Cum funcționează un LED

Cum funcționează un LED

Astăzi am aflat cum funcționează un LED. Un LED sau "dioda emițătoare de lumină" este în esență așa cum descrie numele; este un tip special de diodă care este special optimizat pentru a da lumină, de obicei în spectrul vizual sau în infraroșu, deoarece electricitatea este trecută prin ea.

O diodă este un tip special de semiconductor care are multe utilizări. Una dintre principalele utilizări este de a controla direcția fluxului de energie electrică. Cel mai frecvent tip de diod face acest lucru folosind ceva numit "p-n junctions". Acesta este doar un mod fantezist de a spune "magie". 😉

Cu toate acestea, într-un mod simplu, gândiți-vă la un doctor Dr. Pepper se poate împărți în mijloc. Pe jumătate ați făcut un material semiconductor pe care l-ați adăugat impurități, astfel încât să conțină transportatori încărcați negativ; în principiu o abundență de electroni. Apoi denumim această parte un "semiconductor de tip n". În cealaltă jumătate ați făcut același lucru, cu excepția faptului că ați introdus impurități care conțin purtători încărcați pozitiv; gândiți-vă în mod fundamental la ea ca la o grămadă de găuri care trebuie umplute cu electroni. Noi numim această parte un "semiconductor de tip p".

Deci avem pe o parte un semiconductor de tip n și pe cealaltă parte un semiconductor de tip p. Limita dintre aceste două se numește "joncțiunea p-n". Aici se petrece toată magia. Se pare că curentul convențional va călători de la o parte la alta, dar nu-i place să meargă în direcția opusă. Deci, puteți folosi acest lucru pentru a vă asigura că electricitatea curge numai în direcția în care doriți să-l în circuit (printre multe alte lucruri, serios diode sunt utile nebun într-o varietate de moduri și diverse diode specializate pot face alte lucruri interesante, la care nu voi intra în acest articol, dar probabil voi revizui la un moment dat. În general, aceste intersecții pn sunt în centrul aproape tuturor dispozitivelor electronice semiconductoare).

Deci, cum se modifică aceste diode pentru a produce lumină? Ei bine, se pare că nu trebuie să fie modificați deloc pentru a produce o formă de radiație luminoasă. Cu toate acestea, diodele standard tind să fie făcute din materiale care absorb cea mai mare parte a radiației luminoase date și, mai important, nu au tendința de a da lumina sub formă umană vizibilă oricum.

Ceea ce se întâmplă aici este că, pe măsură ce electricitatea sare peste joncțiunea p-n, electronii de pe partea "n-type" "umple găurile" în partea "p". În timpul acestui proces, electronii își schimbă starea. În timpul acestei schimbări de stare, se emite un foton. Mai exact, ceea ce se întâmplă este că, pe măsură ce electronii se deplasează în jurul orbitei unui nucleu al unui atom, electronii cu orbite diferite au cantități diferite de energie. Electronii cu orbite mai departe de nucleu au o energie mai mare și cei mai apropiați au mai puțină energie.

Deci, pentru ca un electron să-și schimbe orbita, trebuie să-și piardă energia sau să câștige energie. Ceea ce ne interesează cu LED-urile sunt electronii care merg de la o orbită mai mare la o orbită mai mică, pierzând astfel energie sub forma unui foton de lumină. Când electronii de la partea de tip n "umple găurile" în partea de tip p, atunci pierd energie sub forma acestor fotoni luminători. Cu cât este mai mare eliberarea de energie, cu atât este mai mare frecvența eliberată de fotonul luminos, schimbând astfel culoarea.

Dacă frecvența se sfârșește prin a fi în spectrul uman vizibil (intervalul în care vă pot vedea ochii), atunci veți vedea că lumina este declanșată de LED. Dacă nu, cum ar fi atunci când este dat afara în spectrul infraroșu, atunci nu veți vedea. Dar poate fi totuși utilă, cum ar fi să vă permiteți să schimbați canalul de pe televizor (LED-urile cu infraroșu sunt de obicei utilizate în telecomanda televizorului în multe alte locuri). Când apăsați un buton de pe telecomandă, nu vedeți lumina, dar receptorul de pe televizor îl poate vedea și poate interpreta ceea ce văd din LED-ul infraroșu.

În LED-uri, lumina care ajunge la crearea depinde apoi de materialul utilizat și de curentul care trece prin el. Lumina dintr-o diodă standard are atomii aranjați astfel încât scăderea electronilor în energie să fie foarte scurtă și, astfel, frecvența luminii emise nu este vizibilă pentru ochii noștri, ci este în infraroșu. Deci, pur și simplu puneți, LED-urile unde puteți vedea lumina sunt făcute din materiale semiconductoare care creează o scădere mai mare a orbitei electronului, astfel încât frecvența pachetului de fotoni să apară în spectrul vizual uman. Acestea pot fi chiar proiectate astfel încât cantitatea de energie electrică care trece prin ele să schimbe efectiv scăderea și astfel puteți avea un LED multi-color.

Fapte bonus:

  • Diodele au fost primele dispozitive electronice semiconductoare.
  • Descoperirea joncțiunii p-n este atribuită fizicianului american Russell Ohl de la Bell Laboratories.
  • Aceste "joncțiuni p-n" nu sunt doar nucleul diodelor, ci și elementele de bază ale aproape tuturor dispozitivelor electronice semiconductoare, cum ar fi tranzistoarele, celulele solare, circuitele integrate etc.
  • Procesul de adăugare a impurităților la un semiconductor se numește "dopaj".
  • LED-urile sunt mult mai eficiente decât becurile cu incandescență "obișnuite", datorită faptului că acestea dau aproape fără căldură; astfel încât un procent mult mai mare din energia electrică folosită se îndreaptă către producerea luminii, mai degrabă decât în ​​becurile cu incandescență, unde un procent bun din acesta se termină doar prin producerea de căldură.
  • Acest fenomen de aprindere a luminii ca urmare a curentului care trece printr-un dispozitiv se numește "electroluminescență". Acest lucru este diferit de astfel de lucruri, cum ar fi emisiile de lumină datorate căldurii, care se numește incandescență; sau lumina printr-o reacție chimică, numită chemiluminescență; printre alții.
  • Electroluminescența a fost descoperită de studiourile britanice născute în H.J. în cadrul Marconi Labs în 1907.

Lasă Un Comentariu