Светодиод принцип работы: Принцип работы светодиода и его устройство

Содержание

Устройство светодиода и принцип действия

Светодиод сокращённо (СД), светоизлучающий диод (СИД), light emitting diode сокращённо LED – это полупроводниковое устройство, которое способно создавать световое излучение различной интенсивности при подключении его в прямом направлении к электрическому току.

Светодиод: устройство.

Основа светодиода – полупроводниковый кристалл. Кристалл размещается на металлическое основание катод, который также является отражателем.

Кристалл соединяется тонкой проволокой с анодным выводом. Вся конструкция помещается в корпус колбу нужной формы, верхняя часть колбы состоит из рассеивающей или собирающей линзы. От формы линзы зависит угол рассеивания светового потока, чем более плоская линза, тем шире угол рассеивания и наоборот, чем выпуклей линза, тем уже световой поток.

Для изготовления кристалла светодиода могут, используются такие  полупроводниковые материалы как арсенид галлия, алюминия галлия арсенид, галлия фосфид, галлия арсенид-фосфид, кремний и пр.

В зависимости от материала, из которого сделан кристалл, светодиод может излучать заданный спектр свечения.

Все светодиоды можно поделить на два основных типа:

Индикаторные – маломощные светодиоды используются как индикаторы в различных приборах (см. рис. сверху).

Осветительные – более мощные светодиоды, используются в осветительных приборах.

Типы осветительных диодов:

  • SMD.
  • HP – высокой яркости.
  • HP – высокой мощности.

Устройство осветительного светодиода.

Светодиод: принцип действия.

Принцип действия светодиода основан на так называемом p-n (электронно-дырочном) переходе.

Светодиод включает в себя полупроводниковый p-n переход, где материал — n обогащён отрицательными носителями заряда (приобретают дополнительные электроны), а материал – p положительными носителями заряда (приобретают «дырки» места, где отсутствуют электроны на орбитах атомов).

Когда в диоде возникает электрическое поле, электроны из материала — n и дырки из материала – p, устремляются к p – n переходу, где электроны инжектируются в – p материал.

При подаче отрицательного напряжения со стороны – n проходит ток в материал – p (прямое смещение).

При переходе из – n в – p избыточные электроны рекомбинируют с «дырками» при этом выделяется энергия из элементарных частиц фотонов и светодиод испускает свечение.

Обозначение светодиода в электрических схемах.

Светодиод может работать только при пропускании через него тока в прямом направлении (анод положительный потенциал относительно катода).

Недопустимо подключение светодиода обратной полярностью к источнику напряжения, светодиоды обычно имеют невысокое обратное пробивное напряжение, поэтому если в схеме возможно обратное напряжение светодиод нужно дополнительно защитить параллельно подключённым обычным диодом.

Подключать светодиод к источнику напряжения можно только через ограничитель тока, например через последовательно подключённый резистор.

Некоторые диоды могут иметь встроенную в корпус токоограничивающую цепь.

Для мощных светодиодов также применяются схемы, с широтно импульсной модуляцией которые могут поддерживать среднее значение тока на заданном уровне.

При пропускании через светодиод тока превышающего предельно допустимые параметры, светодиод мгновенно перегревается и выходит из строя.

Преимущества применения светодиодов в качестве источников света.

Высокая светоотдача до 146 люмен на ватт.

Современные светодиоды имеют широкий спектр свечения от 2700 К (теплый белый) до 6500 К (холодный белый).

Низкая инерционность, светодиод включается сразу на полную яркость.

Угол излучения от 15 до 180 градусов.

Механическая прочность и вибростойкость.

Светодиоды не чувствительны к низким температурам.

Продолжительный срок службы светодиодов, некоторые светодиоды могут работать до 100000 часов.

На продолжительность службы светодиодов не влияет количество циклов включения-выключения, в отличие от газоразрядных ламп и ламп накаливания.

Экологичность – в отличие от люминесцентных ламп для производства светодиодов не используются опасные материалы, такие как ртуть и фосфор.

Недостатки светодиодов.

При недостаточном отводе тепла у мощных светодиодов происходит деградация и падение яркости кристалла.

Светодиоды чувствительны к перепадам напряжения, повышенное напряжение приводит к перегреву светодиода и сокращает срок его службы.

Применение светодиодов.

Современные мощные светодиоды применяются в промышленном и бытовом освещении, светодиоды используются в качестве источников света в лампах, фонарях, светильниках, светодиодных лентах.

Светодиоды применяются в подсветке жидкокристаллических экранов телевизоров, мониторов, мобильных телефонов.

Маломощные светодиоды применяются в качестве индикаторов для бытовых и промышленных приборов, используются в панелях управления и пр.

Поделиться в соц. сетях

LED — технология, принцип работы.

Плюсы и минусы LED.

LED (Light-emitting diode) — технология, которая позволяет получить световое излучение в месте соприкосновения катода и полупроводника соединённого с анодом (электроны взаимодействуют с излучением фотонов при переходе через полупроводник на катод).

Для достижения всевозможных типов излучения, применяются различные типы полупроводников. Считается, что первый светодиод, излучающий в видимом диапазоне, был разработан в университете Иллинойса под руководством

Ника Холоньяка («отец современного диода») в 1962 году. Но первое упоминание о подобном эффекте было ещё в 1907 году от Генри Раунда, экспериментирующего с различными материалами.

Светодиод был открыт случайно, когда во время экспериментов было обнаружено, что в определённых случаях при переносе заряда возникает свечение в видимом диапазоне. Позже были открыты диоды излучающие и в других спектрах. Развитие диоды получили лишь в середине 80-х, когда начали требоваться компактные и долговечные источники света для индикаторов, освещения и в тех местах где невозможно использовать лампы накаливания и лампы холодного катода. Диоды выгодно отличаются от них малыми габаритами, малым энергопотреблением, отсутствием необходимости особой подготовки напряжения, практически отсутствием нагрева, высокой выносливостью к ударам и перегрузкам.

Стоимость светодиодов постоянно падает из-за улучшения технологии и удешевления производства. Они применяются в карманных фонарях, прожекторах, фарах автомобилей, индикаторах, подсветках ЖК — матриц, телескопах, приборах ночного видения и многих других приборах.

У LED технологии есть несколько неоспоримых преимуществ в сравнении с другими источниками света:

  • · Способность выдерживать относительно тяжёлые условия эксплуатации (вибрации, небольшие удары, попадание воды, низкие температуры, давление).
  • · Низкое энергопотребление (примерно в 7-10 раз меньше чем у стандартных ламп накаливания) и высокий уровень
    КПД
    .
  • · Практически не содержат вредных для здоровья и окружающей среды соединений (в отличии от люминисцентных ламп и CCFL, которые содержат ртуть).
  • · Долговечность (в 70-80 раз выше чем обычные лампы с нитью накаливания, до 80 000 часов и до 2-х раз долговечнее ламп с холодным катодом).

Минусы LED технологии:

  • · Плохая переносимость высоких температур, что вызывает помутнение источника света и окружающего материала по причине распада полупроводника.
  • · Узкий спектр излучения (хотя в определённых случаях, это может быть и плюсом). Сейчас ведётся довольно успешная работа по расширению спектра для ЖК мониторов и ТВ.

Мировыми лидерами по производству светодиодов являются компании

Philips и Osram (подразделение Siemens).

Также, активным изучением и производством светодиодов занимается немало известная TSMC.

Существует разновидность дисплейной технологии под названием OLED, диоды которой, излучают свет благодаря органическим соединениям. Применяются в сверх-контрастных и гибких экранах мобильных устройств, имеют великолепную яркость и контрастность, но имеют один существенный минус – малая долговечность. Каждый суб пиксель в OLED дисплеях это отдельный органический светодиод.

принцип действия, схемы, примеры и т.д.

Светодиод — диод с простым P-N переходом, главной особенностью которого является то, что он испускает свет, когда через него проходит ток. Используется во многих цифровых дисплеях, а также в других типах индикаторных устройств.

Светодиод
Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип работы светодиода

Основные рабочие характеристики любого светоизлучающего диода сходны с характеристиками обычного диода. Когда подается напряжение, то электроны двигаются от материала N-типа через P-N переход и соединяются с отверстиями в материале P-типа. В обычных диодах энергия, которая возникает в результате соединения электронов с отверстиями, выделяется в виде тепла. Однако, когда речь идет о светодиодах, то энергия в них выделяется в первую очередь в виде света.

Схема светодиода

Светодиоды могут изготавливаться таким образом, что будут испускать красный, зеленый, голубой, инфракрасный или ультрафиолетовый свет. Это достигается путем изменения количества и типа материалов, которые используются в качестве присадки. Яркость света также может изменяться, что осуществляется с помощью управления количеством тока, проходящего через светодиод. Однако, как и любой другой диод, СИД имеет предельные значения тока, которые он может выдержать.

Где используются светодиоды

Одной из основных областей применения светодиодов является использование их в качестве сигнальных лампочек. Например, этот прибор может использоваться для того, чтобы проконтролировать идет ли по цепи ток или она обесточена.

Цепь с сигнальной лампочкой представляет собой ряд приборов, последовательно соединенных между собой: светодиод, резистор, выключатель и источник постоянного тока.

Схема типичной цепи с сигнальной лампочкой

Когда выключатель цепи с сигнальной лампочкой замкнут, то напряжение прямого смещения от источника тока подается на светодиод (который разработан таким образом, чтобы срабатывать только, когда имеется прямое смещение). Электроны, которые прорываются через P-N переход, соединяются с отверстиями, в результате чего энергия высвобождается в виде света. Резистор, установленный в этой цепи, ограничивает протекание тока по ней, с тем, чтобы защитить светодиод от повреждений, которые может вызвать чрезмерный ток.

Светодиоды могут также использоваться в цифровых дисплеях, например, в наручных часах или калькуляторах.

С помощью высвечивания различных комбинаций из семи элементов на дисплее можно отображать любую цифру от нуля до девяти.

Цифровой дисплей на калькуляторе из семи элементов

Каждый светодиод соединен последовательно с резистором и выключателем, где каждый выключатель представляет собой внешнюю управляющую цепь. Выключатели имеют обозначения от А до G, чтобы соответствовать элементам дисплея. Семь последовательных проводов соединены параллельно с источником постоянного тока. Для того, чтобы подать питание на какой-либо светодиод, замыкается соответствующий выключатель. Каждый последовательно включенный в цепь резистор ограничивает ток, проходящий по проводу, и, тем самым, предотвращает повреждение светодиодов от чрезмерно большого тока.

