Apa itu Diod Pemancar Cahaya: Bekerja & Aplikasinya

Diod pemancar cahaya adalah sumber cahaya semikonduktor dua plumbum. Pada tahun 1962, Nick Holonyak muncul dengan idea mengenai diod pemancar cahaya, dan dia bekerja di syarikat elektrik umum. LED adalah jenis diod khas dan mereka mempunyai ciri elektrik yang serupa dengan diod simpang PN. Oleh itu LED membenarkan aliran arus ke arah hadapan dan menyekat arus ke arah terbalik. LED menempati kawasan kecil yang kurang dari 1 mm^dua . Aplikasi LED digunakan untuk membuat pelbagai projek elektrik dan elektronik. Dalam artikel ini, kita akan membincangkan prinsip kerja LED dan aplikasinya.

Apa itu Diod Pemancar Cahaya?

Diod pemancar lampu adalah a diod persimpangan p-n . Ia adalah diod yang didoping khas dan terdiri daripada jenis semikonduktor khas. Apabila cahaya memancarkan ke depan bias, maka itu disebut diod pemancar cahaya.

Diod pemancar cahaya

Simbol LED

Simbol LED serupa dengan simbol dioda kecuali dua anak panah kecil yang menentukan pancaran cahaya, sehingga disebut LED (diod pemancar cahaya). LED merangkumi dua terminal iaitu anod (+) dan katod (-). Simbol LED ditunjukkan di bawah.

Simbol LED

Pembinaan LED

Pembinaan LED sangat mudah kerana ia dirancang melalui pemendapan tiga lapisan bahan semikonduktor di atas substrat. Ketiga-tiga lapisan ini disusun satu demi satu di mana wilayah atas adalah wilayah jenis-P, rantau tengah aktif dan akhirnya, wilayah bawah adalah jenis-N. Ketiga-tiga kawasan bahan semikonduktor dapat diperhatikan dalam pembinaannya. Dalam pembinaan, wilayah jenis-P merangkumi lubang-lubang wilayah-jenis N termasuk pilihan raya sedangkan wilayah aktif merangkumi kedua-dua lubang dan elektron.

Apabila voltan tidak digunakan pada LED, maka tidak ada aliran elektron dan lubang sehingga stabil. Setelah voltan diterapkan maka LED akan maju secara bias, sehingga elektron di wilayah-N dan lubang dari wilayah-P akan bergerak ke kawasan aktif. Wilayah ini juga dikenali sebagai kawasan penipisan. Kerana pembawa cas seperti lubang termasuk muatan positif sedangkan elektron mempunyai muatan negatif sehingga cahaya dapat dihasilkan melalui penggabungan cas polaritas.

Bagaimana Diod Pemancar Cahaya Berfungsi?

Diod pemancar cahaya secara sederhana, kita kenal sebagai diod. Apabila diod dihala ke depan, maka elektron & lubang bergerak pantas melintasi persimpangan dan mereka digabungkan secara berterusan, saling melepaskan satu sama lain. Segera setelah elektron bergerak dari jenis n ke silikon jenis p, ia bergabung dengan lubang, kemudian hilang. Oleh itu ia menjadikan atom lengkap & lebih stabil dan memberikan sedikit tenaga dalam bentuk paket kecil atau foton cahaya.

Kerja Diod Pemancar Cahaya

Gambar rajah di atas menunjukkan bagaimana diod pemancar cahaya berfungsi dan proses langkah demi langkah rajah tersebut.

• Dari rajah di atas, kita dapat melihat bahawa silikon jenis-N berwarna merah termasuk elektron yang ditunjukkan oleh lingkaran hitam.
• Silikon jenis-P berwarna biru dan mengandungi lubang, ia ditunjukkan oleh bulatan putih.
• Bekalan kuasa melintasi persimpangan p-n menjadikan diod ke hadapan berat sebelah dan mendorong elektron dari jenis-n ke jenis-p. Menolak lubang ke arah yang bertentangan.
• Elektron dan lubang di persimpangan digabungkan.
• Foton dikeluarkan ketika elektron dan lubang digabungkan semula.

