Dispozitivul și principiul de funcționare al LED-ului

În lămpile cu incandescență, lumina provine dintr-un filament de tungsten fierbinte până la alb, în ​​principal din căldură. Asemenea cărbunelui aprins într-un cuptor, încălzit prin efectul de încălzire al unui curent electric, când electronii oscilează rapid și se ciocnesc cu nodurile rețelei cristaline ale unui metal conducător, emițând în același timp lumină vizibilă, care însă reprezintă doar mai puțin. peste 15% din energia electrică totală consumată care alimentează lampa...

LED-urile, spre deosebire de lămpile incandescente, emit lumină nu din cauza căldurii, ci datorită particularității designului lor, care are ca scop în principal să se asigure că energia curentă merge exact la emisia de lumină, la o anumită lungime de undă. Drept urmare, eficiența LED-ului ca sursă de lumină depășește 50%.

Curentul curge aici peste joncțiunea p-n, în timp ce în tranziție are loc o recombinare a electronilor și a găurilor cu emisia de fotoni (quanta) de lumină vizibilă de o anumită frecvență și deci de o anumită culoare.

Fiecare LED este în principiu aranjat după cum urmează.În primul rând, după cum sa menționat mai sus, există o joncțiune electron-gaură, care constă din semiconductori de tip p (majoritatea purtătorilor de curent sunt găuri) și semiconductori de tip n care sunt în contact unul cu celălalt (mai mult, majoritatea purtătorilor de curent sunt electroni).

Când curentul este transmis în direcția înainte prin această joncțiune, atunci în punctul de contact al semiconductorilor de două tipuri opuse are loc o tranziție de sarcină (purtătorii de sarcină sar între nivelurile de energie) de la o regiune a unui tip de conductivitate la o regiune a unei diferite tipuri de conductivitate.

În acest caz, electronii cu sarcina lor negativă se combină cu ionii din găurile încărcate pozitiv. În acest moment iau naștere fotoni de lumină, a căror frecvență este proporțională cu diferența dintre nivelurile de energie ale atomilor (înălțimea barierei de potențial) dintre substanțele de pe ambele părți ale tranziției.

Din punct de vedere structural, LED-urile vin într-o varietate de forme. Cea mai simplă formă este un corp de cinci milimetri - o lentilă. Astfel de LED-uri pot fi adesea găsite ca LED-uri indicatoare pe diverse aparate de uz casnic. În partea de sus, carcasa LED-ului are forma unei lentile. Un reflector parabolic (reflector) este instalat în partea inferioară a carcasei.

Pe reflector se află un cristal care emite lumină în punctul în care curentul trece prin joncțiunea pn. De la catod — la anod, de la reflector — în direcția firului subțire, electronii se deplasează prin cub — cristalul.

Acest cristal semiconductor este elementul principal al LED-ului. Aici este de 0,3 pe 0,3 pe 0,25 mm. Cristalul este conectat la anod printr-o punte de sârmă subțire.Corpul polimeric este in acelasi timp o lentila transparenta care focalizeaza lumina intr-o anumita directie, obtinandu-se astfel un unghi limitat de divergenta a fasciculului luminos.

Astăzi, LED-urile vin în toate culorile curcubeului, de la ultraviolet și alb la roșu și infraroșu. Cele mai comune sunt culorile LED roșu, portocaliu, galben, verde, albastru și alb. Iar culoarea sclipiciului de aici nu este determinată de culoarea carcasei!

Culoarea depinde de lungimea de undă a fotonilor emiși de joncțiunea pn. De exemplu, culoarea roșie a unui LED roșu are o lungime de undă caracteristică de 610 până la 760 nm. Lungimea de undă, la rândul său, depinde de materialul care a fost utilizat la fabricarea unei anumite piese semiconductor pentru acest LED Deci, pentru a obține o culoare de la roșu la galben, se folosesc impurități de aluminiu, indiu, galiu și fosfor.

Pentru a obține culori de la verde la albastru - azot, galiu, indiu. Pentru a obține o culoare albă, la cristal se adaugă un fosfor special, care transformă culoarea albastră în alb cu ajutorul fenomene de fotoluminescență.

Vezi si: De ce ar trebui să fie conectat LED-ul printr-un rezistor