Как функционира светодиодът: как работи

Превод от английски съкращение LED означава буквално "диод, който излъчва светлина". Това е полупроводно устройство, способно да трансформира електрически ток в светлинно лъчение. Това е просто устройство, чийто дизайн е съвсем различен от обикновените продукти за осветление (лампи с нажежаема жичка, газоразрядни лампи, флуоресцентни лампи и др.).

Как работи светодиодът ще бъде интересен за всички. Това устройство няма първоначално ненадеждни крехки структурни елементи и стъклена крушка (за разлика от другите лампи). Цената на диодите е толкова малка, че не е много по-различна от батериите, които служат като източник на енергия. Популярността на тези продукти се обяснява с редица фактори, включително и техния дизайн.

История на събитието

Имайки предвид въпроса защо работят светодиодите, трябва да проучите историята на тяхното възникване. За първи път такова устройство е създадено през 1962 г. от учения Н. Холоняк. Беше монохромен червен диод светят. Имаше няколко недостатъка, но самата технология беше призната за обещаваща.

Десет години след създаването на червения диод се появяват зелени и жълти сортове. Те са били използвани като показатели в много електронни устройства. Интензивността на светлинния поток на диоди, дължаща се на научните разработки, постоянно се увеличава. През 90-те години е създаден осветител с ефективност на потока от 1 лумена.

През 1993 г. С. Накамура създава първия син диод, който се характеризира с висока яркост. От този момент стана възможно да се създаде цветови спектър (включително бял). Технологията се развива безмилостно.

Когато се комбинират син и ултравиолетов тип диоди, се получава бял фосфорен осветител. Постепенно започнаха да изместват лампите с нажежаема жичка. До 2005 г. диодите се произвеждат със светлинен поток до 100 lm и дори по-високи. Стомана започва да произвежда бяло осветление с различни нюанси (топло, студено).

LED устройство

За да разберете как функционира точковият диод, е необходимо да разгледате устройството му подробно. Това осветително устройство, по мнението на представителите на Асоциацията за развитие на оптоелектронната промишленост и Министерството на енергетиката, скоро ще стане най-популярният източник на осветление в обикновени къщи, офиси, институции.

Светодиодът е базиран на полупроводников кристал. Той предава електрически ток само в една посока. Кристалът се намира на специален субстрат. Тя не води ток. Тялото защитава кристала от външни влияния. Той има изходи под формата на контакти, както и оптична система.

За да се увеличи жизнеността на устройството, пространството между пластмасовата леща и самия кристал беше изпълнено с прозрачен силиконов компонент. За да се премахне излишната топлина, се използва алуминиева основа. Това е обичайното устройство на модерен диод. Когато работи, той идентифицира сравнително малък количество топлина. Това също е предимство на устройството.

Принцип на действие

Като се има предвид как работи светодиодът, е необходимо да се разбере основният принцип на работа на такива устройства. Устройството от представения тип има един преход на електронни дупки. Това се дължи на различния принцип на проводимост на компонентите на осветителя. Един полупроводник има излишък от електрони, а другият има излишни дупки.

С помощта на допинг процеса, перфорираният материал е обогатен с носители на отрицателни заряди. Ако се използва ток в мястото на обогатяване на полупроводници с противоположни заряди, ще има директно изместване. Чрез прехода на тези два вида електроенергията ще работи.

В този случай в диодното тяло има сливане на носители на заряд с различен електрически статус. Когато дупките и електроните се сблъскат, отделя се определено количество енергия. Това е квантът на светлинния поток. Той се нарича фотон.

LED цвят

При създаването на диоди се използват различни полупроводникови материали. Това определя цвета, който се излъчва при работа с представеното устройство. Различни материали могат да изпращат вълни с различни дължини в пространството. Това позволява на човешкото око да види този или онзи цвят на видимия спектър.

Разглеждайки въпроса как работи светодиодът, трябва да разгледаме материалите на полупроводниците. Преди това за такива цели са използвани галиев фосфид, тройни GaAsP, AlGaAs съединения. В същото време устройството може да изпрати червено, жълто-зелено светлинен поток.

