Paano inayos ang mga LED at gumana

Ang mga aparato ng semiconductor na nagpapalabas ng ilaw ay malawakang ginagamit para sa mga sistema ng pag-iilaw at bilang mga tagapagpahiwatig ng electric current. May kaugnayan sila sa mga elektronikong aparato na nagpapatakbo sa ilalim ng inilapat na boltahe.

Yamang ang halaga nito ay hindi gaanong mahalaga, ang mga nasabing mapagkukunan ay nabibilang sa mga aparatong mababa ang boltahe, mayroon silang isang pagtaas ng antas ng kaligtasan hinggil sa epekto ng electric current sa katawan ng tao. Ang mga panganib ng pinsala ay nadagdagan kapag ang mga mapagkukunan ng tumaas na boltahe, halimbawa, isang network ng tahanan sa sambahayan, na nangangailangan ng pagsasama ng mga espesyal na power supply sa circuit, ay ginagamit upang maipaliwanag ang mga ito.

Ang isang natatanging tampok ng disenyo ng LED ay isang mas mataas na lakas ng makina ng pabahay kaysa sa Illich at fluorescent lamp. Sa wastong operasyon, nagtatrabaho sila ng mahaba at maaasahan. Ang kanilang mapagkukunan ay 100 beses na mas mataas kaysa sa mga maliwanag na filament, na umaabot sa isang daang libong oras.

Gayunpaman, ang tagapagpahiwatig na ito ay katangian para sa mga disenyo ng tagapagpahiwatig. Ang mga mapagkukunan ng mataas na kapangyarihan ay gumagamit ng mataas na alon para sa pag-iilaw, at ang buhay ng serbisyo ay nabawasan ng 2 beses.

LED na aparato

Ang isang maginoo na tagapagpahiwatig ng LED ay ginawa sa isang kaso ng epoxy na may diameter na 5 mm at dalawang contact ay humantong para sa koneksyon sa mga electric kasalukuyang circuit: anode at katod. Visual naiiba sila sa haba. Para sa isang bagong aparato nang walang pinutol na mga contact, ang katod ay mas maikli.

Ang isang simpleng patakaran ay nakakatulong upang matandaan ang posisyon na ito: ang parehong mga salita ay nagsisimula sa titik na "K":

• katod;

• in short.

Kapag ang mga binti ng LED ay pinutol, ang anode ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng paglalapat ng 1.5 volts ng boltahe mula sa isang simpleng baterya ng daliri sa mga contact: lilitaw ang ilaw kapag ang mga polarities ay nag-tutugma.

Ang ilaw na naglalabas ng aktibong solong kristal ng isang semiconductor ay may anyo ng isang hugis-parihaba na paralelepiped. Inilagay ito malapit sa isang parabolic reflector na gawa sa aluminyo haluang metal at naka-mount sa isang substrate na may mga di-conductive na katangian.

Sa pagtatapos ng isang transparent na transparent na kaso na gawa sa mga materyales na polymeric, mayroong isang lens na nakatuon sa mga light ray. Ito, kasama ang reflector, ay bumubuo ng isang optical system na bumubuo sa anggulo ng radiation flux. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pattern ng direktoryo ng LED.

Kinikilala nito ang paglihis ng ilaw mula sa geometric axis ng pangkalahatang istraktura sa mga panig, na humantong sa isang pagtaas sa pagkalat. Ang kababalaghan na ito ay nangyayari dahil sa hitsura ng maliit na paglabag sa teknolohiya sa panahon ng paggawa, pati na rin ang pag-iipon ng mga optical na materyales sa panahon ng operasyon at ilang iba pang mga kadahilanan.

Ang isang aluminyo o tanso na sinturon ay maaaring matatagpuan sa ilalim ng kaso, na nagsisilbing radiator upang alisin ang init na nabuo sa pagpasa ng electric current.

Ang prinsipyo ng disenyo na ito ay laganap. Sa batayan nito, ang iba pang mga mapagkukunan ng ilaw ng semiconductor ay nilikha din gamit ang iba pang mga anyo ng mga elemento ng istruktura.

Mga prinsipyo ng light emission

Ang p-n type na semiconductor junction ay konektado sa isang pare-pareho na mapagkukunan ng boltahe alinsunod sa polaridad ng mga terminal.

Sa loob ng layer ng contact ng mga p- at n-type na mga sangkap, sa ilalim ng pagkilos nito, ang paggalaw ng mga negatibong negatibong sisingilin na mga elektron at butas ay nagsisimula, na may positibong pag-sign singil. Ang mga particle na ito ay nakadirekta patungo sa kanilang mga poste.

Sa layer ng paglipat, ang mga singil ay muling pagsasaayos. Ang mga elektron ay pumasa mula sa conduction band hanggang sa valence band, na nalampasan ang antas ng Fermi.

Dahil dito, ang bahagi ng kanilang enerhiya ay pinakawalan sa pagpapakawala ng mga ilaw na alon ng iba't ibang spectra at ningning. Ang dalas ng wave at pagpaparami ng kulay ay nakasalalay sa uri ng halo-halong mga materyales na kung saan ginagawa ito p-n kantong.

Para sa radiation ng ilaw sa loob ng aktibong zone ng isang semiconductor, dapat matugunan ang dalawang kundisyon:

1. ang puwang ng ipinagbabawal na zone sa lapad sa aktibong rehiyon ay dapat na malapit sa enerhiya ng pinalabas na quanta sa loob ng saklaw ng dalas na nakikita ng mata ng tao;

2. Ang kadalisayan ng mga materyales ng semiconductor crystal ay dapat na mataas, at ang bilang ng mga depekto na nakakaapekto sa proseso ng recombination ay ang pinakamaliit na posible.

Ang mahirap na teknikal na problemang ito ay nalutas sa maraming paraan. Ang isa sa kanila ay ang paglikha ng maraming mga layer ng p-n junctions kapag nabuo ang isang kumplikadong heterostructure.

Epekto ng temperatura

Habang tumataas ang antas ng boltahe ng mapagkukunan, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng semiconductor layer ay nagdaragdag at ang luminescence ay nagdaragdag: isang pagtaas ng bilang ng mga singil sa bawat yunit ng oras na pumapasok sa recombination zone. Kasabay nito, ang mga elemento ng pagdadala ng kasalukuyang ay pinainit. Ang halaga nito ay kritikal para sa materyal ng panloob na kasalukuyang conductor at sangkap ng pn junction. Ang labis na temperatura ay maaaring makapinsala sa kanila, sirain ang mga ito.

Sa loob ng mga LED, ang enerhiya ng electric kasalukuyang pumasa sa ilaw nang direkta, nang walang mga kinakailangang proseso: hindi tulad ng mga lamp na may mga maliwanag na filament. Sa kasong ito, ang kaunting pagkalugi ng kapaki-pakinabang na kapangyarihan ay nabuo dahil sa mababang pag-init ng mga elemento ng conductive.

Dahil dito, nilikha ang mataas na kahusayan ng mga mapagkukunang ito. Ngunit, maaari lamang silang magamit kung saan ang istraktura mismo ay protektado, na-block mula sa panlabas na pag-init.

Mga tampok ng mga epekto ng pag-iilaw

Sa pagsasaayos ng mga butas at elektron sa iba't ibang mga komposisyon ng mga sangkap ng pn junction, nilikha ang hindi pantay na paglabas ng ilaw. Nakaugalian na makilala ito sa pamamagitan ng parameter ng ani ng dami - ang bilang ng mga nakuha na light quanta para sa isang solong pares ng pagsingil.

Ito ay nabuo at nangyayari sa dalawang antas ng LED:

1. sa loob ng jiconductor junction mismo - panloob;

2. sa disenyo ng buong LED bilang isang buo - panlabas.

Sa unang antas, ang ani ng kabuuan ng tama na naisakatuparan ng mga solong kristal ay maaaring maabot ang isang halaga na malapit sa 100%. Ngunit, upang matiyak ang tagapagpahiwatig na ito, kinakailangan upang lumikha ng malalaking alon at malakas na pagwawaldas ng init.

Sa loob ng mapagkukunan mismo, sa ikalawang antas, ang bahagi ng ilaw ay nakakalat at hinihigop ng mga elemento ng istruktura, na binabawasan ang pangkalahatang kahusayan ng radiation. Ang maximum na halaga ng ani ng dami ay mas mababa. Para sa mga LED na naglalabas ng isang pulang spectrum, umabot ito ng hindi hihigit sa 55%, habang para sa asul ay bumababa ito ng higit pa - hanggang sa 35%.

Mga uri ng paghahatid ng ilaw ng kulay

Ang mga modernong LED ay naglalabas:

• dilaw:

• berde

• pula

• asul

• asul

• puting ilaw.

Dilaw na berde, dilaw at pulang spectrum

Ang pn junction ay batay sa gallium phosphides at arsenides. Ang teknolohiyang ito ay ipinatupad noong huling bahagi ng 60s para sa mga tagapagpahiwatig ng mga elektronikong aparato at mga control panel ng mga kagamitan sa transportasyon, mga billboard.

Ang nasabing mga aparato ng light output ay agad na naabutan ang pangunahing mga mapagkukunan ng ilaw ng oras na iyon - mga maliwanag na maliwanag na lampara at nalampasan ang mga ito sa pagiging maaasahan, mapagkukunan at kaligtasan.

