Какво е светодиод: Работа и неговите приложения

Светоизлъчващият диод е двупроводен полупроводников източник на светлина. През 1962 г. Ник Холоняк излиза с идеята за светодиод и работи в общата електрическа компания. Светодиодът е специален тип диод и те имат подобни електрически характеристики като диод с PN съединение. Следователно светодиодът позволява потока на тока в посока напред и блокира тока в обратна посока. Светодиодът заема малка площ, която е по-малка от 1 мм^две . Приложенията на светодиодите използва се за изработване на различни електрически и електронни проекти. В тази статия ще обсъдим принципа на работа на светодиода и неговите приложения.

Какво е светодиод?

Осветителният диод е a p-n съединителен диод . Това е специално легиран диод и съставен от специален тип полупроводници. Когато светлината излъчва в пристрастието напред, тя се нарича светодиод.

Светодиод

LED символ

Светодиодният символ е подобен на диоден символ, с изключение на две малки стрелки, които определят излъчването на светлина, поради което той се нарича LED (светодиод). Светодиодът включва два терминала, а именно анод (+) и катод (-). Светодиодният символ е показан по-долу.

LED символ

Изграждане на LED

Конструкцията на LED е много проста, тъй като е проектирана чрез отлагане на три слоя полупроводникови материали върху субстрат. Тези три слоя са подредени един по един, където горната област е P-тип област, средната област е активна и накрая, долната област е N-тип. В конструкцията могат да се наблюдават трите области на полупроводниковия материал. В конструкцията регионът от тип P включва дупките, а регионът от тип N включва избори, докато активният регион включва както дупки, така и електрони.

Когато напрежението не е приложено към светодиода, тогава няма поток от електрони и дупки, така че те да са стабилни. След като напрежението бъде приложено, светодиодът ще се пристрасти напред, така че електроните в N-областта и дупките от P-региона ще се преместят в активната област. Този регион е известен още като район на изчерпване. Тъй като носителите на заряд като дупки включват положителен заряд, докато електроните имат отрицателен заряд, така че светлината може да се генерира чрез рекомбинацията на полярните заряди.

Как работи светодиодът?

Светоизлъчващият диод просто го познаваме като диод. Когато диодът е пристрастен напред, тогава електроните и дупките се движат бързо през кръстовището и те се комбинират постоянно, като се отстраняват един друг. Скоро след като електроните се преместят от n-тип в p-тип силиций, той се комбинира с дупките, след което изчезва. Следователно той прави пълния атом и по-стабилен и дава малкия прилив на енергия под формата на малък пакет или фотон светлина.

Работа на светодиод

Горната диаграма показва как работи светодиодът и стъпка по стъпка процеса на диаграмата.

• От горната диаграма можем да забележим, че силицийът от тип N е в червен цвят, включително електроните, които са обозначени с черните кръгове.
• P-тип силиций е в син цвят и съдържа дупки, те са обозначени с белите кръгове.
• Захранването през p-n кръстовището прави диода пристрастен и изтласква електроните от n-тип към p-тип. Избутване на отворите в обратна посока.
• Електронът и дупките в кръстовището са комбинирани.
• Фотоните се отделят при рекомбинацията на електроните и дупките.

История на светодиода

Светодиодите са изобретени през 1927 г., но не и ново изобретение. Кратък преглед на историята на светодиодите е разгледан по-долу.

