الشكل الكامل لمصباح LED هو الصمام الثنائي الباعث للضوء. تعد مصابيح LED نوعًا خاصًا من ثنائيات أشباه الموصلات التي تبعث الضوء استجابةً لاختلاف محتمل يتم تطبيقه عبر أطرافها ، ومن هنا جاء اسم الصمام الثنائي الباعث للضوء. تمامًا مثل الصمام الثنائي العادي ، تحتوي مصابيح LED أيضًا على طرفين مع قطبية ، وهما الأنود والكاثود. لإلقاء الضوء على LED ، يتم تطبيق فرق الجهد أو الجهد عبر محطات الأنود والكاثود.

اليوم ، تُستخدم مصابيح LED على نطاق واسع لتصنيع مصابيح LED متطورة وعالية السطوع. تستخدم هذه أيضًا بشكل شائع لتصنيع مصابيح LED المزخرفة ، ومؤشرات LED.

نبذة تاريخية

على الرغم من حقيقة أن مصابيح LED تعتبر اليوم أحد منتجات صناعة أشباه الموصلات عالية التقنية ، فقد تم تحديد خصائصها المضيئة في البداية منذ عدة سنوات. أول شخص لاحظ تأثير ضوء LED كان أحد مهندسي Marconi ، H.J Round ، المعروف أيضًا بالعديد من اختراعات الأنبوب والراديو. صادف أن اكتشف هذا في عام 1907 أثناء بحثه مع ماركوني على أجهزة الكشف عن البلورات بنقاط الاتصال.

“كيفية صنع جهاز إرسال واستقبال لاسلكي ”

في عام 1907 ، كانت مجلة Electrical World هي أول من قدم تقريرًا عن هذه الاختراقات. ظل مفهوم LED كامنًا لعدة سنوات حتى أعيد اكتشافه في عام 1922 من قبل العالم الروسي O.V. لوسوف.

أقام لوسوف في لينينغراد ، حيث قُتل بشكل مأساوي في الحرب العالمية الثانية. ومن المحتمل أن تكون معظم مخططاته قد ضاعت في الحرب. على الرغم من أنه قدم ما مجموعه أربع براءات اختراع بين عامي 1927 و 1942 ، إلا أنه لم يتم الاعتراف بأبحاثه إلا بعد وفاته.

ظهر مفهوم LED مرة أخرى في عام 1951 ، عندما بدأت مجموعة من العلماء تحت K.Lehovec التحقيق في التأثير. استمر التحقيق بمشاركة منظمات وباحثين آخرين ، بما في ذلك دبليو شوكلي (مخترع الترانزستور). في النهاية ، خضع مفهوم LED لصقل كبير وبدأ تسويقه في أواخر الستينيات.

ما هي مادة أشباه الموصلات المستخدمة في تقاطع LED؟

في جوهرها ، الثنائيات الباعثة للضوء هي تقاطع PN متخصص مصنوع باستخدام أشباه الموصلات المركبة.

السليكون والجرمانيوم هما أكثر أشباه الموصلات استخدامًا ، ولكن نظرًا لأن هذه ليست سوى عناصر ، فلا يمكن تصنيع مصابيح LED منها.

على العكس من ذلك ، غالبًا ما يتم استخدام مواد مثل زرنيخيد الغاليوم وفوسفيد الغاليوم وفوسفيد الإنديوم التي تجمع بين عنصرين أو أكثر لصنع مصابيح LED. زرنيخيد الغاليوم ، على سبيل المثال ، له تكافؤ ثلاثة والزرنيخ له تكافؤ خمسة ، وبالتالي ، كلاهما مصنف على أنهما مجموعة أشباه الموصلات من المجموعة الثالثة إلى الخامسة.

يمكن أيضًا استخدام المواد التي تنتمي إلى المجموعة III-V لإنشاء أشباه موصلات مركبة أخرى.

عندما يكون تقاطع أشباه الموصلات متحيزًا للأمام ، فإن الثقوب من منطقة النوع P والإلكترونات من منطقة النوع N تدخل التقاطع وتتحد ، تمامًا كما تفعل في الصمام الثنائي العادي.

يتحرك التيار عبر التقاطع بهذه الطريقة.

نتيجة لذلك ، يتم إطلاق الطاقة ، وبعضها ينبعث مثل الفوتونات (الضوء). من أجل ضمان أن الهيكل يمتص أقل كمية من الفوتونات (الضوء) ، يتم وضع الجانب P من التقاطع ، الذي ينتج غالبية الضوء في معظم الحالات ، بالقرب من سطح الجهاز.

يجب تحسين الوصلة بشكل مثالي ويجب استخدام المواد المناسبة لإنشاء ضوء مرئي. منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف هي المكان الذي ينبعث منه زرنيخيد الغاليوم النقي طاقته.

