Plná forma LED je Light Emitting Diode. LED diody jsou speciálním typem polovodičových diod, které vyzařují světlo v odezvě na rozdíl potenciálů aplikovaný na jejich svorky, odtud název světlo emitující dioda. Stejně jako běžná dioda mají i LED dva vývody s polaritou, a to anodu a katodu. Pro rozsvícení LED je na její anodové a katodové svorky přiveden rozdíl potenciálů nebo napětí.

Dnes se LED diody široce používají pro výrobu vysoce jasných nejmodernějších LED lamp. Ty se také s oblibou používají k výrobě dekorativních LED řetězových světel a LED indikátorů.

Stručná historie

Navzdory skutečnosti, že LED jsou dnes považovány za produkt high-tech polovodičového průmyslu, jejich světelná vlastnost byla původně identifikována před mnoha lety. První, kdo si všiml světelného efektu LED, byl jeden z Marconiho inženýrů H. J. Round, který je také známý pro několik vynálezů elektronek a rádií. Náhodou to objevil v roce 1907 při výzkumu s Marconim na bodových kontaktních krystalových detektorech.

V roce 1907 o těchto průlomech jako první informoval časopis Electrical World. Koncept LED zůstal několik let nečinný, dokud jej v roce 1922 znovu neobjevil ruský vědec O.V. Losov.

Losov bydlel v Leningradu, kde byl tragicky zabit ve 2. světové válce. Je možné, že většina jeho návrhů byla ztracena ve válce. Přestože v letech 1927 až 1942 podal celkem čtyři patenty, jeho výzkum byl uznán až po jeho smrti.

Koncept LED se znovu objevil v roce 1951, kdy skupina vědců pod vedením K. Lehovce začala tento efekt zkoumat. Vyšetřování probíhalo za účasti dalších organizací a výzkumníků, včetně W. Shockleyho (vynálezce tranzistoru). Nakonec koncept LED prošel výrazným zdokonalením a koncem 60. let se začal komercializovat.

Jaký polovodičový materiál se používá v LED spoji?

Světlo emitující diody jsou v podstatě specializovaným PN přechodem vyrobeným pomocí složeného polovodiče.

Křemík a germanium jsou dva nejpoužívanější polovodiče, ale protože se jedná pouze o prvky, nelze z nich LED vyrobit.

Naopak materiály jako arsenid galia, fosfid galia a fosfid india, které kombinují dva nebo více prvků, se často používají k výrobě LED. Například arsenid galia má mocenství tři a arsen má mocenství pět, a proto jsou oba klasifikovány jako polovodiče skupiny III-V.

Materiály patřící do skupiny III-V lze také použít k vytvoření jiných složených polovodičů.

Když je polovodičový přechod předpjatý dopředu, díry z oblasti typu P a elektrony z oblasti typu N vstupují do přechodu a spojují se, stejně jako v normální diodě.

Proud se tímto způsobem pohybuje přes křižovatku.

“výhody a nevýhody membránového čerpadla ”

Výsledkem je uvolnění energie, z nichž některé jsou emitovány jako fotony (světlo). Aby bylo zaručeno, že co nejmenší množství fotonů (světla) je absorbováno strukturou, je P-strana přechodu, která ve většině případů produkuje většinu světla, umístěna nejblíže k povrchu zařízení.

Křižovatka musí být dokonale optimalizována a musí být použity správné materiály pro vytvoření viditelného světla. Infračervená oblast spektra je místo, kde čistý arsenid galia vyzařuje svou energii.

Jak LED získávají své barvy

Hliník se zavádí do polovodiče za účelem výroby arsenidu hliníku a galia, který posouvá světlo LED do jasně červeného konce spektra (AIGaA).

Červené světlo lze také vyrobit přidáním fosforu.

Pro jiné barvy LED se používají různé materiály. Například fosfid galia vyzařuje zelené světlo, zatímco žluté a oranžové světlo je produkováno fosfidem aluminium-indium-gallium. Většina LED je vyrobena z galliových polovodičů.

LED diody jsou vyráběny se dvěma strukturami

Povrchově emitující dioda a okrajová dioda, které jsou vidět na Obr. 1A a B jsou dvě primární architektury používané pro LED. Povrchově emitující dioda je nejoblíbenější z nich, protože produkuje světlo v širším úhlu.

Po výrobě musí být struktura LED uzavřena tak, aby mohla být bezpečně používána bez poškození LED.

“pull up vs pull down odpor ”

Většina drobných LED indikátorů je zalita v epoxidovém lepidle s indexem lomu, který leží někde mezi indexem lomu polovodiče a indexem lomu okolního vzduchu (viz obr. 2 níže). Dioda je tak dokonale chráněna a světlo je přenášeno do vnějšího světa nejúčinnějším způsobem.

Specifikace LED Forward Voltage (VF).

Vzhledem k tomu, že LED jsou zařízení citlivá na proud, nesmí použité napětí nikdy překročit minimální specifikaci propustného napětí LED. Specifikace dopředného napětí LED (VF) je jednoduše optimální úroveň napětí, kterou lze použít k bezpečnému a jasnému osvětlení LED. Pokud proud překročí specifikaci propustného napětí LED, LED shoří a trvale se poškodí.

V případě, že je napájecí napětí vyšší než propustné napětí LED, použije se vypočítaný odpor v sérii s napájením k omezení proudu do LED. To zajišťuje, že LED je schopna bezpečně svítit s optimálním jasem.

Hodnota propustného napětí většiny dnešních LED je kolem 3,3 V. Ať už se jedná o červenou, zelenou nebo žlutou LED, všechny lze obvykle rozsvítit přivedením 3,3 V přes jejich anodové a katodové svorky.

Napájecí napětí LED musí být stejnosměrné. Lze použít i AC, ale pak by k LED měla být připojena usměrňovací dioda. Tím je zajištěno, že změna polarity střídavého napětí nezpůsobí žádné poškození LED.

Omezovací proud

LED diody, stejně jako normální diody, nemají žádné vlastní omezení proudu. V důsledku toho, pokud je připojen přímo přes baterii, bude spálen.

Pokud je napájecí napětí přibližně 3,3 V, LED nebude vyžadovat omezovací odpor. Pokud je však napájecí napětí vyšší než 3,3 V, bude vyžadován odpor v sérii se svorkou LED.

Rezistor může být zapojen buď do série s anodovou svorkou LED, nebo s katodovou svorkou LED.

Aby nedošlo k poškození, musí být k obvodu připojen odpor pro řízení proudu. Normální indikátor LED diody mají maximální specifikaci proudu zhruba 20 mA; pokud je proud omezen pod tuto hodnotu, světelný výkon LED se úměrně sníží.

Jak je znázorněno na obr. 3 výše, napětí na samotné LED může být nutné vzít v úvahu při odhadování množství spotřebovaného proudu. Protože pokud se napětí zvýší, úměrně se zvýší i spotřeba proudu.

Vzorec pro výpočet omezovacího odporu je uveden níže:

R = V - LED FWD V / LED Proud