• През 1927 г. Олег Лосев (руски изобретател) създава първия светодиод и публикува теория за своите изследвания.
• През 1952 г. проф. Курт Леховец е тествал теориите на теориите за губещите и е обяснил за първите светодиоди
• През 1958 г. първият зелен светодиод е изобретен от Rubin Braunstein & Egon Loebner
• През 1962 г. от Ник Холоняк е разработен червен светодиод. И така, първият светодиод е създаден.
• През 1964 г. IBM за първи път на компютър внедрява светодиоди на платка.
• През 1968 г. HP (Hewlett Packard) започва да използва светодиоди в калкулатори.
• През 1971 г. на Jacques Pankove & Edward Miller е изобретен син светодиод
• През 1972 г. М. Джордж Крауфорд (електроинженер) е изобретил жълтия светодиод.
• През 1986 г. Уолдън К. Райнс и Хърбърт Маруска от Университета в Стафорд изобретяват светодиод в син цвят с магнезий, включително бъдещи стандарти.
• През 1993 г. Hiroshi Amano & Physicists Isamu Akaski разработиха галиев нитрид с висококачествени сини цветни светодиоди.
• Електроинженер като Шуджи Накамура е разработил първия син светодиод с висока яркост чрез разработките на Amanos & Akaski, което бързо води до разширяване на белите цветни светодиоди.
  През 2002 г. се използват бели цветни светодиоди за жилищни цели, които зареждат около 80 до 100 паунда за всяка крушка.
• През 2008 г. LED светлините станаха много популярни в офиси, болници и училища.
• През 2019 г. светодиодите се превърнаха в основните източници на светлина
• Развитието на светодиодите е невероятно, тъй като варира от малка индикация до осветление на офиси, домове, училища, болници и т.н.

Светодиодна верига за отклонение

Повечето светодиоди имат номинални стойности на напрежението от 1 волта до 3 волта, докато номиналните номинални стойности варират от 200 mA до 100 mA.

LED пристрастия

Ако напрежението (1V до 3V) е приложено към светодиода, тогава той функционира правилно поради потока на тока за приложеното напрежение ще бъде в работния диапазон. По същия начин, ако приложеното напрежение към светодиода е високо от работното напрежение, тогава зоната на изчерпване в светодиода ще се разпадне поради високия поток на тока. Този неочакван висок поток на ток ще повреди устройството.

Това може да се избегне чрез последователно свързване на резистор с източника на напрежение и светодиод. Класовете за безопасно напрежение на светодиодите ще бъдат в диапазона от 1V до 3 V, докато номиналните стойности за безопасен ток варират от 200 mA до 100 mA.

Тук резисторът, който е разположен между източника на напрежение и светодиода, е известен като резистор за ограничаване на тока, тъй като този резистор ограничава потока на тока, в противен случай светодиодът може да го унищожи. Така че този резистор играе ключова роля в защитата на светодиода.

Математически потокът на ток през светодиода може да бъде записан като

IF = Vs - VD / Rs

Където,

„IF“ е ток напред

‘Vs’ е източник на напрежение

‘VD’ е спадът на напрежението в светодиода

„Rs“ е резистор, ограничаващ тока

Количеството напрежение е спаднало, за да победи бариерата в областта на изчерпване. LED спадът на напрежението ще варира от 2V до 3V, докато Si или Ge диодът е 0,3, иначе 0,7 V.

По този начин светодиодът може да работи с използване на високо напрежение в сравнение със Si или Ge диоди.
Светоизлъчващите диоди консумират повече енергия от силициевите или германиевите диоди, за да работят.

Видове светодиоди

Има различни видове светодиоди присъства и някои от тях са споменати по-долу.

• Галиев арсенид (GaAs) - инфрачервен
• Фосфид на галиев арсенид (GaAsP) - червен до инфрачервен, оранжев
• Алуминиев галиев арсенид фосфид (AlGaAsP) - червена, оранжево-червена, оранжева и жълта с висока яркост
• Галиев фосфид (GaP) - червен, жълт и зелен
• Алуминиев галиев фосфид (AlGaP) - зелен
• Галиев нитрид (GaN) - зелен, изумрудено зелен
• Галиев индий нитрид (GaInN) - почти ултравиолетов, синкаво-зелен и син
• Силициев карбид (SiC) - син като субстрат
• Цинков селенид (ZnSe) - син
• Алуминиев галиев нитрид (AlGaN) - ултравиолетов

Принцип на работа на LED

Принципът на работа на Светоизлъчващия диод се основава на квантовата теория. Квантовата теория казва, че когато електронът слезе от по-високото енергийно ниво към по-ниското енергийно ниво, тогава енергията излъчва от фотона. Енергията на фотоните е равна на енергийната разлика между тези две енергийни нива. Ако диодът с PN-връзка е в пристрастие напред, токът преминава през диода.