كيف تحصل المصابيح على ألوانها

يتم إدخال الألومنيوم إلى أشباه الموصلات لإنتاج زرنيخيد الغاليوم الألومنيوم ، والذي ينقل ضوء LED إلى النهاية الحمراء الساطعة للطيف (AIGaAs).

يمكن أيضًا إنتاج الضوء الأحمر عن طريق إضافة الفوسفور.

يتم استخدام مواد مختلفة لألوان LED الأخرى. على سبيل المثال ، يصدر فوسفيد الغاليوم الضوء الأخضر ، بينما ينتج الضوء الأصفر والبرتقالي بواسطة فوسفيد الإنديوم الغاليوم الألومنيوم. غالبية مصابيح LED مصنوعة من أشباه موصلات الغاليوم.

يتم تصنيع مصابيح LED بهيكلتين

الصمام الثنائي الباعث للسطح والصمام الثنائي الباعث للحافة ، والتي تظهر في التين. 1 A و B ، على التوالي ، هما البنيتان الأساسيتان المستخدمتان لمصابيح LED. يعتبر الصمام الثنائي الباعث للسطح هو الأكثر شيوعًا لأنه ينتج الضوء بزاوية أوسع.

بعد التصنيع ، يجب إحاطة هيكل LED بطريقة يمكن استخدامها بأمان دون أي ضرر لمصباح LED.

يتم تغليف غالبية مؤشرات LED الصغيرة بغراء إيبوكسي بمؤشر انكسار يقع في مكان ما بين مؤشر أشباه الموصلات والهواء المحيط (انظر الشكل 2 أدناه). وبالتالي ، يتم حماية الصمام الثنائي تمامًا ، ويتم نقل الضوء إلى العالم الخارجي بأكثر الطرق فعالية.

مواصفات LED للجهد الأمامي (VF)

نظرًا لأن مصابيح LED هي أجهزة حساسة حاليًا ، يجب ألا يتجاوز الجهد المطبق الحد الأدنى لمواصفات الجهد الأمامي لمصباح LED. إن مواصفات الجهد الأمامي لمصباح LED (VF) هي ببساطة مستوى الجهد الأمثل الذي يمكن استخدامه لإضاءة LED بأمان وبريق. إذا تجاوز التيار مواصفات الجهد الأمامي لمصباح LED ، فسوف يحترق مؤشر LED ويتلف بشكل دائم.

“مزايا مصباح بخار الزئبق وعيوبه ”

في حالة أن جهد الإمداد أعلى من الجهد الأمامي لمصباح LED ، يتم استخدام المقاوم المحسوب في سلسلة مع الإمداد للحد من التيار إلى LED. هذا يضمن أن LED قادر على الإضاءة بأمان مع السطوع الأمثل.

تبلغ قيمة الجهد الأمامي لمعظم مصابيح LED اليوم حوالي 3.3 فولت. سواء كانت حمراء أو خضراء أو صفراء ، يمكن إضاءة جميعها عادةً عن طريق تطبيق 3.3 فولت عبر محطات الأنود والكاثود الخاصة بهم.

يجب أن يكون جهد إمداد مؤشر LED هو تيار مستمر. يمكن أيضًا استخدام التيار المتردد ولكن بعد ذلك يجب أن يكون لمصباح LED صمام ثنائي مقوم متصل به. هذا يضمن أن تغيير قطبية جهد التيار المتردد لا يسبب أي ضرر لمصباح LED.

“أنواع أجهزة التحكم بالشحن بالطاقة الشمسية ”

الحد من التيار

المصابيح ، مثل الثنائيات العادية ، ليس لها حدود متأصلة في التيار. نتيجة لذلك ، إذا تم توصيلها مباشرة عبر بطارية ، فسوف يتم حرقها.

إذا كان التيار المستمر حول 3.3 فولت ، فلن يتطلب مؤشر LED مقاومة محدودة. ومع ذلك ، إذا كان جهد الإمداد أعلى من 3.3 فولت ، فستكون هناك حاجة إلى المقاوم في سلسلة مع طرف LED.

يمكن توصيل المقاوم إما في سلسلة مع طرف الأنود الخاص بمصباح LED ، أو مع طرف الكاثود الخاص بمصباح LED.

لتجنب التلف ، يجب توصيل المقاوم بالدائرة للتحكم في التيار. مؤشرات LED العادية لها مواصفات حالية قصوى تبلغ حوالي 20 مللي أمبير ؛ إذا كان التيار محدودًا أدناه ، فسيقل ناتج ضوء LED بشكل متناسب.

كما هو موضح في الشكل 3 أعلاه ، قد يلزم مراعاة الجهد عبر الصمام نفسه أثناء تقدير كمية التيار المستهلك. لأنه إذا زاد الجهد فإن الاستهلاك الحالي سيزداد أيضًا بشكل متناسب.

صيغة حساب المقاوم المحدد هي كما يلي:

R = V - LED FWD V / LED الحالي