I-V Χαρακτηριστικά LED

Εισαγωγή

Τα LED έχουν εξελιχθεί με τα χρόνια και είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη δίοδος ημιαγωγών. Το μυστικό της επιτυχίας τους έγκειται στην ύπαρξη ενός συμπλέγματος διαφορετικών λειτουργιών και εφαρμογών. Όταν συνδέονται σε κατάσταση πόλωσης προς τα εμπρός, μπορούν να εκπέμπουν είτε ορατό φως είτε αόρατο υπέρυθρο φως. Με απλά λόγια, τα LED μπορούν να περιγραφούν ως μια συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια φωτός. Οι λυχνίες LED διαθέτουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως φανάρια, ενδεικτικές λυχνίες σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό και συσκευές. Ας συζητήσουμε λεπτομερώς τα LED και τα χαρακτηριστικά IV των LED.

Τι είναι το LED;

Ένα LED είναι ένας τύπος ημιαγωγικής πηγής φωτός που είναι ικανή να εκπέμπει φως όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από αυτό. Μπορούμε να αναφερθούμε στα LED ως εξειδικευμένους τύπους διόδων που έχουν ηλεκτρικά χαρακτηριστικά παρόμοια με αυτά μιας διόδου σύνδεσης PN. Με άλλα λόγια, το LED είναι ένα είδος διόδου που θα διοχετεύει ρεύμα μόνο προς την εμπρός κατεύθυνση και θα εμποδίζει τη ροή του ρεύματος προς την αντίστροφη κατεύθυνση. Όταν αυτό το προς τα εμπρός ρεύμα περνά μέσα από αυτά, τα LED εκπέμπουν ένα αρκετά στενό εύρος ζώνης είτε διαφορετικών χρωματικών μηκών κύματος ορατού φωτός, υπέρυθρου φωτός που χρησιμοποιείται στα τηλεχειριστήρια ή φωτός που μοιάζει με λέιζερ. Τα LED είναι αποδεδειγμένα ο πιο ορατός τύπος διόδου.

Κάθε δίοδος ημιαγωγών που γνωρίζουμε και χρησιμοποιούμε αντιπροσωπεύεται από ένα μοναδικό σύμβολο. Ομοίως, τα LED αντιπροσωπεύονται επίσης από ένα μοναδικό σύμβολο. Το σύμβολο ενός LED μοιάζει με αυτό μιας διόδου σύνδεσης PN εκτός από ένα βέλος που δείχνει μακριά από τη δίοδο. Αυτό το βέλος είναι μια ένδειξη ότι η δίοδος εκπέμπει φως. Τα χαρακτηριστικά IV ενός LED είναι πανομοιότυπα με μια δίοδο με κατάσταση πόλωσης προς τα εμπρός.

Πώς λειτουργούν τα LED;

Τα LED εκπέμπουν φως με τον μηχανισμό της αυθόρμητης εκπομπής. Οι ημιαγωγοί, όπως ένα LED, χαρακτηρίζονται από δύο ζώνες ενέργειας - ζώνη αγωγού και ζώνη σθένους. Η ζώνη αγωγού είναι η ζώνη του υψηλότερου ενεργειακού επιπέδου και οι ζώνες σθένους είναι ζώνες χαμηλότερης ενέργειας. Η περιοχή μεταξύ της μπάντας μαέστρου και της μπάντας βίας ονομάζεται «χάσμα ζώνης». Η φωτεινή ενέργεια παράγεται όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από τη ζώνη υψηλής ενέργειας, δηλαδή τη ζώνη αγωγού, και πέφτει στην κατώτερη ενεργειακή ζώνη, δηλαδή τη ζώνη σθένους.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα LED είναι συσκευές που εξαρτώνται από το ρεύμα, πράγμα που σημαίνει ότι απαιτούν ένα πέρασμα ρεύματος για να τα διαρρέει προκειμένου να εκπέμπουν οποιαδήποτε μορφή φωτός. Η ένταση εξόδου φωτός ενός LED είναι ευθέως ανάλογη με το προς τα εμπρός ρεύμα που το διαρρέει. Με άλλα λόγια, όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα που διαρρέει ένα LED, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ένταση εξόδου του φωτός. Μια αντίσταση σειράς χρησιμοποιείται για να κάνει ένα LED «περιορισμένο ρεύμα», αυτό προστατεύει το LED από υπερβολική ροή ρεύματος. Εάν δεν τοποθετηθεί αντίσταση μεταξύ του LED και της πηγής ισχύος, θα καταστραφεί αμέσως λόγω της διέλευσης πολύ μεγάλου ρεύματος.