Принцип на работа на LED

Потокът на ток в полупроводниците се причинява от потока на дупки в обратна посока на тока и от потока на електрони в посоката на тока. Следователно ще има рекомбинация поради потока на тези носители на заряд.

Рекомбинацията показва, че електроните в проводимата лента скачат надолу към валентната лента. Когато електроните прескачат от една лента в друга лента, електроните ще излъчват електромагнитната енергия под формата на фотони и фотонната енергия е равна на забранената енергийна празнина.

Например, нека разгледаме квантовата теория, енергията на фотона е продукт както на константата на Планк, така и на честотата на електромагнитното излъчване. Показано е математическото уравнение

Eq = hf

Където е известен като константа на Планк, а скоростта на електромагнитното излъчване е равна на скоростта на светлината, т.е. c. Честотното излъчване е свързано със скоростта на светлината като f = c / λ. λ се обозначава като дължина на вълната на електромагнитното излъчване и горното уравнение ще стане като

Eq = той / λ

От горното уравнение можем да кажем, че дължината на вълната на електромагнитното излъчване е обратно пропорционална на забранената междина. По принцип силициевите, германиевите полупроводници тази забранена енергийна разлика е между състоянието и валентните ленти са такива, че общото излъчване на електромагнитната вълна по време на рекомбинация е под формата на инфрачервено лъчение. Не можем да видим дължината на вълната на инфрачервената светлина, защото те са извън нашия видим обхват.

Казва се, че инфрачервеното лъчение е толкова топлина, тъй като силициевите и германиевите полупроводници не са полупроводници с директна междина, а по-скоро полупроводници с непряка междина. Но в полупроводниците с директна междина максималното енергийно ниво на валентната лента и минималното енергийно ниво на проводимата лента не се появяват в същия момент на електроните. Следователно, по време на рекомбинацията на електроните и дупките са миграция на електрони от проводимата зона към валентната лента импулсът на електронната лента ще бъде променен.

Бели светодиоди

Производството на светодиоди може да се извърши чрез две техники. При първата техника светодиодните чипове като червено, зелено и синьо се обединяват в подобен пакет, за да генерират бяла светлина, докато при втората техника се използва фосфоресценция. Флуоресценцията във фосфора може да бъде обобщена в епоксидната среда, след което светодиодът ще се активира чрез енергията с къса дължина на вълната, използвайки светодиодното устройство InGaN.

Различните цветни светлини като сини, зелени и червени светлини се комбинират в променливи количества, за да създадат различно цветово усещане, което е известно като основни добавъчни цветове. Тези три интензитета на светлината се добавят еднакво, за да генерират бяла светлина.

Но за да се постигне тази комбинация чрез комбинация от зелени, сини и червени светодиоди, които се нуждаят от сложен електро-оптичен дизайн за управление на комбинацията и дифузията на различни цветове. Освен това този подход може да бъде сложен поради промените в цвета на LED.

Продуктовата линия от бели светодиоди зависи главно от един светодиоден чип, използващ фосфорно покритие. Това покритие генерира бяла светлина, попаднала веднъж през ултравиолетовите иначе сини фотони. Същият принцип се прилага и при флуоресцентните крушки, излъчването на ултравиолет от електрически разряд в тръбата ще доведе до мигане на бял фосфор.

Въпреки че този процес на LED може да генерира различни нюанси, разликите могат да бъдат контролирани чрез скрининг. Устройствата, базирани на бели светодиоди, се екранират чрез използване на четири точни координати на цветността, които са в непосредствена близост до центъра на диаграмата CIE.

Диаграмата CIE описва всички постижими цветни координати в рамките на подковообразната крива. Чисти цветове лежат върху дъгата, но белият връх е в центъра. Изходният бял светодиоден цвят може да бъде представен чрез четири точки, които са представени в средата на графиката. Въпреки че четирите графични координати са близо до чисто бяло, тези светодиоди обикновено не са ефективни като обикновен източник на светлина за осветяване на цветни лещи.

Тези светодиоди са полезни главно за бели иначе прозрачни лещи, непрозрачно подсветка. Когато тази технология продължава да напредва, белите светодиоди със сигурност ще спечелят репутация като източник на осветление и индикация.

