Què és el díode emissor de llum: funcionament i les seves aplicacions
El LED és una font de llum semiconductora amb dos cables. Nick Holonyak va inventar un -díode emissor de llum l'any 1962 quan treballava per General Electric. El LED és un tipus únic de díode amb propietats elèctriques comparables a les d'un díode d'unió PN. Per tant, el LED permet que l'electricitat flueixi en una direcció mentre la bloqueja en l'altra. Menys d'1 mm2 és tot el que ocupa el LED. Els LED s'utilitzen en una varietat de projectes elèctrics i electrònics. El funcionament del LED i els seus usos es tractaran en aquest article.
Un díode emissor de llum: què és?
Un díode d'unió p-n serveix com a díode-emissor de llum. És una forma única de semiconductor i un díode particularment dopat. Un díode-emissor de llum és un dispositiu que emet llum quan està polaritzat cap endavant.
Dues fletxes diminutes que indiquen l'emissió de llum distingeixen el símbol LED d'un símbol de díode, per això s'anomena LED (díode-emissor de llum). El LED té dos terminals: el càtode (-) i l'ànode (+). (-).
El símbol LED Construcció del símbol LED
La construcció del LED és bastant senzilla perquè està dissenyada mitjançant la deposició de tres capes de material semiconductor sobre un substrat. Aquestes tres capes es col·loquen una sobre l'altra, sent la capa superior una capa de tipus P-, la capa mitjana una capa activa i la capa inferior una capa de tipus N-. L'estructura permet veure les tres zones de material semiconductor. A l'estructura, els forats estan presents a la regió de tipus P-, les eleccions estan presents a la regió de tipus N- i tant els forats com els electrons estan presents a la regió activa.
El LED és constant perquè no hi ha flux d'electrons ni forats quan no es proporciona tensió. El LED es polaritza cap endavant tan bon punt es subministra la tensió, fent que els electrons de la regió N- i els forats de la regió P- viatgen a l'àrea activa. La regió d'esgotament és un altre nom d'aquesta zona. La llum es pot produir mitjançant la recombinació de càrregues de polaritat ja que els portadors de càrrega, com els forats, tenen una càrrega positiva mentre que els electrons tenen una càrrega negativa.
Quin és el procés del díode emissor de llum?
Normalment ens referim a un díode-emissor de llum com a díode. Els electrons i els forats flueixen ràpidament a través de la unió quan el díode està esbiaixat cap endavant, i es combinen contínuament i s'allunyen mútuament. Es combina amb els forats just quan els electrons canvien del silici de tipus n-al tipus p-, i després s'esvaeix.
Oleg Losev, un inventor rus, va desenvolupar el primer LED el 1927 i va publicar part dels fonaments teòrics de la seva investigació.
El professor Kurt Lechovec va provar les hipòtesis dels perdedors el 1952 i va donar una explicació dels primers LED.
El primer LED verd va ser creat l'any 1958 per Rubin Braunstein i Egon Loebner.
Nicholas Holonyak va crear un LED vermell l'any 1962. Així, es fa el primer LED.
El primer ordinador que va utilitzar LED en una placa de circuit va ser un model IBM de 1964.
Hewlett Packard (HP) va introduir els LED a les calculadores el 1968.
Jacques Pankove i Edward Miller van crear un LED blau el 1971.
L'enginyer elèctric M. George Crawford va crear el LED groc l'any 1972.
Un LED blau amb magnesi i estàndards futurs va ser creat l'any 1986 per Walden C. Rhines i Herbert Maruska de la Universitat de Stafford.
Hiroshi Amano i el físic Isamu Akaski van crear un nitrur de gal·li amb excel·lents LED blaus l'any 1993.
Shuji Nakamura, un enginyer elèctric, va crear el primer LED blau amb una gran brillantor gràcies als avenços d'Amanos & Akaski, que van accelerar el desenvolupament dels LED de color blanc.
L'any 2002 es van utilitzar LED de color blanc que costaven entre 80 i 100 £ per bombeta per a finalitats residencials.
Les llums LED han guanyat molta popularitat a empreses, hospitals i escoles l'any 2008.
Les principals fonts de llum del 2019 són els LED; aquest és un avenç notable, ja que ara els LED es poden utilitzar per il·luminar una varietat d'ubicacions, com ara cases, oficines, hospitals i escoles.
Circuit de díode emissor de llum polaritzat
La majoria dels LED tenen especificacions de tensió entre 1 i 3 volts, mentre que les classificacions de corrent directe cauen entre 200 i 100 mA.
Un biaix de LED
El LED funciona correctament si se li aplica una tensió entre 1 i 3 volts, ja que el flux de corrent indica que la tensió està dins del rang de funcionament. De manera semblant a això, si un LED té una tensió superior a la seva tensió de funcionament, l'elevat flux de corrent farà que la zona d'esgotament falli. Aquest flux de corrent elevat imprevist trencarà el gadget.
Connectant una resistència en sèrie amb la font de tensió i un LED, això es pot evitar. Els nivells de corrent segurs per als LED oscil·len entre 200 mA i 100 mA, mentre que les classificacions de tensió segures per als LED oscil·len entre 1V i 3V.
