/ / Light Emitting Diode eller LED-opplæringen

Lysemitterende diode eller LED-opplæringen

dioder

De er den mest synlige typen diode, detavgir en ganske smal båndbredde av enten synlig lys ved forskjellige fargede bølgelengder, usynlig infrarødt lys for fjernkontroll eller laser type lys når en fremoverstrøm passerer gjennom dem.

"Lysemitterende diode"Eller LED som det er mer vanlig kalt, eri utgangspunktet bare en spesialisert type diode som de har svært lik elektriske egenskaper til en PN-kryssdiode. Dette betyr at en LED vil passere strømmen i fremoverretningen, men blokkere strømmen av strømmen i motsatt retning.

Lysemitterende dioder er laget av en veldig tynnlag av ganske tungt dopet halvledermateriale og avhengig av det anvendte halvledermaterialet og mengden doping, når en foroverforspent LED lyser et farget lys ved en bestemt spektral bølgelengde.

Når dioden er forspent, blir elektroner frahalvleders ledningsbånd rekombineres med hull fra valensbåndet som frigir tilstrekkelig energi til å produsere fotoner som avgir en monokromatisk (enkeltfarge) av lys. På grunn av dette tynne laget kan et rimelig antall fotoner forlate krysset og stråle bort og produsere en farget lysutgang.

lysemitterende diode konstruksjon

LED-konstruksjon

Da kan vi si det når de drives i en forovergående retning Lysemitterende dioder er halvleder enheter som konverterer elektrisk energi til lysenergi.

Konstruksjonen av en lysemitterende diode erveldig forskjellig fra en normal signaldiode. PN-krysset av en LED er omgitt av et gjennomsiktig, hard plastisk epoxyharpiks halvkuleformet skall eller kropp som beskytter lysdioden mot både vibrasjon og støt.

Overraskende, ikke en LED-kryssing faktiskavgir så mye lys slik at epoksyharpiksen er konstruert på en slik måte at fotene av lys som sendes ut av krysset reflekteres vekk fra den omkringliggende substratbase som dioden er festet til og er fokusert oppover gjennom den dammede toppen av lysdioden, som i seg selv virker som en linse som konsentrerer mengden lys. Det er derfor det utstrålede lyset ser ut som det lyseste på toppen av lysdioden.

Imidlertid er ikke alle lysdioder laget med ahalvkuleformet kuppel for deres epoksy skall. Enkelte indikasjonslampe har en rektangulær eller sylindrisk formet konstruksjon som har en flat overflate på toppen, eller kroppen er formet til en stang eller pil. Vanligvis er alle LED-er produsert med to ben som rager ut fra bunnen av kroppen.

Også, nesten alle moderne lysemitterende dioderhar deres katode, (-) terminal identifisert med enten en hakk eller et flatt sted på kroppen eller ved at katodeledningen er kortere enn den andre siden anoden (+) -ledningen er lengre enn katoden (k).

I motsetning til vanlige glødelamper og pærer somgenererer store mengder varme når den lyser, gir den lysemitterende dioden en "kald" generasjon av lys som fører til høye effektiviteter enn den normale "lyspære" fordi det meste av den genererte energien utstråler seg i det synlige spektret. Fordi LED-er er solid-state enheter, kan de være ekstremt små og holdbare og gi mye lengre levetid enn normale lyskilder.

Lysemitterende diodefarger

Så hvordan får en lysemitterende diode sin farge. I motsetning til normale signaldioder som er laget for deteksjon eller kraftrettelse, og som er laget av enten germanium- eller silisiumhalvledermaterialer, Lysemitterende dioder er laget av eksotiske halvlederforbindelser slikgallium-arsenid (GaAs), galliumfosfid (GaP), gallium-arsenidfosfid (GaAsP), silisiumkarbid (SiC) eller galliumindiumnitrid (GaInN), blandet sammen i forskjellige forhold for å gi en tydelig bølgelengde av farge.

Ulike LED-forbindelser gir lys i spesifikkeregioner av det synlige lysspekteret og danner derfor forskjellige intensitetsnivåer. Det nøyaktige valget av det anvendte halvledermaterialet vil bestemme den totale bølgelengden til fotonlampeutslippene og dermed den resulterende fargen på lyset som sendes ut.

