Điốt phát sáng là gì: Hoạt động và ứng dụng của nó
Đèn LED là nguồn sáng bán dẫn có hai dây dẫn. Điốt phát sáng-được Nick Holonyak phát minh vào năm 1962 khi ông làm việc cho General Electric. Đèn LED là một loại diode độc đáo có đặc tính điện tương đương với đặc tính của diode tiếp giáp PN. Do đó, đèn LED cho phép dòng điện chạy theo một hướng trong khi chặn nó theo hướng khác. Ít hơn 1 mm2 là tất cả những gì đèn LED chiếm. Đèn LED được sử dụng trong nhiều dự án điện và điện tử. Hoạt động của đèn LED và công dụng của nó sẽ được đề cập trong bài viết này.
Điốt phát sáng: Nó là gì?
Điốt tiếp giáp p{0}}n đóng vai trò là điốt phát sáng-. Nó là một dạng bán dẫn độc đáo và một diode pha tạp đặc biệt. Đi-ốt phát quang-là một thiết bị phát ra ánh sáng khi nó được phân cực thuận.
Hai mũi tên nhỏ biểu thị sự phát ánh sáng giúp phân biệt biểu tượng LED với biểu tượng đi-ốt, đó là lý do tại sao nó được gọi là đèn LED (đi-ốt phát quang). Đèn LED có hai cực: cực âm (-) và cực dương (+). (-).
Cấu trúc biểu tượng LED
Cấu trúc của đèn LED khá đơn giản vì nó được thiết kế thông qua sự lắng đọng của ba lớp vật liệu bán dẫn trên một chất nền. Ba lớp này được đặt chồng lên nhau, với lớp trên cùng là lớp loại P, lớp giữa là lớp hoạt động và lớp dưới cùng là lớp loại N. Cấu trúc cho phép người ta nhìn thấy ba vùng vật liệu bán dẫn. Trong cấu trúc, các lỗ trống hiện diện trong vùng loại P-, các bầu cử hiện diện trong vùng loại N- và cả lỗ trống và electron đều hiện diện trong vùng hoạt động.
Đèn LED ổn định vì không có dòng điện tử hoặc lỗ trống khi không cung cấp điện áp. Đèn LED trở nên phân cực thuận ngay khi điện áp được cung cấp, khiến các electron ở vùng N- và các lỗ trống trong vùng P-đi vào vùng hoạt động. Vùng cạn kiệt là tên gọi khác của khu vực này. Ánh sáng có thể được tạo ra thông qua sự tái hợp của các điện tích phân cực vì các hạt mang điện, chẳng hạn như lỗ trống, có điện tích dương trong khi các electron có điện tích âm.
Quá trình của Điốt phát sáng là gì?
Chúng tôi thường gọi điốt phát sáng là-điốt. Các electron và lỗ trống đang chảy nhanh qua điểm nối khi diode được phân cực thuận và chúng liên tục kết hợp và đẩy nhau ra khỏi đường đi. Nó kết hợp với các lỗ giống như các electron đang chuyển từ silicon loại n{3}} sang silicon loại p-, sau đó biến mất.
Oleg Losev, một nhà phát minh người Nga, đã phát triển đèn LED đầu tiên vào năm 1927 và công bố một phần nền tảng lý thuyết cho nghiên cứu của mình.
Giáo sư Kurt Lechovec đã thử nghiệm giả thuyết Losers vào năm 1952 và đưa ra lời giải thích về đèn LED đầu tiên.
Đèn LED màu xanh lá cây đầu tiên được tạo ra vào năm 1958 bởi Rubin Braunstein và Egon Loebner.
Nicholas Holonyak đã tạo ra đèn LED màu đỏ vào năm 1962. Do đó, đèn LED đầu tiên đã được tạo ra.
Máy tính đầu tiên sử dụng đèn LED trên bảng mạch là model IBM từ năm 1964.
Hewlett Packard (HP) đã giới thiệu đèn LED vào máy tính vào năm 1968.
Đèn LED màu xanh được Jacques Pankove và Edward Miller tạo ra vào năm 1971.
Kỹ sư điện M. George Crawford đã tạo ra đèn LED màu vàng vào năm 1972.
Đèn LED màu xanh lam chứa magie và các tiêu chuẩn trong tương lai được tạo ra vào năm 1986 bởi Walden C. Rhines và Herbert Maruska từ Đại học Stafford.
Hiroshi Amano và Nhà vật lý Isamu Akaski đã tạo ra Gallium Nitride với đèn LED màu xanh lam tuyệt vời vào năm 1993.
