Как работи един светодиод

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 09:37

Диодът е специален тип полупроводник, който има много приложения. Една от основните приложения обаче е да се контролира посоката на потока от електроенергия. Най-често срещаният тип диод прави това, като използва нещо, наречено "п-n кръстовища". Това е просто фантастичен начин да се каже "магия". 😉

Наистина, в прости думи, мисля, че д-р Пипер може да се раздели в средата. Наполовина сте направили полупроводников материал, към който сте добавили примеси, така че да съдържат отрицателно заредени превозвачи; основно изобилие от електрони. След това наричаме тази страна "полупроводник тип n". От другата страна сте направили същото, освен ако не сте въвели примеси, съдържащи положително заредени носители; всъщност мисля за него като куп дупки, които се нуждаят от електрони. Ние наричаме тази страна "p-тип полупроводник".

Така че имаме от едната страна полупроводник тип п и от другата страна полупроводник тип р. Границата между тези две се нарича "п-n възел". Това е мястото, където се случва цялата магия. Оказва се, че конвенционалният ток ще се движи от едната страна на другата, но не обича да ходи в обратната посока. Така че можете да използвате това, за да се уверите, че електричеството протича само в посоката, която искате да бъде във вашата верига (сред много други неща, сериозните диоди са луди полезни по различни начини и различни специализирани диоди могат да направят някои други интересни неща, които аз няма да вляза в тази статия, но вероятно ще се повторят в някакъв момент. По принцип тези ПН кръстовища са в основата на почти всички полупроводникови електронни устройства).

Как се модифицират тези диоди, за да се получи светлина? Ами се оказва, че изобщо не е необходимо да бъдат модифицирани, за да се получи форма на светлинно лъчение. Въпреки това, стандартните диоди са склонни да бъдат направени от материали, които поглъщат по-голямата част от излъченото светлинно излъчване, и по-важното е, че няма да отделят светлината във видима за човешката форма така или иначе.

Това, което се случва тук, е, тъй като електричеството прескача връзката p-n, електроните от "n-тип" страна "попълват дупки" в "p-тип" страна. По време на този процес електроните завършват с промяна на състоянието си. По време на тази промяна на състоянието се излъчва фотон. По-конкретно, какво се случва, тъй като електроните се движат около орбита около ядрото на един атом, електроните с различни орбити имат различно количество енергия. Електроните с орбити далеч от ядрото имат по-голяма енергия и близките имат по-малко енергия.

Ако честотата се окаже в човешкия видим спектър (обхват, който могат да видят очите ви), тогава ще видите светлината, която се излъчва от светодиода. Ако не, например когато се предаде в инфрачервения спектър, тогава няма да го видите. Но тя все още може да бъде полезна, например да ви позволи да смените канала на вашия телевизор (инфрачервените светодиоди обикновено се използват в дистанционното управление на телевизора на много други места). Когато натискате бутон на устройството за дистанционно управление, не виждате светлината, но приемникът на телевизора ви може да го види и може да интерпретира това, което вижда от инфрачервения светодиод.

При светодиодите светлината, която се създава, зависи след това от използвания материал и тока, който преминава през него. Светлината в стандартен диод има атомите, подредени така, че електронидният спад в енергията е много кратък и по този начин честотата на излъчваната светлина не се вижда от нашите очи, а е по-скоро в инфрачервения спектър. Така че просто поставете, светодиодите, където можете да видите светлината, са направени от полупроводникови материали, които създават по-голям спад в орбитата на електроните, така че честотата на фотонния пакет да излезе в човешкия визуален спектър. Те дори могат да бъдат проектирани така, че количеството електричество, което тече през тях, да промени действително падането и така да имате многоцветно LED.

Бонусни факти:

• Диодите бяха първите полупроводникови електронни устройства.
• Откриването на връзката p-n се приписва на американския физик Russell Ohl на Bell Laboratories.
• Тези "п-n кръстовища" не са просто ядрото на диодите, но са и градивните елементи на почти всички полупроводникови електронни устройства като транзистори, слънчеви клетки, интегрални схеми и т.н.
• Процесът на добавяне на примеси към полупроводник се нарича "допинг".
• Светодиодите са много по-ефективни от "обикновените" крушки с нажежаема жичка поради факта, че те почти не отделят топлина; така че много по-висок процент от използваната електрическа енергия отива за осветление, а не за крушки с нажежаема жичка, където добър процент от него завършва само като топлина.
• Този феномен на светлината, излъчван в резултат на тока, преминаващ през устройство, се нарича "електролуминесценция". Това се отличава от такива неща като светлинни емисии, дължащи се на топлина, което се нарича нагряване; или светлина чрез някаква химическа реакция, която се нарича хемилуминесценция; между другото.
• Електролуминесценцията е открита от британския роден Х. Дж. Кръг на Маркони Лабс през 1907 г.