¿Qué es el diodo emisor de luz: funcionamiento y sus aplicaciones?
El LED es una fuente de luz semiconductora con dos conductores. Un diodo-emisor de luz fue inventado en 1962 por Nick Holonyak cuando trabajaba en General Electric. El LED es un tipo único de diodo con propiedades eléctricas comparables a las de un diodo de unión PN. Por lo tanto, el LED permite que la electricidad fluya en una dirección mientras la bloquea en la otra. Menos de 1 mm2 es todo lo que ocupa el LED. Los LED se emplean en una variedad de proyectos eléctricos y electrónicos. En este artículo se tratará el funcionamiento del LED y sus usos.
Un diodo emisor de luz: ¿qué es?
Un diodo de unión p-n sirve como diodo-emisor de luz. Es una forma única de semiconductor y un diodo particularmente dopado. Un diodo-emisor de luz es un dispositivo que emite luz cuando está polarizado directamente.
Dos pequeñas flechas que indican la emisión de luz distinguen el símbolo LED de un símbolo de diodo, por eso se llama LED (diodo emisor de luz-). El LED tiene dos terminales: el cátodo (-) y el ánodo (+). (-).
El símbolo LED Construcción del símbolo LED
La construcción de un LED es bastante sencilla porque se diseña mediante la deposición de tres capas de material semiconductor sobre un sustrato. Estas tres capas se colocan una encima de la otra, siendo la capa superior una capa de tipo P-, la capa intermedia una capa activa y la capa inferior una capa de tipo N-. La estructura permite ver las tres zonas de material semiconductor. En la estructura, los huecos están presentes en la región de tipo P-, las elecciones están presentes en la región de tipo N- y tanto los huecos como los electrones están presentes en la región activa.
El LED está fijo porque no hay flujo de electrones ni huecos cuando no se proporciona voltaje. El LED se polariza directamente tan pronto como se suministra el voltaje, lo que hace que los electrones en la región N-y los huecos en la región P- viajen al área activa. La región de agotamiento es otro nombre para esta área. La luz se puede producir mediante la recombinación de cargas de polaridad, ya que los portadores de carga, como los huecos, tienen carga positiva mientras que los electrones tienen carga negativa.
¿Cuál es el proceso del diodo emisor de luz?
Normalmente nos referimos a un-diodo emisor de luz como diodo. Los electrones y los huecos fluyen rápidamente a través de la unión cuando el diodo está polarizado directamente, y continuamente se combinan y se apartan entre sí. Se combina con los huecos justo cuando los electrones cambian del silicio tipo n-al tipo p- y luego desaparece.
Oleg Losev, un inventor ruso, desarrolló el primer LED en 1927 y publicó parte de los fundamentos teóricos de su investigación.
El profesor Kurt Lechovec puso a prueba las hipótesis de los perdedores en 1952 y explicó los primeros LED.
El primer LED verde fue creado en 1958 por Rubin Braunstein y Egon Loebner.
Nicholas Holonyak creó un LED rojo en el año 1962. Así se fabrica el primer LED.
La primera computadora que utilizó LED en una placa de circuito fue un modelo IBM de 1964.
Hewlett Packard (HP) introdujo los LED en las calculadoras en 1968.
Jacques Pankove y Edward Miller crearon un LED azul en 1971.
El ingeniero eléctrico M. George Crawford creó el LED amarillo en el año 1972.
En 1986, Walden C. Rhines y Herbert Maruska de la Universidad de Stafford crearon un LED azul con magnesio y estándares futuros.
Hiroshi Amano y el físico Isamu Akaski crearon un nitruro de galio con excelentes LED azules en el año 1993.
Shuji Nakamura, un ingeniero eléctrico, creó el primer LED azul con alto brillo gracias a los avances de Amanos & Akaski, que aceleraron el desarrollo de los LED de color blanco.
En 2002 se utilizaron LED de color blanco que costaban entre £ 80 y £ 100 por bombilla para fines residenciales.
Las luces LED han ganado mucha popularidad en empresas, hospitales y escuelas en el año 2008.
Las principales fuentes de luz en 2019 son los LED; Este es un avance notable ya que los LED ahora se pueden usar para iluminar una variedad de lugares, incluidos hogares, oficinas, hospitales y escuelas.
Circuito de diodo emisor de luz de polarización
La mayoría de los LED tienen especificaciones de voltaje entre 1 y 3 voltios, mientras que las clasificaciones de corriente directa caen entre 200 y 100 mA.
Sesgo de un LED
El LED funciona correctamente si se le aplica un voltaje entre 1 y 3 voltios ya que el flujo de corriente indica que el voltaje está dentro del rango de funcionamiento. De manera similar, si a un LED se le aplica un voltaje que es mayor que su voltaje de funcionamiento, el alto flujo de corriente hará que falle la zona de agotamiento. Este alto flujo de corriente imprevisto dañará el dispositivo.
Esto se puede evitar conectando una resistencia en serie con la fuente de voltaje y un LED. Los niveles de corriente seguros para los LED varían de 200 mA a 100 mA, mientras que los voltajes nominales seguros para los LED varían de 1 V a 3 V.
