Полная форма светодиода — светоизлучающий диод. Светодиоды представляют собой особый тип полупроводниковых диодов, которые излучают свет в ответ на разность потенциалов, приложенную к их клеммам, отсюда и название светоизлучающий диод. Как и обычные диоды, светодиоды также имеют две клеммы с полярностью, а именно анод и катод. Для освещения светодиода к его анодному и катодному контактам прикладывается разность потенциалов или напряжение.

Сегодня светодиоды широко используются для производства современных светодиодных ламп высокой яркости. Они также широко используются для производства декоративных светодиодных гирлянд и светодиодных индикаторов.

Краткая история

Несмотря на то, что светодиоды сегодня считаются продуктом высокотехнологичной полупроводниковой промышленности, их светоизлучающие свойства были впервые выявлены много-много лет назад. Первым, кто заметил световой эффект светодиода, был один из инженеров Маркони, Х. Дж. Раунд, который также известен несколькими изобретениями электронных ламп и радио. Он обнаружил это в 1907 году, когда вместе с Маркони исследовал точечные кристаллические детекторы.

В 1907 году журнал Electrical World первым сообщил об этих прорывах. Концепция светодиодов оставалась бездействующей в течение нескольких лет, пока в 1922 году ее не открыл заново русский ученый О.В. Лосов.

“что означает Ethernet в компьютерных терминах ”

Лосов проживал в Ленинграде, где трагически погиб во время Великой Отечественной войны. Не исключено, что большая часть его проектов была потеряна во время войны. Хотя в период с 1927 по 1942 год он подал в общей сложности четыре патента, его исследования не были признаны до его смерти.

Концепция светодиодов вновь появилась в 1951 году, когда группа ученых под руководством К. Леговца начала исследовать этот эффект. Расследование продолжалось с участием других организаций и исследователей, в том числе У. Шокли (изобретателя транзистора). В конце концов, концепция светодиодов претерпела значительные изменения, и в конце 1960-х годов ее начали коммерциализировать.

Какой полупроводниковый материал используется в светодиодном соединении?

По сути, светодиоды представляют собой специализированный PN-переход, выполненный с использованием составного полупроводника.

Кремний и германий — два наиболее широко используемых полупроводника, однако, поскольку это всего лишь элементы, из них нельзя делать светодиоды.

И наоборот, такие материалы, как арсенид галлия, фосфид галлия и фосфид индия, которые объединяют два или более элементов, часто используются для изготовления светодиодов. Арсенид галлия, например, имеет валентность три, а мышьяк — валентность пять, и поэтому оба они классифицируются как полупроводники группы III-V.

Материалы, относящиеся к группе III-V, также могут быть использованы для создания других составных полупроводников.

Когда полупроводниковый переход смещен в прямом направлении, дырки из области P-типа и электроны из области N-типа входят в переход и объединяются, как в обычном диоде.

Ток движется через соединение таким образом.

В результате высвобождается энергия, часть которой излучается подобно фотонам (свету). Чтобы гарантировать поглощение наименьшего количества фотонов (света) структурой, P-сторона перехода, которая в большинстве случаев производит большую часть света, расположена ближе всего к поверхности устройства.

Соединение должно быть идеально оптимизировано, и для создания видимого света необходимо использовать правильные материалы. В инфракрасной области спектра чистый арсенид галлия излучает энергию.

Как светодиоды получают свои цвета

Алюминий вводят в полупроводник для получения арсенида алюминия-галлия, который сдвигает свет светодиода в ярко-красный конец спектра (AIGaAs).

Красный свет также может быть получен путем добавления фосфора.

Различные материалы используются для других цветов светодиодов. Например, фосфид галлия излучает зеленый свет, а желтый и оранжевый свет излучается фосфидом алюминия, индия и галлия. Большинство светодиодов изготовлено из галлиевых полупроводников.

Светодиоды производятся с двумя структурами

Поверхностный и торцевой диоды, показанные на рис. 1А и В, соответственно, являются двумя основными архитектурами, используемыми для светодиодов. Поверхностно-излучающий диод является наиболее популярным из них, поскольку он излучает свет под более широким углом.

После изготовления светодиодная конструкция должна быть закрыта таким образом, чтобы ее можно было безопасно использовать без какого-либо повреждения светодиода.

Большинство крошечных светодиодных индикаторов заключены в эпоксидный клей с показателем преломления, который находится где-то между показателем преломления полупроводника и окружающего воздуха (см. рис. 2 ниже). Таким образом, диод полностью защищен, а свет наиболее эффективно передается во внешний мир.

“что отличает Mac от более ранних операционных систем ”

Спецификация прямого напряжения светодиода (VF)

Поскольку светодиоды являются устройствами, чувствительными к току, приложенное напряжение никогда не должно превышать минимальное значение прямого напряжения для светодиода. Спецификация прямого напряжения светодиода (VF) — это просто оптимальный уровень напряжения, который можно использовать для безопасного и яркого освещения светодиода. Если ток превышает спецификацию прямого напряжения светодиода, светодиод сгорит и получит необратимое повреждение.

В случае, если напряжение питания выше, чем прямое напряжение светодиода, расчетный резистор используется последовательно с источником питания для ограничения тока светодиода. Это гарантирует, что светодиод сможет безопасно светить с оптимальной яркостью.

Значение прямого напряжения большинства светодиодов сегодня составляет около 3,3 В. Будь то красный, зеленый или желтый светодиод, все обычно можно зажечь, подав 3,3 В на их анодные и катодные клеммы.

Напряжение питания светодиода должно быть постоянным. Также можно использовать переменный ток, но тогда к светодиоду должен быть подключен выпрямительный диод. Это гарантирует, что изменение полярности переменного напряжения не причинит вреда светодиоду.

Ограничение тока

Светодиоды, как и обычные диоды, не имеют собственного ограничения тока. В результате, если он подключен напрямую к аккумулятору, он сгорит.

Если напряжение питания составляет около 3,3 В, то для светодиода не потребуется ограничительный резистор. Однако, если напряжение питания выше 3,3 В, потребуется последовательно с клеммой светодиода резистор.

Резистор может быть включен либо последовательно с выводом анода светодиода, либо с выводом катода светодиода.

Чтобы избежать повреждения, к цепи должен быть подключен резистор для управления током. Обычные светодиодные индикаторы имеют максимальный ток примерно 20 мА; если ток ограничен ниже этого значения, световой поток светодиода уменьшится пропорционально.

Как показано на рис. 3 выше, при оценке величины потребляемого тока может потребоваться учитывать напряжение на самом светодиоде. Потому что, если напряжение увеличивается, потребление тока также будет пропорционально увеличиваться.