Mavzu: led lar. Qurulma ishlash prinsplari. Reja: led ishlab chiqarish tarixi

Mavzu: LED lar. Qurulma ishlash prinsplari.
Reja:

1. 
   LED ishlab chiqarish tarixi.
   
2. 
   LEDning asosiy qismlari.
   

LED - bir turdagi diod, elektr tokining bir tomonlama o'tkazuvchanligiga ega elektron qurilma. Elektr chidamliligini o'zgartiruvchi noyob xususiyatlarga ega bo'lgan, diode yoki rektifier diode deb ataladigan bo'lib, qo'llaniladigan kuchlanish polaritesiga qarab, muqobil oqimni o'zgartirish uchun ishlatiladi. Rektifier diodasining dizayni ham radio-elektron chiroqlar, ham yarim o'tkazgich kristallari asosida qurilishi mumkin.

Tekshirish diyotidan farqli o'laroq, LED faqat yarim Supero'tkazuvchilar kristallari asosida amalga oshiriladi. Ham elektron qurilmalar uchun ishlash printsipi mintaqadagi elektronlar va teshiklarning in'ektsiyasiga (tarqalishiga) asoslangan s-n  O'tkazish, ya'ni turli xil o'tkazuvchanlik turiga ega bo'lgan ikkita yarimo'tkazgichning aloqa bo'limi. In'ektsiya orqali biz ortiqcha elektronlarning mintaqadan o'tishini nazarda tutamiz nbu mintaqada sshuningdek, mintaqadagi ortiqcha teshiklarni almashtirish sbu mintaqada nturi, qaerda nuqson bor. In'ektsiya natijasida, har ikki mintaqada ham o'tish chegarasi yaqinida kompensatsiya qilinmagan elektronlar va teshiklar hosil bo'ladi. Yon tomonda n- teshiklar qatlami va yon tomonda selektron qatlamining o'tkazilishi. Ushbu qatlamlar ichki elektr maydonining keyingi inyeksiyaga to'sqinlik qiladigan blokirovkalash qatlamini tashkil etadi (1-rasm).

1-rasm s-n  o'tish

Muayyan muvozanat bor. Kristalning hududiga o'tkazuvchanlik bilan salbiy kuchlanish berilganda nkristalning hududiga o'tkazuvchanlik bilan bog'liq bo'lgan turdagi va musbat kuchlanish sblokirovkalash maydonchasiga qarshi yo'naltirilgan tashqi elektr maydonining ta'siri ostida asosiy tashuvchilarga yo'l ochadi s-n  o'tish. To'siqchi qatlami ingichka bo'lib, uning qarshiligi pasayadi. Erkin elektronlarning massa almashinuvi mavjud nolgan s- Mintaqa va teshiklari solgan n- Bir viloyat. O'chirish davrida elektr toki paydo bo'ladi (2-rasm).

Agar teskari kuchlanish qo'llanilsa, to'siq qatlami qalinroq bo'ladi va elektr qarshiligi sezilarli darajada oshadi. Teskari kuchlanishni qo'llashda elektr tokining amalda yo'qligi (3-rasm).

Shakl 3. Orqaga o'tish

Shuni esda tutish kerakki, yorug'likning paydo bo'lmaydigan LEDlar uchun teskari kuchlanishning teskari kuchlanish darajasi rektifer diyotlardan ko'ra ancha past bo'ladi. Ko'pincha bu qiymat oldingi voltajning maksimal qiymatiga teng. Shuning uchun, AC elektronikasidagi LEDni, shu jumladan, voltajning amplitudali qiymatini unutmang. 50 Hz sinusoidal kuchlanish uchun uning amplitudasi qiymati joriy qiymatdan 1,41 marta kattaroqdir. Ushbu turdagi impulslar kamdan-kam qo'llaniladi, chunki LEDning maqsadi hali ham "porlash" va "to'g'rilanmaydi". Odatda LED doimiy voltaj uchun yoqiladi.

Erkin elektronlarni harakatga keltirganda s-n  elektronlar va teshiklarning o'tishlari bir energiya darajasidan ikkinchisiga o'tish sababli fotonlar chiqaradi. Yadroo'tkazuvchi materiallarning barchasi zararli ta'sir o'tkazmaydi. Misol uchun, kremniy, germaniya, silikon karbiddan tayyorlangan diodalar deyarli yorug'lik chiqarmaydi. Gallium arsenidi yoki rux sulfididan tayyorlangan diodlar eng yaxshi nurlanish qobiliyatiga ega.

Chiqqan yorug'lik izchil emas va tor spektrda yotadi. Shu nuqtai nazardan, har bir LED o'zining to'lqinlar spektriga ega, uning uzunligi va chastotasi, ya'ni inson ko'ziga ko'rinadigan yoki ko'rinmas. Ko'zda tutilmagan nurlanish spektrlari bilan nur tarqatuvchi diyotlardan foydalanish misolida har qanday zamonaviy radioelektron qurilmalarning uzoqdan qo'mondonida ishlatiladigan LED-lar keltirilgan. Radiatsiyani ko'rish uchun uzoqdan qo'mondonni va har qanday mobil telefonni foto-videokamera bilan oling. Telefonni video tortishish rejimiga qo'ying, kamera linzasini masofadan boshqarish pultining old tomoniga yo'naltiring va masofadan boshqarish pultidagi tugmani bosing. Shu bilan birga, telefon ekranida LED yorug'ligini ko'rasiz.

