प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) पर चर्चा करने वाले उदाहरण प्रश्न

प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) पर चर्चा करने वाले उदाहरण प्रश्न

प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) एक अर्धचालक उपकरण है जो विद्युत धारा प्रवाहित होने पर प्रकाश उत्सर्जित करता है। एलईडी के पीछे की प्रक्रिया को विद्युत प्रज्वलन (इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस) कहा जाता है, जिसमें एक अर्धचालक पदार्थ विद्युत धारा से उत्तेजित होने पर प्रकाश उत्सर्जित करता है। पारंपरिक प्रकाश स्रोतों जैसे तापदीप्त बल्बों की तुलना में उच्च दक्षता और लंबे जीवनकाल के कारण एलईडी विभिन्न अनुप्रयोगों में बहुत लोकप्रिय हो गए हैं।

इस लेख में, हम एलईडी से संबंधित कुछ उदाहरण समस्याओं पर चर्चा करेंगे और इस घटना के पीछे की अवधारणा को समझने में मदद करने के लिए उनके समाधान और चर्चाओं को विस्तार से समझाएंगे।

उदाहरण प्रश्न 1: एलईडी के बुनियादी गुण

प्रश्न: एक एलईडी 650 एनएम (नैनोमीटर) तरंगदैर्ध्य का प्रकाश उत्सर्जित कर सकती है। इस एलईडी द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों की ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (ईवी) में ज्ञात कीजिए।

बहस:
प्लांक के समीकरण का उपयोग करके फोटॉन ऊर्जा की गणना की जा सकती है:

[ E = hc{lambda} \]

कहाँ:
– \( E \) फोटॉन ऊर्जा है,
– \( h \) प्लांक स्थिरांक है (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
– (c) प्रकाश की गति है (3 × 10⁸ मीटर/सेकंड)
– \( \lambda \) प्रकाश की तरंगदैर्घ्य है (650 एनएम या \(650 \times 10^{-9} \text{ मीटर}\))।

इन मानों को समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर प्राप्त होता है:

\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 × 10⁻¹⁹ जूल
\]

इसके बाद, हम रूपांतरण सूत्र \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\) का उपयोग करके जूल को इलेक्ट्रॉन-वोल्ट में परिवर्तित करते हैं:

\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 eV
\]

अतः, 650 एनएम तरंगदैर्ध्य वाले एलईडी द्वारा उत्सर्जित फोटॉन ऊर्जा लगभग 1.90 ईवी होती है।

उदाहरण 2: एलईडी फॉरवर्ड वोल्टेज

प्रश्न: एक लाल एलईडी का अग्र वोल्टेज 2V है और इसे ठीक से काम करने के लिए 20 mA धारा की आवश्यकता होती है। एलईडी द्वारा खपत की गई शक्ति की गणना कीजिए।

बहस:
एलईडी द्वारा अवशोषित शक्ति की गणना करने के लिए, हम शक्ति के मूल समीकरण का उपयोग करते हैं, अर्थात्:

[ P = V × I ]

कहाँ:
– \( P \) वाट (W) में शक्ति है,
– \( V \) वोल्ट (V) में वोल्टेज है।
– ( I \) एम्पीयर (A) में धारा है।

इन मानों को समीकरण में प्रतिस्थापित करें:

\[
P = 2 V × 20 mA
= 2 V × 0.02 A
= 0.04 W
\]

अतः, 2V के अग्र वोल्टेज और 20 mA की धारा पर संचालित होने वाले लाल LED द्वारा अवशोषित शक्ति 0.04 वाट है।

उदाहरण 3: एलईडी की दक्षता

प्रश्न: एक नीले एलईडी की क्वांटम दक्षता 30% है। यदि एलईडी 0.1 वाट विद्युत शक्ति का उपयोग करती है, तो प्रकाश के रूप में कितनी शक्ति उत्सर्जित होती है?

