تعمل الصمامات الرئيسية

مقدمة في LED

LED أو الصمام الثنائي الباعث للضوء هو صمام ثنائي تقاطع بسيط PN ، مصنوعة من مادة ذات حاجز طاقة أكبر. عندما يتم توفير الإمداد لتقاطع LED ، تنتقل الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل. عندما يفقد الإلكترون الطاقة ويعود إلى حالته الأصلية ، ينبعث فوتون. هذا الضوء المنبعث موجود في نطاق التردد الخاص بنطاق التردد المرئي للضوء.

يؤدى

يصدر هذا الصمام الثنائي البسيط الضوء عندما يكون تقاطع p-n متحيزًا بجهد منخفض يصل إلى 1 فولت. تعمل معظم مصابيح LED بين 1.5 فولت إلى 2 فولت ، لكن الأنواع عالية السطوع خاصة المصابيح البيضاء والأزرق والوردي تتطلب 3 فولت لإعطاء أقصى سطوع. يجب أن يقتصر التيار من خلال LED على 20-30 ملي أمبير وإلا سيتم حرق الجهاز. يمكن لمصابيح LED البيضاء والزرقاء تحمل تيار يصل إلى 40 ملي أمبير.

الصمام الثنائي الباعث للضوء - LED

يحتوي LED على شريحة أشباه موصلات تتكون من مركب الغاليوم الذي يتميز بخاصية انبعاث الفوتون من خلال تأثير التيار. يتم توصيل الرقاقة بعمودين طرفيين لتوفير جهد الإمداد. يتم تغليف المجموعة بأكملها في علبة إيبوكسي مع بروز أطراف التوصيل. يكون الرصاص الطويل لمصباح LED موجبًا بينما يكون الرصاص القصير سالبًا. في الأصل ، كان أشباه الموصلات المستخدمة في LED هو فوسفات أرسينيد الغاليوم (GaAsP) بينما يتم استخدام Gallium Aluminium Aeresnide (GaAlAs) الآن أيامًا في مصابيح LED عالية السطوع. تستخدم مصابيح LED باللونين الأزرق والأبيض نيتريد إنديوم جاليوم (InGaN) بينما تستخدم مصابيح LED متعددة الألوان مجموعات مختلفة من المواد لإنتاج ألوان مختلفة. يحتوي المصباح الأبيض على شريحة زرقاء بها فسفور أبيض غير عضوي. عندما يضرب الضوء الأزرق الفوسفور ، ينبعث الضوء الأبيض.

تنبعث مصابيح LED بناءً على التألق الكهربائي. تحتوي مادة أشباه الموصلات في LED على مناطق من النوع P و N. تحمل المنطقة p شحنة موجبة تسمى الثقوب بينما تطلق المنطقة N الإلكترونات. يتم وضع مادة انبعاث الفوتون بين الطبقات P و N. عندما يتم تطبيق فرق جهد بين طبقات P و N ، تتحرك الإلكترونات من الطبقة N نحو المادة النشطة وتتحد مع الثقوب. هذا يطلق الطاقة في شكل ضوء من المادة الفعالة. بناءً على نوع المادة الفعالة ، سيتم إنتاج ألوان مختلفة.

8 أنواع من المصابيح والمواد المستخدمة فيها

1. زرنيخيد الألومنيوم الغاليوم - الصمام بالأشعة تحت الحمراء

2. زرنيخيد الألمنيوم ، زرنيخيد الغاليوم ، فوسفيد الغاليوم - الصمام الأحمر

3. فوسفيد الجاليوم الألومنيوم ، نيتريد الغاليوم - الصمام الأخضر

4. فوسفيد الجاليوم الألومنيوم ، فوسفيد زرنيخيد الغاليوم ، فوسفيد الغاليوم - الصمام الأصفر

5. ألومنيوم جاليوم إنديوم فوسفيد - برتقالي ليد

6. نيتريد الإنديوم جاليوم ، كربيد السيليكون ، الياقوت ، سيلينيد الزنك - الصمام الأزرق

7. نيتريد الغاليوم القائم على نيتريد الغاليوم الإنديوم - LED أبيض

8. نيتريد إنديوم جاليوم ، نيتريد جاليوم الألومنيوم - LED فوق بنفسجي

8 معلمات LED

1. التدفق الضوئي- هو مقدار الطاقة من LED ويتم قياسه باللومن (lm) أو الملي لومن (mlm)

2. شدة الإضاءة - هو التدفق الضوئي الذي يغطي منطقة ويتم قياسه من حيث Candela (cd). يعتمد سطوع LED على شدة الإنارة.

3. كفاءة الإضاءة - تشير إلى الضوء بالنسبة للجهد المطبق. وحدتها هي لومن لكل واط (lm w).

4. الجهد الأمامي (Vf) - هو انخفاض الجهد عبر الصمام. يتراوح من 1.8 فولت في Red LED إلى 2.2 فولت في المصابيح الخضراء والأصفر. في المصابيح الزرقاء والبيضاء ، تبلغ 3.2 فولت.

5. التيار الأمامي (If) - هو الحد الأقصى المسموح به للتيار من خلال LED. يتراوح من 10 مللي أمبير إلى 20 مللي أمبير في LED العادي بينما 20 مللي أمبير إلى 40 مللي أمبير في المصابيح البيضاء والزرقاء. تتطلب مصابيح LED عالية السطوع 1 وات تيار 100-350 ملي أمبير.