Lysemitterende diodefarger

Typiske LED-egenskaper
Semiconductor
Materiale
bølgelengde Farge VF @ 20mA
GaAs 850-940nm Infra-Red 1.2V
Gaasp 630-660nm rød 1.8V
Gaasp 605-620nm Rav 2.0V
Gaasp: N 585-595nm Gul 2.2V
AlGaP 550-570nm Grønn 3.5V
SiC 430-505nm Blå 3.6v
GaInN 450nm Hvit 4.0V

Dermed er den faktiske fargen på en lysemitterende diodebestemmes av bølgelengden til det utstrålede lyset, som i sin tur bestemmes av den faktiske halvlederforbindelsen som brukes til å danne PN-krysset under fremstillingen.

Derfor fargen på lyset utgitt av enLysdioden bestemmes IKKE av fargen på LED-lampens plastlegeme, selv om disse er litt farget for både å forbedre lysutgangen og for å indikere fargen når den ikke lyser av en elektrisk forsyning.

Lysemitterende dioder er tilgjengelige i et bredt spekter av farger, med de vanligste som RØD, AMBER, GUL og GRØNN, og brukes dermed mye som visuelle indikatorer og som bevegelseslys.

Nylig utviklede blå og hvite fargerer også tilgjengelige, men disse har en tendens til å være mye dyrere enn de vanlige standardfargene på grunn av produksjonskostnadene ved å blande sammen to eller flere komplementære farger med et nøyaktig forhold innenfor halvlederforbindelsen og også ved å injisere nitrogenatomer i krystallstrukturen under doping prosess.

Fra tabellen ovenfor kan vi se at den viktigste P-typen dopant som brukes i fremstillingen av Lysemitterende dioder er Gallium (Ga, atomnummer 31), og at den viktigste N-typen dopant som benyttes er Arsen (As, atomnummer 33) som gir den resulterende forbindelsen av Gallium Arsenid (GaAs) krystallinsk struktur.

Problemet med å bruke Gallium Arsenide på sinEgen som halvlederforbindelse er at den utstråler store mengder infrarød stråling med lav lysstyrke (850nm-940nm ca.) fra krysset når en fremstrøm strømmer gjennom den.

Mengden infrarødt lys som det produserer, er greitfor fjernkontroll på fjernsyn, men ikke veldig nyttig hvis vi vil bruke LED som indikatorlys. Men ved å legge til fosfor (P, atomnummer 15), som en tredje dopant, reduseres den samlede bølgelengden av den utstrålede strålingen til under 680 nm, noe som gir synlig rødt lys til det menneskelige øye. Ytterligere forbedringer i dopingprosessen til PN-krysset har resultert i en rekke farger som spenner over spektret av synlig lys som vi har sett ovenfor, samt infrarøde og ultraviolette bølgelengder.

Ved å blande sammen en rekke halvledere, metall- og gassforbindelser, kan følgende liste over lysdioder produseres.

Typer av lysemitterende dioder

  • Gallium Arsenid (GaAs) - Infrarød
  • Gallium Arsenidfosfid (GaAsP) - rødt til infrarødt, oransje
  • Aluminium Gallium Arsenidfosfid (AlGaAsP) - Høy lysstyrke rød, oransje-rød, oransje og gul
  • Galliumfosfid (GaP) - rød, gul og grønn
  • Aluminium galliumfosfid (AlGaP) - grønt
  • Galliumnitrid (GaN) - grønn, smaragdgrønn
  • Galliumindiumnitrid (GaInN) - nær ultrafiolett, blåttgrønt og blått
  • Silisiumkarbid (SiC) - blå som substrat
  • Zink Selenide (ZnSe) - Blå
  • Aluminium galliumnitrid (AlGaN) - ultrafiolett

I likhet med konvensjonelle PN-kryssdiodene er lysemitterende dioder gjeldende avhengige enheter med fremspenningsfall VF, avhengig av halvlederforbindelsen (denslysfarge) og på den fremadrettede LED-strømmen. De vanligste lysdiodene krever en spenning fremover på mellom 1,2 og 3,6 volt med en fremoverstrøm på 10 til 30 mA, og 12 til 20 mA er det vanligste spekteret.

Både fremoverspenningen og fremoverGjeldende variasjon avhenger av halvledermaterialet som brukes, men punktet hvor ledningen begynner og lyset produseres er ca. 1,2 V for en standard rød LED til ca. 3,6 V for en blå LED.

Den eksakte spenningsfallet vil selvsagt avhenge avprodusenten på grunn av de forskjellige dopantmaterialer og bølgelengder som brukes. Spenningsfallet over LED ved en bestemt nåværende verdi, for eksempel 20mA, vil også avhenge av den initiale ledningen VF punkt. Som en LED er effektivt en diode, kan dens fremoverstrøm til spenningsegenskapskurver tegnes for hver diodefarge som vist nedenfor.

