Что такое светодиоды и почему они светятся?
Не секрет, что светодиодные источники света сегодня становятся всё более популярными. Соответственно с каждым годом растёт и количество производителей светодиодной продукции. Рынок настолько разнообразен, что потребителю становится всё труднее на нём ориентироваться. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо понимать, какие параметры светодиодов и светильников на их основе важны для их последующей эксплуатации, как они меняются с течением времени и каким образом влияют на срок их службы.
Чтобы понять природу излучения светодиодов, нужно вспомнить школьный курс физики, а именно – строение атома. Одной из самых первых моделей атома является модель Резерфорда-Бора, напоминающая модель солнечной системы: в середине атома находится ядро, имеющее положительный заряд, а вокруг него по орбитам разной траектории и направления вращаются отрицательно заряженные электроны.
Законы движения электронов в атоме очень сложны и сильно зависят от вещества, к которому этот атом относится. Например, в металлах электроны очень подвижны и легко «срываются со своих орбит» при появлении первых признаков электрического напряжения. В диэлектриках (резина, дерево и т.д.), наоборот, электроны довольно крепко привязаны к родному ядру, поэтому диэлектрики почти не проводят электрический ток.
Есть ещё и третий класс веществ – полупроводники, чья проводимость сильно зависит от некоторых условий, например, от температуры, механических воздействий и – что особенно важно – от концентрации примесей.
Возьмём, к примеру, кремний (Si) − один из наиболее распространённых на земле естественных полупроводников. При обычных условиях кремний не проводит электрический ток: он 4-хвалентен, и его атомы образуют стабильную кристаллическую решётку.
Но вот к нему добавляют небольшую примесь мышьяка (As).
В полупроводниках p-типа всё происходит с точностью до наоборот: в кремний добавляют небольшое количество атомов 3-хвалентного индия (In), он пытается установить связи с соседними атомами кремния, своих электронов у него не хватает, он захватывает недостающий электрон у одного из своих «соседей» и из нейтрального атома превращается в отрицательно заряженный ион. Образуется дырка. Такие полупроводники называют p-полупроводниками (от английского слова positive).
Если соединить оба кристалла и правильно подключить электроды, то свободные электроны и дырки будут двигаться навстречу друг другу. На границе полупроводников получим так называемый p-n-переход, где электроны и дырки рекомбинируют – то есть нейтрализуют друг друга. Каждая такая рекомбинация сопровождается выделением энергии в виде фотонов – одного или нескольких квантов света. Именно это явление и называется излучением светодиода.
Не все светодиоды испускают видимый свет, но если правильно подобрать материалы полупроводников и толщину p-n-перехода, можно получить излучение в пределах видимой области.
Таким образом, излучение светодиодов имеет принципиально иную природу, чем все доселе известные источники света: он непосредственно преобразует электрическую энергию в свет. Именно это обстоятельство и объясняет их удивительную эффективность – он очень незначительно нагревается. Для сравнения: лампа накаливания преобразует в свет только 5-10% потребляемой энергии.
Остальное уходит на бессмысленный нагрев окружающей среды.Читайте другие выпуски светодиодного ликбеза:
Выпуск 1. Что такое светодиоды и почему они светятся?
Выпуск 2. Какой свет излучают светодиоды?
Выпуск 3. Как получают белые светодиоды?
Выпуск 4. Смешение цветов в светодиодных приборах
Выпуск 5. Применение LED приборов
Выпуск 6. Светодиоды на сцене
Выпуск 7. Энергоэффективность светодиодов — миф или реальность?
Выпуск 8. От чего зависит срок службы светодиодов?
Почему светодиод светится разными цветами?
От чего зависит цвет светодиода? Может от цвета пластиковой оболочки? А как тогда обстоят дела с SMD светодиодами, у которых кристалл можно увидеть невооруженным глазом и там уж точно никакой цветной оболочки нет. Давайте же узнаем, почему светодиод светится разными цветами и от чего это зависит?
