Što je dioda koja emituje svjetlost: rad i njegove primjene
LED je poluprovodnički izvor svjetlosti sa dva izvoda. Svjetleću diodu{1}}izmislio je 1962. Nick Holonyak kada je bio zaposlen u General Electricu. LED je jedinstvena vrsta diode sa električnim svojstvima koja su uporediva sa onima PN spojne diode. Dakle, LED dopušta struji da teče u jednom smjeru dok je blokira u drugom. Manje od 1 mm2 je sve što LED dioda zauzima. LED diode se koriste u raznim električnim i elektronskim projektima. Rad LED-a i njegove upotrebe bit će pokriveni u ovom članku.
Dioda koja emituje svetlost: šta je to?
Dioda p-n spoja služi kao-dioda koja emituje svjetlost. To je jedinstveni oblik poluvodiča i posebno dopirane diode. Svjetlosna{4}}dioda je uređaj koji emituje svjetlost kada je usmjerena naprijed.
Dvije male 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 je prilično jednostavna jer je dizajnirana nanošenjem tri sloja poluvodičkog materijala preko supstrata. Ova tri sloja su postavljena jedan na drugi, pri čemu je gornji sloj sloj tipa P-, srednji sloj je aktivni sloj, a donji sloj je sloj tipa N-. Struktura omogućava da se vide tri zone poluprovodničkog materijala. U strukturi, rupe su prisutne u regionu tipa P-, izbori su prisutni u regionu tipa N-, a i rupe i elektroni su prisutni u aktivnom regionu.
LED dioda je stabilna jer nema protoka elektrona ili rupa kada nema napona. LED postaje nagnut prema naprijed čim se dovede napon, što uzrokuje da elektroni u N-regiji i rupe u P-regiji putuju u aktivno područje. Regija iscrpljivanja je drugo ime za ovo područje. Svjetlost se može proizvesti rekombinacijom naboja polariteta jer nosioci naboja, kao što su rupe, imaju pozitivan naboj, dok elektroni imaju negativan naboj.
Koji je proces diode koja emituje svjetlost?
Diodu koja emituje svjetlo-obično nazivamo diodom. Elektroni i rupe brzo teku preko spoja kada je dioda usmjerena naprijed, i oni se neprestano kombinuju i tjeraju jedni druge s puta. Kombinira se sa rupama baš kada se elektroni prebacuju sa n-tipa na p-tip silicija, a zatim nestaje.
Oleg Losev, ruski pronalazač, razvio je prvu LED lampu 1927. i objavio dio teorijske osnove svog istraživanja.
Profesor Kurt Lechovec testirao je hipoteze Gubitnika 1952. i dao objašnjenje prvih LED dioda.
Prvu zelenu LED diodu kreirali su 1958. Rubin Braunstein i Egon Loebner.
Nicholas Holonyak kreirao je crvenu LED diodu 1962. godine. Tako je napravljena prva LED dioda.
Prvi računar koji je koristio LED diode na ploči bio je IBM model iz 1964. godine.
Hewlett Packard (HP) je uveo LED diode u kalkulatore 1968. godine.
Plavu LED diodu su kreirali Jacques Pankove i Edward Miller 1971. godine.
Inženjer elektrotehnike M. George Crawford kreirao je žutu LED diodu 1972. godine.
Plavu LED diodu sa magnezijumom i budućim standardima kreirali su 1986. Walden C. Rhines i Herbert Maruska sa Univerziteta Stafford.
Hiroshi Amano i fizičar Isamu Akaski stvorili su galijum nitrid sa odličnim plavim LED diodama 1993. godine.
Shuji Nakamura, inženjer elektrotehnike, stvorio je prvu plavu LED diodu visoke svjetline kroz Amanos & Akaski napredak, koji je ubrzao razvoj LED dioda bijele boje.
LED diode bijele boje koje koštaju između 80 i 100 funti po žarulji korištene su u stambene svrhe 2002. godine.
LED svjetla su stekla veliku popularnost u kompanijama, bolnicama i školama 2008. godine.
Glavni izvori svjetlosti u 2019. su LED; ovo je izuzetan napredak jer se LED diode sada mogu koristiti za osvjetljavanje raznih lokacija, uključujući domove, urede, bolnice i škole.
Biasing Light Emitting Diode Circuil
Većina LED dioda ima specifikacije napona između 1 i 3 volta, dok nazivne struje idu između 200 i 100 mA.
Predrasuda LED dioda
LED dioda radi ispravno ako je na nju primijenjen napon između 1 i 3 volta, jer struja pokazuje da je napon unutar radnog raspona. Slično ovome, ako LED ima napon koji joj je dat veći od radnog napona, veliki protok struje će uzrokovati kvar zone iscrpljivanja. Ovaj nepredviđeni veliki protok struje će pokvariti uređaj.
Povezivanjem otpornika u seriju sa izvorom napona i LED diodom, ovo se može spriječiti. Sigurni nivoi struje za LED diode kreću se od 200 mA do 100 mA, dok se sigurni naponi za LED diode kreću od 1V do 3V.