Shuji Nakamura, một kỹ sư điện, đã tạo ra đèn LED màu xanh lam đầu tiên có độ sáng cao thông qua các cải tiến của Amanos & Akaski, giúp thúc đẩy sự phát triển của đèn LED màu trắng.
Đèn LED màu trắng có giá từ 80 đến 100 bảng Anh mỗi bóng đèn được sử dụng cho mục đích dân dụng vào năm 2002.
Đèn LED đã trở nên phổ biến ở các công ty, bệnh viện và trường học trong năm 2008.
Nguồn sáng chính trong năm 2019 là đèn LED; đây là một bước đột phá đáng chú ý vì đèn LED hiện có thể được sử dụng để chiếu sáng nhiều địa điểm khác nhau, bao gồm nhà ở, văn phòng, bệnh viện và trường học.
Mạch điốt phát sáng thiên vị
Phần lớn đèn LED có thông số điện áp từ 1 đến 3 volt, trong khi định mức dòng điện chuyển tiếp nằm trong khoảng từ 200 đến 100 mA.
Độ lệch của đèn LED
Đèn LED hoạt động chính xác nếu điện áp từ 1 đến 3 volt được đặt vào nó vì dòng điện cho biết điện áp nằm trong phạm vi hoạt động. Tương tự như vậy, nếu đèn LED có điện áp cao hơn điện áp hoạt động, dòng điện cao sẽ khiến vùng cạn kiệt bị hỏng. Dòng điện cao không lường trước này sẽ làm hỏng thiết bị.
Bằng cách nối một điện trở nối tiếp với nguồn điện áp và đèn LED, điều này có thể được ngăn chặn. Mức dòng điện an toàn cho đèn LED nằm trong khoảng từ 200 mA đến 100 mA, trong khi định mức điện áp an toàn cho đèn LED nằm trong khoảng từ 1V đến 3V.
Ở đây, điện trở được đặt ở giữa nguồn điện áp và đèn LED được gọi là điện trở giới hạn dòng điện vì điện trở này điều chỉnh dòng điện nếu không đèn LED có thể làm chết nó. Vì vậy, điện trở này rất cần thiết để bảo vệ đèn LED.
Phương trình toán học của dòng điện qua đèn LED là
NẾU=Vs – VD/Rs
Ở đâu,
"NẾU" dòng điện chuyển tiếp
Nguồn điện áp 'Vs'
Sự sụt giảm điện áp trên điốt phát sáng-được biểu thị bằng "VD".
Rs là điện trở giới hạn dòng điện.
sự sụt giảm điện áp cần thiết để vượt qua rào cản của vùng cạn kiệt. Khi điện áp điốt Si hoặc Ge giảm từ 0,3 V trở xuống, điện áp rơi của đèn LED sẽ nằm trong khoảng từ 2 đến 3 V.
Ngược lại với điốt Si hoặc Ge, đèn LED có thể hoạt động ở điện áp cao.
So với điốt silicon hoặc germani, điốt phát quang-cần nhiều năng lượng hơn để hoạt động.
loại đi-ốt phát sáng-
Điốt phát sáng-có nhiều loại, một số loại được liệt kê bên dưới.
Gallium Arsenide (GaAs) màu đỏ đến hồng ngoại-màu đỏ đến hồng ngoại, màu cam Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP)
Đèn LED có độ sáng cao-màu đỏ, cam-đỏ, cam và vàng được làm bằng nhôm phốt pho gallium arsenide (AlGaAsP)
Gallium photphat đỏ, vàng và xanh lục (GaP)
Màu xanh lá cây là màu của Nhôm Gallium Phosphide (AlGaP), màu xanh ngọc lục bảo là màu của Gallium Nitride (GaN) và màu xanh lam là màu của Gallium Indium Nitride (GaInN).
Là chất nền, cacbua silic (SiC) có màu xanh lam
Kẽm Selenua xanh (ZnSe) và nhôm Gallium Nitride tia cực tím (AlGaN)
Nguyên lý hoạt động của đèn LED
Lý thuyết lượng tử đóng vai trò là nền tảng cho hoạt động{0}}của điốt phát sáng. Theo lý thuyết lượng tử, photon giải phóng năng lượng khi electron chuyển từ trạng thái năng lượng cao hơn xuống trạng thái năng lượng thấp hơn. Hiệu năng lượng giữa hai mức năng lượng này bằng năng lượng của photon. Khi đạt đến trạng thái phân cực thuận của diode tiếp giáp PN-, dòng điện sẽ đi qua diode.
Nguyên lý hoạt động của đèn LED
Dòng chảy của lỗ trống ngược chiều dòng điện và dòng electron theo chiều dòng điện là nguyên nhân làm cho dòng điện chạy trong chất bán dẫn. Do đó, sự tái hợp sẽ xảy ra do sự chuyển động của các hạt mang điện này.
