Какво е диод, излъчващ светлина: работа и приложенията му
Светодиодът е полупроводников източник на светлина с два проводника. Светоизлъчващ-диод е изобретен през 1962 г. от Ник Холоняк, когато е бил нает в General Electric. Светодиодът е уникален вид диод с електрически свойства, които са сравними с тези на диод с PN преход. Следователно светодиодът позволява на електричеството да тече в една посока, докато го блокира в другата. По-малко от 1 mm2 е всичко, което заема светодиодът. Светодиодите се използват в различни електрически и електронни проекти. Работата на светодиода и употребата му ще бъдат разгледани в тази статия.
Диод, излъчващ светлина: какво е това?
Диод с p-n преход служи като диод-излъчващ светлина. Това е уникална форма на полупроводник и особено легиран диод. Светоизлъчващият-диод е устройство, което излъчва светлина, когато е предубедено.
Две малки стрелки, които показват излъчването на светлина, отличават светодиодния символ от диодния символ, поради което той се нарича светодиод (-излъчващ диод). Светодиодът има два извода: катод (-) и анод (+). (-).
Светодиодният символ Конструкция на светодиодния символ
Конструкцията на LED е сравнително ясна, тъй като е проектирана чрез отлагане на три слоя полупроводников материал върху субстрат. Тези три слоя са разположени един върху друг, като най-горният слой е слой тип P-, средният слой е активен слой, а долният слой е слой тип N-. Структурата позволява да се видят трите зони от полупроводников материал. В структурата дупките присъстват в областта от тип P-, изборите присъстват в областта от тип N- и както дупките, така и електроните присъстват в активната област.
Светодиодът свети стабилно, защото няма поток от електрони или дупки, когато няма напрежение. Светодиодът става предубеден веднага щом се подаде напрежение, карайки електроните в N-областта и дупките в P-областта да пътуват в активната област. Регионът на изчерпване е другото име за тази област. Светлината може да бъде произведена чрез рекомбинация на полярни заряди, тъй като носителите на заряд, като дупки, имат положителен заряд, докато електроните имат отрицателен заряд.
Какъв е процесът на диода, излъчващ светлина?
Обикновено наричаме диод,-излъчващ светлина, диод. Електроните и дупките текат бързо през кръстовището, когато диодът е предубеден, и те непрекъснато се комбинират и изтласкват един друг от пътя. Той се комбинира с дупките точно когато електроните превключват от n-тип към p-тип силиций, след което изчезва.
Олег Лосев, руски изобретател, разработи първия светодиод през 1927 г. и публикува част от теоретичните основи на своето изследване.
Професор Kurt Lechovec тества хипотезите на губещите през 1952 г. и дава обяснение за първите светодиоди.
Първият зелен светодиод е създаден през 1958 г. от Рубин Браунщайн и Егон Льобнер.
Никълъс Холоняк създава червен светодиод през 1962 г. Така е направен първият светодиод.
Първият компютър, който използва светодиоди на платка, е модел на IBM от 1964 г.
Hewlett Packard (HP) въвежда светодиоди в калкулатори през 1968 г.
Синият светодиод е създаден от Жак Панков и Едуард Милър през 1971 г.
Електроинженерът М. Джордж Крауфорд създава жълтия светодиод през 1972 г.
Син светодиод с магнезий и бъдещи стандарти е създаден през 1986 г. от Walden C. Rhines и Herbert Maruska от университета в Стафорд.
Хироши Амано и физикът Исаму Акаски създадоха галиев нитрид с отлични сини светодиоди през 1993 г.
Шуджи Накамура, електроинженер, създаде първия син светодиод с висока яркост чрез постиженията на Amanos & Akaski, които ускориха развитието на светодиодите с бял цвят.
Светодиодите с бял цвят, струващи между £80 и £100 на крушка, бяха използвани за жилищни цели през 2002 г.
LED светлините придобиха голяма популярност в компании, болници и училища през 2008 г.
Основните източници на светлина през 2019 г. са светодиодите; това е забележителен пробив, тъй като светодиодите вече могат да се използват за осветяване на различни места, включително домове, офиси, болници и училища.
Верига на диод, излъчващ светлина
По-голямата част от светодиодите имат спецификации за напрежение между 1 и 3 волта, докато номиналните стойности на тока в права посока падат между 200 и 100 mA.
Пристрастие на светодиода
Светодиодът работи правилно, ако към него се приложи напрежение между 1 и 3 волта, тъй като текущият поток показва, че напрежението е в рамките на работния диапазон. Подобно на това, ако един светодиод има дадено напрежение, което е по-високо от неговото работно напрежение, високият ток ще доведе до повреда на зоната на изчерпване. Този непредвиден силен ток ще повреди приспособлението.
Чрез свързване на резистор последователно с източника на напрежение и светодиод, това може да бъде предотвратено. Безопасните нива на ток за светодиодите варират от 200 mA до 100 mA, докато безопасните стойности на напрежението за светодиодите варират от 1V до 3V.
