Η χρήση και η βασική ανάλυση των διόδων εκπομπής φωτός

2021-12-28

Η δίοδος εκπομπής φωτός (LED) είναι μια συσκευή προβολής εκπομπής φωτός κατασκευασμένη από ημιαγωγικά υλικά όπως το φωσφίδιο του γαλλίου (GaP) που μπορεί να μετατρέψει απευθείας την ηλεκτρική ενέργεια σε φωτεινή ενέργεια. Όταν διέρχεται ένα συγκεκριμένο ρεύμα, θα εκπέμπει φως.
Οι δίοδοι εκπομπής φωτός είναι επίσης κατασκευασμένες από δομή PN όπως οι συνηθισμένες δίοδοι και έχουν επίσης αγωγιμότητα μονής κατεύθυνσης. Χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα ηλεκτρονικά κυκλώματα, οικιακές συσκευές, μετρητές και άλλο εξοπλισμό για ένδειξη παροχής ρεύματος ή ένδειξη στάθμης.
(1) Ως ενδεικτικές λυχνίες χρησιμοποιούνται δίοδοι εκπομπής φωτός. Το τυπικό κύκλωμα εφαρμογής των διόδων εκπομπής φωτός φαίνεται στο σχήμα. Το R είναι η αντίσταση περιορισμού του ρεύματος και το I είναι το μπροστινό ρεύμα μέσω της διόδου εκπομπής φωτός. Η πτώση τάσης του σωλήνα των διόδων εκπομπής φωτός είναι γενικά μεγαλύτερη από αυτή των συνηθισμένων διόδων, περίπου 2 V και η τάση τροφοδοσίας πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την πτώση τάσης του σωλήνα για να λειτουργούν κανονικά οι δίοδοι εκπομπής φωτός.
Οι δίοδοι εκπομπής φωτός χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα ένδειξης ισχύος AC. Το VD1 είναι μια δίοδος ανορθωτή, η VD2 είναι μια δίοδος εκπομπής φωτός, η R είναι μια αντίσταση περιορισμού του ρεύματος και το T είναι ένας μετασχηματιστής ισχύος.
(2) Οι δίοδοι εκπομπής φωτός χρησιμοποιούνται ως σωλήνες εκπομπής φωτός. Σε τηλεχειριστήρια υπέρυθρων, ασύρματα ακουστικά υπέρυθρων, συναγερμούς υπερύθρων και άλλα κυκλώματα, οι δίοδοι εκπομπής υπέρυθρου φωτός χρησιμοποιούνται ως λυχνίες εκπομπής φωτός, το VT είναι ένα τρανζίστορ διαμόρφωσης διακόπτη και το VD είναι μια δίοδος υπέρυθρης εκπομπής φωτός. Η πηγή σήματος οδηγεί και διαμορφώνει το VD μέσω του VT, έτσι ώστε το VD να εκπέμπει διαμορφωμένο υπέρυθρο φως προς τα έξω.
Αρχική ανάλυση διόδων εκπομπής φωτός
Είναι ένας τύπος διόδου ημιαγωγών που μπορεί να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε φωτεινή. Η δίοδος εκπομπής φωτός αποτελείται από μια διασταύρωση PN όπως ο σωλήνας ανάπτυξης του συνηθισμένου διπολικού τσιπ LED και έχει επίσης μονοκατευθυντική αγωγιμότητα. Όταν εφαρμόζεται μπροστινή τάση στη δίοδο εκπομπής φωτός, οι οπές που εγχέονται από την περιοχή P στην περιοχή N και τα ηλεκτρόνια που εγχέονται από την περιοχή N στην περιοχή P έρχονται σε επαφή με τα ηλεκτρόνια στην περιοχή N και τα κενά αντίστοιχα στην περιοχή P εντός λίγων μικρών από τη διασταύρωση PN. Οι οπές ανασυνδυάζονται και παράγουν αυθόρμητη εκπομπή φθορισμού. Οι ενεργειακές καταστάσεις των ηλεκτρονίων και των οπών σε διαφορετικά υλικά ημιαγωγών είναι διαφορετικές. Όταν τα ηλεκτρόνια και οι οπές ανασυνδυάζονται, η ενέργεια που απελευθερώνεται είναι κάπως διαφορετική. Όσο περισσότερη ενέργεια απελευθερώνεται, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος του εκπεμπόμενου φωτός. Συνήθως χρησιμοποιούνται δίοδοι που εκπέμπουν κόκκινο, πράσινο ή κίτρινο φως. Η τάση αντίστροφης διάσπασης της διόδου εκπομπής φωτός είναι μεγαλύτερη από 5 βολτ. Η μπροστινή χαρακτηριστική καμπύλη βολτ-αμπέρ του είναι πολύ απότομη και πρέπει να χρησιμοποιείται σε σειρά με αντίσταση περιορισμού ρεύματος για τον έλεγχο του ρεύματος μέσω της διόδου. Η αντίσταση περιορισμού ρεύματος R μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο
R=(Eï¼ UF)/IF

Όπου E είναι η τάση τροφοδοσίας, UF είναι η πτώση τάσης προς τα εμπρός του LED και IF είναι το κανονικό ρεύμα λειτουργίας του LED. Το τμήμα πυρήνα της διόδου εκπομπής φωτός είναι μια γκοφρέτα που αποτελείται από έναν ημιαγωγό τύπου P και έναν ημιαγωγό τύπου Ν. Υπάρχει ένα μεταβατικό στρώμα μεταξύ του ημιαγωγού τύπου P και του ημιαγωγού τύπου Ν, το οποίο ονομάζεται διασταύρωση PN. Στη διασταύρωση PN ορισμένων υλικών ημιαγωγών, όταν οι εγχυόμενοι φορείς μειοψηφίας και οι πλειοψηφικοί φορείς ανασυνδυάζονται, η περίσσεια ενέργειας απελευθερώνεται με τη μορφή φωτός, μετατρέποντας έτσι απευθείας την ηλεκτρική ενέργεια σε φωτεινή ενέργεια. Με την αντίστροφη τάση που εφαρμόζεται στη διασταύρωση PN, είναι δύσκολο να εγχυθούν οι μειοψηφικοί φορείς, επομένως δεν εκπέμπει φως. Αυτό το είδος διόδου που κατασκευάζεται με την αρχή της ηλεκτροφωταύγειας έγχυσης ονομάζεται δίοδος εκπομπής φωτός, κοινώς γνωστή ως LED. Όταν βρίσκεται σε θετική κατάσταση λειτουργίας (δηλαδή, εφαρμόζεται θετική τάση και στα δύο άκρα), όταν το ρεύμα ρέει από την άνοδο LED στην κάθοδο, ο ημιαγωγός κρύσταλλος εκπέμπει φως διαφορετικών χρωμάτων από το υπεριώδες έως το υπέρυθρο και την ένταση του φωτός σχετίζεται με το ρεύμα.

Προηγούμενος:Πώς να χρησιμοποιήσετε διόδους εκπομπής φωτός

Επόμενο:Σύντομη εισαγωγή της αρχής της διόδου εκπομπής φωτός