Hva er lysemitterende diode: fungerer og dens applikasjoner
LED-en er en halvlederlyskilde med to ledninger. En lys-diode ble oppfunnet i 1962 av Nick Holonyak da han ble ansatt i General Electric. LED-en er en unik type diode med elektriske egenskaper som kan sammenlignes med en PN-koblingsdiode. Derfor tillater LED elektrisitet å strømme i én retning mens den blokkerer den i den andre. Mindre enn 1 mm2 er alt LED-en tar opp. LED brukes i en rekke elektriske og elektroniske prosjekter. Driften av LED og dens bruk vil bli dekket i denne artikkelen.
En lysdiode: hva er det?
En p-n-kryssdiode fungerer som lys-diode. Det er en unik form for halvleder og en spesielt dopet diode. En lys-diode er en enhet som sender ut lys når den er forovervendt.
To bittesmå piler som indikerer emisjon av lys, skiller LED-symbolet fra et diodesymbol, og det er derfor det kalles en LED (-lysdiode). LED-en har to terminaler: katoden (-) og anoden (+). (-).
LED-symbolet LED-symbolkonstruksjon
Konstruksjonen av LED er ganske enkel fordi den er designet gjennom avsetning av tre halvledermaterialelag over et underlag. Disse tre lagene er plassert oppå hverandre, med det øverste laget et lag av P-type, det midterste laget er et aktivt lag, og det nederste laget er et lag av typen N-. Strukturen lar en se de tre sonene av halvledermateriale. I strukturen er hull tilstede i P-type-området, valg er tilstede i N--type-området, og både hull og elektroner er tilstede i det aktive området.
LED-en er stabil fordi det ikke er noen strøm av elektroner eller hull når det ikke er gitt spenning. LED-en blir foroverforspent så snart spenningen tilføres, noe som får elektronene i N--regionen og hullene i P--regionen til å bevege seg inn i det aktive området. Uttømmingsregionen er et annet navn for dette området. Lys kan produseres gjennom rekombinasjon av polaritetsladninger siden ladningsbærerne, for eksempel hull, har en positiv ladning mens elektroner har en negativ ladning.
Hva er prosessen med lysdioden?
Vi omtaler vanligvis en-lysemitterende diode som en diode. Elektronene og hullene strømmer raskt over krysset når dioden er forovervendt, og de kombinerer kontinuerlig og driver hverandre ut av veien. Det kombineres med hullene akkurat når elektronene skifter fra n-type til p-type silisium, og forsvinner så.
Oleg Losev, en russisk oppfinner, utviklet den første LED i 1927 og publiserte en del av forskningens teoretiske grunnlag.
Professor Kurt Lechovec testet Losers-hypotesene i 1952 og ga en forklaring på de første lysdiodene.
Den første grønne LED-en ble laget i 1958 av Rubin Braunstein og Egon Loebner.
Nicholas Holonyak opprettet en rød LED i år 1962. Dermed er den første LED laget.
Den første datamaskinen som brukte lysdioder på et kretskort var en IBM-modell fra 1964.
Hewlett Packard (HP) introduserte lysdioder i kalkulatorer i 1968.
En blå LED ble laget av Jacques Pankove og Edward Miller i 1971.
Elektrisk ingeniør M. George Crawford skapte den gule LED-en i 1972.
En blå LED med magnesium og fremtidige standarder ble laget i 1986 av Walden C. Rhines og Herbert Maruska fra University of Stafford.
Hiroshi Amano og fysiker Isamu Akaski skapte et galliumnitrid med utmerkede blå lysdioder i 1993.
Shuji Nakamura, en elektrisk ingeniør, skapte den første blå LED-en med høy lysstyrke gjennom Amanos & Akaski-fremskritt, som satte fart på utviklingen av hvite farge-LED.
Hvite LED-lys som koster mellom £80 og £100 per pære ble brukt til boligformål i 2002.
LED-lys har fått mye popularitet i bedrifter, sykehus og skoler i 2008.
De viktigste lyskildene i 2019 er LED; Dette er et bemerkelsesverdig gjennombrudd siden lysdioder nå kan brukes til å lyse opp en rekke steder, inkludert hjem, kontorer, sykehus og skoler.
Forspennende lysdiodekrets
De fleste lysdioder har spenningsspesifikasjoner mellom 1 og 3 volt, mens foroverstrømmen faller mellom 200 og 100 mA.
En LED-skjevhet
LED-en fungerer korrekt hvis en spenning mellom 1 og 3 volt påføres den siden strømmen indikerer at spenningen er innenfor funksjonsområdet. I likhet med dette, hvis en LED har en spenning som er høyere enn driftsspenningen, vil den høye strømmen føre til at utarmingssonen svikter. Denne uforutsette høye strømstrømmen vil bryte ned dingsen.
Ved å koble en motstand i serie med spenningskilden og en LED kan dette forhindres. Sikre strømnivåer for lysdioder varierer fra 200 mA til 100 mA, mens sikre spenningsverdier for lysdioder varierer fra 1V til 3V.