6. زاوية الرؤية - وتسمى أيضًا زاوية خارج المحور. إنها كثافة الإضاءة التي تنخفض إلى نصف قيمة المحور. ينتج عن هذا سطوع كامل بشرط كامل. تتميز مصابيح LEDS عالية السطوع بزاوية رؤية ضيقة بحيث يتم تركيز الضوء في شعاع.

7. مستوى الطاقة - يعتمد مستوى الطاقة في ناتج الضوء على الجهد المطبق والشحنة في إلكترونات أشباه الموصلات. مستوى الطاقة هو E = qV حيث q هي الشحنة في الإلكترونات و V هي الجهد المطبق. تكون قيمة q عادةً -1.6 × 1019 جول.

8. Wattage of LED - هو الجهد الأمامي مضروبًا في التيار الأمامي. إذا كان التيار الزائد يتدفق عبر LED ، فسيتم تقليل عمره. لذلك يتم استخدام المقاوم المتسلسل ، عادةً 470 أوم إلى 1 كيلو للحد من التيار عبر LED.

يمكن تحديد المقاوم LED باستخدام الصيغة Vs - Vf / If. حيث Vs هو جهد الإدخال ، V هو الجهد الأمامي لـ LED و If هو التيار الأمامي لـ LED.

الحاجة لتوريد التيار المتردد لقيادة الصمام

بالنسبة للتطبيقات التي تتضمن طاقة منخفضة كما هو الحال في الهواتف المحمولة ، من الممكن استخدام مصدر التيار المستمر لمصباح LED. ومع ذلك ، بالنسبة للتطبيقات واسعة النطاق مثل إشارات المرور التي تستخدم مصابيح LED ، فمن غير المناسب في الواقع استخدام DC. هذا لأنه مع زيادة المسافة ، يساهم نقل طاقة التيار المستمر في المزيد من الخسائر ، كما أنه من غير المكلف استخدام الأجهزة لتحويل DC-DC. نتيجة لذلك ، من الأنسب استخدام مصدر التيار المتردد للتطبيقات المتطورة مثل توهج عدد كبير من مصابيح LED.

مكثف كمحدد جهد التيار المتردد

للمكثف خاصية معارضة التغيير في الجهد المطبق عن طريق سحب أو إمداد التيار من الدائرة ، أثناء الشحن أو التفريغ. يتم إعطاء التيار عبر المكثف كـ

أنا = CdV / دينارا

حيث C هي السعة ، dV / dt تشير إلى التغيير في الجهد. أنا هو الشحنة بين اللوحات لكل وحدة زمنية أو التيار.

التيار خلال المكثف هو رد فعل ضد التغير في الجهد. لذلك ، بالنسبة للجهد اللحظي العالي ، يكون التيار صفراً. بمعنى آخر ، يتأخر الجهد عن التيار بمقدار 90 درجة. هذه الخاصية للمكثف تجعله قابلاً للاستخدام كمخفض جهد لإمداد طاقة التيار المتردد. لكن هذا يعتمد على قيمة السعة والتردد. كلما زاد التردد والسعة ، قلت المفاعلة.

تطبيق يتضمن استخدام أنابيب التيار المتردد لقيادة LED

يمكن تشغيل الصمامات الثنائية الباعثة للضوء أو الصمام الثنائي الباعث للضوء مباشرة من خلال مصدر التيار المتردد ببساطة عن طريق الجمع بين مكثف ومقاوم. يتم تحويل مصدر التيار المتردد الرئيسي 220 فولت إلى تيار متردد منخفض الجهد باستخدام محول. يتم استخدام المكثف كمحدد للجهد حيث يكون المقاوم هو المحدد الحالي. تستخدم الثنائيات ذات PIV العالي (1000 فولت) لحماية المصابيح من الجهد العالي.

عادةً ما يكون انخفاض الجهد عبر مصباح LED أبيض حوالي 1.5 فولت. ترتبط المصابيح في مجموعتين متوازيتين. إذا تم استخدام 12 مصباحًا LED في كل مجموعة ، فإن انخفاض الجهد عبر مجموعة LED يكون حوالي 30 فولت. يعمل المقاوم كمحدد للتيار ويوفر انخفاضًا في الجهد يبلغ حوالي 30 فولت. وبالتالي ، من خلال الجمع بين المكثف والمقاوم ، يمكن تشغيل سلسلة من مصابيح LED. تعتمد قيمة المقاوم على عدد مصابيح LED المستخدمة. نظرًا لأن تصنيف LED عند 15 مللي أمبير ، فإن التيار عبر كل LED سيكون 15 مللي أمبير والتيار الإجمالي من خلال مجموعتي مجموعة LED سيكون 30 مللي أمبير ، مما يتسبب في انخفاض الجهد بمقدار 30 فولت عبر المقاوم 1 كيلو.

آمل أن تكون قد حصلت على فكرة حول مفهوم LED الذي يعمل بالتيار الكهربائي إذا كان هناك أي استفسار علاوة على ذلك حول هذا الموضوع أو حول مفهوم المشاريع الكهربائية والإلكترونية ، اترك قسم التعليقات أدناه.