Kas ir gaismas diode: Darbs un tā pielietojums

Gaismu izstarojošais diode ir divu vadu pusvadītāju gaismas avots. 1962. gadā Niks Holonjaks ir nācis klajā ar ideju par gaismas diodi, un viņš strādāja vispārējā elektrības uzņēmumā. LED ir īpašs diodes veids, un tiem ir līdzīgas elektriskās īpašības kā PN savienojuma diodei. Tādējādi gaismas diode pieļauj strāvas plūsmu virzienā uz priekšu un bloķē strāvu pretējā virzienā. LED aizņem nelielu platību, kas ir mazāka par 1 mm^divi . Gaismas diodes pielietojums izmanto dažādu elektrisko un elektronisko projektu veikšanai. Šajā rakstā mēs apspriedīsim LED darbības principu un tā pielietojumu.

Kas ir gaismu izstarojošais diode?

Apgaismojošā diode ir a p-n savienojuma diode . Tas ir īpaši leģēts diode un sastāv no īpaša veida pusvadītājiem. Kad gaisma izstaro uz priekšu neobjektīvi, tad to sauc par gaismas diodi.

Gaismas diode

LED simbols

LED simbols ir līdzīgs diodes simbolam, izņemot divas mazas bultiņas, kas norāda gaismas izstarošanu, tāpēc to sauc par LED (gaismas diodi). LED ietver divus spailes, proti, anodu (+) un katodu (-). LED simbols ir parādīts zemāk.

LED simbols

LED konstrukcija

Gaismas diodes konstrukcija ir ļoti vienkārša, jo tā ir veidota, nogulsnējot trīs pusvadītāju materiāla slāņus virs pamatnes. Šie trīs slāņi ir izvietoti pa vienam, kur augšējais reģions ir P veida reģions, vidējais reģions ir aktīvs un, visbeidzot, apakšējais reģions ir N tipa. Konstrukcijā var novērot trīs pusvadītāju materiāla reģionus. Konstrukcijā P veida reģions ietver caurumus, kuros N veida reģions ietver vēlēšanas, savukārt aktīvajā reģionā ir gan caurumi, gan elektroni.

Ja spriegums netiek piemērots LED, tad nav elektronu un caurumu plūsmas, tāpēc tie ir stabili. Kad spriegums tiks izmantots, gaismas diode virzīsies uz priekšu neobjektīvi, tāpēc elektroni N reģionā un caurumi no P reģiona pārvietosies uz aktīvo reģionu. Šis reģions ir pazīstams arī kā noplicināšanas reģions. Tā kā lādiņu nesēji, piemēram, caurumi, ietver pozitīvu lādiņu, turpretī elektroniem ir negatīvs lādiņš, tāpēc gaismu var radīt polaritātes rekombinācijas rezultātā.

Kā darbojas gaismas diode?

Gaismas izstarojošais diode vienkārši ir pazīstams kā diode. Kad diode ir novirzīta uz priekšu, tad elektroni un caurumi ātri pārvietojas pāri krustojumam, un tie tiek pastāvīgi apvienoti, izvelkot viens otru. Drīz pēc tam, kad elektroni pāriet no n veida uz p veida silīciju, tas apvienojas ar caurumiem, tad tas pazūd. Tādējādi tas padara pilnīgu atomu un stabilāku, un tas dod nelielu enerģijas uzliesmojumu niecīgas gaismas paketes vai fotona veidā.

Gaismas diodes darbība

Iepriekš redzamā diagramma parāda, kā darbojas gaismas diode, un diagrammas soli pa solim process.

• No iepriekš minētās diagrammas mēs varam novērot, ka N veida silīcijs ir sarkanā krāsā, ieskaitot elektronus, kurus apzīmē ar melniem apļiem.
• P veida silīcijs ir zilā krāsā, un tajā ir caurumi, tos norāda baltie apļi.
• Strāvas padeve pāri p-n krustojumam padara diodi uz priekšu neobjektīvu un virzot elektronus no n veida uz p tipa. Atverot caurumus pretējā virzienā.
• Elektrons un caurumi krustojumā ir apvienoti.
• Fotoni tiek izdalīti, kad elektroni un caurumi tiek rekombinēti.

