Что такое светоизлучающий диод: работа и его применение
Светодиод представляет собой полупроводниковый источник света с двумя выводами. Светодиод-был изобретен в 1962 году Ником Холоньяком, когда он работал в компании General Electric. Светодиод представляет собой уникальный тип диода с электрическими свойствами, сравнимыми с диодами с PN-переходом. Следовательно, светодиод позволяет электричеству течь в одном направлении, блокируя его в другом. Менее 1 мм2 — это все, что занимает светодиод. Светодиоды используются в различных электрических и электронных проектах. Работа светодиода и его использование будут рассмотрены в этой статье.
Светоизлучающий диод: что это такое?
Диод с p-n-переходом служит светоизлучающим диодом. Это уникальная форма полупроводника и особенно легированного диода. Свет-диод – это устройство, излучающее свет при прямом смещении.
Две крошечные стрелки, обозначающие излучение света, отличают символ светодиода от символа диода, поэтому его называют светодиодом (свет-излучающий диод). Светодиод имеет две клеммы: катод (-) и анод (+). (-).
Светодиодный символ Конструкция светодиодного символа
Конструкция светодиода довольно проста, поскольку она заключается в нанесении трех слоев полупроводникового материала на подложку. Эти три слоя располагаются один над другим, при этом верхний слой представляет собой слой типа P-, средний уровень является активным слоем, а нижний слой представляет собой слой типа N-. Структура позволяет увидеть три зоны полупроводникового материала. В структуре дырки присутствуют в области типа P-, выборы присутствуют в области типа N-, а в активной области присутствуют как дырки, так и электроны.
Светодиод устойчив, потому что при отсутствии напряжения нет потока электронов или дырок. Светодиод становится смещенным в прямом направлении, как только на него подается напряжение, в результате чего электроны в N-области и дырки в P-области перемещаются в активную область. Область истощения — другое название этой области. Свет может производиться за счет рекомбинации полярных зарядов, поскольку носители заряда, такие как дырки, имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный.
Каков процесс работы светоизлучающего диода?
Мы обычно называем светодиод-диодом. Электроны и дырки быстро текут через переход, когда диод смещен в прямом направлении, и они постоянно объединяются и вытесняют друг друга с дороги. Он соединяется с дырками, когда электроны переключаются с кремния n-типа на кремний p-типа, а затем исчезает.
Олег Лосев, русский изобретатель, разработал первый светодиод в 1927 году и опубликовал часть теоретических обоснований своего исследования.
Профессор Курт Леховец проверил гипотезу Неудачников в 1952 году и дал объяснение первым светодиодам.
Первый зеленый светодиод был создан в 1958 году Рубином Браунштейном и Эгоном Лебнером.
Николай Холоньяк создал красный светодиод в 1962 году. Таким образом был изготовлен первый светодиод.
Первым компьютером, в котором использовались светодиоды на плате, была модель IBM 1964 года.
Hewlett Packard (HP) представила светодиоды в калькуляторах в 1968 году.
Синий светодиод был создан Жаком Панкове и Эдвардом Миллером в 1971 году.
Инженер-электрик М. Джордж Кроуфорд создал желтый светодиод в 1972 году.
Синий светодиод с магнием и будущими стандартами был создан в 1986 году Уолденом К. Райнсом и Гербертом Маруской из Стаффордского университета.
Хироши Амано и физик Исаму Акаски создали нитрид галлия с превосходными синими светодиодами в 1993 году.
Сюдзи Накамура, инженер-электрик, создал первый синий светодиод высокой яркости благодаря достижениям Amanos & Akaski, которые ускорили разработку светодиодов белого цвета.
В 2002 году в жилых домах использовались светодиоды белого цвета стоимостью от 80 до 100 фунтов стерлингов за лампочку.
Светодиодные светильники приобрели большую популярность в компаниях, больницах и школах в 2008 году.
Основными источниками света в 2019 году являются светодиоды; это выдающийся прорыв, поскольку теперь светодиоды можно использовать для освещения самых разных мест, включая дома, офисы, больницы и школы.
Схема смещения светоизлучающего диода
Большинство светодиодов имеют номинальное напряжение от 1 до 3 вольт, тогда как номинальный ток прямого тока находится в диапазоне от 200 до 100 мА.
Смещение светодиода
Светодиод работает правильно, если к нему приложено напряжение от 1 до 3 вольт, поскольку протекание тока указывает на то, что напряжение находится в рабочем диапазоне. Аналогично этому, если на светодиод подается напряжение, превышающее его рабочее напряжение, сильный ток приведет к выходу из строя зоны истощения. Этот непредвиденный сильный ток приведет к поломке гаджета.
