Светлећа диода

Извор: Wikipedija
Пређи на навигацију Пређи на претрагу
„ЛЕД” преусмјерава овдје. За остала значења, в. ЛЕД (разврставање).
Светлећа диода
Светлеће диоде разних боја и величина
Тип компонентеполупроводничка диода
Принцип радаелектролуминисценција
ИзумитељХ. Ј. Роунд (1907)[1]
Олег Лосев (1927)[2]
Прва производња1927
Пиновианода (+) и катода (-)
Електронски симбол

Светлећа диода (енгл. light-emitting diode, скраћено ЛЕД) је посебна врста полупроводничке диоде која емитује светлост када кроз њу тече струја.[3]

Полупроводници имају својство да емитују светлост када кроз њих тече струја. Та светлост је обично врло слаба и само у инфрацрвеном делу спектра. Светлећа диода посебан је тип полупроводника, искључиво за емитовање светлости. ЛЕД има исте особине као обична диода, али подноси само врло слабу струју.

За светлеће диоде наводе се највећа дозвољена струја и вршна струја. Вршна струја је апсолутно максимална струја која се може пропустити кроз ЛЕД диоду у врло кратком времену (реда величине милисекунди). Битно је не мешати максималну струју с вршном струјом.[4]

Развој светлећих диода је започео са диодама од галијум арсенида које су емитовала инфрацрвену и црвену светлост. Напредак у науци о материјалима је омогућио израду диода са све краћим таласним дужинама, које су емитовале светлост разних боја.

Историја

[уреди | уреди извор]
ЛЕД контролна табла

Електролуминисценција је феномен који је 1907. открио британски истраживач Х. Џ. Раунд, користећи кристал силицијум карбида и кристални детектор.[5][6] Рус Олег Лосев је 1927. пријавио израду прве светлеће диоде.[7] Његова истраживања су објављена у совјетским, немачким и британским научним журналима, али неколико деценија није било практичне примене његовог проналаска.[8][9] Рубин Браунстејн[10] из Радио корпорација Америке је 1955. пријавио инфрацрвено зрачење од галијум арсенида (ГаАс) и других полупроводничких легура.[11] Браунстејн је примето инфрацрвено зрачење које су емитовале просте диоде које су користиле легуре галијум антимонида (ГаСб), ГаАс, индијум фосфида (ИнП) и силицијум-германијума (СиГе) на собној температури и на 77 К.

Амерички истраживачи Џејмс Р. Бајард и Гари Питман су 1961. открили да ГаАс емитује инфрацрвено зрачење када се прикључи у електрично коло.[12] Њих двојица су успели да докажу првенство свог рада на основу инжењерских белешки и добили су први амерички патент за светлећу диоду (иако је емитована светост била инфрацрвена). Прву практичну светлећу диоду у видљивом делу спектра (црвену) је 1962. развио Ник Холоњак, док је радио за Џенерал електрик.[13] Холоњак је први пут пријавио своје откриће у журналу Апплиед Пхyсицс Леттерс 1. децембра 1962.[14] Холоњак се сматра „оцем светлеће диоде“.[15] M. Џорџ Крофорд,[16] бивши Холоњаков студент, је 1972. изумео прву жуту светлећу диоду и за око десет пута побољшао сјајност црвених и цврвенкасто-наранџастих светлећих диода.[17] Т. П. Персал је 1976. створио прву светлећу диоду високе ефикасности за комуникацију оптичким влакнима изумевши нове полупроводничке материјали посебно прилагођене таласним дужинама комуникације оптичким влакнима.[18]

Технологија ласерске диоде истражена је 1980-их, и то је било огромно побољшање излазне јачине свјетлости. Због релативно мале потрошње, ЛЕД се на тржишту током 1990-их усмјерава према тржишту екрана, аутомобилске и прометне сигнализације. Веома важно откриће слиједи у 1993. год. од Схуји Накамура, који ради за Ницхи-а, то је био плави ЛЕД, са којим је завршио полазни распон примарних боја ЛЕД-а, али је био и први корак који је на крају довео до производње бијеле ЛЕД диоде какву знамо данас.

На прелазу у 21. вијек ЛЕД тржиште је било одведено до новог нивоа изумом у Луxеону, који је понудио 10 пута јачу излазну свјетлост од постојећих. Кључ успјеха је патентирана метода преноса топлине што је дозвољавало ЛЕД диоди далеко веће снаге него што је претходно било оствариво. Од самог почетка су и други произвођачи уведени у развијање диоде високе снаге и искористивости. Лумиледс је такођер развио производњу 'топло бијеле' диоде са температуром боје од 3200 °К.

Развојем производње високо-учинковите расвјете, нарочито у 2006. и 2007. години на тржишту је све више високо ефикасних извора ЛЕД расвјете било да су то ЛЕ диоде, ЛЕД компоненте, ЛЕД склопови или ЛЕД светиљке, ефикасност ЛЕД извора расте, те у комбинацији са малим димензијама омогућава ЛЕД свјетиљки изузетну ефикасност и контролу емитоване свјетлости.

Принцип рада

[уреди | уреди извор]
Главни чланци: Електролуминисценција и ПН спој
Делови ЛЕД диоде.

