Устройството и принципът на действие на светодиода

В лампите с нажежаема жичка светлината идва от гореща до бяла волфрамова нишка, по същество от топлина. Подобно на нажежаеми въглища в пещ, загрята от топлинния ефект на електрически ток, когато електроните бързо се колебаят и се сблъскват с възлите на кристалната решетка на проводящ метал, като същевременно излъчват видима светлина, която обаче представлява само по -малко от 15% от цялата изразходвана електрическа енергия, която захранва лампата … 

Светодиодите, за разлика от лампите с нажежаема жичка, излъчват светлина изобщо не поради топлина, а поради особеността на техния дизайн, който е основно насочен към гарантиране, че текущата енергия отива точно към излъчването на светлина, при това с определена дължина на вълната. В резултат на това ефективността на светодиода като източник на светлина надвишава 50%.

Токът тече тук през p-n-кръстовището, докато при прехода има рекомбинация на електрони и дупки с излъчването на фотони (кванти) на видима светлина с определена честота и следователно с определен цвят.

Всеки светодиод е подреден по принцип, както следва. Първо, както бе отбелязано по-горе, има кръстовище с електронна дупка, което се състои от полупроводници от р тип (по-голямата част от носителите на ток са дупки) и полупроводници от тип n, които са в контакт помежду си (по-голямата част от носителите на ток са електрони).

Когато ток се предава в посока напред през това кръстовище, тогава в точката на контакт на полупроводници от два противоположни типа възниква преход на заряд (носителите на заряд скачат между енергийните нива) от област с един вид проводимост към област с различен тип проводимост.

В този случай електроните с отрицателния си заряд се комбинират с йони на положително заредени дупки. В този момент се раждат фотони на светлината, чиято честота е пропорционална на разликата в енергийните нива на атомите (височината на потенциалната бариера) между веществата от двете страни на прехода.

Структурно светодиодите се предлагат в различни форми. Най -простата форма е пет милиметрово тяло — леща. Такива светодиоди често могат да бъдат намерени като индикаторни светодиоди на различни домакински уреди. В горната част, LED корпусът е оформен като леща. В долната част на корпуса е монтиран параболичен рефлектор (рефлектор).

На рефлектора има кристал, който излъчва светлина в точката, където токът преминава през pn прехода. От катода — към анода, от рефлектора — по посока на тънката жица, електроните се движат през куба — кристала.

Този полупроводников кристал е основният елемент на светодиода. Тук той е с размер 0,3 на 0,3 на 0,25 мм. Кристалът е свързан с анода чрез тънък теленен мост. Полимерното тяло е едновременно прозрачна леща, която фокусира светлината в определена посока, като по този начин се получава ограничен ъгъл на разминаване на светлинния лъч.

Днес светодиодите се предлагат във всички цветове на дъгата, от ултравиолетово и бяло до червено и инфрачервено. Най -често срещаните са червени, оранжеви, жълти, зелени, сини и бели LED цветове. И цветът на блясъка тук не се определя от цвета на корпуса!

Цветът зависи от дължината на вълната на фотоните, излъчвани от pn прехода. Например червеният цвят на червения светодиод има характерна дължина на вълната от 610 до 760 nm. Дължината на вълната от своя страна зависи от материала, който е бил използван при производството на определена част полупроводник за този светодиод.Така че, за да се получи цвят от червено до жълто, се използват примеси от алуминий, индий, галий и фосфор.

За получаване на цветове от зелено до синьо — азот, галий, индий. За да се получи бял цвят, към кристала се добавя специален фосфор, който превръща синия цвят в бял с помощта явления на фотолуминесценцията.

Вижте също: Защо светодиодът трябва да бъде свързан чрез резистор