Vad är ljusemitterande diod: arbete och dess applikationer

Den ljusemitterande dioden är en halvledarljuskälla med två avledningar. 1962 har Nick Holonyak kommit med tanken på en ljusdiod och han arbetade för det allmänna elföretaget. Lysdioden är en speciell typ av diod och de har liknande elektriska egenskaper som en PN-kopplingsdiod. Därför tillåter lysdioden strömflödet framåt och blockerar strömmen i omvänd riktning. Lysdioden upptar ett litet område som är mindre än 1 mm^två . Tillämpningarna av lysdioder används för att göra olika elektriska och elektroniska projekt. I den här artikeln kommer vi att diskutera arbetsprincipen för LED och dess tillämpningar.

Vad är en ljusdiod?

Belysningsdioden är en p-n-korsningsdiod . Det är en speciellt dopad diod och består av en speciell typ av halvledare. När ljuset sänds framåt, kallas det en lysdiod.

Ljusdiod

LED-symbol

LED-symbolen liknar en diodsymbol förutom två små pilar som specificerar ljusemission, så kallas den LED (ljusdioder). Lysdioden innehåller två terminaler, nämligen anod (+) och katoden (-). LED-symbolen visas nedan.

LED-symbol

Konstruktion av LED

Konstruktionen av LED är väldigt enkel eftersom den är designad genom avsättning av tre halvledarmaterialskikt över ett substrat. Dessa tre skikt är ordnade en efter en där toppregionen är en P-typregion, mittregionen är aktiv och slutligen är bottenregionen N-typ. De tre områdena av halvledarmaterial kan observeras i konstruktionen. I konstruktionen inkluderar P-typregionen hål som N-typregionen inkluderar val medan den aktiva regionen inkluderar både hål och elektroner.

När spänningen inte appliceras på lysdioden finns det inget flöde av elektroner och hål så att de är stabila. När spänningen har applicerats kommer LED-lampan att förspända framåt, så elektronerna i N-regionen och hålen från P-regionen kommer att flytta till den aktiva regionen. Denna region är också känd som utarmningsregionen. Eftersom laddningsbärarna som hål inkluderar en positiv laddning medan elektroner har en negativ laddning så att ljuset kan genereras genom rekombination av polaritetsladdningar.

Hur fungerar den ljusemitterande dioden?

Den ljusemitterande dioden helt enkelt, vi känner som en diod. När dioden är förspänd framåt rör sig elektronerna och hålen snabbt över korsningen och de kombineras ständigt och tar bort varandra. Strax efter att elektronerna rör sig från n-typ till p-typ kisel kombineras det med hålen och försvinner sedan. Därför gör den hela atomen och mer stabil och den ger den lilla energisprängningen i form av ett litet paket eller ljusfoton.

Arbeta med ljusdioder

Ovanstående diagram visar hur den ljusemitterande dioden fungerar och steg för steg-processen i diagrammet.

• Från ovanstående diagram kan vi observera att kisel av N-typ är i röd färg inklusive elektronerna som indikeras av de svarta cirklarna.
• P-typ kisel är i blå färg och det innehåller hål, de indikeras av de vita cirklarna.
• Strömförsörjningen över p-n-korsningen gör att dioden är förspänd och skjuter elektronerna från n-typ till p-typ. Skjut hålen i motsatt riktning.
• Elektron och hål vid korsningen kombineras.
• Fotonerna avges när elektronerna och hålen rekombineras igen.

History of Light Emitting Diode

LED-lampor uppfanns år 1927 men inte en ny uppfinning. En kort genomgång av LED-historiken diskuteras nedan.

