İşıq Yayan Diodlar (LED) haqqında Nümunə Suallar
İşıq yayan diod (LED), elektrik cərəyanı keçdikdə işıq yayan yarımkeçirici cihazdır. LED-lərin arxasındakı fenomen elektrolüminesans adlanır, burada yarımkeçirici material elektrik cərəyanı ilə həyəcanlandıqda işıq yayır. LED-lər közərmə lampaları kimi ənənəvi işıq mənbələri ilə müqayisədə yüksək səmərəliliyi və uzun ömrü sayəsində müxtəlif tətbiqlərdə çox populyarlaşıb.
Bu məqalədə, LED-lərlə əlaqəli bəzi nümunə problemlərini müzakirə edəcək və bu fenomenin arxasındakı konsepsiyanı anlamağa kömək etmək üçün onların həll yollarını və müzakirələrini ətraflı izah edəcəyik.
Nümunə Sual 1: LED-lərin Əsas Xüsusiyyətləri
Sual: LED-in dalğa uzunluğu 650 nm (nanometr) olan işıq yaymaq potensialı var. Bu LED-in yaydığı fotonların enerjisini elektron-voltlarla (eV) hesablayın.
Müzakirə:
Foton enerjisi Plank tənliyi ilə hesablana bilər:
\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]
Harada:
– \( E \) foton enerjisidir,
– \( h \) Plank sabitidir (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
– \( c \) işığın sürətidir (\(3 \times 10^8 \text{ m/s}\)),
– \( \lambda \) işığın dalğa uzunluğudur (650 nm və ya \(650 \times 10^{-9} \text{ m}\)).
Bu dəyərləri tənliyə yerləşdirmək aşağıdakı nəticəni verir:
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
Daha sonra, \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\) çevrilməsindən istifadə edərək Coulları elektron-voltlara çeviririk:
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]
Beləliklə, 650 nm dalğa uzunluğuna malik bir LED tərəfindən yayılan foton enerjisi təxminən 1.90 eV-dir.
Nümunə 2: LED İrəli Gərginlik
Sual: Qırmızı LED-in irəli gərginliyi 2V-dur və düzgün işləməsi üçün 20 mA cərəyan tələb olunur. LED-in istehlak etdiyi gücü hesablayın.
Müzakirə:
LED tərəfindən udulmuş gücü hesablamaq üçün güc üçün əsas tənlikdən istifadə edirik, yəni:
\[ P = V \dəfə I \]
Harada:
– \( P \) Vattla (Vt) ifadə edilən gücdür,
– \( V \) Voltla (V) ifadə edilən gərginlikdir,
– \( I \) Amperlə ifadə edilən cərəyandır (A).
Bu dəyərləri tənliyə əvəz edin:
\[
P = 2 \text{ V} \times 20 \text{ mA}
= 2 \text{ V} \times 0.02 \text{ A}
= 0.04 \text{ W}
\]
Beləliklə, 2V irəli gərginlikdə və 20 mA cərəyanda işləyən qırmızı LED tərəfindən udulan güc 0.04 Vattdır.
Nümunə 3: LED Səmərəliliyi
Sual: Mavi LED-in kvant səmərəliliyi 30% -dir. Əgər LED 0.1 Vt elektrik enerjisi istifadə edirsə, işıq kimi nə qədər enerji yayılır?
Müzakirə:
Kvant səmərəliliyi (η) işıq şəklində buraxılan gücün (P_luminous) giriş elektrik enerjisinə (P_input) nisbətidir:
\[ η = \frac{P_{\text{luminous}}}{P_{\text{input}}} \]
\( P_{\text{luminous}} \) tapmaq üçün səmərəlilik dəyəri 30% və ya 0.30 olan aşağıdakı tənlikdən istifadə edin:
\[
0.30 = \frac{P_{\text{luminous}}}{0.1 \text{ W}}
\]
Beləliklə:
\[
P_{\text{luminous}} = 0.30 \times 0.1 \text{ W}
= 0.03 \text{ W}
\]
Beləliklə, LED-in işıq şəklində buraxdığı güc 0.03 vattdır.
Nümunə Problem 4: Ardıcıl LED Dövrəsi
Sual: Hər biri 2V irəli gərginliyə malik və ardıcıl olaraq qoşulmalı olan üç LED-iniz var. Əgər gərginlik mənbəyi 9V-dursa, cərəyanı 20 mA-ya qədər məhdudlaşdırmaq üçün lazım olan rezistorun dəyərini təyin edin.
Müzakirə:
LED-lər ardıcıl olaraq qoşulduqda, tələb olunan ümumi gərginlik hər bir LED-in irəli gərginliklərinin cəmidir:
\[
V_{cəmi} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6V
\]
Rezistor tərəfindən yayılmalı olan qalıq gərginlik:
\[
V_{R} = V_{mənbə} – V_{cəmi}
= 9V – 6V
= 3V
\]
İstədiyiniz 20 mA cərəyanla, rezistor dəyəri Ohm qanunu ilə hesablanır:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Omeqa
\]
Beləliklə, tələb olunan rezistor dəyəri 150 ohm-dur.
Nümunə 5: Paralel LED Cərəyan Məhdudlaşdırıcı Dövrə
Sual: Dövrə daxilində paralel düzülmüş iki LED var, hər biri 2V irəli gərginliyə və 20 mA cərəyana malikdir. Hər LED üçün bir rezistor istifadə edilərsə, 5V gərginlik mənbəyindən tələb olunan ümumi cərəyan nə qədərdir?
Müzakirə:
Paralel düzülmüş LED-lər üçün hər bir LED eyni gərginliyə, yəni müvafiq irəli gərginliyə malik olacaq və hər LED üçün 20 mA cərəyan tələb olunduğundan, ümumi cərəyan belədir:
\[
I_{cəmi} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \text{ mA}
\]
Hər bir LED üçün rezistor dəyərini hesablamaq üçün:
\[
V_{R} = V_{mənbə} – V_f
= 5V – 2V
= 3V
\]
Hər bir LED-də cərəyanı məhdudlaşdıran rezistor dəyəri:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Omeqa
\]
Beləliklə, hər bir LED üçün 150 ohm rezistor tələb olunur. 5V enerji mənbəyindən tələb olunan ümumi cərəyan 40 mA-dır.
Nəticə
LED-lər uzun ömürlü yüksək səmərəli işıqlandırma təmin etmək qabiliyyətinə görə müasir elektronikada vacib komponentlərdir. İrəli gərginlik, cərəyan, güc, kvant səmərəliliyi kimi əsas anlayışları və onların dövrədə necə konfiqurasiya ediləcəyini anlamaq praktik tətbiqlər üçün möhkəm təməl təmin edəcəkdir. Yuxarıdakı nümunələr elektron dövrələrdə LED-lərin istifadəsi ilə bağlı müxtəlif tətbiqləri və hesablamaları mənimsəmək üçün ilk addımdır.
