Hva er lysdiode: arbeid og applikasjoner

Den lysemitterende dioden er en to-leder halvlederlyskilde. I 1962 har Nick Holonyak kommet på ideen om en lysdiode, og han jobbet for det generelle elselskapet. LED-en er en spesiell type diode, og de har lignende elektriske egenskaper som en PN-kryssdiode. Derfor tillater LED-strømmen strømmen fremover og blokkerer strømmen i motsatt retning. LED-en har et lite område som er mindre enn 1 mm^to . Bruken av lysdioder brukes til å lage forskjellige elektriske og elektroniske prosjekter. I denne artikkelen vil vi diskutere arbeidsprinsippet til LED og dets applikasjoner.

Hva er en lysemitterende diode?

Lysdioden er en p-n kryssdiode . Det er en spesielt dopet diode og består av en spesiell type halvledere. Når lyset avgir forover forspent, kalles det en lysdiode.

Lysdiode

LED-symbol

LED-symbolet ligner på et diodesymbol, bortsett fra to små piler som spesifiserer lysutslipp, og kalles derfor LED (lysdiode). LED-en inneholder to terminaler, nemlig anode (+) og katoden (-). LED-symbolet vises nedenfor.

LED-symbol

Konstruksjon av LED

Konstruksjonen av LED er veldig enkel fordi den er designet gjennom avsetning av tre halvledermaterialelag over et substrat. Disse tre lagene er ordnet ett etter ett der toppområdet er et P-type område, det midterste området er aktivt og til slutt er det nederste området N-type. De tre områdene av halvledermateriale kan observeres i konstruksjonen. I konstruksjonen inkluderer P-typen regionen hullene i N-typen regionen inkluderer valg, mens den aktive regionen inkluderer både hull og elektroner.

Når spenningen ikke påføres LED-lampen, strømmer det ikke elektroner og hull slik at de er stabile. Når spenningen er påført, vil LED-en forspenne fremover, slik at elektronene i N-regionen og hullene fra P-regionen beveger seg til den aktive regionen. Denne regionen er også kjent som utarmningsregionen. Fordi ladebærerne som hull inkluderer en positiv ladning, mens elektroner har en negativ ladning, slik at lyset kan genereres gjennom rekombinasjon av polaritetsladninger.

Hvordan fungerer lysdioden?

Den lysdioden ganske enkelt, vi kjenner som en diode. Når dioden er forspent, beveger elektronene og hullene seg raskt over krysset, og de kombineres kontinuerlig og fjerner hverandre. Rett etter at elektronene beveger seg fra n-typen til p-typen silisium, kombineres det med hullene, så forsvinner det. Derfor gjør det hele atomet og mer stabilt, og det gir den lille utbruddet av energi i form av en liten pakke eller lysfoton.

Arbeid med lysdiode

Ovenstående diagram viser hvordan den lysemitterende dioden fungerer og trinnvis prosess av diagrammet.

• Fra diagrammet ovenfor kan vi observere at N-typen silisium er i rød farge inkludert elektronene som er indikert av de svarte sirkler.
• P-typen silisium er i den blå fargen og den inneholder hull, de er indikert av de hvite sirkler.
• Strømforsyningen over p-n-krysset gjør dioden forspent og skyver elektronene fra n-type til p-type. Skyv hullene i motsatt retning.
• Elektron og hull i krysset kombineres.
• Fotonene avgis når elektronene og hullene rekombineres.

Historie om lysdiode

LED ble oppfunnet i år 1927, men ikke en ny oppfinnelse. En kort gjennomgang av LED-historikk er diskutert nedenfor.

