Jak działa LED

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 09:39

Dziś dowiedziałem się, jak działa LED. Dioda LED lub "dioda emitująca światło" jest w zasadzie taka, jak opisuje to imię; jest to specjalny rodzaj diody, która jest specjalnie zoptymalizowana do emitowania światła, zwykle w widmie optycznym lub podczerwonym, ponieważ przepuszczana jest przez nią energia elektryczna.

Dioda to specjalny rodzaj półprzewodników, który ma wiele zastosowań. Jednym z głównych zastosowań jest jednak kontrolowanie kierunku przepływu energii elektrycznej. Najpopularniejszy typ diody robi to, używając czegoś, co nazywa się "złączami p-n". To tylko fantazyjny sposób powiedzenia "magia". 😉

Naprawdę, w prostych słowach, pomyśl o dra Peppera podzielonego na środek. Po połowie stworzyłeś półprzewodnikowy materiał, do którego dodałeś zanieczyszczenia, aby zawierał negatywnie naładowane nośniki; zasadniczo obfitość elektronów. Następnie nazywamy tę stronę "półprzewodnikiem typu n". Z drugiej połowy zrobiłeś to samo, z wyjątkiem tego, że wprowadziłeś zanieczyszczenia zawierające dodatnio naładowane nośniki; w zasadzie myśl o tym jak o kupie dziur, które potrzebują wypełnionych elektronami. Nazywamy tę stronę "półprzewodnikiem typu p".

Mamy więc po jednej stronie półprzewodnik typu n, a po drugiej półprzewodnik typu p. Granica między tymi dwoma nazywa się "węzłem p-n". Tutaj dzieje się cała magia. Okazuje się, że prąd konwencjonalny będzie przemieszczał się z jednej strony na drugą, ale nie podąża w przeciwnym kierunku. Więc możesz tego użyć, aby upewnić się, że elektryczność płynie tylko w kierunku, w którym chcesz, aby była w twoim obwodzie (wśród wielu innych rzeczy, poważnie diody są szalone przydatne na wiele sposobów, a różne wyspecjalizowane diody mogą robić inne ciekawe rzeczy, o których nie będę mówił w tym artykule, ale pewnie wrócę do tego punktu.Ogólnie rzecz ujmując, te połączenia pn leżą u podstaw prawie wszystkich półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych).

Więc w jaki sposób diody te są modyfikowane w celu wytworzenia światła? Cóż, okazuje się, że tak naprawdę wcale nie trzeba ich modyfikować, aby wytworzyć rodzaj promieniowania świetlnego. Jednak standardowe diody są zwykle wykonane z materiałów pochłaniających większość emitowanego promieniowania świetlnego, a co ważniejsze, nie wydają światła w postaci widocznej dla człowieka.

Co się dzieje tutaj, kiedy elektryczność przeskakuje przez złącze p-n, elektrony ze strony "n-type" "wypełniają otwory" po stronie "p-type". Podczas tego procesu elektrony zmieniają swój stan. Podczas tej zmiany stanu emitowany jest foton. Mówiąc dokładniej, elektrony poruszają się wokół jądra atomu, elektrony o różnych orbitach mają różne ilości energii. Elektrony z orbitami znajdującymi się dalej od jądra mają większą energię, a bliższe mają mniej energii.

Aby więc elektron mógł zmienić swoją orbitę, musi albo stracić energię, albo zyskać energię. To, czym nas interesują diody LED, to elektrony przechodzące z wyższej orbity na niższą orbitę, tracąc w ten sposób energię w postaci fotonu światła. Kiedy elektrony od strony typu "n" wypełniają dziury "po stronie typu p, tracą energię w postaci tych fotonów światła. Im większe uwalnianie energii, tym większa częstotliwość oddawania fotonu światła, co zmienia kolor.

Jeśli częstotliwość kończy się będąc w ludzkim widzialnym spektrum (zakres, który widzą twoje oczy), zobaczysz światło wydawane przez LED. Jeśli nie, np. Gdy zostanie wydany w widmie w podczerwieni, to go nie zobaczysz. Ale nadal może być przydatny, na przykład pozwala na zmianę kanału w telewizorze (diody podczerwieni są zwykle używane w pilocie telewizora w wielu innych miejscach). Kiedy naciśniesz przycisk na pilocie, nie widzisz światła, ale odbiornik na telewizorze może go zobaczyć i może zinterpretować, co widzi z diody podczerwieni.

W przypadku diod LED światło, które się kończy, zależy od używanego materiału i przepływającego przez niego prądu. Światło w standardowej diodzie zawiera atomy rozmieszczone w taki sposób, że energia elektronu jest bardzo krótka, a zatem częstotliwość światła oddanego nie jest widoczna dla naszych oczu, a raczej w podczerwieni. Prosto mówiąc, diody LED, w których widać światło, są wykonane z materiałów półprzewodnikowych, które powodują większy spadek orbity elektronu, tak że częstotliwość pakietu fotonów wydobywa się z ludzkiego widma. Mogą nawet zostać zaprojektowane w taki sposób, aby ilość przepływającej przez nie energii elektrycznej faktycznie zmieniła spadek, a zatem można uzyskać wielokolorową diodę LED.

Dodatkowe fakty:

Diody były pierwszymi półprzewodnikowymi urządzeniami elektronicznymi.
Odkrycie połączenia p-n przypisuje się amerykańskiemu fizykowi Russellowi Ohlowi z Bell Laboratories.
Te "połączenia p-n" nie są tylko rdzeniem diod, ale są również elementami składowymi prawie wszystkich półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych, takich jak tranzystory, ogniwa słoneczne, układy scalone itp.
Proces dodawania zanieczyszczeń do półprzewodnika nazywa się "dopingiem".
Diody LED są znacznie wydajniejsze niż "zwykłe" żarowe żarówki, ponieważ prawie nie emitują ciepła; więc znacznie większy procent zużytej energii elektrycznej idzie w kierunku wytwarzania światła, a nie w żarówkach tradycyjnych, gdzie dobry procent kończy się właśnie wytwarzaniem ciepła.
To zjawisko światła uwalniane w wyniku prądu płynącego przez urządzenie nazywa się "elektroluminescencją". Różni się to od takich rzeczy jak emisje światła z powodu ciepła, które nazywa się żarem; lub świecić przez pewną reakcję chemiczną, która nazywa się chemiluminescencja; pośród innych.
Elektroluminescencja została odkryta w 1907 r. Przez urodzoną w Wielkiej Brytanii H.J. Round of Marconi Labs.