Ovdje se otpornik koji je pozicioniran između izvora napona i LED-a naziva otpornikom koji ograničava struju jer ovaj otpornik regulira protok struje, inače ga LED može ubiti. Dakle, ovaj otpornik je neophodan za zaštitu LED-a.
Jednačina za matematički tok struje kroz LED je
IF=vs – VD/Rs
gdje,
"IF" struja je naprijed
Izvor napona 'Vs'
Pad napona na-diodi koja emituje je označen sa "VD."
Rs je otpornik koji ograničava protok struje.
pad napona koji je potreban da se probije barijera regije iscrpljivanja. Kada je pad napona na Si ili Ge diodi 0,3 V ili manji, pad napona LED će biti između 2 i 3 V.
Za razliku od Si ili Ge dioda, LED može raditi na visokom naponu.
U poređenju sa silicijumskim ili germanijumskim diodama,{0}}svjetlosne diode zahtijevaju više energije za rad.
Vrste svjetlećih{0}} dioda
Svjetleće{0}}diode dolaze u različitim varijantama, od kojih su neke navedene u nastavku.
Infra-crveni galij arsenid (GaAs) i crveni do infra{1}}, narandžasti galijum arsenid fosfid (GaAsP)
Visoke{0}}crvene, narandžaste{1}}crvene, narandžaste i žute LED diode velike svjetline napravljene od fosfora aluminijum galij arsenida (AlGaAsP)
Crveni, žuti i zeleni galij fosfat (GaP)
Zelena je boja aluminijum-galijum fosfida (AlGaP), smaragdno zelena je boja galijum nitrida (GaN), a plava je boja galijum indijum nitrida (GaInN).
Kao supstrat, silicijum karbid (SiC) plave boje
Plavi cink selenid (ZnSe) i ultraljubičasti aluminijum-galijum nitrid (AlGaN)
LED princip rada
Kvantna teorija služi kao osnova za rad-svjetleće diode. Prema kvantnoj teoriji, foton oslobađa energiju kada se elektron spusti iz višeg u niže energetsko stanje. Energetska razlika između ova dva nivoa energije jednaka je energiji fotona. Kada se dostigne prednaponsko stanje diode PN-spoja, struja prolazi kroz diodu.
LED princip rada
Protok rupa u suprotnom smjeru struje i tok elektrona u smjeru struje su ono što uzrokuje da struja teče u poluvodičima. Dakle, rekombinacija će se dogoditi kao rezultat kretanja ovih nosača naboja.
Elektroni provodljivog pojasa skaču dole u valentni pojas, u skladu sa rekombinacijom. Elektromagnetsku energiju oslobađaju elektroni kao fotoni kada se kreću iz jednog pojasa u drugi pojas, a energija fotona jednaka je zabranjenom energetskom jazu.
Razmotrimo kvantnu teoriju kao primjer. Prema ovoj teoriji, energija fotona jednaka je zbiru njegove frekvencije i Planckove konstante. Prikazuje se matematička formula.
Eq=hf
gdje se označava kao Plankova konstanta, a brzina elektromagnetnog zračenja, označena simbolom c, jednaka je brzini svjetlosti. Kao što je af= c /, odnos između frekvencije zračenja i brzine svjetlosti. Prethodna jednačina će rezultirati kao talasna dužina elektromagnetnog zračenja gdje
Jednačina=he / λ
Talasna dužina elektromagnetnog zračenja obrnuto je proporcionalna zabranjenom razmaku, prema gornjoj jednačini. Generalno, stanje i valentni pojas silicijumskih i germanijumskih poluprovodnika su takvi da kompletno zračenje elektromagnetnih talasa tokom rekombinacije ima oblik infracrvenog zračenja. Talasne dužine infracrvenog zračenja za nas su nevidljive jer su izvan dometa vidljive svjetlosti.
Budući da su silicijum i germanijum poluprovodnici indirektni poluprovodnici, a ne poluprovodnici sa direktnim procepom, infracrveno zračenje se često naziva toplotom. Najviši energetski nivo valentnog pojasa i minimalni energetski nivo provodnog pojasa, međutim, ne postoje kada su elektroni prisutni u poluprovodnicima sa direktnim procepom. Kao rezultat toga, impuls elektronskog pojasa će varirati tokom rekombinacije elektrona i rupa ili migracije elektrona iz provodnog 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 su kombinovani u jednom pakovanju da bi se proizvela bela svetlost, dok se u drugoj metodi koristi fosforescencija. Epoksid koji okružuje fluorescenciju fosfora može se zbrojiti, a InGaN LED uređaj će tada aktivirati LED koristeći zračenje kratke{2}}talasne dužine.
Za stvaranje višestrukih senzacija boja, poznatih kao primarne aditivne boje, u različitim količinama se kombiniraju svjetla različitih boja, kao što su plava, zelena i crvena svjetla. Bijelo svjetlo nastaje ravnomjernim kombinovanjem ova tri intenziteta svjetlosti.