Gaismas diodes vēsture

Gaismas diodes tika izgudrotas 1927. gadā, bet ne jauns izgudrojums. Īss LED vēstures pārskats ir apspriests turpmāk.

• 1927. gadā Oļegam Losevam (krievu izgudrotājs) tika izveidots pirmais LED un viņš publicēja dažas teorijas par saviem pētījumiem.
• 1952. gadā prof. Kurts Lehovecs ir pārbaudījis zaudētāju teoriju teorijas un paskaidrojis par pirmajām gaismas diodēm
• 1958. gadā pirmo zaļo LED izgudroja Rubins Braunšteins un Egons Lēbners
• 1962. gadā sarkanu gaismas diodi izstrādāja Niks Holonjaks. Tātad tiek izveidots pirmais LED.
• 1964. gadā IBM pirmo reizi datorā ieviesa gaismas diodes uz shēmas plates.
• 1968. gadā HP (Hewlett Packard) sāka izmantot gaismas diodes kalkulatoros.
• 1971. gadā Žaks Pankove un Edvards Millers tika izgudroti ar zilu gaismas diode
• 1972. gadā M. Džordžs Krofords (elektroinženieris) tika izgudrots dzeltenās krāsas LED.
• 1986. gadā Valdens C. Reins un Herberts Maruska no Stafordas universitātes izgudroja zilas krāsas LED ar magniju, ieskaitot nākotnes standartus.
• 1993. gadā Hiroshi Amano un fiziķi Isamu Akaski ir izstrādājuši gallija nitrīdu ar augstas kvalitātes zilas krāsas gaismas diodēm.
• Elektroinženieris, piemēram, Šudži Nakamura, Amanos & Akaski izstrādājot izstrādāja pirmo zilo gaismas diode ar augstu spilgtumu, kas ātri noved pie balto krāsu gaismas diožu paplašināšanās.
  2002. gadā dzīvojamām vajadzībām tika izmantotas baltas krāsas gaismas diodes, kas lādēja apmēram 80 līdz 100 mārciņas katrai spuldzei.
• 2008. gadā LED gaismas ir kļuvušas ļoti populāras birojos, slimnīcās un skolās.
• 2019. gadā gaismas diodes ir kļuvušas par galvenajiem gaismas avotiem
• LED attīstība ir neticama, jo tā svārstās no mazām indikācijām līdz biroju, māju, skolu, slimnīcu utt.

Gaismas diodes shēma izspiešanai

Lielākajai daļai gaismas diodes sprieguma nominālvērtība ir no 1 volta līdz 3 voltiem, turpretī strāvas virzība uz priekšu ir no 200 mA līdz 100 mA.

LED novirze

Ja spriegums (1V līdz 3V) tiek piemērots LED, tad tas darbojas pareizi, jo strāvas plūsma ir piemērotā sprieguma darbības diapazonā. Līdzīgi, ja gaismas diodei pielietotais spriegums ir augsts par darba spriegumu, gaismas izstarošanas diodē esošais noplūdes apgabals sadalīsies lielās strāvas plūsmas dēļ. Šī negaidītā lielā strāvas plūsma sabojās ierīci.

To var izvairīties, sērijveidā pievienojot rezistoru ar sprieguma avotu un LED. Gaismas diožu drošais sprieguma diapazons būs robežās no 1V līdz 3 V, savukārt drošās strāvas stiprums - no 200 mA līdz 100 mA.

Šeit rezistors, kas izvietots starp sprieguma avotu un LED, ir pazīstams kā strāvas ierobežojošais rezistors, jo šis rezistors ierobežo strāvas plūsmu, pretējā gadījumā LED to var iznīcināt. Tātad šim rezistoram ir galvenā loma LED aizsardzībā.

Matemātiski strāvas plūsmu caur LED var uzrakstīt kā

IF = Vs - VD / Rs

Kur,

‘IF’ ir straumes uz priekšu

‘Vs’ ir sprieguma avots

‘VD’ ir sprieguma kritums pāri gaismas diodei

‘Rs’ ir strāvu ierobežojošs rezistors

Nomestā sprieguma daudzums, lai pārvarētu noplicināšanas reģiona barjeru. LED sprieguma kritums svārstīsies no 2V līdz 3V, kamēr Si vai Ge diode ir 0,3, pretējā gadījumā 0,7 V.

