Işık Yayan Diyot Nedir: Çalışması ve Uygulamaları
LED, iki uçlu yarı iletken bir ışık kaynağıdır. Işık-yayan bir diyot, 1962 yılında General Electric'te çalışırken Nick Holonyak tarafından icat edildi. LED, PN bağlantı diyotuyla karşılaştırılabilecek elektriksel özelliklere sahip benzersiz bir diyot türüdür. Bu nedenle LED, elektriğin bir yönde akmasına izin verirken diğer yönde akışını engeller. LED'in kapladığı alan yalnızca 1 mm2'den azdır. LED'ler çeşitli elektrik ve elektronik projelerde kullanılmaktadır. Bu yazıda LED'in çalışması ve kullanım alanları ele alınacaktır.
Işık Yayan Diyot: Nedir?
Bir p-n bağlantı diyotu, ışık-yayan diyot görevi görür. Eşsiz bir yarı iletken şeklidir ve özellikle katkılı bir diyottur. Işık-yayan diyot, ileri yönde yönlendirildiğinde ışık yayan bir cihazdır.
Işık yayılımını gösteren iki küçük ok, LED sembolünü diyot sembolünden ayırır, bu nedenle buna LED (ışık-yayan diyot) adı verilir. LED'in iki terminali vardır: katot (-) ve anot (+). (-).
LED Sembolü LED Sembolü Yapısı
LED'in yapısı oldukça basittir çünkü üç yarı iletken malzeme katmanının bir alt tabaka üzerine biriktirilmesiyle tasarlanmıştır. Bu üç katman, üst katman P- tipi katman, orta katman aktif katman ve alt katman N- tipi katman olacak şekilde üst üste yerleştirilir. Yapı, yarı iletken malzemenin üç bölgesini görmenizi sağlar. Yapıda P-tipi bölgede delikler, N-tipi bölgede seçimler, aktif bölgede ise hem delikler hem de elektronlar mevcuttur.
LED sabittir çünkü voltaj sağlanmadığında elektron veya delik akışı yoktur. LED, voltaj sağlanır sağlanmaz ileri yönde kutuplanır ve N-bölgesindeki elektronların ve P-bölgesindeki deliklerin aktif alana doğru ilerlemesine neden olur. Tükenme bölgesi bu alanın diğer adıdır. Delikler gibi yük taşıyıcıları pozitif yüke sahipken elektronlar negatif yüke sahip olduğundan, polarite yüklerinin rekombinasyonu yoluyla ışık üretilebilir.
Işık Yayan Diyotun Süreci Nedir?
Işık-yayan diyota genellikle diyot adını veririz. Diyot ileriye doğru yönlendirildiğinde elektronlar ve delikler bağlantı noktası boyunca hızlı bir şekilde akıyor ve sürekli olarak birleşerek birbirlerini yoldan çekiyorlar. Elektronlar n-tipinden p{-tipi silikona geçerken deliklerle birleşir ve sonra kaybolur.
Rus mucit Oleg Losev, 1927'de ilk LED'i geliştirdi ve araştırmasının teorik temellerinin bir kısmını yayınladı.
Profesör Kurt Lechovec, 1952'de Kaybedenler hipotezini test etti ve ilk LED'lere ilişkin bir açıklama yaptı.
İlk yeşil LED 1958 yılında Rubin Braunstein ve Egon Loebner tarafından yaratıldı.
Nicholas Holonyak 1962 yılında kırmızı LED'i yarattı. Böylece ilk LED yapılmış oldu.
Devre kartında LED'leri kullanan ilk bilgisayar, 1964'teki IBM modeliydi.
Hewlett Packard (HP), 1968 yılında LED'leri hesap makinelerine dahil etti.
Mavi LED, 1971'de Jacques Pankove ve Edward Miller tarafından yaratıldı.
Elektrik mühendisi M. George Crawford, 1972 yılında sarı LED'i yarattı.
Magnezyum ve geleceğin standartlarına sahip mavi bir LED, 1986 yılında Stafford Üniversitesi'nden Walden C. Rhines ve Herbert Maruska tarafından yaratıldı.
Hiroshi Amano ve Fizikçi Isamu Akaski, 1993 yılında mükemmel mavi LED'lere sahip bir Galyum Nitrür yarattı.
Elektrik mühendisi Shuji Nakamura, beyaz renkli LED'lerin gelişimini hızlandıran Amanos ve Akaski gelişmeleriyle yüksek parlaklığa sahip ilk mavi LED'i yarattı.
