Cum funcționează LED-ul: cum funcționează

Abrevierea în limba engleză înseamnă literalmente "o diodă care emite lumină". Este un dispozitiv semiconductor capabil să transforme curentul electric în radiații luminoase. Acesta este un dispozitiv simplu, al cărui design este cu totul diferit de produsele uzuale pentru iluminat (lămpi cu incandescență, lămpi cu descărcare, lămpi fluorescente etc.).

Cum funcționează LED-ul va fi interesant pentru toată lumea. Acest dispozitiv nu are elemente structurale fragile inițial nesigure și un bec de sticlă (spre deosebire de alte lămpi). Costul diodelor este atât de mic încât nu este mult diferit de bateriile care servesc drept sursă de energie. Popularitatea acestor produse se explică printr-o serie de factori, inclusiv designul acestora.

Istoria apariției

Având în vedere problema de ce funcționează LED-urile, ar trebui să studiem istoricul apariției lor. Pentru prima dată, un astfel de dispozitiv a fost creat în 1962 de către omul de știință N. Holonyak. Era monocrom dioda roșie strălucire. Avea o serie de deficiențe, însă tehnologia însăși a fost recunoscută ca fiind promițătoare.

Zece ani după crearea diodei roșii au apărut soiuri verzi și galbene. Ele au fost folosite ca indicatori în multe dispozitive electronice. Intensitatea fluxului luminos al diodelor datorată evoluțiilor științifice a crescut constant. În anii `90, a fost creat un iluminator cu o eficiență a fluxului de 1 lumen.

În 1993, S. Nakamura a creat prima diodă albastră, caracterizată printr-o luminozitate ridicată. Din acest moment a devenit posibil să se creeze orice spectru de culori (inclusiv alb). Tehnologia se dezvoltă neîncetat.

Atunci când se combină un tip de diode albastru și ultraviolet, se obține un iluminator alb de fosfor. Ei au început treptat să înlocuiască lămpile cu incandescență. Până în 2005, diodele au fost produse cu un flux luminos de până la 100 lm și chiar mai ridicate. Oțelul a început să producă iluminare albă cu nuanțe diferite (calde, reci).

Dispozitiv LED

Pentru a înțelege modul în care funcționează o diodă cu emițător de lumină, este necesar să luați în considerare dispozitivul în detaliu. Acest dispozitiv de iluminat, în opinia reprezentanților Asociației pentru Dezvoltarea Industriei Optoelectronice și a Departamentului Energiei, va deveni în curând cea mai populară sursă de iluminat în casele, birourile, instituțiile obișnuite.

LED-ul se bazează pe un cristal semiconductor. Transmite curent electric numai într-o singură direcție. Cristalul este amplasat pe un substrat special. Nu conduce curent. Corpul protejează cristalul de influențele externe. Are ieșiri sub formă de contacte, precum și un sistem optic.

Pentru a mări durata de viață a dispozitivului, spațiul dintre lentila din plastic și cristalul în sine a fost umplut cu o componentă siliconică transparentă. Pentru a elimina excesul de căldură, se folosește o bază de aluminiu. Acesta este dispozitivul obișnuit al unei diode moderne. Când lucrează, el identifică un relativ mic cantitatea de căldură. Acesta este, de asemenea, un avantaj al dispozitivului.

Principiul de funcționare

Având în vedere modul în care funcționează LED-ul, este necesar să se înțeleagă principiul de bază al funcționării acestor dispozitive. Dispozitivul prezentat are o tranziție cu electroni. Acest lucru se datorează principiului diferit al conductivității componentelor iluminatorului. Un semiconductor are un exces de electroni, iar celălalt are găuri excesive.

Cu ajutorul procesului de dopaj, materialul perforat este îmbogățit cu suporturi de încărcare negre. Dacă se aplică un curent la locul de îmbogățire a semiconductorilor cu încărcături opuse, va rezulta o deplasare directă. Prin tranziția acestor două materiale, electricitatea va funcționa.

În acest caz, în corpul diodelor există o fuziune a purtătorilor de sarcină cu starea electrică diferită. Atunci când găurile și electronii se ciocnesc, se eliberează o anumită cantitate de energie. Aceasta este cuantumul fluxului luminos. Se numește foton.

Culoare LED

Când se creează diode, se utilizează diverse materiale semiconductoare. Acest lucru determină culoarea care este emisă la lucrul cu dispozitivul prezentat. Diferite materiale pot trimite valuri de lungimi diferite în spațiu. Acest lucru permite ochiului uman să vadă această sau acea culoare a spectrului vizibil.

Studiind problema modului în care funcționează LED-ul, ar trebui să luăm în considerare materialele semiconductoarelor. Anterior, pentru astfel de scopuri s-au utilizat compuși fosfizi de galiu, triple de GaAsP, AlGaAs. În același timp, dispozitivul ar putea trimite roșu, galben-verde fluxul luminos.

