كيف يعمل LED

2024 مؤلف: Sherilyn Boyd | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 09:38

الديود هو نوع خاص من أشباه الموصلات التي لها العديد من الاستخدامات. واحد من الاستخدامات الرئيسية على الرغم من التحكم في اتجاه تدفق الكهرباء. النوع الأكثر شيوعا من الصمام الثنائي يفعل ذلك باستخدام شيء يسمى "تقاطعات p-n". هذا هو مجرد وسيلة نزوة لقول "السحر". 😉

على الرغم من ذلك ، من الناحية البسيطة ، يمكن التفكير في دكتور بيبر منقسمة في الوسط. في إحدى المرات ، تكون قد صنعت مادة شبه موصلة قمت بإضافة الشوائب إليها بحيث تحتوي على ناقلات سالب الشحنة ؛ في الأساس وفرة من الإلكترونات. ثم نطلق على هذا الجانب اسم "أشباه الموصلات من النوع" n. في النصف الآخر ، فعلت الشيء نفسه ، باستثناء أنك قدمت الشوائب التي تحتوي على ناقلات موجبة الشحنة ؛ فكر فيها بشكل أساسي كحزمة من الثقوب التي تحتاجها الإلكترونات. نحن نطلق على هذا الجانب اسم "أشباه الموصلات من النوع p".

لذلك لدينا على جانب واحد من أشباه الموصلات من نوع ن وعلى الجانب الآخر من أشباه الموصلات من نوع ف. ويطلق على الحدود بين هاتين الحالتين اسم "نقطة التقاء p-n". هذا هو المكان الذي يحدث كل السحر. اتضح أن التيار التقليدي سوف ينتقل من جانب إلى آخر ، لكنه لا يحب الذهاب في الاتجاه المعاكس. لذا يمكنك استخدام هذا للتأكد من أن الكهرباء تتدفق فقط في الاتجاه الذي تريده في دائرتك (بين الكثير من الأشياء الأخرى ؛ الثنائيات الخطيرة هي مجنونة مفيدة في مجموعة متنوعة من الطرق ويمكن أن تقوم مختلف الثنائيات المتخصصة ببعض الأشياء الأخرى المثيرة للاهتمام ، التي لن أدخل فيها في هذه المقالة ، لكنني سأراجعها على الأرجح في مرحلة ما ، بشكل عام ، هذه التقاطعات في قلب جميع الأجهزة الإلكترونية شبه الموصلة تقريبًا).

فكيف يتم تعديل هذه الثنائيات لإنتاج الضوء؟ حسنًا ، تبين أنها لا تحتاج إلى تعديل على الإطلاق لإنتاج شكل من أشكال الإشعاع الضوئي. ومع ذلك ، تميل الثنائيات القياسية إلى أن تكون مصنوعة من مواد تمتص معظم إشعاع الضوء المستخلص ، والأهم من ذلك أنها لا تميل إلى إلقاء الضوء في شكل واضح للإنسان على أي حال.

ما يحدث هنا هو ، عندما تقفز الكهرباء عبر تقاطع p-n ، فإن الإلكترونات من الجانب "n-type" "ملء الثقوب" في الجانب "p-type". خلال هذه العملية ، تنتهي الإلكترونات بتغيير حالتها. خلال هذه الحالة ، ينبعث فوتون. وبشكل أكثر تحديدًا ما يحدث ، بينما تتحرك الإلكترونات حول مدار نواة ذرة ، تكون للإلكترونات ذات المدارات المختلفة كميات مختلفة من الطاقة. تمتلك الإلكترونات التي تدور في مدارات أبعد من النواة طاقة أكبر وأقرب منها طاقة أقل.

إذا كان التردد ينتهي في الطيف المرئي للإنسان (المدى الذي يمكن أن تراه عيناك) ، فسترى الضوء الذي يصدر عن LED. إذا لم يكن الأمر كذلك ، على سبيل المثال عند إعطائه في طيف الأشعة تحت الحمراء ، فإنك لن تراها. ولكن يمكن أن يكون مفيدًا ، مثل السماح لك بتغيير القناة على جهاز التلفزيون (عادةً ما تستخدم مصابيح LED للأشعة تحت الحمراء في جهاز التحكم عن بُعد الخاص بالتلفزيون بين العديد من الأماكن الأخرى). عندما تضغط زرًا على جهاز التحكم عن بُعد ، فإنك لا ترى الضوء ، ولكن يمكن لجهاز الاستقبال على جهاز التلفزيون مشاهدته ويمكنه تفسير ما يشاهده من خلال مؤشر الأشعة تحت الحمراء.

في المصابيح ، يعتمد الضوء الذي يتم إنشاؤه في النهاية على المواد المستخدمة والتيار الذي يتم تشغيله من خلاله. يحتوي الضوء في الصمام الثنائي القياسي على ذرات مرتبة بحيث يكون انخفاض الإلكترون في الطاقة قصيرًا جدًا ، وبالتالي لا يكون تواتر الضوء الممنوح ظاهراً لأعيننا ، بل بالأشعة تحت الحمراء. وببساطة ، فإن مصابيح LED ، حيث يمكنك رؤية الضوء ، تصنع من مواد شبه موصلة تؤدي إلى انخفاض أكبر في مدار الإلكترون بحيث يخرج تردد حزمة الفوتون في الطيف البصري البشري. يمكن حتى تصميمها بحيث تتدفق كمية الكهرباء التي تتدفق من خلالها فعليًا إلى الانخفاض وبالتالي يمكنك الحصول على مصابيح LED متعددة الألوان.

حقائق المكافأة:

• كانت الثنائيات أول الأجهزة الإلكترونية شبه الموصلة.
• يعزى اكتشاف الوصلة p-n إلى الفيزيائي الأمريكي راسل أول من مختبرات بيل.
• هذه "الوصلات p-n" ليست فقط جوهر الثنائيات ، بل هي أيضًا اللبنات الأساسية لجميع الأجهزة الإلكترونية شبه الموصلة ، مثل الترانزستورات ، والخلايا الشمسية ، والدوائر المتكاملة ، إلخ.
• عملية إضافة الشوائب لأشباه الموصلات تسمى "doping".
• تعتبر مصابيح LED أكثر كفاءة بكثير من المصابيح المتوهجة "العادية" نظرًا لأنها لا تعطي حرارة تقريبًا. لذا فإن نسبة مئوية أعلى بكثير من الكهرباء المستخدمة تذهب إلى صنع الضوء ، بدلاً من المصابيح المتوهجة حيث تنتهي نسبة جيدة منه فقط لصنع الحرارة.
• وتسمى هذه الظاهرة التي يطلق عليها الضوء نتيجة للتشغيل الحالي عبر جهاز "electroluminescence". هذا يختلف عن أشياء مثل الانبعاثات الخفيفة بسبب الحرارة ، والتي تسمى الإنارة ؛ أو الضوء من خلال بعض التفاعلات الكيميائية ، والتي تسمى chemiluminescence ؛ من بين أمور أخرى.
• تم اكتشاف اللمعان الكهربائي من قبل شركة H.J. Round of Marconi Labs البريطانية المولودة عام 1907.