Схема внешней цепи управления для цифрового дисплея калькулятора

Цифры появляются на цифровом дисплее в результате различных сочетаний семи выключателей. Например, если выключатели А и В замкнуты, то соответствующие элементы на дисплее загорятся и образуют цифру 1. Подобным же образом цифра 2 может быть образована с помощью выключателей A, C, D, F и G, которые будут замкнуты одновременно.

Замыкая соответствующие выключатели в определенных комбинациях, на дисплее можно получать цифры от 0 до 9. Если элементы расположить несколько иным образом, то на дисплее можно получить знак плюса, минуса, десятичные точки или же буквы алфавита.

Светодиоды могут использоваться даже для обеспечения искусственного освещения для роста растений. Основными преимуществами светодиодов в этом случае являются: низкое потребление электричества и тепловыделения, а также возможность настройки необходимого спектра излучения.

Устройство светодиодов и принцип работы

В прошлой статье я рассказал о том, каким образом и на какие виды и типы подразделяют светодиоды. Мы определились, что ни один из видов не похож друг на друга. Точнее — конструкция светодиодов не аналогична друг другу. А вот устройство светодиодов практически похожее.

Сегодня рассмотрим каким образом устроены большинство LEDs. За основу возьмем статью, о которой упоминалось выше.

Но для начала нам стоит посмотреть на принцип работы светодиодов.

к оглавлению ↑

Принцип работы светодиодов


Чтобы не утруждать Вас научными терминами попробую все рассказать на пальцах. Все светодиоды имеют p-n-p переход. Электронно-дырочный переход. В процессе легирования материал n-типа насыщается положительными электронами, а в материале p-типа атомы насыщаются дырками.  Дырки – места на внешних электронных орбитах атомов, где отсутствуют электроны.

После подачи на чип напряжения электроны и дырки в p и n материалах начинают занимать место в p-n переходе. Как только носители заряда подходят к p-n-переходу, электроны вводятся в материал р-типа.

Если к n-материалу приложить отрицательное напряжение, через диод пойдет электрический ток от материал n-типа к p-типу. Такой процесс называется прямым смещением.Поэтому материал из которого производят светодиод выбирают таким образом, чтобы испускаемые фотоны находились в видимой области спектра. Каждый материал испускает фотоны со своей длиной волны, отчего зависят цвета света.

к оглавлению ↑

Устройство светодиодов индикаторных


Первенцами в светодиодной промышленности можно назвать индикаторные светодиоды 3мм и т.п. типа. Устройство светодиодов индикаторных конструкционно  отличается от SMD, COB и filament диодов.

На графической картинке мы видим, что устройство 3 мм диодов не сложное. Линзу производят из эпоксидной смолы. Есть и другие материалы, но как точно они называются я сейчас не припомню. Я уже давно перестал следить за тем, как идет «жизнь» данных светодиодов. Они мне не интересны. Если кто-то желает дополнить мой материал, то милости прошу в комментарии.)

В корпус интегрированы анод и катод. Светодиодный кристалл помещают в рассеиватель. От анода к кристаллу припаивается проводник. Как правило выполнен он из золота. Более дешевые модели ( китайские ) оснащаются медными проводниками.

На этом вся сложность и заканчивается. Далее остается только не ошибиться с определением «плюса и минуса». В зависимости от конструкции линзы свет может рассеиваться до 90 градусов.

к оглавлению ↑

Устройство индикаторного светодиода – «Пиранья»


Маломощные светодиоды. За счет того, что конструкционно на них размещаются четыре пина, увеличивается механическая прочность. Большое распространение этот вид диодов получил в автомобилестроении. Устройство LEDs пиранья понятно из картинки. Как говорится — без комментариев. Ну и дополню еще, что у данного типа полупроводников отмечается более качественная теплопроводность.

к оглавлению ↑

Устройство светодиода на основе волокон


Интересная разработка, которая появилась в конце 2015 года. Разработка представлена корейскими учеными института науки передовых технологий ((Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST).

Как заявляют ученые, в скором будущем технология получения волоконных светодиодов станет основой создания источников света на волокнах различны тканей. Сейчас мощность у них очень маленькая и составляет всего 0,3 Вт. Подождем, посмотрим, когда удасться перенести их в группу осветительных. Сейчас же посмотрим на устройство светодиодов из волокон.

Основой будущих диодов является волокно терефталата полиэтилена. погруженного в раствор PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate. Следующим этапом происходит сушка волокна при 130 градусах в течении получаса. На просушенную заготовку наносят OLED раствор poly-(p-phenylenevinylene) polymer organic LED (OLED) имеющий желтое свечение. Затем будущий диод снова отправляют в сушку и покрывают слоем фторида лития-алюминия (Lithium Fluoride/Aluminum (LiF/Al)).

к оглавлению ↑

Устройство осветительных мощных светодиодов


Устройство осветительных мощных диодов несколько отличается от тех, что мы рассматривали выше. Общая конструкция состоит из корпуса с кристаллом, подложку. Также на подложке монтируются выводные контакты. проводники кристаллов, теплоотвод и линзы.

По сравнению с индикаторными устройство осветительных имеет одно существенное различие. А именно, наличие теплоотвода. Индикаторные полупроводники маломощные, а следовательно практически не выделяют тепла. А если таковое и имеется. то легко рассеивается в линзе. Осветительные не могут похвастаться таким счастьем. Их припаивают к алюминиевой подложке для более быстрого распространения тепла. Ну и для тех, кто еще не понял — теплоотвод необходим для большинства светодиодов.

Некоторые различия также можно наблюдать и в устройствах SMD и COB чипах. Первые имеют как правило один кристалл ( есть исключения. в частности SMD 3528 ). COBовские имеют большее количество кристаллов и заливаются единым слоем люминофора.

к оглавлению ↑

Устройство светодиодов filament — филаментных


Первое упоминание о филаментных светодиодах датируется 2008 годом. Однако, настоящее признание пришло к ним только в 2014-2015 году, когда на их основе стали выпускать лампы.

Сами по себе led filament — ни что иное, как отрезок из сапфира или стекла диаметром до 1.5 мм и длиной 3 см. Разные источники относят филаменты или  к COB или COG ( chip on glass ). Это зависит от того, на какой подложке будет расти светодиод. Для удешевления процесса большинство маленьких производителей используют стеклянную подложку. Дешевизна — не единственное преимущество филаментов. Расположенные на нем диоды способны распространять свет на 360 градусов. Чего мы не сможем добиться. если будем применять обычные СМД или СОБ полупроводники. Стекло по сравнению с сапфиром плохо передает тепло, плюс к этому очень хрупкое. Поэтому, если заказывать лампы на основе филаментов, то необходимо просить продавцов о тщательной упаковке.

Устройство светодиодов filamen led основано на размещении 28 кристаллов на один отрезок последовательно. Для получения более теплого свечения в линейку добавляют красные диоды. Число кристаллов от этого не меняется. Их всегда будет только 28. Вся полученная конструкция заливается люминофором. Каждый отрезок потребляет от 0,8 до 1,3 Вт.

Далее полученные отрезки формируют в единое целое и «замуровывают» в колбу. Вот… На основании этой статьи родилась мысль написать статью о производстве именно филаментных ламп…

Филаментными диодами мы завершаем сегодняшнюю статью об устройстве светодиодов. В принципе, все идентично. За исключением лишь некоторых моментов. Так как мир не стоит на месте, то скорее всего будут появляться новые виды светодиодов. Возможно будет другое устройство. И если доживу, то обязательно буду дополнять этот материал. Если что-то пропустил, то прошу указать на это. Принимается только конструктивная критика).

к оглавлению ↑

Вывод об устройстве светодиодов


Решил не много дополнить материал. Времени особо нету сейчас переделывать статью, поэтому даю ссылку на свою другую работу, в которой рассказано устройство светодиода MCOB. На сегодняшний момент это самый продвинутый вид светодиодов. Как только соберусь с силами и «подточу» материал об MCOB, чтобы воткнуть его в эту статью,так сразу и опубликую. А пока — простите и сильно не пинайте.

Светодиод — что это такое, принцип работы — Светал

Светодиод — что это такое, принцип работы

Светодиод — это довольно простое изобретение с огромным потенциалом для изменения отрасли освещения в лучшую сторону. Светодиодные лампы отличаются от обычных ламп накаливания тем, как они излучают свет. Лампы накаливания пропускают электричество через тонкую проволочную нить, в то время как светодиоды излучают свет при помощи полупроводника, который излучает свет, когда через него проходит электрический ток (подробнее об этом чуть ниже).

Этот способ получения света отличается и от энергосберегающих лампочек, которые для создания ультрафиолетового излучения пропускают энергию через пары ртути (а, как известно, ртуть – это очень опасный химический элемент), которые затем поглощаются люминофорным покрытием внутри лампы, тем самым вызывая ее свечение.

Если вы не особо осведомлены о том, что такое светодиод, то в этой статье мы расскажем вам три важных аспекта, которые вы должны знать о нем знать! Приступим!

1. Что такое светодиод?

LED = светодиод (СД, СИД; англ. light-emitting diode, LED). Диод — это электрическое устройство с двумя электродами (анодом и катодом), через которые проходит электричество. Диоды, как правило, изготавливаются из полупроводящих материалов, таких как кремний или селен, — веществ, которые при одних обстоятельствах проводят электричество, а при других — нет (например, при определенных напряжениях, уровнях тока или интенсивности света).

2. Что такое светодиодное освещение?

Светодиод представляет собой полупроводниковое устройство, которое излучает видимый свет, когда через него проходит электрический ток. По сути, это противоположность фотоэлектрохимической ячейке (устройство, которое преобразует видимый свет в электрический ток).

А вы знали, что устройство, похожее на светодиод, называется IRED (инфракрасный излучающий диод). Вместо видимого света IRED излучает инфракрасную энергию, когда через нее проходит электрический ток.

3. Чем хороши светодиодные светильники?