• I år 1927 ble Oleg Losev (russisk oppfinner) opprettet den første lysdioden og publiserte litt teori om sin forskning.
• I år 1952 har Prof. Kurt Lechovec testet teoriene om Losers teorier og forklart om de første lysdiodene.
• I år 1958 ble den første grønne LED-en oppfunnet av Rubin Braunstein & Egon Loebner
• I år 1962 ble en rød LED utviklet av Nick Holonyak. Så den første LED-en er opprettet.
• I 1964 implementerte IBM for første gang lysdioder på et kretskort på en datamaskin.
• I 1968 begynte HP (Hewlett Packard) å bruke lysdioder i kalkulatorer.
• I året 1971 ble Jacques Pankove og Edward Miller oppfunnet en blå LED
• I 1972 ble M. George Crawford (elektroingeniør) oppfunnet den gule fargen LED.
• I år 1986 oppfant Walden C. Rhines & Herbert Maruska fra University of Stafford en blå farge-LED med magnesium inkludert fremtidige standarder.
• I år 1993 har Hiroshi Amano & Physicists Isamu Akaski utviklet en Gallium Nitride med høykvalitets blå fargelys.
• En elektroingeniør som Shuji Nakamura ble utviklet den første blå LED med høy lysstyrke gjennom Amanos & Akaski-utviklingen, noe som raskt fører til utvidelse av hvite LED-lysdioder.
  I år 2002 ble hvite lysdioder brukt til boligformål, som lader rundt £ 80 til £ 100 for hver pære.
• I år 2008 har LED-lys blitt veldig populære på kontorer, sykehus og skoler.
• I år 2019 har lysdiodene blitt de viktigste lyskildene
• LED-utviklingen er utrolig, siden den varierer fra liten indikasjon til å lyse på kontorer, hjem, skoler, sykehus, etc.

Lysdiode for kretsløp

De fleste lysdioder har spenningsverdier fra 1 volt-3 volt, mens fremoverstrømvurderinger varierer fra 200 mA-100 mA.

LED-forspenning

Hvis spenningen (1V til 3V) tilføres lysdioden, fungerer den skikkelig på grunn av strømmen for den påførte spenningen vil være i driftsområdet. Tilsvarende, hvis den påførte spenningen til en LED er høy enn driftsspenningen, vil uttømmingsområdet i den lysemitterende dioden brytes ned på grunn av den høye strømmen. Denne uventede høye strømmen vil skade enheten.

Dette kan unngås ved å koble en motstand i serie med spenningskilden og en LED. Sikre spenningsgrader for lysdioder vil være i området fra 1V til 3 V, mens klassifiseringene for sikker strøm varierer fra 200 mA til 100 mA.

Her er motstanden som er anordnet mellom spenningskilden og LED kjent som strømbegrensende motstand fordi denne motstanden begrenser strømmen av strøm, ellers kan LED ødelegge den. Så denne motstanden spiller en nøkkelrolle for å beskytte lysdioden.

Matematisk kan strømmen av strøm gjennom LED-en skrives som

IF = Vs - VD / Rs

Hvor,

‘IF’ er fremstrøm

‘Vs’ er en spenningskilde

‘VD’ er spenningsfallet over lysdioden

'Rs' er en strømbegrensende motstand

Mengden spenning falt for å beseire barrieren i uttømmingsregionen. LED-spenningsfallet vil variere fra 2V til 3V mens Si- eller Ge-dioden er 0,3 ellers 0,7 V.

Dermed kan LED-en drives med høy spenning sammenlignet med Si- eller Ge-dioder.
Lysdioder bruker mer energi enn silisium- eller germaniumdioder for å fungere.

Typer lysdioder

Det er forskjellige typer lysdioder til stede, og noen av dem er nevnt nedenfor.

• Galliumarsenid (GaAs) - infrarød
• Galliumarsenidfosfid (GaAsP) - rød til infrarød, oransje
• Aluminium Galliumarsenidfosfid (AlGaAsP) - rød, oransje-rød, oransje og gul med høy lysstyrke
• Galliumfosfid (GaP) - rød, gul og grønn
• Aluminium galliumfosfid (AlGaP) - grønn
• Galliumnitrid (GaN) - grønn, smaragdgrønn
• Gallium Indium Nitride (GaInN) - nesten ultrafiolett, blågrønn og blå
• Silisiumkarbid (SiC) - blått som underlag
• Sinkselenid (ZnSe) - blå
• Aluminium Gallium Nitrid (AlGaN) - ultrafiolett

Arbeidsprinsipp for LED

Arbeidsprinsippet til den lysemitterende dioden er basert på kvanteteorien. Kvanteteorien sier at når elektronet kommer ned fra høyere energinivå til lavere energinivå da, avgir energien fra fotonet. Fotonenergien er lik energigapet mellom disse to energinivåene. Hvis PN-kryssdioden er foroverspent, strømmer strømmen gjennom dioden.

Arbeidsprinsipp for LED

Strømmen i halvledere er forårsaket av strømmen av hull i motsatt retning av strømmen og strømmen av elektroner i retning av strømmen. Derfor vil det være rekombinasjon på grunn av strømmen av disse ladningsbærerne.

