Принцип работы светодиода

Светодиод или светодиодная лампа представляет собой электронное устройство размером с половину спички. Предназначен светодиод, как обычная электрическая лампочка, для освещения окружающего пространства в тёмное время суток и в недоступных для света местах. Как работает светодиод и по какому принципу он устроен, пойдёт речь дальше в этой статье.

По определению, электрический ток – это направленный поток электронов. Принцип работы светодиода заключается в том, что при пропускании через полупроводник прямого электрического тока, часть электронов выскакивает на p-n переходе из потока на одной пластине светодиода, сталкивается с электронами другой пластины, выбивает их со своих ячеек, вследствие чего образуются, говоря научным языком, «дырки». Из-за хаотичного движения электронов и их сталкивания друг с другом, выделяется энергия и появляется свечение.

Светодиод

В начале изобретения светодиода свечение было только синего цвета, но по мере того, как развивалась и совершенствовалась технология массового производства светодиодов, инженерам-электроникам удалось получить все имеющиеся цвета светового спектра. Важный принцип при использовании светодиодных ламп — это тот факт, что данное микроскопическое устройство освещает окружающее пространство намного лучше ламп накаливания, люминесцентных и галогенных ламп всеми цветами радуги без использования громоздких светофильтров и при этом светодиоды никогда не перегорают.

Почему светодиоды пользуются большим спросом в использовании их как осветительные приборы в местах с ограниченным пространством – всем понятно, поскольку другие источники света просто не пройдут по габаритам.

В этом их кардинальное отличие от электроламп накаливания, люминесцентных и газоразрядных ламп. При пропускании через светодиод электрического тока данный полупроводниковый прибор излучает некогерентное или «холодное» излучение. Для совершенствования работы светодиодных ламп применяют новейшие технологии получения полупроводников из наращивания кристаллов камня сапфира. При этих работах используются точнейшие способы резки камня и его шлифовки. Таким же способом подготавливаются пластины нитрида галлия. Внутрь помещают проводники для прохождения электрического тока и собирают устройство.

Светодиодная лампа

Работа светодиода не сопровождается ни шумом, ни выделением тепла. В наши дни научились изготавливать светодиодные лампы различной мощности, формы и цвета.

Конструкция и типаж светодиода постоянно улучшается. По мере развития технологий промышленного производства светодиодов, появления новых надёжных материалов и сплавов, их производство и внедрение в различные сферы потребления развивается и совершенствуется.

Преимущества светодиодов перед другими видами ламп очевидны и неоспоримы:

1. Дают холодное свечение. Не нагревают имеющиеся рядом электроприборы.
2. Имеют малые габариты, компактные и лёгкие. Не бьются при транспортировке и при падении с высоты. Не перегорают.
3. Не нуждаются в использовании громоздких светофильтров и защитных колпаков. Могут работать и освещать улицы под дождём и под градом.
4. Имеют красивый дизайн и малые габариты.
5. Длительный период эксплуатации. Могут работать на протяжении 20 и более лет.
6. Низкое энергопотребление – в 10 раз меньше обычной лампы накаливания.
7. Экологически безвредны. Не имеют внутри газов и ртутных паров.
8. Пожаро и взрывобезопасны.

Основной недостаток – высокая стоимость. Цена 1 люмена свечения светодиода в 10 раз выше ламп накаливания, почему светодиодные лампы не могут пока их вытеснить.

Своё применение светодиоды находят в самых широких областях промышленности. Многие самолёты ТУ-134 и ТУ-154 оснащены светодиодными устройствами, они устанавливаются на морских судах и подводных лодках. Особенно широко светодиоды используются на рекламных вывесках, баннерах, для праздничных иллюминаций, ночного освещения домов, подъездов. Недавно японская корпорация «Мазда» продемонстрировала свои разработки легкового автомобиля с задними фонарями, где использован принцип светодиода. Существуют светодиодные фары головного света для автомобилей, плафоны для паркового освещения, подсветки натяжных потолков в интерьерах квартир и домов. Принцип работы светодиодных ламп развивается, совершенствуется и в скором будущем данное устройство заменит привычную лампу накаливания и вытеснит её навсегда!

Принцип работы светодиода: устройство и характеристики светодиода

Осветительные приборы, где источниками света служат светодиоды, получают все большее распространение во всех областях. Для того, чтобы правильно их использовать, необходимо знать все особенности и принцип работы светодиода.