Сегашната технология се използва само за индикаторни устройства. Днес за такива продукти се използва алуминиев иний-галий (AllnGaP) и индий-нитрид галий (InGaN). Те издържат доста високо ниво на преминаващия ток, висока влажност и отопление. Комбинацията от различни видове светодиоди е възможна.

Смесване на цветовете

Модерните диодни ленти могат да произвеждат различни нюанси на светлината. Едно устройство може да произведе монотонен цвят. При създаването на мулти-кристално устройство е възможно да получите огромен брой различни нюанси. Като дигитален телевизор или компютър, диодът може да създава цвят с RGB модела (означава червен, зелен, син).

Това е прост принцип, който ви позволява да разберете как работят светодиодите RGB. С тази технология можете да създадете бяло осветление. За да направите това, и трите цвята се смесват в равни пропорции.

Но в допълнение към представената технология е възможно да се получи бяло светене, когато диод с къси вълни (ултравиолетов, син) е свързан с покритие от жълт фосфорен тип. С комбинация от фотони от жълто и синьо, резултатът е бяла светлина.

производство

За да разберете колко светодиода работят, е необходимо да обмислите производството на тези устройства. На първо място, трябва да се отбележи, че устройствата с матрица от типа RGB са по-скъпи от луминисцентите. И последните дават възможност за постигане на осветление с високо качество.

Недостатъкът на фосфора е по-ниска светлина, както и различен цвят (температура) на потока. Това устройство старее по-бързо от светодиода. Поради това се продават осветителни уреди на двата принципа на работа. За да се създадат индикатори, се произвеждат диоди с консумация на постоянно напрежение 2-4 V (при ток 50 mA).

За да се създаде висококачествено осветление, са необходими устройства със същото потребление на напрежение, но по-високото ниво на тока е до 1 А. Ако свържете диодите последователно в един модул, общото напрежение ще достигне 12 или 24 V.

Усилване на яркостта

Имайки предвид въпроса за напрежението, на което работят диодите, излъчващи светлина, трябва да се каже за увеличаване на яркостта на представените устройства. Силата на тези устройства достига 60 mW. Ако такива диоди са инсталирани в среден корпус, светлинните елементи трябва да бъдат настроени на 15-20 бр.

Диодите с увеличена яркост на луминисценция могат да носят мощност до 240 вата. За да се осигури нормално фоново осветление, тези елементи ще изискват 4-8 парчета. Продават се устройства, които могат напълно да осветяват помещенията, външна реклама, дисплеи и др. Някои ленти са създадени за осветление със средно или ниско ниво на интензивност.

За свързване на представеното оборудване се използват управляващи устройства с подходяща мощност. За цветните ленти е възможно да се използват контролери, които контролират не само интензивността на осветлението, но и тоновете и режимите на работа на устройството.

Контрол на блясъка

Съществува огромен брой варианти на представеното оборудване. Има светодиоди, които работят с батерии (например при фенерчета), подадени в стационарна мрежа. Те се използват както за вътрешна, така и за външна работа. В зависимост от условията на приложението е избран подходящият клас за диодна защита.

За да регулирате яркостта на блясъка, захранващото напрежение не се намалява. Модулацията на широчината на импулса (PWM) се използва за намаляване на интензитета на луминисценция. В този случай се закупува управляващото устройство.

Представеният метод се състои в подаване на диод с импулсно модулиран ток. Честотата на сигнала достига хиляди херца. Ширината на импулсите и интервалите от паузи могат да варират. Можете да контролирате сиянието на устройството. Диодът в този случай няма да излезе.

трайност

Диодите се считат за дълготрайни устройства. Това се дължи на техния дизайн. Ако обаче диодите, излъчващи светлина на лампата не работят, възможно е тяхната работа да е изтекла. Това може да се определи чрез насищане на луминисценцията и промяна на цвета.

Също така, експертите отбелязват, че животът на устройствата с ниска мощност е много по-дълъг. Но дори и в най-ярките панделки или лампи, диодите са гарантирани да работят 20-50 хиляди часа. Тъй като нямат крехки структурни елементи, механичните влияния е по-вероятно да не навредят на такива запалки.

След като проучихме как работи светодиодът, можем да разберем принципа на дизайна на устройството, както и неговите характеристики. Това оборудване се счита за илюминатор на бъдещото поколение.