Aquí, la resistència que es troba entre la font de tensió i el LED s'anomena resistència limitadora de corrent, ja que aquesta resistència regula el flux de corrent, en cas contrari, el LED pot matar-lo. Per tant, aquesta resistència és essencial per protegir el LED.
L'equació del flux matemàtic de corrent a través del LED és
IF=vs – VD/Rs
On,
"SI" el corrent és endavant
Font de tensió 'Vs'
La caiguda de tensió a través del -díode emissor de llum s'indica amb "VD".
Rs és una resistència que limita el flux de corrent.
la caiguda de tensió necessària per trencar la barrera de la regió d'esgotament. Quan la caiguda de tensió del díode Si o Ge és de 0,3 V o menys, la caiguda de tensió del LED estarà entre 2 i 3 V.
A diferència dels díodes Si o Ge, el LED pot funcionar a alta tensió.
En comparació amb els díodes de silici o germani, els díodes-emissors de llum requereixen més energia per funcionar.
Tipus de-díodes emissors de llum
Els díodes-emissors de llum es presenten en una varietat de varietats, algunes de les quals s'enumeren a continuació.
Arsènur de gal·li d'infra-infraroig (GaAs) i fosfur d'arsenur de gal·li (GaAsP) de color vermell a infraroig-taronja
LEDs de color vermell, taronja-vermell, taronja i groc d'alta brillantor fabricats amb fòsfor d'arsenur de gal·li d'alumini (AlGaAsP)
Fosfat de gal·li (GaP) vermell, groc i verd
El verd és el color del fosfur de gal·li d'alumini (AlGaP), el verd maragda és el color del nitrur de gal·li (GaN) i el blau és el color del nitrur d'indi gal·li (GaInN).
Com a substrat, carbur de silici (SiC) de color blau
Selenur de zinc blau (ZnSe) i nitrur de gal·li d'alumini ultraviolat (AlGaN)
Principi de funcionament del LED
La teoria quàntica serveix de base per al funcionament del díode emissor de llum-. Segons la teoria quàntica, el fotó allibera energia quan l'electró baixa d'un estat d'energia superior a un estat d'energia inferior. La diferència d'energia entre aquests dos nivells d'energia és igual a l'energia del fotó. Quan s'arriba a l'estat polaritzat directe del díode d'unió PN-, el corrent passa pel díode.
Principi de funcionament del LED
El flux de forats en sentit contrari al corrent i el flux d'electrons en la direcció del corrent són els que fan que el corrent flueixi en els semiconductors. Així, la recombinació es produirà com a resultat del moviment d'aquests portadors de càrrega.
Els electrons de la banda de conducció salten a la banda de valència, segons la recombinació. L'energia electromagnètica és alliberada pels electrons com a fotons quan es mouen d'una banda a una altra banda, i l'energia dels fotons és igual a la bretxa d'energia prohibida.
Considereu la teoria quàntica com a exemple. Segons aquesta teoria, l'energia d'un fotó és igual a la suma de la seva freqüència i la constant de Planck. Es mostra la fórmula matemàtica.
Eq=hf
on es coneix com a constant de Planck, i la velocitat de la radiació electromagnètica, indicada amb el símbol c, és igual a la velocitat de la llum. Com af= c /, la relació entre la freqüència de la radiació i la velocitat de la llum. L'equació anterior donarà lloc a una longitud d'ona de radiació electromagnètica on
Eq=he / λ
La longitud d'ona de la radiació electromagnètica és inversament proporcional a la bretxa prohibida, segons l'equació anterior. En general, l'estat i les bandes de valència dels semiconductors de silici i germani són tals que la radiació completa de les ones electromagnètiques durant la recombinació pren la forma de radiació infraroja. Les longituds d'ona de l'infraroig són invisibles per a nosaltres perquè estan fora del rang de la llum visible.
Com que els semiconductors de silici i germani són semiconductors de buit indirecte en lloc de semiconductors de buit directe, la radiació infraroja sovint es coneix com a calor. El nivell d'energia més alt de la banda de valència i el nivell d'energia mínim de la banda de conducció no existeixen, però, quan els electrons estan presents en els semiconductors de buit directe. Com a resultat, l'impuls de la banda d'electrons variarà durant la recombinació d'electrons i forats o la migració d'electrons de la banda de conducció a la banda de valència.
LEDs brillants
Hi ha dos mètodes que es poden utilitzar per produir LED. En el primer mètode, els xips LED vermells, verds i blaus es combinen en un sol paquet per produir llum blanca, mentre que la fosforescència s'utilitza en el segon mètode. Es pot sumar l'epoxi que envolta la fluorescència del fòsfor, i el dispositiu LED InGaN activarà el LED utilitzant radiació de longitud d'ona curta-.
Per crear múltiples sensacions de color, conegudes com a colors additius primaris, es combinen diferents llums de color, com ara blaves, verds i vermelles, en quantitats variables. La llum blanca es crea combinant de manera uniforme aquestes tres intensitats de llum.