Radiatsiya spektri yarmi o'tkazgich kristalining kimyoviy tarkibiga bog'liq. Har bir radiatsiya spektri o'z rangiga ega. Shuning uchun, ko'zga ko'rinadigan odam ko'z spektrida yorug'lik chiqaradigan LEDlar rangli, qizil, yashil, ko'k ranglarda seziladi.

Qattiq modda diodasining porlashi birinchi navbatda ingliz eksperti Genri Round tomonidan aniqlandi. 1907-yilda, tadqiqot ishlarini olib borarkan, u tasodifiy ishlaydigan diyot detektori bilan aloqa nuqtasi atrofida bir parlama paydo bo'lganligini tasodifan ko'rdi. Biroq, bu hodisani amaliy qo'llash haqida hech qanday xulosa qilmadi.

Bir necha yil o'tgach, 1922 yilda Oleg Vladimirovich Losev, xuddi Genri turida bo'lgani singari, tungi radio stsenariylarida tasodifan kristal detektorning yorug'ligini kuzata boshladi. Kristalning barqaror yoritilishiga erishish uchun u galvanik akkumulyatordan diod detektorining aloqa nuqtasiga kuchlanishni etkazib berdi va shu bilan u orqali elektr tokini uzatdi. Bu LED ishini amaliy ravishda qo'llash uchun birinchi urinish edi.

1951 yili Amerika Qo'shma Shtatlarida "Losev ta'siri" ga asoslangan yarimo'tkazgichli lampochkani ishlab chiqish bo'yicha tadqiqotlar boshlandi. 1961-yilda infraqizil LEDlarni ishlab chiqarish texnologiyasi ixtiro qilingan va patentlangan bo'lib, Robert Bayard va Gari Pittman mualliflik qilgan. Bir yil o'tgach, 1962-yilda general Electricda ishlaydigan Nik Holonyak dunyodagi eng birinchi qizil nurli diodni ishlab chiqardi va bu yorug'lik diapazonida ishladi va keyinchalik birinchi amaliy qo'llanmasini topdi. Kam energiya tejamkorligi bor edi, nisbatan katta oqim sarflandi, biroq uning porloq nurlari bor edi. Shunga qaramasdan, texnologiya umidvor bo'lib chiqdi va yanada rivojlandi.

LED texnologiyasini ishlab chiqishda keyingi qadam sariq LEDni ishlab chiqardi. Nik Holonyakning sobiq o'quvchisi - Jorj Kraford, 1972 yilda, sariq rangli LED kashfiyoti bilan birga, qizil va qizil-to'q sariq rangli yorug'likni 10 barobar kuchaytirdi. Ushbu kashfiyotlar bilan deyarli bir vaqtning o'zida, 70-yillarning boshida yashil rangli LEDlar qo'lga kiritildi. Hisoblagichlar, qo'l soati, elektron qurilmalar, yorug'lik ko'rsatkichlari va svetoforlarda ularni qo'llashdi. Yorug'lik oqimining sezilarli darajada o'sishi 1 lumen (Lm), qizil, sariq va yashil chiroqlarga 1990 yilgacha erishildi.

1993 yilda yaponiyalik muhandis, Nichia sherigi Shuji Nakamura, ko'k rang chiqaradigan birinchi yuqori yoritgichli LEDni qo'lga kiritdi. Ushbu ixtiro LED texnologiyasini ishlab chiqishda inqilobga aylandi, chunki uchta asosiy rang, qizil, yashil va ko'k rangli LEDlar olingan. Shu vaqtdan boshlab siz oq rangga ega bo'lgan har qanday rangning yorug'ligini olasiz.

1996 yilda birinchi oq LEDlar paydo bo'ldi. Ular ikkita yorug'lik chiqaradigan diodlardan tashkil topgan: ko'k va ultrabinafsha fosforli qoplamali.

2011 yilga kelib, oq yoritgichli diodlar qurildi, bu yoritgich 210 Lm / W gacha oshdi. Olimlar va muhandislar bunday muvaffaqiyatlarga qanday erishdilar. Buning uchun bugungi kunda oq nurlarni ishlab chiqarish uchun ma'lum bo'lgan usullarni ko'rib chiqaylik.

Ma'lumki, barcha ranglar va soyalar uch asosiy rangdan iborat - qizil, yashil, ko'k. Oq yorug'lik istisno emas. Oq nurlardan radiatsiya olish uchun to'rtta variant mavjud (4-rasm).

4-rasm. Oq yorug'lik chiqaradigan LEDlarni olish

Birinchi variant uchta alohida LEDdan foydalanish hisoblanadi s-n  qizil, yashil va ko'k chiroqlar chiqaradigan o'tishlar. Bu variant har biri uchun s-n  O'tish o'z elektr ta'minotini talab qiladi. Har bir voltajni sozlash s-n  o'z rangiga (rang temperatura) ega bo'lgan oq rangli yorqinlikka erishishga o'tish.