Начнем с самого простого варианта. Различный цвет свечения светодиода можно получить, просто окрасив его оболочку в тот или иной цвет.
Такие светодиоды встречаются довольно часто, а в их основе находиться обычный белый светодиод. Таким нехитрым образом можно получить самые разные цвета свечения.
Кстати, устройство обычного белого светодиода не такое уж и простое. В основе таких диодов находиться бирюзовые или ультрафиолетовые светодиоды, в которых для белого свечения применяют специальный состав — люминофор.
Из чего состоят кристаллы?
А как быть со светодиодами, у которых прозрачная оболочка, или же с SMD светодиодами? В таких светодиодах применяются особые материалы для создания светоизлучающего кристалла.
Наиболее распространенным материалом для производства кристаллов являются различные соединения Галлия. В основном используются соединения Галлий Фосфида трехвалентного, в которые добавляют различные примеси. С помощью этих соединений получают светодиоды со свечением красного, оранжевого желтого и зеленого цвета.
Но из текста мало понятно, давайте рассмотрим графические материалы.
Как видим, для обеспечения определенного свечения светодиодов используются различные соединения химических материалов. Обратите внимание, некоторые соединения применяются в светодиодах с различным цветом светимости. Это означает, что в таких светодиодах материал-основа дополнительно обрабатывается различными химическими соединениями.
Цвет получаемый совмещением.
Несколько иначе обстоят дела с инфракрасными и ультрафиолетовыми диодами, так как они излучают свет соответственно в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах. А вот бирюзовый светодиод состоит из двух светодиодных кристаллов — синего и красного, которые вместе дают такой цвет.
Кстати, двух и трехцветные светодиоды довольно распространены. Зачем изобретать новые материалы дающие определенное свечение, если можно просто подобрать несколько цветных диодов, дающих нужный цвет и объединить их в одном корпусе! Таким образом устроены RGB светодиоды.
Вот только в них применяется сразу три светодиодных кристалла — красный, синий и зеленый соответственно.
Теперь вы знаете, почему светодиоды могут давать различное свечение. Как видим, все довольно просто — есть несколько основных видов светодиодов, которые дают основные цвета, а уже с их помощью различных комбинаций этих кристаллов можно получить новый, определенный цвет свечения.
Опубликовано: 2021-09-13 Обновлено: 2021-09-13
Автор: Магазин Electronoff
Почему при прикосновении к нему загорается светодиод?
ВНИМАНИЕ: возможна опасность поражения электрическим током! Старый вопрос, но эффект светодиодной подсветки вызывает подозрения. Всякий раз, когда вы видите этот эффект, возможно, проверьте на опасность.
Если источник питания постоянного тока серьезно поврежден, то опасное напряжение переменного тока может присутствовать на одной или обеих выходных клеммах постоянного тока. Это легко зажжет светодиод, подключенный между источником питания и вашим телом (где ваше тело обеспечивает емкость в пару сотен пикофарад для близлежащего заземленного металлического кабелепровода, металла в полах и т.
д.)
Для проверки на наличие опасности используйте цифровой вольтметр для измерения сетевого напряжения переменного тока. Очень осторожно подключите его между «земляным» соединением вашего источника питания и настоящим «земляным» или «зеленым» соединением. Настоящее соединение с землей возможно с помощью металлического винта на любой розетке переменного тока, а также на открытых металлических кабелепроводах в гараже или подвале.
Если вы обнаружите 120 В переменного тока (или 220 В переменного тока в Великобритании) между землей и «заземлением питания», источник постоянного тока, вероятно, внутренне подключен к полному линейному напряжению переменного тока . Ваша «земля» на самом деле находится под напряжением и представляет опасность поражения электрическим током.
С другой стороны, если вы найдете гораздо более низкое напряжение, чем 120 В переменного тока, то, вероятно, это не опасно.
Многие блоки питания постоянного тока имеют плавающие выходные клеммы для переменного тока.
