Khi chúng ta đặt điện áp trên đèn LED, nó tạo ra ánh sáng. Tất cả điều này đến từ một mảnh vật liệu bán dẫn nhỏ bên trong đèn LED, phát ra năng lượng dưới dạng photon. Điều thú vị là nếu chúng ta chiếu ánh sáng vào đèn LED, chúng ta đang bắn các photon trở lại nó, đảo ngược quá trình và tạo ra một điện áp nhỏ. Đèn LED có nhiều hình dạng, màu sắc và kích thước khác nhau cho các ứng dụng khác nhau. LED là viết tắt của Light Emitting Diode.
Biểu tượng LED và thông tin cơ bản
Trong bản vẽ kỹ thuật, chúng tôi sử dụng một ký hiệu cụ thể cho đèn LED. Lưu ý rằng nó trông rất giống với biểu tượng diode nhưng bao gồm các mũi tên cho biết ánh sáng đang được phát ra. Cả đèn LED và điốt đều hoạt động trên cùng một nguyên tắc: vật liệu bán dẫn được kẹp giữa các đầu nối điện. Mặc dù cả hai đều phát ra photon, nhưng chỉ có đèn LED phát ra các photon trong phạm vi mà con người có thể nhìn thấy, cụ thể là bước sóng khoảng 400 đến 700 nanomet. Tùy thuộc vào bước sóng, chúng ta cảm nhận được các màu sắc khác nhau.
Chẳng hạn:
- Tín hiệu đài FM là sóng photon khoảng 3 mét.
- Tín hiệu Wi-Fi nhỏ hơn khoảng sáu cm.
- Tia X y tế rất nhỏ khoảng 0,01 nanomet.
Tất cả đều nằm ngoài quang phổ nhìn thấy của chúng ta. Bạn có thể nhận thấy một đèn LED trong điều khiển từ xa của TV phát ra ánh sáng hồng ngoại, thường là khoảng 940 nanomet - con người không thể nhận thấy nhưng có thể nhìn thấy trên camera điện thoại.
Đèn LED khác với điốt tiêu chuẩn như thế nào
Bên trong đèn LED, các electron kết hợp với các lỗ trống, giải phóng các photon trong quá trình này. Điốt tiêu chuẩn sử dụng các vật liệu khác nhau trong các lớp bán dẫn của chúng, tạo ra các photon trong phạm vi cận hồng ngoại. Các photon này được vỏ hấp thụ và chuyển thành nhiệt, làm cho điốt trở nên nóng. Ngược lại, đèn LED tạo ra rất ít nhiệt, làm cho chúng tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với đèn sợi đốt truyền thống, tạo ra nhiệt đáng kể bằng cách làm nóng dây tóc để tạo ra ánh sáng nhìn thấy.
Hầu hết các đèn LED bạn sẽ nhận ra là loại lỗ xuyên năm mm, thường có một mặt có cạnh phẳng. Cạnh phẳng này cho biết mặt cực âm, giúp xác định cực chính xác dễ dàng hơn. Đèn LED xuyên lỗ hoàn hảo để học thiết bị điện tử, có sẵn với số lượng lớn với giá rẻ và thích hợp để lắp vào bảng thử nghiệm hoặc hàn vào bảng mạch in. Ngoài ra còn có các phiên bản 3 mm nhỏ hơn và các phiên bản lớn hơn 10 mm, thường là hình vòm, cũng như các biến thể hình vuông.
Thiết bị gắn trên bề mặt (SMD) và đèn LED công suất cao
Đèn LED SMD, hoặc Thiết bị gắn trên bề mặt, được hàn trực tiếp vào bảng mạch cho các thiết kế nhỏ gọn. Các phiên bản này nhỏ hơn nhiều, đôi khi cần kính hiển vi để hàn. Đèn LED SMD thường được sử dụng trong bóng đèn. Ví dụ, đèn LED màu xanh lam với một lớp phốt pho màu vàng kết hợp ánh sáng vàng và xanh lam để tạo ra ánh sáng trắng. Đèn LED công suất cao, về cơ bản là nhiều đèn LED được đóng gói chặt chẽ với nhau, thường được sử dụng cho đèn pin và đèn pha do độ sáng và khả năng hiển thị của chúng từ khoảng cách xa.
Phân cực và bảo vệ LED
Đèn LED chỉ sáng khi dây dẫn cực dương được kết nối với cực dương và cực âm với cực âm. Dây dẫn dài nhất của đèn LED thường là cực dương, giúp việc xác định cực trở nên đơn giản. Nếu các dây dẫn bị cắt, cạnh phẳng trên vỏ đèn LED cho biết phía cực âm. Ngoài ra, đèn LED có hai tấm kim loại bên trong — tấm lớn hơn là cực âm. Một số đèn LED có một chấm nhỏ để biểu thị cực, nhưng điều cần thiết là phải kiểm tra bảng dữ liệu của nhà sản xuất hoặc tự kiểm tra.