Lysemitterende Diodes I-V Egenskaper.

lysemitterende diode

Lysdiode (LED) Skjematisk symbol og I-V Egenskaper Kurver
viser de forskjellige fargene som er tilgjengelige.

Før en lysemitterende diode kan "avgi" noen formav lys trenger det en strøm å strømme gjennom den, da det er en nåværende avhengig enhet med sin lysutgangsstyrke som er direkte proporsjonal med fremdriftsstrømmen som strømmer gjennom lysdioden.

Da LED-en skal kobles i foroverforspenningstilstand over en strømforsyning, bør den være nåværende begrenset bruker en serie motstand for å beskytte den fraoverdreven strømstrøm. Koble aldri en LED direkte til et batteri eller strømforsyning, da det vil bli ødelagt nesten umiddelbart fordi for mye strøm vil passere gjennom og brenne det ut.

Fra tabellen over kan vi se at hver LED harsin egen spenningsfall over PN-krysset og denne parameteren som bestemmes av det anvendte halvledermaterialet, er fremspenningsfallet for en spesifisert mengde fremoverledningsstrøm, typisk for en fremoverstrøm på 20mA.

I de fleste tilfeller drives LEDene fra en lavspenningsforsyning, med en seriemotstand, RS brukes til å begrense fremdriftsstrømmen til en sikker verdi fra si 5mA for en enkel LED-indikator til 30mA eller mer der det er nødvendig med høy lysstyrke.

LED Serie Resistance.

Seriemotstanden Verdi RS beregnes ved å bare bruke Ohms lov, ved å kjenne den nødvendige fremoverstrømmen IF av lysdioden, forsyningsspenningen VS på tvers av kombinasjonen og det forventede spenningsfallet til lysdioden, VF På det aktuelle nåværende nivå beregnes gjeldende begrensningsmotstand som:

LED Series Motstand Circuit

lysemitterende diode krets

Light Emitting Diode Eksempel No1

En gulfarget LED med en fremdriftsvolumdråpe på2 volt skal kobles til en 5,0 V stabilisert likestrømforsyning. Bruk kretsen ovenfor til å beregne verdien av seriemotstanden som kreves for å begrense fremstrømmen til mindre enn 10mA. Beregn også strømmen som strømmer gjennom dioden hvis en 100Ω serie motstand brukes i stedet for den beregnede først.

1). Serie motstand kreves ved 10mA.

lysemitterende diode-serien motstand

2). med en 100Ω serie motstand.

ledet nåværende

Vi husker fra Resistors opplæringen, detmotstandene kommer i standard foretrukne verdier. Vår første beregning ovenfor viser at for å begrense strømmen som strømmer gjennom LED til 10mA nøyaktig, ville vi kreve en 300Ω motstand. I E12-serien av motstander er det ingen 300Ω motstand, så vi må velge neste høyeste verdi, som er 330Ω. En rask re-beregning viser at den nye fremover nåværende verdien er nå 9,1mA, og dette er ok.

Tilkobling av lysdioder sammen i serie

Vi kan koble lysdioder sammen i serie tilØk nummeret som kreves eller for å øke lysnivået når det brukes i skjermer. Som med seriemotstander, har lysdioder koblet i serie alle de samme fremoverstrømmen, jegF flyter gjennom dem som bare en. Som alle lysdioder som er koblet i serie, passerer den samme strømmen, er det generelt best hvis de er av samme farge eller type.

Tilkobling av LED-er i serie

ledninger koblet i serie

Selv om LED-serien kjeden har det sammestrøm som strømmer gjennom det, må seriespenningsfallet over dem vurderes når man beregner den nødvendige motstanden for den nåværende begrensningsmotstanden, RS. Hvis vi antar at hver LED har et spenningsfall over det når det er opplyst på 1,2 volt, vil spenningsfallet over alle tre være 3 x 1,2v = 3,6 volt.

Hvis vi også antar at de tre lysdiodene skal væreopplyst fra den samme 5 volt logiske enheten eller forsyner med en fremstrøm på ca. 10mA, det samme som ovenfor. Så spenningen faller over motstanden, RS og dens motstandsverdi beregnes som:

Serie ledet nåværende begrensningsmotstand

Igjen, i motstanden E12 (10% toleranse) er det ingen 140Ω motstand, så vi må velge neste høyeste verdi, som er 150Ω.