Ampul başına maliyeti 80 £ ile 100 £ arasında değişen beyaz renkli LED'ler 2002 yılında konut amaçlı kullanıldı.
LED ışıklar 2008 yılında şirketlerde, hastanelerde ve okullarda oldukça popüler hale geldi.
2019'un ana ışık kaynakları LED'ler; LED'ler artık evler, ofisler, hastaneler ve okullar da dahil olmak üzere çeşitli yerleri aydınlatmak için kullanılabildiğinden, bu dikkate değer bir atılımdır.
Önyargılı Işık Yayan Diyot Devresi
LED'lerin çoğunluğu 1 ila 3 volt arasında voltaj özelliklerine sahipken, ileri akım değerleri 200 ila 100 mA arasındadır.
Bir LED'in önyargısı
Akım akışı voltajın çalışma aralığında olduğunu gösterdiğinden, LED'e 1 ila 3 volt arasında bir voltaj uygulandığında LED doğru şekilde çalışır. Buna benzer şekilde, eğer bir LED'e çalışma voltajından daha yüksek bir voltaj verilirse, yüksek akım akışı tükenme bölgesinin arızalanmasına neden olacaktır. Bu öngörülemeyen yüksek akım akışı, cihazı bozacaktır.
Gerilim kaynağına ve bir LED'e seri olarak bir direnç bağlanarak bu durum önlenebilir. LED'ler için güvenli akım seviyeleri 200 mA ila 100 mA arasında değişirken LED'ler için güvenli voltaj değerleri 1V ila 3V arasındadır.
Burada gerilim kaynağı ile LED arasına yerleştirilen direnç, akımın akışını düzenlediği için akım sınırlama direnci olarak adlandırılmaktadır, aksi halde LED onu öldürebilir. Dolayısıyla bu direnç LED'in korunması için gereklidir.
LED üzerinden akımın matematiksel akışının denklemi
IF=Vs – VD/R
Nerede,
"EĞER" akım ileriyse
Gerilim kaynağı 'Vs'
Işık-yayan diyottaki voltaj düşüşü "VD" ile gösterilir.
Rs, akım akışını sınırlayan bir dirençtir.
tükenme bölgesinin bariyerini aşmak için gereken voltaj düşüşü. Si veya Ge diyot voltaj düşüşü 0,3 V veya daha az olduğunda LED voltaj düşüşü 2 ila 3 V arasında olacaktır.
Si veya Ge diyotların aksine LED yüksek voltajda çalıştırılabilir.
Silikon veya germanyum diyotlarla karşılaştırıldığında, ışık-yayan diyotların çalışması için daha fazla enerji gerekir.
Işık-yayan diyot türleri
Işık-yayan diyotların çeşitli çeşitleri mevcuttur; bunlardan bazıları aşağıda listelenmiştir.
Kızılötesi-Kızılötesi Galyum Arsenit (GaAs) ve kırmızı ila kızılötesi-kırmızı, turuncu Galyum Arsenit Fosfit (GaAsP)
Alüminyum galyum arsenit fosfordan (AlGaAsP) yapılmış yüksek-parlaklıkta kırmızı, turuncu-kırmızı, turuncu ve sarı LED'ler
Kırmızı, sarı ve yeşil galyum fosfat (GaP)
Yeşil, Alüminyum Galyum Fosfitin (AlGaP) rengidir, zümrüt yeşili, Galyum Nitrürün (GaN) rengidir ve mavi, Galyum İndiyum Nitrürün (GaInN) rengidir.
Alt tabaka olarak mavi renkli silisyum karbür (SiC)
Mavi Çinko Selenit (ZnSe) ve ultraviyole Alüminyum Galyum Nitrür (AlGaN)
LED Çalışma Prensibi
Kuantum teorisi, ışık-yayan diyotun çalışmasının temelini oluşturur. Kuantum teorisine göre, elektron yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine indiğinde foton enerji açığa çıkarır. Bu iki enerji düzeyi arasındaki enerji farkı fotonun enerjisine eşittir. PN-kavşak diyotunun ileri yönlü durumuna ulaşıldığında, akım diyottan geçer.
LED Çalışma Prensibi
Yarıiletkenlerde akımın akmasına neden olan etkenler, deliklerin akımın tersi yönünde akışı ve elektronların akım yönünde akışıdır. Böylece bu yük taşıyıcıların hareketi sonucunda rekombinasyon meydana gelecektir.