Tādējādi LED var darbināt, izmantojot augstspriegumu, salīdzinot ar Si vai Ge diodēm.
Gaismas diodes darbībai patērē vairāk enerģijas nekā silīcija vai germānija diodes.

Gaismas diodes veidi

Tur ir dažāda veida gaismas diodes un daži no tiem ir minēti turpmāk.

• Gallija arsenīds (GaAs) - infrasarkanais
• Gallija arsenīda fosfīds (GaAsP) - sarkans līdz infrasarkanam, oranžs
• Alumīnija gallija arsenīda fosfīds (AlGaAsP) - augstas spilgtuma sarkans, oranži sarkans, oranžs un dzeltens
• Gallija fosfīds (GaP) - sarkans, dzeltens un zaļš
• Alumīnija gallija fosfīds (AlGaP) - zaļš
• Gallija nitrīds (GaN) - zaļš, smaragda zaļš
• Gallija indija nitrīds (GaInN) - gandrīz ultravioletais, zilganzaļais un zilais
• Silīcija karbīds (SiC) - zils kā substrāts
• Cinka selenīds (ZnSe) - zils
• Alumīnija gallija nitrīds (AlGaN) - ultravioletais

LED darbības princips

Gaismas izstarojošās diodes darbības princips ir balstīts uz kvantu teoriju. Kvantu teorija saka, ka tad, kad elektrons nokāpj no augstākā enerģijas līmeņa līdz zemākajam enerģijas līmenim, enerģija izstaro no fotona. Fotonu enerģija ir vienāda ar enerģijas plaisu starp šiem diviem enerģijas līmeņiem. Ja PN savienojuma diods ir uz priekšu orientēts, tad strāva plūst caur diode.

LED darbības princips

Strāvas plūsmu pusvadītājos izraisa urbumu plūsma pretējā strāvas virzienā un elektronu plūsma strāvas virzienā. Tādējādi šo lādiņu nesēju plūsmas dēļ notiks rekombinācija.

Rekombinācija norāda, ka elektrovadīšanas joslā esošie elektroni nolec līdz valences joslai. Kad elektroni lec no vienas joslas uz otru, elektroni izstaro elektromagnētisko enerģiju fotonu formā, un fotonu enerģija ir vienāda ar aizliegto enerģijas spraugu.

Piemēram, ņemsim vērā kvantu teoriju, ka fotona enerģija ir gan Plankas konstantes, gan elektromagnētiskā starojuma frekvences reizinājums. Parādīts matemātiskais vienādojums

Eq = hf

Kur viņu sauc par Plankas konstanti un elektromagnētiskā starojuma ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu, t.i. Frekvenču starojums ir saistīts ar gaismas ātrumu kā f = c / λ. λ tiek apzīmēts kā elektromagnētiskā starojuma viļņa garums, un iepriekšējais vienādojums kļūs par a

Eq = viņš / λ

No iepriekš minētā vienādojuma mēs varam teikt, ka elektromagnētiskā starojuma viļņa garums ir apgriezti proporcionāls aizliegtajai atstarpei. Parasti silīcijs, germānija pusvadītāji, šī aizliegtā enerģijas sprauga ir starp stāvokli, un valences joslas ir tādas, ka elektromagnētiskā viļņa kopējais starojums rekombinācijas laikā ir infrasarkanā starojuma formā. Mēs nevaram redzēt infrasarkano staru viļņa garumu, jo tie atrodas ārpus mūsu redzamā diapazona.

Infrasarkanais starojums tiek uzskatīts par siltumu, jo silīcijs un germānija pusvadītāji nav tieši spraugas pusvadītāji, drīzāk tie ir netieši spraugas pusvadītāji. Bet tiešajos spraugas pusvadītājos valences joslas maksimālais enerģijas līmenis un vadīšanas joslas minimālais enerģijas līmenis nenotiek tajā pašā elektronu brīdī. Tāpēc elektronu un caurumu rekombinācijas laikā elektronu migrācija no vadīšanas joslas uz valences joslu tiks mainīta.

