Forma completă de LED este Light Emitting Diode. LED-urile sunt tipuri speciale de diode semiconductoare care emit lumină ca răspuns la o diferență de potențial aplicată la terminalele lor, de unde și denumirea de diodă emițătoare de lumină. La fel ca o diodă normală, LED-urile au și două terminale cu polaritate, anume anod și catod. Pentru a ilumina un LED, se aplică o diferență de potențial sau o tensiune la bornele anodului și catodic.

Astăzi, LED-urile sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea lămpilor LED de ultimă generație. Acestea sunt, de asemenea, utilizate în mod popular pentru fabricarea de lumini decorative cu LED-uri și indicatoare LED.

Scurt istoric

În ciuda faptului că LED-urile sunt considerate astăzi un produs al industriei semiconductoarelor de înaltă tehnologie, proprietatea lor de iluminare a fost identificată inițial cu mulți ani în urmă. Prima persoană care a observat efectul luminii cu LED-uri a fost unul dintre inginerii lui Marconi, H. J. Round, care este, de asemenea, binecunoscut pentru mai multe invenții cu tuburi vid și radio. Se întâmplă să descopere acest lucru în anul 1907 în timp ce cerceta cu Marconi despre detectoare cu cristale cu contact punctual.

În 1907, revista Electrical World a fost prima care a raportat despre aceste descoperiri. Conceptul LED-ului a rămas latent timp de câțiva ani, până când a fost redescoperit în 1922 de omul de știință rus O.V. Losov.

Losov locuia în Leningrad, unde a fost ucis tragic în cel de-al Doilea Război Mondial. Este posibil ca majoritatea proiectelor sale să fi fost pierdute în război. Deși a depus în total patru brevete între anii 1927 și 1942, cercetările sale nu au fost recunoscute decât după moartea sa.

Conceptul LED a reapărut în 1951, când un grup de oameni de știință sub conducerea lui K. Lehovec a început să investigheze efectul. Investigația a continuat cu participarea altor organizații și cercetători, inclusiv W. Shockley (inventatorul tranzistorului). În cele din urmă, conceptul LED a suferit o rafinare semnificativă și a început să fie comercializat la sfârșitul anilor 1960.

Ce material semiconductor este folosit într-o joncțiune LED?

În esență, diodele emițătoare de lumină sunt o joncțiune PN specializată realizată folosind un semiconductor compus.

Siliciul și germaniul sunt cei mai folosiți doi semiconductori, însă, deoarece acestea sunt doar elemente, LED-urile nu pot fi fabricate din acestea.

În schimb, materiale precum arseniura de galiu, fosfura de galiu și fosfura de indiu care combină două sau mai multe elemente sunt frecvent utilizate pentru a face LED-uri. De exemplu, arseniura de galiu are o valență de trei, iar arsenul are o valență de cinci și, prin urmare, ambele sunt clasificate ca semiconductori de grup III -V.

Materialele aparținând grupei III-V pot fi folosite și pentru a crea alți semiconductori compuși.

Când o joncțiune semiconductoare este polarizată direct, găurile din regiunea de tip P și electronii din regiunea de tip N intră în joncțiune și se combină, la fel ca într-o diodă normală.

Curentul se deplasează prin joncțiune în acest mod.

Ca rezultat, este eliberată energie, dintre care unele sunt emise ca fotoni (lumină). Pentru a garanta că cea mai mică cantitate de fotoni (lumină) este absorbită de structură, partea P a joncțiunii, care produce cea mai mare parte a luminii în majoritatea cazurilor, este poziționată cel mai aproape de suprafața dispozitivului.

Joncțiunea trebuie să fie perfect optimizată și materialele potrivite trebuie folosite pentru a crea lumină vizibilă. Regiunea infraroșu a spectrului este locul în care arseniura de galiu pură își emite energia.

Cum le-urile își obțin culorile

Aluminiul este introdus în semiconductor pentru a produce arseniură de aluminiu și galiu, care schimbă lumina LED în capătul roșu strălucitor al spectrului (AIGaAs).

Lumina roșie poate fi produsă și prin adăugarea de fosfor.