İletim bandı elektronları rekombinasyona göre valans bandına atlar. Elektronlar bir banttan diğer banda geçerken elektromanyetik enerji foton olarak açığa çıkar ve fotonun enerjisi yasak enerji aralığına eşittir.
Örnek olarak kuantum teorisini düşünün. Bu teoriye göre bir fotonun enerjisi, frekansı ve Planck sabitinin toplamına eşittir. Matematiksel formül görüntülenir.
Denklem=hf
burada Planck sabiti olarak anılır ve c sembolüyle gösterilen elektromanyetik radyasyonun hızı ışık hızına eşittir. a= c / olarak, radyasyonun frekansı ile ışığın hızı arasındaki ilişki. Önceki denklem, elektromanyetik radyasyonun dalga boyu olarak sonuçlanacaktır;
Denklem=o / λ
Yukarıdaki denkleme göre elektromanyetik radyasyonun dalga boyu yasaklanmış aralıkla ters orantılıdır. Genel olarak, silikon ve germanyum yarı iletkenlerinin durum ve değerlik bantları, rekombinasyon sırasında elektromanyetik dalgaların tam radyasyonunun kızılötesi radyasyon şeklini alacağı şekildedir. Kızılötesi dalga boyları görünür ışığın aralığının dışında olduğundan bizim için görünmez.
Silikon ve germanyum yarı iletkenleri doğrudan aralıklı yarı iletkenler yerine dolaylı aralıklı yarı iletkenler olduğundan, kızılötesi radyasyona genellikle ısı denir. Bununla birlikte, değerlik bandının en yüksek enerji seviyesi ve iletim bandının minimum enerji seviyesi, elektronlar doğrudan aralıklı yarı iletkenlerde mevcut olduğunda mevcut değildir. Sonuç olarak, elektron bandının momentumu, elektronların ve deliklerin rekombinasyonu veya elektronların iletim bandından valans bandına geçişi sırasında değişecektir.
Parlak LED'ler
LED üretmek için kullanılabilecek iki yöntem vardır. Birinci yöntemde kırmızı, yeşil ve mavi LED çipleri tek bir pakette birleştirilerek beyaz ışık üretilirken, ikinci yöntemde fosforesans kullanılıyor. Fosforun floresansını çevreleyen epoksi toplanabilir ve InGaN LED cihazı daha sonra kısa-dalga boylu radyasyon kullanarak LED'i etkinleştirir.
Birincil katkı renkleri olarak bilinen birden fazla renk hissi yaratmak için mavi, yeşil ve kırmızı ışıklar gibi farklı renkteki ışıklar değişen miktarlarda birleştirilir. Beyaz ışık, bu üç ışık yoğunluğunun eşit şekilde birleştirilmesiyle oluşturulur.
Bununla birlikte, yeşil, mavi ve kırmızı LED'lerin bir kombinasyonunu kullanarak bu kombinasyonu elde etmek için, çeşitli renklerin kombinasyonunu ve yayılmasını yönetecek zorlu bir elektro{0}optik mimari gereklidir. Üstelik LED renk tonundaki farklılıklar nedeniyle bu yöntem zorlayıcı olabilir.
Fosfor kaplamalı bir LED çipi, beyaz LED ürün serisinin çoğunluğuna güç sağlıyor. Bu kaplama mavi fotonlar yerine ultraviyole radyasyona maruz kaldığında beyaz ışık üretiliyor. Aynı teori floresan lambalar için de geçerlidir; tüpün içindeki bir elektrik deşarjı UV yayacak ve bu da fosforun beyaz renkte yanıp sönmesine neden olacaktır.
Her ne kadar bu LED tekniği farklı tonlar üretebilse de, farklılıklar tarama yoluyla düzenlenebilir. CIE diyagramının merkezine yakın olan dört hassas renklilik koordinatı kullanılarak beyaz LED-tabanlı cihazlar ekranlanır.
At nalı eğrisi içindeki ulaşılabilir tüm renk koordinatları CIE diyagramında gösterilmektedir. Yayın net tonları dağılmış durumda ancak beyaz nokta ortada. Grafiğin ortasında gösterilen dört nokta, beyaz LED çıkış rengini temsil etmek için kullanılabilir. Dört grafik koordinatı neredeyse saf beyazdır, ancak bu LED'ler genellikle renkli lensleri aydınlatmak için standart bir ışık kaynağı kadar iyi çalışmaz.
