Hogyan működik a LED?

2024 Szerző: Sherilyn Boyd | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 09:39

A dióda egy olyan speciális típusú félvezető, amely sok felhasználási területet tartalmaz. Az egyik elv azonban a villamos áram irányának szabályozására szolgál. A leggyakoribb dióda ezt a "p-n csomópontok" elnevezéssel történik. Ez csak egy fantáziadús módja a "mágia" kifejezésnek. 😉

Igaz ugyan, de egyszerű szavakkal, úgy gondolom, egy Dr. Pepper osztható középen. Az egyik felében olyan félvezető anyagot készítettél, amelyhez szennyeződéseket adtál, hogy negatív töltésű fuvarozókat tartalmazzon; alapvetően rengeteg elektron. Ezt az oldalt egy "n típusú félvezetőnek" hívjuk. A másik felében ugyanazt csináltátok, kivéve, ha olyan szennyeződéseket vezettetek be, amelyek pozitív töltésű hordozókat tartalmaznak; alapvetően úgy gondolják, mint egy csomó lyuk, amit fel kell tölteni az elektronok. Ezt az oldalt "p-típusú félvezetőnek" nevezzük.

Tehát az egyik oldalon van egy n típusú félvezető és a másik oldalon egy p-típusú félvezető. A kettő közötti határt "p-n csomópontnak" nevezik. Itt történik az összes varázslat. Kiderül, hogy a hagyományos áramlás egyik oldalról a másikra halad, de nem szeret ellenkező irányba menni. Tehát ezt használhatja annak biztosítására, hogy a villamos energia csak olyan irányban áramoljon, amelyikben azt szeretné, hogy az áramkörében (sok más dolog között, a diódák komolyan hasznosak különböző módokon, és a különféle speciális diódák más érdekes dolgokat is végezhetnek, amit nem fogok beilleszteni ebben a cikkben, de valószínűleg újra fel fog térni. Általában ezek a pn csomópontok szinte minden félvezető elektronikus eszköz középpontjában állnak).

Tehát hogyan módosulnak ezek a diódák a fény előállításához? Nos kiderül, hogy valójában nem kell egyáltalán módosítani a fénysugárzás formáját. Azonban a szabványos diódák olyan anyagokból készülnek, amelyek elnyelik a legtöbb sugárterhelést, és ami még fontosabb, általában nem engedik le a fényt emberi látható formában.

Mi történik itt, ahogy a villamos energia ugrik a p-n csomóponton, az "n típusú" oldalú elektronok "töltsön lyukakat" a "p-típusú" oldalon. E folyamat során az elektronok végül megváltoztatják állapotukat. Ezen állapotváltozás során egy fotont bocsátanak ki. Pontosabban, mi történik, amikor az elektronok egy atom magja körül keringenek, az eltérő orbitájú elektronok különböző energiájúak. A magtól távolabb elhelyezkedő elektronok nagyobb energiával rendelkeznek, és a közelebbi energiák kevesebb energiával rendelkeznek.

Ha a frekvencia az emberi látható spektrumban van (a tartomány a szemeidet látja), akkor látni fogod, hogy a fény a LED-et adja. Ha nem, mint például az infravörös spektrumban, akkor nem látja. De még mindig hasznos lehet, például, ha lehetővé teszi a csatorna megváltoztatását a tévékészüléken (az infravörös LED-eket általában a TV távvezérlőjében használják számos más helyen). Ha megnyomja a távvezérlő gombját, nem látja a fényt, de a TV-készülék vevője láthatja, és értelmezheti, hogy mit lát az infravörös LED-ről.

A LED-ekben a létrehozandó fény ezután attól függ, hogy milyen anyagot használnak, és az áramot, amelyen keresztül fut. A szabványos dióda fényében az atomok úgy vannak elrendezve, hogy az elektronveszteség nagyon rövid legyen, és ezért a megvilágított fény gyakorisága nem látható a szemünknek, hanem az infravörös. Így egyszerűen a LED-ek, ahol látható a fény, félvezető anyagokból készülnek, amelyek nagyobb cseppet eredményeznek az elektron pályáján, így a foton csomag frekvenciája az emberi vizuális spektrumban megjelenik. Úgy is tervezhetők, hogy az általuk áthaladó villamos energia mennyisége megváltoztatja a cseppet, és így többszínű LED is lehet.

Bónusz tények:

• A diódák voltak az első félvezető elektronikai eszközök.
• A p-n csomópont felfedezését Russell Ohl amerikai fizikus, a Bell Laboratories tulajdonítja.
• Ezek a "p-n csomópontok" nemcsak a diódák közé tartoznak, hanem szinte az összes félvezető elektronikai eszköz építőelemei is, például tranzisztorok, napelemek, integrált áramkörök stb.
• A szennyeződések félvezetőhöz való hozzáadásának folyamatát "doppingolásnak" nevezik.
• A LED-ek sokkal hatékonyabbak, mint a "normál" izzólámpák, mivel szinte nincs hő; így a felhasznált villamos energia sokkal nagyobb aránya inkább a fény előállításához, nem pedig az izzólámpákhoz, ahol jó százalékuk csak hő előállításához vezet.
• Ezt a jelenséget, amely az eszközön keresztül futó árammal történik, "elektrolumineszcencia" -nak nevezzük. Ez különbözik az olyan dolgoktól, mint a hő okozta fénykibocsátás, amit incandescensnek neveznek; vagy valamilyen kémiai reakción keresztül fényt, amit kemilumineszcenciának neveznek; többek között.
• Az elektrolumineszcenciát 1907-ben a brit született H.J. Round of Marconi Labs fedezte fel.