo reći da je valna duljina elektromagnetskog zračenja obrnuto proporcionalna zabranjenoj praznini. Općenito silicij, germanijevi poluvodiči, ovaj zabranjeni energetski razmak između stanja je i valentni opsezi su takvi da je ukupno zračenje elektromagnetskog vala tijekom rekombinacije u obliku infracrvenog zračenja. Ne možemo vidjeti valnu duljinu infracrvenog zraka jer su izvan našeg vidljivog dometa.

Za infracrveno zračenje kaže se da je toplina, jer silicij i germanijevi poluvodiči nisu poluvodiči s izravnim razmakom, već su to poluvodiči s neizravnim razmakom. Ali u poluvodičima s izravnim zazorom, maksimalna razina energije valentnog pojasa i minimalna razina energije vodljivog pojasa ne događa se u istom trenutku elektrona. Stoga će tijekom rekombinacije elektrona i rupa biti migracija elektrona iz vodljivog pojasa u valentno područje, zamah elektronskog pojasa će se promijeniti.

Bijele LED diode

Proizvodnja LED-a može se obaviti kroz dvije tehnike. U prvoj tehnici, LED čipovi poput crvene, zelene i plave stapaju se u sličnom paketu kako bi se generiralo bijelo svjetlo, dok se u drugoj tehnici koristi fosforescencija. Fluorescencija unutar fosfora može se sažeti unutar epoksidnog okruženja, a tada će se LED aktivirati pomoću energije kratkih valova pomoću LED uređaja InGaN.

Svjetla različitih boja poput plavih, zelenih i crvenih svjetala kombiniraju se u promjenjivim količinama kako bi se dobio drugačiji osjećaj boje koji je poznat kao primarne boje aditiva. Ova tri intenziteta svjetlosti dodaju se jednako kako bi se generiralo bijelo svjetlo.

Ali, da bi se postigla ova kombinacija kombinacijom zelenih, plavih i crvenih LED dioda kojima je potreban složeni elektrooptički dizajn za kontrolu kombinacije i difuzije različitih boja. Nadalje, ovaj pristup može biti kompliciran zbog promjena unutar LED boje.

Linija bijelih LED dioda uglavnom ovisi o jednom LED čipu koji koristi fosforni premaz. Ovaj premaz stvara bijelu svjetlost nakon probijanja kroz ultraljubičaste inače plave fotone. Isti se princip primjenjuje i na fluorescentne žarulje zbog emisije ultraljubičastog zraka iz električnog pražnjenja unutar cijevi fosfor će treptati bijelo.

Iako ovaj postupak LED-a može generirati različite nijanse, razlike se mogu kontrolirati probiranjem. Uređaji koji se temelje na bijelim LED zaslonima pregledavaju se pomoću četiri točne koordinate kromatičnosti koje su uz središte CIE dijagrama.

Dijagram CIE opisuje sve ostvarive koordinate boja unutar krivulje potkove. Čiste boje leže preko luka, ali bijeli vrh nalazi se u sredini. Bijela LED izlazna boja može se predstaviti kroz četiri točke koje su predstavljene u sredini grafikona. Iako su četiri koordinate grafikona blizu čisto bijele, ove LED obično nisu učinkovite poput uobičajenog izvora svjetlosti za osvjetljenje leća u boji.

Te su LED diode uglavnom korisne za bijele inače prozirne leće, neprozirno pozadinsko osvjetljenje. Kad ova tehnologija nastavi napredovati, bijele LED diode zasigurno će steći reputaciju izvora i indikacije osvjetljenja.

Svjetlosna djelotvornost

Svjetlosna djelotvornost LED-a može se definirati kao proizvedeni svjetlosni tok u lm za svaku jedinicu, a električna snaga može se koristiti unutar W. Procjenjeni unutarnji redoslijed djelotvornosti plave LED diode je 75 lm / W, žuto-diode imaju 500 lm / W i crveno LED diode imaju 155 lm / W. Zbog interne apsorpcije, gubici se mogu uzeti u obzir redoslijedom svjetlosne učinkovitosti u rasponu od 20 do 25 lm / W za zelene i jantarne LED diode. Ova definicija učinkovitosti također je poznata kao vanjska učinkovitost i analogna je definiciji učinkovitosti koja se obično koristi za druge vrste izvora svjetlosti, poput višebojnih LED dioda.

