الجهاز ومبدأ تشغيل الصمام
في المصابيح المتوهجة ، يأتي الضوء من خيوط تنجستن ساخنة إلى بيضاء ، ناتجة أساسًا عن الحرارة. مثل الفحم المتوهج في الفرن ، الذي يتم تسخينه بواسطة تأثير التسخين للتيار الكهربائي ، عندما تتذبذب الإلكترونات بسرعة وتصطدم بعقد الشبكة البلورية لمعدن موصل ، في نفس الوقت ينبعث منها ضوء مرئي ، والذي يمثل أقل فقط أكثر من 15٪ من إجمالي الطاقة الكهربائية المستهلكة التي تشغل المصباح ...
على عكس المصابيح المتوهجة ، تبعث مصابيح LED الضوء ليس بسبب الحرارة على الإطلاق ، ولكن بسبب خصوصية تصميمها ، والذي يهدف بشكل أساسي إلى ضمان أن الطاقة الحالية تذهب بدقة إلى انبعاث الضوء ، عند طول موجي معين. نتيجة لذلك ، كفاءة LED كمصدر للضوء تتجاوز 50٪.
يتدفق التيار هنا عبر تقاطع p-n، بينما في الانتقال هناك إعادة اتحاد للإلكترونات والثقوب مع انبعاث فوتونات (كوانتا) من الضوء المرئي بتردد معين وبالتالي لون معين.
يتم ترتيب كل LED بشكل أساسي على النحو التالي.أولاً ، كما هو مذكور أعلاه ، يوجد تقاطع ثقب إلكتروني ، والذي يتكون من أشباه موصلات من النوع p (غالبية الحاملات الحالية عبارة عن ثقوب) وأشباه الموصلات من النوع n التي تكون على اتصال مع بعضها البعض (أكثر من غالبية الحاملات الحالية هي الإلكترونات).
عندما ينتقل التيار في الاتجاه الأمامي من خلال هذا التقاطع ، فعند نقطة التلامس بين أشباه الموصلات من نوعين متعاكسين ، يحدث انتقال الشحنة (تقفز ناقلات الشحنة بين مستويات الطاقة) من منطقة من نوع واحد من الموصلية إلى منطقة من نوع مختلف من الموصلية.
في هذه الحالة ، تتحد الإلكترونات بشحنتها السالبة مع أيونات الثقوب الموجبة الشحنة. في هذه اللحظة ، تولد فوتونات الضوء ، يتناسب تواترها مع الاختلاف في مستويات الطاقة للذرات (ارتفاع الحاجز المحتمل) بين المواد على جانبي الانتقال.
من الناحية الهيكلية ، تأتي مصابيح LED في مجموعة متنوعة من الأشكال. أبسط شكل هو جسم بخمسة ملليمترات - عدسة. غالبًا ما يمكن العثور على مصابيح LED كمؤشر LED على الأجهزة المنزلية المختلفة. في الجزء العلوي ، يتشكل غلاف LED مثل العدسة. تم تركيب عاكس مكافئ (عاكس) في الجزء السفلي من الهيكل.
يوجد على العاكس بلورة تبعث الضوء عند النقطة التي يمر فيها التيار عبر تقاطع pn. من الكاثود - إلى القطب الموجب ، من العاكس - في اتجاه السلك الرفيع ، تتحرك الإلكترونات عبر المكعب - البلورة.
هذه البلورة شبه الموصلة هي العنصر الرئيسي في LED. حجمها 0.3 × 0.3 × 0.25 ملم. تتصل البلورة بالقطب الموجب بواسطة جسر سلك رفيع.يعتبر جسم البوليمر في نفس الوقت عبارة عن عدسة شفافة تركز الضوء في اتجاه معين ، وبالتالي تحصل على زاوية تباعد محدودة لشعاع الضوء.
اليوم ، تأتي مصابيح LED بجميع ألوان قوس قزح ، من الأشعة فوق البنفسجية والأبيض إلى الأحمر والأشعة تحت الحمراء. الأكثر شيوعًا هي ألوان LED باللون الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والأبيض. ولون البريق هنا لا يتحدد بلون الغلاف!
يعتمد اللون على الطول الموجي للفوتونات المنبعثة من الوصلة pn. على سبيل المثال ، اللون الأحمر لمصباح LED أحمر له طول موجي مميز من 610 إلى 760 نانومتر. الطول الموجي ، بدوره ، يعتمد على المادة التي تم استخدامها في تصنيع جزء معين أشباه الموصلات لهذا الصمام ، للحصول على لون من الأحمر إلى الأصفر ، يتم استخدام شوائب الألمنيوم والإنديوم والغاليوم والفوسفور.
للحصول على ألوان من الأخضر إلى الأزرق - النيتروجين والغاليوم والإنديوم. للحصول على اللون الأبيض يضاف إلى البلورة فوسفور خاص يحول اللون الأزرق إلى الأبيض بمساعدة ظاهرة التألق الضوئي.
أنظر أيضا: لماذا يجب توصيل LED من خلال المقاوم