Содержание

Физические свойства светодиодов

Каждый светодиод является полупроводниковым диодом, способным преобразовывать электрическую энергию в световое излучение. Когда по диоду протекает прямой ток, происходит перенос электронов или дырок в определенную область. При этом, происходит смена энергетических уровней с высокого на низкий с выделением избыточной энергии в виде излучения квантов света.

Для того, чтобы излучение светодиодов было разноцветным, в материал полупроводников добавляются специальные активирующие вещества. В основном, используется монохроматическое излучение, где для каждого диода предусмотрена собственная длина волны. Цвета свечения могут быть управляемыми. Для этого применяются два перехода, излучающих свет, с различными спектральными характеристиками. Эти характеристики показывают, в какой зависимости находится интенсивность излучения и длина излучаемой световой волны.

Параметры и характеристики светодиодов

Излучение светодиода находится в зависимости от угла направленности, определяемого его конструкцией. Свое влияние на интенсивность оказывают линзы и материал, использованный для защиты кристалла. Светодиод может излучать рассеянный или узконаправленный свет.

На свойства светодиодов оказывает влияние температура окружающей среды. Например, при повышении температуры, падает яркость свечения, уменьшается напряжение. Получается прямая линейная зависимость температуры и яркости. Поэтому, в зависимости от использования, светодиоды имеют большой разброс параметров.

Наиболее высокие требования предъявляются к диодам, предназначенным для наружных объектов. Они должны работать в очень широком диапазоне температур, не изменяя, при этом, яркости света. Такие параметры обеспечиваются с помощью современных технологий и новейшего оборудования. Принцип работы светодиода связан с высокой скоростью их действия. Для нарастания излучения достаточно нескольких секунд от момента прямого воздействия импульса тока.

Данные световые приборы различаются между собой и внешними конструктивными признаками. Корпуса могут быть металлическими с линзами из стекла, обеспечивающими острое направленное излучение. Используются и оптически прозрачные пластмассовые корпуса с рассеянным светом. Все они предназначены для конкретных условий использования, в зависимости от конструкции, параметров и технических характеристик.

Устройство светодиода

Проверка светодиода мультиметром (тестером) на исправность

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Топ лучших мультиметров

Диммер для светодиодных ламп: что такое, какой выбрать, почему не работает

Выключатель с подсветкой: установка, подключение, схема

Как проверить светодиод мультиметром — все возможные способы в одной статье

Что такое светоизлучающий диод (LED)? — Определение, работа, конструкция и преимущества

Определение: Светодиод представляет собой диод с PN-переходом, который излучает свет, когда через него проходит электрический ток в прямом направлении. В светодиоде происходит рекомбинация носителей заряда. Электрон со стороны N и дырка со стороны P объединяются и дают энергию в виде тепла и света. Светодиод изготовлен из бесцветного полупроводникового материала, и свет излучается через переход диода.

Светодиоды широко используются в сегментных и точечно-матричных дисплеях числового и буквенно-цифрового характера. Несколько светодиодов используются для создания одного линейного сегмента, а для создания десятичной точки используется один светодиод.

Конструкция светодиода

Рекомбинация носителей заряда происходит в материале P-типа, поэтому P-материал представляет собой поверхность светодиода. Для максимального излучения света анод наносится на край материала Р-типа. Катод изготовлен из золотой пленки и обычно располагается в нижней части N-области. Этот золотой слой катода помогает отражать свет на поверхность.

Фосфид арсенида галлия используется для производства светодиодов, которые излучают красный или желтый свет для излучения. Светодиоды также доступны в зеленом, желтом, янтарном и красном цветах.

Простой транзистор можно использовать для включения/выключения светодиода, как показано на рисунке выше. Ток базы I _B проводит транзистор, а транзистор проводит сильно. Сопротивление R _C ограничивает ток светодиода.

Работа светодиода

Работа светодиода зависит от квантовой теории. Квантовая теория утверждает, что когда энергия электронов уменьшается с более высокого уровня на более низкий уровень, они излучают энергию в виде фотонов. Энергия фотонов равна промежутку между высшим и низшим уровнем.

Светодиод подключен в прямом направлении, что позволяет току течь в прямом направлении. Течение тока происходит из-за движения электронов в противоположном направлении. Рекомбинация показывает, что электроны перемещаются из зоны проводимости в валентную зону и излучают электромагнитную энергию в виде фотонов. Энергия фотонов равна зазору между валентной зоной и зоной проводимости.

Преимущества светодиодов в электронных дисплеях

Ниже приведены основные преимущества светодиодов в электронных дисплеях.

