Ano ang Light Emitting Diode: Paggawa at Mga Application nito

Ang Light-emitting diode ay isang dalawang-lead na semiconductor light source. Noong 1962, si Nick Holonyak ay nakaisip ng ideya ng isang light-emitting diode, at nagtatrabaho siya para sa pangkalahatang kumpanya ng elektrisidad. Ang LED ay isang espesyal na uri ng diode at mayroon silang katulad na mga de-koryenteng katangian sa isang PN junction diode. Samakatuwid pinapayagan ng LED ang daloy ng kasalukuyang sa pasulong na direksyon at hinaharangan ang kasalukuyang nasa pabalik na direksyon. Sinasakop ng LED ang isang maliit na lugar na mas mababa sa 1 mm^dalawa . Ang mga application ng LEDs ginamit upang makagawa ng iba`t ibang mga elektrikal at elektronikong proyekto. Sa artikulong ito, tatalakayin namin ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng LED at ang mga aplikasyon nito.

Ano ang isang Light Emitting Diode?

Ang ilaw na nagpapalabas ng diode ay a p-n jode diode . Ito ay isang espesyal na doped diode at binubuo ng isang espesyal na uri ng semiconductors. Kapag ang ilaw ay naglalabas sa pasulong na bias, pagkatapos ito ay tinatawag na isang light-emitting diode.

Light Emitting Diode

Simbolo ng LED

Ang simbolo ng LED ay katulad ng isang simbolo ng diode maliban sa dalawang maliliit na arrow na tumutukoy sa paglabas ng ilaw, kaya't ito ay tinatawag na LED (light-emitting diode). Ang LED ay may kasamang dalawang mga terminal katulad ng anode (+) at ang cathode (-). Ang simbolo ng LED ay ipinapakita sa ibaba.

Simbolo ng LED

Konstruksiyon ng LED

Ang pagtatayo ng LED ay napaka-simple sapagkat ito ay dinisenyo sa pamamagitan ng pagdeposito ng tatlong mga layer ng materyal na semiconductor sa isang substrate. Ang tatlong mga layer na ito ay isinaayos isa-isa kung saan ang nangungunang rehiyon ay isang rehiyon na uri ng P, ang gitnang rehiyon ay aktibo at sa wakas, ang ilalim na rehiyon ay N-uri. Ang tatlong mga rehiyon ng materyal na semiconductor ay maaaring sundin sa pagtatayo. Sa konstruksyon, kasama sa rehiyon na uri ng P ang mga butas na kinabibilangan ng rehiyon na uri ng halalan samantalang ang aktibong rehiyon ay may kasamang parehong mga butas at electron.

Kapag ang boltahe ay hindi inilapat sa LED, pagkatapos ay walang daloy ng mga electron at butas kaya matatag ang mga ito. Kapag ang boltahe ay inilapat pagkatapos ang LED ay magpapasa ng kampi, kaya ang mga electron sa N-rehiyon at mga butas mula sa P-rehiyon ay lilipat sa aktibong rehiyon. Ang rehiyon na ito ay kilala rin bilang rehiyon ng pagkaubos. Dahil ang mga carrier ng singil tulad ng mga butas ay nagsasama ng isang positibong singil samantalang ang mga electron ay may negatibong pagsingil sa gayon ang ilaw ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng pagsasama-sama muli ng mga singil sa polarity.

Paano gumagana ang Light Emitting Diode?

Ang light-emitting diode na simple, alam natin bilang isang diode. Kapag ang diode ay pasulong sa bias, kung gayon ang mga electron at butas ay mabilis na gumagalaw sa kabuuan ng kantong at patuloy silang pinagsama, tinatanggal ang bawat isa. Kaagad pagkatapos lumipat ang mga electron mula sa n-type patungo sa p-type na silikon, pinagsasama ito ng mga butas, pagkatapos ay nawala ito. Samakatuwid ito ay gumagawa ng kumpletong atomo at mas matatag at nagbibigay ito ng kaunting pagsabog ng enerhiya sa anyo ng isang maliit na packet o poton ng ilaw.

