Işık Yayan Diyot Nedir: Çalışma ve Uygulamaları

Işık yayan diyot, iki uçlu yarı iletken bir ışık kaynağıdır. 1962'de Nick Holonyak, ışık yayan bir diyot fikrini ortaya attı ve genel elektrik şirketi için çalışıyordu. LED, özel bir diyot türüdür ve bir PN bağlantı diyotuna benzer elektriksel özelliklere sahiptir. Bu nedenle LED, ileri yönde akım akışına izin verir ve akımı ters yönde engeller. LED, daha küçük bir alanı kaplar. 1 mm^iki . LED'lerin uygulamaları çeşitli elektrik ve elektronik projeler yapmak için kullanılır. Bu yazımızda LED'in çalışma prensibini ve uygulamalarını tartışacağız.

Işık Yayan Diyot nedir?

Işık yayan diyot bir p-n bağlantı diyotu . Özel katkılı bir diyottur ve özel bir yarı iletken tipinden oluşur. Işık öne eğimli olarak yayıldığında, buna ışık yayan diyot denir.

Işık Yayan Diyot

LED Sembolü

LED sembolü, ışık yayılımını belirten iki küçük ok haricinde bir diyot sembolüne benzer, dolayısıyla LED (ışık yayan diyot) olarak adlandırılır. LED, anot (+) ve katot (-) olmak üzere iki terminal içerir. LED sembolü aşağıda gösterilmiştir.

LED Sembolü

LED yapımı

LED'in yapımı çok basittir çünkü bir alt tabaka üzerinde üç yarı iletken malzeme katmanının biriktirilmesi ile tasarlanmıştır. Bu üç katman, üst bölge P tipi bölge, orta bölge aktif ve son olarak alt bölge N tipi olacak şekilde birer birer düzenlenir. Yapıda üç yarı iletken malzeme bölgesi gözlemlenebilir. Yapıda, P-tipi bölge, N-tipi bölgenin seçimleri içeren delikleri içerirken, aktif bölge hem delikleri hem de elektronları içerir.

LED'e voltaj uygulanmadığında, elektron akışı ve delikler olmadığından kararlıdırlar. Voltaj uygulandığında, LED öne doğru eğimli olacaktır, böylece N bölgesindeki elektronlar ve P bölgesindeki delikler aktif bölgeye hareket edecektir. Bu bölge aynı zamanda tükenme bölgesi olarak da bilinir. Çünkü delikler gibi yük taşıyıcıları pozitif bir yük içerirken, elektronlar negatif bir yüke sahiptir, bu nedenle ışık, polarite yüklerinin rekombinasyonu yoluyla üretilebilir.

Işık Yayan Diyot Nasıl Çalışır?

Işık yayan diyot basitçe, diyot olarak biliyoruz. Diyot ileri doğru eğilimli olduğunda, elektronlar ve delikler bağlantı boyunca hızlı hareket eder ve sürekli olarak birleştirilerek birbirlerini çıkarırlar. Elektronlar n-tipinden p-tipi silikona geçtikten hemen sonra, deliklerle birleşir ve sonra kaybolur. Bu nedenle, tüm atomu daha kararlı hale getirir ve küçük bir ışık paketi veya foton şeklinde küçük enerji patlaması verir.

Işık Yayan Diyotun Çalışması

Yukarıdaki diyagram, ışık yayan diyotun nasıl çalıştığını ve diyagramın adım adım sürecini gösterir.

• Yukarıdaki diyagramdan N-tipi silikonun siyah dairelerle gösterilen elektronlar dahil kırmızı renkte olduğunu gözlemleyebiliriz.
• P-tipi silikon mavi renktedir ve delikler içerir, beyaz dairelerle gösterilir.
• P-n bağlantısındaki güç kaynağı, diyotu ileri doğru yönlendirir ve elektronları n-tipinden p-tipine iter. Delikleri ters yönde itmek.
• Kavşaktaki elektron ve delikler birleştirilir.
• Elektronlar ve delikler yeniden birleştikçe fotonlar verilir.