1. Светодиоды имеют меньшие размеры, и их можно складывать вместе для формирования числового и буквенно-цифрового дисплея в матрице высокой плотности.
2. Интенсивность светового потока светодиода зависит от тока, протекающего через него. Интенсивность их света можно плавно регулировать.
3. Доступны светодиоды, излучающие свет различных цветов, таких как красный, желтый, зеленый и янтарный.
4. Время включения и выключения или время переключения светодиода меньше 1 наносекунды. Из-за этого светодиоды используются для динамической работы.
5. Светодиоды очень экономичны и обладают высокой степенью надежности, поскольку производятся по той же технологии, что и транзистор.
6. Светодиоды работают в широком диапазоне температур, например, от 0° до 70°. Кроме того, он очень прочный и может выдерживать удары и колебания.
7. Светодиоды имеют высокий КПД, но требуют для работы умеренной мощности. Обычно для полной яркости требуется напряжение 1,2 В и ток 20 мА. Поэтому он используется в местах, где доступно меньше энергии.

Недостатки светодиодов

Светодиоды потребляют больше энергии по сравнению с LCD, и их стоимость высока. Кроме того, он не используется для изготовления большого дисплея.

Светодиод или светодиод

9 августа 2020 г. 2 декабря 2020 г. admin 3 комментария светодиодная схема контактов, светоизлучающий диод, что такое светодиод, что означает светодиод

Привет друзья! С возвращением в ЭлектроДуино. Этот блог основан на светодиодах или светоизлучающих диодах — конструкция, принцип работы. Здесь мы обсудим, что такое светодиод, конфигурацию контактов светодиода, символ, принцип работы, цвет светодиода, вольт-амперные характеристики, преимущества, недостатки и применение.

Содержание

Что такое светодиод?

Светодиод представляет собой двухконтактный полупроводниковый источник света, который излучает свет при протекании через него тока. Значение слова «светодиод» или полная форма светодиода — 9.0003 Светодиод . Светоизлучающий диод представляет собой особый тип диода с p-n переходом , который изготовлен из специального легированного полупроводникового материала типа . Светодиод или светоизлучающий диод пропускает ток в прямом направлении и блокирует ток в обратном направлении. Когда ток течет в прямом направлении, светодиод высвобождает энергию в виде фотонов .

Светодиод или разводка контактов светодиода или схема контактов

Светодиод Состоит из двух клемм . Это один положительный или анодный , а другой отрицательный или катодный . Светодиод имеет три различных метода идентификации своих клемм.

1. Длинная клемма светодиода является положительной или анодной (+) клеммой , а короткая клемма светодиода является отрицательной или катодной (-) клеммой .
2. Попытаться найти плоскую грань на внешнем корпусе светодиода. Вывод или штырь , ближайший к плоской кромке , является отрицательным или катодным выводом или штырем. А другой — положительный или анодный вывод или штырь.
3. Если светодиод прозрачен, чтобы заглянуть внутрь. Итак, мы можем легко определить по лид-фрейму. Выводная рама наковальни соединена с выводом катода, а выводная рамка столба соединена с выводом анода.

Символ светоизлучающего диода или светодиода

Символ светоизлучающего диода аналогичен диод с p-n переходом , но имеет направленных наружу стрелок , что отличается от символа диода с p-n переходом.

Конструкция светодиода или светоизлучающего диода

Если мы попытаемся заглянуть внутрь кристально чистого светодиода диаметром 5 мм, мы увидим две выводные рамки, одна выводная рамка соединена с выводом катода, она известна как наковальня. выводная рамка, а другая выводная рамка подключена к анодному терминалу, она известна как выводная рамка стойки. Свинцовая рама наковальни удерживает отражающую чашку, которая удерживает полупроводниковый материал.

Полупроводниковая область N-типа расположена внизу, поэтому она соединена с выводом катода через выводную рамку Anvil. А вот полупроводниковая область P-типа находится вверху. Итак, есть только провод, который соединяет его с клеммой анода через выводную рамку стойки.

Весь этот механизм покрыт прозрачным корпусом из твердой и пластичной эпоксидной смолы в форме полусферы, который защищает светодиод от атмосферных помех, вибраций и теплового удара.

