Apabila kita menggunakan voltan merentasi LED, ia menghasilkan cahaya. Ini semua datang daripada sekeping kecil bahan semikonduktor di dalam LED, yang memancarkan tenaga sebagai foton. Menariknya, jika kita menyinari cahaya ke LED, kita menembak foton kembali ke dalamnya, membalikkan proses dan menghasilkan voltan kecil. LED datang dalam pelbagai bentuk, warna dan saiz untuk pelbagai aplikasi. LED bermaksud Diod Pemancar Cahaya.

Simbol LED dan Asas

Dalam lukisan kejuruteraan, kami menggunakan simbol khusus untuk LED. Perhatikan ia kelihatan sangat serupa dengan simbol diod tetapi termasuk anak panah yang menunjukkan bahawa cahaya sedang dipancarkan. Kedua-dua LED dan diod beroperasi pada prinsip yang sama: bahan semikonduktor diapit di antara penyambung elektrik. Walaupun kedua-duanya memancarkan foton, hanya LED yang memancarkan foton dalam julat yang boleh dilihat oleh manusia, khususnya panjang gelombang sekitar 400 hingga 700 nanometer. Bergantung pada panjang gelombang, kita melihat warna yang berbeza.

Sebagai contoh:

• Isyarat radio FM ialah gelombang foton sekitar 3 meter.
• Isyarat Wi-Fi lebih kecil pada sekitar enam sentimeter.
• X-ray perubatan adalah kecil pada sekitar 0.01 nanometer.

Ini semua berada di luar spektrum kita yang boleh dilihat. Anda mungkin perasan LED pada alat kawalan jauh TV anda memancarkan cahaya inframerah, biasanya sekitar 940 nanometer—tidak dapat dilihat oleh manusia tetapi boleh dilihat pada kamera telefon.

Bagaimana LED Berbeza daripada Diod Standard

Di dalam LED, elektron bergabung dengan lubang, membebaskan foton dalam proses itu. Diod standard menggunakan bahan yang berbeza dalam lapisan semikonduktornya, menghasilkan foton dalam julat inframerah dekat. Foton ini diserap oleh selongsong dan ditukar kepada haba, menyebabkan diod menjadi panas. Sebaliknya, LED menghasilkan haba yang sangat sedikit, menjadikannya lebih cekap tenaga berbanding lampu pijar tradisional, yang menjana haba yang ketara dengan memanaskan filamen untuk menghasilkan cahaya yang boleh dilihat.

Kebanyakan LED yang anda akan kenali ialah jenis lubang melalui lima milimeter, yang selalunya mempunyai satu sisi dengan tepi rata. Tepi rata ini menunjukkan bahagian katod, menjadikannya lebih mudah untuk mengenal pasti kekutuban yang betul. LED melalui lubang sesuai untuk pembelajaran elektronik, boleh didapati secara pukal dengan murah dan sesuai untuk dimasukkan ke dalam papan ujian atau pematerian ke dalam papan litar bercetak. Terdapat juga versi 3 milimeter yang lebih kecil dan versi 10 milimeter yang lebih besar, biasanya berbentuk kubah, serta varian berbentuk segi empat sama.

Peranti Pelekap Permukaan (SMD) dan LED Berkuasa Tinggi

LED SMD, atau Peranti Pelekap Permukaan, dipateri terus ke papan litar untuk reka bentuk padat. Versi ini jauh lebih kecil, kadangkala memerlukan mikroskop untuk dipateri. LED SMD biasanya digunakan dalam mentol lampu. Sebagai contoh, LED biru dengan lapisan fosforus kuning menggabungkan cahaya kuning dan biru untuk mencipta cahaya putih. LED berkuasa tinggi, yang pada asasnya banyak LED yang dibungkus rapat, sering digunakan untuk obor dan lampu limpah kerana kecerahan dan penglihatannya dari jarak yang jauh.

Kekutuban dan Perlindungan LED

LED hanya menyala apabila plumbum anod disambungkan kepada positif dan katod kepada negatif. Plumbum terpanjang LED biasanya anod, menjadikan pengenalpastian kekutuban mudah. Jika petunjuk dipotong, tepi rata pada sarung LED menunjukkan bahagian katod. Selain itu, LED mempunyai dua plat logam di dalamnya—plat yang lebih besar ialah katod. Sesetengah LED mempunyai titik kecil untuk menunjukkan kekutuban, tetapi adalah penting untuk menyemak helaian data pengilang atau mengujinya sendiri.

