Kiến thức cơ bản về nguyên lý hoạt động của đèn LED

Ưu điểm của đèn led chiếu sáng

Về cơ bản đèn led chỉ là một bóng đèn nhỏ có thể dễ dàng gắn vào một mạch điện. Nhưng không giống như bóng đèn sợi đốt thông thường, đèn Led không có một sợi tóc nhỏ, và không tỏa nhiệt khi phát sáng. Nó chỉ được chiếu sáng bởi sự chuyển động của các electron trong một vật liệu bán dẫn, và chỉ kéo dài như một bóng bán dẫn tiêu chuẩn.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các nguyên tắc đơn giản bên trong lớp vỏ của những bóng đèn Led, một số nguyên tắc chiếu sáng của chúng trong quá trình này. Đầu tiên, chúng ta cần phải biết, một Diode là gì?

Một diode là loại đơn giản nhất của thiết bị bán dẫn. Nói chung, mỗi chất bán dẫn là một vật liệu có một khả năng khác nhau để cho dòng điện chạy qua. Hầu hết các chất bán dẫn được làm bằng một chất dẫn điện kém có lẫn tạp chất (là nguyên tử của vật liệu khác) được thêm vào nó. Các quá trình thêm tạp chất được gọi là doping.

Trong trường hợp của đèn LED, vật liệu dẫn điện thường là nhôm-GaAs (AlGaAs). Trong nhôm nguyên chất GaAs, tất cả các nguyên tử liên kết hoàn hảo với nhau, không để lại các electron tự do (các hạt tích điện âm) để dẫn điện. Trong các tài liệu pha tạp, nguyên tử có thêm thay đổi cân bằng, hoặc thêm các điện tử tự do hoặc tạo lỗ mà các điện tử có thể đi. Đây là một trong những bổ sung làm cho vật liệu dẫn điện.

Một chất bán dẫn với thêm các điện tử được gọi là N-type Material, kể từ khi nó có các hạt tích âm thêm. Trong N-type Material, các electron tự do di chuyển từ một vùng tích âm đến một khu vực mang điện tích dương.

Một chất bán dẫn với lỗ thêm được gọi là P-type Material, kể từ khi nó có hiệu quả có hạt tích điện dương thêm. Electron có thể nhảy từ lỗ này đến lỗ khác, di chuyển từ một vùng tích âm đến một khu vực tích điện dương. Kết quả là, các lỗ này xuất hiện để di chuyển từ một khu vực tích điện dương tới một khu vực tích âm.

Một diode bao gồm một phần của N-type Material ngoại quan đến một phần của P-type Material, với các điện cực ở mỗi đầu. Sự sắp xếp này sẽ tạo cho dòng điện chỉ đi theo một hướng. Khi không có điện áp chạy qua các diode, điện tử từ vật liệu N-type Material sẽ lấp lỗ từ các vật liệu P-type Material cùng tiếp giáp giữa các lớp, tạo thành một khu vực cạn kiệt. Trong một khu vực cạn kiệt, các vật liệu bán dẫn trở lại trạng thái ban đầu của nó cách nhiệt – tất cả các lỗ được lấp đầy, vì vậy không có các electron tự do hoặc khoảng trống cho các electrons, và các điện tích không thể di chuyển qua.

Để thoát khỏi vùng cạn kiệt, bạn có để có được các electron di chuyển từ khu vực N-type Material vào vùng P-type Material và lỗ di chuyển theo hướng ngược lại. Để làm điều này, bạn kết nối phía N-type Material của diode để âm cuối của một mạch và phía P-type Material với cực dương. Các electron tự do trong vật liệu N-type Material được đẩy lùi bởi các điện cực âm và rút ra các điện cực dương. Các lỗ trong vật liệu P-type Material di chuyển theo cách khác. Khi chênh lệch điện áp giữa các điện cực là đủ cao, các electron trong vùng cạn kiệt được nâng ra khỏi hang và bắt đầu di chuyển tự do trở lại. Các khu vực suy giảm biến mất, và các điện tích di chuyển qua các diode.

Nếu bạn cố gắng chạy hiện theo cách khác, với phía P-type Material kết nối với cực âm của mạch và phía N-type Material nối với cực dương, hiện tại sẽ không chảy. Các electron âm trong vật liệu N-type Material được thu hút vào các điện cực dương. Các lỗ tích cực trong vật liệu P-type Material được thu hút vào các điện cực âm. Không có dòng điện chạy qua ngã tư vì các lỗ và các electron được từng chuyển động theo hướng sai. Các khu vực suy giảm sẽ tăng lên.

Sự tương tác giữa các electron và các lỗ hổng trong thiết lập này có hiệu quả thú vị – nó tạo ra ánh sáng!