Светлећа диода се састоји од чипа направљеног ог полупроводног материјала који је допиран нечистоћама како би се направио п-н спој. Као и код обичних диода, електрична струја тече од п-стране или аноде ка н-страни или катоди, али не и у супротном смеру. Носиоци налектрисања, електрони и шупљине теку у спој са електрода између којих постоји електрични напон. Када се електрон судари са шупљином, он пада на нижи енергетски ниво и ослобађа енергију у виду фотона.

Фотони светла се емитује приликом рекомбинације пара електрон-шупљина. Такво својство имају полупроводници: галијум-фосфид (ГаП), галијум-арсенид (ГаАс), галијум-нитрид (ГаН), галијум-арсенид-фосфид (ГаАсП), цинк-селенид (ЗнСе), дијамант (C), алуминијум-нитрид (АлН), сафир (Ал2О3), силицијум-карбид (СиЦ), итд.

Вална дужина емитоване светлости, а тиме и њена боја, зависи од енергетске баријере материјала који чине п-н спој. Код силицијумских и германијумских диода, електрони и шупљине се рекомбинују не-зрачећом транзицијом, која не даје видљиву емисију, јер су они материјали са индиректном енергетском баријером. Материјали који се користе за израду светлећих диода имају директну енергетску баријеру са енергијама које одговарају скоро инфрацрвеној, видљивој и скоро-ултраљубичастој светлости.

Карактеристике

[уреди | уреди извор]
I-V дијаграм диоде. ЛЕД почиње да емитује светлост кад се премаши њен он-напон. До тога типично долази при напонима од 2-3 волта.

Карактеристике светлеће диоде су мале димензије, те изузетно једноставно управљање и регулација. Немају проблема са ниским температурама, а новији састави имају врло високу трајност – 60.000 сати за 50% одржања свјетлосног тока. Многе земље разматрају промјене класичне расвјете, у корист ЛЕД расвјета.

Класичне сијалице (жаруље) садрже жарну нит која се усијава и на тај начин свијетли те је искористивост свјетлосног дијела сијалице само 5%, а 95% отпада на топлоту. ЛЕД расвјета има ефикасност већу од 95%, значи да сијалица од 100 W има исту ефикасност као диода од 6 W. Будући да нема жарну нит која би прегорела или стакло које би пукло, ЛЕД диоде су врло поуздане, једноставно се повезују с дигиталним склоповима и за свој рад не захтијевају високе напоне. Уштеда енергије је очигледна, технологија производње ЛЕД-а се развила, и у сваком модерном уређају их налазимо.

ЛЕД која која је црвене боје, емитује свјетлост с фреквенцијом од око 65 0нм. Зелена ЛЕД емитује спектар с фреквенцијом од око 600нм, а плава ЛЕД емитира своју свјетлост са око 400нм.

Употреба отпорника

[уреди | уреди извор]
Главни чланак: Отпорник
Шема простор електронског кола које има напајање, ЛЕД и отпорник.

Ако кроз светлећу диоду прође струја јача од максимално дозвољене, тренутачно ће прегорети.[19] За ограничавање струје која протиче кроз диоду користи се отпорник. Може се користити отпорник веће отпорности, што само значи да ће ЛЕД слабије светлети. У табели налазе се вредности отпорника за најчешће коришћене светлеће диоде: [20]

Напон кола Вредност отпорника
од 3,3 до 5 волти 330 ома
од 6 до 9 волти 560 ома
од 12 до 15 волти 1 килоом

Да би израчунали вредност отпорник, морате знати директан пад напона кроз диоду и максималну струју те диоде. Већина стандардних ЛЕД има директан пад напона од око 1,5 волти. Новије, ултрасјајне ЛЕД диоде имају пад напона који може бити и преко 3,5 волти. Једначина гласи:

где је

- вредност отпора отпорника који желите да употребите, изражена у омима.
- напон напајања у волтима.
- директан пад напона кроз диоду, такође у волтима.
- директна струја коју желите да пропустите кроз ЛЕД диоду, у амперима.

На пример, коло се напаја напоном од 6 V а директан пад напона кроз диоду је 1,2 V. Треба нам директна струја од 40 мА (односно 0,04 ампера). Када те вредности унесемо у једначину, добијамо:

Р = (6 - 1,2) / 0,04

Што даје Р од 120 ома. Значи, да бисмо кроз ову ЛЕД диоду пропустили директну струју од 40 мА када је напајање 6 волти, користимо отпорник од 120 ома.

Примјене

[уреди | уреди извор]

Први продор ЛЕД диода је постигнут у сигналној расвјети за возила (позицијска свјетла, штоп свјетла и показивачи смјера), а сада се шири на акцентну расвјету малих дјелова у трговинама те на декоративну и сценску унутрашњу и спољашњу расвјету.