Светодиоды, хоть и являются самым дорогими лампами, тем не менее имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами ламп:

  1. Во-первых, они являются максимально энергосберегающими, так как потребляют на 90% меньше энергии, чем лампы накаливания, и могут окупить себя за счет экономии энергии всего за пару месяцев. Для сравнения, те же самые компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) потребляют на 60-80% меньше энергии, чем лампы накаливания, а галогены на 20-30% меньше.
  2. Во-вторых, светодиоды претендуют на сверхдлительный срок службы – 35 000-50 000 часов (около 6 лет).
  3. В-третьих, когда вы нажимаете на включатель, то светодиоды начинают излучать свет практически мгновенно. Те же самые люминесцентные лампы после включения начинают мигать и только после этого начинают ярко светить.
  4. В-четвертых, исследования показали, что светодиодные и галогенные лампы отлично работают даже в условиях низких температур, в то время как КЛЛ с этой задачей не справляется.

 


НПО «Светал» — это ведущий производитель светодиодных осветительных приборов, предлагающий высококачественные, инновационные, экологически чистые светодиодные светильники по конкурентоспособным ценам.

  1. О нас
  2. Объекты
  3. Отзывы
  4. Контакты

 

Устройство и принцип работы светодиода | Энергофиксик

На данный момент светодиоды получили просто широчайшее распространение во многих сферах промышленности. И с момента открытия в 1963 году красного светодиода до сегодняшнего дня технология постоянно развивается. Сейчас на полках магазинов можно встретить изделия произведенные по технологиям DIP, COB, COG, SMD, filament. В этой статье я расскажу вам о каждой из технологии и о том, по какому принципу функционируют все светодиоды.

Содержание

Что такое светодиод

Устройство светодиода типа DIP

Устройство светодиода типа SMD

Устройство светодиода типа COB

Как работает светодиод

Заключение

Что такое светодиод

Итак, для начала давайте разберемся, что представляет из себя светодиод. Светодиод – это полупроводниковый компонент, у которого присутствует электронно-дырочный переход, где при протекании электрического тока в прямом направлении создается фотонное излучение в видимом спектре.

Если сравнить светодиод с обычной лампочкой Ильича или же люминесцентной лампой, то главным отличием будет тот факт, что у диода спектр излучения почти полностью расположен в узком видимом (для человеческого глаза) диапазоне. И для того, чтобы получить определенный цвет излучения применяется специализированный химический состав люминофора и непосредственно полупроводников.

Устройство светодиода типа DIPyandex.ru

Давайте начнем наше подробное знакомство со светодиодов, произведенных по технологии DIP.

В большинстве случаев внешне данный диод реализован так: эпоксидный полусферический корпус, внутрь которого помешен катод с треугольной платформой где размещен кристалл. Рядом расположенный анод соединён с кристаллом с помощью тончайшего проводка. Вывода выполняются различной длины, где более длинная ножка это плюс, а более короткая — минус.

Так же существуют более сложные изделия с несколькими кристаллами, рассчитанными на свечение различными цветами. Помимо этого в корпус может встраиваться микрочип, с помощью которого задается очередность работы кристаллов и частота их мигания.

Сами по себе светодиоды в DIP оболочке относятся к слаботочным, а применяются в основном, в модулях подсветки и индикации. Например, всеми нами любимые новогодние гирлянды, как раз и выполнены с применением DIP светодиодов.

yandex.ru

В попытках увеличить светоотдачу данный тип светодиодов претерпел значительные изменения и был создан светодиод в DIP оболочке с четырьмя контактами, который получил грозное имя «пиранья».

Они нашли свое применение в рекламных вывесках, автомобильных подсветках и т.д.

yandex.ru

Развитие технологии привело к появлению светодиодов произведенных по технологии SMD.

Устройство светодиода типа SMD

Данный тип светодиодов (с непосредственной фиксацией на поверхности печатной платы) разительно отличается от своего предшественника. Появление SMD- светодиода позволило автоматизировать производство различных систем освещения, уменьшить их габариты и снизить себестоимость.

Современные реалии таковы, что сейчас такой тип светодиодов является самым популярным.

Более широкое и массивное основание крепления самого кристалла позволило создать отличный отвод тепла в процессе работы кристалла.

yandex.ru

В белых светодиодах такой конструкции люминофор занимает место между кристаллом и рассеивающей линзой. Это обеспечивает полную ликвидацию ультрафиолетового диапазона и создает нужную цветовую температуру двух диапазонов Cool white (холодный белый) и warm white (теплый белый)

Устройство светодиода типа COB

Chip-On-Board данная технология является одной из последних разработок, которая, безусловно, в скором времени завоюет свою нишу на рынке.

Характерная особенность данной технологии заключена в следующем: на основу из алюминия (подложку) с применением диэлектрического клея закрепляются десятки небольших кристаллов без корпуса и подложки, далее образованную матрицу закрывают единым слоем люминофора.

В конечном результате получается источник освещения с равномерным распределением светового потока без создания эффекта теней.

yandex.ru

Разновидностью COB технологии является COG (Chip – On – Glass), где кристаллы размещаются на подложке из стекла. Ярким примером такой технологии являются филаментные лампы, рассчитанные на напряжение 220 В.

yandex.ru

Где источником света являются стеклянные стержни, на которые закреплены светодиоды закрытые слоем люминофора.

Как работает светодиод

Несмотря на все разнообразие светодиодов выполненных по разным технологиям принцип работы у них один и тот же и заключен он в следующем:

Преобразование потока электронов в световой поток осуществляется в кристалле, выполненном из различных полупроводников. Материал с n – проводимостью получают в результате легирования электронами, а материал с p – проводимостью – дырками. Именно так формируются смежные слои, создающие дополнительные носители заряда разнонаправленных зарядов

yandex.ru

И получается, что в тот момент, когда к светодиоду подается прямое напряжение (на плюсовую ногу подается плюс, а на минусовую минус) происходит движение заряженных частиц через барьер и запускается процесс рекомбинации электрона и «дырки» в области P — N – перехода, который и сопровождается выделением энергии в виде фотона и небольшого количества тепла.

В принципе абсолютно любой полупроводниковый диод в процессе своей работы выделяет фотоны, но в большинстве случаев спектр излучения находится вне видимой зоны для глаз человека. Поэтому чтобы «заставить» светодиод излучать свет в диапазоне 400 – 700 нм специалистам пришлось провести не одну сотню экспериментов. В результате, которых появились такие новые соединения как: арсенид галлия, фосфид галлия и другие сложные формы.

Так как при P-N- переходе выделяется еще и тепло, то в достаточно мощных светодиодах должна присутствовать эффективная система отвода накопленного тепла.

Заключение

Это все, что я хотел вам рассказать о принципе работы светодиодов и их существующих разновидностях. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком (Это поможет создавать больше материалов). И спасибо за ваше внимание!

Принцип работы RGB-светодиода

Многоцветные RGB-светодиоды получают все большее распространение, поскольку с ними можно создавать различные виды управляемой подсветки вплоть до движущихся изображений. Светодиодные RGB-ленты и прожекторы с такими диодами применяются как в интерьере, так и в украшении зданий и сооружений, а также создании рекламных конструкций, оформлении мероприятий и представлений.

Устройство RGB-светодиодов

В обычном одноцветном светодиоде в одном корпусе находятся 3 кристалла (чипа) одинакового цвета. У RGB-диодов похожее устройство, только в них устанавливаются красный, зеленый и синий чипы. На английском это Red, Green и Blue, откуда и происходит название диодов – RGB.

В отличие от одноцветных, RGB-светодиоды имеют минимум 4 контакта: 1 общий и 3 для кристаллов. Это отражается также в коннекторах для соединения отрезков RGB-лент – у них тоже 4 контакта для подключения каждого вывода отдельно. Именно отдельное подключение каждого кристалла позволяет менять цветность свечения. С помощью микроконтроллеров можно управлять кристаллами и создавать различные световые эффекты.

Наиболее распространенным размером RGB-светодиодов считается SMD 5050, который может включать 3 или 4 кристалла, что позволяет создавать миллионы цветовых вариаций. Этот формат лучше всего подходит для RGB и RGBW. У него в 3 раза больше яркость, чем у SMD 3528.

Виды RGB-светодиодов

Существующие разновидности RGB-светодиодов на SMD:

  • СА – с общим катодом. Управление осуществляется положительными сигналами, которые подаются на аноды кристаллов.
  • СС – с общим анодом. Управление происходит путем подачи сигналов на катоды чипов.
  • С 6 выводами – с отдельной парой контактов для каждого кристалла. Обладает наибольшей самостоятельностью.

В зависимости от этого подбирается распиновка RGB-светодиодов, т. е. схема расположения выводов:

  • Схема с общим катодом. Катодные выводы кристаллов соединены между собой. Ими управляют посредством 3 отдельных выводов анода.
  • Схема с общим анодом. Анодные выводы кристаллов соединены в один, а управление происходит через отрицательные импульсы на 3 независимых вывода катода.
  • Независимая схема. Внутри корпуса светодиода нет соединений, а присутствует 6 выводов, т. е. на каждый кристалл по 2.

Ввиду отсутствия единого стандарта на распиновку полярность светодиодов приходится определять индивидуально для каждого случая.

RGB-светодиоды выпускаются не только в формате элементов SMD. Существуют другие виды корпусов:

  • Стандартный круглый. Оснащен линзой, применим при малой мощности диодов.
  • Emitter. Используется при большой мощности диодов, в которых каждый чип требует отдельного режима работы.
  • «Пиранья». Главное преимущество – не требуется установка теплоотводов.

Как управляют RGB-светодиодами

Существует несколько способов управления и подключения RGB-светодиодов к источнику питания:

  • Аналоговые методы. В основе – схемы из транзисторов, применяемых для регулировки яркости кристаллов.
  • Без микроконтроллеров. Для подключения используют систему драйверов.
  • Микроконтроллер Arduino с ШИМ-выходами. Наиболее распространенный метод управления. Схема подключения RGB-светодиода к Ардуино гораздо проще, чем при использовании других устройств. Еще здесь можно написать скетч, чтобы перебор цветов осуществлялся автоматически или можно было задавать цвет вручную.

В самом простом случае RGB-светодиоды подключают к Arduino – стандартному микроконтроллеру, с помощью которого и осуществляют управление. Прямая пайка контактов не допускается, поскольку у каждого из них должен быть резистор, ограничивающий ток. Подключение осуществляют следующим способом:

  • Общий вывод припаивают к единой шине Gnd. Для светодиода с общим анодом подключение осуществляют к отрицательному контакту, а с общим катодом – к положительному из противоположного ряда (на рисунке SV).
  • Остальные выводы для подачи управляющих сигналов присоединяют к соответствующим точкам (ШИМ-пинам Ардуино): D12, D10 и D9.