Sejarah Diod Pemancar Cahaya

LED dicipta pada tahun 1927 tetapi bukan penemuan baru. Kajian ringkas mengenai sejarah LED dibincangkan di bawah.

• Pada tahun 1927, Oleg Losev (penemu Rusia) diciptakan LED pertama dan menerbitkan beberapa teori mengenai penyelidikannya.
• Pada tahun 1952, Prof Kurt Lechovec telah menguji teori teori Losers dan menjelaskan mengenai LED pertama
• Pada tahun 1958, LED hijau pertama dicipta oleh Rubin Braunstein & Egon Loebner
• Pada tahun 1962, LED merah dikembangkan oleh Nick Holonyak. Jadi, LED pertama dibuat.
• Pada tahun 1964, IBM melaksanakan LED pada papan litar untuk pertama kalinya pada komputer.
• Pada tahun 1968, HP (Hewlett Packard) mula menggunakan LED dalam kalkulator.
• Pada tahun 1971, Jacques Pankove & Edward Miller mencipta LED biru
• Pada tahun 1972, M. George Crawford (Jurutera Elektrik) diciptakan LED warna kuning.
• Pada tahun 1986, Walden C. Rhines & Herbert Maruska dari University of Stafford mencipta LED warna biru dengan Magnesium termasuk standard masa depan.
• Pada tahun 1993, Hiroshi Amano & Fisikawan Isamu Akaski telah mengembangkan Gallium Nitride dengan LED warna biru berkualiti tinggi.
• Seorang jurutera elektrik seperti Shuji Nakamura mengembangkan LED biru pertama dengan kecerahan tinggi melalui perkembangan Amanos & Akaski, yang dengan cepat membawa kepada pengembangan LED warna putih.
  Pada tahun 2002, LED warna putih digunakan untuk tujuan kediaman yang mengecas sekitar £ 80 hingga £ 100 untuk setiap mentol.
• Pada tahun 2008, lampu LED telah menjadi sangat popular di pejabat, hospital & sekolah.
• Pada tahun 2019, LED telah menjadi sumber cahaya utama
• Perkembangan LED luar biasa, kerana berkisar dari petunjuk kecil untuk menerangi pejabat, rumah, sekolah, hospital, dll.

Litar Diod Pemancar Cahaya untuk Biasing

Sebilangan besar LED mempunyai penilaian voltan dari 1 volt-3 volt sedangkan penilaian arus hadapan berkisar antara 200 mA-100 mA.

Bias LED

Sekiranya voltan (1V hingga 3V) diterapkan ke LED, maka ia berfungsi dengan baik kerana aliran arus untuk voltan yang digunakan akan berada dalam julat operasi. Begitu juga, jika voltan yang diterapkan ke LED lebih tinggi daripada voltan operasi, maka kawasan penipisan dalam diod pemancar cahaya akan rosak kerana aliran arus yang tinggi. Aliran arus tinggi yang tidak dijangka ini akan merosakkan peranti.

Ini dapat dielakkan dengan menghubungkan perintang secara bersiri dengan sumber voltan & LED. Penarafan voltan selamat LED akan berkisar antara 1V hingga 3 V sedangkan penilaian arus selamat berkisar antara 200 mA hingga 100 mA.

Di sini, perintang yang disusun di antara sumber voltan dan LED dikenali sebagai perintang penghad arus kerana perintang ini menyekat aliran arus jika tidak, LED boleh memusnahkannya. Jadi perintang ini memainkan peranan penting dalam melindungi LED.