Ipak, da bi se postigla ova kombinacija upotrebom kombinacije zelenih, plavih i crvenih LED dioda, potrebna je izazovna elektro-optička arhitektura za upravljanje kombinacijom i difuzijom različitih boja. Štaviše, ova metoda može biti izazovna zbog varijacija u nijansama LED dioda.
Jedan LED čip sa fosfornim premazom napaja većinu bijele LED linije proizvoda. Kada se ovaj premaz izloži ultraljubičastom zračenju umjesto plavim fotonima, nastaje bijela svjetlost. Ista teorija važi i za fluorescentne lampe; električno pražnjenje unutar cijevi će emitovati UV, što će uzrokovati da fosfor zatreperi bijelo.
Iako ova tehnika LED-a može dati različite nijanse, varijacije se mogu regulisati skriningom. Koristeći četiri precizne koordinate kromatičnosti koje su blizu centra CIE dijagrama, uređaji bazirani na bijeloj LED-i se ekraniziraju.
Sve dostižne koordinate boje unutar krivulje potkovice prikazane su na CIE dijagramu. Čiste nijanse luka su raširene, ali bijela tačka je u sredini. Četiri tačke koje su prikazane u sredini grafikona mogu se koristiti za predstavljanje bijele LED izlazne boje. Četiri koordinate grafikona su gotovo čisto bijele, ali ove LED diode obično ne rade tako dobro kao standardni izvor svjetlosti za osvjetljavanje obojenih sočiva.
Ove LED diode su najkorisnije za bijela, inače prozirna sočiva sa neprozirnim pozadinskim osvjetljenjem. Bijele LED diode će nesumnjivo postati popularnije kao izvor osvjetljenja i indikator sve dok se ova tehnologija bude razvijala.
Brilliant Efficacy
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, žute LED imaju 500 lm/W, a plave LED diode imaju nazivnu internu efikasnost od 75 lm/W. Gubici se mogu uzeti u obzir zbog unutrašnje re-apsorpcije; svjetlosna efikasnost za zelene i žute LED diode je između 20 i 25 lm/W. Ovaj koncept efikasnosti, takođe poznat kao eksterna efikasnost, uporediv je sa pojmom efikasnosti koji se obično koristi za druge vrste izvora svetlosti, kao što su višebojne LED diode.
Diodni izvor svjetla u mnogo boja
Višebojne LED diode su diode koje emituju-svjetleće diode koje, kada su spojene prema naprijed, stvaraju jednu nijansu, a kada su povezane u obrnutom smjeru, proizvode drugu boju.
Ove LED diode zapravo imaju dva PN-spoja, a moguće ih je povezati paralelno spajanjem katode jedne na anodu druge.
Kada su pristrasne u jednom smjeru, višebojne LED diode su obično crvene, a kada su u suprotnom smjeru, zelene su. Ova LED će proizvesti treću boju ako se vrlo brzo uključi između dva polariteta. Budući da se brzo mijenja između polariteta pristrasnosti, zelena ili crvena LED će proizvoditi svjetlo žute boje.
Koje su dvije različite postavke za LED diode?
Dva slična emitera i COB su osnovne postavke LED dioda.
Emiter je jedna matrica koja je pričvršćena na hladnjak prije nego što se postavi prema ploči. Ova ploča odvodi toplinu od emitera dok istovremeno daje električnu energiju.
Istraživači su otkrili da se LED podloga može ukloniti i da se pojedinačna matrica može slobodno postaviti na ploču, pomažući u smanjenju troškova i poboljšanju ujednačenosti svjetla. Stoga je ovaj dizajn poznat kao COB (niz čip-na{2}}ploči).
Prednosti i nedostaci LED dioda
Sljedeće su neke prednosti dioda koje emituju svjetlost-.
LED diode su male i imaju nižu cijenu.
Struja se kontrolira korištenjem LED dioda.
Uz pomoć mikroprocesora, intenzitet LED dioda može varirati.
dugo vremena
efikasan u pogledu energije
Nema zagrijavanja prije{0}}utakmice
Rugged
nisu pod uticajem hladnih temperatura
Odlično usmjereno prikazivanje boja
Kontrolisan i prijateljski prema okolini
U nastavku su navedeni neki od nedostataka LED tehnologije.
Cijena
osetljivost na temperaturu
temperaturnu osetljivost
Električni polaritet i kvaliteta osvjetljenja
Električna osjetljivost
Efikasnost opada
Rezultat za insekte
Koristi se za{0}}diode koje emituju svjetlost
Postoje brojne namjene LED dioda, od kojih su neke opisane u nastavku.
I u domaćinstvima i u preduzećima LED diode se koriste kao sijalice.
Svjetleće{0}}diode se koriste u automobilima i motociklima.
Poruka se prikazuje pomoću njih na mobilnim telefonima.
Na semaforima se koriste LED diode.
Kao rezultat toga, ovaj članak nudi pregled primjene i radne teorije krugova dioda koje emituju svjetlost-. Nadam se da ste čitajući ovaj članak naučili neke fundamentalne i praktične činjenice o-svjetlosnim diodama.
Za više informacija obratite pažnju naBENWEI-jeva službena web stranica