С помощью микроконтроллера осуществляют управление работой RGB-светодиода. Разные оттенки формируются путем смешивания 2-3 цветов в разном соотношении. Оттенки получают посредством управления яркостью разных кристаллов. Если все 3 цветных кристалла горят на полную мощность, получается белый свет. При изменении яркости кристаллов по отдельности получают другие цвета.

Для управления режимом работы светодиодной RGB-ленты применяют контроллеры. Для изменения цветов и переключения сценариев освещения применяется пульт дистанционного управления. Микропроцессор в контроллере подключает и отключает минусовой вывод от соответствующего цвета, что позволяет менять цветность свечения.

Подключение без микроконтроллеров

Существует вариант подключения RGB-светодиодов без Ардуино. Здесь используют специализированные драйверы, такие как CAT4101, способные выдавать ток до 1 А. На рисунке приведена схема подключения подобным способом. Главное здесь – правильно подобрать драйвер для светодиодов.

Принцип изменения цветности RGB-светодиодов с помощью ШИМ

В основе механизма управления яркостью каждого кристалла лежит метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Так называют процесс изменения мощности за счет пульсирующего включения-выключения прибора.

В ШИМ частота импульса остается постоянной, а меняется его скважность – отношение периода следования (повторения) к длительности импульса. На управляющие контакты диодов подаются прямоугольные сигналы с разной скважностью. Чем она ниже, тем более широким будет пик прямоугольного сигнала, а значит, тем более ярким будет свечение кристалла.

Светоизлучающий диод (LED) | Fiberlabs Inc

Дата: 8 марта, 2016 г. 更新 日 時: 2018 年 12 18 投稿 者: fiberlabsus_admin

1. Что такое светодиод?
LED — это аббревиатура от Light Emission Diode. Это устройство, которое излучает свет, пропуская ток к p-n переходу, как полупроводниковый лазер (LD). Он излучает свет с различной длиной волны в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях, что соответствует его ширине запрещенной зоны. В частности, белые светодиоды отличаются длительным сроком службы и низким энергопотреблением по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами, и поэтому в настоящее время все чаще используются для освещения.Белые светодиоды также используются для многих приложений в области освещения и отображения, включая ЖК-подсветку, используемую для сотовых телефонов, светофоров, дорожных знаков, наружных дисплеев и фонарей.

2. Принцип излучения светодиода
На рисунке 1 показан принцип излучения светодиода. Активный слой, зажатый между полупроводниками p- и n-типа, сформирован на сапфировой подложке, и напряжение подается через p-n переход от электродов. При приложении прямого напряжения электроны соединяются с дырками на p-n-переходе и исчезают.В это время электрон переходит из состояния с более высокой энергией в состояние с более низкой энергией, и избыточная энергия выделяется в виде света.


Рис.1 Принцип излучения светодиода.

3. Что вызывает различия в цветах светодиодов?
Рисунок 2 объясняет, почему длины волн излучения разных полупроводниковых материалов различаются. Объединение дырок и электронов в p-n-переходе означает, что электроны попадают из зоны проводимости в валентную зону. Когда разница в энергии между обеими полосами больше, свет с большей энергией, т.е.е. излучается свет с более короткой длиной волны. Поскольку разность энергий (ширина запрещенной зоны) зависит от полупроводникового материала, материалы светодиодов выбираются на основе ширины запрещенной зоны, чтобы обеспечить желаемый цвет света.


Рис.2 Разница в цвете излучения полупроводникового материала.
(И синий, и зеленый свет излучаются InGaN, но соотношение In / Ga отличается.)

4. Механизм излучения белого светодиода
Есть три способа получить белый свет от светодиодов, как показано на рис.3.
(1) Первый — это способ облучения желтого люминофора синим светодиодом. Поскольку желтый является дополнительным цветом синего, смесь синего и желтого выглядит белой. Хотя этот метод наиболее популярен из-за простоты изготовления и высокой интенсивности, слабым местом является слегка голубоватый цвет.
(2) Второй — способ излучения синего, зеленого и красного люминофора путем облучения ультрафиолетового светодиода. Хотя свет выглядит естественным и чистым белым, его интенсивность еще не такая сильная, как у метода (1).
(3) Третий — это способ использования трех светодиодов: синего, зеленого и красного. Поскольку свет интенсивный и можно получить любой цвет, этот метод применяется к большому дисплею и светодиодному экрану.


Рис.3 Механизм излучения белого светодиода.

5. Отличия светодиода от светодиода
Светодиод представляет собой полупроводниковый светоизлучающий прибор, аналогичный светодиоду. Какая разница между двумя? На рисунке 4 показаны основные конструкции светодиода и диодного диода. Хотя принцип излучения тот же, электроны и дырки соединяются в p-n-переходе и излучается свет, свойства испускаемого света разные.Поскольку светодиодный свет имеет случайные фазы, он распространяется так же, как лампочки. С другой стороны, свет LD имеет определенную фазу, и поэтому он распространяется прямо, не распространяясь. Эта разница объясняется наличием или отсутствием резонатора. LD может выравнивать фазу света с помощью резонатора, но светодиод без резонатора выводит свет без изменений. Еще одно отличие — потери связи в оптоволокне. Свет LD может быть введен в оптическое волокно с низкими потерями связи, поскольку свет выходит из узкого активного слоя.Между тем, свет СИД не только слегка падает на волокно, потому что СИД имеет большую площадь излучения.


Рис.4 Базовые конструкции светодиода и светодиода.

Конструкция, схема, работа и применение

Светодиод — это двухпроводный полупроводниковый источник света. В 1962 году Ник Холоняк придумал светоизлучающий диод, и он работал в электроэнергетической компании.Светодиод — это особый тип диода, который имеет электрические характеристики, аналогичные диодам с PN переходом. Следовательно, светодиод пропускает ток в прямом направлении и блокирует ток в обратном направлении. Светодиод занимает небольшую площадь, менее 1 мм 2 . Применение светодиодов в различных электрических и электронных проектах. В этой статье мы обсудим принцип работы светодиода и его применение.

Что такое светоизлучающий диод?

Светоизлучающий диод представляет собой диод с p-n переходом.Это специально легированный диод, изготовленный из особого типа полупроводников. Когда свет излучается в прямом смещении, это называется светодиодом.


Светоизлучающий диод

Символ светодиода

Символ светодиода похож на символ диода, за исключением двух маленьких стрелок, которые указывают излучение света, поэтому он называется светодиодом (светоизлучающим диодом). Светодиод имеет две клеммы, а именно анод (+) и катод (-). Символ светодиода показан ниже.

Светодиодный символ

Конструкция светодиода

Конструкция светодиода очень проста, потому что он разработан путем нанесения трех слоев полупроводникового материала на подложку.Эти три слоя расположены один за другим, где верхняя область является областью P-типа, средняя область активна и, наконец, нижняя область является областью N-типа. В конструкции можно увидеть три области полупроводникового материала. В конструкции область P-типа включает отверстия; область N-типа включает выборы, тогда как активная область включает как дырки, так и электроны.

Когда на светодиод не подается напряжение, поток электронов и дырок отсутствует, поэтому они стабильны.После подачи напряжения светодиод будет смещен в прямом направлении, поэтому электроны в N-области и дырки из P-области переместятся в активную область. Этот регион также известен как область истощения. Поскольку носители заряда, такие как дырки, содержат положительный заряд, тогда как электроны имеют отрицательный заряд, свет может генерироваться за счет рекомбинации полярных зарядов.


Как работает светоизлучающий диод?

Светодиод просто, мы знаем как диод.Когда диод смещен в прямом направлении, электроны и дырки быстро перемещаются через переход, и они постоянно объединяются, удаляя друг друга. Вскоре после того, как электроны переходят из кремния n-типа в кремний p-типа, он соединяется с дырками, а затем исчезает. Следовательно, он делает весь атом более стабильным и дает небольшой всплеск энергии в форме крошечного светового пакета или фотона.

Работа светодиода

На приведенной выше диаграмме показано, как работает светоизлучающий диод, и пошаговый процесс построения диаграммы.

  • Из приведенной выше диаграммы мы можем видеть, что кремний N-типа имеет красный цвет, включая электроны, которые обозначены черными кружками.
  • Силикон P-типа синего цвета и содержит дырки, они обозначены белыми кружками.
  • Источник питания через p-n переход вызывает прямое смещение диода и перевод электронов с n-типа на p-тип. Продвигая отверстия в обратном направлении.
  • Электрон и дырки на стыке совмещены.
  • Фотоны испускаются при рекомбинации электронов и дырок.

История светодиода

Светодиоды были изобретены в 1927 году, но это не новое изобретение. Краткий обзор истории светодиодов обсуждается ниже.

  • В 1927 году Олег Лосев (русский изобретатель) создал первый светодиод и опубликовал некоторые теории по своим исследованиям.
  • В 1952 году профессор Курт Леховец проверил теории неудачников и рассказал о первых светодиодах.
  • В 1958 году Рубин Браунштейн и Эгон Лебнер изобрели первый зеленый светодиод.
  • В 1962 году красный светодиод был разработан Ником Холоняком.Итак, первый светодиод создан.
  • В 1964 году IBM впервые применила светодиоды на печатной плате компьютера.
  • В 1968 году компания HP (Hewlett Packard) начала использовать светодиоды в калькуляторах.
  • В 1971 году Жак Панков и Эдвард Миллер изобрели синий светодиод.
  • В 1972 году М. Джордж Кроуфорд (инженер-электрик) изобрел желтый светодиод.
  • В 1986 году Уолден С. Райнс и Герберт Маруска из Университета Стаффорда изобрели светодиод синего цвета с магнием, включая будущие стандарты.
  • В 1993 году Хироши Амано и физики Исаму Акаски разработали нитрид галлия с высококачественными светодиодами синего цвета.
  • Инженер-электрик, такой как Шуджи Накамура, разработал первый синий светодиод с высокой яркостью благодаря разработкам Amanos & Akaski, что быстро привело к расширению использования светодиодов белого цвета.
    В 2002 году светодиоды белого цвета использовались в жилых помещениях, стоимость каждой лампы составляла от 80 до 100 фунтов стерлингов.
  • В 2008 году светодиодные фонари стали очень популярными в офисах, больницах и школах.
  • В 2019 году светодиоды стали основными источниками света;
  • Развитие светодиодов невероятно, так как они варьируются от небольших индикаторов для освещения офисов, домов, школ, больниц и т. Д.

