Šviesos diodo įtaisas ir veikimo principas

Kaitinamosiose lempose šviesa sklinda iš karšto iki balto volframo siūlelio, daugiausia iš šilumos. Kaip žėrinčios anglys krosnyje, įkaitintos elektros srovės kaitinimo efekto, kai elektronai greitai svyruoja ir susiduria su laidžiojo metalo kristalinės gardelės mazgais, tuo pačiu skleisdami matomą šviesą, kuri vis dėlto atstoja tik mažiau. daugiau nei 15 % visos sunaudotos elektros energijos, kuri maitina lempą...

Šviesos diodai, skirtingai nei kaitrinės lempos, skleidžia šviesą visai ne dėl šilumos, o dėl savo konstrukcijos ypatumų, kuriais daugiausia siekiama užtikrinti, kad srovės energija eitų būtent į šviesą, tam tikru bangos ilgiu. Dėl to LED, kaip šviesos šaltinio, efektyvumas viršija 50%.

Čia teka srovė per p-n sankryžą, o pereinant vyksta elektronų ir skylių rekombinacija, išspinduliuojant tam tikro dažnio, taigi ir tam tikros spalvos, matomos šviesos fotonus (kvantus).

Kiekvienas šviesos diodas iš esmės yra išdėstytas taip.Pirma, kaip minėta aukščiau, yra elektronų skylių sandūra, kurią sudaro p tipo puslaidininkiai (dauguma srovės nešiklių yra skylės) ir n tipo puslaidininkiai, kurie liečiasi vienas su kitu (daugiausia srovėnešių yra elektronai).

Kai per šią sandūrą srovė perduodama į priekį, dviejų priešingų tipų puslaidininkių sąlyčio taške įvyksta krūvio perėjimas (krūvio nešikliai šokinėja tarp energijos lygių) iš vieno laidumo srities į skirtingo tipo laidumas.

Šiuo atveju elektronai, turintys neigiamą krūvį, susijungia su teigiamai įkrautų skylių jonais. Šiuo metu gimsta šviesos fotonai, kurių dažnis yra proporcingas atomų energijos lygių skirtumui (potencialo barjero aukščiui) tarp medžiagų abiejose perėjimo pusėse.

Struktūriškai šviesos diodai būna įvairių formų. Paprasčiausia forma yra penkių milimetrų korpusas - objektyvas. Tokius šviesos diodus dažnai galima rasti kaip įvairių buitinių prietaisų indikatorius. Viršuje LED korpusas yra objektyvo formos. Apatinėje korpuso dalyje sumontuotas parabolinis atšvaitas (reflektorius).

Ant reflektoriaus yra kristalas, skleidžiantis šviesą toje vietoje, kur srovė eina per pn sandūrą. Nuo katodo - iki anodo, nuo reflektoriaus - plonos vielos kryptimi, elektronai juda per kubą - kristalą.

Šis puslaidininkinis kristalas yra pagrindinis šviesos diodo elementas. Čia jis yra 0,3 x 0,3 x 0,25 mm dydžio. Kristalas su anodu sujungtas plonu vieliniu tilteliu.Polimero korpusas kartu yra ir skaidrus lęšis, kuris fokusuoja šviesą tam tikra kryptimi, taip išgaunant ribotą šviesos pluošto divergencijos kampą.

Šiandien šviesos diodai yra visų vaivorykštės spalvų – nuo ​​ultravioletinių ir baltų iki raudonų ir infraraudonųjų. Labiausiai paplitusios yra raudonos, oranžinės, geltonos, žalios, mėlynos ir baltos LED spalvos. O blizgučių spalvą čia lemia ne korpuso spalva!

Spalva priklauso nuo pn sandūros skleidžiamų fotonų bangos ilgio. Pavyzdžiui, raudonos šviesos diodo raudonos spalvos būdingas bangos ilgis yra nuo 610 iki 760 nm. Bangos ilgis, savo ruožtu, priklauso nuo medžiagos, kuri buvo panaudota gaminant tam tikrą dalį puslaidininkis šiam šviesos diodui.Taigi, norint gauti spalvą nuo raudonos iki geltonos, naudojamos aliuminio, indžio, galio ir fosforo priemaišos.

Norėdami gauti spalvas nuo žalios iki mėlynos - azotas, galis, indis. Norint gauti baltą spalvą, į kristalą pridedamas specialus fosforas, kuris padeda mėlyną spalvą paversti balta fotoliuminescencijos reiškiniai.

Taip pat žiūrėkite: Kodėl šviesos diodas turėtų būti prijungtas per rezistorių