Kako LED deluje

2024 Avtor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 09:38

Dioda je posebna vrsta polprevodnikov, ki ima veliko uporab. Ena od načelnih uporab je, da nadzoruje smer pretoka električne energije. Najpogostejša vrsta diode to naredi z uporabo nekaj imen, ki se imenujejo "p-n križišča". To je samo prefinjen način reči "magija". 😉

Res, čeprav, preprosto, mislite, da bi dr. Pepper lahko razdelil na sredino. Na eni polovici ste izdelali polprevodniški material, da ste dodali nečistoče tako, da vsebuje negativno napolnjene nosilce; v bistvu obilo elektronov. To stran nato imenujemo "n-polprevodnik". Na drugi polovici ste naredili isto stvar, razen če ste uvedli nečistoče, ki vsebujejo pozitivno zaračunane prevoznike; v bistvu mislim, da je to kot kup lukenj, ki jih potrebujejo napolnjene z elektroni. To stran imenujemo "polprevodnik p-tipa".

Tako imamo na eni strani polprevodnik n-tipa in na drugi strani polprevodnik p-tipa. Meja med tema dvema se imenuje "p-n križišče". Tu se zgodi vsa čarovnija. Izkazalo se je, da bo konvencionalni tok potoval z ene strani na drugo, vendar ne želi iti v nasprotno smer. Torej lahko to uporabite za zagotovitev, da električna energija teče samo v smeri, ki jo želite v svojem krogu (med veliko drugih stvari, resne diode so noro koristne na različne načine in različne specializirane diode lahko naredijo še nekaj zanimivih stvari, kar v tem članku ne bom šel, a se bo verjetno vrnil na nek način. Na splošno so ti pn križišča v središču skoraj vseh polprevodniških elektronskih naprav).

Torej, kako so te diode spremenjene, da bi proizvedli svetlobo? Izkazalo se je, da jih sploh ni treba spreminjati, da bi proizvedli obliko svetlobnega sevanja. Vendar pa so standardne diode ponavadi narejene iz materialov, ki absorbirajo večino svetlobnega sevanje, ki je odtegnjeno, in še pomembneje je, da v vsakem primeru ne oddajajo svetlobe v človeški vidni obliki.

Kaj se dogaja tukaj, ko električna energija skoči čez p-n križišče, elektroni iz "n-tipske" strani "napolnijo luknje" na strani "p-tipa". Med tem procesom elektroni na koncu spremenijo svoje stanje. Med to spremembo stanja se oddaja foton. Natančneje, kaj se dogaja, ko se elektroni premikajo okoli kroga jedra jedra, imajo elektroni z različnimi orbitami različno količino energije. Elektroni z orbitami, ki so daleč stran od jedra, imajo večjo energijo in tiste, ki so bližje, imajo manj energije.

Če se frekvenca konča, ko je v vidnem spektru človeka (razpon, ki ga vidijo vaše oči), boste videli LED, ki jo svetloba oddaja. Če ne, kot je, ko ste oddali v infrardečem spektru, potem tega ne boste videli. Vendar je še vedno lahko uporabno, na primer pri omogočanju zamenjave kanala na vašem televizorju (infrardeče LED se običajno uporabljajo v daljinskem upravljalniku televizije med mnogimi drugimi mesti). Ko pritisnete gumb na daljinskem upravljalniku, ne vidite svetlobe, lahko pa ga sprejemnik na televizorju vidi in razume, kaj vidi iz infrardeče LED.

V LED-jih je odvisno od uporabljenega materiala in toka, ki ga vodijo. Svetloba v standardni diodi ima atome razporejen tako, da je padec elektronov v energiji zelo majhen, zato frekvenca svetlobe ni vidna našim očem, temveč je v infrardečem položaju. Tako enostavno postavite LED, kjer lahko vidite svetlobo iz polprevodniških materialov, ki ustvarjajo večji padec elektronske orbite, tako da frekvenca fotonskega paketa pride v človeški vizualni spekter. Lahko so celo zasnovani tako, da bo količina električne energije, ki teče skozi njih, dejansko spremenila padec in tako boste lahko imeli večbarvni LED.

Bonus Dejstva:

• Diode so bile prve polprevodniške elektronske naprave.
• Odkritje p-n križišča pripisuje ameriški fizik Russell Ohl iz Bell Laboratories.
• Te "p-n povezave" niso le jedro diode, ampak so tudi gradniki skoraj vseh polprevodniških elektronskih naprav, kot so tranzistorji, sončne celice, integrirana vezja itd.
• Postopek dodajanja nečistoč v polprevodnik se imenuje "doping".
• LED diode so veliko bolj učinkovite od "rednih" žarnic z žarilno nitko zaradi dejstva, da skoraj brez toplote oddajajo; zato veliko večji odstotek porabljene električne energije poteka v smeri svetlobe, ne pa v žarnicah z žarilno nitko, kjer se dober odstotek konča s toploto.
• Ta pojav svetlobe, ki se sprošča kot posledica toka, ki teče skozi napravo, se imenuje "elektroluminiscenca". To se razlikuje od takih stvari, kot so emisije svetlobe zaradi toplote, ki se imenuje žareče; ali svetlobo skozi neko kemično reakcijo, ki se imenuje kemiluminiscenca; med ostalimi.
• Elektroluminiscenco je odkril britanski rojen H.J. krog Marconi Labs leta 1907.