Paggawa ng Light Emitting Diode

Ipinapakita ng diagram sa itaas kung paano gumagana ang light-emitting diode at ang sunud-sunod na proseso ng diagram.

• Mula sa diagram sa itaas, maaari nating obserbahan na ang N-type na silikon ay nasa pulang kulay kasama ang mga electron na ipinahiwatig ng mga itim na bilog.
• Ang P-type na silikon ay nasa asul na kulay at naglalaman ito ng mga butas, ipinahiwatig ang mga ito ng mga puting bilog.
• Ang power supply sa kabuuan ng p-n junction ay ginagawang bias ang diode at itulak ang mga electron mula sa n-type hanggang p-type. Itulak ang mga butas sa kabaligtaran.
• Ang elektron at mga butas sa kantong ay pinagsama.
• Ang mga photon ay ibinibigay habang ang mga electron at butas ay muling pagsasama-sama.

Kasaysayan ng Light Emitting Diode

Ang mga LED ay naimbento noong taong 1927 ngunit hindi isang bagong imbensyon. Ang isang maikling pagsusuri ng kasaysayan ng LED ay tinalakay sa ibaba.

• Sa taong 1927, si Oleg Losev (imbentor ng Rusya) ay nilikha ang unang LED at naglathala ng ilang teorya sa kanyang pagsasaliksik.
• Sa taong 1952, sinubukan ni Propesor Kurt Lechovec ang mga teorya ng mga teorya ng losers at ipinaliwanag ang tungkol sa mga unang LEDs
• Sa taong 1958, ang unang berdeng LED ay naimbento ni Rubin Braunstein at Egon Loebner
• Sa taong 1962, isang pulang LED ang binuo ni Nick Holonyak. Kaya, ang unang LED ay nilikha.
• Sa taong 1964, ipinatupad ng IBM ang mga LED sa isang circuit board sa kauna-unahang pagkakataon sa isang computer.
• Sa taong 1968, ang HP (Hewlett Packard) ay nagsimulang gumamit ng mga LED sa mga calculator.
• Sa taong 1971, si Jacques Pankove at Edward Miller ay naimbento ng isang asul na LED
• Sa taong 1972, ang M. George Crawford (Electrical Engineer) ay naimbento ang kulay dilaw na LED.
• Sa taong 1986, si Walden C. Rhines at Herbert Maruska mula sa University of Stafford ay nag-imbento ng isang asul na kulay na LED na may Magnesium kasama ang mga pamantayan sa hinaharap.
• Sa taong 1993, ang Hiroshi Amano at Physicists Isamu Akaski ay bumuo ng isang Gallium Nitride na may de-kalidad na asul na mga kulay na LED.
• Ang isang electrical engineer tulad ng Shuji Nakamura ay binuo ng unang asul na LED na may mataas na ningning sa pamamagitan ng mga pag-unlad ng Amanos at Akaski, na mabilis na humahantong sa pagpapalawak ng mga puting kulay na LED.
  Sa taong 2002, ang mga puting kulay na LED ay ginamit para sa mga layuning pang-tirahan na kung saan ang charger ay humigit-kumulang na £ 80 hanggang £ 100 para sa bawat bombilya.
• Sa taong 2008, ang mga ilaw ng LED ay naging tanyag sa mga tanggapan, ospital at paaralan.
• Sa taong 2019, ang mga LED ay naging pangunahing mga mapagkukunan ng ilaw
• Ang pag-unlad ng LED ay hindi kapani-paniwala, dahil ito ay mula sa maliit na pahiwatig upang iilawan ang mga tanggapan, bahay, paaralan, ospital, atbp.

Light Emitting Diode Circuit para sa Biasing

Karamihan sa mga LED ay mayroong mga rating ng boltahe mula sa 1 volt-3 volt samantalang ang mga kasalukuyang kasalukuyang rating ay mula sa 200 mA-100 mA.