Aquí, la resistencia que se coloca entre la fuente de voltaje y el LED se denomina resistencia limitadora de corriente, ya que esta resistencia regula el flujo de corriente, de lo contrario, el LED podría apagarla. Entonces, esta resistencia es esencial para proteger el LED.
La ecuación para el flujo matemático de corriente a través del LED es
SI=Vs – VD/Rs
Dónde,
"SI" la corriente es directa
Fuente de voltaje 'Vs'
La caída de voltaje a través del -diodo emisor de luz se indica con "VD".
Rs es una resistencia que limita el flujo de corriente.
la caída de voltaje requerida para atravesar la barrera de la región de agotamiento. Cuando la caída de voltaje del diodo Si o Ge es de 0,3 V o menos, la caída de voltaje del LED estará entre 2 y 3 V.
A diferencia de los diodos de Si o Ge, los LED pueden funcionar con alta tensión.
En comparación con los diodos de silicio o germanio, los diodos emisores de luz-necesitan más energía para funcionar.
Tipos de diodos emisores de luz-
Los diodos emisores de luz- vienen en una variedad de variedades, algunas de las cuales se enumeran a continuación.
Arsenuro de galio (GaAs) de infrarrojo-rojo y fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP) de rojo a infrarrojo-rojo, naranja
LED de alto brillo-rojo, naranja-rojo, naranja y amarillo fabricados con fósforo y arseniuro de galio y aluminio (AlGaAsP)
Fosfato de galio (GaP) rojo, amarillo y verde
El verde es el color del fosfuro de galio y aluminio (AlGaP), el verde esmeralda es el color del nitruro de galio (GaN) y el azul es el color del nitruro de galio e indio (GaInN).
Como sustrato se utiliza carburo de silicio (SiC) en color azul.
Seleniuro de zinc azul (ZnSe) y nitruro de galio y aluminio ultravioleta (AlGaN)
Principio de funcionamiento del LED
La teoría cuántica sirve como base para el funcionamiento del -diodo emisor de luz. Según la teoría cuántica, el fotón libera energía cuando el electrón desciende de un estado de mayor energía a uno de menor energía. La diferencia de energía entre estos dos niveles de energía es igual a la energía del fotón. Cuando se alcanza el estado de polarización directa del diodo de unión PN-, la corriente pasa a través del diodo.
Principio de funcionamiento del LED
El flujo de huecos en la dirección opuesta a la corriente y el flujo de electrones en la dirección de la corriente son los que hacen que la corriente fluya en los semiconductores. Por tanto, la recombinación se producirá como resultado del movimiento de estos portadores de carga.
Los electrones de la banda de conducción saltan a la banda de valencia según la recombinación. La energía electromagnética es liberada por los electrones en forma de fotones cuando se mueven de una banda a otra, y la energía del fotón es igual a la brecha de energía prohibida.
Consideremos la teoría cuántica como ejemplo. Según esta teoría, la energía de un fotón es igual a la suma de su frecuencia y la constante de Planck. Se muestra la fórmula matemática.
Ecuación=hf
donde se denomina constante de Planck y la velocidad de la radiación electromagnética, indicada por el símbolo c, es igual a la velocidad de la luz. Como af= c/, la relación entre la frecuencia de la radiación y la velocidad de la luz. La ecuación anterior dará como resultado una longitud de onda de radiación electromagnética donde
Ecuación=él/λ
La longitud de onda de la radiación electromagnética es inversamente proporcional al espacio prohibido, según la ecuación anterior. En general, el estado y las bandas de valencia de los semiconductores de silicio y germanio son tales que la radiación completa de las ondas electromagnéticas durante la recombinación adopta la forma de radiación infrarroja. Las longitudes de onda del infrarrojo son invisibles para nosotros porque están fuera del rango de la luz visible.
Debido a que los semiconductores de silicio y germanio son semiconductores de separación indirecta en lugar de semiconductores de separación directa, la radiación infrarroja a menudo se denomina calor. Sin embargo, el nivel de energía más alto de la banda de valencia y el nivel de energía mínimo de la banda de conducción no existen cuando los electrones están presentes en semiconductores de separación directa. Como resultado, el impulso de la banda de electrones variará durante la recombinación de electrones y huecos o la migración de electrones desde la banda de conducción a la banda de valencia.
LED brillantes
Hay dos métodos que se pueden utilizar para producir LED. En el primer método, los chips LED rojos, verdes y azules se combinan en un solo paquete para producir luz blanca, mientras que en el segundo método se utiliza la fosforescencia. El epoxi que rodea la fluorescencia del fósforo se puede sumar y el dispositivo LED de InGaN activará el LED utilizando radiación de longitud de onda corta-.
Para crear múltiples sensaciones de color, conocidas como colores aditivos primarios, se combinan luces de diferentes colores, como luces azules, verdes y rojas, en cantidades variables. La luz blanca se crea combinando uniformemente estas tres intensidades de luz.
