Hvad er lysemitterende diode: arbejde og dets applikationer

Hvad er lysemitterende diode: arbejde og dets applikationer

Den lysemitterende diode er en to-leder halvlederlyskilde. I 1962 er Nick Holonyak kommet med ideen om en lysdiode, og han arbejdede for det generelle elektriske firma. LED'en er en særlig type diode, og de har lignende elektriske egenskaber som en PN-forbindelsesdiode. Derfor tillader LED lysstrømmen i fremadgående retning og blokerer strømmen i omvendt retning. LED'en optager et lille område, der er mindre end 1 mmto . Anvendelserne af lysdioder bruges til at lave forskellige elektriske og elektroniske projekter. I denne artikel vil vi diskutere LED'ets funktionsprincip og dets applikationer.



Hvad er en lysemitterende diode?

Den lysdiode, der udsender, er en p-n-forbindelsesdiode . Det er en specielt doteret diode og består af en særlig type halvledere. Når lyset udsendes i den forspændte fremadgående retning, kaldes det en lysdiode.


Lysdiode

Lysdiode



LED-symbol

LED-symbolet ligner et diodesymbol bortset fra to små pile, der angiver udsendelse af lys, og det kaldes derfor LED (lysdiode). LED'en inkluderer to terminaler, nemlig anode (+) og katoden (-). LED-symbolet vises nedenfor.



LED-symbol

LED-symbol

Konstruktion af LED

Konstruktionen af ​​LED er meget enkel, fordi den er designet gennem aflejring af tre halvledermaterialelag over et substrat. Disse tre lag er arrangeret et efter et, hvor den øverste region er en P-type region, den midterste region er aktiv, og endelig er den nederste region N-type. De tre områder af halvledermateriale kan observeres i konstruktionen. I konstruktionen inkluderer P-type regionen de huller, N-typen regionen inkluderer valg, mens den aktive region inkluderer både huller og elektroner.

Når spændingen ikke tilføres LED, er der ingen strøm af elektroner og huller, så de er stabile. Når spændingen er påtrykt, vil LED'en være forudindtaget, så elektronerne i N-regionen og huller fra P-regionen bevæger sig til den aktive region. Denne region er også kendt som udtømningsregionen. Fordi ladebærere som huller inkluderer en positiv ladning, mens elektroner har en negativ ladning, så lyset kan genereres gennem rekombination af polaritetsladninger.


Hvordan fungerer den lysemitterende diode?

Den lysemitterende diode ganske enkelt, vi kender som en diode. Når dioden er forspændt fremad, bevæger elektronerne og hullerne sig hurtigt over krydset, og de kombineres konstant og fjerner hinanden. Kort efter elektronerne bevæger sig fra n-typen til p-typen silicium, kombineres det med hullerne, så forsvinder det. Derfor gør det hele atomet og mere stabilt, og det giver den lille udbrud af energi i form af en lille pakke eller lysfoton.

Arbejde med lysemitterende diode

Arbejde med lysemitterende diode

Ovenstående diagram viser, hvordan den lysemitterende diode fungerer, og trin-for-trin-processen i diagrammet.

  • Fra ovenstående diagram kan vi se, at N-type silicium er i rød farve inklusive elektroner, der er angivet med de sorte cirkler.
  • P-type silicium er i den blå farve og det indeholder huller, de er angivet med de hvide cirkler.
  • Strømforsyningen over p-n-krydset gør dioden fremadspændt og skubber elektronerne fra n-typen til p-typen. Skub hullerne i den modsatte retning.
  • Elektron og huller i krydset kombineres.
  • Fotonerne afgives, når elektronerne og hullerne rekombineres.

Historie om lysemitterende diode

LED'er blev opfundet i år 1927, men ikke en ny opfindelse. En kort gennemgang af LED-historie diskuteres nedenfor.

  • I året 1927 blev Oleg Losev (russisk opfinder) oprettet den første LED og offentliggjorde nogle teorier om hans forskning.
  • I år 1952 har Prof. Kurt Lechovec testet teorierne om tabere teorier og forklaret om de første lysdioder
  • I år 1958 blev den første grønne LED opfundet af Rubin Braunstein & Egon Loebner
  • I år 1962 blev en rød LED udviklet af Nick Holonyak. Så den første LED oprettes.
  • I år 1964 implementerede IBM for første gang LED'er på et printkort på en computer.
  • I året 1968 begyndte HP (Hewlett Packard) at bruge lysdioder i lommeregnere.
  • I året 1971 blev Jacques Pankove og Edward Miller opfundet en blå LED
  • I år 1972 blev M. George Crawford (elektroingeniør) opfundet den gule farve-LED.
  • I år 1986 opfandt Walden C. Rhines & Herbert Maruska fra University of Stafford en blå farve-LED med magnesium inklusive fremtidige standarder.
  • I året 1993 har Hiroshi Amano & fysikere Isamu Akaski udviklet en galliumnitrid med høj kvalitet blå farve-lysdioder.
  • En elektroingeniør som Shuji Nakamura blev udviklet den første blå LED med høj lysstyrke gennem Amanos & Akaski-udvikling, hvilket hurtigt fører til udvidelse af hvide farve-LED'er.
    I år 2002 blev hvide farve-LED'er brugt til boligformål, som oplader omkring £ 80 til £ 100 for hver pære.
  • I året 2008 er LED-lys blevet meget populære på kontorer, hospitaler og skoler.
  • I år 2019 er LED'erne blevet de vigtigste lyskilder
  • LED-udviklingen er utrolig, da den varierer fra lille indikation til at tænde kontorer, hjem, skoler, hospitaler osv.