Ikkinchi variant - bu variantni LED dizayni bilan s-n  sariq yoki sariq-yashil fosfor bilan qoplangan ko'k rangli yorug'likning o'tishi. Ushbu parametr eng ko'p ishlatiladi, chunki LEDning ishlashi uchun bitta quvvat manbai talab qilinadi. Biroq, ushbu LEDning rangli ko'rsatkichlari boshqa usullar bilan olingan LEDlarning ko'rsatkichlaridan kam.

Uchinchi variant esa, bitta ham bor s-n  qizil va yashil rangli fosfor qatlamlari bilan qoplangan, ammo ko'k chiroqni almashtirish. Ushbu uslub bilan ishlab chiqarilgan LED dizayni yaxshi rang xususiyatlariga ega bo'lishga imkon beradi.

To'rtinchi variant - bu versiyada LEDning qurilishi fosforning uchta qizil, yashil va ko'k qatlamlari bilan qoplangan ultrabinafsha LEDga asoslangan. Bunday yorug'lik nurlarining dizaynlari eng noaniqdir, chunki qisqa to'lqinli ultrabinafsho'r nurlarning uzun to'lqin bo'ylab ko'rinadigan nurlarga aylanishi, fosforning barcha uch qatlamida energiya yo'qolishi bilan birga bo'ladi.

210 lm / Vt yorqin oq rangli yorug'lik yoritgichlarining yorqin samaradorligi hozirgacha laboratoriya sharoitida erishildi. Umumiy foydalanish uchun mo'ljallangan yorqin LEDlarning maksimal yorug'lik chiqishi 120 lm / W dan oshmaydi. Bunday LEDlar juda qimmat va juda kam ishlatiladi. LEDlarning aksariyati 60 dan 95 lm / W gacha yorug'lik quvvatiga ega.

Elektr energiyasi ta'sirida ishlaydigan yorug'lik chiqaradigan diyotning yorug'lik chiqishi, shuningdek boshqa yorug'lik manbai, u orqali oqib turgan oqim miqdoriga bog'liq. Qancha dolzarb, qanaqa yorug'lik chiqishi. Ammo har qanday boshqa yorug'lik manbai kabi, bu energiyaning katta qismi issiqlikka aylanadi. LEDlarning isitilishi ularning yorug'lik chiqishida bir tomchi bilan birga keladi. Shu munosabat bilan, ishlab chiqaruvchilar kristallni sovutish va atrof-muhitga etkazilgan issiqlikni tarqatish uchun massiv metall qobiqlardan foydalanishga majbur. Bunday chora-tadbirlar uning samaradorligini oshirishga imkon beradi.

Turli xil yorug'lik manbalarining energiya samaradorligini solishtiradigan bo'lsak, 40-45% samarali bo'lgan LEDlar eng iqtisodiy hisoblanadi. Misol uchun, akkor lentalar 2 - 5%, 15-25%, 24 - 30% ga teng.

Kristall xona haroratiga yaqin haroratga ega bo'lganida LEDning ishlash tartibi, shubhasiz, uning ishlash muddatiga ijobiy ta'sir ko'rsatadi. Ushbu operatsion usullari yordamida LED 50.000 soatgacha ishlash imkonini beradi. Maqsad, oqimni kuchaytirib, yorug'lik hajmini oshirish bo'lsa, unda bu xizmatning hayotiga salbiy ta'sir ko'rsatadi. Avvalo, xizmat muddati tugagach, yorug'lik samaradorligi sezilarli darajada kamayadi. Kuzish muammosiz kechadi va boshlang'ich qiymatining 70% ga etadi. Ikkinchidan, uning to'liq qobiliyatsizligi ehtimoli ortib bormoqda.

Ilk LEDlar (LED, LED, LED) 60-yillarning boshlarida miniatyura akkor chiroqlarini almashtirish uchun ishlab chiqildi. Ular juda zaif qizil chiroqqa ega bo'lib, turli asboblarga qo'shilish ko'rsatkichlari sifatida ishlatilgan.

90-yillarning boshlarida ko'k LED yaratildi, keyin yashil, sariq va oq ranglar yaratildi. Endilikda LED eng keng tarqalgan yoritish elementlaridan biridir. Lehimli kristalli ikkita klemensli plastik kalıplı bir qutiga (turli xil rangdagi), bu nur qurilma.

Ish ikki funktsiyani bajaradi - bu linza va himoya qoplamasi. LED'ning quvvat manbai oqimi bilan ta'minlangan bo'lib, u uchun kuchlanish konvertori rozetkaga o'rnatilgan. Yorug'likning yorqinligi kuchlanish bilan mutanosib.

LED quyidagi qismlardan iborat:

• 
  bazasi;
  
• 
  ob'ektiv;
  
• 
  katot (-);
  
• 
  anote (+);
  
• 
  kristall (yarim o'tkazgichli chip);
  
• 
  reflektor (diffuzor).