Kết nối đèn LED trực tiếp với nguồn điện áp cao hơn, chẳng hạn như pin chín volt, có thể phá hủy nó. Để ngăn chặn điều này, một điện trở được sử dụng để giảm dòng điện của các electron, bảo vệ đèn LED bằng cách loại bỏ năng lượng điện dư thừa dưới dạng nhiệt. Ví dụ: với pin 9 volt, điện trở có thể loại bỏ khoảng 7 volt, cho phép đèn LED hoạt động an toàn ở 2 volt còn lại. Điện trở đặt dòng điện cho mạch, có thể thay đổi để kiểm soát độ sáng của đèn LED.
Trình điều khiển và mạch LED
Trình điều khiển LED được sử dụng trong bóng đèn và các thiết bị chuyên dụng cung cấp năng lượng cho dải chiếu sáng để cung cấp điện áp và dòng điện chính xác. Ví dụ, đèn chạy 230 volt sử dụng bộ chỉnh lưu để thay đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, tụ điện để làm mịn và chip để cung cấp dòng điện không đổi cho đèn LED, ngăn chặn hiện tượng nhấp nháy.
Dải đèn USB là các mạch đơn giản trong đó cổng USB cung cấp đường ray 5 volt và đường ray nối đất, với điện trở và đèn LED được kết nối song song. Thiết kế này cho phép linh hoạt về chiều dài, vì việc cắt dải ảnh hưởng đến dòng điện dựa trên số lượng đèn LED.
Bên trong đèn LED
Bên trong vỏ đèn LED, cả dây dẫn cực dương và cực âm đều có các tấm kim loại được ngăn cách bởi một khe hở nhỏ. Tấm lớn hơn cho biết mặt cực âm. Chất bán dẫn của đèn LED bao gồm một lớp loại n với các electron tự do và một lớp loại p có lỗ. Khi được cấp nguồn, các electron chảy từ lớp loại n sang lớp loại p, giải phóng các photon tại điểm tiếp giáp PN. Bước sóng của các photon này xác định màu sắc của ánh sáng, phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn được sử dụng.
Vật liệu bán dẫn và màu sáng
Các vật liệu bán dẫn khác nhau tạo ra các bước sóng ánh sáng khác nhau. Chẳng hạn:
- Điốt silicon phát ra ánh sáng cận hồng ngoại mà con người không thể nhìn thấy.
- Gali asen kết hợp với gali phosphide cho phép tạo ra nhiều màu sắc bằng cách điều chỉnh khoảng cách dải của vật liệu bán dẫn.
Bằng cách trộn các vật liệu khác nhau, các nhà khoa học có thể đạt được bất kỳ màu nào giữa đỏ và xanh lá cây, cho phép tạo ra nhiều màu sắc và ánh sáng trắng khác nhau bằng cách kết hợp đèn LED đỏ, xanh lá cây và xanh lam.
Kết thúc
Đèn LED là nguồn sáng linh hoạt, tiết kiệm năng lượng được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ các chỉ báo đơn giản đến hệ thống chiếu sáng phức tạp. Hiểu cách hoạt động của đèn LED liên quan đến kiến thức về vật lý bán dẫn, thiết kế mạch và khoa học vật liệu, tất cả đều góp phần tạo nên các giải pháp chiếu sáng sống động và hiệu quả mà chúng ta dựa vào ngày nay.
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
- LED là viết tắt của gì?
LED là viết tắt của Light Emitting Diode. Nó là một thiết bị bán dẫn phát ra ánh sáng khi có dòng điện chạy qua nó.
- Tại sao đèn LED tạo ra các màu sắc khác nhau?
Màu sắc của ánh sáng do đèn LED tạo ra phụ thuộc vào bước sóng của các photon phát ra, được xác định bởi vật liệu bán dẫn được sử dụng trong cấu tạo của đèn LED. Các vật liệu khác nhau có khoảng cách dải khác nhau, dẫn đến bước sóng và màu sắc ánh sáng khác nhau.
- Làm cách nào để bảo vệ đèn LED khỏi bị phá hủy bởi điện áp cao?
Để bảo vệ đèn LED khỏi điện áp cao, hãy sử dụng điện trở trong mạch để hạn chế dòng điện chạy qua đèn LED. Điện trở làm giảm điện áp đến mức an toàn, ngăn dòng điện quá mức có thể làm hỏng đèn LED.