LED Biasing

Kung ang boltahe (1V hanggang 3V) ay inilapat sa LED, pagkatapos ay gumagana ito ng maayos dahil sa daloy ng kasalukuyang para sa inilapat na boltahe ay nasa saklaw ng operating. Katulad nito, kung ang inilapat na boltahe sa isang LED ay mataas kaysa sa operating boltahe kung gayon ang rehiyon ng pag-ubos sa loob ng light-emitting diode ay masisira dahil sa mataas na daloy ng kasalukuyang. Ang hindi inaasahang mataas na daloy ng kasalukuyang ay makapinsala sa aparato.

Maiiwasan ito sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang risistor sa serye sa pinagmulan ng boltahe at isang LED. Ang mga ligtas na rating ng boltahe ng mga LED ay magiging saklaw mula sa 1V hanggang 3 V samantalang ang ligtas na kasalukuyang mga rating ay mula 200 mA hanggang 100 mA.

Dito, ang risistor na nakaayos sa pagitan ng pinagmulan ng boltahe at LED ay kilala bilang kasalukuyang nililimitahan na risistor dahil ang resistor na ito ay naghihigpit sa daloy ng kasalukuyang kung hindi man ay maaaring sirain ito ng LED. Kaya't ang risistor na ito ay may pangunahing papel sa pagprotekta sa LED.

Sa matematika, ang daloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng LED ay maaaring nakasulat bilang

KUNG = Vs - VD / Rs

Kung saan,

'KUNG' ay pasulong na kasalukuyan

Ang 'Vs' ay isang mapagkukunan ng boltahe

Ang 'VD' ay ang drop ng boltahe sa lampas sa light-emitting diode

Ang 'Rs' ay isang kasalukuyang nililimitahan na risistor

Ang dami ng boltahe ay bumagsak upang talunin ang hadlang ng rehiyon ng pag-ubos. Ang drop boltahe ng LED ay saklaw mula 2V hanggang 3V habang ang Si o Ge diode ay 0.3 kung hindi man 0.7 V.

Kaya, ang LED ay maaaring patakbuhin sa pamamagitan ng paggamit ng mataas na boltahe kumpara sa mga diode ng Si o Ge.
Ang mga light-emitting diode ay kumakain ng mas maraming enerhiya kaysa sa silikon o germanium diode upang mapatakbo.

Mga uri ng Light Emitting Diode

Meron iba't ibang uri ng mga light-emitting diode kasalukuyan at ang ilan sa mga ito ay nabanggit sa ibaba.

• Gallium Arsenide (GaAs) - infra-red
• Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) - pula hanggang sa infra-red, orange
• Aluminium Gallium Arsenide Phosphide (AlGaAsP) - pula na may mataas na ningning, orange-red, orange, at dilaw
• Gallium Phosphide (GaP) - pula, dilaw at berde
• Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) - berde
• Gallium Nitride (GaN) - berde, esmeralda berde
• Gallium Indium Nitride (GaInN) - malapit-ultraviolet, bluish-green at asul
• Silicon Carbide (SiC) - asul bilang isang substrate
• Zinc Selenide (ZnSe) - asul
• Aluminium Gallium Nitride (AlGaN) - ultraviolet

Nagtatrabaho Prinsipyo ng LED

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng Light-emitting diode ay batay sa teoryang kabuuan. Sinasabi ng teoryang kabuuan na kapag ang electron ay bumaba mula sa mas mataas na antas ng enerhiya hanggang sa mas mababang antas ng enerhiya pagkatapos, ang enerhiya ay nagpapalabas mula sa poton. Ang enerhiya ng photon ay katumbas ng agwat ng enerhiya sa pagitan ng dalawang antas ng enerhiya na ito. Kung ang PN-junction diode ay nasa pasulong na bias, kung gayon ang kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng diode.

Nagtatrabaho Prinsipyo ng LED

Ang daloy ng kasalukuyang sa semiconductors ay sanhi ng daloy ng mga butas sa kabaligtaran ng direksyon ng kasalukuyang at ang daloy ng mga electron sa direksyon ng kasalukuyang. Samakatuwid magkakaroon ng muling pagsasama-sama dahil sa daloy ng mga carrier ng singil na ito.