Схема светоизлучающего диода для смещения

Большинство светодиодов имеют номинальное напряжение от 1 вольт до 3 В, тогда как номинальный прямой ток составляет от 200 мА до 100 мА.

Смещение светодиода

Если на светодиод подается напряжение (от 1 В до 3 В), то он функционирует правильно, так как ток, подаваемый на подаваемое напряжение, находится в рабочем диапазоне.Точно так же, если приложенное к светодиоду напряжение выше рабочего напряжения, то область обеднения внутри светодиода выйдет из строя из-за сильного протекания тока. Этот неожиданно сильный ток приведет к повреждению устройства.

Этого можно избежать, подключив резистор последовательно с источником напряжения и светодиодом. Безопасные значения напряжения светодиодов будут находиться в диапазоне от 1 В до 3 В, тогда как безопасные номинальные значения тока будут в диапазоне от 200 мА до 100 мА.

Здесь резистор, который расположен между источником напряжения и светодиодом, известен как резистор ограничения тока, потому что этот резистор ограничивает ток, иначе светодиод может его разрушить.Таким образом, этот резистор играет ключевую роль в защите светодиода.

Математически протекание тока через светодиод можно записать как

IF = Vs — VD / Rs

Где

IF — прямой ток

Vs — источник напряжения

‘ VD ‘- это падение напряжения на светоизлучающем диоде

«Rs» — ограничивающий ток резистор

Величина падения напряжения для преодоления барьера области обеднения. Падение напряжения на светодиодах будет от 2 В до 3 В, в то время как на Si или Ge диоде 0.3 иначе 0,7 В.

Таким образом, светодиод может работать от высокого напряжения по сравнению с Si- или Ge-диодами.
Светодиоды для работы потребляют больше энергии, чем кремниевые или германиевые диоды.

Типы светодиодов

Существуют различные типы светодиодов, некоторые из которых упомянуты ниже.

  • Арсенид галлия (GaAs) — инфракрасный
  • Фосфид арсенида галлия (GaAsP) — красный к инфракрасному, оранжевый
  • Фосфид арсенида галлия алюминия (AlGaAsP) — красный, оранжево-красный, оранжевый и желтый
  • Фосфид галлия (GaP) — красный, желтый и зеленый
  • Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) — зеленый
  • Нитрид галлия (GaN) — зеленый, изумрудно-зеленый
  • Нитрид галлия-индия (GaInN) — почти ультрафиолетовый, голубоватый -зеленый и синий
  • Карбид кремния (SiC) — синий как подложка
  • Селенид цинка (ZnSe) — синий
  • Нитрид алюминия, галлия (AlGaN) — ультрафиолетовый

Принцип работы светодиода

Принцип работы света -излучающий диод основан на квантовой теории.Квантовая теория говорит, что когда электрон опускается с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень, энергия излучается фотоном. Энергия фотона равна энергетической щели между этими двумя уровнями энергии. Если диод с PN-переходом смещен в прямом направлении, то ток течет через диод.

Принцип работы светодиода

Протекание тока в полупроводниках вызывается потоком дырок в противоположном направлении тока и потоком электронов в направлении тока.Следовательно, будет рекомбинация из-за потока этих носителей заряда.

Рекомбинация показывает, что электроны в зоне проводимости прыгают вниз в валентную зону. Когда электроны переходят из одной полосы в другую, электроны излучают электромагнитную энергию в виде фотонов, а энергия фотонов равна запрещенной энергетической щели.

Например, давайте рассмотрим квантовую теорию, энергия фотона является произведением постоянной Планка и частоты электромагнитного излучения.Математическое уравнение показано

Eq = hf

, где его называют постоянной Планка, а скорость электромагнитного излучения равна скорости света, т.е. c. Частота излучения связана со скоростью света как f = c / λ. λ обозначается как длина волны электромагнитного излучения, и приведенное выше уравнение будет иметь вид

Eq = he / λ

Из приведенного выше уравнения мы можем сказать, что длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна запрещенной зоне.В обычных кремниевых и германиевых полупроводниках этот запрещенный энергетический зазор находится между условием и валентными зонами так, что полное излучение электромагнитной волны во время рекомбинации находится в форме инфракрасного излучения. Мы не можем видеть длины инфракрасных волн, потому что они находятся вне нашего видимого диапазона.

Инфракрасное излучение считается тепловым, потому что кремний и германий полупроводники не являются прямозонными полупроводниками, а являются непрямозонными полупроводниками.Но в прямозонных полупроводниках максимальный уровень энергии валентной зоны и минимальный уровень энергии зоны проводимости не возникают в один и тот же момент электронов. Следовательно, во время рекомбинации электронов и дырок происходит миграция электронов из зоны проводимости в валентную зону, импульс электронной зоны будет изменяться.

Белые светодиоды

Производство светодиодов может осуществляться двумя способами. В первом методе светодиодные чипы, такие как красный, зеленый и синий, объединены в одном корпусе для генерации белого света; тогда как во втором методе используется фосфоресценция.Флуоресценцию внутри люминофора можно суммировать в окружающей эпоксидной смоле, тогда светодиод будет активирован коротковолновой энергией с использованием светодиодного устройства InGaN.

Огни разного цвета, такие как синий, зеленый и красный, комбинируются в изменяемых количествах для получения различного цветового ощущения, известного как основные аддитивные цвета. Эти три интенсивности света складываются в равной степени для создания белого света.

Но для достижения этой комбинации посредством комбинации зеленого, синего и красного светодиодов требуется сложная электрооптическая конструкция для управления комбинацией и диффузией разных цветов.Кроме того, этот подход может быть усложнен из-за изменений в цвете светодиода.

Линейка белых светодиодов в основном зависит от одиночного светодиодного чипа с люминофорным покрытием. Это покрытие генерирует белый свет при попадании через ультрафиолетовые фотоны или синие фотоны. Тот же принцип применяется и к люминесцентным лампам; излучение ультрафиолета от электрического разряда внутри трубки заставляет люминофор мигать белым.

Несмотря на то, что этот процесс светодиода может генерировать разные оттенки, различия можно контролировать с помощью экранирования.Устройства на основе белых светодиодов экранируются с использованием четырех точных координат цветности, которые находятся рядом с центром диаграммы CIE.

Диаграмма CIE описывает все достижимые цветовые координаты в пределах подковообразной кривой. Чистые цвета лежат над дугой, но белый кончик находится в центре. Цвет белого светодиода на выходе может быть представлен четырьмя точками, которые представлены в середине графика. Несмотря на то, что координаты четырех графиков близки к чистому белому, эти светодиоды обычно не эффективны, как обычный источник света, для освещения цветных линз.

Эти светодиоды используются в основном для белых линз, в противном случае прозрачных линз, непрозрачной подсветки. Когда эта технология будет развиваться, белые светодиоды наверняка получат репутацию источника освещения и индикации.

Световая отдача

Световая отдача светодиодов может быть определена как создаваемый световой поток в лм для каждой единицы, а электрическая мощность может использоваться в пределах Вт. Номинальная внутренняя эффективность светодиода синего цвета составляет 75 лм / Вт; Желтые светодиоды имеют 500 лм / Вт, а красные светодиоды — 155 лм / Вт.Из-за внутренней реабсорбции потери могут быть приняты во внимание; порядок световой отдачи составляет от 20 до 25 лм / Вт для зеленых и желтых светодиодов. Это определение эффективности также известно как внешняя эффективность и аналогично определению эффективности, обычно используемому для других типов источников света, таких как многоцветные светодиоды.

Многоцветный светоизлучающий диод

Светоизлучающий диод, который выдает один цвет при подключении в прямом смещении и выдает один цвет при подключении в обратном смещении, известен как многоцветный светодиод.

Фактически, эти светодиоды включают в себя два PN-перехода, и их соединение может быть выполнено параллельно с анодом одного, который соединен с катодом другого.

Многоцветные светодиоды обычно красные, если они смещены в одном направлении, и зеленые, когда они смещены в другом направлении. Если этот светодиод включается очень быстро при двух полярностях, он будет генерировать третий цвет. Зеленый или красный светодиод будет генерировать желтый цвет при быстром переключении назад и вперед между полярностями смещения.

В чем разница между диодом и светодиодом?

Основное отличие диода от светодиода заключается в следующем.

Диод

Светодиод

Полупроводниковый прибор, такой как диод, проводит просто в одном направлении. Светодиод — это один из типов диодов, используемых для генерации света.
Конструирование диода может быть выполнено из полупроводникового материала, и поток электронов в этом материале может придать их энергии тепловую форму. Светодиод сконструирован из фосфида галлия и арсенида галлия, электроны которых могут генерировать свет, передавая энергию.

Диод преобразует переменный ток в постоянный Светодиод меняет напряжение на световое
Он имеет высокое обратное напряжение пробоя Он имеет низкое обратное напряжение пробоя.
Напряжение в открытом состоянии диода составляет 0,7 В для кремния, тогда как для германия оно равно 0.3v Напряжение в открытом состоянии светодиода составляет примерно от 1,2 до 2,0 В.
Диод используется в выпрямителях напряжения, схемах ограничения и фиксации, умножителях напряжения.

Области применения светодиодов: светофоры, автомобильные фары, медицинские приборы, вспышки для фотоаппаратов и т. Д.
IV Характеристики светодиода

В На рынке существуют различные характеристики светодиодов, в том числе цветовой свет или длина волны излучения, интенсивность света.Важная характеристика светодиода — цвет. При запуске светодиода используется только красный цвет. Поскольку использование светодиодов расширяется с помощью полупроводникового процесса и исследования новых металлов для светодиодов, были сформированы различные цвета.

ВАХ светодиода

На следующем графике показаны приблизительные кривые между прямым напряжением и током. Каждая кривая на графике обозначает свой цвет. В таблице приведены сводные характеристики светодиодов.

Характеристики светодиода
Какие бывают два типа конфигураций светодиодов?

Стандартные конфигурации светодиода — это два подобных эмиттера, а также COB.

Эмиттер представляет собой одиночный кристалл, который монтируется к печатной плате, а затем к радиатору. Эта печатная плата передает электроэнергию на излучатель, а также отводит тепло.

Чтобы помочь снизить стоимость, а также повысить однородность света, исследователи определили, что подложку светодиода можно отсоединить, а одиночный кристалл можно установить на печатной плате открыто.Эта конструкция называется COB (chip-on-board array).

Преимущества и недостатки светодиодов

К преимуществам светодиода относятся следующие.