Işık Yayan Diyotun Tarihçesi

LED'ler 1927 yılında icat edildi, ancak yeni bir buluş değil. LED geçmişinin kısa bir incelemesi aşağıda tartışılmaktadır.

• 1927 yılında, Oleg Losev (Rus mucit) ilk LED'i yarattı ve araştırması üzerine bazı teoriler yayınladı.
• 1952 yılında Prof.Kurt Lechovec, Kaybedenler teorilerinin teorilerini test etti ve ilk LED'leri açıkladı.
• 1958 yılında, ilk yeşil LED Rubin Braunstein & Egon Loebner tarafından icat edildi.
• 1962 yılında Nick Holonyak tarafından kırmızı bir LED geliştirildi. Böylece ilk LED oluşturulur.
• IBM, 1964 yılında, bir bilgisayara ilk kez bir devre kartına LED'ler uyguladı.
• 1968 yılında, HP (Hewlett Packard) hesap makinelerinde LED'leri kullanmaya başladı.
• 1971 yılında Jacques Pankove & Edward Miller, mavi bir LED icat etti
• 1972 yılında, M. George Crawford (Elektrik Mühendisi) sarı renkli LED'i icat etti.
• 1986 yılında, Stafford Üniversitesi'nden Walden C. Rhines & Herbert Maruska, gelecekteki standartları içeren Magnezyum içeren mavi renkli bir LED icat etti.
• 1993 yılında Hiroshi Amano ve Fizikçiler Isamu Akaski, yüksek kaliteli mavi renkli LED'lere sahip bir Galyum Nitrür geliştirdi.
• Shuji Nakamura gibi bir elektrik mühendisi, Amanos & Akaski geliştirmeleri aracılığıyla yüksek parlaklığa sahip ilk mavi LED'i geliştirdi ve bu, beyaz renkli LED'lerin hızla genişlemesine yol açtı.
  2002 yılında, beyaz renkli LED'ler, her bir ampul için yaklaşık 80 ila 100 £ şarj eden konut amaçlı kullanıldı.
• 2008 yılında LED ışıklar ofislerde, hastanelerde ve okullarda çok popüler hale geldi.
• 2019 yılında LED'ler ana ışık kaynakları haline geldi
• Küçük göstergelerden ofisleri, evleri, okulları, hastaneleri vb. Aydınlatmaya kadar değişen LED geliştirme inanılmazdır.

Öngerilimleme için Işık Yayan Diyot Devresi

LED'lerin çoğu 1 volt-3 volt arasında voltaj değerlerine sahipken, ileri akım değerleri 200 mA-100 mA arasında değişir.

LED Önyargı

LED'e voltaj (1V ila 3V) uygulanırsa, uygulanan voltaj için akım akışı çalışma aralığında olacağı için düzgün çalışır. Benzer şekilde, bir LED'e uygulanan voltaj çalışma voltajından yüksekse, o zaman ışık yayan diyot içindeki tükenme bölgesi, yüksek akım akışı nedeniyle bozulacaktır. Bu beklenmedik yüksek akım akışı cihaza zarar verecektir.

Bu, voltaj kaynağı ve bir LED ile seri olarak bir direnç bağlayarak önlenebilir. LED'lerin güvenli voltaj değerleri 1V ile 3 V arasında değişirken, güvenli akım değerleri 200 mA ile 100 mA arasında değişir.

Burada, voltaj kaynağı ile LED arasına yerleştirilen direnç, akım sınırlama direnci olarak bilinir çünkü bu direnç akımın akışını sınırlar, aksi takdirde LED onu yok edebilir. Dolayısıyla bu direnç LED'in korunmasında önemli bir rol oynar.

Matematiksel olarak LED'den geçen akımın akışı şu şekilde yazılabilir:

EĞER = Vs - VD / Rs

Nerede,

'IF' ileri akımdır

'Vs' bir voltaj kaynağıdır

'VD', ışık yayan diyot boyunca voltaj düşüşüdür

'Rs', akım sınırlayıcı bir dirençtir

Tükenme bölgesinin bariyerini yenmek için voltaj miktarı düştü. LED voltaj düşüşü 2V ile 3V arasında değişirken, Si veya Ge diyot 0.3, aksi takdirde 0.7 V olacaktır.