Тук резисторът, който е разположен между източника на напрежение и светодиода, се нарича резистор за ограничаване на тока, тъй като този резистор регулира потока на тока, в противен случай светодиодът може да го убие. Така че този резистор е от съществено значение за защитата на светодиода.
Уравнението за математическия поток на ток през светодиода е
АКО=Vs – VD/Rs
къде,
"АКО" токът е напред
Източник на напрежение "Vs"
Спадът на напрежението върху светоизлъчващия-диод се обозначава с „VD“.
Rs е резистор, който ограничава текущия поток.
спадът на напрежението, необходим за пробиване на бариерата на зоната на изчерпване. Когато спадът на напрежението на Si или Ge диода е 0,3 V или по-малко, спадът на напрежението на светодиода ще бъде между 2 и 3 V.
За разлика от Si или Ge диодите, светодиодът може да работи при високо напрежение.
В сравнение със силициевите или германиевите диоди, светоизлъчващите -диоди изискват повече енергия, за да работят.
Типове-светоизлъчващи диоди
Свето{0}}излъчващите диоди се предлагат в различни разновидности, някои от които са изброени по-долу.
Инфра{0}} галиев арсенид (GaAs) и червен до инфра{1}} червен, оранжев галиев арсенид фосфид (GaAsP)
Висока{0}}червени, оранжеви-червени, оранжеви и жълти светодиоди, направени от алуминиев галиев арсенид фосфор (AlGaAsP)
Червен, жълт и зелен галиев фосфат (GaP)
Зеленото е цветът на алуминиево-галиевия фосфид (AlGaP), изумрудено зеленото е цветът на галиевия нитрид (GaN), а синьото е цветът на галиевия индиев нитрид (GaInN).
Като субстрат, силициев карбид (SiC) в син цвят
Син цинков селенид (ZnSe) и ултравиолетов алуминиев галиев нитрид (AlGaN)
Принцип на действие на светодиода
Квантовата теория служи като основа за работата на светоизлъчващия-диод. Според квантовата теория фотонът освобождава енергия, когато електронът преминава от по-високо в по-ниско енергийно състояние. Енергийната разлика между тези две енергийни нива е равна на енергията на фотона. Когато се достигне предубеденото състояние на диода на PN-прехода, токът преминава през диода.
Принцип на действие на светодиода
Потокът от дупки в обратната посока на тока и потокът от електрони в посоката на тока са това, което кара тока да протича в полупроводниците. Така ще настъпи рекомбинация в резултат на движението на тези носители на заряд.
Електроните на лентата на проводимост скачат надолу към валентната лента, според рекомбинацията. Електромагнитната енергия се освобождава от електроните като фотони, когато се преместват от една лента в друга, а фотонната енергия е равна на забранената енергийна празнина.
Разгледайте квантовата теория като пример. Според тази теория енергията на фотона е равна на сумата от неговата честота и константата на Планк. Показва се математическата формула.
Уравнение=hf
където се нарича константа на Планк, а скоростта на електромагнитното излъчване, означена със символа c, е равна на скоростта на светлината. Като af= c /, връзката между честотата на излъчване и скоростта на светлината. Предходното уравнение ще доведе до като дължина на вълната на електромагнитното излъчване, където
Eq=he / λ
Дължината на вълната на електромагнитното излъчване е обратно пропорционална на забранената междина, съгласно уравнението по-горе. Като цяло състоянието и валентните ленти на силициевите и германиевите полупроводници са такива, че пълното излъчване на електромагнитни вълни по време на рекомбинация приема формата на инфрачервено лъчение. Дължините на вълните на инфрачервените лъчи са невидими за нас, защото са извън обхвата на видимата светлина.
Тъй като силициевите и германиеви полупроводници са полупроводници с индиректна междина, а не полупроводници с директна междина, инфрачервеното лъчение често се нарича топлина. Най-високото енергийно ниво на валентната лента и минималното енергийно ниво на проводимата зона обаче не съществуват, когато електроните присъстват в полупроводници с директна междина. В резултат на това импулсът на електронната лента ще варира по време на рекомбинацията на електрони и дупки или миграцията на електрони от зоната на проводимост към валентната зона.
Ярки светодиоди
Има два метода, които могат да се използват за производство на светодиоди. При първия метод червените, зелените и сините LED чипове се комбинират в един пакет, за да произведат бяла светлина, докато при втория метод се използва фосфоресценция. Епоксидната смола, заобикаляща флуоресценцията на фосфора, може да се сумира и след това InGaN LED устройството ще активира светодиода, използвайки радиация с къса-дължина на вълната.
За да се създадат множество цветови усещания, известни като първични адитивни цветове, различни цветни светлини, като сини, зелени и червени светлини, се комбинират в различни количества. Бялата светлина се създава чрез равномерно комбиниране на тези три интензитета на светлината.