• År 1927 skapades Oleg Losev (ryska uppfinnare) den första lysdioden och publicerade lite teori om sin forskning.
• År 1952 har professor Kurt Lechovec testat teorierna om förlorarnas teorier och förklarat om de första lysdioderna
• År 1958 uppfanns den första gröna LED-lampan av Rubin Braunstein & Egon Loebner
• År 1962 utvecklades en röd LED av Nick Holonyak. Så den första lysdioden skapas.
• År 1964 implementerade IBM för första gången lysdioder på ett kretskort på en dator.
• År 1968 började HP (Hewlett Packard) använda lysdioder i miniräknare.
• År 1971 uppfanns Jacques Pankove och Edward Miller en blå LED
• År 1972 uppfanns M. George Crawford (elektrotekniker) den gula färgen LED.
• År 1986 uppfann Walden C. Rhines & Herbert Maruska från University of Stafford en blå färg-LED med magnesium inklusive framtida standarder.
• År 1993 har Hiroshi Amano & fysiker Isamu Akaski utvecklat en galliumnitrid med högkvalitativa blå färg-lysdioder.
• En elektrotekniker som Shuji Nakamura utvecklades den första blå lysdioden med hög ljusstyrka genom Amanos & Akaski-utvecklingen, vilket snabbt leder till en utvidgning av vita färg-lysdioder.
  År 2002 användes vita färg-lysdioder för bostadsändamål som laddar mellan £ 80 och £ 100 för varje lampa.
• Under 2008 har LED-lampor blivit mycket populära på kontor, sjukhus och skolor.
• År 2019 har lysdioderna blivit de viktigaste ljuskällorna
• LED-utvecklingen är otrolig, eftersom den sträcker sig från liten indikation till att tända kontor, hem, skolor, sjukhus etc.

Ljusemitterande diodkrets för förspänning

De flesta av lysdioderna har spänningsvärden från 1 volt-3 volt medan framåtströmvärdena sträcker sig från 200 mA-100 mA.

LED-förspänning

Om spänningen (1V till 3V) appliceras på lysdioden, fungerar den ordentligt på grund av strömmen för den tillförda spänningen kommer att ligga inom driftsområdet. På samma sätt, om den applicerade spänningen på en LED är hög än driftspänningen kommer utarmningsområdet inom den ljusemitterande dioden att brytas ned på grund av det höga strömflödet. Detta oväntade höga strömflöde kommer att skada enheten.

Detta kan undvikas genom att ansluta ett motstånd i serie med spänningskällan och en lysdiod. De säkra spänningsgränserna för lysdioder ligger mellan 1V och 3V medan säkerhetsströmvärdena sträcker sig från 200 mA till 100 mA.

Här är motståndet som är anordnat mellan spänningskällan och lysdioden känt som strömbegränsningsmotståndet eftersom detta motstånd begränsar strömflödet annars kan lysdioden förstöra det. Så detta motstånd spelar en nyckelroll för att skydda lysdioden.

Matematiskt kan strömflödet genom lysdioden skrivas som

IF = Vs - VD / Rs

Var,

'OM' är framåtström

'Vs' är en spänningskälla

'VD' är spänningsfallet över den ljusemitterande dioden

'Rs' är ett strömbegränsande motstånd

Mängden spänning sjönk för att besegra barriären i utarmningsregionen. LED-spänningsfallet varierar från 2V till 3V medan Si- eller Ge-dioden är 0,3 annars 0,7 V.

Således kan lysdioden drivas med högspänning jämfört med Si- eller Ge-dioder.
Ljusdioder förbrukar mer energi än kisel- eller germaniumdioder för att fungera.

Typer av ljusdioder

Det finns olika typer av ljusdioder närvarande och några av dem nämns nedan.

• Galliumarsenid (GaAs) - infraröd
• Galliumarsenidfosfid (GaAsP) - röd till infraröd, orange
• Aluminiumgalliumarsenidfosfid (AlGaAsP) - hög ljusstyrka röd, orange-röd, orange och gul
• Galliumfosfid (GaP) - röd, gul och grön
• Aluminium Galliumfosfid (AlGaP) - grön
• Galliumnitrid (GaN) - grön, smaragdgrön
• Galliumindiumnitrid (GaInN) - nästan ultraviolett, blågrönt och blått
• Kiselkarbid (SiC) - blått som substrat
• Zinkselenid (ZnSe) - blå
• Aluminium Galliumnitrid (AlGaN) - ultraviolett

Arbetsprincip för LED

Arbetsprincipen för den ljusemitterande dioden baseras på kvantteorin. Kvantteorin säger att när elektronen kommer ner från den högre energinivån till den lägre energinivån då, avges energin från foton. Fotonenergin är lika med energigapet mellan dessa två energinivåer. Om PN-korsningsdioden är förspänd framåt strömmar strömmen genom dioden.