Böylelikle LED, Si veya Ge diyotlara göre yüksek voltaj kullanılarak çalıştırılabilir.
Işık yayan diyotlar, çalışmak için silikon veya germanyum diyotlardan daha fazla enerji tüketir.

Işık Yayan Diyot Türleri

Var farklı ışık yayan diyot türleri mevcut ve bazıları aşağıda belirtilmiştir.

• Galyum Arsenide (GaAs) - kızıl ötesi
• Galyum Arsenit Fosfit (GaAsP) - kırmızıdan kızıla, turuncuya
• Alüminyum Galyum Arsenit Fosfit (AlGaAsP) - yüksek parlaklıkta kırmızı, turuncu-kırmızı, turuncu ve sarı
• Galyum Fosfit (GaP) - kırmızı, sarı ve yeşil
• Alüminyum Galyum Fosfür (AlGaP) - yeşil
• Galyum Nitrür (GaN) - yeşil, zümrüt yeşili
• Galyum İndiyum Nitrür (GaInN) - ultraviyole yakın, mavimsi-yeşil ve mavi
• Silisyum Karbür (SiC) - substrat olarak mavi
• Çinko Selenid (ZnSe) - mavi
• Alüminyum Galyum Nitrür (AlGaN) - ultraviyole

LED'in Çalışma Prensibi

Işık yayan diyotun çalışma prensibi, kuantum teorisine dayanmaktadır. Kuantum teorisi, elektronun daha yüksek enerji seviyesinden daha düşük enerji seviyesine indiğinde, enerjinin fotondan yayıldığını söylüyor. Foton enerjisi, bu iki enerji seviyesi arasındaki enerji boşluğuna eşittir. PN-bağlantı diyotu ileri eğilimli ise, akım diyottan geçer.

LED'in Çalışma Prensibi

Yarı iletkenlerdeki akımın akışı, akımın ters yönündeki deliklerin akışı ve elektronların akım yönündeki akışından kaynaklanır. Bu nedenle, bu yük taşıyıcılarının akışından dolayı rekombinasyon olacaktır.

Rekombinasyon, iletim bandındaki elektronların değerlik bandına atladığını gösterir. Elektronlar bir banttan diğerine atladığında, elektronlar elektromanyetik enerjiyi fotonlar şeklinde yayar ve foton enerjisi yasaklanmış enerji boşluğuna eşittir.

Örneğin kuantum teorisini ele alalım, fotonun enerjisi hem Planck sabitinin hem de elektromanyetik radyasyon frekansının ürünüdür. Matematiksel denklem gösterilmiştir

Eq = hf

Planck sabiti olarak bilindiği yerde ve elektromanyetik radyasyonun hızı ışık hızına eşittir, yani c. Frekans radyasyonu, f = c / λ olarak ışığın hızıyla ilişkilidir. λ, elektromanyetik radyasyonun bir dalga boyu olarak belirtilir ve yukarıdaki denklem bir

Eq = he / λ

Yukarıdaki denklemden elektromanyetik radyasyonun dalga boyunun yasak boşluk ile ters orantılı olduğunu söyleyebiliriz. Genel olarak silikon, germanyum yarı iletkenler Bu yasak enerji boşluğu koşul ve değerlik bantları arasındadır, böylece rekombinasyon sırasında elektromanyetik dalganın toplam radyasyonu kızılötesi radyasyon şeklindedir. Kızılötesinin dalga boyunu göremiyoruz çünkü görünür aralığımızın dışında.

Kızılötesi radyasyonun ısı olduğu söylenir, çünkü silikon ve germanyum yarı iletkenleri doğrudan aralıklı yarı iletkenler değil, dolaylı boşluk yarı iletkenleridir. Ancak doğrudan boşluklu yarı iletkenlerde, değerlik bandının maksimum enerji seviyesi ile iletim bandının minimum enerji seviyesi elektronların aynı anında oluşmaz. Bu nedenle, elektronların rekombinasyonu sırasında elektronların iletim bandından değerlik bandına göçü sırasında elektron bandının momentumu değişecektir.