Независимо от това, за да се постигне тази комбинация с помощта на комбинация от зелени, сини и червени светодиоди, е необходима предизвикателна електро-оптична архитектура за управление на комбинацията и дифузията на различни цветове. Освен това, този метод може да бъде предизвикателство поради вариациите в LED нюанса.
Един LED чип с фосфорно покритие захранва по-голямата част от бялата LED продуктова линия. Когато това покритие е изложено на ултравиолетово лъчение вместо на сини фотони, се произвежда бяла светлина. Същата теория се прилага и за флуоресцентни лампи; електрически разряд вътре в тръбата ще излъчва UV, което ще накара фосфора да мига в бяло.
Въпреки че тази техника на LED може да доведе до различни нюанси, отклоненията могат да бъдат регулирани чрез скрининг. Използвайки четири точни координати на цветност, които са близо до центъра на диаграмата на CIE, устройствата, базирани на бели светодиоди-, се екранират.
Всички постижими цветови координати в рамките на подковообразната крива са показани в диаграмата на CIE. Чистите нюанси на дъгата са разпръснати, но бялата точка е в средата. Четири точки, които са показани в средата на графиката, могат да се използват за представяне на белия светодиоден изходен цвят. Четирите координати на графиката са почти чисто бели, но тези светодиоди обикновено не работят толкова добре, колкото стандартен източник на светлина за осветяване на цветни лещи.
Тези светодиоди са най-полезни за бели, иначе прозрачни лещи с непрозрачна подсветка. Белите светодиоди несъмнено ще станат по-популярни като източник на светлина и индикатор, докато тази технология продължава да се развива.
Блестяща ефикасност
Произведеният светлинен поток за всяка единица от светодиодите се измерва в lm, докато консумацията на електрическа мощност се измерва във W. Червените светодиоди имат 155 lm/W, кехлибарените светодиоди имат 500 lm/W, а сините светодиоди имат номинална вътрешна ефективност от 75 lm/W. Загубите могат да се разглеждат поради вътрешна ре-абсорбция; светлинната ефективност за зелени и кехлибарени светодиоди е между 20 и 25 lm/W. Тази концепция за ефикасност, известна също като външна ефикасност, е сравнима с понятието за ефикасност, обикновено използвано за други видове източници на светлина, като например многоцветни светодиоди.
Диоден източник на светлина в много цветове
Многоцветните светодиоди са светоизлъчващи -диоди, които, когато са свързани в предна посока, създават един нюанс, а когато са свързани в обратна посока, произвеждат друг цвят.
Тези светодиоди всъщност имат два PN{0}}прехода и е възможно да се свържат паралелно чрез свързване на катода на единия към анода на другия.
Когато са предубедени в една посока, многоцветните светодиоди обикновено са червени, а когато са предубедени в обратна посока, те са зелени. Този светодиод ще произведе трети цвят, ако се включи много бързо между две полярности. При бързо превключване между полярностите на отклонение зеленият или червеният светодиод ще произведе жълта светлина.
Какви са двете различни настройки за светодиоди?
Два подобни излъчвателя и COB са основните LED настройки.
Емитерът е единична матрица, която е прикрепена към радиатор, преди да бъде позиционирана към печатна платка. Тази платка отвежда топлината от излъчвателя, като същевременно осигурява електрическа мощност.
Изследователите откриха, че светодиодният субстрат може да бъде премахнат и единичната матрица може да бъде поставена свободно към печатната платка, което спомага за намаляване на разходите и подобряване на равномерността на светлината. Следователно този дизайн е известен като COB (чип-на-платов масив).
Предимства и недостатъци на светодиодите
По-долу са някои предимства на-диодите, излъчващи светлина.
Светодиодите са малки и имат по-ниска цена.
Електричеството се управлява с помощта на светодиоди.
С помощта на микропроцесора интензитетът на светодиода може да варира.
дълго време
ефективни по отношение на енергията
Без-загрявка преди мача
Здрав
не се влияе от ниските температури
Страхотно насочено цветопредаване
Контролируем и щадящ околната среда
Следните са някои от недостатъците на LED технологията.
Цена
чувствителност към температура
температурна чувствителност
Електрическа полярност и качество на осветлението
Електрическа чувствителност
Ефективността рязко пада
Резултат за насекоми
Използва се за светодиоди-излъчващи
Има много приложения за LED, някои от които са описани по-долу.
Както в домакинствата, така и в бизнеса, светодиодите се използват като крушки.
Светоизлъчващите -диоди се използват в автомобили и мотоциклети.
Съобщението се показва с помощта на тези в мобилни телефони.
Използват се светодиоди на светофарите.
В резултат на това тази статия предлага общ преглед на приложението и работната теория на вериги с -светоизлъчващи диоди. Надявам се, че сте научили някои фундаментални и практически факти за светодиода,-излъчващ светлина, като прочетете тази статия.
За повече информация, моля, обърнете внимание наОфициален уебсайт на BENWEI