Višebojna dioda koja emitira svjetlost

Dioda koja emitira svjetlost stvara jednu boju nakon što se spoje u prednjem prednaponu i proizvedu boju nakon što se spoje u obrnutom prednaponu poznata je kao višebojna LED.

Zapravo, ove LED diode uključuju dva PN-spoja i to se može povezati paralelno s anodom jedne koja je povezana s katodom druge.

Višebojne LED diode obično su crvene nakon što su pristrane u jednom smjeru, a zelene kad su pristrane u drugom smjeru. Ako se ova LED dioda UKLJUČI vrlo brzo između dva polariteta, tada će generirati treću boju. Zelena ili crvena LED generirat će žutu svjetlost u boji nakon što se brzo prebaci unatrag i naprijed među pristranskim polaritetima.

Koja je razlika između diode i LED diode?

Glavna razlika između diode i LED diode uključuje sljedeće.

I-V karakteristike LED-a

Na tržištu su dostupne različite vrste dioda koje emitiraju svjetlost, a postoje i različite LED karakteristike koje uključuju intenzitet svjetlosti u boji ili zračenje valne duljine. Važna karakteristika LED-a je boja. U početnoj upotrebi LED-a postoji jedina crvena boja. Kako se upotreba LED-a povećava uz pomoć poluvodičkog procesa i istražujući nove metale za LED-e, nastale su različite boje.

I-V karakteristike LED-a

Sljedeći graf prikazuje približne krivulje između napona i struje. Svaka krivulja na grafikonu označava drugu boju. Tablica prikazuje sažetak LED karakteristika.

Karakteristike LED-a

Koje su dvije vrste LED konfiguracija?

Standardne konfiguracije LED dioda su dva poput emitera, kao i COB

Emiter je jedna matrica koja je postavljena prema pločici, a zatim na hladnjaku. Ova pločica daje električnu snagu prema emiteru, a istovremeno odvodi toplinu.

Da bi pomogli u smanjenju troškova, kao i u povećanju jednolikosti svjetlosti, istražitelji su utvrdili da se LED podloga može odvojiti i pojedinačna matrica može otvoreno montirati na pločicu. Dakle, ovaj dizajn naziva se COB (chip-on-board array).

Prednosti i nedostaci LED-a

The prednosti diode koja emitira svjetlost uključuju sljedeće.

• Cijena LED-a je manja, a maleni su.
• Korištenjem LED-a kontrolira se električna energija.
• Intenzitet LED-a razlikuje se uz pomoć mikrokontrolera.
• Dug životni vijek
• Energetski učinkovit
• Nema razdoblja zagrijavanja
• Hrapav
• Ne utječe na hladne temperature
• Usmjereni
• Prikaz boja je izvrstan
• Ekološki prihvatljivo
• Upravljivo

The nedostaci diode koja emitira svjetlost uključuju sljedeće.

• Cijena
• Osjetljivost na temperaturu
• Ovisnost o temperaturi
• Kvaliteta svjetlosti
• Električni polaritet
• Osjetljivost na napon
• Pad učinkovitosti
• Utjecaj na insekte

Primjene dioda koje emitiraju svjetlost

Postoji mnogo aplikacija LED-a, a neke od njih su objašnjene u nastavku.

• LED se koristi kao žarulja u domovima i industriji
• Diode koje emitiraju svjetlost koriste se u motociklima i automobilima
• Koriste se u mobilnim telefonima za prikaz poruke
• Na semaforu se koriste led-ovi

Stoga ovaj članak raspravlja pregled diode koja emitira svjetlost princip rada i primjena sklopa. Nadam se da ste čitajući ovaj članak stekli neke osnovne i radne informacije o svjetlosnoj diodi. Ako imate bilo kakvih pitanja o ovom članku ili o posljednjoj godini elektroenergetskog projekta, slobodno komentirajte u donjem odjeljku. Evo pitanja za vas, Što je LED i kako to radi?