Secara matematik, aliran arus melalui LED boleh ditulis sebagai

JIKA = Vs - VD / Rs

Di mana,

'JIKA' adalah masa hadapan

‘Vs’ adalah sumber voltan

‘VD’ adalah penurunan voltan merentasi diod pemancar cahaya

'Rs' adalah perintang penghad semasa

Jumlah voltan turun untuk mengalahkan penghalang kawasan penipisan. Penurunan voltan LED akan berkisar antara 2V hingga 3V sementara dioda Si atau Ge adalah 0.3 sebaliknya 0.7 V.

Oleh itu, LED dapat dikendalikan dengan menggunakan voltan tinggi dibandingkan dengan dioda Si atau Ge.
Diod pemancar cahaya menggunakan lebih banyak tenaga daripada dioda silikon atau germanium untuk beroperasi.

Jenis Diod Pemancar Cahaya

Disana ada pelbagai jenis diod pemancar cahaya hadir dan sebahagian daripadanya disebutkan di bawah.

• Gallium Arsenide (GaAs) - infra-merah
• Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) - merah hingga infra merah, oren
• Aluminium Gallium Arsenide Phosphide (AlGaAsP) - merah terang, oren-merah, oren, dan kuning
• Gallium Phosphide (GaP) - merah, kuning dan hijau
• Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) - hijau
• Gallium Nitride (GaN) - hijau, hijau zamrud
• Gallium Indium Nitride (GaInN) - hampir ultraviolet, hijau kebiruan dan biru
• Silicon Carbide (SiC) - biru sebagai substrat
• Zinc Selenide (ZnSe) - biru
• Aluminium Gallium Nitride (AlGaN) - ultraviolet

Prinsip Kerja LED

Prinsip kerja diod pemancar cahaya berdasarkan teori kuantum. Teori kuantum mengatakan bahawa apabila elektron turun dari tahap tenaga yang lebih tinggi ke tahap tenaga yang lebih rendah maka, tenaga itu memancarkan dari foton. Tenaga foton sama dengan jurang tenaga antara dua tahap tenaga ini. Sekiranya diod simpang PN berada di hadapan bias, maka arus mengalir melalui diod.

Prinsip Kerja LED

Aliran arus di semikonduktor disebabkan oleh aliran lubang pada arah arus yang bertentangan dan aliran elektron ke arah arus. Oleh itu akan berlaku pengumpulan semula kerana aliran pembawa cas ini.

Pengumpulan semula menunjukkan bahawa elektron dalam jalur konduksi melompat ke jalur valensi. Apabila elektron melompat dari satu pita ke pita yang lain, elektron akan memancarkan tenaga elektromagnetik dalam bentuk foton dan tenaga foton sama dengan jurang tenaga terlarang.

Sebagai contoh, mari kita pertimbangkan teori kuantum, tenaga foton adalah hasil pemalar Planck dan frekuensi sinaran elektromagnetik. Persamaan matematik ditunjukkan

Persamaan = hf

Di mana ia dikenali sebagai pemalar Planck, dan halaju sinaran elektromagnetik sama dengan kelajuan cahaya iaitu c. Sinaran frekuensi berkaitan dengan halaju cahaya sebagai f = c / λ. λ dilambangkan sebagai panjang gelombang sinaran elektromagnetik dan persamaan di atas akan menjadi sebagai

Persamaan = dia / λ

Dari persamaan di atas, kita dapat mengatakan bahawa panjang gelombang sinaran elektromagnetik berbanding terbalik dengan jurang terlarang. Pada silikon umum, semikonduktor germanium jurang tenaga terlarang ini berada di antara keadaan dan pita valensi sedemikian rupa sehingga jumlah radiasi gelombang elektromagnetik semasa pengumpulan semula adalah dalam bentuk sinaran inframerah. Kami tidak dapat melihat panjang gelombang inframerah kerana berada di luar jarak yang dapat dilihat.