LED-driverkretser

Nå som vi vet hva som er en LED, trenger vi noen måteå kontrollere den ved å slå den "ON" og "OFF". Utgangstrinnene for både TTL og CMOS logiske porte kan både kilde og synke nyttige mengder strøm, derfor kan det brukes til å drive en LED. Normal integrerte kretser (ICs) har en utgangsstrømstrøm på opptil 50mA i vaskemoduskonfigurasjonen, men har en internt begrenset utgangsstrøm på ca. 30mA i kildemoduskonfigurasjonen.

Uansett må LED-strømmen være begrenset til asikker verdi ved hjelp av en serie motstand som vi allerede har sett. Nedenfor er noen eksempler på kjørlysdioder med bruk av inverterende IC, men ideen er den samme for enhver type integrert kretsutgang, enten kombinasjons- eller sekvensiell.

IC Driver Circuit

ledet førerkrets

Hvis mer enn én LED krever kjøring samtidigtid, for eksempel i store LED-arrays, eller belastningsstrømmen er for høy for den integrerte kretsen, eller vi vil kanskje bare bruke diskrete komponenter i stedet for IC, så en alternativ måte å kjøre LEDene ved hjelp av enten bipolare NPN- eller PNP-transistorer som brytere er gitt nedenfor. Igjen som før, en serie motstand, RS er nødvendig for å begrense LED-strømmen.

Transistor Driver Circuit

ledet transistordriver

Lysstyrken til en lysemitterende diode kan ikkekontrolleres ved ganske enkelt å variere strømmen som strømmer gjennom den. Å tillate mer strøm til å strømme gjennom LED'en vil gjøre den lysere lysere, men vil også føre til at den sprer mer varme. Lysdioder er utformet for å produsere en viss mengde lys som opererer ved en bestemt fremoverstrøm fra 10 til 20mA.

I situasjoner hvor strømsparing er viktig,mindre nåværende kan være mulig. Imidlertid reduserer strømmen til under, sier 5mA, kan dimmen lyseffekten for mye, eller til og med slå av lysdioden "OFF" helt. En mye bedre måte å kontrollere lysstyrken på lysdioder er å bruke en kontrollprosess kjent som "Pulse Width Modulation" eller PWM, hvor LED-lampen gjentatte ganger slås "ON" og "OFF" ved varierende frekvenser avhengig av den nødvendige lysintensiteten til lysdioden.

LED-lysintensitet ved hjelp av PWM

pwm lysstyring

Når høyere lysutganger kreves, en pulsbreddmodulert strøm med en relativt kort driftssyklus ("ON-OFF" -forhold) tillater diodestrømmen og derfor utgangsstyrkenes intensitet økes vesentlig under de faktiske pulser, samtidig som lysdiodene holdes "gjennomsnittsstrømnivå" og strømforsyning innenfor sikre grenser.

Denne "ON-OFF" blinkende tilstand påvirker ikkeDet som er sett av det menneskelige øye som det "fyller" i hullene mellom "ON" og "OFF" lyspulser, sørger for at pulsfrekvensen er høy nok, slik at den ser ut som en kontinuerlig lyseffekt. Så pulser med en frekvens på 100 Hz eller mer synes faktisk lysere for øyet enn et kontinuerlig lys av samme gjennomsnittsintensitet.

Flerfarget lysemitterende diode

Lysdioder er tilgjengelige i et bredt spekter av former,farger og forskjellige størrelser med forskjellige lyseffektnivåer tilgjengelig, med de vanligste (og billigste å produsere) som standard LED-lysdioden 5mm Red Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP).

LED-er er også tilgjengelig i forskjellige "pakker" som er innrettet til å produsere både bokstaver og tall med de vanligste som er i "syv segmentdisplay" -arrangement.

I dag er fargeskjerm flatskjerm LED-skjermer, håndholdte enheter og TV-er tilgjengelig som bruker et stort antall flerfarget lysdioder som alle er drevet direkte av egen dedikert IC.

De fleste lysdioder produserer bare en enkeltutgang av farget lys, men flerfarget lysdioder er nå tilgjengelige som kan produsere en rekke forskjellige farger fra en enkelt enhet. De fleste av disse er faktisk to eller tre lysdioder som er produsert i en enkelt pakke.

Bi-farge lysemitterende dioder

En bi-farge lysemitterende diode har to lysdiodersjetonger koblet sammen i "invers parallell" (en fremover, en bakover) kombinert i en enkelt pakke. Bi-fargede lysdioder kan produsere en av tre farger for eksempel, en rød farge blir utstilt når enheten er koblet til strømmen som strømmer i en retning, og en grønn farge blir utstilt når den er forspent i den andre retningen.