  • Стоимость светодиодов меньше и они крошечные.
  • С помощью светодиода контролируется электричество.
  • Яркость светодиода изменяется с помощью микроконтроллера.
  • Длительный срок службы
  • Энергоэффективность
  • Без периода прогрева
  • Прочный
  • Не влияет на низкие температуры
  • Направленная
  • Цветопередача отличная
  • Экологически чистая
  • Контролируемая

Недостатки светодиоды включают следующее.

  • Цена
  • Температурная чувствительность
  • Температурная зависимость
  • Качество света
  • Электрическая полярность
  • Чувствительность по напряжению
  • Падение эффективности
  • Воздействие на насекомых
Применение светоизлучающих диодов

Светодиодные и некоторые из них описаны ниже.

  • Светодиод используется в качестве лампочки в домах и на производстве
  • Светодиоды используются в мотоциклах и автомобилях
  • Они используются в мобильных телефонах для отображения сообщений
  • На светофорах используются светодиоды

Таким образом, в данной статье рассматривается принцип работы и применения светодиодной схемы.Надеюсь, прочитав эту статью, вы получили некоторую основную и рабочую информацию о светодиодах. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о электрическом проекте последнего года, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вам вопрос, Что такое светодиод и как он работает?

Принцип работы светоизлучающего диода

Светодиод аналогичен обычному диоду с p-n переходом, но со светоизлучающими свойствами. Его конструкция и принцип работы можно объяснить следующим образом.

Работа светодиода

Как и обычный диод, светодиод работает при прямом смещении. В этом случае полупроводник n-типа более легирован, чем полупроводник p-типа, образующий p-n переход. Когда он смещен вперед, потенциальный барьер уменьшается, и электроны и дырки объединяются в обедненном слое (или активном слое), свет или фотоны излучаются или излучаются во всех направлениях. Типичный рисунок, показывающий излучение света из-за объединения пары электрон-дырка при прямом смещении.
Объяснение испускания фотонов в светодиодном диоде лежит в теории энергетических зон твердых тел. Согласно этой теории, будет ли объединение электронов и дырок выдавать фотоны или нет, зависит от того, имеет ли материал прямую запрещенную зону или непрямую запрещенную зону. Эти полупроводниковые материалы с прямой запрещенной зоной излучают фотоны. В материале с прямой запрещенной зоной нижняя часть энергетического уровня зоны проводимости лежит непосредственно над самым верхним энергетическим уровнем валентной зоны на диаграмме энергии от импульса (волновой вектор «k»).Когда электроны и дырка рекомбинируют, энергия E = hν, соответствующая энергетической щели (эВ), уходит в виде световой энергии или фотонов, где h — постоянная Планка, а ν — частота света.

Прямая запрещенная зона
В то время как непрямая запрещенная зона не является излучательной по своей природе, так как дно зоны проводимости не совпадает с верхом валентной зоны, а энергия, соответствующая запрещенной зоне, в основном указана в форма тепла. Примеры: Si, Ge и т. Д.

Непрямая запрещенная зона
Примером материала с прямой запрещенной зоной является арсенид галлия (GaAs), сложный полупроводник, который используется в светодиодах. Атомы примеси добавляются в GaAs для получения широкого диапазона цветов. Некоторые из материалов, используемых в светодиодах:

  • Алюминий, арсенид галлия (AlGaAs) — инфракрасный.
  • Галлий, фосфид мышьяка (GaAsP) — красный, оранжевый, желтый.
  • Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) — зеленый.
  • Нитрид индия-галлия (InGaN) — синий, сине-зеленый, ближний УФ.
  • Селенид цинка (ZnSe) — синий.

Физическая структура светодиода

Светодиод сконструирован таким образом, чтобы излучаемый свет не поглощался материалом. Таким образом гарантируется, что рекомбинация электронов и дырок происходит на поверхности.

На приведенном выше рисунке показаны два различных способа структурирования p-n перехода светодиодов. Слой p-типа делают тонким и выращивают на подложке n-типа. Металлические электроды, прикрепленные по обе стороны от p-n перехода, служат узлами для внешнего электрического соединения.Переход p-n светодиода заключен в куполообразный прозрачный корпус, поэтому свет излучается равномерно во всех направлениях и имеет минимальное внутреннее отражение.

Большая ножка светодиода представляет собой положительный электрод или анод.

Светодиоды с более чем 2 ножками также доступны в конфигурации с 3, 4 и 6 выводами для получения многоцветных светодиодов в одном корпусе. Доступны накладные светодиодные дисплеи, которые можно установить на печатные платы.

Сила тока светодиода составляет несколько десятков миллиампер.Следовательно, необходимо последовательно подключить к нему высокое сопротивление. Прямое падение напряжения светодиода намного больше, чем у обычного диода, и составляет от 1,5 до 3,5 вольт.

Белые светодиоды или белые светодиодные лампы

Светодиодные лампы, лампы для уличного освещения становятся очень популярными в наши дни из-за очень высокой эффективности светодиодов с точки зрения светоотдачи на единицу входной мощности (в милливаттах) по сравнению с лампы накаливания. Поэтому для осветительных приборов общего назначения предпочтителен белый свет.Для получения белого света с помощью светодиодов используются два метода:

  1. Смешивание трех основных цветов RGB для получения белого света. Этот метод имеет высокую квантовую эффективность.
  2. Другой метод — покрытие светодиода одного цвета люминофором другого цвета для получения белого света. Этот метод коммерчески популярен для производства светодиодных ламп и светильников.

Применение светодиодов

  • Электронные дисплеи, такие как OLED, микро-светодиоды, квантовые точки и т. Д.
  • Как светодиодный индикатор.
  • В пультах дистанционного управления.
  • Светильники.
  • Оптоизоляторы.

Принцип работы светодиода — инженерные знания

Здравствуйте, ребята, надеюсь, у вас все хорошо. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим принцип работы светодиода . Полная форма светодиода — это светоизлучающий диод. Это диод, который излучает свет при наличии входного питания. Это полупроводниковые приборы и, как и другие диоды, имеет PN переход.Свет, излучаемый диодом, зависит от энергии, необходимой для запрещенной зоны полупроводникового материала. Для излучения белого цвета используется более одного слоя полупроводникового материала, и может использоваться люминофор. Это было время, используемое для общих целей в 1962 году, но их интенсивность света была меньше, и они излучали инфракрасный свет.

Светодиоды, излучающие инфракрасный свет, используются в схемах дистанционного управления, например пульте дистанционного управления ЖК-дисплеем и т. Д. Используемые в настоящее время светодиоды излучают свет в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах.Старые типы светодиодов использовались в различных небольших лампах накаливания, индикаторных лампах и 7-сегментных дисплеях. В настоящее время светодиоды высокой интенсивности используются в зданиях и помещениях для освещения. У светодиодов есть многочисленные преимущества перед лампами накаливания, такие как меньшее потребление энергии, более длительный срок службы, меньшие размеры и т. Д. Диоды используются в светофорах, камерах, различных медицинских инструментах. В сегодняшнем посте мы подробно рассмотрим его работу, приложения и некоторые другие связанные параметры.Итак, давайте начнем с принципа работы светодиода .

Принцип работы светодиода
  • Светодиод обозначает светоизлучающий диод, а на рисунке ниже вы можете увидеть символ светодиода.
  • Работа светодиода очень проста, когда светодиод находится в условиях прямого смещения, электроны, существующие на стороне N диода, пересекают PN-переход и входят в P-область вместе с отверстиями, существующими в этой области, и излучают свет.
  • Как мы обсуждали в уроке об атоме, есть две основные энергетические зоны, первая — это зона проводимости, которая имеет большое количество электронов, в данном случае это N-область.
  • Секунда — это полоса, которая является P-областью диода и имеет в ней отверстия. Поэтому, когда электроны перемещаются из зоны высокой проводимости в зону баланса или соединяются с дырками, высвобождает энергию в виде света.
  • Тип излучаемого света зависит от типа запрещенной зоны и других связанных параметров.
  • Большая видимая область на единственном листе полупроводникового вещества позволяет фотонам испускаться в виде видимого света.
  • Эта процедура известна как электролюминесценция и описана на рисунке ниже.
  • Для поддержания длины волны излучаемого света в процессе добавляются многочисленные материалы. Цвет видимого света зависит от излучаемой длины волны.
  • Есть некоторые светодиоды, которые излучают свет, который не встречается в спектре видимого света, но их длина волны длиннее и выходит в инфракрасной области спектра.

Светодиодные полупроводниковые материалы
  • В более старых версиях светоизлучающих диодов использовался GaAs, который испускает невидимое инфракрасное излучение.
  • Для производства первого светодиода видимого диапазона, излучающего видимый свет, на подложке GaAs используется арсенидфосфид (GaAsP) галлия.
  • Для увеличения яркости этого светодиода из фосфида галлия (GaP), используемого в качестве подложки, в результате были созданы красные светодиоды большой интенсивности и светодиоды оранжевого цвета.
  • Для бледно-зеленого света использовался GaP для излучения света.
  • Для излучения желтого света в светодиодах использовались микросхемы красного и зеленого цвета.
  • Впервые были созданы сверхяркие красные, желтые, зеленые и светодиоды с использованием фосфида арсенида алюминия и галлия.
  • В начале 90-х годов прошлого века на основе InGaAlP создавались сверхяркие светодиоды, излучающие оранжевый, красный и зеленый цвета.
Смещение светодиода
  • Напряжение, необходимое для прямого смещения светодиода, больше, чем у диода, созданного из силикона.
  • Нормальное прямое смещение для светодиода составляет от 1,2 до 3,2 вольт в зависимости от используемого материала.
  • Напряжение для обратного смещения светодиода меньше, чем у диода, используемого в выпрямительных цепях, обычно от 3 до 10 вольт.
  • Излучаемый свет зависит от тока, используемого для прямого смещения светодиода. Вы можете видеть на схеме, обозначенной как (а).
  • График на рисунке показывает, что излучаемый свет прямо пропорционален току, необходимому для прямого смещения диода.
  • Приращение в I F увеличивает свет, излучаемый светодиодом.
  • Интенсивность света также зависит от температуры. На рисунке видно, что интенсивность жизни уменьшается с увеличением температуры.