Sinaran inframerah dikatakan sebagai haba kerana semikonduktor silikon dan germanium bukan semikonduktor jurang langsung sebaliknya ini adalah semikonduktor jurang tidak langsung. Tetapi dalam semikonduktor jurang langsung, tahap tenaga maksimum pita valensi dan tahap tenaga minimum pita pengaliran tidak berlaku pada momen elektron yang sama. Oleh itu, semasa pengumpulan semula elektron dan lubang adalah penghijrahan elektron dari pita konduksi ke pita valensi momentum pita elektron akan diubah.

LED putih

Pembuatan LED boleh dilakukan melalui dua teknik. Pada teknik pertama, cip LED seperti merah, hijau & biru digabungkan dalam paket serupa untuk menghasilkan cahaya putih sedangkan pada teknik kedua, fosforus digunakan. Fluoresensi dalam fosfor dapat diringkaskan dalam epoksi yang mengelilingi maka LED akan diaktifkan melalui tenaga panjang gelombang pendek menggunakan peranti LED InGaN.

Lampu warna yang berbeza seperti lampu biru, hijau & merah digabungkan dalam jumlah yang berubah-ubah untuk menghasilkan sensasi warna yang berbeza yang dikenali sebagai warna aditif utama. Ketiga-tiga intensiti cahaya ini ditambah sama untuk menghasilkan cahaya putih.

Tetapi, untuk mencapai kombinasi ini melalui gabungan LED hijau, biru & merah yang memerlukan reka bentuk elektro-optik yang rumit untuk mengawal kombinasi & penyebaran warna yang berbeza. Selanjutnya, pendekatan ini boleh menjadi rumit kerana perubahan dalam warna LED.

Rangkaian produk LED putih terutamanya bergantung pada cip LED tunggal yang menggunakan lapisan fosfor. Lapisan ini menghasilkan cahaya putih setelah menerangi sinar ultraviolet sebaliknya foton biru. Prinsip yang sama juga diterapkan pada lampu pendarfluor pelepasan ultraviolet dari pelepasan elektrik di dalam tiub akan menyebabkan fosfor berkelip putih.

Walaupun proses LED ini dapat menghasilkan warna yang berbeza, perbezaan dapat dikendalikan dengan penyaringan. Peranti berasaskan LED putih disaring dengan menggunakan empat koordinat kromatik yang tepat yang berdekatan dengan pusat gambarajah CIE.

Gambarajah CIE menerangkan semua koordinat warna yang dapat dicapai dalam lekuk tapal kuda. Warna bersih terletak di atas busur, tetapi hujung putih berada di tengah. Warna keluaran LED putih dapat ditunjukkan melalui empat titik yang diwakili di tengah grafik. Walaupun empat koordinat grafik hampir putih bersih, LED ini biasanya tidak berkesan seperti sumber cahaya biasa untuk menerangi lensa berwarna.

LED ini terutama berguna untuk lensa putih yang jelas, buram lampu latar,. Apabila teknologi ini terus maju, LED putih pasti akan mendapat reputasi sebagai sumber & petunjuk pencahayaan.

Keberkesanan Bercahaya

Keberkesanan bercahaya LED boleh didefinisikan sebagai fluks bercahaya yang dihasilkan dalam lm untuk setiap unit dan kuasa elektrik dapat digunakan dalam W. Urutan keberkesanan dalaman LED warna Biru ialah 75 lm / W LED kuning mempunyai 500 lm / W & merah LED mempunyai 155 lm / W. Kerana penyerapan semula dalaman, kerugian dapat diambil kira urutan keberkesanan bercahaya antara 20 hingga 25 lm / W untuk LED hijau & kuning. Definisi keberkesanan ini juga dikenali sebagai keberkesanan luaran & serupa dengan definisi keberkesanan yang biasanya digunakan untuk jenis sumber cahaya lain seperti LED pelbagai warna.

Diod Pemancar Cahaya Berwarna

Diod pemancar cahaya yang menghasilkan satu warna apabila mereka bersambung dalam bias ke hadapan & menghasilkan warna setelah mereka disambungkan dalam bias terbalik dikenali sebagai LED pelbagai warna.

