Wat is Light Emitting Diode: werken en zijn toepassingen

De lichtgevende diode is een halfgeleiderlichtbron met twee geleiders. In 1962 kwam Nick Holonyak op het idee van een lichtgevende diode en werkte hij voor het algemene elektriciteitsbedrijf. De LED is een speciaal type diode en ze hebben vergelijkbare elektrische eigenschappen als een PN-junctiediode. Daarom laat de LED de stroom in voorwaartse richting stromen en blokkeert de stroom in de omgekeerde richting. De LED neemt een klein gebied in beslag dat kleiner is dan 1 mm^twee ​ De toepassingen van leds gebruikt om verschillende elektrische en elektronische projecten te maken. In dit artikel bespreken we het werkingsprincipe van de LED en zijn toepassingen.

Wat is een lichtgevende diode?

De lichtgevende diode is een p-n junctiediode ​Het is een speciaal gedoteerde diode en bestaat uit een speciaal type halfgeleiders. Wanneer het licht in voorwaartse richting uitstraalt, wordt dit een lichtgevende diode genoemd.

Lichtgevende diode

LED-symbool

Het LED-symbool lijkt op een diodesymbool, behalve twee kleine pijlen die de lichtemissie specificeren, daarom wordt het LED (light-emitting diode) genoemd. De LED bevat twee aansluitingen, namelijk anode (+) en de kathode (-). Het LED-symbool wordt hieronder weergegeven.

LED-symbool

Constructie van LED

De constructie van LED is heel eenvoudig omdat het is ontworpen door de afzetting van drie halfgeleidermateriaallagen over een substraat. Deze drie lagen zijn een voor een gerangschikt waarbij het bovenste gebied een P-type gebied is, het middelste gebied actief is en tenslotte het onderste gebied een N-type is. In de constructie zijn de drie gebieden van halfgeleidermateriaal zichtbaar. In de constructie omvat het P-type gebied de gaten, het N-type gebied bevat verkiezingen, terwijl het actieve gebied zowel gaten als elektronen omvat.

Als de spanning niet op de LED wordt toegepast, is er geen stroom van elektronen en gaten, zodat ze stabiel zijn. Zodra de spanning is aangelegd, gaat de LED voorwaarts voorgespannen, zodat de elektronen in het N-gebied en de gaten uit het P-gebied naar het actieve gebied gaan. Deze regio staat ook bekend als de uitputtingsregio. Omdat de ladingsdragers zoals gaten een positieve lading bevatten, terwijl elektronen een negatieve lading hebben, kan het licht worden gegenereerd door de recombinatie van polariteitsladingen.

Hoe werkt de Light Emitting Diode?

De lichtgevende diode kennen we simpelweg als een diode. Wanneer de diode voorwaarts is voorgespannen, bewegen de elektronen en gaten snel over de kruising en worden ze constant gecombineerd, waardoor ze elkaar verwijderen. Kort nadat de elektronen van het n-type naar het p-type silicium gaan, combineert het zich met de gaten en verdwijnt het. Daarom maakt het het volledige atoom & stabieler en geeft het de kleine uitbarsting van energie in de vorm van een klein pakket of foton van licht.

Werking van Light Emitting Diode

Het bovenstaande diagram laat zien hoe de lichtgevende diode werkt en het stapsgewijze proces van het diagram.

• Uit het bovenstaande diagram kunnen we zien dat het N-type silicium rood is inclusief de elektronen die worden aangegeven door de zwarte cirkels.
• Het P-type silicium is blauw van kleur en bevat gaatjes, deze worden aangegeven door de witte cirkels.
• De voeding over de p-n-overgang zorgt ervoor dat de diode voorwaarts voorgespannen is en de elektronen van het n-type naar het p-type duwt. De gaten in de tegenovergestelde richting duwen.
• Elektron en gaten op de kruising worden gecombineerd.
• De fotonen worden afgegeven terwijl de elektronen en gaten worden gerecombineerd.

Geschiedenis van Light Emitting Diode

LED's zijn uitgevonden in het jaar 1927, maar geen nieuwe uitvinding. Een kort overzicht van de LED-geschiedenis wordt hieronder besproken.