Излучение светодиода
  • Светодиод, излучающий свет в определенном диапазоне длин волн, как показано на рисунке через спектральную кривую.
  • Кривая на графике (a) объясняет связь излучаемого света с длиной волны соответствующих видимых светодиодов.
  • График (б) для инфракрасного светодиода. Единица измерения длины волны (нм).
  • Стандартизированные излучаемые пики видимого красного светодиода составляют 660 (нм), длина волны желтого пика составляет 590 нм, зеленого — 540 нанометров, а синего — 460 нанометров.Инфракрасный светодиод находится на 490 нм.

  • Диаграмма излучения для светодиодов небольшого размера показана на рисунке ниже.
  • Излучающий свет светодиодов имеет направление, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп.
  • Диаграмма излучаемого излучения под углом 90 градусов к поверхности, от которой излучается.
  • Это можно сделать за счет использования линзы, изменения формы излучающей поверхности и использования диффузионных пленок в заданном направлении.
  • Указанная диаграмма направленности имеет множество преимуществ для различных приложений, таких как светофор, где свет должен быть виден только определенным водителям.
  • На рисунке, обозначенном как (a) , показан шаблон для светодиода в прямом направлении.
  • Используется в индикации панелей.
  • На рисунке, обозначенном как (b) , показан узор для более широкого угла обзора, используемый в многочисленных сверхъярких светодиодах.
  • С помощью этих двух шаблонов можно создать множество шаблонов длин волн светодиодов.

  • Малогабаритный светодиод, используемый в различных индикаторах, показан на рисунке ниже. С маленькими светодиодами, используемыми в индикаторах, светодиоды большого размера используются для освещения из-за их большой эффективности и долговечности.
  • Обычный светоизлучающий диод может давать от пятидесяти до шестидесяти люмен на ватт, что почти в пять раз больше, чем у обычной лампы накаливания.
  • Различные конфигурации светодиодов показаны на рисунке ниже.

Техническое описание светодиода
  • Техническое описание инфракрасного светодиода TSMF1000 показано на рисунке ниже. Вы можете видеть, что значение максимального напряжения для обратного смещения составляет всего пять вольт, экстремальный ток для прямого смещения составляет 100 миллиампер, а падение напряжения для прямого смещения составляет почти 1,3 вольта для значения тока прямого смещения в двадцать миллиампер.
  • На графике, обозначенном как (c), , вы можете увидеть, что пиковая выходная мощность для этого диода исходит на длине волны 870 нанометров, а его диаграмма направленности показана на рисунке, обозначенном (d).

Светодиодные приложения

Семисегментный дисплей

  • Обычные светодиоды используются в различных индикаторных лампах, отображающих различные варианты устройств, от бытовых приборов до приборов, используемых в исследовательских целях.
  • Обычным устройством, использующим светодиоды, является 7-сегментный дисплей. Расположение светодиодов для 10 десятичных разрядов показано на рисунке ниже.
  • Путем прямого смещения определенной комбинации светодиодов мы можем получить каждую десятичную цифру и десятичную точку.
  • На соответствующем рисунке 2 показана категория конфигурации схем СИД, первый — это общий анод, а второй — общий катод.

  • Обычно инфракрасные светодиоды используются для телевидения, DVD, доводчиков и т. Д.
  • Инфракрасный луч проходит через инфракрасный светодиод и обнаруживается приемником, установленным на телевидении.
  • Например, каждая кнопка пульта ДУ телевизора имеет специальный код:
  • Когда вы нажимаете любую кнопку пульта дистанционного управления для изменения канала, вырабатывается специальный кодированный электрический сигнал, который направляется на светодиод, который трансформируется в кодированный ИК-световой сигнал.
  • Приемник, установленный в телевизоре, считывает кодовый сигнал и выполняет связанную задачу, которую вы отправляете на телевизор, либо изменение канала, либо уровень громкости.
  • Эта особая конструкция используется для подсчета бейсбольных мячей, когда они подаются по желобу в коробку для доставки.
  • Когда каждый шар движется по желобу, инфракрасный луч, испускаемый светодиодами, нарушается.
  • Это обнаруживается фотодиодом, и возникающее в результате изменение тока обнаруживается схемой считывания.
  • Электронная схема считает каждый раз, когда инфракрасный луч нарушается, определенное количество шариков перемещается по желобу, срабатывает техника остановки, чтобы остановить движение шариков, пока следующая незаполненная коробка не будет самопроизвольно перемещена на место на конвейере.
  • Этот метод используется для подсчета и контроля упаковки для многих других типов вещей.
Светодиоды высокой интенсивности
  • Светодиоды, которые генерируют большую мощность, чем обычные светодиоды, используются во многих приложениях, таких как светофоры, автомобильные огни, внутренние и наружные огни, рекламные вывески и т. Д.

В светофорах используются светодиоды

  • Использование ламп накаливания в светофорах заменено на светодиоды. Светодиоды небольшого размера используются в виде массива для получения красных, зеленых и желтых огней.
  • У светодиодов есть 2 преимущества перед лампами накаливания. Во-первых, светодиоды ярче, срок службы дольше и потребляет меньше энергии, почти на 90 процентов меньше, чем лампы накаливания.
  • Светодиодные светофоры собраны в массивы с линзами, которые усиливают и направляют излучаемый свет.
  • На рисунке ниже показана работа светофорной решетки с использованием красного светодиода.
  • Для пояснения показана сравнительно меньшая плотность светоизлучающих диодов.
  • Количество светодиодов и расстояние между ними при использовании в светофоре зависит от диаметра устройства, категории линз, цвета и интенсивности излучаемого света.
  • При использовании светодиода подходящей плотности и линзы восемь или двенадцать дюймов светофора будут выглядеть как сплошная сфера.
  • В светофоре используется параллельная и последовательная комбинация светодиодов в матрице. Комбинация серий некоторое время не используется, как если бы один светодиод был поврежден или все остальные погасли.
  • Преимущество параллельной комбинации заключается в том, что она требует сопротивления, что делает ее дорогостоящей.
  • Чтобы свести к минимуму использование ограничителей сопротивлений, используется последовательная и параллельная комбинация светодиодов, как показано на рисунке ниже.

  • Для достижения максимального эффекта излучаемого света некоторые линзы, используемые в светофорах, имеют отражатели небольшого размера.
  • Есть оптическая линза, которая также используется для покрытия передней стороны матрицы, чтобы обеспечить правильное направление света, излучаемого диодом. Этот объектив также сводит к минимуму несоответствующее рассеивание света.
  • На рисунке ниже показано, как линза используется для обеспечения правильного направления света на наблюдателя.

  • Определенная компоновка схемы светодиода зависит от приложенного напряжения и цвета светодиода.
  • Предусмотрено другое значение напряжения для получения разных цветов светодиода.Для красного светодиода требуется меньшее напряжение, и если мы перейдем от красного к синему цвету в спектре, необходимое напряжение для цветов увеличится.
  • Обычно для красного светодиода требуется два вольта, для синего светодиода — от трех до четырех вольт.
  • Обычно светодиоды требуют тока от двадцати до тридцати миллиампер, независимо от требуемого напряжения.
  • На рисунке ниже показана общая кривая V-I для красного, желтого, зеленого и синего цветов.

Светодиодные экраны

  • В наружных и внутренних вывесках, на досках объявлений и в больших телевизорах используются светодиоды. Эти вывески могут иметь один или несколько цветов или полноцветные.
  • Полноцветные экраны имеют небольшие группы ярких зеленых, красных и синих светоизлучающих дидо для создания пикселей.
  • Обычный экран состоит из тысяч красно-зеленых и синих или цветных пикселей RGB.
  • Сине-зеленый и красный являются основными цветами при слиянии друг с другом в различной концентрации, чем можно использовать для создания любого цвета, существующего в видимом диапазоне.
  • На рисунке ниже показан основной пиксель, созданный с помощью 3-х светодиодов.
  • Светоотдача от каждого из 3 диодов может быть изменена автономно, изменяя величину прямого тока.

Связанные сообщения

Итак, друзья, это полный пост о Принципе работы светодиода. Я объяснил каждый параметр, связанный с принципом работы светодиода. Если у вас есть какие-либо вопросы по принципу работы светодиода, задавайте их в комментариях.Увидимся в следующем посте, хорошего дня.

Автор: Генри
http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

Работа, конструкция, типы и применение светоизлучающих диодов

Введение с историей светоизлучающих диодов

фото

Рисунок 1 Электрическое обозначение светоизлучающего диода и практическая структурная схема

Светоизлучающий диод представляет собой диод с P-N переходом, который состоит из двух выводов и полупроводникового источника света. Когда он активируется путем приложения подходящего напряжения к его выводам, он излучает световую энергию в виде фотонов, и цвет этого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала.Эта световая энергия образуется в результате рекомбинации электронов и электронных дырок в этом устройстве, и этот процесс называется процессом электролюминесценции. Этот процесс был заявлен в двадцатом веке для твердотельного материала, когда он нагревается до комнатной температуры, а затем излучает световую энергию. Вначале был разработан инфракрасный светоизлучающий диод, сила света которого была низкой, но он до сих пор часто используется в различных схемах бытовой электроники, таких как пульты дистанционного управления. На рынке доступны светодиоды различных размеров от 1 мм 2 и выше.Один из светоизлучающих диодов с электрическим обозначением и практической структурной схемой показан на рисунке 1. Он также используется для изготовления светодиодной матрицы .

Конструкция светодиода

Конструкция светодиода настолько проста, что его изготавливают путем нанесения трех слоев полупроводникового материала на подложку. Эти три слоя полупроводникового материала образованы тремя областями, которые называются областью P-типа, которая является верхней, активной областью, которая является средней, и областью N-типа, которая является нижней.На рисунке 2 показаны все три области полупроводникового материала.

фото

Рисунок 2 Строительная схема светоизлучающего диода

Как показано на рисунке 2, в области P-типа есть отверстия, в области N-типа есть выборы, а в активной области есть как электроны, так и дырки. В нормальных условиях, когда на анод и катод не подается напряжение, тогда все дырки и электроны находятся на своих местах, но когда напряжение подается на этот световой светодиод, он смещается в прямом направлении.Затем дырки из области p-типа и электроны из области n-типа выталкиваются вверх в сторону активной области, которую также называют областью обеднения. Поскольку дырки имеют положительный заряд, а электрон — отрицательный, свет возникает в результате рекомбинации этих зарядов противоположной полярности.