Beyaz LED'ler

LED'lerin üretimi iki teknikle yapılabilir. İlk teknikte kırmızı, yeşil ve mavi gibi LED çipleri benzer bir paket içinde birleştirilerek beyaz ışık üretilirken, ikinci teknikte fosforesans kullanılır. Fosfor içindeki floresans, epoksi çevreleyen epoksi içinde özetlenebilir, ardından LED, InGaN LED cihazı kullanılarak kısa dalga boylu enerji ile etkinleştirilecektir.

Mavi, yeşil ve kırmızı ışıklar gibi farklı renkli ışıklar, birincil katkı renkleri olarak bilinen farklı bir renk hissi oluşturmak için değiştirilebilir miktarlarda birleştirilir. Bu üç ışık yoğunluğu, beyaz ışığı oluşturmak için eşit olarak eklenir.

Ancak, bu kombinasyonu, farklı renklerin kombinasyonunu ve difüzyonunu kontrol etmek için karmaşık bir elektro-optik tasarıma ihtiyaç duyan yeşil, mavi ve kırmızı LED'lerin bir kombinasyonuyla elde etmek. Ayrıca, bu yaklaşım LED rengindeki değişiklikler nedeniyle karmaşık olabilir.

Beyaz LED'in ürün serisi, esas olarak bir fosfor kaplama kullanan tek bir LED çipine dayanır. Bu kaplama, bir kez ultraviyole veya mavi fotonlardan vurulduğunda beyaz ışık üretir. Aynı prensip Floresan ampullere de uygulanır, tüp içindeki bir elektrik boşalmasından ultraviyole emisyonu fosforun beyaz renkte yanıp sönmesine neden olur.

Bu LED süreci farklı tonlar üretebilse de, farklılıklar perdeleme ile kontrol edilebilir. Beyaz LED tabanlı cihazlar, CIE diyagramının merkezine bitişik olan dört tam renklilik koordinatı kullanılarak taranır.

CIE diyagramı, at nalı eğrisi içindeki tüm ulaşılabilir renk koordinatlarını açıklar. Yay üzerinde temiz renkler bulunur, ancak beyaz uç merkezin içindedir. Beyaz LED çıktı rengi, grafiğin ortasında gösterilen dört nokta ile gösterilebilir. Dört grafik koordinatı temiz beyaza yakın olsa da, bu LED'ler genellikle renkli lensleri aydınlatmak için ortak bir ışık kaynağı gibi etkili değildir.

Bu LED'ler esas olarak beyaz renkli lensler, arka ışık opaklığı için kullanışlıdır. Bu teknoloji ilerlemeye devam ettiğinde, beyaz LED'ler kesinlikle bir aydınlatma kaynağı ve gösterge olarak ün kazanacaktır.

Işık efekti

LED'lerin ışık etkinliği, her birim için lm cinsinden üretilen ışık akısı olarak tanımlanabilir ve elektrik gücü W dahilinde kullanılabilir. Mavi renkli LED'in nominal iç etkinlik sıralaması 75 lm / W'dur amber LED'ler 500 lm / W ve kırmızıdır. LED'ler 155 lm / W değerine sahiptir. Dahili yeniden emilim nedeniyle, kayıplar, yeşil ve amber LED'ler için 20 ila 25 lm / W arasında değişen ışıklı etkinlik sırası dikkate alınabilir. Bu etkinlik tanımı aynı zamanda harici etkinlik olarak da bilinir ve normalde çok renkli LED gibi diğer ışık kaynakları türleri için kullanılan etkinlik tanımına benzer.

Çok Renkli Işık Yayan Diyot

İleri eğilimli olarak bağlandığında tek renk üreten ve ters önyargılı bağlandığında bir renk üreten ışık yayan bir diyot, çok renkli LED olarak bilinir.