Pentru alte culori LED sunt utilizate diverse materiale. De exemplu, fosfura de galiu emite lumină verde, în timp ce lumina galbenă și portocalie este produsă de fosfura de aluminiu, indiu, galiu. Majoritatea LED-urilor sunt fabricate din semiconductori de galiu.

LED-urile sunt fabricate cu două structuri

Dioda emițătoare de suprafață și dioda emițătoare de margine, care sunt văzute în Fig. 1 A și, respectiv, B, sunt cele două arhitecturi principale utilizate pentru LED-uri. Dioda cu emisie de suprafață este cea mai populară dintre ele, deoarece produce lumină într-un unghi mai larg.

După fabricație, structura LED-ului trebuie să fie închisă în așa fel încât să poată fi utilizată în siguranță, fără a deteriora LED-ul.

Majoritatea indicatoarelor LED minuscule sunt încapsulate într-un adeziv epoxidic cu un indice de refracție care se află undeva între cel al semiconductorului și cel al aerului din jur (vezi Fig. 2 de mai jos). Dioda este astfel perfect protejată, iar lumina este transferată în lumea exterioară în cel mai eficient mod.

Specificații LED pentru tensiune directă (VF).

Deoarece LED-urile sunt dispozitive sensibile la curent, tensiunea aplicată nu trebuie să depășească niciodată specificația minimă de tensiune directă a LED-ului. Specificația de tensiune directă a unui LED (VF) este pur și simplu nivelul optim de tensiune care poate fi folosit pentru a ilumina LED-ul în siguranță și luminos. Dacă curentul depășește specificația de tensiune directă a LED-ului, LED-ul se va arde și se va deteriora permanent.

În cazul în care tensiunea de alimentare este mai mare decât tensiunea directă a LED-ului, se folosește un rezistor calculat în serie cu alimentarea pentru a limita curentul către LED. Acest lucru asigură că LED-ul poate ilumina în siguranță cu luminozitate optimă.

Valoarea tensiunii directe a majorității LED-urilor astăzi este de aproximativ 3,3 V. Indiferent dacă este un LED roșu, verde sau galben, toate pot fi iluminate de obicei prin aplicarea a 3,3 V la bornele anodului și catodic.

Tensiunea de alimentare a LED-ului trebuie să fie DC. Poate fi folosit și un AC, dar apoi LED-ul ar trebui să aibă o diodă redresoare conectată la el. Acest lucru asigură că schimbarea polarității tensiunii AC nu dăunează LED-ului.

Curent de limitare

LED-urile, la fel ca diodele normale, nu au o limitare inerentă a curentului. Ca rezultat, dacă este conectat direct la o baterie, se va arde.

Dacă sursa de curent continuu este de aproximativ 3,3 V, atunci LED-ul nu va necesita o rezistență de limitare. Cu toate acestea, dacă tensiunea de alimentare este mai mare de 3,3 V, atunci va fi necesar un rezistor în serie cu borna LED.

Rezistorul poate fi conectat fie în serie cu terminalul anod al LED-ului, fie cu terminalul catodic al LED-ului.

Pentru a evita deteriorarea, un rezistor trebuie conectat la circuit pentru a controla curentul. Indicatorul normal LED-urile au o specificație maximă de curent de aproximativ 20 mA; dacă curentul este limitat sub aceasta, puterea de lumină a LED-ului se va reduce proporțional.

După cum este ilustrat în Fig. 3 de mai sus, este posibil ca tensiunea pe LED-ul în sine să fie luată în considerare atunci când se estimează cantitatea de curent consumată. Pentru că dacă tensiunea crește și consumul de curent va crește proporțional.

Formula de calcul a rezistenței de limitare este următoarea:

R = V - LED FWD V / LED Curent

Aici V reprezintă alimentarea DC de intrare.
LED FWD V este specificația de tensiune directă a LED-ului.
Curentul LED-ului indică capacitatea maximă de gestionare a curentului a LED-ului.

Să presupunem V = 12 V, LED FWD V = 3,3 V și curent LED = 20 mA, atunci valoarea lui R poate fi rezolvată în felul următor: