Co je dioda vyzařující světlo: Práce a její aplikace
LED je polovodičový světelný zdroj se dvěma vodiči. Světelnou-diodu vynalezl v roce 1962 Nick Holonyak, když byl zaměstnán u General Electric. LED je jedinečný druh diody s elektrickými vlastnostmi, které jsou srovnatelné s vlastnostmi PN přechodové diody. Proto LED umožňuje proudění elektřiny jedním směrem, zatímco ji blokuje ve druhém. LED dioda zabírá pouze méně než 1 mm2. LED diody se používají v různých elektrických a elektronických projektech. Provoz LED a jeho použití budou popsány v tomto článku.
Světlo emitující dioda: co to je?
Jako světelná -dioda slouží dioda p{0}}n přechodu. Jde o unikátní formu polovodiče a zvláště dotovanou diodu. Světelná-dioda je zařízení, které vyzařuje světlo, když je směrováno dopředu.
Dvě drobné šipky, které označují vyzařování světla, odlišují symbol LED od symbolu diody, proto se nazývá LED (světelná-dioda). LED má dva vývody: katodu (-) a anodu (+). (-).
LED Symbol Konstrukce LED symbolu
Konstrukce LED je poměrně přímočará, protože je navržena nanesením tří vrstev polovodičového materiálu na substrát. Tyto tři vrstvy jsou umístěny jedna na druhé, přičemž horní vrstva je vrstva typu P, střední vrstva je aktivní vrstva a spodní vrstva je vrstva typu N-. Struktura umožňuje vidět tři zóny polovodičového materiálu. Ve struktuře jsou v oblasti typu P-přítomné díry, v oblasti typu N-volby a v aktivní oblasti jsou přítomny díry i elektrony.
LED svítí trvale, protože nedochází k toku elektronů nebo děr, když není k dispozici žádné napětí. Jakmile je přivedeno napětí, LED se stane předpětím, což způsobí, že elektrony v N-oblasti a otvory v P-oblasti putují do aktivní oblasti. Oblast vyčerpání je jiný název pro tuto oblast. Světlo může být produkováno rekombinací polaritních nábojů, protože nosiče náboje, jako jsou díry, mají kladný náboj, zatímco elektrony mají záporný náboj.
Jaký je proces světelné diody?
Světelnou-diodu běžně označujeme jako diodu. Elektrony a díry rychle proudí přes křižovatku, když je dioda předepjatá dopředu, a neustále se kombinují a vytlačují se z cesty. Spojuje se s dírami právě ve chvíli, kdy elektrony přecházejí z křemíku n-typu na p{4}}typ, a pak zmizí.
Oleg Losev, ruský vynálezce, vyvinul první LED v roce 1927 a publikoval část teoretických podkladů svého výzkumu.
Profesor Kurt Lechovec testoval hypotézy Losers v roce 1952 a poskytl vysvětlení prvních LED diod.
První zelená LED byla vytvořena v roce 1958 Rubinem Braunsteinem a Egonem Loebnerem.
Nicholas Holonyak vytvořil červenou LED v roce 1962. Tak vznikla první LED.
První počítač využívající LED diody na desce plošných spojů byl model IBM z roku 1964.
Společnost Hewlett Packard (HP) představila LED diody do kalkulaček v roce 1968.
Modrou LED vytvořili Jacques Pankove a Edward Miller v roce 1971.
Elektrotechnik M. George Crawford vytvořil žlutou LED v roce 1972.
Modrou LED s hořčíkem a budoucími standardy vytvořili v roce 1986 Walden C. Rhines a Herbert Maruska z University of Stafford.
Hiroshi Amano a fyzik Isamu Akaski vytvořili v roce 1993 nitrid galia s vynikajícími modrými LED diodami.
Shuji Nakamura, elektroinženýr, vytvořil první modrou LED s vysokým jasem prostřednictvím pokroků Amanos & Akaski, které urychlily vývoj bílých LED diod.
V roce 2002 byly pro obytné účely použity bílé LED diody v ceně mezi 80 a 100 £ za žárovku.
LED světla si v roce 2008 získala velkou oblibu ve firmách, nemocnicích a školách.
Hlavními zdroji světla v roce 2019 jsou LED; jde o pozoruhodný průlom, protože LED lze nyní použít k osvětlení různých míst, včetně domácností, kanceláří, nemocnic a škol.
Předpínací obvod diody vyzařující světlo
Většina LED diod má specifikace napětí mezi 1 a 3 volty, zatímco jmenovité hodnoty proudu v propustném směru spadají mezi 200 a 100 mA.
Předpětí LED
LED dioda funguje správně, pokud je na ni aplikováno napětí mezi 1 a 3 volty, protože tok proudu indikuje, že napětí je ve funkčním rozsahu. Podobně, pokud má LED napětí vyšší než provozní napětí, vysoký tok proudu způsobí selhání zóny vyčerpání. Tento nepředvídaný vysoký proudový tok poškodí gadget.
Tomu lze zabránit zapojením odporu do série se zdrojem napětí a LED. Bezpečné úrovně proudu pro LED se pohybují od 200 mA do 100 mA, zatímco bezpečné napětí pro LED se pohybuje od 1V do 3V.
Zde je odpor, který je umístěn mezi zdrojem napětí a LED, nazýván jako odpor omezující proud, protože tento odpor reguluje tok proudu, jinak jej může LED zabít. Tento odpor je tedy nezbytný pro ochranu LED.
Rovnice pro matematický tok proudu přes LED je
IF=vs – VD/Rs
Kde,
"Jestli" proud je vpřed
Zdroj napětí 'Vs'
Pokles napětí na světelné-diodě je označen „VD“.
Rs je odpor, který omezuje tok proudu.
pokles napětí potřebný k proražení bariéry oblasti vyčerpání. Když je pokles napětí Si nebo Ge diody 0,3 V nebo méně, bude pokles napětí LED mezi 2 a 3 V.
Na rozdíl od Si nebo Ge diod může LED pracovat při vysokém napětí.
Ve srovnání s křemíkovými nebo germaniovými diodami potřebují světelné-diody k provozu více energie.
Typy-diod vyzařujících světlo
Světelné-diody se dodávají v různých variantách, z nichž některé jsou uvedeny níže.
Infra-červený arsenid galia (GaAs) a červený až infračervený-červený, oranžový fosfid arsenidu galia (GaAsP)
Vysoce{0}}jasné červené, oranžové-červené, oranžové a žluté LED diody vyrobené z aluminiumgallium arsenid fosforu (AlGaAsP)
Červený, žlutý a zelený fosforečnan galia (GaP)
Zelená je barva fosfidu hliníku a galia (AlGaP), smaragdová zelená je barva nitridu galia (GaN) a modrá je barva nitridu galia a india (GaInN).
Jako substrát karbid křemíku (SiC) v modré barvě
Modrý selenid zinku (ZnSe) a ultrafialový nitrid hliníku a galia (AlGaN)
Princip fungování LED
Kvantová teorie slouží jako základ pro fungování světelné-diody. Podle kvantové teorie foton uvolňuje energii, když elektron sestupuje z vyššího do nižšího energetického stavu. Energetický rozdíl mezi těmito dvěma energetickými hladinami je roven energii fotonu. Když je dosaženo dopředného předpětí diody přechodu PN-, prochází diodou proud.
Princip fungování LED
Tok děr v opačném směru proudu a tok elektronů ve směru proudu jsou tím, co způsobuje tok proudu v polovodičích. K rekombinaci tedy dojde v důsledku pohybu těchto nosičů náboje.
Elektrony vodivostního pásu podle rekombinace skáčou dolů do valenčního pásma. Elektromagnetická energie je uvolňována elektrony jako fotony, když se pohybují z jednoho pásma do druhého, a energie fotonu se rovná zakázané energetické mezeře.
Vezměme si jako příklad kvantovou teorii. Podle této teorie se energie fotonu rovná součtu jeho frekvence a Planckovy konstanty. Zobrazí se matematický vzorec.
Eq=hf
kde se označuje jako Planckova konstanta a rychlost elektromagnetického záření, označená symbolem c, je rovna rychlosti světla. Jako af= c /, vztah mezi frekvencí záření a rychlostí světla. Předchozí rovnice bude mít za následek jako vlnovou délku elektromagnetického záření kde
Eq=he / λ
Vlnová délka elektromagnetického záření je nepřímo úměrná zakázané mezeře, podle rovnice výše. Obecně platí, že stav a valenční pásy křemíkových a germaniových polovodičů jsou takové, že úplné vyzařování elektromagnetických vln během rekombinace má formu infračerveného záření. Vlnové délky infračerveného záření jsou pro nás neviditelné, protože jsou mimo dosah viditelného světla.
Protože křemíkové a germaniové polovodiče jsou polovodiče s nepřímou mezerou spíše než polovodiče s přímou mezerou, infračervené záření se často nazývá teplo. Nejvyšší energetická hladina valenčního pásma a minimální energetická hladina vodivostního pásma však neexistují, když jsou elektrony přítomny v polovodičích s přímou mezerou. V důsledku toho se bude hybnost elektronového pásu měnit během rekombinace elektronů a děr nebo migrace elektronů z vodivého pásma do valenčního pásma.
Jasné LED diody
Existují dvě metody, které lze použít k výrobě LED. V první metodě jsou červené, zelené a modré LED čipy kombinovány v jediném balení, aby produkovaly bílé světlo, zatímco u druhé metody se používá fosforescence. Epoxid obklopující fluorescenci fosforu lze sečíst a zařízení InGaN LED poté aktivuje LED pomocí záření s krátkou vlnovou délkou-.
Pro vytvoření více barevných vjemů, známých jako primární aditivní barvy, jsou různá barevná světla, jako je modrá, zelená a červená světla, kombinována v různém množství. Bílé světlo vzniká rovnoměrným spojením těchto tří světelných intenzit.
K dosažení této kombinace pomocí kombinace zelených, modrých a červených LED je však zapotřebí náročná elektro-optická architektura pro řízení kombinace a šíření různých barev. Navíc může být tato metoda náročná kvůli rozdílům v odstínu LED.
Jeden LED čip s fosforovým povlakem napájí většinu bílé produktové řady LED. Když je tento povlak vystaven ultrafialovému záření místo modrých fotonů, vzniká bílé světlo. Stejná teorie platí také pro zářivky; elektrický výboj uvnitř trubice bude emitovat UV záření, což způsobí, že fosfor bude blikat bíle.
Ačkoli tato technika LED může poskytovat různé odstíny, odchylky lze regulovat stíněním. Pomocí čtyř přesných souřadnic chromatičnosti, které jsou blízko středu diagramu CIE, jsou stíněna zařízení na bázi bílé LED-.
Všechny dosažitelné barevné souřadnice v křivce podkovy jsou zobrazeny v diagramu CIE. Čisté odstíny oblouku jsou rozprostřeny, ale bílý bod je uprostřed. Čtyři body, které jsou zobrazeny uprostřed grafu, lze použít k reprezentaci bílé výstupní barvy LED. Čtyři souřadnice grafu jsou téměř čistě bílé, ale tyto LED obvykle nefungují tak dobře jako standardní světelný zdroj pro osvětlení barevných čoček.
Tyto LED jsou nejvíce přínosné pro bílé, jinak průhledné čočky s neprůhledným podsvícením. Bílé LED diody se nepochybně stanou populárnějšími jako zdroj osvětlení a indikátor, dokud se tato technologie bude neustále vyvíjet.
Brilantní účinnost
Produkovaný světelný tok pro každou jednotku LED se měří v lm, zatímco spotřeba elektrické energie se měří ve W. Červené LED mají 155 lm/W, žluté LED mají 500 lm/W a modré LED mají jmenovitou vnitřní účinnost 75 lm/W. Ztráty lze zvážit kvůli vnitřní re{5}}absorpci; Světelný výkon pro zelené a oranžové LED je mezi 20 a 25 lm/W. Tento koncept účinnosti, také známý jako externí účinnost, je srovnatelný s pojmem účinnosti obvykle používaným pro jiné druhy světelných zdrojů, jako jsou vícebarevné LED diody.
Diodový světelný zdroj v mnoha barvách
Vícebarevné LED diody jsou světelné-diody, které, když jsou zapojeny v propustném směru, vytvářejí jeden odstín, a když jsou zapojeny v opačném směru, vytvářejí jinou barvu.
Tyto LED diody mají ve skutečnosti dva PN-přechody a je možné je zapojit paralelně připojením katody jedné k anodě druhé.
Při předpětí v jednom směru jsou vícebarevné LED diody typicky červené a při předpětí v opačném směru jsou zelené. Tato LED bude vydávat třetí barvu, pokud se rozsvítí velmi rychle mezi dvěma polaritami. Při rychlém přepínání mezi polaritami předpětí bude zelená nebo červená LED vydávat žluté světlo.
Jaká jsou dvě různá nastavení pro LED?
Dva podobné emitory a COB jsou základní nastavení LED.
Emitor je jedna matrice, která je připojena k chladiči předtím, než je umístěna směrem k desce s obvody. Tato obvodová deska odvádí teplo z emitoru a zároveň poskytuje elektrickou energii.
Výzkumníci zjistili, že substrát LED lze odstranit a jednotlivou matrici lze volně umístit na obvodovou desku, což pomáhá snížit náklady a zlepšit rovnoměrnost světla. Proto je tento design známý jako COB (čip-on-board array).
Výhody a nevýhody LED diod
Níže jsou uvedeny některé výhody světelných-diod.
LED diody jsou malé a mají nižší cenu.
Elektřina je řízena pomocí LED diod.
Pomocí mikroprocesoru se může intenzita LED měnit.
dlouhou dobu
energeticky efektivní
Žádné zahřívání-před hrou
Robustní
nejsou ovlivněny mrazivými teplotami
Skvělé směrové vykreslování barev
Ovladatelné a šetrné k životnímu prostředí
Níže jsou uvedeny některé z nevýhod LED technologie.
Cena
citlivost na teplotu
teplotní citlivost
Elektrická polarita a kvalita osvětlení
Elektrická citlivost
Efektivita klesá
Výsledek pro hmyz
Používá se pro světelné-diody
LED má mnoho použití, některá z nich jsou popsána níže.
V domácnostech i podnicích se LED diody používají jako žárovky.
Světelné-diody se používají v automobilech a motocyklech.
Pomocí nich se zpráva zobrazuje v mobilních telefonech.
LED se používají na semaforech.
Výsledkem je, že tento článek nabízí přehled aplikace a teorie fungování obvodů s diodami emitujícími světlo-. Doufám, že jste se přečtením tohoto článku dozvěděli některá základní a praktická fakta o světelné-diodě.
Pro více informací věnujte prosím pozornostOficiální stránky BENWEI
