Cách LED hoạt động - Nguyên tắc hoạt động của Điốt phát quang

Cách LED hoạt động - Nguyên tắc hoạt động của Điốt phát quang

Đèn LED (Light Emitting Diode) là một thiết bị optoelectronic xuất sắc có khả năng phát ánh sáng hẹp khi được đấu nối điện áp hoặc dòng điện. Ánh sáng có thể là màu cam, đỏ, vàng, xanh lá cây hoặc ánh sáng hồng ngoại. Đặc điểm nổi bật của LED là hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao, gấp khoảng 50 lần so với đèn wolfram thông thường. LED cũng có thời gian phản ứng nhanh, khoảng 0,1 micro giây so với 100 mili giây của đèn wolfram. Điều này làm cho LED phổ biến trong các ứng dụng như chỉ báo và trình diễn đèn nhảy múa.

LED hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi năng lượng từ P-N junction, phát sáng khi có điện áp. Quá trình này được gọi là electroluminescence. Electrons và lỗ tự do trong P-N junction recombinant, giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng và nhiệt. Trong bán dẫn như silic và germani, năng lượng được tiêu thụ dưới dạng nhiệt, nhưng trong bán dẫn như GaAsP và GaP, năng lượng được phát ra dưới dạng photon, tạo nên ánh sáng. Đèn LED chỉ phát sáng khi P-N junction được kích thích bởi điện áp thuận nghị, ngược lại, không phát sáng và có thể bị hỏng khi ngược điện áp.

Sơ đồ cấu tạo của đèn LED được hiển thị dưới đây.

LED sử dụng nhiều vật liệu bán dẫn khác nhau, thường là lớp epitaxial kiểu N và khu vực kiểu P. Kết nối anot kim loại được đặt ở mép bên ngoài để tối đa hóa diện tích phát sáng. Để tăng phản chiếu ánh sáng, áp dụng một lớp vàng và tích hợp ống kính nổi. Dây trong mạch điện tử được bảo vệ bằng cách đóng gói toàn bộ thiết bị. Loại ánh sáng phát ra phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn: GaAs cho ánh sáng hồng ngoại, GaAsP cho ánh sáng đỏ hoặc vàng, và GaP cho ánh sáng đỏ hoặc xanh.

Biểu tượng mạch LED

Ký hiệu mạch của đèn LED bao gồm hai dấu mũi tên biểu thị bức xạ phát ra từ diode.

Đặc điểm của LED

Biểu đồ đặc tính điện áp-dòng chuyển tiến (V-I) và đường đặc tính đầu ra được hiển thị trong hình trên. Đường V-I thực tế có ứng dụng trong các hệ thống báo động chống trộm. Để có dòng chuyển tiến đáng kể, cần khoảng 1 volt dòng chuyển tiến. Hình thứ hai được sử dụng để biểu diễn đường đặc tính điện-điện-tơ chuyển tiến. Công suất đầu ra tạo ra rất nhỏ và do đó hiệu suất chuyển đổi từ điện sang năng lượng phát ra là rất thấp.

Hình dưới đây mô tả một resistor dãn Rseries được kết nối với LED. Khi dòng chuyển tiến của thiết bị vượt qua, dòng sẽ tăng nhanh hơn theo một mức tăng nhỏ về điện áp. Điều này cho thấy rằng trở kháng chuyển tiến của thiết bị rất thấp. Điều này làm nổi bật tầm quan trọng của việc sử dụng một resistor hạn chế dòng chuyển tiến ngoại vi. Trở kháng dãn được xác định bởi phương trình sau đây

Rseries = (Vsupply – V)/I

Vsupply – Điện áp cung cấp

V – Điện áp phân cực thuận LED

I – Dòng điện

LED làm đèn báo

Mạch hiển thị dưới đây là một trong những ứng dụng chính của Đèn LED. Mạch được thiết kế bằng cách kết nối nó nghịch đảo song song với một đoạn diode thông thường, để ngăn thiết bị bị đảo chiều. Giá trị của điện trở dãn nên là một nửa so với mạch DC thông thường.

Các màn hiển thị LED được tạo để hiển thị số từ các đoạn. Một thiết kế như vậy là màn hiển thị bảy đoạn như được thể hiện dưới đây. Bất kỳ chữ số nào từ 0-9 có thể được hiển thị bằng cách truyền dòng điện qua các đoạn chính xác. Để kết nối các đoạn như vậy, có thể sử dụng cấu hình anot chung hoặc catot chung. Cả hai kết nối được hiển thị dưới đây. Đèn LED được bật và tắt bằng cách sử dụng transistor.

Ưu điểm của đèn LED