Принцип работы светоизлучающий диод

Световой светодиод работает по тому же принципу, что и простые диодные средства с PN-переходом, когда анод подключен к положительной клемме источника постоянного тока, а катод подключен к отрицательной клемме источника постоянного тока, тогда PN-переход смещен в прямом направлении.Когда PN-переход смещен вперед, дырки образуют область P-типа, а электроны из области N-типа рекомбинируют, тогда зона проводимости формируется для излучения световой энергии в виде фотонов световой энергии. Все это явление называется феноменом электролюминесценции, и эта световая энергия зависит от величины тока, поглощаемого светодиодом. Другими словами, эта световая энергия прямо пропорциональна поглощающему току, значит, когда он поглощает больше тока, тогда свет будет высоким, аналогично, когда он поглощает слабый ток, тогда свет будет слабым.Весь поглощающий ток, не преобразованный в световую энергию, некоторая часть этого тока преобразуется в тепло, которое рассеивается светоизлучающим диодом во время излучения света во внешнюю среду. Это тепло известно как энергия рассеяния электронов, и эта энергия рассеивания также зависит от полупроводникового материала светоизлучающего диода. Внутренняя рабочая схема этого светодиода также показана на рисунке 3.

фото

Рисунок 3 Внутренняя рабочая схема светоизлучающего диода

ВАХ светодиода

Когда светоизлучающий диод смещен в прямом направлении путем подачи на его выводы 2 или 3 вольт, он излучает видимый цветной, невидимый инфракрасный или лазерный свет с узкой полосой пропускания.В этом состоянии он показывает, что прямой ток почти постоянен на ранней стадии, но когда он полностью включен, прямой ток постоянно увеличивается, как показано на рисунке 3. Интенсивность света зависит от этого тока, когда этот ток высокий, тогда интенсивность выходного света будет высоким. Напряжение, при котором ток постоянно увеличивается, называется прямым напряжением и обозначено Vd на рисунке 3. В условиях обратного смещения обратный ток или ток утечки почти линейно постоянны, но наступает момент, когда его PN-переход является пробоем и обратным током. постоянно увеличивается в области отрицательного тока.Напряжение, при котором происходит пробой, называется напряжением пробоя и обозначается Vbr. На рисунке 3 показано

. фото

Рисунок 3 V-I характеристика светоизлучающего диода

Типы светоизлучающих диодов

Светодиоды делятся на три основных типа в зависимости от материала.

  1. Триедиальные неорганические светодиоды
  2. Органические светодиоды
  3. Светодиоды высокой яркости

Традиционные неорганические светодиоды: Светодиоды традиционного типа имеют ту же форму, что и диоды традиционного типа, и они доступны на рынке с 1960 года.Они сделаны из неорганического материала, поэтому их называют неорганическими светодиодами. Некоторые из широко используемых светодиодов, которые сделаны из соединения полупроводникового материала, — это арсенид алюминия, галлия, арсенид галлия. Они доступны на рынке с различными формами и расцветками, такими как светодиоды для поверхностного монтажа, одноцветные светодиоды, многоцветные светодиоды и мигающие светодиоды.

Органические светодиоды: Светодиоды этого типа изготовлены из органических материалов, поэтому их называют органическими светодиодами. Эти типы светодиодов показывают основную идею светодиода.В традиционных неорганических светодиодах используется неорганический полупроводниковый материал, поэтому они имеют различный уровень примеси. Они производятся в виде световых переходов PN-перехода, поэтому их свет отображается в виде световых точек. Органические светодиоды производятся в виде листов, поэтому они обеспечивают рассеянную область света, что означает, что их можно использовать для большой площади поверхности.

Светодиоды высокой яркости: Светодиоды высокой яркости (HBLED) относятся к типу органических светодиодов и широко используются для освещения.По сути, этот тип светодиодов аналогичен органическим светодиодам, но отличается только тем, что они имеют высокую яркость выходного света. Для создания высокой яркости эти светодиоды должны иметь возможность рассеивать большой ток и высокую мощность, поэтому эти светодиоды устанавливаются на радиаторе для отвода нежелательного тепла.

Применение светоизлучающих диодов
  1. Применяются в системе охранной сигнализации, например, в системе охранной сигнализации.
  2. Используются в электронных калькуляторах для отображения цифровых данных.
  3. Используются в мобильных телефонах для фотосъемки.
  4. Они используются в светофорах для управления движением транспорта в городах.
  5. Они используются для освещения, например, в домашних светильниках, фабричных светильниках, уличных фонарях и т. Д. Вместо ламп накаливания для экономии энергии.
  6. Они используются в цифровых компьютерах для отображения компьютерных данных.
  7. Они используются в цифровом мультиметре для отображения силы тока, напряжения и сопротивления в цифровой форме.
  8. Используются в авиационных огнях для сигнализации самолетов.
  9. Используются в системах дистанционного управления, таких как ТВ или ЖК-пульт.
  10. Также используются в цифровых часах и автомобильных лампах обогрева.

Как работает светодиод »Электроника

Полупроводниковые технологии и используемые материалы являются ключом к пониманию того, как работают светодиоды.


Учебное пособие по светодиодам Включает:
Светоизлучающие диоды Как работает светодиод Как делается светодиод Технические характеристики светодиодов Срок службы светодиода Светодиодные пакеты Светодиоды высокой мощности / яркости Светодиодное освещение Органические светодиоды, OLED

Другие диоды: Типы диодов


Светодиодная технология считается само собой разумеющимся, поскольку светодиоды широко используются.Однако используемые технологии и материалы являются ключом к пониманию того, как работает светодиод.

Хотя основной PN переход использовался в течение многих лет, только в 1962 году был разработан светодиод, и его действие стало понятным.

Светодиод, символ цепи светодиода

Светодиодная технология: как работает светодиод

Светодиод — это специализированная форма PN-перехода, в которой используется составной переход. Полупроводниковый материал, используемый для перехода, должен быть составным полупроводником.Обычно используемые полупроводниковые материалы, включая кремний и германий, представляют собой простые элементы, и переходы, сделанные из этих материалов, не излучают свет. Вместо этого составные полупроводники, включая арсенид галлия, фосфид галлия и фосфид индия, являются составными полупроводниками, и переходы, сделанные из этих материалов, действительно излучают свет.

Эти сложные полупроводники классифицируются по валентным зонам, которые занимают их составляющие. Что касается арсенида галлия, то галлий имеет валентность три, а мышьяк — пять, и это то, что называется полупроводником группы III-V, и есть ряд других полупроводников, которые подходят к этой категории.Также возможно иметь полупроводники, которые сформированы из материалов III-V групп.

Как работает светоизлучающий диод

Светоизлучающий диод излучает свет при прямом смещении. Когда на переход подается напряжение, чтобы сделать его смещенным в прямом направлении, ток течет, как и в случае любого PN перехода. Дырки из области p-типа и электроны из области n-типа входят в переход и рекомбинируют, как обычный диод, чтобы позволить току течь. Когда это происходит, высвобождается энергия, часть которой находится в форме световых фотонов.

Обнаружено, что большая часть света излучается из области перехода, более близкой к области P-типа. В результате конструкция диодов сделана так, что эта область сохраняется как можно ближе к поверхности устройства, чтобы гарантировать, что минимальное количество света поглощается структурой.

Для получения видимого света необходимо оптимизировать соединение и выбрать правильные материалы. Чистый арсенид галлия выделяет энергию в инфракрасной части спектра.Чтобы довести световое излучение до видимого красного конца спектра, в полупроводник добавляют алюминий, чтобы получить арсенид алюминия-галлия (AlGaAs). Также можно добавить фосфор, чтобы получить красный свет. Для других цветов используются другие материалы. Например, фосфид галлия дает зеленый свет, а фосфид алюминия, индия, галлия используется для желтого и оранжевого света. Большинство светодиодов основано на полупроводниках галлия.

Светодиодные материалы и цвета света

Длина волны
Диапазон (нм)
Цвет В F при 20 мА Материал
<400 Ультрафиолет 3.1 — 4,4 Нитрид алюминия (AlN)
Нитрид алюминия-галлия (AlGaN)
Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN)
400–450 фиолетовый 2,8 — 4,0 Нитрид индия-галлия (InGaN)
450–500 Синий 2,5 — 3,7 Нитрид индия-галлия (InGaN)
Карбид кремния (SiC)
500–570 зеленый 1.9 — 4,0 Фосфид галлия (GaP)
Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
Фосфид алюминия-галлия (AlGaP)
570–590 желтый 2,1 — 2,2 Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
Фосфид алюминия галлия-индия (AlGaInP)
Фосфид галлия (GaP)
590 — 610 оранжевый / янтарный 2,0 — 2,1 Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
Фосфид алюминия галлия-индия (AlGaUInP)
Фосфид галлия (GaP)
610–760 Красный 1.6 — 2,0 Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs)
Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
Фосфид галлия (GaP)
> 760 Инфракрасный <1,9 Арсенид галлия (GaAs)
Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs)

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Что такое светодиод? Принцип работы светодиода

LED — одно из последних изобретений, которое широко используется в наши дни. Их популярность и применение быстро растут из-за очень небольшого размера и очень небольшого энергопотребления. Но возникает вопрос, знаете ли вы , как работает светодиод, расчет напряжения-тока, приложений, и преимущества светодиода? Давайте узнаем о принципе работы светодиода .


Определение: Светодиод — это диод, излучающий видимый свет, когда диод смещен в прямом направлении.


A Светодиод (LED) — это диод, но он не сделан из кремния или германия. Он сделан с использованием таких элементов, как галлий, фосфор и мышьяк. Изменяя количество этих элементов, светодиоды могут излучать свет с разной длиной волны и разными цветами, включая красный, зеленый, желтый и синий.
5 мм красные, зеленые, желтые и синие светодиоды.

Например, когда светодиод изготовлен с использованием арсенида галлия, он будет давать красный цвет. Если светодиод изготовлен из фосфида галлия, он будет светиться зеленым цветом.

Принцип работы светодиода

Принцип работы светодиода (LED) заключается в том, что когда он смещен в прямом направлении, электроны из материала n-типа пересекают PN-переход и рекомбинируют с дырками в материале p-типа. В основном эти свободные электроны находятся в зоне проводимости и на более высоком уровне энергии, чем дырка в валансной зоне.Когда происходит эта рекомбинация, рекомбинирующие электроны выделяют энергию в виде тепла и света.

В германиевых и кремниевых диодах почти вся энергия выделяется в виде тепла, а излучаемый свет незначителен. Однако в арсениде галлия количество фотонов световой энергии достаточно для получения достаточно интенсивного видимого света.

Схематическое обозначение светодиода

Схематический символ светодиода показан ниже.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *