Hvad er lysemitterende diode: funktion og dens applikationer
LED'en er en halvlederlyskilde med to ledninger. En lys-diode blev opfundet i 1962 af Nick Holonyak, da han var ansat hos General Electric. LED'en er en unik slags diode med elektriske egenskaber, der kan sammenlignes med dem for en PN-junction diode. Derfor tillader LED'en elektricitet at strømme i den ene retning, mens den blokerer den i den anden. Mindre end 1 mm2 er alt, hvad LED'en optager. LED'er anvendes i en række forskellige elektriske og elektroniske projekter. Driften af LED'en og dens anvendelser vil blive dækket i denne artikel.
En lysemitterende diode: Hvad er det?
En p-n junction diode fungerer som den lysemitterende diode. Det er en unik form for halvleder og en særligt dopet diode. En lys-diode er en enhed, der udsender lys, når den er fremadrettet.
To små pile, der angiver udsendelse af lys, adskiller LED-symbolet fra et diodesymbol, hvorfor det kaldes en LED (-lysdiode). LED'en har to terminaler: katoden (-) og anoden (+). (-).
LED-symbolet LED-symbolkonstruktion
Konstruktionen af LED er ret ligetil, fordi den er designet gennem aflejring af tre halvledermaterialelag over et substrat. Disse tre lag placeres oven på hinanden, hvor det øverste lag er et P--lag, det midterste lag er et aktivt lag, og det nederste lag er et N--lag. Strukturen gør det muligt at se de tre zoner af halvledermateriale. I strukturen er huller til stede i P--typen, valg er til stede i N--typen, og både huller og elektroner er til stede i det aktive område.
LED'en er konstant, fordi der ikke er nogen strøm af elektroner eller huller, når der ikke er tilført spænding. LED'en bliver fremadrettet, så snart spændingen tilføres, hvilket får elektronerne i N--området og hullerne i P--området til at bevæge sig ind i det aktive område. Udtømningsregionen er et andet navn for dette område. Lys kan produceres gennem rekombination af polaritetsladninger, da ladningsbærerne, såsom huller, har en positiv ladning, mens elektroner har en negativ ladning.
Hvad er processen med den lysemitterende diode?
Vi omtaler almindeligvis en lys-diode som en diode. Elektronerne og hullerne flyder hurtigt hen over krydset, når dioden er fremadrettet, og de kombinerer konstant og driver hinanden af vejen. Det kombineres med hullerne, ligesom elektronerne skifter fra n-type til p-type silicium, og forsvinder derefter.
Oleg Losev, en russisk opfinder, udviklede den første LED i 1927 og offentliggjorde en del af sin forsknings teoretiske fundament.
Professor Kurt Lechovec testede Losers-hypoteserne i 1952 og gav en forklaring på de første lysdioder.
Den første grønne LED blev skabt i 1958 af Rubin Braunstein og Egon Loebner.
Nicholas Holonyak skabte en rød LED i år 1962. Dermed er den første LED lavet.
Den første computer, der brugte LED'er på et printkort, var en IBM-model fra 1964.
Hewlett Packard (HP) introducerede LED'er i regnemaskiner i 1968.
En blå LED blev skabt af Jacques Pankove og Edward Miller i 1971.
Elektrisk ingeniør M. George Crawford skabte den gule LED i år 1972.
En blå LED med magnesium og fremtidige standarder blev skabt i 1986 af Walden C. Rhines og Herbert Maruska fra University of Stafford.
Hiroshi Amano og fysiker Isamu Akaski skabte et Gallium Nitride med fremragende blå LED'er i år 1993.
Shuji Nakamura, en elektrisk ingeniør, skabte den første blå LED med høj lysstyrke gennem Amanos & Akaski fremskridt, som fremskyndede udviklingen af hvide farve LED'er.
Hvidfarvede LED'er, der koster mellem £80 og £100 pr. pære, blev brugt til boligformål i 2002.
LED-lys har vundet stor popularitet i virksomheder, hospitaler og skoler i år 2008.
De vigtigste lyskilder i 2019 er LED'er; dette er et bemærkelsesværdigt gennembrud, da LED'er nu kan bruges til at belyse en række forskellige steder, herunder hjem, kontorer, hospitaler og skoler.
Forspændende lysdiodekredsløb
Størstedelen af LED'er har spændingsspecifikationer mellem 1 og 3 volt, mens fremadgående strømstyrker falder mellem 200 og 100 mA.
En LED's bias
LED'en fungerer korrekt, hvis der påføres en spænding mellem 1 og 3 volt, da strømmen indikerer, at spændingen er inden for funktionsområdet. I lighed med dette, hvis en LED har en spænding, der er højere end dens driftsspænding, vil den høje strømføring få udtømningszonen til at svigte. Denne uforudsete høje strøm vil nedbryde gadgetten.
Ved at forbinde en modstand i serie med spændingskilden og en LED kan dette forhindres. Sikre strømniveauer for LED'er spænder fra 200 mA til 100 mA, mens sikre spændingsværdier for LED'er spænder fra 1V til 3V.