Baltas gaismas diodes

LED ražošanu var veikt, izmantojot divas metodes. Pirmajā tehnikā LED mikroshēmas, piemēram, sarkanā, zaļā un zilā krāsā, tiek apvienotas līdzīgā iepakojumā, lai radītu baltu gaismu, bet otrajā tehnikā tiek izmantota fosforescence. Fluorescenci fosforā var apkopot epoksīda apkārtnē, pēc tam gaismas diode tiks aktivizēta caur īsviļņu enerģiju, izmantojot InGaN LED ierīci.

Dažādu krāsu gaismas, piemēram, zilās, zaļās un sarkanās gaismas, tiek kombinētas mainīgos daudzumos, lai iegūtu atšķirīgu krāsu sajūtu, kas ir pazīstama kā primārās piedevas krāsas. Šīs trīs gaismas intensitātes tiek vienādi pievienotas, lai radītu balto gaismu.

Bet, lai sasniegtu šo kombināciju, izmantojot zaļu, zilu un sarkanu gaismas diodes, kurām nepieciešams sarežģīts elektrooptiskais dizains, lai kontrolētu dažādu krāsu kombināciju un izkliedi. Turklāt šī pieeja var būt sarežģīta LED krāsas izmaiņu dēļ.

Baltās gaismas diodes produktu līnija galvenokārt ir atkarīga no vienas LED mikroshēmas, izmantojot fosfora pārklājumu. Šis pārklājums rada baltu gaismu, kad tā ir sadurta caur ultravioletajiem, citādi zilajiem fotoniem. To pašu principu piemēro arī dienasgaismas spuldzēm, ultravioletā starojuma ietekmē no elektriskās izlādes caurulē fosfors mirgos baltā krāsā.

Lai arī šis LED process var radīt dažādas nokrāsas, atšķirības var kontrolēt, izmantojot skrīningu. Baltas gaismas diodes bāzes ierīces tiek pārbaudītas, izmantojot četras precīzas krāsu koordinātas, kas atrodas blakus CIE diagrammas centram.

CIE shēma apraksta visas sasniedzamās krāsu koordinātas pakava līknē. Tīras krāsas atrodas virs loka, bet baltais gals atrodas centrā. Balto LED izejas krāsu var attēlot ar četriem punktiem, kas attēloti diagrammas vidū. Kaut arī četras diagrammas koordinātas ir tuvu tīrai baltai, šīs gaismas diodes parasti nav efektīvas kā kopīgs gaismas avots, lai iedegtu krāsainas lēcas.

Šie gaismas diodes galvenokārt ir noderīgas baltām, citādi skaidrām, pretgaismas necaurspīdīgām lēcām. Kad šī tehnoloģija turpinās attīstīties, baltās gaismas diodes noteikti iegūs reputāciju kā apgaismojuma avotu un indikāciju.

Gaismas efektivitāte

Gaismas diodes gaismas efektivitāti var definēt kā saražoto gaismas plūsmu lm katrai vienībai, un elektrisko jaudu var izmantot W robežās. Zilās krāsas LED nominālā iekšējā efektivitātes secība ir 75 lm / W dzintara gaismas diodēm ir 500 lm / W un sarkanā krāsā. Gaismas diodēm ir 155 lm / W. Iekšējās atkārtotās absorbcijas dēļ zaļā un dzintara gaismas diodēm gaismas efektivitātes secība var svārstīties no 20 līdz 25 lm / W. Šī efektivitātes definīcija ir pazīstama arī kā ārēja efektivitāte, un tā ir analoga efektivitātes definīcijai, ko parasti izmanto cita veida gaismas avotiem, piemēram, daudzkrāsainām LED.

Daudzkrāsaina gaismu izstarojošā diode

Gaismu izstarojošais diods, kas rada vienu krāsu, kad tie ir savienoti ar priekšu slīpumu, un rada krāsu, kad tie ir savienoti ar pretēju slīpumu, ir pazīstams kā daudzkrāsains LED.