Lysemitterende diodekreds til forspænding

De fleste af lysdioderne har spændingsvurderinger fra 1 volt-3 volt, mens fremadgående strømvurderinger ligger fra 200 mA-100 mA.

LED-forspænding

LED-forspænding

Hvis spændingen (1V til 3V) tilføres lysdioden, fungerer den korrekt på grund af strømmen for den anvendte spænding vil være inden for driftsområdet. Tilsvarende, hvis den tilførte spænding til en LED er høj end driftsspændingen, vil nedbrydningsområdet inden i den lysemitterende diode bryde ned på grund af den høje strøm. Denne uventede høje strøm af strøm vil beskadige enheden.

Dette kan undgås ved at forbinde en modstand i serie med spændingskilden og en LED. Lysdiodernes sikre spændingsklasser ligger i området fra 1V til 3 V, mens klassificeringerne for sikker strøm varierer fra 200 mA til 100 mA.

Her er modstanden, der er anbragt mellem spændingskilden og LED, kendt som den strømbegrænsende modstand, fordi denne modstand begrænser strømmen af ​​strøm, ellers kan LED'en ødelægge den. Så denne modstand spiller en nøglerolle i beskyttelsen af ​​LED.

Matematisk kan strømmen af ​​strøm gennem LED'en skrives som

IF = Vs - VD / Rs

Hvor,

'HVIS' er fremadgående strøm

'Vs' er en spændingskilde

'VD' er spændingsfaldet over den lysemitterende diode

'Rs' er en strømbegrænsende modstand

Mængden af ​​spænding faldt for at besejre barrieren i udtømningsområdet. LED-spændingsfaldet vil variere fra 2V til 3V, mens Si- eller Ge-dioden er 0,3 ellers 0,7 V.

Således kan LED'en betjenes ved hjælp af højspænding sammenlignet med Si- eller Ge-dioder.
Lysdioder forbruger mere energi end silicium- eller germaniumdioder til at fungere.

Typer af lysemitterende dioder

Der er forskellige typer lysdioder til stede, og nogle af dem er nævnt nedenfor.

  • Galliumarsenid (GaAs) - infrarød
  • Galliumarsenidphosphid (GaAsP) - rød til infrarød, orange
  • Aluminium Galliumarsenidphosphid (AlGaAsP) - rød, orange-rød, orange og gul med høj lysstyrke
  • Galliumphosphid (GaP) - rød, gul og grøn
  • Aluminium Galliumphosphide (AlGaP) - grøn
  • Galliumnitrid (GaN) - grøn, smaragdgrøn
  • Galliumindiumnitrid (GaInN) - næsten ultraviolet, blågrøn og blå
  • Siliciumcarbid (SiC) - blå som substrat
  • Zinkselenid (ZnSe) - blå
  • Aluminium Galliumnitrid (AlGaN) - ultraviolet

Arbejdsprincip for LED

Arbejdsprincippet for den lysemitterende diode er baseret på kvanteteorien. Kvanteteorien siger, at når elektronen kommer ned fra det højere energiniveau til det lavere energiniveau, udsender energien fra fotonet. Fotonenergien er lig med energigabet mellem disse to energiniveauer. Hvis PN-forbindelsesdioden er i forspændt fremad, strømmer strømmen gennem dioden.

Arbejdsprincip for LED

Arbejdsprincip for LED

Strømmen i halvledere skyldes strømmen af ​​huller i den modsatte retning af strømmen og strømmen af ​​elektroner i retning af strømmen. Derfor vil der være rekombination på grund af strømmen af ​​disse ladningsbærere.

Rekombinationen indikerer, at elektronerne i ledningsbåndet hopper ned til valensbåndet. Når elektronerne hopper fra et bånd til et andet bånd, udsender elektronerne den elektromagnetiske energi i form af fotoner, og fotonergien er lig med det forbudte energigap.