Arbetsprincip för LED

Strömflödet i halvledarna orsakas av flödet av hål i motsatt strömriktning och flödet av elektroner i strömriktningen. Därför kommer det att finnas rekombination på grund av flödet av dessa laddningsbärare.

Rekombinationen indikerar att elektronerna i ledningsbandet hoppar ner till valensbandet. När elektronerna hoppar från ett band till ett annat band kommer elektronerna att avge den elektromagnetiska energin i form av fotoner och fotonenergin är lika med det förbjudna energigapet.

Låt oss till exempel överväga kvantteorin, fotonens energi är produkten av både Planck-konstanten och frekvensen av elektromagnetisk strålning. Den matematiska ekvationen visas

Eq = hf

Där han är känd som en Planck-konstant, och hastigheten för elektromagnetisk strålning är lika med ljusets hastighet, dvs. Frekvensstrålningen är relaterad till ljusets hastighet som en f = c / λ. λ betecknas som en våglängd för elektromagnetisk strålning och ovanstående ekvation blir som a

Eq = han / λ

Från ovanstående ekvation kan vi säga att våglängden för elektromagnetisk strålning är omvänt proportionell mot det förbjudna gapet. I allmänhet är kisel, germanium halvledare detta förbjudna energigapet mellan tillståndet och valensbanden är sådana att den totala strålningen av den elektromagnetiska vågen under rekombination är i form av infraröd strålning. Vi kan inte se våglängden för infraröd eftersom de ligger utanför vårt synliga område.

Den infraröda strålningen sägs vara lika värme eftersom kisel- och germaniumhalvledarna inte är halvledare med direkt gap, utan snarare indirekt gap-halvledare. Men i halvledare med direkt gap uppträder inte den maximala energinivån för valensbandet och den lägsta energinivån för ledningsbandet vid samma ögonblick av elektroner. Därför, under rekombinationen av elektroner och hål migreras elektroner från ledningsbandet till valensbandet, kommer elektronbandets momentum att ändras.

Vita lysdioder

Tillverkningen av lysdioder kan ske med två tekniker. I den första tekniken slås LED-chipsen som rött, grönt och blått samman i ett liknande paket för att generera vitt ljus medan i den andra tekniken används fosforescens. Fluorescens inuti fosforen kan sammanfattas i den omgivande epoxin då lysdioden aktiveras genom kortvågvågsenergin med hjälp av InGaN LED-enheten.

De olika färglamporna som blå, gröna och röda lampor kombineras i utbytbara mängder för att producera en annan färgkänsla som kallas primära tillsatsfärger. Dessa tre ljusintensiteter läggs lika för att generera det vita ljuset.

Men för att uppnå denna kombination genom en kombination av gröna, blåa och röda lysdioder som behöver en komplicerad elektrooptisk design för att styra kombinationen och diffusionen av olika färger. Vidare kan detta tillvägagångssätt vara komplicerat på grund av förändringarna inom LED-färg.

Produktserien för vit LED beror huvudsakligen på ett enda LED-chip som använder en fosforbeläggning. Denna beläggning genererar vitt ljus när det träffats genom ultraviolett, annars blå fotoner. Samma princip tillämpas också på lysrör. Utsläppet av ultraviolett från en elektrisk urladdning i röret kommer att få fosfor att blinka vitt.

Även om denna process av LED kan generera olika nyanser kan skillnader kontrolleras genom screening. Vita LED-baserade enheter screenas med hjälp av fyra exakta kromaticitetskoordinater som ligger intill mitten av CIE-diagrammet.

CIE-diagrammet beskriver alla uppnåbara färgkoordinater inom hästskokurvan. Rena bågar ligger över bågen, men den vita spetsen ligger i mitten. Den vita LED-utgångsfärgen kan representeras genom fyra punkter som representeras i mitten av diagrammet. Även om de fyra grafkoordinaterna ligger nära rent vitt, är dessa lysdioder vanligtvis inte effektiva som en vanlig ljuskälla för att tända färgade linser.

Dessa lysdioder är främst användbara för vita annars klara linser, bakgrundsbelysning ogenomskinlig. När denna teknik fortsätter att utvecklas kommer vita lysdioder säkert att få ett rykte som en ljuskälla och indikation.

