Cách hoạt động của đèn LED

Cách hoạt động của đèn LED

Hôm nay tôi đã tìm hiểu cách thức hoạt động của đèn LED. Một đèn LED hoặc "Light Emitting Diode" về cơ bản là tên mô tả; nó là một loại diode đặc biệt được tối ưu hóa đặc biệt để tạo ra ánh sáng, thường là trong quang phổ trực quan hoặc hồng ngoại, khi điện được truyền qua nó.

Một diode là một loại chất bán dẫn đặc biệt có nhiều công dụng. Một trong những nguyên tắc sử dụng mặc dù là để kiểm soát sự chỉ đạo của dòng chảy của điện. Loại diode phổ biến nhất làm điều này bằng cách sử dụng một cái gì đó gọi là "p-n junctions". Đây chỉ là một cách ưa thích để nói "ma thuật". 😉

Thực sự, mặc dù, trong điều kiện đơn giản, nghĩ về một Tiến sĩ Pepper có thể chia ở giữa. Trên một nửa bạn đã tạo ra một vật liệu bán dẫn mà bạn đã thêm tạp chất để nó chứa các sóng mang điện tích âm; về cơ bản là sự phong phú của các electron. Sau đó chúng tôi gọi bên này là "chất bán dẫn loại n". Một nửa còn lại, bạn đã làm điều tương tự, ngoại trừ bạn đã giới thiệu các tạp chất chứa các nhà cung cấp điện tích dương; về cơ bản nghĩ về nó giống như một đống lỗ cần được lấp đầy bởi các electron. Chúng tôi gọi bên này là "chất bán dẫn loại p".

Vì vậy, chúng tôi có một bên một chất bán dẫn loại n và ở phía bên kia là một chất bán dẫn loại p. Ranh giới giữa hai loại này được gọi là "tiếp giáp p-n". Đây là nơi tất cả các phép thuật xảy ra. Hóa ra dòng điện thông thường sẽ di chuyển từ phía này sang bên kia, nhưng không thích đi theo hướng ngược lại. Vì vậy, bạn có thể sử dụng điều này để đảm bảo điện chỉ chảy theo hướng bạn muốn trong mạch của bạn (trong số rất nhiều thứ khác; điốt nghiêm trọng là cực kỳ hữu ích trong nhiều cách khác nhau và các điốt chuyên dụng khác nhau có thể làm một số điều thú vị khác, mà tôi sẽ không đi sâu vào bài viết này, nhưng có lẽ sẽ xem xét lại tại một số điểm. Nói chung, các nút nối pn này là trung tâm của hầu hết các thiết bị điện tử bán dẫn).

Vậy các điốt này được sửa đổi như thế nào để tạo ra ánh sáng? Hóa ra chúng không thực sự cần phải được sửa đổi chút nào để tạo ra một dạng bức xạ ánh sáng. Tuy nhiên, điốt tiêu chuẩn có xu hướng được làm bằng vật liệu hấp thụ hầu hết các bức xạ ánh sáng được đưa ra và quan trọng hơn là có xu hướng không phát ra ánh sáng trong hình dạng con người có thể nhìn thấy anyways.

Những gì đang xảy ra ở đây là, khi điện nhảy qua giao lộ p-n, các electron từ "n-type" bên "điền lỗ" ở phía "p-type". Trong quá trình này, các electron kết thúc thay đổi trạng thái của chúng. Trong sự thay đổi trạng thái này, một photon được phát ra. Cụ thể hơn những gì đang xảy ra là, khi các electron di chuyển quanh quỹ đạo của một nguyên tử, các electron có quỹ đạo khác nhau có lượng năng lượng khác nhau. Các electron có quỹ đạo cách xa hạt nhân có năng lượng lớn hơn và các quỹ đạo gần hơn có ít năng lượng hơn.