Lad os for eksempel overveje kvanteteorien, fotonens energi er produktet af både Planck-konstanten og frekvensen af ​​elektromagnetisk stråling. Den matematiske ligning er vist

Eq = hf

Hvor hans kendt som en Planck-konstant, og hastigheden af ​​elektromagnetisk stråling er lig med lysets hastighed, dvs. Frekvensstrålingen er relateret til lysets hastighed som f = c / λ. λ betegnes som en bølgelængde af elektromagnetisk stråling, og ovenstående ligning bliver som a

Eq = han / λ

Fra ovenstående ligning kan vi sige, at bølgelængden af ​​elektromagnetisk stråling er omvendt proportional med det forbudte hul. Generelt silicium, germanium halvledere dette forbudte energigab er mellem tilstanden og valensbånd er således, at den samlede stråling af elektromagnetiske bølger under rekombination er i form af infrarød stråling. Vi kan ikke se infrarøds bølgelængde, fordi de er uden for vores synlige rækkevidde.

Den infrarøde stråling siges at være som varme, fordi silicium og germanium halvledere ikke er direkte mellemrum halvledere, snarere disse er indirekte mellemrum halvledere. Men i halvledere med direkte mellemrum forekommer det maksimale energiniveau for valensbåndet og det minimale energiniveau for ledningsbåndet ikke i det samme øjeblik af elektroner. Derfor genvandres elektroner fra ledningsbåndet til valensbåndet under rekombinationen af ​​elektroner og huller, og elektronbåndets momentum ændres.

Hvide lysdioder

Fremstillingen af ​​lysdioder kan ske ved hjælp af to teknikker. I den første teknik flettes LED-chips som rød, grøn og blå i en lignende pakke for at generere hvidt lys, mens der i den anden teknik anvendes phosphorescens. Fluorescens i fosforet kan opsummeres inden for den epoxy, der omgiver, så vil LED'en blive aktiveret gennem den korte bølgelængdenergi ved hjælp af InGaN LED-enheden.

De forskellige farvelys som blåt, grønt og rødt lys kombineres i skiftelige mængder for at producere en anden farvesensation, der er kendt som primære additivfarver. Disse tre lysintensiteter tilføjes ens for at generere det hvide lys.

Men for at opnå denne kombination gennem en kombination af grønne, blå og røde lysdioder, der har brug for et kompliceret elektro-optisk design til styring af kombinationen og diffusionen af ​​forskellige farver. Desuden kan denne tilgang være kompliceret på grund af ændringer inden for LED-farve.

Produktserien med hvid LED afhænger hovedsageligt af en enkelt LED-chip ved hjælp af en fosforcoating. Denne belægning genererer hvidt lys, når det først er ramt gennem ultraviolette ellers blå fotoner. Det samme princip anvendes også på lysstofrør, udsendelsen af ​​ultraviolet fra en elektrisk afladning i røret får fosfor til at blinke hvidt.

Selvom denne proces med LED kan generere forskellige nuancer, kan forskelle styres ved screening. Hvide LED-baserede enheder screenes ved hjælp af fire nøjagtige kromaticitetskoordinater, der støder op til midten af ​​CIE-diagrammet.

CIE-diagrammet beskriver alle opnåelige farvekoordinater inden for hesteskokurven. Rene farver ligger over buen, men den hvide spids er inden for midten. Den hvide LED-outputfarve kan repræsenteres gennem fire punkter, der er repræsenteret i midten af ​​grafen. Selvom de fire grafkoordinater er tæt på ren hvid, er disse lysdioder normalt ikke effektive som en almindelig lyskilde til at lyse farvede linser op.

Disse lysdioder er hovedsageligt nyttige til hvide ellers klare linser, baggrundsbelysning uigennemsigtig. Når denne teknologi fortsætter med at udvikle sig, vil hvide lysdioder helt sikkert få et ry som en lyskilde og indikation.

Lysende effektivitet

Lysdiodernes lyseffekt kan defineres som den producerede lysstrøm i lm for hver enhed, og elektrisk effekt kan bruges inden for W. Den nominelle interne effektivitetsrækkefølge for blå farve-LED er 75 lm / W gule lysdioder har 500 lm / W & rød LED'er har 155 lm / W. På grund af intern reabsorption kan tabene tages i betragtning rækkefølgen af ​​lyseffektivitet varierer fra 20 til 25 lm / W for grønne og gule lysdioder. Denne effektivitetsdefinition er også kendt som ekstern effektivitet og er analog med den effektivitetsdefinition, der normalt anvendes til andre typer lyskilder som flerfarvet LED.

Flerfarvet lysdiode

En lysemitterende diode, der producerer en farve, når de først er forbundet i fremadrettet bias og producerer en farve, når de først er forbundet i omvendt bias, er kendt som flerfarvet LED.

Faktisk inkluderer disse lysdioder to PN-kryds, og forbindelsen til dette kan ske parallelt med anoden til en, der er forbundet til en anden katode.

Flerfarvede lysdioder er normalt røde, når de er forudindtaget i en retning og grønne, når de forudindtager i en anden retning. Hvis denne LED tændes meget hurtigt mellem to polariteter, genererer denne LED en tredje farve. En grøn eller rød LED vil generere et gult farvet lys, når det hurtigt skiftes baglæns og fremad blandt forspændte polariteter.

Hvad er forskellen mellem en diode og en LED?

Hovedforskellen mellem en diode og en LED inkluderer følgende.

Diode

LED

Halvlederenheden som en diode leder simpelthen i en retning.LED'en er en type diode, der bruges til at generere lys.
Designet af dioden kan udføres med et halvledermateriale, og strømmen af ​​elektroner i dette materiale kan give deres energi varmeformen.LED'en er designet med galliumphosphid og galliumarsenid, hvis elektroner kan generere lys, mens de transmitterer energien.

Dioden ændrer AC til DCLED'en ændrer spændingen til lys
Den har en høj omvendt nedbrydningsspændingDet har en lav omvendt nedbrydningsspænding.
Diodes on-state spænding er 0,7 v for silicium, mens det for germanium er 0,3 vOn-state spændingen af ​​LED varierer ca. fra 1,2 til 2,0 V.
Dioden bruges i spændingsrettere, klip- og spændingskredsløb, spændingsmultiplikatorer.

Anvendelserne af LED er trafiksignaler, billygter, medicinsk udstyr, kamerablitz osv.

IV-egenskaber ved LED

Der findes forskellige typer lysemitterende dioder er tilgængelige på markedet, og der er forskellige LED-karakteristika, der inkluderer farvelys eller bølgelængdestråling, lysintensitet. Den vigtige egenskab ved LED er farve. I den første brug af LED er der den eneste røde farve. Da brugen af ​​LED øges ved hjælp af halvlederprocessen og forskning i de nye metaller til LED, blev de forskellige farver dannet.

IV-egenskaber ved LED

IV-egenskaber ved LED

Den følgende graf viser de omtrentlige kurver mellem fremadspændingen og strømmen. Hver kurve i grafen angiver en anden farve. Tabellen viser et resumé af LED-karakteristika.

Kendetegn ved LED

Kendetegn ved LED

Hvad er de to typer LED-konfigurationer?

Standardkonfigurationerne af LED er to som emittere såvel som COB'er

Emitteren er en enkelt matrice, der er monteret mod et kredsløbskort og derefter til en køleplade. Dette printkort giver elektrisk strøm mod emitteren, samtidig med at det trækker varmen væk.

For at hjælpe med at reducere omkostningerne samt forbedre lysens ensartethed besluttede efterforskerne, at LED-substratet kan løsnes, og den enkelte matrice kan monteres åbent på printkortet. Så dette design kaldes COB (chip-on-board array).

Fordele og ulemper ved LED'er

Det fordelene ved lysdiode inkluderer følgende.

  • Omkostningerne ved LED'er er mindre, og de er små.
  • Ved hjælp af lysdiodernes strøm styres.
  • Lysstyrken på LED'en adskiller sig ved hjælp af mikrokontrolleren.
  • Lang levetid
  • Energieffektiv
  • Ingen opvarmningsperiode
  • Robust
  • Påvirker ikke af kolde temperaturer
  • Retningsbestemt
  • Farvegengivelse er fremragende
  • Miljøvenligt
  • Kontrollerbar

Det ulemper ved lysdiode inkluderer følgende.

  • Pris
  • Temperaturfølsomhed
  • Temperaturafhængighed
  • Lys kvalitet
  • Elektrisk polaritet
  • Spændingsfølsomhed
  • Effektivitetsfald
  • Indvirkning på insekter

Anvendelser af lysemitterende diode

Der er mange anvendelser af LED, og ​​nogle af dem forklares nedenfor.

  • LED bruges som en pære i boliger og industrier
  • De lysemitterende dioder bruges i motorcykler og biler
  • Disse bruges i mobiltelefoner til at vise meddelelsen
  • Ved trafiklyssignaler anvendes led

Denne artikel diskuterer således en oversigt over den lysemitterende diode kredsløb arbejdsprincip og anvendelse. Jeg håber, at du ved at læse denne artikel har fået nogle grundlæggende og arbejdsoplysninger om den lysemitterende diode. Hvis du har spørgsmål om denne artikel eller om det sidste års elektriske projekt, er du velkommen til at kommentere i nedenstående afsnit. Her er et spørgsmål til dig, Hvad er LED, og ​​hvordan fungerer det?