Ang muling pagsasama ay nagpapahiwatig na ang mga electron sa conduction band ay tumatalon pababa sa valence band. Kapag ang mga electron ay tumalon mula sa isang banda patungo sa isa pang banda ang electron ay magpapalabas ng electromagnetic na enerhiya sa anyo ng mga photon at ang enerhiya ng photon ay katumbas ng ipinagbabawal na agwat ng enerhiya.

Halimbawa, isaalang-alang natin ang teorya ng kabuuan, ang enerhiya ng poton ay produkto ng parehong pare-pareho ang Planck at dalas ng electromagnetic radiation. Ipinapakita ang equation ng matematika

Eq = hf

Kung saan ang kanyang kilala bilang isang pare-pareho sa Planck, at ang bilis ng electromagnetic radiation ay katumbas ng bilis ng ilaw ie c. Ang dalas ng radiation ay nauugnay sa bilis ng ilaw bilang isang f = c / λ. Ang λ ay tinukoy bilang isang haba ng daluyong ng electromagnetic radiation at ang equation sa itaas ay magiging isang

Eq = siya / λ

Mula sa equation sa itaas, maaari nating sabihin na ang haba ng haba ng haba ng mga electromagnetic radiation ay baligtad na proporsyonal sa ipinagbabawal na puwang. Sa pangkalahatang silicon, germanium semiconductors ang ipinagbabawal na agwat ng enerhiya na ito ay nasa pagitan ng kundisyon at mga valence band ay tulad ng ang kabuuang radiation ng electromagnetic na alon sa panahon ng muling pagsasama ay nasa anyo ng infrared radiation. Hindi namin makita ang haba ng daluyong ng infrared dahil wala sila sa aming nakikitang saklaw.

Ang infrared radiation ay sinasabing init sapagkat ang silikon at germanium semiconductors ay hindi direktang agwat semiconductors sa halip ang mga ito ay hindi direktang agwat semiconductors. Ngunit sa direktang agwat semiconductors, ang maximum na antas ng enerhiya ng valence band at minimum na antas ng enerhiya ng conduction band ay hindi mangyayari sa parehong sandali ng mga electron. Samakatuwid, sa panahon ng muling pagsasama-sama ng mga electron at butas ay paglipat ng mga electron mula sa conduction band patungong valence band ang momentum ng electron band ay mababago.

Mga puting LED

Ang paggawa ng mga LED ay maaaring gawin sa pamamagitan ng dalawang diskarte. Sa unang pamamaraan, ang mga LED chip tulad ng pula, berde at asul ay pinagsama sa loob ng isang katulad na pakete upang makabuo ng puting ilaw samantalang sa pangalawang pamamaraan, ginamit ang phosphorescence. Ang fluorescence sa loob ng pospor ay maaaring mai-buod sa loob ng epoxy na nakapalibot pagkatapos ay mai-aaktibo ang LED sa pamamagitan ng lakas na haba ng haba ng haba ng alon gamit ang InGaN LED na aparato.

Ang magkakaibang mga ilaw ng kulay tulad ng asul, berde at pula na ilaw ay pinagsama sa nababago na dami upang makagawa ng isang iba't ibang mga sensasyon ng kulay na kung saan ay kilala bilang pangunahing mga kulay ng additive. Ang tatlong light intensities na ito ay idinagdag pantay upang makabuo ng puting ilaw.

Ngunit, upang makamit ang kombinasyong ito sa pamamagitan ng isang kombinasyon ng berde, asul at pula na mga LED na nangangailangan ng isang kumplikadong disenyo ng electro-optical para sa pagkontrol sa kumbinasyon at pagsasabog ng iba't ibang mga kulay. Dagdag dito, ang diskarte na ito ay maaaring maging kumplikado dahil sa mga pagbabago sa loob ng kulay ng LED.

Ang linya ng produkto ng puting LED pangunahin ay nakasalalay sa isang solong LED chip gamit ang isang pospor na patong Ang patong na ito ay bumubuo ng puting ilaw sa sandaling sinaktan sa pamamagitan ng ultraviolet kung hindi man asul na mga photon. Ang parehong prinsipyo ay inilalapat din sa Fluorescent bombilya ang pagpapalabas ng ultraviolet mula sa isang de-kuryenteng paglabas sa loob ng tubo ay magiging sanhi ng pamumula ng posporo.

Kahit na ang prosesong ito ng LED ay maaaring makabuo ng iba't ibang mga kulay, ang mga pagkakaiba ay maaaring makontrol ng pag-screen. Ang mga aparatong batay sa White LED ay nai-screen sa pamamagitan ng paggamit ng apat na eksaktong mga coordinate ng chromaticity na katabi ng gitna ng diagram ng CIE.

Inilalarawan ng diagram ng CIE ang lahat ng mga makakamit na mga coordinate ng kulay sa loob ng curve ng horshoalth. Ang mga malinis na kulay ay nakahiga sa arko, ngunit ang puting tip ay nasa loob ng gitna. Ang puting kulay ng output ng LED ay maaaring kinatawan sa pamamagitan ng apat na puntos na kinakatawan sa gitna ng grap. Kahit na ang apat na mga coordinate ng grap ay malapit sa malinis na puti, ang mga LED na ito ay karaniwang hindi epektibo tulad ng isang pangkaraniwang mapagkukunan ng ilaw upang magaan ang mga may kulay na lente.

Ang mga LED na ito ay higit sa lahat kapaki-pakinabang sa puti kung hindi man malinaw na lente, backlight opaque,. Kapag ang teknolohiyang ito ay nagpapanatili sa pag-unlad, ang mga puting LEDs ay tiyak na makakakuha ng isang reputasyon bilang isang mapagkukunan ng pag-iilaw at pahiwatig.

Luminous Efficacy

Ang maliwanag na espiritu ng LEDs ay maaaring tukuyin bilang nagawang maliwanag na pagkilos ng bagay sa lm para sa bawat yunit at lakas ng kuryente ay maaaring magamit sa loob ng W. Ang na-rate na panloob na pagkakasunud-sunod ng espiritu ng Blue color LED ay 75 lm / W amber LEDs ay may 500 lm / W & red Ang mga LED ay mayroong 155 lm / W. Dahil sa panloob na muling pagsipsip, ang mga pagkalugi ay maaaring isaalang-alang ang pagkakasunud-sunod ng maliwanag na mga saklaw mula 20 hanggang 25 lm / W para sa berde at amber na LED. Ang kahulugan ng espiritu na ito ay kilala rin bilang panlabas na espiritu at kahalintulad sa kahulugan ng pagiging epektibo na karaniwang ginagamit para sa iba pang mga uri ng ilaw na mapagkukunan tulad ng multicolor LED.

Multicolor Light Emitting Diode

Ang isang light-emitting diode na gumagawa ng isang kulay sa sandaling nakakonekta sila sa pasulong na bias at gumawa ng isang kulay sa sandaling kumonekta sila sa reverse bias ay kilala bilang multicolor LED.

Sa totoo lang, ang mga LED na ito ay nagsasama ng dalawang PN-junction at ang koneksyon nito ay maaaring gawin kahanay sa anode ng isa na naka-link sa cathode ng isa pa.

Ang mga Multicolor LEDs ay normal na pula sa sandaling makiling sila sa isang direksyon at berde sa sandaling sila ay kampi sa ibang direksyon. Kung ang LED na ito ay naka-ON nang napakabilis sa dalawang polarities, pagkatapos ang LED na ito ay bubuo ng isang pangatlong kulay. Ang isang berde o pula na LED ay bubuo ng isang dilaw na kulay ng kulay sa sandaling mabilis na lumipat pabalik at pasulong sa mga biasing polarities.

Ano ang Pagkakaiba sa pagitan ng isang Diode at isang LED?

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng isang diode at isang LED ay may kasamang mga sumusunod.

I-V Mga Katangian ng LED

Mayroong iba't ibang mga uri ng light-emitting diode na magagamit sa merkado at mayroong iba't ibang mga katangian ng LED na kasama ang kulay na ilaw, o radiation ng haba ng daluyong, lakas ng ilaw. Ang mahalagang katangian ng LED ay kulay. Sa panimulang paggamit ng LED, mayroon lamang pulang kulay. Tulad ng pagtaas ng paggamit ng LED sa tulong ng proseso ng semiconductor at pagsasaliksik sa mga bagong metal para sa LED, nabuo ang magkakaibang kulay.

I-V Mga Katangian ng LED

Ipinapakita ng sumusunod na graph ang tinatayang mga curve sa pagitan ng pasulong na boltahe at ng kasalukuyang. Ang bawat kurba sa grap ay nagpapahiwatig ng ibang kulay. Ipinapakita ng talahanayan ang isang buod ng mga katangian ng LED.

Mga Katangian ng LED

Ano ang dalawang uri ng mga pagsasaayos ng LED?

Ang karaniwang mga pagsasaayos ng LED ay dalawa tulad ng mga emitter pati na rin ang mga COB

Ang emitter ay isang solong mamatay na naka-mount patungo sa isang circuit board, pagkatapos sa isang heat sink. Ang circuit board na ito ay nagbibigay ng elektrikal na kapangyarihan patungo sa emitter, habang naglalabas din ng init.

Upang matulungan ang pagbabawas ng gastos pati na rin mapahusay ang pagkakapareho ng ilaw, tinukoy ng mga investigator na ang LED substrate ay maaaring hiwalay at ang solong mamatay ay maaaring mai-mount nang hayagan sa circuit board. Kaya't ang disenyo na ito ay tinatawag na COB (chip-on-board array).

Mga Kalamangan at Kalamangan ng mga LED

Ang mga kalamangan ng light-emitting diode isama ang sumusunod.

• Ang gastos ng LED's ay mas mababa at ang mga ito ay maliit.
• Sa pamamagitan ng paggamit ng kuryente ng LED ay kontrolado.
• Ang kasidhian ng LED ay naiiba sa tulong ng microcontroller.
• Mahabang Buhay
• Matipid sa enerhiya
• Walang panahon ng pag-init
• Masungit
• Hindi nakakaapekto sa malamig na temperatura
• Direksyon
• Magaling ang Pag-render ng Kulay
• Palakaibigan sa kapaligiran
• Makokontrol

Ang mga kawalan ng light-emitting diode isama ang sumusunod.

• Presyo
• Sensitibo sa temperatura
• Pag-asa sa temperatura
• Magaan ang kalidad
• Electrical polarity
• Sensitibo sa boltahe
• Mahusay na bumagsak
• Epekto sa mga insekto

Mga aplikasyon ng Light Emitting Diode

Maraming mga application ng LED at ang ilan sa mga ito ay ipinaliwanag sa ibaba.

• Ang LED ay ginagamit bilang isang bombilya sa mga bahay at industriya
• Ang mga light-emitting diode ay ginagamit sa mga motorsiklo at kotse
• Ginagamit ang mga ito sa mga mobile phone upang maipakita ang mensahe
• Sa signal ng ilaw ng trapiko led's ay ginagamit

Kaya, tinatalakay ng artikulong ito isang pangkalahatang ideya ng light-emitting diode prinsipyo at aplikasyon ng pagtatrabaho ng circuit. Inaasahan kong sa pamamagitan ng pagbabasa ng artikulong ito nakakuha ka ng ilang pangunahing at gumagana na impormasyon ng light-emitting diode. Kung mayroon kang anumang mga query tungkol sa artikulong ito o tungkol sa pangwakas na proyekto sa elektrisidad, mangyaring mag-atubiling magkomento sa seksyon sa ibaba. Narito ang isang katanungan para sa iyo, Ano ang LED at paano ito gumagana?