Этого можно избежать, подключив резистор последовательно с источником напряжения и светодиодом. Безопасные уровни тока для светодиодов варьируются от 200 мА до 100 мА, а безопасные значения напряжения для светодиодов — от 1 В до 3 В.
Здесь резистор, который расположен между источником напряжения и светодиодом, называется резистором, ограничивающим ток, поскольку этот резистор регулирует поток тока, в противном случае светодиод может его отключить. Таким образом, этот резистор необходим для защиты светодиода.
Уравнение для математического течения тока через светодиод:
ЕСЛИ=против – VD/R
Где,
«ЕСЛИ» ток идет вперед
Источник напряжения 'Vs'
Падение напряжения на светодиоде-обозначается буквой VD.
Rs — резистор, ограничивающий ток.
падение напряжения, необходимое для преодоления барьера области истощения. Когда падение напряжения на Si или Ge диоде составляет 0,3 В или меньше, падение напряжения на светодиоде будет составлять от 2 до 3 В.
В отличие от диодов Si или Ge, светодиод может работать при высоком напряжении.
По сравнению с кремниевыми или германиевыми диодами, для работы светодиодов- требуется больше энергии.
Типы-светодиодов
Существует множество разновидностей-светодиодов, некоторые из которых перечислены ниже.
От инфракрасного-арсенида галлия (GaAs) и от красного до инфракрасного-оранжевого, арсенида галлия, фосфида галлия (GaAsP).
Яркие-красные, оранжевые-красные, оранжевые и желтые светодиоды из алюминия, арсенида галлия и фосфора (AlGaAsP).
Красный, желтый и зеленый фосфат галлия (GaP)
Зеленый — цвет фосфида алюминия-галлия (AlGaP), изумрудно-зеленый — цвет нитрида галлия (GaN), а синий — цвет нитрида галлия-индия (GaInN).
В качестве подложки карбид кремния (SiC) синего цвета.
Синий селенид цинка (ZnSe) и ультрафиолетовый нитрид алюминия-галлия (AlGaN)
Принцип работы светодиодов
Квантовая теория лежит в основе работы светодиода-. Согласно квантовой теории, фотон выделяет энергию, когда электрон переходит из более высокого энергетического состояния в более низкое. Разность энергий между этими двумя энергетическими уровнями равна энергии фотона. Когда достигается состояние прямого смещения диода с PN-переходом, ток проходит через диод.
Принцип работы светодиодов
Поток дырок в направлении, противоположном току, и поток электронов в направлении тока являются причиной течения тока в полупроводниках. Таким образом, в результате движения этих носителей заряда произойдет рекомбинация.
Электроны зоны проводимости перепрыгивают в валентную зону в результате рекомбинации. Электромагнитная энергия выделяется электронами в виде фотонов, когда они перемещаются из одной зоны в другую, а энергия фотонов равна запрещенной энергетической щели.
Рассмотрим в качестве примера квантовую теорию. Согласно этой теории, энергия фотона равна сумме его частоты и постоянной Планка. Отображается математическая формула.
Уравнение=hf
где называется постоянной Планка, а скорость электромагнитного излучения, обозначаемая символом с, равна скорости света. Как af= c/, связь между частотой излучения и скоростью света. Предыдущее уравнение даст длину волны электромагнитного излучения, где
Eq=he / λ
Согласно приведенному выше уравнению длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна запрещенной зоне. В целом состояние и валентные зоны кремниевых и германиевых полупроводников таковы, что полное излучение электромагнитных волн при рекомбинации принимает форму инфракрасного излучения. Длины волн инфракрасного диапазона для нас невидимы, поскольку они находятся за пределами диапазона видимого света.
Поскольку кремниевые и германиевые полупроводники являются полупроводниками с непрямой запрещенной зоной, а не полупроводниками с прямой запрещенной зоной, инфракрасное излучение часто называют тепловым. Однако высший энергетический уровень валентной зоны и минимальный энергетический уровень зоны проводимости не существуют, когда электроны присутствуют в прямозонных полупроводниках. В результате импульс электронной зоны будет меняться при рекомбинации электронов и дырок или миграции электронов из зоны проводимости в валентную зону.
Яркие светодиоды
Для производства светодиодов можно использовать два метода. В первом методе красные, зеленые и синие светодиодные чипы объединяются в один корпус для получения белого света, тогда как во втором методе используется фосфоресценция. Эпоксидную смолу, окружающую флуоресценцию люминофора, можно суммировать, и затем светодиодное устройство InGaN активирует светодиод, используя коротковолновое излучение.
Чтобы создать несколько цветовых ощущений, известных как первичные аддитивные цвета, различные цветные источники света, такие как синий, зеленый и красный, комбинируются в разных количествах. Белый свет создается путем равномерного сочетания этих трех интенсивностей света.