No obstant això, per aconseguir aquesta combinació mitjançant una combinació de LED verds, blaus i vermells, cal una arquitectura electro-òptica desafiant per gestionar la combinació i la difusió de diversos colors. A més, aquest mètode pot ser un repte a causa de les variacions en la tonalitat del LED.
Un xip LED amb un recobriment de fòsfor alimenta la majoria de la línia de productes LED blancs. Quan aquest recobriment s'exposa a radiació ultraviolada en lloc de fotons blaus, es produeix llum blanca. La mateixa teoria també s'aplica a les làmpades fluorescents; una descàrrega elèctrica dins del tub emetrà UV, que farà que el fòsfor parpellegi en blanc.
Tot i que aquesta tècnica de LED pot produir tonalitats diverses, les variacions es poden regular mitjançant la pantalla. Utilitzant quatre coordenades de cromaticitat precises que estan a prop del centre del diagrama CIE, es mostren dispositius basats en LED blanc-.
Totes les coordenades de color possibles dins de la corba de ferradura es mostren al diagrama CIE. Els tons nets de l'arc s'estenen, però el punt blanc es troba al mig. Es poden utilitzar quatre punts que es mostren al mig del gràfic per representar el color de sortida del LED blanc. Les quatre coordenades del gràfic són gairebé de color blanc pur, però aquests LED normalment no funcionen tan bé com una font de llum estàndard per il·luminar lents de colors.
Aquests LED són més beneficiosos per a lents blanques, en cas contrari transparents, amb retroil·luminació opaca. Sens dubte, els LED blancs es tornaran més populars com a font d'il·luminació i indicador mentre aquesta tecnologia segueixi desenvolupant-se.
Eficàcia brillant
El flux lluminós produït per a cada unitat dels LED es mesura en lm, mentre que el consum d'energia elèctrica es mesura en W. Els LED vermells tenen 155 lm/W, els LED ambre 500 lm/W i els LED blaus tenen un ordre d'eficàcia interna nominal de 75 lm/W. Les pèrdues es poden considerar a causa de la re-absorció interna; l'eficàcia lluminosa dels LED verds i ambre és d'entre 20 i 25 lm/W. Aquest concepte d'eficàcia, també conegut com a eficàcia externa, és comparable a la noció d'eficàcia que s'utilitza habitualment per a altres tipus de fonts de llum, com ara els LED multicolors.
Font de llum díode en molts colors
Els LED multicolors són díodes-emissors de llum que, quan es connecten amb polarització directa, creen una tonalitat i, quan es connecten amb polarització inversa, produeixen un altre color.
En realitat, aquests LED tenen dues unions PN-, i és possible connectar-les en paral·lel connectant el càtode d'un a l'ànode de l'altre.
Quan estan esbiaixats en una direcció, els LED multicolors solen ser vermells i, quan estan esbiaixats en la direcció oposada, són verds. Aquest LED produirà un tercer color si s'encén molt ràpidament entre dues polaritats. En canviar ràpidament entre polaritats de polaritat, un LED verd o vermell produirà una llum de color groc.
Quines són les dues configuracions diferents per als LED?
Dos emissors i COB similars són les configuracions bàsiques de LED.
L'emissor és una matriu única que està connectada a un dissipador de calor abans de col·locar-se cap a una placa de circuit. Aquesta placa de circuit allunya la calor de l'emissor alhora que proporciona energia elèctrica.
Els investigadors van trobar que el substrat LED es pot treure i la matriu únic es pot col·locar lliurement a la placa de circuit, ajudant a reduir costos i millorar la uniformitat de la llum. Per tant, aquest disseny es coneix com COB (matriu de xips-on-chip).
Avantatges i inconvenients dels LED
A continuació es mostren alguns dels avantatges dels díodes-emissors de llum.
Els LED són petits i tenen un preu més baix.
L'electricitat es controla mitjançant l'ús de LED.
Amb l'ajuda del microprocessador, la intensitat del LED pot variar.
molt de temps
eficient pel que fa a l'energia
No hi ha-escalfament previ al joc
Resistent
no afectat per les temperatures fredes
Gran renderització direccional del color
Controlable i respectuós amb el medi ambient
A continuació es mostren alguns dels inconvenients de la tecnologia LED.
Preu
sensibilitat a la temperatura
sensibilitat a la temperatura
Polaritat elèctrica i qualitat de la il·luminació
Sensibilitat elèctrica
L'eficiència cau en picat
Resultat per a insectes
S'utilitza per a díodes-emissors de llum
Hi ha nombrosos usos per al LED, alguns dels quals es descriuen a continuació.
Tant a les llars com a les empreses, els LED s'utilitzen com a bombetes.
Els díodes-emissors de llum s'utilitzen en automòbils i motocicletes.
El missatge es mostra amb aquests als telèfons mòbils.
Els leds s'utilitzen als senyals semàfors.
Com a resultat, aquest article ofereix una visió general de l'aplicació i la teoria de funcionament dels circuits de díodes emissors de llum-. Espero que hàgiu après alguns fets fonamentals i pràctics sobre el díode emissor de llum-llegint aquest article.
Per a més informació, presteu atenció aLloc web oficial de BENWEI