Конструкция светоизлучающего диода или светодиода очень проста для понимания, она производится путем нанесения трех слоев полупроводникового материала на подложку. Эти три слоя полупроводникового материала выполнены в трех разных областях. Верхний слой называется областью P-типа , средний слой называется активной областью , а последний или нижний слой называется областью N-типа . В области N-типа есть свободные выборы, в области P-типа есть дырки, а в активной области есть как свободные электроны, так и дырки. Активная область также известна как область истощения.

При протекании тока в прямом направлении в светодиоде (светодиод смещен в прямом направлении) свободные электроны из полупроводника n-типа и дырки из полупроводника p-типа выталкиваются в активную область. Когда свободные электроны и дырки рекомбинируют с противоположными носителями заряда в активной области, происходит выделение энергии в виде невидимого или видимого света.

Работа светодиода

Принцип работы

Светодиод работает как обычный диод. Он позволяет протекать току в прямом направлении (прямое смещение) и блокирует ток в обратном направлении (обратное смещение). Светодиоды могут излучать свет, когда они находятся в состоянии прямого смещения.

 

Когда анодная (положительная) клемма светодиода подключена к положительной клемме источника питания постоянного тока, а катодная (отрицательная) клемма подключена к отрицательной клемме источника постоянного тока, тогда PN-переход смещен в прямом направлении.

Когда светодиод смещен в прямом направлении, свободные электроны из области N-типа получают достаточно энергии, чтобы пересечь переход и рекомбинировать с дырками в области P-типа. Первоначально свободные электроны из области N-типа находятся в зоне проводимости, но когда они переходят в область P-типа, они выделяют энергию и падают в дырку в валентной зоне. В результате эта энергия высвобождается в виде света. Но в обычном кремниевом диоде выделяется энергия в виде тепла.

Цвет светодиода

Для производства светодиодов используются различные типы комбинаций полупроводниковых материалов. Эти полупроводниковые материалы представляют собой арсенид галлия (GaAs), фосфид галлия (GaP) или фосфид арсенида галлия (GaAsP). Изменение цвета света зависит от изменения материала. Комбинации различных типов материалов могут создавать уникальную длину волны цвета.

9 0194

Цвет света	Диапазон длин волн (нм)	Прямое напряжение (В)	полупроводниковые материалы
Ультрафиолет	<400	3 . 1 — 4.4	Нитрид алюминия (AlN) Алюминий Нитрид галлия (AlGaN) Алюминий галлий Нитрид индия (AlGaInN)
Фиолетовый	400 – 450	2,8 — 4,0	Нитрид индия-галлия (InGaN) 901 81
Синий	450 – 500	2,5 — 3,7	Селенид цинка ((ZnSe) Нитрид индия-галлия (InGaN) Карбид кремния (SiC) Кремний (Si)
Зеленый	500 – 570	1,9 4.0	Алюминий-галлий-фосфид индия (AlGaInP) Алюминий-галлий-фосфид (AlGaP) Индий-галлий-нитрид (InGaN)
Желтый	570 – 590 901 81	2.1 — 2.2	Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Алюминий Галлий Фосфид индия (InGaAlP) Фосфид галлия (GaP)
Оранжевый/янтарный	590 – 610	2,0 — 2,1	Фосфид арсенида галлия (GaAsP) Алюминий Фосфид индия галлия (InGaAlP) Галлий Фосфид (GaP)
Красный	610 – 760	1,6 — 2,0	Алюминий Арсенид галлия (AlGaAs) Арсенид галлия Фосфид ( GaAsP) Алюминий Галлий Фосфид индия (InGaAlP) Фосфид галлия (GaP)
Инфракрасный	> 760	< 1,9	Арсенид галлия (GaAs) Алюминий Арсенид галлия ( AlGaAs)

Типы светодиодов

Светоизлучающий диод можно разделить на две основные категории светодиодов. Это

• Видимые светодиоды
• Невидимые светодиоды

Светодиодные вольт-амперные характеристики

Светоизлучающий диод является устройством вывода, когда через него проходит ток, он излучает свет. Интенсивность его выходного света зависит от прямого тока, проходящего через светодиод. Связь заключается в том, что интенсивность выходного света прямо пропорциональна прямому току.

Светоизлучающий диод будет подключен с прямым смещением к источнику питания. Это означает, что положительная клемма светодиода должна быть подключена к положительной клемме источника питания , а отрицательная клемма подключена к отрицательной клемме источника питания . Мы должны подключить последовательно резистор для ограничения тока, который защищает его от протекания избыточного тока. Мы никогда не должны подключаться напрямую к источнику питания, потому что через него будет протекать большой ток, и светодиод может быть поврежден.