Tehnologia actuală este utilizată acum numai pentru dispozitivele indicatoare. Astăzi pentru astfel de produse se utilizează indiu-galiu de aluminiu (AllnGaP) și indiu-nitruriu galiu (InGaN). Rezistă un nivel destul de ridicat al curentului de trecere, umidității ridicate și încălzirii. O combinație de diferite tipuri de LED-uri este posibilă.

Amestecarea culorilor

Benzile de diode moderne pot produce diferite nuanțe de lumină. Un dispozitiv poate produce o culoare monotonă. Atunci când creați un dispozitiv multi-cristal este posibil să obțineți un număr uriaș de nuanțe diferite. Ca un monitor TV sau calculator, dioda poate crea orice culoare cu modelul RGB (înseamnă roșu, verde, albastru).

Acesta este un principiu simplu care vă permite să înțelegeți cum funcționează LED-urile RGB. Cu această tehnologie, puteți crea iluminare albă. Pentru a face acest lucru, toate cele trei culori sunt amestecate în proporții egale.

Cu toate acestea, în plus față de tehnologia prezentată poate obține o lumină albă când dioda combinate radiație cu unde scurte (UV, albastru), împreună cu un tip de acoperire cu fosfor galben. Cu o combinație de fotoni de galben și albastru, în cele din urmă se transformă strălucire alb.

producere

Pentru a înțelege câte LEDuri funcționează, este necesar să se ia în considerare producerea acestor dispozitive. În primul rând, trebuie remarcat faptul că dispozitivele cu o matrice de tip RGB sunt mai scumpe decât luminescenții. Acestea din urmă permit realizarea iluminării de înaltă calitate.

Dezavantajul fosforului este scăderea luminii, precum și o altă culoare (temperatura) a fluxului. Acest aparat este mai rapid decât LED-ul. Prin urmare, dispozitivele de iluminat cu ambele principii de funcționare sunt disponibile în vânzare. Pentru a crea indicatori, se produc diode cu un consum de tensiune constantă de 2-4 V (la un curent de 50 mA).

Pentru a crea o acoperire completă dispozitivele necesare cu consum de aceeași tensiune, dar nivelul mai ridicat de curent - 1 A. Dacă unul diode module conectate în serie, tensiunea totală va ajunge la 12 sau 24 V.

Amplificarea luminozității

Având în vedere întrebarea despre ce tensiune funcționează diodele emițătoare de lumină, trebuie spus despre creșterea luminozității dispozitivelor prezentate. Puterea acestor dispozitive atinge 60 mW. Dacă astfel de diode sunt instalate într-un corp de dimensiuni medii, elementele luminoase trebuie să fie setate la 15-20 buc.

Diodele cu luminozitate crescută a luminiscenței pot transporta o putere de până la 240 de wați. Pentru a oferi o lumină de fundal normală, aceste elemente vor necesita 4-8 bucăți. În vânzare sunt dispozitive care pot ilumina complet spațiile, publicitatea exterioară, casetele de afișare etc. Unele benzi sunt create pentru iluminarea cu intensitate medie sau joasă.

Pentru a conecta echipamentul prezentat, se folosesc unități de comandă de putere corespunzătoare. Pentru casete de culori, este posibil să se utilizeze controale care să controleze nu numai intensitatea iluminării, ci și tonurile și modurile de funcționare a dispozitivului.

Controlul strălucirii

Există un număr foarte mare de variante ale echipamentului prezentat. Există LED-uri care rulează pe baterii (de exemplu, în lanterne), alimentate într-o rețea staționară. Ele sunt folosite atât pentru munca internă, cât și pentru cea externă. În funcție de condițiile de aplicare, se selectează clasa corespunzătoare de protecție diodă.

Pentru a regla luminozitatea strălucirii, tensiunea de alimentare nu este redusă. Modularea lățimii impulsurilor (PWM) este utilizată pentru a reduce intensitatea luminiscenței. În acest caz, unitatea de comandă este achiziționată.

Metoda prezentată constă în furnizarea unei diode cu curent puls modulate. Frecvența semnalului ajunge la mii de hertzi. Lățimea impulsurilor și intervalele de pauze pot varia. Puteți controla strălucirea dispozitivului. Dioda în acest caz nu va ieși.

durabilitate

Diodele sunt considerate dispozitive durabile. Acest lucru se datorează designului lor. Cu toate acestea, dacă diodele care emite lumina de pe lampă nu funcționează, este posibil ca funcționarea lor să fi expirat. Aceasta poate fi determinată de saturația luminiscenței și de schimbarea culorii.

De asemenea, experții observă că durata de viață a dispozitivelor cu consum redus este mult mai lungă. Dar chiar și în cele mai strălucitoare panglici sau lămpi, diodele sunt garantate să funcționeze între 20 și 50 de mii de ore. Deoarece nu au elemente structurale fragile, influențele mecanice sunt mai predispuse să nu dăuneze acestor brichete.

După ce a studiat modul în care funcționează LED-ul, se poate înțelege principiul designului dispozitivului, precum și caracteristicile sale de performanță. Acest echipament este considerat a fi iluminatorul generației viitoare.