Asul na spectrum

Ang mga emitters ng asul, asul-berde at lalo na ang puting spectra ay hindi nagpapahiram sa kanilang sarili sa praktikal na pagpapatupad sa loob ng mahabang panahon dahil sa mga paghihirap ng kumplikadong solusyon ng dalawang mga teknikal na problema:

1. limitadong sukat ng ipinagbabawal na zone kung saan isinasagawa ang recombination;

2. mataas na kinakailangan para sa nilalaman ng mga impurities.

Para sa bawat hakbang ng pagtaas ng ningning ng asul na spectrum, kinakailangan ang pagtaas ng enerhiya ng quanta dahil sa pagpapalawak ng lapad ng ipinagbabawal na zone.

Ang isyu ay nalutas sa pamamagitan ng pagsasama ng mga silikon na karbida ng SiC o nitrides sa sangkap na semiconductor. Ngunit, ang mga pag-unlad ng unang pangkat ay naging masyadong mababa ang kahusayan at isang maliit na ani ng dami ng radiation para sa isang recombined pares ng mga singil.

Ang pagsasama ng mga solidong solusyon ng zinc selenide sa semiconductor junction ay nakatulong upang madagdagan ang ani ng kabuuan. Ngunit, ang gayong mga LED ay nagkaroon ng isang pagtaas ng de-koryenteng pagtutol sa kantong.Dahil dito, sila ay sobrang init at mabilis na sinunog, at ang mga kumplikadong istruktura sa paggawa ng pag-alis ng init para sa kanila ay hindi gumana nang epektibo.

Sa kauna-unahang pagkakataon, isang asul na LED ang nilikha gamit ang mga manipis na pelikula ng gallium nitride na idineposito sa isang sapphire substrate.

White spectrum

Upang makuha ito, gumamit ng isa sa tatlong binuo na teknolohiya:

1. paghahalo ng kulay ayon sa pamamaraan ng RGB;

2. nag-aaplay ng tatlong layer ng pula, berde at asul na phosphor sa ultraviolet LED;

3. patong ang asul na LED na may mga layer ng dilaw-berde at berde-pula na pospor.

Sa unang pamamaraan, tatlong solong kristal ang inilalagay sa isang solong matris nang sabay-sabay, ang bawat isa ay nagpapalabas ng sarili nitong RGB spectrum. Dahil sa disenyo ng system na batay sa lens, ang mga kulay na ito ay halo-halong at ang nagresultang output ay isang kabuuang puting tint.

Sa isang alternatibong pamamaraan, ang paghahalo ng kulay ay nangyayari dahil sa sunud-sunod na pag-iilaw sa ultraviolet radiation ng tatlong mga nasasakupan na layer ng phosphor.

Mga tampok ng teknolohiya ng puting spectrum

Teknolohiya ng RGB

Pinapayagan ka nitong:

• magsasangkot ng iba't ibang mga kumbinasyon ng mga solong kristal sa algorithm ng control control, pagkonekta sa mga ito nang manu-mano o sa isang awtomatikong programa;

• sanhi ng iba't ibang kulay ng kulay na nagbabago sa paglipas ng panahon;

• lumikha ng kamangha-manghang mga sistema ng pag-iilaw para sa advertising.

Ang isang simpleng halimbawa ng naturang pagpapatupad ay kulay garland pasko. Ang mga katulad na algorithm ay malawak din na ginagamit ng mga taga-disenyo.

Ang mga kawalan ng RGB LEDs ay:

• heterogenous na kulay ng ilaw na lugar sa gitna at mga gilid;

• hindi pantay na pag-init at pag-alis ng init mula sa ibabaw ng matrix, na humahantong sa iba't ibang mga rate ng pag-iipon ng mga p-n junctions, na nakakaapekto sa pagbabalanse ng kulay, pagbabago ng pangkalahatang kalidad ng puting spectrum.

Ang mga kawalan na ito ay sanhi ng iba't ibang pag-aayos ng mga solong kristal sa base na ibabaw. Mahirap silang ayusin at i-configure. Dahil sa teknolohiyang ito, ang mga modelo ng RGB ay kabilang sa pinaka kumplikado at mamahaling disenyo.

Ang mga LED na may pospor

Ang mga ito ay mas simple sa disenyo, mas mura sa paggawa, mas matipid kapag na-convert sa mga yunit ng radiation ng maliwanag na pagkilos ng bagay.