Menyambungkan LED terus ke sumber voltan yang lebih tinggi, seperti bateri sembilan volt, boleh memusnahkannya. Untuk mengelakkan ini, perintang digunakan untuk mengurangkan arus elektron, melindungi LED dengan mengeluarkan tenaga elektrik yang berlebihan sebagai haba. Sebagai contoh, dengan bateri 9 volt, perintang mungkin mengeluarkan sekitar 7 volt, membolehkan LED beroperasi dengan selamat pada baki 2 volt. Perintang menetapkan arus untuk litar, yang boleh diubah untuk mengawal kecerahan LED.

Pemacu dan Litar LED

Pemacu LED digunakan dalam mentol lampu dan unit khusus yang menggerakkan pencahayaan jalur untuk memberikan voltan dan arus yang betul. Sebagai contoh, lampu yang menyala 230 volt menggunakan penerus untuk menukar arus ulang-alik kepada arus terus, kapasitor untuk melicinkannya dan cip untuk memberikan arus malar kepada LED, menghalang kelipan.

Jalur lampu USB ialah litar mudah di mana port USB menyediakan rel 5 volt dan rel tanah, dengan perintang dan LED disambungkan secara selari. Reka bentuk ini membolehkan fleksibiliti panjang, kerana memotong jalur menjejaskan arus berdasarkan bilangan LED.

Di dalam LED

Di dalam kes LED, kedua-dua petunjuk anod dan katod mempunyai plat logam yang dipisahkan oleh jurang kecil. Plat yang lebih besar menunjukkan bahagian katod. Semikonduktor LED terdiri daripada lapisan jenis-n dengan elektron bebas dan lapisan jenis-p dengan lubang. Apabila dikuasakan, elektron mengalir dari jenis-n ke lapisan jenis-p, membebaskan foton di persimpangan PN. Panjang gelombang foton ini menentukan warna cahaya, yang bergantung kepada bahan semikonduktor yang digunakan.

Bahan Semikonduktor dan Warna Cahaya

Bahan semikonduktor yang berbeza menghasilkan panjang gelombang cahaya yang berbeza. Sebagai contoh:

• Diod silikon memancarkan cahaya inframerah dekat, yang tidak dapat dilihat oleh manusia.
• Gallium arsenik digabungkan dengan fosfida galium membolehkan pelbagai warna dengan melaraskan jurang jalur bahan semikonduktor.

Dengan mencampurkan bahan yang berbeza, saintis boleh mencapai sebarang warna antara merah dan hijau, membolehkan penghasilan pelbagai warna dan cahaya putih dengan menggabungkan LED merah, hijau dan biru.

Kesimpulan

LED ialah sumber cahaya serba boleh dan cekap tenaga yang digunakan dalam pelbagai aplikasi, daripada penunjuk mudah kepada sistem pencahayaan yang kompleks. Memahami cara LED berfungsi melibatkan pengetahuan tentang fizik semikonduktor, reka bentuk litar dan sains bahan, semuanya menyumbang kepada penyelesaian pencahayaan yang bertenaga dan cekap yang kita harapkan hari ini.

Soalan Lazim (Soalan Lazim)

1. Apakah maksud LED?

LED bermaksud Diod Pemancar Cahaya. Ia adalah peranti semikonduktor yang memancarkan cahaya apabila arus elektrik melaluinya.

2. Mengapakah LED menghasilkan warna yang berbeza?

Warna cahaya yang dihasilkan oleh LED bergantung pada panjang gelombang foton yang dipancarkan, yang ditentukan oleh bahan semikonduktor yang digunakan dalam pembinaan LED. Bahan yang berbeza mempunyai jurang jalur yang berbeza, menghasilkan panjang gelombang dan warna cahaya yang berbeza.

3. Bagaimanakah saya boleh melindungi LED daripada dimusnahkan oleh voltan tinggi?

Untuk melindungi LED daripada voltan tinggi, gunakan perintang dalam litar untuk mengehadkan arus yang mengalir melalui LED. Perintang mengurangkan voltan ke tahap selamat, menghalang arus berlebihan yang boleh merosakkan LED.