Литература

[уреди | уреди извор]

Референце

[уреди | уреди извор]
  1. ↑ „ХЈ Роунд wас а пионеер ин тхе девелопмент оф тхе ЛЕД”. www.мyледпассион.цом. Архивирано из оригинала на датум 2020-10-28. Приступљено 2020-09-11. 
  2. ↑ „Тхе лифе анд тимес оф тхе ЛЕД — а 100-yеар хисторy”. Тхе Оптоелецтроницс Ресеарцх Центре, Университy оф Соутхамптон. Април 2007. Архивирано из оригинала на датум Септембер 15, 2012. Приступљено Септембер 4, 2012. 
  3. ↑ Морено, Иван; Сун, Цхинг-Цхернг (2008). „Моделинг тхе радиатион паттерн оф ЛЕДс”. Оптицс Еxпрес 16 (3): 1808-19. Бибцоде 2008OExpr..16.1808M. ДОИ:10.1364/OE.16.001808. ПМИД 18542260. 
  4. ↑ Гордон МцЦомб и Еарл Боyсен, Електроника за неупућене (стр. 73), Београд, 2007.
  5. ↑ Роунд, Х. Ј. (1907). „А Ноте он Царборундум”. Елецтрицал Wорлд 19: 309. 
  6. ↑ Марголин Ј. „Тхе Роад то тхе Трансистор”. јмарголин.цом. 
  7. ↑ Лосев, О. V. (1927). „Луминоус Царборундум (Силицон Ца рбиде) детецтор анд детецтион wитх црyсталс”. Телеграфиyа и Телефониyа без Проводов 44: 485-494. 
  8. ↑ Зхелудев, Н. (2007). „Тхе лифе анд тимес оф тхе ЛЕД: а 100-yеар хисторy” (фрее-доwнлоад ПДФ). Натуре Пхотоницс 1 (4): 189-192. Бибцоде 2007NaPho...1..189Z. ДОИ:10.1038/nphoton.2007.34. Архивирано из оригинала на датум 2011-05-11. Приступљено 2014-03-31. 
  9. ↑ Лее, Тхомас Х. (2004). Тхе десигн оф ЦМОС радио-фреqуенцy интегратед цирцуитс. Цамбридге Университy Пресс. стр. 20. ИСБН 978-0-521-83539-8. 
  10. ↑ Рубин Браунстеин Архивирано 2012-02-04 на Wаyбацк Мацхине-у. пхyсицс.уцла.еду
  11. ↑ Браунстеин, Рубин (1955). „Радиативе Транситионс ин Семицондуцторс”. Пхyсицал Ревиеw 99 (6): 1892. Бибцоде 1955PhRv...99.1892B. ДОИ:10.1103/PhysRev.99.1892. 
  12. ↑ „Тхе фирст ЛЕДс wере инфраред (инвисибле)”. Тхе Qуартз Wатцх. Тхе Лемелсон Центер. Архивирано из оригинала на датум 2010-04-01. Приступљено 13. 8. 2007. 
  13. ↑ „Ницк Холонyак, Јр. 2004 Лемелсон-МИТ Призе Wиннер”. Леменсон-МИТ Програм. Архивирано из оригинала на датум 2012-11-04. Приступљено 13. 8. 2007. 
  14. ↑ Холонyак Ницк; Бевацqуа, С. Ф. (Децембер 1962). „Цохерент (Висибле) Лигхт Емиссион фром Га(Ас1−x Пx) Јунцтионс”. Апплиед Пхyсицс Леттерс 1 (4): 82. Бибцоде 1962ApPhL...1...82H. ДОИ:10.1063/1.1753706. Архивирано из оригинала на датум 2012-10-14. Приступљено 2014-03-31. 
  15. ↑ Wолинскy, Хоwард (5. 2. 2005.). „У. оф I.'с Холонyак оут то таке соме оф Едисон'с лустер”. Цхицаго Сун-Тимес. Архивирано из оригинала на датум 2008-02-28. Приступљено 29. 7. 2007. 
  16. ↑ Перрy, Т.С. (1995). „М. Георге Црафорд [биограпхy]”. ИЕЕЕ Спецтрум 32 (2): 52-55. ДОИ:10.1109/6.343989. 
  17. ↑ „Бриеф Биограпхy — Холонyак, Црафорд, Дупуис” (ПДФ). Тецхнологy Администратион. Архивирано из оригинала на датум 2007-08-09. Приступљено 30. 5. 2007. 
  18. ↑ Пеарсалл, Т. П.; Миллер, Б. I.; Цапик, Р. Ј.; Бацхманн, К. Ј. (1976). „Еффициент, Латтице-матцхед, Доубле Хетероструцтуре ЛЕДс ат 1.1 мм фром ГаxИн1-xАсyП1-y бy Лиqуид-пхасе Епитаxy”. Аппл. Пхyс. Летт. 28 (9): 499. Бибцоде 1976ApPhL..28..499P. ДОИ:10.1063/1.88831. 
  19. ↑ Гордон МцЦомб и Еарл Боyсен, Електроника за неупућене (стр. 73), Београд, 2007.
  20. ↑ Гордон МцЦомб и Еарл Боyсен, Електроника за неупућене (стр. 74), Београд, 2007.

Види још

[уреди | уреди извор]

Вањске везе

[уреди | уреди извор]
Преузето из „https://sh.wikipedia.org/w/index.php?title=Svetleća_dioda&oldid=41867484”