Her kaldes modstanden, der er placeret mellem spændingskilden og LED'en, som den strømbegrænsende modstand, da denne modstand regulerer strømstrømmen, ellers kan LED'en dræbe den. Så denne modstand er vigtig for at beskytte LED'en.
Ligningen for det matematiske flow af strøm via LED'en er
HVIS=Vs – VD/Rs
Hvor,
"HVIS" strømmen er fremadrettet
Spændingskilde 'Vs'
Spændingsfaldet over den-lysemitterende diode er angivet med "VD".
Rs er en modstand, der begrænser strømmen.
det spændingsfald, der kræves for at bryde gennem udtømningsområdets barriere. Når Si- eller Ge-diodespændingsfaldet er 0,3 V eller mindre, vil LED-spændingsfaldet være mellem 2 og 3 V.
I modsætning til Si- eller Ge-dioder kan LED'en drives ved højspænding.
Sammenlignet med silicium- eller germaniumdioder kræver-lysemitterende dioder mere energi for at fungere.
Lys-emitterende diodetyper
Lysemitterende-dioder findes i en række forskellige varianter, hvoraf nogle er anført nedenfor.
Infra-rød galliumarsenid (GaAs) og rød til infra-rød, orange galliumarsenidphosphide (GaAsP)
Høj-lysstyrke røde, orange-røde, orange og gule LED'er lavet af aluminium galliumarsenidphosphor (AlGaAsP)
Rød, gul og grøn galliumphosphat (GaP)
Grøn er farven på Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP), smaragdgrøn er farven på Gallium Nitride (GaN), og blå er farven på Gallium Indium Nitride (GaInN).
Som substrat, siliciumcarbid (SiC) i blå farve
Blå zinkselenid (ZnSe) og ultraviolet aluminium galliumnitrid (AlGaN)
LED-driftsprincip
Kvanteteorien tjener som grundlaget for den-lysemitterende diodes funktion. Ifølge kvanteteorien frigiver fotonen energi, når elektronen går ned fra en højere til en lavere energitilstand. Energiforskellen mellem disse to energiniveauer er lig med fotonens energi. Når den fremadrettede tilstand af PN-forbindelsesdioden er nået, passerer strømmen gennem dioden.
LED-driftsprincip
Strømmen af huller i den modsatte retning af strømmen og strømmen af elektroner i strømmens retning er det, der får strømmen til at flyde i halvledere. Rekombination vil således forekomme som et resultat af bevægelsen af disse ladningsbærere.
Ledningsbåndets elektroner hopper ned til valensbåndet ifølge rekombinationen. Den elektromagnetiske energi frigives af elektronerne som fotoner, når de bevæger sig fra et bånd til et andet bånd, og fotonenergien er lig med det forbudte energigab.
Overvej kvanteteorien som et eksempel. Ifølge denne teori er energien af en foton lig med summen af dens frekvens og Planck-konstanten. Den matematiske formel vises.
Eq=hf
hvor omtales som en Planck-konstant, og hastigheden af elektromagnetisk stråling, betegnet med symbolet c, er lig med lysets hastighed. Som af= c /, forholdet mellem strålingsfrekvensen og lysets hastighed. Den foregående ligning vil resultere i som en bølgelængde af elektromagnetisk stråling hvor
Lignende=he / λ
Bølgelængden af elektromagnetisk stråling er omvendt proportional med det forbudte mellemrum ifølge ligningen ovenfor. Generelt er tilstanden og valensbåndene for silicium- og germanium-halvledere sådan, at den komplette stråling af elektromagnetiske bølger under rekombination tager form af infrarød stråling. Bølgelængderne af infrarød er usynlige for os, fordi de er uden for det synlige lys.
Fordi silicium- og germanium-halvledere er indirekte gap-halvledere snarere end direkte gap-halvledere, omtales infrarød stråling ofte som varme. Valensbåndets højeste energiniveau og ledningsbåndets minimumsenerginiveau eksisterer imidlertid ikke, når elektroner er til stede i direkte gap-halvledere. Som et resultat heraf vil impulsen af elektronbåndet variere under rekombinationen af elektroner og huller eller migrationen af elektroner fra ledningsbåndet til valensbåndet.
Lyse LED'er
Der er to metoder, der kan bruges til at producere LED'er. I den første metode kombineres røde, grønne og blå LED-chips i en enkelt pakke for at producere hvidt lys, hvorimod fosforescens bruges i den anden metode. Epoxyen, der omgiver fosforens fluorescens, kan summeres, og InGaN LED-enheden vil derefter aktivere LED'en ved at bruge kort-bølgelængdestråling.
For at skabe flere farvefornemmelser, kendt som primære additive farver, kombineres forskellige farvelys, såsom blå, grønne og røde lys, i varierende mængder. Det hvide lys skabes ved jævnt at kombinere disse tre lysintensiteter.