Bu LED'ler, opak arka aydınlatmaya sahip beyaz, diğer durumlarda şeffaf lensler için en avantajlıdır. Bu teknoloji gelişmeye devam ettiği sürece beyaz LED'ler şüphesiz bir aydınlatma kaynağı ve gösterge olarak daha popüler hale gelecektir.
Mükemmel Etkinlik
LED'lerin her birimi için üretilen ışık akısı lm cinsinden ölçülürken, elektrik gücü tüketimi W cinsinden ölçülür. Kırmızı LED'ler 155 lm/W, sarı LED'ler 500 lm/W ve mavi LED'lerin nominal dahili verimlilik sırası 75 lm/W'dir. Kayıplar dahili yeniden emilim nedeniyle dikkate alınabilir; yeşil ve sarı LED'lerin ışık verimliliği 20 ila 25 lm/W arasındadır. Dış etkinlik olarak da bilinen bu etkinlik kavramı, çok renkli LED'ler gibi diğer ışık kaynakları türleri için tipik olarak kullanılan etkinlik kavramıyla karşılaştırılabilir.
Birçok Renkte Diyot Işık Kaynağı
Çok renkli LED'ler, ileri yönde bağlandığında bir renk tonu oluşturan ve ters yönde bağlandığında başka bir renk üreten ışık-yayan diyotlardır.
Bu LED'lerin aslında iki PN-bağlantısı vardır ve birinin katotunu diğerinin anotuna bağlayarak bunları paralel olarak bağlamak mümkündür.
Çok renkli LED'ler bir yöne eğildiğinde genellikle kırmızı, ters yöne eğdirildiğinde ise yeşil olur. Bu LED iki kutup arasında çok hızlı bir şekilde AÇIK konuma getirilirse üçüncü bir renk üretecektir. Öngerilim kutupları arasında hızla geçiş yapan yeşil veya kırmızı bir LED, sarı renkli bir ışık üretecektir.
LED'ler için iki farklı kurulum nedir?
İki benzer yayıcı ve COB, temel LED kurulumlarıdır.
Verici, devre kartına doğru yerleştirilmeden önce ısı emiciye bağlanan tek bir kalıptır. Bu devre kartı ısıyı yayıcıdan uzaklaştırırken aynı zamanda elektrik gücü sağlar.
Araştırmacılar, LED alt katmanının çıkarılabildiğini ve tek kalıbın devre kartına serbestçe yerleştirilebildiğini, bunun da maliyetlerin düşürülmesine ve ışık bütünlüğünün iyileştirilmesine yardımcı olduğunu buldu. Bu nedenle, bu tasarım COB (çip-on-kart dizisi) olarak bilinir.
LED'lerin Faydaları ve Dezavantajları
Aşağıda ışık-yayan diyotların bazı avantajları verilmiştir.
LED'ler küçüktür ve daha düşük bir fiyata sahiptir.
Elektrik LED'ler kullanılarak kontrol edilir.
Mikroişlemcinin yardımıyla LED'in yoğunluğu değişebilir.
uzun zaman
enerji açısından verimli
Oyun öncesi-ısınma yok
Sağlam
soğuk sıcaklıklardan etkilenmez
Harika Yönlü Renksel Geriverim
Kontrol edilebilir ve çevre dostu
Aşağıda LED teknolojisinin dezavantajlarından bazıları yer almaktadır.
Fiyat
sıcaklığa duyarlılık
sıcaklık hassasiyeti
Elektrik polaritesi ve aydınlatma kalitesi
Elektrik hassasiyeti
Verimlilik düşüyor
Böcekler için sonuç
Işık-yayan diyotların kullanım alanları
LED'in, bazıları aşağıda açıklanan çok sayıda kullanımı vardır.
Hem evlerde hem de iş yerlerinde LED'ler ampul olarak kullanılmaktadır.
Işık{0}yayan diyotlar otomobillerde ve motosikletlerde kullanılır.
Mesaj cep telefonlarında bunlar kullanılarak görüntülenir.
Trafik ışığı sinyallerinde ledler kullanılmaktadır.
Sonuç olarak bu makale, ışık-yayan diyot devrelerinin uygulamasına ve çalışma teorisine genel bir bakış sunmaktadır. Umarım bu makaleyi okuyarak ışık-yayan diyot hakkında bazı temel ve pratik gerçekleri öğrenmişsinizdir.
Daha fazla bilgi için lütfen dikkat edinBENWEI'nin resmi web sitesi