बहस:
क्वांटम दक्षता (η) प्रकाश के रूप में उत्सर्जित शक्ति (P_luminous) और विद्युत शक्ति इनपुट (P_input) का अनुपात है:

\[ η = \frac{P_{\text{luminous}}}{P_{\text{input}}} \]

\( P_{\text{luminous}} \) ज्ञात करने के लिए, 30% या 0.30 के दक्षता मान के साथ निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करें:

\[
0.30 = \frac{P_{\text{luminous}}}{0.1 \text{ W}}
\]

इस प्रकार:

\[
P_{\text{luminous}} = 0.30 \times 0.1 \text{ W}
= 0.03 W
\]

अतः, एलईडी द्वारा प्रकाश के रूप में उत्सर्जित शक्ति 0.03 वाट है।

उदाहरण समस्या 4: श्रृंखला एलईडी सर्किट

प्रश्न: आपके पास 2V अग्र वोल्टेज वाले तीन एलईडी हैं जिन्हें श्रृंखला में जोड़ना है। यदि वोल्टेज स्रोत 9V है, तो धारा को 20 mA तक सीमित करने के लिए आवश्यक प्रतिरोधक का मान ज्ञात कीजिए।

बहस:
जब एलईडी को श्रृंखला में जोड़ा जाता है, तो आवश्यक कुल वोल्टेज प्रत्येक एलईडी के फॉरवर्ड वोल्टेज का योग होता है:

\[
V_{कुल} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6 वी
\]

प्रतिरोधक द्वारा नष्ट की जाने वाली अवशिष्ट वोल्टेज की मात्रा इस प्रकार है:

\[
V_{R} = V_{source} – V_{total}
= 9V – 6V
= 3 वी
\]

20 mA की वांछित धारा के साथ, ओम के नियम का उपयोग करके प्रतिरोधक का मान ज्ञात किया जाता है:

\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= 3V/20 mA
= 3V{0.02A}
= 150 \ओमेगा
\]

अतः, आवश्यक प्रतिरोधक का मान 150 ओम है।

उदाहरण 5: समानांतर एलईडी करंट लिमिटर सर्किट

प्रश्न: एक परिपथ में दो एलईडी समांतर क्रम में जुड़े हैं, जिनमें से प्रत्येक का अग्र वोल्ट 2V और धारा 20 mA है। यदि प्रत्येक एलईडी के लिए एक प्रतिरोधक का उपयोग किया जाता है, तो 5V वोल्टेज स्रोत से कुल कितनी धारा की आवश्यकता होगी?

बहस:
समानांतर क्रम में व्यवस्थित एलईडी के लिए, प्रत्येक एलईडी को समान वोल्टेज, अर्थात् उनका संबंधित फॉरवर्ड वोल्टेज प्राप्त होगा, और चूंकि प्रत्येक एलईडी को 20 mA धारा की आवश्यकता होती है, इसलिए कुल धारा होगी:

\[
I_{total} = I_1 + I_2
= 20 \पाठ{एमए} + 20 \पाठ{एमए}
= 40 एमए
\]

प्रत्येक एलईडी के लिए प्रतिरोधक का मान ज्ञात करने के लिए:

\[
V_{R} = V_{source} – V_f
= 5V – 2V
= 3 वी
\]

प्रत्येक एलईडी में धारा को सीमित करने के लिए प्रतिरोधक का मान इस प्रकार है:

\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= 3V/20 mA
= 3V{0.02A}
= 150 \ओमेगा
\]

इस प्रकार, प्रत्येक एलईडी के लिए 150 ओम का प्रतिरोधक आवश्यक है। 5 वोल्ट की विद्युत आपूर्ति से कुल आवश्यक धारा 40 मिलीए है।

निष्कर्ष

एलईडी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में महत्वपूर्ण घटक हैं क्योंकि ये उच्च दक्षता वाली रोशनी और लंबे जीवनकाल प्रदान करने की क्षमता रखते हैं। फॉरवर्ड वोल्टेज, करंट, पावर, क्वांटम दक्षता जैसी बुनियादी अवधारणाओं को समझना और उन्हें सर्किट में कैसे कॉन्फ़िगर करना है, यह व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए एक ठोस आधार प्रदान करेगा। ऊपर दिए गए उदाहरण इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में एलईडी के उपयोग से संबंधित विभिन्न अनुप्रयोगों और गणनाओं में महारत हासिल करने की दिशा में पहला कदम हैं।