Ako funguje LED dióda

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 09:38

Dnes som zistil, ako LED funguje. LED dióda alebo "dióda vyžarujúca svetlo" je v podstate tak, ako popisuje názov; je to špeciálny typ diódy, ktorý je špeciálne optimalizovaný na odvrátenie svetla, zvyčajne vo vizuálnom alebo infračervenom spektre, keď prechádza elektrina.

Dióda je špeciálny typ polovodiča, ktorý má mnoho použití. Jednou z hlavných použití je však kontrola smeru toku elektrickej energie. Najbežnejší typ diódy to robí pomocou niečoho nazývaného "p-n junctions". Toto je len okázalý spôsob, ako hovoriť "kúzlo". 😉

Skutočne, jednoducho povedané, myslieť na doktora Peppera sa môže rozdeliť uprostred. V polovici ste vyrobili polovodičový materiál, do ktorého ste pridali nečistoty, takže obsahuje negatívne nabité dopravné prostriedky; v podstate hojnosť elektrónov. Potom nazývame túto stranu "n-typu polovodič". Na druhej polovici ste urobili to isté, okrem toho, že ste uviedli nečistoty, ktoré obsahujú pozitívne nabité nosiče; v podstate myslíte na to ako na veľa diery, ktoré potrebujú naplniť elektróny. Túto stranu nazývame "p-type polovodič".

Takže máme na jednej strane polovodič typu n a na druhej strane polovodič typu p. Hranica medzi týmito dvoma oblasťami sa nazýva "p-n junction". Toto je miesto, kde sa deje všetko čaro. Ukazuje sa, že bežný prúd bude jazdiť z jednej strany na druhú, ale nechce ísť opačným smerom. Takže môžete použiť to, aby sa ubezpečil, že elektrina prúdi len v smere, ktorý chcete vo vašom okruhu (medzi mnohými inými vecami, vážne diódy sú šialené užitočné rôznymi spôsobmi a rôzne špecializované diódy môžu robiť niektoré ďalšie zaujímavé veci, na ktoré sa v tomto článku nepribližujem, ale pravdepodobne sa v určitom bode vráti. Všeobecne povedané, tieto pn križovatky sú v centre takmer všetkých polovodičových elektronických zariadení).

Takže ako sú tieto diódy modifikované tak, aby produkovali svetlo? No, ukáže sa, že vôbec nie je potrebné modifikovať, aby sa vytvorila forma svetelného žiarenia. Avšak štandardné diódy majú tendenciu byť vyrobené z materiálov, ktoré absorbujú väčšinu odoberaného svetelného žiarenia a čo je dôležitejšie, majú tendenciu nevystavovať svetlo v ľudskej viditeľnej podobe.

To, čo sa deje, je, ako elektrina preskočí cez p-n križovatku, že elektróny z "n-type" strany "vyplnia otvory" v "p-type" strane. Počas tohto procesu elektróny skončia zmenou svojho stavu. Počas tejto zmeny stavu sa emituje fotón. Konkrétnejšie, čo sa deje, je, ako sa elektróny pohybujú okolo orbitu jadra atómu, že elektróny s rôznymi dráhami majú rôzne množstvo energie. Elektróny s orbity ďalej od jadra majú väčšiu energiu a tie bližšie majú menej energie.

Takže aby elektrón zmenil svoju obežnú dráhu, musí buď stratiť energiu alebo získať energiu. To, čo nás zaujímajú LED diódy, sú elektróny prechádzajúce z vyššej orbity na nižšiu obežnú dráhu, čím strácajú energiu vo forme fotónu svetla. Keď elektróny zo strany n-typu "vyplnia otvory" na strane typu p, potom strácajú energiu vo forme týchto svetelných fotónov. Čím väčšie je uvoľňovanie energie, tým vyššia je frekvencia odovzdaného fotónového svetla, čím sa mení farba.

Ak sa frekvencia skončí v ľudskom viditeľnom spektre (rozsah, ktorý vidia vaše oči), uvidíte svetlo, ktoré svieti LED. Ak nie, napríklad keď sa vydá v infračervenom spektre, neuvidíte to. Môže to však byť užitočné, napríklad v tom, že vám umožní zmeniť kanál na televízore (infračervené LED sa zvyčajne používajú v televíznom diaľkovom ovládači na mnohých ďalších miestach). Keď stlačíte tlačidlo na diaľkovom ovládači, neuvidíte svetlo, ale prijímač na televízore ho môže vidieť a interpretovať to, čo vidí z infračervenej LED.

Pri LED diódiách svetlo, ktoré vzniká, závisí od použitého materiálu a od prúdu, ktorý preteká. Svetlo v štandardnej dióde má usporiadané atómy tak, aby pokles elektrónov v elektrine bol veľmi krátky a teda frekvencia odovzdávaného svetla nie je viditeľná pre naše oči, skôr je v infračervenej oblasti. Jednoducho povedané, LED diódy, na ktorých môžete vidieť svetlo, sú vyrobené z polovodičových materiálov, ktoré vytvárajú väčší pokles na obežnej dráhe elektrónu, takže frekvencia fotónového paketu vychádza v ľudskom vizuálnom spektre. Môžu byť dokonca navrhnuté tak, aby množstvo elektriny pretekajúcej cez ne skutočne zmenilo pokles a tak môžete mať viacfarebnú LED.

Bonusové fakty:

Diódy boli prvými polovodičovými elektronickými zariadeniami.
Objav p-n križovatky sa pripisuje americkému fyzikovi Russellovi Ohl z Bell Laboratories.
Tieto "p-n križovatky" nie sú len jadrom diód, ale sú aj stavebnými kameňmi takmer všetkých polovodičových elektronických zariadení, ako sú tranzistory, solárne články, integrované obvody atď.
Proces pridávania nečistôt do polovodičov sa nazýva "doping".
LED diódy sú oveľa efektívnejšie ako "bežné" žiarovky, pretože vznikajú takmer žiadne teplo; takže oveľa vyššie percento použitej elektrickej energie smeruje k vytváraniu svetla, a nie do žiaroviek, kde je dobré percento z toho skončiť iba pri výrobe tepla.
Tento jav svetla, ktorý sa vydáva ako výsledok prechodu prúdu cez zariadenie, sa nazýva "elektroluminiscencia". To sa odlišuje od takých vecí, ako sú emisie z dôvodu tepla, ktoré sa nazývajú žeravosť; alebo svetlo cez nejakú chemickú reakciu, ktorá sa nazýva chemiluminiscence; okrem iného.
Elektroluminiscencia bola objavená v roku 1907 britským narodeným H.J. Round of Marconi Labs.