• In het jaar 1927 creëerde Oleg Losev (Russische uitvinder) de eerste LED en publiceerde hij een theorie over zijn onderzoek.
• In het jaar 1952 heeft prof.Kurt Lechovec de theorieën van verliezersstheorieën getest en uitgelegd over de eerste LED's
• In 1958 werd de eerste groene LED uitgevonden door Rubin Braunstein & Egon Loebner
• In het jaar 1962 werd een rode LED ontwikkeld door Nick Holonyak. Dus de eerste LED wordt gemaakt.
• In het jaar 1964 implementeerde IBM voor het eerst LED's op een printplaat op een computer.
• In het jaar 1968 begon HP (Hewlett Packard) LED's in rekenmachines te gebruiken.
• In 1971 bedachten Jacques Pankove en Edward Miller een blauwe LED
• In 1972 vond M. George Crawford (Electrical Engineer) de gele kleur LED uit.
• In het jaar 1986 vonden Walden C. Rhines & Herbert Maruska van de University of Stafford een blauwe kleur LED uit met magnesium inclusief toekomstige standaarden.
• In 1993 heeft Hiroshi Amano & Physicists Isamu Akaski een galliumnitride ontwikkeld met hoogwaardige blauwe kleurleds.
• Een elektrotechnisch ingenieur als Shuji Nakamura ontwikkelde de eerste blauwe LED met hoge helderheid door de ontwikkelingen van Amanos & Akaski, wat snel leidt tot de uitbreiding van witte kleur-LED's.
  In het jaar 2002 werden witte LED's gebruikt voor residentiële doeleinden die ongeveer £ 80 tot £ 100 voor elke lamp opladen.
• Anno 2008 zijn LED-lampen erg populair geworden in kantoren, ziekenhuizen en scholen.
• Anno 2019 zijn de leds de belangrijkste lichtbronnen geworden
• De ontwikkeling van LED is ongelooflijk, omdat het varieert van een kleine indicatie tot het verlichten van kantoren, huizen, scholen, ziekenhuizen, enz.

Light Emitting Diode Circuit voor biasing

De meeste LED's hebben spanningswaarden van 1 volt-3 volt, terwijl voorwaartse stroomwaarden variëren van 200 mA-100 mA.

LED-voorspanning

Als de spanning (1V tot 3V) op de LED wordt toegepast, functioneert deze correct omdat de stroom voor de aangelegde spanning binnen het bedrijfsbereik valt. Evenzo, als de aangelegde spanning op een LED hoog is dan de bedrijfsspanning, zal het uitputtingsgebied binnen de lichtemitterende diode kapot gaan vanwege de hoge stroomsterkte. Deze onverwachte hoge stroomsterkte zal het apparaat beschadigen.

Dit kan worden vermeden door een weerstand in serie te schakelen met de spanningsbron en een LED. De veilige spanningswaarden van LED's zullen variëren van 1V tot 3 V, terwijl veilige stroomwaarden variëren van 200 mA tot 100 mA.

Hier staat de weerstand die tussen de spanningsbron en de LED is opgesteld, bekend als de stroombegrenzende weerstand, omdat deze weerstand de stroom van stroom beperkt, anders kan de LED deze vernietigen. Deze weerstand speelt dus een sleutelrol bij het beschermen van de LED.

Wiskundig gezien kan de stroom van stroom door de LED worden geschreven als

IF = Vs - VD / Rs

Waar,

‘ALS‘ is voorwaarts stroom

‘Vs’ is een spanningsbron

‘VD’ is de spanningsval over de lichtgevende diode

‘Rs’ is een stroombegrenzende weerstand

De hoeveelheid spanning die is gedaald om de barrière van het uitputtingsgebied te verslaan. De spanningsval van de LED varieert van 2V tot 3V, terwijl de Si- of Ge-diode 0,3 is, anders 0,7 V.

De LED kan dus worden bediend met behulp van hoogspanning in vergelijking met Si- of Ge-diodes.
Lichtgevende diodes verbruiken meer energie dan silicium- of germaniumdiodes om te werken.

Soorten Light Emitting Diodes

Er zijn verschillende soorten lichtgevende diodes aanwezig en enkele daarvan worden hieronder genoemd.

• Gallium Arsenide (GaAs) - infrarood
• Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) - rood tot infrarood, oranje
• Aluminiumgalliumarsenidefosfide (AlGaAsP) - zeer helder rood, oranjerood, oranje en geel
• Galliumfosfide (GaP) - rood, geel en groen
• Aluminium galliumfosfide (AlGaP) - groen
• Gallium Nitride (GaN) - groen, smaragdgroen
• Gallium Indium Nitride (GaInN) - bijna ultraviolet, blauwachtig groen en blauw
• Siliciumcarbide (SiC) - blauw als substraat
• Zinc Selenide (ZnSe) - blauw
• Aluminium Gallium Nitride (AlGaN) - ultraviolet

Werkingsprincipe van LED

Het werkingsprincipe van de Light-emitting diode is gebaseerd op de kwantumtheorie. De kwantumtheorie zegt dat wanneer het elektron van het hogere energieniveau naar het lagere energieniveau daalt, de energie uit het foton komt. De fotonenergie is gelijk aan de energiekloof tussen deze twee energieniveaus. Als de PN-junctiediode in de voorwaartse richting is voorgespannen, stroomt de stroom door de diode.