Denne typen toveisarrangement er nyttigfor å gi polaritet indikasjon for eksempel riktig tilkobling av batterier eller strømforsyninger etc. Også en toveisstrøm produserer begge farger blandet sammen da de to lysdiodene ville ta det igjen for å lyse hvis enheten var koblet til (via en egnet motstand) til lavspenning, lavfrekvent vekselstrømforsyning.

En bi-fargelampe

flerfarget lysemitterende diode
LED
valgt
Terminal A AC
+ -
LED 1 AV
LED 2 AV
Farge Grønn rød Gul

Tricoloured Light Emitting Diode

Den mest populære typen tricolor lysemitterendediode består av en enkelt rød og en grønn LED kombinert i en pakke med deres katodeterminaler forbundet sammen og produserer en tre terminalanordning. De kalles tricolor lysdioder fordi de kan gi ut en enkelt rød eller grønn farge ved å slå "ON" bare én LED om gangen.

Disse tricoloured LEDene kan også generereYtterligere nyanser av deres primære farger (den tredje farge) som oransje eller gul, ved å slå på de to lysdiodene i forskjellige forhold for fremstrøm som vist i tabellen, og derved generere fire forskjellige farger fra bare to diodeforbindelser.

En Multi eller Tricoloured LED

multi-farget ledd
Produksjon
Farge
rød oransje Gul Grønn
LED 1
Nåværende
0 5 mA 9.5mA 15mA
LED 2
Nåværende
10mA 6.5mA 3,5 mA 0

LED-skjermer

I tillegg til individuell farge eller flerfargerLysdioder, flere lysemitterende dioder kan kombineres sammen i en enkelt pakke for å produsere skjermer som bargraphs, strips, arrayer og syv segmentdisplayer.

En 7-segment LED-skjerm gir en veldigpraktisk måte når de dekodes riktig for å vise informasjon eller digitale data i form av tall, bokstaver eller til og med alfanumeriske tegn, og som navnet antyder består de av syv individuelle lysdioder (segmentene), innenfor en enkelt displaypakke.

For å produsere de nødvendige tallene ellertegn fra 0 til 9 og henholdsvis A til F, på displayet må den riktige kombinasjonen av LED-segmenter være opplyst. En standard syv segment LED-skjerm har vanligvis åtte inngangsforbindelser, en for hvert LED-segment og en som fungerer som en felles terminal eller forbindelse for alle interne segmenter.

  • Common Cathode Display (CCD) - I felleskatodeskjerm, er alle katodens tilkoblinger til lysdiodene forbundet og de enkelte segmentene opplyst ved bruk av et HØY logisk "1" -signal.
  • Common Anode Display (CAD) - I fellesanoddisplayet, blir alle anodeforbindelsene til lysdiodene koblet sammen og de enkelte segmentene lyser ved å koble terminaler til et lavt logisk "0" -signal.

En typisk syv segment LED-skjerm

syv segmentdisplay

Optokobler

Endelig er en annen nyttig anvendelse av lysemitterende dioder i Opto-kopling. En optokobler eller opto-isolator som det også erkalles, er en enkelt elektronisk enhet som består av en lysemitterende diode kombinert med enten en fotodiode, fototransistor eller foto-triac for å gi en optisk signalbane mellom en inngangsforbindelse og en utgangstilkobling, samtidig som elektrisk isolasjon opprettholdes mellom to kretser .

En optoisolator består av en lettisolertplastlegeme som har en typisk nedbrytingsspenning mellom inngangen (fotodioden) og utgangskortet (fototransistor) på opptil 5000 volt. Denne elektriske isolasjonen er spesielt nyttig der signalet fra en lavspennings krets som en batteridrevet krets, datamaskin eller mikrokontroller er nødvendig for å betjene eller styre en annen ekstern krets som opererer ved en potensielt farlig netspenning.

Foto-diode og Foto-transistor Optokoblinger

ledet i opto-isolator

De to komponentene som brukes i en optoisolator, enoptisk sender som en infrarød utstrålende gallium-arsenid-LED og en optisk mottaker som en fototransistor er nært optisk koblet og bruker lys til å sende signaler og / eller informasjon mellom inngang og utgang. Dette tillater informasjon å overføres mellom kretser uten elektrisk tilkobling eller felles potensial.

Opto-isolatorer er digitale eller bytte enheter, så de overfører enten "ON-OFF" styresignaler eller digitale data. Analoge signaler kan overføres ved hjelp av frekvens eller pulsbredde-modulering.

Kommentarer (0)
Legg til en kommentar