Rekombinasjonen indikerer at elektronene i ledningsbåndet hopper ned til valensbåndet. Når elektronene hopper fra et bånd til et annet bånd, vil elektronene avgi den elektromagnetiske energien i form av fotoner, og fotonenergien er lik det forbudte energigapet.

La oss for eksempel se på kvanteteorien, energien til fotonet er produktet av både Planck-konstanten og frekvensen til elektromagnetisk stråling. Den matematiske ligningen er vist

Eq = hf

Hvor han er kjent som en Planck-konstant, og hastigheten på elektromagnetisk stråling er lik lysets hastighet, dvs. Frekvensstrålingen er relatert til lysets hastighet som en f = c / λ. λ er betegnet som en bølgelengde for elektromagnetisk stråling, og ligningen ovenfor blir som en

Eq = han / λ

Fra ovenstående ligning kan vi si at bølgelengden til elektromagnetisk stråling er omvendt proporsjonal med det forbudte gapet. Generelt er silisium, germanium halvledere, dette forbudte energigapet mellom tilstanden og valensbåndene er slik at den totale strålingen av den elektromagnetiske bølgen under rekombinasjon er i form av infrarød stråling. Vi kan ikke se bølgelengden til infrarød fordi de er utenfor vårt synlige område.

Den infrarøde strålingen sies å være som varme fordi silisium og germanium halvledere ikke er direkte gap halvledere, heller disse er indirekte gap halvledere. Men i halvledere med direkte gap, opptrer ikke det maksimale energinivået til valensbåndet og det minimale energinivået til ledningsbåndet i samme øyeblikk av elektroner. Derfor vil migrering av elektroner fra ledningsbåndet til valensbåndet, under rekombinasjonen av elektroner og hull, endres.

Hvite lysdioder

Produksjonen av lysdioder kan gjøres gjennom to teknikker. I den første teknikken slås LED-chips som rød, grønn og blå sammen i en lignende pakke for å generere hvitt lys, mens i den andre teknikken brukes fosforesens. Fluorescens i fosfor kan oppsummeres i epoksyen som omgir, og deretter vil LED-en aktiveres gjennom kortbølgelengdenergien ved hjelp av InGaN LED-enheten.

De forskjellige fargelysene som blå, grønne og røde lys kombineres i foranderlige mengder for å gi en annen fargefølelse som er kjent som primære additivfarger. Disse tre lysintensitetene tilsettes likt for å generere det hvite lyset.

Men for å oppnå denne kombinasjonen gjennom en kombinasjon av grønne, blå og røde lysdioder som trenger en komplisert elektrooptisk design for å kontrollere kombinasjonen og diffusjonen av forskjellige farger. Videre kan denne tilnærmingen være komplisert på grunn av endringene innen LED-farge.

Produktlinjen med hvit LED avhenger hovedsakelig av en enkelt LED-brikke ved bruk av fosforbelegg. Dette belegget genererer hvitt lys når det er truffet gjennom ultrafiolette ellers blå fotoner. Det samme prinsippet brukes også på lysrør. Utslipp av ultrafiolett fra en elektrisk utladning i røret vil føre til at fosfor blinker hvitt.

Selv om denne prosessen med LED kan generere forskjellige fargetoner, kan forskjeller kontrolleres ved screening. Hvite LED-baserte enheter blir skjermet ved hjelp av fire nøyaktige kromaticitetskoordinater som ligger ved siden av sentrum av CIE-diagrammet.

CIE-diagrammet beskriver alle oppnåelige fargekoordinater innenfor hesteskokurven. Rene farger ligger over buen, men den hvite spissen er i midten. Den hvite LED-utgangsfargen kan vises gjennom fire punkter som er representert i midten av grafen. Selv om de fire grafkoordinatene er nær ren hvit, er disse lysdiodene vanligvis ikke effektive som en vanlig lyskilde for å lyse opp fargede linser.

Disse lysdiodene er hovedsakelig nyttige for hvite ellers klare linser, bakgrunnsbelysning ugjennomsiktig. Når denne teknologien fortsetter å utvikle seg, vil hvite lysdioder sikkert få rykte som en lyskilde og indikasjon.

Lyseffekt

Lysdiodenes lyseffekt kan defineres som den produserte lysstrømmen i lm for hver enhet, og elektrisk kraft kan brukes innen W. Den nominelle interne effektivitetsrekkefølgen for blåfarget LED er 75 lm / W gule lysdioder har 500 lm / W og rød Lysdioder har 155 lm / W. På grunn av intern gjenabsorpsjon kan tapene tas i betraktning rekkefølgen av lyseffekten varierer fra 20 til 25 lm / W for grønne og gule lysdioder. Denne effektivitetsdefinisjonen er også kjent som ekstern effekt og er analog med effektivitetsdefinisjonen som vanligvis brukes for andre typer lyskilder som flerfarget LED.

Flerfarget lysdiode

En lysdiode som produserer en farge når de kobles sammen i fremoverskjevhet og produserer en farge når de kobles til i omvendt skjevhet, er kjent som flerfarget LED.

Egentlig inneholder disse lysdiodene to PN-kryss, og tilkoblingen av dette kan gjøres parallelt med anoden til en som er koblet til katoden til en annen.

Flerfarget lysdioder er normalt røde når de er forutinntatt i en retning og grønne når de er forutinntatt i en annen retning. Hvis denne lysdioden slås veldig raskt på mellom to polariteter, vil denne lysdioden generere en tredje farge. En grønn eller rød LED vil generere et gult fargelampe når det raskt skiftes bakover og fremover mellom forstyrrende polariteter.

Hva er forskjellen mellom en diode og en LED?

Hovedforskjellen mellom en diode og en LED inkluderer følgende.

IV-egenskaper ved LED

Det er forskjellige typer lysdioder som er tilgjengelige i markedet, og det er forskjellige LED-egenskaper som inkluderer fargelys, eller bølgelengdestråling, lysintensitet. Den viktige egenskapen til LED er farge. I begynnelsen av bruk av LED er det den eneste røde fargen. Etter hvert som bruken av LED økes ved hjelp av halvlederprosessen og forskning på de nye metallene for LED, ble de forskjellige fargene dannet.

IV-egenskaper ved LED

Grafen nedenfor viser de omtrentlige kurvene mellom fremoverspenningen og strømmen. Hver kurve i grafen indikerer en annen farge. Tabellen viser et sammendrag av LED-egenskapene.

Kjennetegn ved LED

Hva er de to typene LED-konfigurasjoner?

Standardkonfigurasjonene av LED er to like emittere så vel som COB-er

Emitteren er en enkelt dyse som er montert mot et kretskort, deretter til en kjøleribbe. Dette kretskortet gir elektrisk kraft mot emitteren, samtidig som det trekker bort varme.

For å hjelpe til med å redusere kostnadene samt forbedre lysens ensartethet, bestemte etterforskerne at LED-substratet kan løsnes og den enkle dysen kan monteres åpent på kretskortet. Så dette designet kalles COB (chip-on-board array).

Fordeler og ulemper ved LED-er

De fordelene med lysdiode Inkluder følgende.

• Kostnadene for LED-er er mindre, og de er små.
• Ved å bruke LED-en styres strøm.
• Lysstyrken på LED-en skiller seg ut ved hjelp av mikrokontrolleren.
• Lang levetid
• Energieffektiv
• Ingen oppvarmingsperiode
• Robust
• Påvirker ikke av kalde temperaturer
• Retningsbestemt
• Fargegjengivelse er utmerket
• Miljøvennlig
• Kontrollerbar

De ulemper med lysdiode Inkluder følgende.

• Pris
• Temperaturfølsomhet
• Temperaturavhengighet
• Lys kvalitet
• Elektrisk polaritet
• Spenningsfølsomhet
• Effektivitetsfall
• Påvirkning på insekter

Anvendelser av lysdiode

Det er mange applikasjoner av LED, og ​​noen av dem er forklart nedenfor.

• LED brukes som en pære i hjemmene og næringene
• De lysdioder som brukes i motorsykler og biler
• Disse brukes i mobiltelefoner for å vise meldingen
• Ved trafikklyssignalene brukes led

Dermed diskuteres denne artikkelen en oversikt over den lysemitterende dioden kretsarbeidsprinsipp og anvendelse. Jeg håper ved å lese denne artikkelen har du fått litt grunnleggende og fungerende informasjon om den lysemitterende dioden. Hvis du har spørsmål om denne artikkelen eller om det siste året elektriske prosjekt, er du velkommen til å kommentere i delen nedenfor. Her er et spørsmål til deg, Hva er LED og hvordan fungerer det?