Her kalles motstanden som er plassert mellom spenningskilden og LED som den strømbegrensende motstanden siden denne motstanden regulerer strømmen ellers kan LED-en drepe den. Så denne motstanden er viktig for å beskytte LED-en.
Ligningen for den matematiske flyten av strøm via LED er
IF=vs – VD/Rs
Hvor,
"HVIS" strømmen er fremover
Spenningskilde 'Vs'
Spenningsfallet over den lysemitterende-dioden er merket med "VD".
Rs er en motstand som begrenser strømmen.
spenningsfallet som kreves for å bryte gjennom utarmingsområdets barriere. Når Si- eller Ge-diodespenningsfallet er 0,3 V eller mindre, vil LED-spenningsfallet være mellom 2 og 3 V.
I motsetning til Si- eller Ge-dioder kan LED-en drives med høy spenning.
Sammenlignet med silisium- eller germaniumdioder krever-lysemitterende dioder mer energi for å fungere.
Lys-emitterende diodetyper
Lys-dioder kommer i en rekke varianter, noen av dem er oppført nedenfor.
Infra-rødt galliumarsenid (GaAs) og rødt til infra-rødt, oransje galliumarsenidfosfid (GaAsP)
Høy-lysstyrke røde, oransje-røde, oransje og gule lysdioder laget av aluminium galliumarsenidfosfor (AlGaAsP)
Rødt, gult og grønt galliumfosfat (GaP)
Grønn er fargen på aluminiumgalliumfosfid (AlGaP), smaragdgrønn er fargen på galliumnitrid (GaN), og blå er fargen på galliumindiumnitrid (GaInN).
Som substrat, silisiumkarbid (SiC) i blå farge
Blå sinkselenid (ZnSe) og ultrafiolett aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)
LED-driftsprinsipp
Kvanteteorien fungerer som grunnlaget for-lysemitterende diodes virkemåte. I følge kvanteteorien frigjør fotonet energi når elektronet går ned fra en høyere til en lavere energitilstand. Energiforskjellen mellom disse to energinivåene er lik energien til fotonet. Når den foroverforspente tilstanden til PN-kryssdioden er nådd, går strømmen gjennom dioden.
LED-driftsprinsipp
Strømmen av hull i motsatt retning av strømmen og strømmen av elektroner i strømmens retning er det som får strømmen til å flyte i halvledere. Dermed vil rekombinasjon oppstå som et resultat av bevegelsen til disse ladningsbærerne.
Ledningsbåndelektronene hopper ned til valensbåndet, i henhold til rekombinasjonen. Den elektromagnetiske energien frigjøres av elektronene som fotoner når de beveger seg fra et bånd til et annet bånd, og fotonenergien er lik det forbudte energigapet.
Tenk på kvanteteorien som et eksempel. I følge denne teorien er energien til et foton lik summen av dets frekvens og Planck-konstanten. Den matematiske formelen vises.
Ekv.=hf
hvor er referert til som en Planck-konstant, og hastigheten til elektromagnetisk stråling, betegnet med symbolet c, er lik lysets hastighet. Som af= c /, forholdet mellom strålingsfrekvensen og lysets hastighet. Den foregående ligningen vil resultere i som en bølgelengde av elektromagnetisk stråling hvor
Lignende=he / λ
Bølgelengden til elektromagnetisk stråling er omvendt proporsjonal med det forbudte gapet, i henhold til ligningen ovenfor. Generelt er tilstanden og valensbåndene til silisium- og germanium-halvledere slik at hele strålingen av elektromagnetiske bølger under rekombinasjon har form av infrarød stråling. Bølgelengdene til infrarødt er usynlige for oss fordi de er utenfor området for synlig lys.
Fordi silisium- og germanium-halvledere er indirekte gap-halvledere i stedet for direkte gap-halvledere, blir infrarød stråling ofte referert til som varme. Det høyeste energinivået til valensbåndet og minimumsenerginivået til ledningsbåndet eksisterer imidlertid ikke når elektroner er tilstede i direkte gap-halvledere. Som et resultat vil impulsen til elektronbåndet variere under rekombinasjonen av elektroner og hull eller migreringen av elektroner fra ledningsbåndet til valensbåndet.
Lyse lysdioder
Det er to metoder som kan brukes til å produsere LED. I den første metoden kombineres røde, grønne og blå LED-brikker i en enkelt pakke for å produsere hvitt lys, mens fosforescens brukes i den andre metoden. Epoksyen som omgir fosforens fluorescens kan summeres, og InGaN LED-enheten vil deretter aktivere LED-en ved å bruke kort-bølgelengdestråling.
For å skape flere fargeopplevelser, kjent som primære additive farger, kombineres forskjellige fargelys, som blått, grønt og rødt lys, i varierende mengder. Det hvite lyset skapes ved å kombinere disse tre lysintensitetene jevnt.
