Eisimpleirean de Cheistean a’ Deasbad mu Dhiodan a tha a’ Sgaoileadh Solais (LEDan)
'S e inneal leth-chonnsachaidh a th' ann an diode-sgaoilidh solais (LED) a bhios a' leigeil a-mach solas nuair a bhios sruth dealain a' sruthadh troimhe. Canar electroluminescence ris an iongantas air cùl LEDs, far a bheil stuth leth-chonnsachaidh a' leigeil a-mach solas nuair a thèid a bhrosnachadh le sruth dealain. Tha LEDs air fàs gu math mòr-chòrdte ann an grunn thagraidhean air sgàth an èifeachdais àrd agus an ùine-beatha fhada an taca ri stòran solais traidiseanta leithid bulbaichean gealbhlach.
San artaigil seo, bruidhnidh sinn air eisimpleirean de dhuilgheadasan co-cheangailte ri LEDs agus mìnichidh sinn na fuasglaidhean agus na còmhraidhean aca gu mionaideach gus cuideachadh le bhith a’ tuigsinn a’ bhun-bheachd air cùl an iongantas seo.
Eisimpleir Ceist 1: Feartan Bunasach LEDan
Ceist: Tha comas aig LED solas a sgaoileadh le tonn-fhaid de 650 nm (nanometers). Obraich a-mach lùth nam fotonan a bhios an LED seo a’ sgaoileadh ann an electron-bholtaichean (eV).
Deasbad:
Faodar lùth a’ foton obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh co-aontar Planck:
[E = \frac{hc}{\lambda} \]
Càite:
– \( E \) 's e lùth a' fotoin,
– ’S e \(h \) cunbhalach Planck (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
– ’S e \(c \) astar an t-solais (\(3 \times 10^8 \text{ m/s}\)),
– ’S e tonn-fhaid an t-solais (650 nm no (650 × 10⁻⁶ m)).
Le bhith a’ cur nan luachan seo an àite a’ cho-aontar gheibhear:
\[
E = \frac{6.626 × 10^{-34} × 3 × 10^8}{650 × 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 × 10⁻¹ J
\]
An ath rud, bidh sinn ag atharrachadh Joules gu bholtan-dealtron a’ cleachdadh an tionndaidh \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\):
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]
Mar sin, tha lùth foton a thèid a sgaoileadh le LED le tonn-fhaid de 650 nm mu 1.90 eV.
Eisimpleir 2: Bholtaids Air Adhart LED
Ceist: Tha bholtaids air adhart de 2V aig LED dearg agus feumaidh e sruth de 20 mA gus obrachadh gu ceart. Obraich a-mach an cumhachd a bhios an LED a’ caitheamh.
Deasbad:
Gus an cumhachd a bhios an LED a’ gabhail a-steach obrachadh a-mach, bidh sinn a’ cleachdadh a’ cho-aontar bhunasach airson cumhachd, is e sin:
\[P = V \times I \]
Càite:
– \(P \) 's e an cumhachd ann an Watts (W) a th' ann,
– ’S e \(V \) am bholtaids ann am Volts (V),
– Is e \(I \) an sruth ann an Amperes (A).
Cuir na luachan seo an àite a’ cho-aontar:
\[
P = 2 V × 20 mA
= 2 V × 0.02 A
= 0.04 \text{ W}
\]
Mar sin, is e 0.04 Watts an cumhachd a thèid a ghabhail a-steach le LED dearg ag obrachadh aig bholtaids air adhart de 2V agus sruth de 20 mA.
Eisimpleir 3: Èifeachdas LED
Ceist: Tha èifeachdas cuantamach de 30% aig LED gorm. Ma chleachdas an LED 0.1 W de chumhachd dealain, dè an ìre de chumhachd a thèid a leigeil a-mach mar sholas?
Deasbad:
Is e èifeachdas cuantamach (η) an co-mheas den chumhachd a thèid a leigeil ma sgaoil ann an cruth solais (P_luminous) ris an cuir-a-steach cumhachd dealain (P_input):
\[ η = \frac{P_{\text{solais}}}{P_{\text{cuir a-steach}}} \]
Gus \( P_{\text{luminous}} \) a lorg, cleachd an co-aontar a leanas le luach èifeachdais de 30% no 0.30:
\[
0.30 = \frac{P_{\text{solais}}}{0.1 \text{ W}}
\]
Mar sin:
\[
P_{\text{solais}} = 0.30 × 0.1 W
= 0.03 \text{ W}
\]
Mar sin, is e 0.03 Watt an cumhachd a bhios an LED a’ leigeil ma sgaoil ann an cruth solais.
Eisimpleir de Dhuilgheadas 4: Cuairt LED Sreath
Ceist: Tha trì LEDan agad le bholtaids air adhart de 2V gach fear a dh’ fheumar a cheangal ann an sreath. Ma tha an stòr bholtaids 9V, obraich a-mach luach an aghaidh a tha a dhìth gus an sruth a chuingealachadh gu 20 mA.
Deasbad:
Nuair a tha LEDan ceangailte ann an sreath, is e an bholtaids iomlan a tha a dhìth suim bholtaids air adhart gach LED:
\[
V_{iomlan} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6V
\]
Is e am bholtaids fuigheallach a dh’fheumas an resistor a sgaoileadh:
\[
V_{R} = V_{stòr} – V_{iomlan}
= 9V – 6V
= 3V
\]
Le sruth a tha thu ag iarraidh de 20 mA, thèid luach an aghaidh-shruth obrachadh a-mach a’ cleachdadh Lagh Ohm:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Omega
\]
Mar sin, is e 150 ohms an luach resistor a tha a dhìth.
Eisimpleir 5: Cuairt Cuingealachaidh Sruth LED Co-shìnte
Ceist: Ann an cuairt, tha dà LED ann an co-shìnte, gach fear le bholtaids air adhart de 2V agus sruth de 20 mA. Dè an sruth iomlan a dh’ fheumar bho thùs bholtaids 5V ma thèid resistor a chleachdadh airson gach LED?
Deasbad:
Airson LEDan a tha air an cur ann an co-shìnte, bidh an aon bholtaids aig gach LED, is e sin am bholtaids air adhart fa leth, agus leis gu bheil feum aca air 20 mA de shruth gach LED, is e an sruth iomlan:
\[
I_{iomlan} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 mA
\]
Gus luach an aghaidh-sheasamh airson gach LED obrachadh a-mach:
\[
V_{R} = V_{stòr} – V_f
= 5V – 2V
= 3V
\]
Is e luach an aghaidh-sheasamh a chuireas crìoch air an t-sruth anns gach LED:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Omega
\]
Mar sin, feumaidh resistor 150 ohm a bhith aig gach LED. Is e 40 mA an sruth iomlan a dh’ fheumar bho sholar cumhachd 5V.
Co-dhùnadh
Tha LEDs nam pàirtean deatamach ann an eileagtronaig an latha an-diugh air sgàth 's gu bheil iad comasach air solais fìor èifeachdach a thoirt seachad le fad-beatha fhada. Le bhith a’ tuigsinn bun-bheachdan leithid bholtaids air adhart, sruth, cumhachd, èifeachdas cuantamach, agus mar a chuireas tu iad air dòigh ann an cuairt, bheir sin bunait làidir airson tagraidhean practaigeach. Tha na h-eisimpleirean gu h-àrd mar a’ chiad cheum a dh’ionnsaigh a bhith a’ maighstireachd nan diofar thagraidhean agus àireamhachadh co-cheangailte ri cleachdadh LEDs ann an cuairtean dealanach.