I-V Χαρακτηριστικά ενός LED

Τα χαρακτηριστικά I-V δεν είναι παρά τα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης ενός ηλεκτρικού στοιχείου. Με άλλα λόγια, αντιπροσωπεύουν τη συμπεριφορά ενός ηλεκτρονικού εξαρτήματος σε διάφορες τιμές εφαρμοζόμενης τάσης. Τα χαρακτηριστικά IV ενός LED αντιπροσωπεύουν μια σχέση μεταξύ του ρεύματος που διέρχεται και της τάσης που εφαρμόζεται σε αυτό.

Αντιπροσωπευόμενα με τη μορφή γραφήματος, τα χαρακτηριστικά IV του LED παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την αντίσταση και την περιοχή λειτουργίας του LED. Τα χαρακτηριστικά IV του  LED μπορούν να σας βοηθήσουν να κατανοήσετε πού και πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Στο γράφημα IV του LED, η τάση (V) παρουσιάζεται στον άξονα x ως ανεξάρτητη μεταβλητή λόγω της ευκολίας ελέγχου σε αντίθεση με το ρεύμα. Αυτό μας αφήνει με ρεύμα που εκφράζεται στον άξονα y.

Γράφημα IV LED

Το γράφημα IV του LED είναι μια αναπαράσταση της σχέσης μεταξύ του ρεύματος που ρέει μέσω του LED ως συνάρτηση της τάσης σε αυτό.

Σημεία που πρέπει να παρατηρηθούν από το γράφημα IV του LED: 

• Η μπροστινή τάση ενός LED είναι ίση με το διάκενο ζώνης. Αυξάνεται με αύξουσα σειρά από κόκκινο σε μοβ.
• Για το ορατό φάσμα ενέργειας το χάσμα των ημιαγωγών είναι από 1,8 eV έως 3 eV με κόκκινο πριν από 1,8 eV και ιώδες μετά από 3 eV.
• Δεν συνιστάται η παράλληλη ενεργοποίηση των LED, καθώς είναι ιδιαίτερα κακή ιδέα όταν τα χρώματα αναμειγνύονται. Για παράδειγμα, εάν τα κόκκινα, πράσινα και μπλε LED συνδέονται παράλληλα σε τροφοδοσία 2,0 V, θα έχει ως αποτέλεσμα
  • Κόκκινο – 44mA
  • Πράσινο – 12 mA
  • Μπλε – 3mA
• Το κόκκινο καταλήγει να πιάνει το μεγαλύτερο μέρος του τρέχοντος 
• Η χαμηλότερη τάση προς τα εμπρός εμφανίζεται στα υπέρυθρα LED

Συμπέρασμα

Λόγω των πολυάριθμων πλεονεκτημάτων τους, η χρήση των LED είναι ορατή παντού, από οθόνες LED, ενεργειακά αποδοτικά φώτα έως υπέρυθρα φώτα. Τα χαρακτηριστικά I-V των LED είναι σημαντικό να κατανοηθούν προκειμένου να σχεδιαστεί ένα κύκλωμα που θα λειτουργεί με το LED και θα έχει νόημα για το πώς να αξιοποιήσετε στο έπακρο τα LED.

Σημαντικοί σύνδεσμοι

JEE	JEE Chemistry
Ειδοποίηση JEE	JEE Physics
Επιλεξιμότητα JEE	JEE Μαθηματικά
Συλλογικό πρόγραμμα JEE	Πλήρες φόρμες
Μοτίβο εξέτασης JEE	Διαφορά μεταξύ