Werkingsprincipe van LED

De stroom van stroom in de halfgeleiders wordt veroorzaakt door de stroom van gaten in de tegengestelde stroomrichting en de stroom van elektronen in de richting van de stroom. Daarom zal er recombinatie plaatsvinden vanwege de stroom van deze ladingsdragers.

De recombinatie geeft aan dat de elektronen in de geleidingsband naar beneden springen naar de valentieband. Wanneer de elektronen van de ene naar de andere band springen, zullen de elektronen de elektromagnetische energie uitzenden in de vorm van fotonen en is de fotonenergie gelijk aan de verboden energiekloof.

Laten we bijvoorbeeld eens kijken naar de kwantumtheorie: de energie van het foton is het product van zowel de constante van Planck als de frequentie van elektromagnetische straling. De wiskundige vergelijking wordt weergegeven

Eq = hf

Waar hij bekend staat als een Planck-constante, en de snelheid van elektromagnetische straling gelijk is aan de lichtsnelheid, d.w.z. De frequentiestraling is gerelateerd aan de lichtsnelheid als f = c / λ. λ wordt aangeduid als een golflengte van elektromagnetische straling en de bovenstaande vergelijking wordt een

Eq = hij / λ

Uit de bovenstaande vergelijking kunnen we zeggen dat de golflengte van elektromagnetische straling omgekeerd evenredig is met de verboden opening. In het algemeen silicium, germanium halfgeleiders is deze verboden energiekloof tussen de conditie en valentiebanden zodanig dat de totale straling van elektromagnetische golven tijdens recombinatie in de vorm is van infraroodstraling. We kunnen de golflengte van infrarood niet zien omdat ze buiten ons zichtbare bereik zijn.

Van de infraroodstraling wordt gezegd dat het warmte is, omdat het silicium en de germanium halfgeleiders geen halfgeleiders met directe tussenruimte zijn, maar indirecte halfgeleiders. Maar in de halfgeleiders met directe tussenruimte treden het maximale energieniveau van de valentieband en het minimale energieniveau van de geleidingsband niet op hetzelfde moment van elektronen op. Daarom zal tijdens de recombinatie van elektronen en gaten migratie van elektronen van de geleidingsband naar de valentieband het momentum van de elektronenband veranderen.

Witte leds

De fabricage van leds kan gebeuren via twee technieken. Bij de eerste techniek worden de LED-chips zoals rood, groen en blauw samengevoegd in een vergelijkbaar pakket om wit licht te genereren, terwijl bij de tweede techniek fosforescentie wordt gebruikt. Fluorescentie in de fosfor kan worden samengevat in de epoxy-omgeving, waarna de LED wordt geactiveerd door de kortegolflengte-energie met behulp van het InGaN LED-apparaat.

De verschillende kleurenlichten zoals blauw, groen en rood licht worden in wisselende hoeveelheden gecombineerd om een ​​andere kleursensatie te produceren die bekend staat als primaire additieve kleuren. Deze drie lichtintensiteiten worden gelijkmatig opgeteld om het witte licht te genereren.

Maar om deze combinatie te bereiken door een combinatie van groene, blauwe en rode LED's die een gecompliceerd elektro-optisch ontwerp nodig hebben voor het regelen van de combinatie en diffusie van verschillende kleuren. Verder kan deze benadering ingewikkeld zijn vanwege de veranderingen in de LED-kleur.

De productlijn van witte LED's is voornamelijk afhankelijk van een enkele LED-chip met een fosforcoating. Deze coating genereert wit licht zodra het door ultraviolette, anders blauwe fotonen wordt geraakt. Hetzelfde principe wordt ook toegepast op fluorescentielampen. De emissie van ultraviolet door een elektrische ontlading in de buis zorgt ervoor dat de fosfor wit knippert.

Hoewel dit proces van LED verschillende tinten kan genereren, kunnen verschillen worden gecontroleerd door middel van screening. Apparaten op basis van witte LED's worden gescreend met behulp van vier exacte kleurcoördinaten die grenzen aan het midden van het CIE-diagram.

Het CIE-diagram beschrijft alle haalbare kleurcoördinaten binnen de hoefijzerkromme. Schone kleuren liggen over de boog, maar de witte punt bevindt zich in het midden. De witte LED-uitvoerkleur kan worden weergegeven door middel van vier punten die in het midden van de grafiek worden weergegeven. Hoewel de vier grafiekcoördinaten bijna helder wit zijn, zijn deze LED's meestal niet zo effectief als een gewone lichtbron om gekleurde lenzen te verlichten.

Deze LED's zijn vooral nuttig voor witte, anders heldere lenzen, ondoorzichtige achtergrondverlichting. Wanneer deze technologie blijft vorderen, zullen witte LED's zeker een reputatie krijgen als verlichtingsbron en indicatie.