Sin embargo, para lograr esta combinación utilizando una combinación de LED verdes, azules y rojos, se requiere una arquitectura electro{0}óptica desafiante para gestionar la combinación y difusión de varios colores. Además, este método puede resultar complicado debido a las variaciones en el tono del LED.
Un chip LED con revestimiento de fósforo alimenta la mayoría de la línea de productos LED blancos. Cuando este recubrimiento se expone a radiación ultravioleta en lugar de fotones azules, se produce luz blanca. La misma teoría se aplica también a las lámparas fluorescentes; una descarga eléctrica dentro del tubo emitirá rayos UV, lo que hará que el fósforo parpadee en blanco.
Aunque esta técnica de LED puede producir diversos tonos, las variaciones se pueden regular mediante pantalla. Utilizando cuatro coordenadas cromáticas precisas que están cerca del centro del diagrama CIE, se protegen los dispositivos basados en LED-blancos.
Todas las coordenadas de color alcanzables dentro de la curva de herradura se muestran en el diagrama CIE. Los tonos limpios del arco están dispersos, pero el punto blanco está en el medio. Se pueden utilizar cuatro puntos que se muestran en el medio del gráfico para representar el color de salida del LED blanco. Las cuatro coordenadas del gráfico son de un blanco casi puro, pero estos LED normalmente no funcionan tan bien como una fuente de luz estándar para iluminar lentes de colores.
Estos LED son más beneficiosos para lentes blancas, transparentes, con retroiluminación opaca. Sin duda, los LED blancos se volverán más populares como fuente de iluminación e indicador a medida que esta tecnología siga desarrollándose.
Brillante eficacia
El flujo luminoso producido para cada unidad de LED se mide en lm, mientras que el consumo de energía eléctrica se mide en W. Los LED rojos tienen 155 lm/W, los LED ámbar tienen 500 lm/W y los LED azules tienen un orden de eficacia interna nominal de 75 lm/W. Las pérdidas pueden considerarse debido a la re-reabsorción interna; la eficacia luminosa de los LED verdes y ámbar está entre 20 y 25 lm/W. Este concepto de eficacia, también conocido como eficacia externa, es comparable a la noción de eficacia utilizada habitualmente para otros tipos de fuentes de luz, como los LED multicolores.
Fuente de luz de diodo en muchos colores
Los LED multicolores son-diodos emisores de luz que, cuando se conectan con polarización directa, crean un tono y, cuando se conectan con polarización inversa, producen otro color.
Estos LED en realidad tienen dos uniones PN-y es posible conectarlos en paralelo conectando el cátodo de uno al ánodo del otro.
Cuando están polarizados en una dirección, los LED multicolores suelen ser rojos, y cuando están polarizados en la dirección opuesta, son verdes. Este LED producirá un tercer color si se enciende muy rápidamente entre dos polaridades. Al cambiar rápidamente entre polaridades de polarización, un LED verde o rojo producirá una luz de color amarillo.
¿Cuáles son las dos configuraciones diferentes para los LED?
Dos emisores y COB similares son las configuraciones LED básicas.
El emisor es una matriz única que se fija a un disipador de calor antes de colocarse frente a una placa de circuito. Esta placa de circuito extrae calor del emisor y al mismo tiempo proporciona energía eléctrica.
Los investigadores descubrieron que el sustrato del LED se puede quitar y la matriz única se puede colocar libremente en la placa de circuito, lo que ayuda a reducir costos y mejorar la uniformidad de la luz. Por lo tanto, este diseño se conoce como COB (chip-on-matriz de placa).
Beneficios y desventajas de los LED
A continuación se detallan algunos beneficios de los-diodos emisores de luz.
Los LED son pequeños y tienen un precio más bajo.
La electricidad se controla mediante el empleo de LED.
Con la ayuda del microprocesador se puede variar la intensidad del LED.
mucho tiempo
eficiente en cuanto a energía
Sin calentamiento previo-al juego
Escabroso
no se ve afectado por temperaturas gélidas
Gran reproducción de color direccional
Controlable y amigable con el medio ambiente.
Los siguientes son algunos de los inconvenientes de la tecnología LED.
Precio
sensibilidad a la temperatura
sensibilidad a la temperatura
Polaridad eléctrica y calidad de la iluminación.
Sensibilidad eléctrica
La eficiencia se desploma
Resultado para insectos
Usos de los diodos emisores de luz-
Existen numerosos usos para el LED, algunos de los cuales se describen a continuación.
Tanto en los hogares como en las empresas, los LED se utilizan como bombillas.
Los diodos emisores de luz-se utilizan en automóviles y motocicletas.
El mensaje se muestra utilizando estos en los teléfonos móviles.
Los LED se utilizan en las señales de los semáforos.
Como resultado, este artículo ofrece una descripción general de la aplicación y la teoría de funcionamiento de los circuitos de diodos emisores de luz-. Espero que hayas aprendido algunos datos fundamentales y prácticos sobre el diodo emisor de luz-al leer este artículo.
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