Светлинна ефикасност

Светлинната ефективност на светодиодите може да бъде дефинирана като произведения светлинен поток в lm за всеки блок и електрическата мощност може да се използва в рамките на W. Номиналната вътрешна ефективност на синия цветен светодиод е 75 lm / W кехлибарените светодиоди имат 500 lm / W и червено Светодиодите имат 155 lm / W. Поради вътрешното повторно поглъщане, загубите могат да бъдат взети под внимание, редът на светлинната ефективност варира от 20 до 25 lm / W за зелени и кехлибарени светодиоди. Тази дефиниция за ефикасност е известна също като външна ефикасност и е аналогична на дефиницията за ефикасност, която обикновено се използва за други видове светлинни източници като многоцветен светодиод.

Многоцветен светодиод

Светоизлъчващ диод, който произвежда един цвят, след като се свържат в преден отклонение и произвежда цвят, след като се свържат в обратен отклонение, е известен като многоцветен светодиод.

Всъщност тези светодиоди включват две PN-връзки и свързването на това може да се извърши паралелно с анода на един, който е свързан с катода на друг.

Многоцветните светодиоди обикновено са червени, след като са отклонени в една посока, и зелени, след като са отклонени в друга посока. Ако този светодиод се включи много бързо между две полярности, тогава този светодиод ще генерира трети цвят. Зелен или червен светодиод ще генерира жълта цветна светлина след бързо превключване назад и напред сред отклоняващите се полярности.

Каква е разликата между диод и светодиод?

Основната разлика между диод и светодиод включва следното.

I-V характеристики на LED

На пазара се предлагат различни видове диоди, излъчващи светлина, и има различни LED характеристики, които включват цветната светлина или интензивността на светлината с дължина на вълната. Важната характеристика на светодиода е цветът. При първоначалното използване на LED има единственият червен цвят. Тъй като използването на LED се увеличава с помощта на полупроводниковия процес и изследването на новите метали за LED, се образуват различните цветове.

I-V характеристики на LED

Следващата графика показва приблизителните криви между напрежението напред и тока. Всяка крива в графиката показва различен цвят. Таблицата показва обобщение на характеристиките на светодиодите.

Характеристики на LED

Какви са двата типа LED конфигурации?

Стандартните конфигурации на LED са два като излъчватели, както и COB

Излъчвателят е единична матрица, която е монтирана към платка, а след това към радиатор. Тази платка дава електрическа мощност към излъчвателя, като същевременно отнема топлината.

За да помогнат за намаляване на разходите, както и за подобряване на еднородността на светлината, изследователите установиха, че LED подложката може да се отдели и единичната матрица може да бъде монтирана открито към платката. Така че този дизайн се нарича COB (масив с чип на борда).

Предимства и недостатъци на светодиодите

The предимства на светодиода включват следното.

• Цената на светодиодите е по-малка и те са малки.
• Чрез използването на светодиода се контролира електричеството.
• Интензитетът на светодиода се различава с помощта на микроконтролера.
• Дълъг живот
• Енергийна ефективност
• Няма период на загряване
• Здрав
• Не влияе от ниски температури
• Посока
• Цветното изобразяване е отлично
• Природосъобразен
• Контролируема

The недостатъци на светодиода включват следното.

• Цена
• Температурна чувствителност
• Температурна зависимост
• Качество на светлината
• Електрическа полярност
• Чувствителност на напрежението
• Падане на ефективността
• Въздействие върху насекомите

Приложения на светодиод

Има много приложения на LED и някои от тях са обяснени по-долу.

• LED се използва като крушка в домовете и промишлеността
• Светодиодите се използват в мотоциклети и автомобили
• Те се използват в мобилните телефони за показване на съобщението
• На светофара се използват светодиоди

По този начин тази статия разглежда преглед на светодиода принцип на работа на веригата и приложение. Надявам се, четейки тази статия, сте получили някаква основна и работна информация за светодиода. Ако имате някакви въпроси относно тази статия или относно електрическия проект за последната година, моля не се колебайте да коментирате в раздела по-долу. Ето въпрос към вас, Какво е LED и как работи?