Тем не менее, чтобы добиться такой комбинации с использованием комбинации зеленых, синих и красных светодиодов, требуется сложная электро-оптическая архитектура для управления комбинацией и рассеиванием различных цветов. Более того, этот метод может оказаться затруднительным из-за различий в оттенках светодиодов.
Один светодиодный чип с люминофорным покрытием питает большую часть линейки белых светодиодов. Когда это покрытие подвергается воздействию ультрафиолетового излучения, вместо синих фотонов образуется белый свет. Та же теория применима и к люминесцентным лампам; электрический разряд внутри трубки излучает ультрафиолет, в результате чего люминофор начинает мигать белым.
Несмотря на то, что этот метод использования светодиодов может давать различные оттенки, отклонения можно регулировать с помощью экранирования. Используя четыре точные координаты цветности, расположенные близко к центру диаграммы CIE, экранируются устройства на основе белых светодиодов-.
Все достижимые цветовые координаты в пределах подковообразной кривой показаны на диаграмме CIE. Чистые оттенки дуги разбросаны, но белая точка находится посередине. Четыре точки, показанные в середине графика, могут использоваться для обозначения выходного цвета белого светодиода. Четыре координаты графика почти чисто белые, но эти светодиоды обычно не работают так же хорошо, как стандартный источник света для освещения цветных линз.
Эти светодиоды наиболее выгодны для белых, а в остальном прозрачных линз с непрозрачной подсветкой. Белые светодиоды, несомненно, станут более популярными в качестве источника освещения и индикатора, пока эта технология будет развиваться.
Блестящая эффективность
Создаваемый световой поток каждой единицы светодиодов измеряется в лм, а потребляемая электрическая мощность – в Вт. У красных светодиодов – 155 лм/Вт, у янтарных – 500 лм/Вт, у синих светодиодов – номинальная внутренняя эффективность порядка 75 лм/Вт. Потери можно учитывать из-за внутренней ре-абсорбции; Световая отдача зеленых и желтых светодиодов составляет от 20 до 25 лм/Вт. Эта концепция эффективности, также известная как внешняя эффективность, сравнима с понятием эффективности, обычно используемым для других типов источников света, таких как многоцветные светодиоды.
Диодный источник света разных цветов
Многоцветные светодиоды – это-светодиоды, которые при прямом смещении создают один оттенок, а при обратном смещении — другой цвет.
Эти светодиоды на самом деле имеют два PN-перехода, и их можно соединить параллельно, подключив катод одного к аноду другого.
При смещении в одном направлении многоцветные светодиоды обычно имеют красный цвет, а при смещении в противоположном направлении — зеленый. Этот светодиод будет воспроизводить третий цвет, если его очень быстро включить между двумя полярностями. При быстром переключении между смещением полярности зеленый или красный светодиод будет излучать желтый свет.
Каковы две разные конфигурации светодиодов?
Два одинаковых излучателя и COB являются базовыми светодиодными установками.
Эмиттер представляет собой одиночный кристалл, который прикрепляется к радиатору перед размещением на печатной плате. Эта печатная плата отводит тепло от эмиттера и одновременно обеспечивает электроэнергию.
Исследователи обнаружили, что подложку светодиода можно снять и одиночный кристалл можно свободно разместить на печатной плате, что помогает снизить затраты и улучшить однородность света. Следовательно, эта конструкция известна как COB (чип-на-массиве платы).
Преимущества и недостатки светодиодов
Ниже приведены некоторые преимущества светоизлучающих-диодов.
Светодиоды имеют небольшие размеры и более низкую цену.
Электричество контролируется с помощью светодиодов.
С помощью микропроцессора интенсивность светодиода может изменяться.
долгое время
эффективный с точки зрения энергии
Никакой пред-разминки перед игрой
Прочный
не подвержен влиянию низких температур
Отличная направленная цветопередача
Управляемый и безопасный для окружающей среды
Ниже приведены некоторые недостатки светодиодной технологии.
Цена
чувствительность к температуре
температурная чувствительность
Электрическая полярность и качество освещения
Электрическая чувствительность
Эффективность падает
Результат для насекомых
Применение светоизлучающих-диодов
Существует множество применений светодиодов, некоторые из которых описаны ниже.
И в домашних хозяйствах, и на предприятиях светодиоды используются в качестве лампочек.
Светодиоды-используются в автомобилях и мотоциклах.
Сообщение отображается с их помощью на мобильных телефонах.
Светодиоды используются в сигналах светофора.
В результате в этой статье представлен обзор применения и теории работы светодиодных-схем. Надеюсь, прочитав эту статью, вы узнали некоторые фундаментальные и практические факты о светоизлучающих-диодах.
Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратите внимание наОфициальный сайт BENWEI