Ljuseffekt

Lysdiodernas ljuseffekt kan definieras som det producerade ljusflödet i lm för varje enhet och elektrisk effekt kan användas inom W. Den nominella effektivitetsordningen för blå färg-LED är 75 lm / W gula lysdioder har 500 lm / W & röd Lysdioder har 155 lm / W. På grund av intern återabsorption kan förlusterna tas i beaktande ordningen för ljuseffekt varierar från 20 till 25 lm / W för gröna och gula lysdioder. Denna effektivitetsdefinition är också känd som extern effekt och är analog med den effektivitetsdefinition som normalt används för andra typer av ljuskällor som flerfärgad LED.

Flerfärgad ljusdiod

En ljusdiod som producerar en färg när de ansluts i framåtförspänning och producerar en färg när de ansluts i omvänd förspänning kallas flerfärgad LED.

Egentligen inkluderar dessa lysdioder två PN-korsningar och anslutningen av detta kan göras parallellt med anoden för en som är kopplad till en annan katod.

Flerfärgade lysdioder är normalt röda när de är förspända i en riktning och gröna när de förspänt i en annan riktning. Om denna lysdiod tänds mycket snabbt mellan två polariteter, kommer denna lysdiod att generera en tredje färg. En grön eller röd lysdiod kommer att generera ett gult färgljus när det snabbt växlas bakåt och framåt bland förspända polariteter.

Vad är skillnaden mellan en diod och en lysdiod?

Huvudskillnaden mellan en diod och en LED inkluderar följande.

IV-egenskaper hos LED

Det finns olika typer av ljusdioder finns på marknaden och det finns olika LED-egenskaper som inkluderar färgljus, eller våglängdsstrålning, ljusintensitet. LED: s viktiga egenskaper är färg. I början av LED är det den enda röda färgen. I takt med att användningen av LED ökade med hjälp av halvledarprocessen och forskning om de nya metallerna för LED, bildades de olika färgerna.

IV-egenskaper hos LED

Följande graf visar de ungefärliga kurvorna mellan framspänningen och strömmen. Varje kurva i diagrammet anger en annan färg. Tabellen visar en sammanfattning av LED-egenskaperna.

Kännetecken för LED

Vilka är de två typerna av LED-konfigurationer?

Standardkonfigurationerna för LED är två lik sändare såväl som COB

Emitteren är en enda matris som monteras mot ett kretskort och sedan till en kylfläns. Detta kretskort ger elektrisk kraft mot sändaren, samtidigt som det tar bort värme.

För att hjälpa till att sänka kostnaderna samt förbättra ljusens enhetlighet bestämde utredarna att LED-substratet kan lösgöras och att den enda formen kan monteras öppet på kretskortet. Så denna design kallas COB (chip-on-board array).

Fördelar och nackdelar med LED-lampor

De fördelar med ljusdioder inkluderar följande.

• Kostnaden för LED-lampor är mindre och de är små.
• Genom att använda lysdioden styrs elen.
• Lysdiodsintensiteten skiljer sig åt med hjälp av mikrokontrollern.
• Lång livstid
• Energieffektiva
• Ingen uppvärmningsperiod
• Oländig
• Påverkas inte av kalla temperaturer
• Riktad
• Färgåtergivning är utmärkt
• Miljövänlig
• Kontrollerbar

De nackdelar med ljusdiod inkluderar följande.

• Pris
• Temperaturkänslighet
• Temperaturberoende
• Ljuskvalitet
• Elektrisk polaritet
• Spänningskänslighet
• Effektivitetsnedgång
• Påverkan på insekter

Tillämpningar av ljusemitterande diod

Det finns många applikationer av LED och några av dem förklaras nedan.

• LED används som en glödlampa i hemmet och branschen
• De ljusdioder som används i motorcyklar och bilar
• Dessa används i mobiltelefoner för att visa meddelandet
• Vid trafikljussignalerna används led-lampor

Således diskuterar denna artikel en översikt över den lysande dioden princip och tillämpning av kretsar. Jag hoppas att du genom att läsa den här artikeln har fått grundläggande och fungerande information om den lysdioden. Om du har frågor om den här artikeln eller om det sista årets elprojekt, är du välkommen att kommentera i avsnittet nedan. Här är en fråga till dig, Vad är LED och hur fungerar det?