Ang mga ito ay nailalarawan sa mga kawalan:

• sa layer ng phosphor ay may mga pagkalugi ng light energy, na binabawasan ang light output;

• ang pagiging kumplikado ng teknolohiya para sa pag-aaplay ng isang pantay na layer ng phosphor ay nakakaapekto sa kalidad ng temperatura ng kulay;

• Ang phosphor ay may isang mas maiikling buhay kaysa sa LED mismo at mas mabilis ang edad habang ginagamit.

Mga tampok ng mga LED ng iba't ibang disenyo

Ang mga modelo ng Phosphor at mga produkto ng RGB ay nilikha para sa iba't ibang mga pang-industriya at domestic application.

Mga Paraan ng Nutrisyon

Ang tagapagpahiwatig ng LED ng unang paglabas ng masa ay natupok ng tungkol sa 15 mA kapag pinalakas mula sa isang bahagyang mas mababang halaga kaysa sa dalawang bolta ng palagiang boltahe. Ang mga modernong produkto ay nagpahusay ng mga katangian: hanggang sa apat na volts at 50 mA.

Ang mga LED para sa pag-iilaw ay pinalakas ng parehong boltahe, ngunit kumonsumo na ng maraming daang milliamp. Ang mga tagagawa ay aktibong nakabubuo at nagdidisenyo ng mga aparato hanggang sa 1 A.

Upang madagdagan ang kahusayan ng light output, ang mga module ng LED ay nilikha na maaaring gumamit ng sunud-sunod na supply ng boltahe sa bawat elemento. Sa kasong ito, ang halaga nito ay tumataas sa 12 o 24 volts.

Kapag nag-aaplay ng boltahe sa LED, ang polaridad ay dapat isaalang-alang. Kapag nasira, ang kasalukuyang ay hindi pumasa at walang glow. Kung ang isang alternatibong signal ng sinusoidal ay ginagamit, pagkatapos ang glow ay nangyayari lamang kapag ang isang positibong kalahating alon ay nailipat. Dagdag pa, ang lakas nito ay proporsyonal na nagbabago ayon sa batas ng hitsura ng kaukulang kasalukuyang magnitude na may isang polar na direksyon.

Dapat tandaan na sa reverse boltahe, posible ang isang pagkasira ng semiconductor junction. Ito ay nangyayari kapag lumampas sa 5 volts sa isang solong kristal.

Mga pamamaraan ng pamamahala

Upang ayusin ang ningning ng naglabas na ilaw, ang isa sa dalawang mga pamamaraan ng kontrol ay ginagamit:

1. ang magnitude ng konektadong boltahe;

2. gamit Module ng Pulse Width - PWM.

Ang unang pamamaraan ay simple ngunit hindi epektibo. Kapag bumaba ang antas ng boltahe sa ilalim ng isang tiyak na threshold, maaaring lumabas ang LED.

Ang paraan ng PWM ay nag-aalis ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, ngunit ito ay mas kumplikado sa pagpapatupad ng teknikal. Ang kasalukuyang dumaan sa kantong semiconductor ng solong kristal ay ibinibigay hindi sa pamamagitan ng isang palaging hugis, ngunit sa pamamagitan ng isang pulsed mataas na dalas na may halaga mula sa ilang daang sa isang libong hertz.

Sa pamamagitan ng pagpapalit ng lapad ng mga pulses at ang mga pag-pause sa pagitan nila (ang proseso ay tinatawag na modulation), ang ningning ng glow ay nababagay sa isang malawak na hanay. Ang pagbuo ng mga alon na ito sa pamamagitan ng mga solong kristal ay isinasagawa ng mga espesyal na programmable control unit na may mga kumplikadong algorithm.

Ang paglabas ng spectrum

Ang dalas ng radiation na lumilitaw mula sa LED ay namamalagi sa isang makitid na rehiyon. Ito ay tinatawag na monochromatic. Ito ay panimula na naiiba mula sa spectrum ng alon na nanggagaling mula sa Araw o ang mga incandescent filament ng ordinaryong ilaw na bombilya.

Maraming talakayan tungkol sa epekto ng naturang pag-iilaw sa mata ng tao. Gayunpaman, ang mga resulta ng mga seryosong pagsusuri ng pang-agham tungkol sa isyung ito ay hindi alam sa amin.

Produksyon

Sa paggawa ng mga LED, tanging isang awtomatikong linya ang ginagamit, kung saan ang mga machine ng robot ay nagpapatakbo ayon sa isang paunang disenyo na teknolohiya.

Ang pisikal na paggawa ng tao ng isang tao ay ganap na hindi kasama sa proseso ng paggawa.

Isinasagawa lamang ng mga bihasang espesyalista ang kontrol sa tamang kurso ng teknolohiya.

Ang pagtatasa ng kalidad ng mga produkto ay din ang kanilang responsibilidad.