Các electron của dải dẫn nhảy xuống dải hóa trị theo sự tái hợp. Năng lượng điện từ được các electron giải phóng dưới dạng photon khi chúng chuyển từ dải này sang dải khác và năng lượng của photon bằng khoảng năng lượng cấm.
Hãy lấy thuyết lượng tử làm ví dụ. Theo lý thuyết này, năng lượng của một photon bằng tổng tần số của nó và hằng số Planck. Công thức toán học được hiển thị.
Phương trình=hf
trong đó được gọi là hằng số Planck và tốc độ của bức xạ điện từ, ký hiệu là c, bằng tốc độ ánh sáng. As af= c /, mối quan hệ giữa tần số bức xạ và tốc độ ánh sáng. Phương trình trước sẽ cho kết quả là bước sóng của bức xạ điện từ trong đó
Phương trình=anh ấy / λ
Bước sóng của bức xạ điện từ tỷ lệ nghịch với khe cấm, theo phương trình trên. Nói chung, các điều kiện và dải hóa trị của chất bán dẫn silicon và germanium sao cho toàn bộ bức xạ của sóng điện từ trong quá trình tái hợp có dạng bức xạ hồng ngoại. Chúng ta không thể nhìn thấy các bước sóng hồng ngoại vì chúng nằm ngoài phạm vi ánh sáng khả kiến.
Bởi vì chất bán dẫn silicon và germani là chất bán dẫn khe hở gián tiếp chứ không phải là chất bán dẫn khe hở trực tiếp nên bức xạ hồng ngoại thường được gọi là nhiệt. Tuy nhiên, mức năng lượng cao nhất của vùng hóa trị và mức năng lượng tối thiểu của vùng dẫn không tồn tại khi các electron có mặt trong chất bán dẫn có khe hở trực tiếp. Kết quả là động lượng của vùng electron sẽ thay đổi trong quá trình tái hợp giữa electron và lỗ trống hoặc sự di chuyển của các electron từ vùng dẫn sang vùng hóa trị.
Đèn LED sáng
Có hai phương pháp có thể được sử dụng để sản xuất đèn LED. Trong phương pháp đầu tiên, các chip LED màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam được kết hợp trong một gói duy nhất để tạo ra ánh sáng trắng, trong khi phương pháp thứ hai sử dụng chất lân quang. Chất epoxy bao quanh huỳnh quang của phốt pho có thể được tổng hợp và thiết bị LED InGaN sau đó sẽ kích hoạt đèn LED bằng cách sử dụng bức xạ bước sóng ngắn.
Để tạo ra nhiều cảm giác màu sắc, được gọi là màu phụ gia cơ bản, các đèn màu khác nhau, chẳng hạn như đèn xanh lam, xanh lục và đỏ, được kết hợp với số lượng khác nhau. Ánh sáng trắng được tạo ra bằng cách kết hợp đồng đều ba cường độ ánh sáng này.
Tuy nhiên, để đạt được sự kết hợp này bằng cách sử dụng kết hợp đèn LED xanh lục, xanh lam và đỏ, cần có một-kiến trúc quang điện đầy thách thức để quản lý sự kết hợp và khuếch tán của nhiều màu sắc khác nhau. Hơn nữa, phương pháp này có thể gặp khó khăn do sự thay đổi màu sắc của đèn LED.
Một chip LED có lớp phủ phốt pho cung cấp năng lượng cho phần lớn dòng sản phẩm LED trắng. Khi lớp phủ này tiếp xúc với bức xạ cực tím thay vì photon xanh sẽ tạo ra ánh sáng trắng. Lý thuyết tương tự cũng áp dụng cho đèn huỳnh quang; sự phóng điện bên trong ống sẽ phát ra tia cực tím, khiến chất lân quang nhấp nháy màu trắng.
Mặc dù kỹ thuật LED này có thể mang lại màu sắc đa dạng nhưng sự khác biệt có thể được điều chỉnh bằng cách sàng lọc. Bằng cách sử dụng bốn tọa độ màu chính xác gần tâm của sơ đồ CIE, các thiết bị dựa trên-đèn LED màu trắng sẽ được sàng lọc.
Tất cả các tọa độ màu có thể đạt được trong đường cong móng ngựa được hiển thị trong sơ đồ CIE. Màu sắc rõ ràng của vòng cung trải rộng ra nhưng điểm trắng nằm ở giữa. Bốn điểm được hiển thị ở giữa biểu đồ có thể được sử dụng để biểu thị màu đầu ra của đèn LED trắng. Bốn tọa độ đồ thị gần như trắng tinh, nhưng những đèn LED này thường không hoạt động tốt như nguồn sáng tiêu chuẩn để chiếu sáng các thấu kính màu.
