Kuidas LED töötab

Kuidas LED töötab

Täna avastasin, kuidas LED töötab. LED või "valgusdiood" on põhimõtteliselt kirjeldatud nimega; see on spetsiaalne dioodi eritüüp, mis on spetsiaalselt optimeeritud valguse eraldamiseks, tavaliselt visuaalses või infrapuna spektris, kuna see läbib elektrit.

Diood on eri tüüpi pooljuht, millel on palju kasutusvõimalusi. Kuid üks põhimõte kasutab seda, et juhtida elektrivoolu suunda. Kõige levinumat tüüpi diood teeb seda, kasutades nn p-n sidemeid. See on lihtsalt väljamõeldis viis "magic".カ

Kuigi mõeldes on lihtne mõista, Dr Pepper võib keskel jagada. Ühel pool te olete teinud pooljuhtmaterjali, mille olete lisanud lisandeid, nii et see sisaldab negatiivselt laetud kandjaid; põhiliselt elektronide arvukus. Seejärel nimetame selle küljeks n-tüüpi pooljuht. Teisest poolest olete teinud sama asja, välja arvatud juhul, kui olete lisanud positiivselt laetud kandjaid sisaldavaid lisandeid; põhimõtteliselt mõtle sellele nagu hulga auke, mis vajab elektronide täitmist. Me kutsume seda külge "p-tüüpi pooljuht".

Niisiis on meil ühel pool n-tüüpi pooljuht ja teisel pool p-tüüpi pooljuht. Nende kahe piiri nimeks on "p-n ristmik". See on koht, kus kõik maagia juhtub. Selgub, et tavaline vool liigub ühest küljest teisele, kuid ei meeldi vastassuunas. Nii saate seda kasutada, et veenduda, et elektrienergia voolab suunas, mida soovite oma vooluahelale (palju muudest asjadest - tõsised dioodid on hullult kasulikud mitmel erineval viisil ja mitmesugused spetsiaalsed dioodid saavad teha ka teisi huvitavaid asju, mida ma selles artiklis ei tule, kuid tõenäoliselt mingil hetkel uuesti. Üldiselt on need pn-ristmikud peaaegu kõigi pooljuhtide elektrooniliste seadmete keskmes).

Kuidas on need dioodid valguse tekitamiseks muudetud? Nüüd selgub, et neid ei pea üldse muutma, et tekitada valguse kiirgust. Kuid standarddioodid on tavaliselt valmistatud materjalidest, mis absorbeerivad suurema osa heledast kiirgusest, mis on välja lasknud, ja mis veelgi olulisem, ei kaldu valgust inimeste nähtavast kujundist igal juhul välja laskma.

Mis siin toimub, siis kui elektri hüppavad üle p-n ristmiku, siis "n-tüüpi" poolel olevad elektronid täidavad aukud "p-tüüpi" poolel. Selle protsessi käigus hakkavad elektronid muutma oma olekut. Sellise muutuse ajal eraldub footon. Täpsemalt, mis toimub, on elektronide liikumine ümber aatomi tuumaga ringi liikumise, erinevatel orbiididel olevatel elektronidel on erinevad energiakogused. Tuuma kaugemal asuvatel orbiidil olevatel elektronidel on suurem energia ja neile lähemal on vähem energiat.

Nii, et elektron peaks oma orbiiti muutma, peab see kas kaotama energiat või omandama energiat. Mida me LED-idega huvitatud on, on elektronid, mis lähevad kõrgemast orbiidist madalamasse orbiidile ja kaotavad seega energia valguse fotoni kujul. Kui n-tüüpi poolest olevad elektronid täidavad p-tüüpi külgedel avasid, siis kaotavad nad energia nende valgusfotonide kujul. Mida suurem on energia vabanemine, seda suurem on valgusfotoni väljastamise sagedus, mis muudab värvi.

Kui sagedus ulatub inimese nähtavasse spektrisse (vahemik, mida su silmad näevad), siis näete, et valgus langeb LED-ga. Kui mitte, näiteks siis, kui see on infrapunaspektris välja antud, ei näe see seda. Kuid see võib ikkagi olla kasulik, näiteks võimaldab teleril kanalit muuta (infrapuna LEDid kasutatakse tavaliselt teie teleri kaugjuhtimispuldis paljudes teistes kohtades). Kui vajutate kaugjuhtimispuldi nuppu, siis ei näe see valgust, kuid televiisori vastuvõtja näeb seda ja suudab tõlgendada seda, mida see infrapuna LEDist näeb.

Valgusdioodides on valgus, mis lõpeb loomisel, sõltub seejärel kasutatavast materjalist ja selle läbivoolust. Standarddioodi valguses on aatomid paigutatud nii, et elektronide energia langus on väga lühike ja seetõttu ei ole meie silmadele nähtava valguse sagedus nähtav, pigem on see infrapunaühendus. Lihtsalt öeldes on LED-id, kus valgus on näha pooljuhtmaterjalidest, mis tekitavad elektroni orbiidil suurema languse, nii et footonipakendi sagedus väljub inimese visuaalses spektris. Neid saab isegi kujundada nii, et nende kaudu voolav elektrienergia muudab langust ja nii võib teil olla mitmevärviline LED.

Boonus faktid:

  • Dioodid olid esimesed pooljuhtseadised.
  • P-n ristumiste avastamine on omistatud Ameerika füüsik Russell Ohlile Bell Laboratories'ist.
  • Need "p-n-ristmed" ei ole ainult dioodide tuum, vaid on ka peaaegu kõigi pooljuhtide elektrooniliste seadmete, näiteks transistoride, päikesepatareide, integraallülituste jne ehitusplokid.
  • Lisandite lisamise protsessi pooljuhile nimetatakse dopinguks.
  • LEDid on palju efektiivsemad kui tavalised hõõglambid, kuna nad ei eralda peaaegu mingit kuumust; nii palju rohkem kasutatud elektrit kasutatakse valguse tekitamiseks, mitte hõõguvatele pirnidele, kus hea protsent on just soojusenergia tootmisel.
  • Seda valguse nähtust, mis tekib seadme praeguse läbimise tõttu, nimetatakse "elektroluminestsentsiks". See erineb sellistest asjadest nagu soojuse heitkogused, mida nimetatakse hõõguvuseks; või valgus läbi mõne keemilise reaktsiooni, mida nimetatakse kemoluminestsentsiks; teiste hulgas.
  • Elektroluminestsents avastati 1907. aastal Briti sündinud H.J. Marconi laborite voorus.

Jäta Oma Kommentaar