For å oppnå denne kombinasjonen med en kombinasjon av grønne, blå og røde lysdioder, kreves det likevel en utfordrende elektro-optisk arkitektur for å administrere kombinasjonen og spredningen av ulike farger. Dessuten kan denne metoden være utfordrende på grunn av variasjonene i LED-farge.
Én LED-brikke med et fosforbelegg driver størstedelen av den hvite LED-produktlinjen. Når dette belegget utsettes for ultrafiolett stråling i stedet for blå fotoner, produseres hvitt lys. Den samme teorien gjelder også for lysrør; en elektrisk utladning inne i røret vil avgi UV, som vil få fosforet til å blinke hvitt.
Selv om denne teknikken med LED kan gi forskjellige fargetoner, kan varianser reguleres ved screening. Ved å bruke fire presise kromatisitetskoordinater som er nær sentrum av CIE-diagrammet, blir hvite LED-baserte enheter skjermet.
Alle oppnåelige fargekoordinater innenfor hesteskokurven er vist i CIE-diagrammet. Buens rene fargetoner er spredt utover, men det hvite punktet er i midten. Fire punkter som er vist i midten av grafen kan brukes til å representere den hvite LED-utgangsfargen. De fire grafkoordinatene er nesten hvite, men disse lysdiodene fungerer vanligvis ikke så godt som en standard lyskilde for å lyse opp fargede linser.
Disse lysdiodene er mest fordelaktige for hvite, ellers gjennomsiktige linser med ugjennomsiktig bakgrunnsbelysning. Hvite lysdioder vil utvilsomt bli mer populært som en kilde til belysning og en indikator så lenge denne teknologien fortsetter å utvikle seg.
Strålende effektivitet
Den produserte lysstrømmen for hver enhet av LED-ene måles i lm, mens det elektriske strømforbruket måles i W. Røde LED-er har 155 lm/W, gule LED-er har 500 lm/W, og blå LED-er har en rangert intern effektivitetsrekkefølge på 75 lm/W. Tapene kan vurderes på grunn av intern re-absorpsjon; lyseffekten for grønne og gule lysdioder er mellom 20 og 25 lm/W. Dette konseptet med effektivitet, også kjent som ekstern effektivitet, kan sammenlignes med forestillingen om effektivitet som vanligvis brukes for andre typer lyskilder, for eksempel flerfargede LED-er.
Diode lyskilde i mange farger
Flerfargede LED-er er lysemitterende-dioder som, når de er koblet i foroverforspenning, skaper én fargetone og, når de kobles til i omvendt skjevhet, produserer en annen farge.
Disse LED-ene har faktisk to PN-kryss, og det er mulig å koble dem parallelt ved å koble katoden til den ene til anoden til den andre.
Når de er forspent i én retning, er flerfargede lysdioder vanligvis røde, og når de er forspente i motsatt retning, er de grønne. Denne LED-en vil produsere en tredje farge hvis den slås PÅ veldig raskt mellom to polariteter. Ved å bytte raskt mellom forspennende polariteter, vil en grønn eller rød LED produsere et gult fargelys.
Hva er de to forskjellige oppsettene for LED?
To lignende emittere og COB-er er de grunnleggende LED-oppsettene.
Emitteren er en enkelt dyse som festes til en kjøleribbe før den plasseres mot et kretskort. Dette kretskortet trekker varme bort fra emitteren samtidig som det gir elektrisk kraft.
Etterforskere fant at LED-substratet kan fjernes og den enkle formen kan plasseres fritt på kretskortet, noe som bidrar til å redusere kostnadene og forbedre lysets jevnhet. Derfor er denne utformingen kjent som COB (chip-on-board array).
Fordeler og ulemper med LED
Følgende er noen fordeler med-lysemitterende dioder.
LED er små og har en lavere pris.
Elektrisitet styres ved å bruke lysdioder.
Ved hjelp av mikroprosessoren kan lysdiodens intensitet variere.
lenge
effektiv med tanke på energi
Ingen oppvarming før-kamp
Robust
ikke påvirket av kjølige temperaturer
Flott retningsbestemt fargegjengivelse
Kontrollerbar og miljøvennlig
Følgende er noen av ulempene med LED-teknologi.
Pris
følsomhet for temperatur
temperaturfølsomhet
Elektrisk polaritet og lyskvalitet
Elektrisk følsomhet
Effektiviteten stuper
Resultat for insekter
Brukes for-lysemitterende dioder
Det er mange bruksområder for LED, hvorav noen er beskrevet nedenfor.
I både husholdninger og bedrifter brukes LED som pærer.
Lysemitterende-dioder brukes i biler og motorsykler.
Meldingen vises ved hjelp av disse i mobiltelefoner.
Lysdioder brukes ved trafikklyssignalene.
Som et resultat av dette gir denne artikkelen en oversikt over applikasjons- og arbeidsteorien for lysemitterende diodekretser-. Jeg håper du har lært noen grunnleggende og praktiske fakta om lys-dioden ved å lese denne artikkelen.
For mer informasjon, vær oppmerksom påBENWEIS offisielle nettsted