Aslında, bu LED'ler iki PN bağlantısı içerir ve bunun bağlantısı, diğerinin katoduna bağlı olan birinin anotuna paralel olarak yapılabilir.

Çok renkli LED'ler, bir yönde önyargılı olduklarında normalde kırmızıdır ve başka bir yönde önyargılı olduklarında yeşildir. Bu LED iki kutup arasında çok hızlı yanarsa, bu LED üçüncü bir renk oluşturacaktır. Yeşil veya kırmızı bir LED, önyargı kutupları arasında hızla geri ve ileri değiştirildiğinde sarı renkli bir ışık oluşturacaktır.

Diyot ve LED arasındaki fark nedir?

Bir diyot ve bir LED arasındaki temel fark aşağıdakileri içerir.

LED'in I-V Özellikleri

Piyasada farklı tipte ışık yayan diyotlar mevcuttur ve renkli ışık veya dalga boyu radyasyonu, ışık yoğunluğunu içeren farklı LED özellikleri vardır. LED'in önemli özelliği renktir. LED'in ilk kullanımında tek kırmızı renk vardır. Yarıiletken işleminin yardımı ile LED kullanımının artması ve LED için yeni metaller üzerinde araştırma yapılması ile farklı renkler oluşturulmuştur.

LED'in I-V Özellikleri

Aşağıdaki grafik, ileri gerilim ile akım arasındaki yaklaşık eğrileri göstermektedir. Grafikteki her eğri farklı bir rengi gösterir. Tablo, LED özelliklerinin bir özetini gösterir.

LED'in özellikleri

İki tür LED yapılandırması nelerdir?

LED'in standart konfigürasyonları, iki benzer yayıcı ve COB'lerdir

Verici, bir devre kartına ve ardından bir soğutucuya monte edilen tek bir kalıptır. Bu devre kartı, ısıyı çekerken aynı zamanda yayıcıya doğru elektrik gücü verir.

Araştırmacılar, maliyeti düşürmenin yanı sıra ışık homojenliğini arttırmaya yardımcı olmak için, LED substratın ayrılabileceğini ve tek kalıbın devre kartına açık bir şekilde monte edilebileceğini belirlediler. Bu tasarıma COB (chip-on-board dizisi) denir.

LED'lerin Avantajları ve Dezavantajları

ışık yayan diyotun avantajları aşağıdakileri dahil edin.

• LED'lerin maliyeti daha düşüktür ve çok küçüktür.
• LED'in elektriği kullanılarak kontrol edilir.
• LED'in yoğunluğu, mikrodenetleyicinin yardımıyla farklılık gösterir.
• Uzun ömür
• Verimli enerji
• Isınma süresi yok
• Sağlam
• Soğuk havalardan etkilenmez
• Yönlü
• Renk Oluşturma Mükemmel
• Çevre dostu
• Kontrol edilebilir

ışık yayan diyotun dezavantajları aşağıdakileri dahil edin.

• Fiyat
• Sıcaklık hassasiyeti
• Sıcaklık bağımlılığı
• Işık kalitesi
• Elektriksel polarite
• Voltaj hassasiyeti
• Verimlilik düşüşü
• Böcekler üzerindeki etkisi

Işık Yayan Diyot Uygulamaları

LED'in birçok uygulaması vardır ve bunlardan bazıları aşağıda açıklanmıştır.

• LED, evlerde ve endüstrilerde ampul olarak kullanılır
• Işık yayan diyotlar motosikletlerde ve arabalarda kullanılır
• Bunlar cep telefonlarında mesajı görüntülemek için kullanılır
• Trafik ışık sinyallerinde ledler kullanılır

Bu nedenle, bu makale tartışıyor ışık yayan diyota genel bakış devre çalışma prensibi ve uygulaması. Umarım bu makaleyi okuyarak ışık yayan diyotun bazı temel ve çalışma bilgilerini edindiniz. Bu makale veya son yıl elektrik projesi hakkında herhangi bir sorunuz varsa, lütfen aşağıdaki bölümde yorum yapmaktan çekinmeyin. İşte sana bir soru LED nedir ve nasıl çalışır?