Kā darbojas LED

2024 Autors: Sherilyn Boyd | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 09:37

Diods ir īpašs pusvadītāju veids, kuram ir daudz lietojumu. Tomēr viens no principiem izmanto, lai kontrolētu elektroenerģijas plūsmas virzienu. Visbiežāk diodes veids to dara, izmantojot kaut ko sauc par "p-n krustojumiem". Tas ir tikai iedomāts veids, kā pateikt "burvju". ℘

Lai gan vienkāršā izteiksmē domājat, ka Dr. Pepers var sadalīt pa vidu. Vienā pusē esat izveidojis pusvadītāja materiālu, kuram esat pievienojis piemaisījumus, lai tajā būtu negatīvi lādēti nesēji; būtībā elektronu pārpilnība. Tad mēs to saucam par "n-tipa pusvadītāju". No otras puses, jūs esat izdarījis to pašu, izņemot gadījumus, kad esat ieviesis netīrumus, kuros ir pozitīvi iekasēti pārvadātāji; būtībā domā par to kā ķekars caurumiem, kas piepildīta ar elektroniem. Šo pusi mēs saucam par "p tipa pusvadītāju".

Tātad mums vienā pusē ir n tipa pusvadītājs un otrā pusē ir p tipa pusvadītājs. Šo divu robežu sauc par "p-n krustojumu". Šeit notiek visa maģija. Izrādās, ka tradicionālā strāva ceļos no vienas puses uz otru, bet nepatīk iet pretējā virzienā. Tātad, jūs varat to izmantot, lai pārliecinātos, ka elektrība plūsmējas tikai tajā virzienā, kādā tā tiek rādīta (starp daudzām citām lietām, nopietni diodes ir traki, kas noderīgi dažādos veidos, un dažādas specializētās diodes var veikt dažas citas interesantas lietas, ko es neiekosīšu šajā rakstā, bet, iespējams, atsāksit kādu laiku. Kopumā šie pn savienojumi ir gandrīz visu pusvadītāju elektronisko ierīču centrā).

Tātad, kā šīs diodes tiek modificētas, lai radītu gaismu? Nu, izrādās, ka tie vispār nav jāmaina, lai iegūtu gaismas starojuma formu. Tomēr standarta diodēm parasti ir jābūt izgatavotiem no materiāliem, kas absorbē lielāko gaismas starojuma daudzumu, un, vēl svarīgāk, tas parasti neļauj izspiest gaismu cilvēka redzamā formā.

Šeit notiekošais, tā kā elektroenerģija lec pāri p-n krustojumam, elektroni no "n-tipa" puses "aizpilda caurumus" "p-tipa" pusē. Šajā procesā elektroni galu galā maina savu stāvokli. Šīs izmaiņas laikā fotonu izstaro. Precīzāk, kas notiek, ja elektroni pārvietojas ap orbītas atoma kodolu, elektroniem ar dažādiem orbīta veidiem ir dažādi enerģijas daudzumi. Elektroniem ar orbītu, kas atrodas tālāk no kodola, ir lielāka enerģija, un tiem tuvāk ir mazāka enerģija.

Ja frekvence nonāk cilvēka redzamajā spektrā (diapazonā, ko var redzēt acis), tad jūs redzēsiet gaismu, ko gaismas dioksis atdod. Ja nē, piemēram, kad izdalās infrasarkanajā spektrā, tad to neredzēsit. Bet tas joprojām var būt noderīgs, piemēram, atļaujot mainīt kanālu televizorā (infrasarkanie gaismas diodes parasti tiek izmantoti jūsu televizora tālvadības pultī daudzās citās vietās). Nospiežot pogu tālvadības pultī, jūs neredzat gaismu, bet uz televizora uztvērējs to var redzēt un to var izskaidrot no infrasarkanās gaismas diodes.

Gaismas diodēs gaisma, kas tiek galā izveidota, tiek radīta atkarībā no izmantotā materiāla un strāvas, kas caur to tiek darbināts. Standarta diodes gaismai ir atomi, kas ir sakārtoti tā, ka elektronu enerģijas kritums ir ļoti īss, un tādēļ gaismas avota biežums mūsu acīm nav redzams, bet gan infrasarkanā gaismā. Vienkārši sakot, gaismas diodes, no kurām jūs varat redzēt gaismu, ir izgatavoti no pusvadītāju materiāliem, kas rada lielāku elektronu orbītas kritumu tā, ka fotonu pakete izplūst cilvēka redzes spektrā. Viņi pat var būt projektēti tā, ka caur viņiem plūstoša elektrība patiešām maina pili, un tādēļ var būt daudzkrāsu LED.

Bonus fakti:

• Diodes bija pirmās pusvadītāju elektroniskās ierīces.
• P-n savienojuma atklājums ir saistīts ar Amerikas fiziķi Russell Ohl no Bell Laboratories.
• Šie "p-n savienojumi" ir ne tikai diodes kodols, bet ir arī gandrīz visu pusvadītāju elektronisko ierīču, piemēram, tranzistori, saules baterijas, integrētās shēmas utt.
• Piemaisījumu pievienošanas process pusvadītājam tiek saukts par "dopingu".
• Gaismas diodes ir daudz efektīvākas par "regulārām" kvēlspuldzēm, jo tās nedod gandrīz nekādu siltumu; tāpēc daudz lielāks elektroenerģijas procents tiek veikts, lai padarītu gaismu, nevis kvēlspuldzēm, kurās liels procents no tā iegūst tikai siltumu.
• Šī gaismas parādīšanās, ko izstaro pašreizējās darbības rezultātā caur ierīci, sauc par "elektroluminiscenci". Tas atšķiras no tādām lietām kā gaismas emisijas siltuma dēļ, ko sauc par kvēldiegu; vai gaismas caur kādu ķīmisko reakciju, ko sauc par chemiluminescence; starp citiem.
• Electroluminescence tika atklāts ar Lielbritānijas dzimušo H. J. Round Marconi Labs 1907.