For at opnå denne kombination ved hjælp af en kombination af grønne, blå og røde LED'er kræves der dog en udfordrende elektro-optisk arkitektur til styring af kombinationen og spredningen af forskellige farver. Desuden kan denne metode være udfordrende på grund af variationerne i LED-farve.
Én LED-chip med en fosforbelægning driver størstedelen af den hvide LED-produktlinje. Når denne belægning udsættes for ultraviolet stråling i stedet for blå fotoner, produceres hvidt lys. Samme teori gælder også for lysstofrør; en elektrisk udladning inde i røret vil udsende UV, som får fosforet til at blinke hvidt.
Selvom denne teknik med LED kan give forskellige nuancer, kan varianser reguleres ved screening. Ved hjælp af fire præcise kromaticitetskoordinater, der er tæt på CIE-diagrammets centrum, screenes hvide LED--baserede enheder.
Alle opnåelige farvekoordinater inden for hesteskokurven er vist i CIE-diagrammet. Buens rene nuancer er spredt ud, men den hvide spids er i midten. Fire punkter, der er vist i midten af grafen, kan bruges til at repræsentere den hvide LED-outputfarve. De fire grafkoordinater er næsten helt hvide, men disse LED'er fungerer typisk ikke så godt som en standard lyskilde til at belyse farvede linser.
Disse LED'er er mest fordelagtige til hvide, ellers gennemsigtige linser med uigennemsigtig baggrundsbelysning. Hvide LED'er vil uden tvivl blive mere populære som en kilde til belysning og en indikator, så længe denne teknologi bliver ved med at udvikle sig.
Strålende effektivitet
Den producerede lysstrøm for hver enhed af LED'erne måles i lm, mens det elektriske strømforbrug måles i W. Røde LED'er har 155 lm/W, gule LED'er har 500 lm/W, og blå LED'er har en nominel intern virkningsgrad på 75 lm/W. Tabene kan tages i betragtning på grund af intern re-absorption; lysudbyttet for grønne og gule LED'er er mellem 20 og 25 lm/W. Dette effektivitetsbegreb, også kendt som ekstern effektivitet, er sammenligneligt med begrebet effektivitet, der typisk bruges til andre slags lyskilder, såsom flerfarvede LED'er.
Diode lyskilde i mange farver
Flerfarvede LED'er er lysemitterende-dioder, der, når de er tilsluttet i forlæns bias, skaber én nuance, og når de er tilsluttet i omvendt bias, producerer en anden farve.
Disse LED'er har faktisk to PN--forbindelser, og det er muligt at forbinde dem parallelt ved at forbinde katoden på den ene til den andens anode.
Når de er forspændt i én retning, er flerfarvede LED'er typisk røde, og når de er forspændt i den modsatte retning, er de grønne. Denne LED vil producere en tredje farve, hvis den tændes meget hurtigt mellem to polariteter. Når der hurtigt skiftes mellem forspændende polariteter, vil en grøn eller rød LED producere et gult farvelys.
Hvad er de to forskellige opsætninger for LED'er?
To lignende emittere og COB'er er de grundlæggende LED-opsætninger.
Emitteren er en enkelt matrice, der er fastgjort til en køleplade, før den placeres mod et printkort. Dette printkort trækker varme væk fra emitteren og leverer samtidig elektrisk strøm.
Efterforskere fandt ud af, at LED-substratet kan fjernes, og den enkelte matrice kan placeres frit på printkortet, hvilket hjælper med at reducere omkostningerne og forbedre lysets ensartethed. Derfor er dette design kendt som COB (chip-on-board array).
Fordele og ulemper ved LED'er
Følgende er nogle fordele ved-lysemitterende dioder.
LED'er er små og har en lavere pris.
Elektriciteten styres ved at anvende LED'er.
Ved hjælp af mikroprocessoren kan LED'ens intensitet variere.
lang tid
effektiv med hensyn til energi
Ingen opvarmning før-kamp
Robust
ikke påvirket af kolde temperaturer
Fantastisk retningsbestemt farvegengivelse
Kontrollerbar og miljøvenlig
Følgende er nogle af ulemperne ved LED-teknologi.
Pris
følsomhed over for temperatur
temperaturfølsomhed
Elektrisk polaritet og lyskvalitet
Elektrisk følsomhed
Effektiviteten styrtdykker
Resultat for insekter
Anvendes til-lysemitterende dioder
Der er adskillige anvendelsesmuligheder for LED, hvoraf nogle er beskrevet nedenfor.
I både husholdninger og virksomheder bruges lysdioder som pærer.
Lys-dioder bruges i biler og motorcykler.
Meddelelsen vises ved hjælp af disse i mobiltelefoner.
Lysdioder bruges ved lyssignalerne.
Som et resultat heraf giver denne artikel et overblik over anvendelsen og arbejdsteorien for lys-emitterende diodekredsløb. Jeg håber, at du har lært nogle grundlæggende og praktiske fakta om den-lysemitterende diode ved at læse denne artikel.
For mere information, vær opmærksom påBENWEIs officielle hjemmeside