Vì vậy, để cho một electron thay đổi quỹ đạo của nó, nó cần phải mất năng lượng hoặc tăng năng lượng. Những gì chúng ta quan tâm với đèn LED là các electron đi từ quỹ đạo cao hơn đến quỹ đạo thấp hơn, do đó làm mất năng lượng dưới dạng photon ánh sáng. Khi các electron từ phía loại n “lấp đầy các lỗ hổng” ở phía loại p, chúng sẽ mất năng lượng dưới dạng các photon ánh sáng này. Sự phóng thích năng lượng càng lớn, tần số ánh sáng phát ra càng cao, do đó thay đổi màu sắc.

Nếu tần số kết thúc ở trong quang phổ nhìn thấy được của con người (tầm nhìn mà mắt bạn có thể nhìn thấy), thì bạn sẽ thấy ánh sáng bị đèn LED phát ra. Nếu không, chẳng hạn như khi được đưa ra trong quang phổ hồng ngoại, thì bạn sẽ không nhìn thấy nó. Nhưng nó vẫn có thể hữu ích, chẳng hạn như trong việc cho phép bạn thay đổi kênh trên TV của bạn (đèn LED hồng ngoại thường được sử dụng trong điều khiển từ xa TV của bạn ở nhiều nơi khác). Khi bạn nhấn một nút trên điều khiển từ xa, bạn sẽ không thấy ánh sáng, nhưng người nhận trên TV của bạn có thể nhìn thấy nó và có thể hiểu những gì nó nhìn thấy từ đèn LED hồng ngoại.

Trong các đèn LED, ánh sáng kết thúc được tạo ra phụ thuộc vào vật liệu đang được sử dụng và dòng điện chạy qua nó. Ánh sáng trong một diode tiêu chuẩn có các nguyên tử sắp xếp sao cho điện tử giảm năng lượng rất ngắn và do đó tần số ánh sáng phát ra không thể nhìn thấy bằng mắt của chúng ta, thay vì ở trong hồng ngoại. Vì vậy, chỉ cần đặt, đèn LED, nơi bạn có thể nhìn thấy ánh sáng được làm bằng vật liệu bán dẫn tạo ra sự sụt giảm lớn hơn trong quỹ đạo của electron sao cho tần số của gói photon xuất hiện trong quang phổ thị giác của con người. Chúng thậm chí có thể được thiết kế sao cho lượng điện chạy qua chúng sẽ thực sự thay đổi độ sụt và do đó bạn có thể có đèn LED đa màu.

Thông tin bổ sung:

  • Điốt là thiết bị điện tử bán dẫn đầu tiên.
  • Việc phát hiện ra mối liên hệ p-n là do nhà vật lý người Mỹ Russell Ohl thuộc phòng thí nghiệm Bell.
  • Những "nút nối p-n" không chỉ là lõi của điốt, mà còn là khối xây dựng của hầu hết các thiết bị điện tử bán dẫn, chẳng hạn như bóng bán dẫn, pin mặt trời, mạch tích hợp, v.v.
  • Quá trình thêm tạp chất vào chất bán dẫn được gọi là “doping”.
  • Đèn LED hiệu quả hơn nhiều so với bóng đèn sợi đốt “thông thường” do thực tế là chúng tỏa ra hầu như không có nhiệt; do đó, một tỷ lệ phần trăm điện cao hơn được sử dụng sẽ tạo ra ánh sáng, chứ không phải trong bóng đèn sợi đốt nơi mà một tỷ lệ phần trăm tốt của nó kết thúc chỉ tạo ra nhiệt.
  • Hiện tượng ánh sáng bị phát ra do kết quả của dòng điện chạy qua một thiết bị được gọi là “phát quang điện”. Điều này khác với những thứ như phát xạ ánh sáng do nhiệt, được gọi là sự cháy nổ; hoặc ánh sáng thông qua một số phản ứng hóa học, được gọi là hóa thạch; trong số những người khác.
  • Electroluminescence được phát hiện bởi Anh sinh ra H.J. Vòng Marconi Labs vào năm 1907.

Để LạI Bình LuậN CủA BạN