Những đèn LED này có lợi nhất cho các thấu kính màu trắng, trong suốt có đèn nền mờ. Đèn LED trắng chắc chắn sẽ trở nên phổ biến hơn như một nguồn chiếu sáng và đèn báo miễn là công nghệ này tiếp tục phát triển.
Hiệu quả rực rỡ
Quang thông được tạo ra cho mỗi đèn LED được đo bằng lm, trong khi mức tiêu thụ điện được đo bằng W. Đèn LED màu đỏ có 155 lm/W, đèn LED màu hổ phách có 500 lm/W và đèn LED màu xanh lam có bậc hiệu suất bên trong định mức là 75 lm/W. Những tổn thất có thể được coi là do sự tái hấp thụ bên trong; hiệu suất phát sáng của đèn LED màu xanh lá cây và màu hổ phách là từ 20 đến 25 lm/W. Khái niệm về hiệu suất này, còn được gọi là hiệu suất bên ngoài, có thể so sánh với khái niệm về hiệu suất thường được sử dụng cho các loại nguồn sáng khác, chẳng hạn như đèn LED nhiều màu.
Nguồn sáng điốt có nhiều màu sắc
Đèn LED nhiều màu là các điốt phát sáng-khi được kết nối theo độ phân cực thuận sẽ tạo ra một màu sắc và khi được kết nối theo độ phân cực ngược sẽ tạo ra một màu khác.
Những đèn LED này thực tế có hai điểm nối PN{0}}và có thể kết nối chúng song song bằng cách nối cực âm của một cực với cực dương của cực kia.
Khi lệch theo một hướng, đèn LED nhiều màu thường có màu đỏ và khi lệch theo hướng ngược lại, chúng có màu xanh lục. Đèn LED này sẽ tạo ra màu thứ ba nếu nó được BẬT rất nhanh giữa hai cực. Được chuyển đổi nhanh chóng giữa các cực phân cực, đèn LED màu xanh lá cây hoặc màu đỏ sẽ tạo ra ánh sáng màu vàng.
Hai cách thiết lập khác nhau cho đèn LED là gì?
Hai bộ phát và COB tương tự nhau là các thiết lập đèn LED cơ bản.
Bộ phát là một khuôn duy nhất được gắn vào tản nhiệt trước khi được đặt vào bảng mạch. Bảng mạch này hút nhiệt ra khỏi bộ phát đồng thời cung cấp năng lượng điện.
Các nhà điều tra phát hiện ra rằng đế LED có thể được loại bỏ và khuôn đơn có thể được đặt tự do vào bảng mạch, giúp giảm chi phí và cải thiện độ đồng đều của ánh sáng. Do đó, thiết kế này được gọi là COB (mảng chip-trên{2}}bo mạch).
Lợi ích và hạn chế của đèn LED
Sau đây là một số lợi ích của điốt phát sáng-.
Đèn LED nhỏ và có giá thấp hơn.
Điện được điều khiển bằng cách sử dụng đèn LED.
Với sự trợ giúp của bộ vi xử lý, cường độ của đèn LED có thể thay đổi.
một thời gian dài
hiệu quả về mặt năng lượng
Không khởi động trước{0}}trận đấu
Chắc chắn
không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ lạnh giá
Khả năng hiển thị màu theo hướng tuyệt vời
Có thể kiểm soát và thân thiện với môi trường
Sau đây là một số nhược điểm của công nghệ LED.
Giá
nhạy cảm với nhiệt độ
độ nhạy nhiệt độ
Phân cực điện và chất lượng ánh sáng
Độ nhạy điện
Hiệu quả giảm mạnh
Kết quả cho côn trùng
Công dụng của điốt phát quang-
Có rất nhiều ứng dụng cho đèn LED, một số trong đó được mô tả dưới đây.
Ở cả hộ gia đình và doanh nghiệp, đèn LED đều được sử dụng làm bóng đèn.
Điốt phát quang-được sử dụng trong ô tô và xe máy.
Thông báo được hiển thị bằng cách sử dụng chúng trong điện thoại di động.
Đèn led được sử dụng ở các tín hiệu đèn giao thông.
Do đó, bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về ứng dụng và lý thuyết hoạt động của mạch đi-ốt phát quang-. Tôi hy vọng bạn đã biết được một số thông tin cơ bản và thực tế về điốt phát sáng-bằng cách đọc bài viết này.
Để biết thêm thông tin, xin vui lòng chú ý đếnTrang web chính thức của BENWEI