Но на самом деле они не плавающие, потому что низковольтная вторичная обмотка их трансформатора обычно имеет некоторую емкостную связь с первичной обмоткой 120 В переменного тока. Типичное «плавающее» напряжение на вторичной обмотке трансформатора будет около 40-70 В переменного тока, где трансформатор действует как емкостный делитель напряжения с емкостью в несколько пикофарад, «соединяющей» всю вторичную катушку между нейтралью переменного тока и линией переменного тока. При такой небольшой емкости последовательно с сигналом ~ 60 В переменного тока он может обеспечить не более нескольких микроампер по отношению к заземлению. (Этого более чем достаточно, чтобы управлять входом вольтметра DVM для обнаружения высокого напряжения. Но слишком низкое, чтобы быть опасным или даже обнаруживаемым человеческим прикосновением. Никаких ударов.)
Также: если емкость между первичной и вторичной обмотками трансформатора питания постоянного тока достаточно велика (многие сотни пФ), а затем вы подключаете светодиод между заземлением и одной из клемм источника постоянного тока, светодиод может загореться.
тускло. Это происходит из-за того, что светодиод мигает в прямом цикле, а затем выходит из строя в обратном цикле, поэтому может проводить некоторое количество переменного тока через этот нежелательный конденсатор между обмотками. (Идеальный светодиод мигнет только один раз при первом подключении, так как он зарядит последовательную емкость, которая затем заблокирует любой дальнейший сигнал постоянного тока. Настоящие светодиоды выйдут из строя, если подвергнутся воздействию десятков вольт в обратном направлении.)
Прочее: измерьте постоянное и переменное напряжение тела относительно земли. В домах до 1940-х годов без металлических труб или даже заземляющих проводов в стенах частота 60 Гц, появляющаяся у людей, может составлять много вольт. Кроме того, я жил в миле от радиомачты AM, и это вызывало всякие подобные вещи. Вышки сотовой связи могут делать то же самое (проверьте радиочастотное напряжение вашего тела с помощью осциллографа?). Теперь, если вы видите только чистый постоянный ток на своем теле, а светодиод не загорается при включении заднего хода, это невозможно! Ваше тело, должно быть, выбрасывает в воздух ионы на сотни микроампер.
И, наконец, …все это — то, почему мы используем дорогие «электростатически экранированные» силовые трансформаторы в инструментах и звуковом оборудовании. Они обеспечивают некоторую внутреннюю металлическую фольгу между обмотками, и фольга может быть заземлена (на реальную землю). Мы не хотим, чтобы линейный сигнал 60 Гц подавался через вторичные обмотки трансформатора, даже если это всего лишь микроампер, проходящий через несколько пикофарад емкости.
физика — Как я могу заставить светодиод светиться, коснувшись его пальцем?
спросил
Изменено 7 лет, 2 месяца назад
Просмотрено 2к раз
\$\начало группы\$
Я могу заставить светодиод светиться очень тускло во всех 4 следующих цепях.
Источником напряжения в цепях является выход преобразователя переменного тока в постоянный, подаваемый на макетную плату. Кроме того, один конец источника напряжения всегда плавает, как показано на схемах.
смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab
Какая физика стоит за этим? Я понимаю, что возникает разность потенциалов между мной и положительной И мной и отрицательной клеммами моего источника питания, но я не знаю, как и почему это происходит. Также я понимаю, что в зависимости от схемы мой электрический потенциал становится:
- Выше отрицательного вывода
- Ниже отрицательной клеммы
- Выше плюсовой клеммы
- Ниже положительной клеммы
Так как светодиод светится во всех 4 конфигурациях. Как это происходит?
- физика
- биопотенциал
\$\конечная группа\$
3
\$\начало группы\$
Если ситуация была ровно как вы нарисовали, то нельзя объяснить, что загорается светодиод!
Значит, происходит что-то еще
Ваш источник питания 5 В также имеет емкостную связь с сетевым напряжением, и это создает напряжение между вами и источником питания 5 В.