Faktiski šie gaismas diodes ietver divus PN savienojumus, un to var savienot paralēli viena anodam, kas ir savienots ar otra katodu.

Daudzkrāsainās gaismas diodes parasti ir sarkanas, kad tās ir novirzītas vienā virzienā, un zaļas, kad tās ir novirzītas citā virzienā. Ja šī gaismas diode tiek ieslēgta ļoti ātri starp divām polaritātēm, šī LED ģenerēs trešo krāsu. Zaļa vai sarkana gaismas diode radīs dzeltenu krāsu gaismu, tiklīdz tā tiek ātri pārslēgta atpakaļ un uz priekšu starp aizspriedumainām polaritātēm.

Kāda ir atšķirība starp diodi un LED?

Galvenā atšķirība starp diodi un LED ietver šādu.

I-V LED raksturojums

Tirgū ir pieejami dažādi gaismas diodes, un ir dažādas LED īpašības, kas ietver krāsu gaismu vai viļņa garuma starojumu, gaismas intensitāti. Svarīga LED īpašība ir krāsa. Sākot izmantot LED, ir vienīgā sarkanā krāsa. Tā kā LED izmantošana tiek palielināta ar pusvadītāju procesa palīdzību un veicot pētījumu par jaunajiem LED metāliem, tika izveidotas dažādas krāsas.

I-V LED raksturojums

Šajā diagrammā ir norādītas aptuvenās līknes starp spriegumu uz priekšu un strāvu. Katra diagrammas līkne norāda atšķirīgu krāsu. Tabulā parādīts LED raksturlielumu kopsavilkums.

LED raksturojums

Kādi ir divu veidu LED konfigurācijas?

LED standarta konfigurācijas ir divas līdzīgas izstarotājiem, kā arī COB

Emitētājs ir viens matrica, kas ir uzstādīts pretī shēmai, pēc tam pie siltuma izlietnes. Šī shēma nodrošina elektrisko strāvu pret izstarotāju, vienlaikus arī novadot siltumu.

Lai palīdzētu samazināt izmaksas, kā arī uzlabot gaismas viendabīgumu, pētnieki noteica, ka LED substrātu var atdalīt un atsevišķu matricu var atklāti piestiprināt pie shēmas plates. Tātad šo dizainu sauc par COB (chip-on-board masīvs).

LED priekšrocības un trūkumi

The gaismas diodes priekšrocības iekļaujiet sekojošo.

• LED izmaksas ir mazākas, un tās ir niecīgas.
• Izmantojot LED, tiek kontrolēta elektrība.
• LED intensitāte atšķiras ar mikrokontrollera palīdzību.
• Ilgs mūžs
• Energoefektīvas
• Nav iesildīšanās perioda
• Izturīgs
• Neietekmē aukstā temperatūra
• Virziena
• Krāsu renderēšana ir lieliska
• Videi draudzīgs
• Kontrolējams

The gaismas diodes trūkumi iekļaujiet sekojošo.

• Cena
• Temperatūras jutība
• Atkarība no temperatūras
• Gaismas kvalitāte
• Elektriskā polaritāte
• Sprieguma jutība
• Efektivitāte nokrīt
• Ietekme uz kukaiņiem

Gaismas izstarojošās diodes pielietojums

LED ir daudz lietojumu, un daži no tiem ir paskaidroti turpmāk.

• LED tiek izmantots kā spuldze mājās un rūpniecībā
• Gaismas diodes tiek izmantotas motociklos un automašīnās
• Tos izmanto mobilajos tālruņos, lai parādītu ziņojumu
• Pie luksofora signāliem tiek izmantoti vadītie signāli

Tādējādi šajā rakstā tiek apspriests gaismas diodes pārskats shēmas darbības princips un pielietojums. Es ceru, ka, izlasot šo rakstu, jūs esat ieguvis pamata un darba informāciju par gaismas diodi. Ja jums ir kādi jautājumi par šo rakstu vai par pēdējā gada elektrisko projektu, lūdzu, nekautrējieties komentēt zemāk esošajā sadaļā. Šeit ir jautājums jums, Kas ir LED un kā tas darbojas?