Sebenarnya, LED ini merangkumi dua persimpangan PN dan penyambungan ini dapat dilakukan selari dengan anod satu yang dihubungkan ke katod yang lain.

LED warna-warni biasanya berwarna merah apabila mereka berat sebelah dalam satu arah & hijau apabila mereka berat sebelah ke arah lain. Sekiranya LED ini dihidupkan dengan sangat pantas di antara dua kutub, maka LED ini akan menghasilkan warna ketiga. LED hijau atau merah akan menghasilkan cahaya warna kuning apabila bertukar dengan pantas ke belakang dan ke hadapan di antara polariti bias.

Apakah Perbezaan antara Diod dan LED?

Perbezaan utama antara diod dan LED merangkumi yang berikut.

Ciri-ciri I-V LED

Terdapat pelbagai jenis diod pemancar cahaya yang tersedia di pasar dan terdapat ciri LED yang berbeza termasuk cahaya warna, atau radiasi panjang gelombang, intensitas cahaya. Ciri penting LED adalah warna. Pada permulaan penggunaan LED, ada satu-satunya warna merah. Oleh kerana penggunaan LED meningkat dengan bantuan proses semikonduktor dan melakukan penyelidikan mengenai logam baru untuk LED, warna yang berbeza terbentuk.

Ciri-ciri I-V LED

Grafik berikut menunjukkan lengkung anggaran antara voltan hadapan dan arus. Setiap lengkung dalam grafik menunjukkan warna yang berbeza. Jadual menunjukkan ringkasan ciri LED.

Ciri-ciri LED

Apakah dua jenis konfigurasi LED?

Konfigurasi standard LED adalah dua seperti pemancar dan juga COB

Pemancar adalah satu mati yang dipasang ke papan litar, kemudian ke pendingin. Papan litar ini memberikan daya elektrik ke arah pemancar, sambil juga mengeluarkan haba.

Untuk membantu mengurangkan kos serta meningkatkan keseragaman cahaya, penyiasat menentukan bahawa substrat LED dapat dilepaskan & die tunggal dapat dipasang secara terbuka ke papan litar. Oleh itu, reka bentuk ini dipanggil COB (chip-on-board array).

Kelebihan dan Kekurangan LED

The kelebihan diod pemancar cahaya sertakan perkara berikut.

• Kos LED kurang dan harganya sedikit.
• Dengan menggunakan elektrik LED dikawal.
• Keamatan LED berbeza dengan bantuan mikrokontroler.
• Sepanjang Hayat
• Tenaga yang cekap
• Tiada tempoh pemanasan
• Tahan lasak
• Tidak dipengaruhi oleh suhu sejuk
• Berarah
• Rendering Warna Cemerlang
• Mesra alam
• Boleh dikawal

The kelemahan diod pemancar cahaya sertakan perkara berikut.

• Harga
• Kepekaan suhu
• Pergantungan suhu
• Kualiti ringan
• Kekutuban elektrik
• Kepekaan voltan
• Kecekapan terkulai
• Kesan pada serangga

Aplikasi Diod Pemancar Cahaya

Terdapat banyak aplikasi LED dan sebahagiannya diterangkan di bawah.

• LED digunakan sebagai mentol di rumah dan industri
• Diod pemancar cahaya digunakan dalam motosikal dan kereta
• Ini digunakan dalam telefon bimbit untuk memaparkan mesej
• Pada lampu isyarat, lampu LED digunakan

Oleh itu, artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan diod pemancar cahaya prinsip dan aplikasi kerja litar. Saya harap dengan membaca artikel ini, anda telah memperoleh beberapa maklumat asas dan berfungsi dari diod pemancar cahaya. Sekiranya anda mempunyai pertanyaan mengenai artikel ini atau mengenai projek elektrik tahun akhir, sila beri komen di bahagian bawah. Inilah soalan untuk anda, Apa itu LED dan bagaimana ia berfungsi?