Lichtrendement

Het lichtrendement van de leds kan worden gedefinieerd als de geproduceerde lichtstroom in lm voor elke eenheid en het elektrische vermogen kan binnen W worden gebruikt. De nominale interne efficiëntievolgorde van blauwe leds is 75 lm / W amber leds hebben 500 lm / W en rood Leds hebben 155 lm / W. Vanwege interne heropname kan met de verliezen rekening worden gehouden in de orde van lichtrendement van 20 tot 25 lm / W voor groene en amberkleurige LED's. Deze definitie van efficiëntie staat ook bekend als externe efficiëntie en is analoog aan de definitie van efficiëntie die normaal wordt gebruikt voor andere soorten lichtbronnen, zoals meerkleurige LED.

Multicolor lichtgevende diode

Een lichtgevende diode die één kleur produceert zodra ze in voorwaartse richting zijn verbonden en een kleur produceert zodra ze in omgekeerde richting zijn verbonden, staat bekend als meerkleurige LED.

Eigenlijk bevatten deze LED's twee PN-juncties en de aansluiting hiervan kan parallel gebeuren met de anode van de ene die is verbonden met de kathode van een andere.

Meerkleurige LED's zijn normaal rood zodra ze in de ene richting zijn voorgespannen en groen zodra ze in een andere richting zijn voorgespannen. Als deze LED zeer snel wordt ingeschakeld tussen twee polariteiten, dan zal deze LED een derde kleur genereren. Een groene of rode LED genereert een geel gekleurd licht zodra hij snel heen en weer wordt geschakeld tussen de polariteiten.

Wat is het verschil tussen een diode en een led?

Het belangrijkste verschil tussen een diode en een LED is het volgende.

I-V-kenmerken van LED

Er zijn verschillende soorten lichtemitterende diodes op de markt en er zijn verschillende LED-kenmerken, waaronder de lichtintensiteit in kleur, of golflengtestraling. Het belangrijkste kenmerk van de LED is kleur. Bij het beginnen met het gebruik van LED is er de enige rode kleur. Omdat het gebruik van LED wordt verhoogd met behulp van het halfgeleiderproces en door onderzoek te doen naar de nieuwe metalen voor LED, werden de verschillende kleuren gevormd.

I-V-kenmerken van LED

De volgende grafiek toont de geschatte curven tussen de voorwaartse spanning en de stroom. Elke curve in de grafiek geeft een andere kleur aan. De tabel geeft een overzicht van de led-kenmerken.

Kenmerken van LED

Wat zijn de twee soorten LED-configuraties?

De standaardconfiguraties van LED zijn zowel twee als emitters als COB's

De emitter is een enkele chip die op een printplaat en vervolgens op een koellichaam is gemonteerd. Deze printplaat geeft elektrische stroom naar de zender en voert tegelijkertijd warmte af.

Om de kosten te verlagen en de uniformiteit van het licht te verbeteren, hebben onderzoekers vastgesteld dat het LED-substraat kan worden losgemaakt en dat de enkele chip openlijk op de printplaat kan worden gemonteerd. Dus dit ontwerp wordt COB (chip-on-board array) genoemd.

Voordelen en nadelen van LED's

De voordelen van lichtgevende diode omvatten de volgende.

• De kosten van LED's zijn minder en ze zijn klein.
• Door gebruik te maken van de LED's wordt de elektriciteit gecontroleerd.
• De intensiteit van de LED verschilt met behulp van de microcontroller.
• Lange levensduur
• Energiezuinig
• Geen opwarmperiode
• Robuust
• Heeft geen invloed op koude temperaturen
• Directioneel
• Kleurweergave is uitstekend
• Milieuvriendelijk
• Regelbaar

De nadelen van lichtgevende diode omvatten de volgende.

• Prijs
• Temperatuurgevoeligheid
• Afhankelijkheid van temperatuur
• Lichte kwaliteit
• Elektrische polariteit
• Spanningsgevoeligheid
• Efficiëntie hangt af
• Impact op insecten

Toepassingen van Light Emitting Diode

Er zijn veel toepassingen van LED en sommige worden hieronder toegelicht.

• LED wordt gebruikt als lamp in woningen en industrieën
• De lichtgevende diodes worden gebruikt in motorfietsen en auto's
• Deze worden in mobiele telefoons gebruikt om het bericht weer te geven
• Bij de verkeerslichten worden leds gebruikt

Zo bespreekt dit artikel een overzicht van de lichtgevende diode circuit werkingsprincipe en toepassing. Ik hoop dat je door het lezen van dit artikel wat basis- en werkinformatie hebt gekregen over de lichtgevende diode. Als u vragen heeft over dit artikel of over het elektrische project van het laatste jaar, kunt u in het onderstaande gedeelte reageren. Hier is een vraag voor jou, Wat is led en hoe werkt het?