Egzanp Kesyon ki pale sou Dyòd ki Emèt Limyè (LED)
Yon dyòd ki emèt limyè (LED) se yon aparèy semi-kondiktè ki emèt limyè lè yon kouran elektrik pase ladan l. Fenomèn ki dèyè LED yo rele elektwoliminesans, kote yon materyèl semi-kondiktè emèt limyè lè yon kouran elektrik eksite l. LED yo vin trè popilè nan yon varyete aplikasyon akòz gwo efikasite yo ak dire lavi yo ki long konpare ak sous limyè tradisyonèl yo tankou anpoul enkandesan.
Nan atik sa a, nou pral diskite sou kèk egzanp pwoblèm ki gen rapò ak LED epi eksplike solisyon ak diskisyon yo an detay pou ede konprann konsèp ki dèyè fenomèn sa a.
Egzanp Kesyon 1: Pwopriyete debaz LED yo
Kesyon: Yon LED gen potansyèl pou emèt limyè ak yon longèdonn 650 nm (nanomèt). Kalkile enèji foton LED sa a emèt yo an elektwon-vòlt (eV).
Diskisyon:
Yo ka kalkile enèji foton an lè l sèvi avèk ekwasyon Planck la:
\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]
Ki kote:
– \(E \) se enèji foton an,
– \(h \) se konstan Planck la (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
– \( c \) se vitès limyè a (\(3 \times 10^8 \text{ m/s}\)),
– \( \lambda \) se longèdonn limyè a (650 nm oubyen \(650 \times 10^{-9} \text{ m}\)).
Si nou ranplase valè sa yo nan ekwasyon an, nou jwenn:
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 \fwa 10^{-19} \text{ J}
\]
Apre sa, nou konvèti Joules an elektwon-vòlt lè l sèvi avèk konvèsyon \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\):
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]
Kidonk, enèji foton ki emèt pa yon LED ki gen yon longèdonn 650 nm se anviwon 1.90 eV.
Egzanp 2: Vòltaj dirèk LED
Kesyon: Yon LED wouj gen yon vòltaj dirèk 2V epi li bezwen yon kouran 20 mA pou fonksyone byen. Kalkile puisans LED la konsome a.
Diskisyon:
Pou kalkile puisans LED la absòbe a, nou itilize ekwasyon debaz pou puisans lan, sètadi:
P = V fwa I
Ki kote:
– \(P \) se puisans lan an wat (W),
– \( V \) se vòltaj la an Volt (V),
– \(I \) se kouran an Ampè (A).
Ranplase valè sa yo nan ekwasyon an:
\[
P = 2 \text{ V} \times 20 \text{ mA}
= 2 \text{ V} \times 0.02 \text{ A}
= 0.04 \text{ W}
\]
Kidonk, pouvwa absòbe pa yon LED wouj k ap opere nan yon vòltaj dirèk 2V ak yon kouran 20 mA se 0.04 Watt.
Egzanp 3: Efikasite LED
Kesyon: Yon LED ble gen yon efikasite kwantik 30%. Si LED la itilize 0.1 W enèji elektrik, konbyen enèji ki emèt kòm limyè?
Diskisyon:
Efikasite kwantik (η) se rapò ant puisans ki libere sou fòm limyè (P_luminous) ak puisans elektrik ki antre a (P_input):
\[ η = \frac{P_{\text{lumineux}}}{P_{\text{input}}} \]
Pou jwenn \( P_{\text{luminous}} \), itilize ekwasyon sa a ak yon valè efikasite 30% oswa 0.30:
\[
0.30 = \frac{P_{\text{lumineux}}}{0.1 \text{ W}}
\]
Kidonk:
\[
P_{\text{lumineux}} = 0.30 \times 0.1 \text{ W}
= 0.03 \text{ W}
\]
Kidonk, pouvwa ki libere pa LED la sou fòm limyè se 0.03 Watt.
Egzanp Pwoblèm 4: Sikwi LED an seri
Kesyon: Ou gen twa LED ak yon vòltaj dirèk 2V chak ki bezwen konekte an seri. Si sous vòltaj la se 9V, detèmine valè rezistans ki nesesè pou limite kouran an a 20 mA.
Diskisyon:
Lè yo konekte LED yo an seri, vòltaj total ki nesesè a se sòm vòltaj dirèk chak LED:
\[
V_{total} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6V
\]
Vòltaj rezidyèl ki dwe disipe pa rezistans lan se:
\[
V_{R} = V_{sous} – V_{total}
= 9V – 6V
= 3V
\]
Avèk yon kouran dezirab 20 mA, yo kalkile valè rezistans lan lè l sèvi avèk Lwa Ohm nan:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Omega
\]
Kidonk, valè rezistans ki nesesè a se 150 ohm.
Egzanp 5: Sikwi Limite Kouran LED Paralèl
Kesyon: Nan yon sikwi, gen de LED ki ranje an paralèl, chak ak yon vòltaj dirèk 2V ak yon kouran 20 mA. Ki kouran total ki nesesè nan yon sous vòltaj 5V si yo itilize yon rezistans pou chak LED?
Diskisyon:
Pou LED ki ranje an paralèl, chak LED ap sibi menm vòltaj la, sètadi vòltaj dirèk respektif yo a, epi piske yo bezwen 20 mA kouran pou chak LED, kouran total la se:
\[
I_{total} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \text{ mA}
\]
Pou kalkile valè rezistans pou chak LED:
\[
V_{R} = V_{sous} – V_f
= 5V – 2V
= 3V
\]
Valè rezistans pou limite kouran nan chak LED se:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Omega
\]
Kidonk, chak LED bezwen yon rezistans 150 ohm. Kouran total ki nesesè nan yon ekipman pou pouvwa 5V se 40 mA.
Konklizyon
LED yo se konpozan esansyèl nan elektwonik modèn akòz kapasite yo pou bay ekleraj trè efikas ak yon dire lavi ki long. Konprann konsèp debaz tankou vòltaj dirèk, kouran, puisans, efikasite kwantik, ak kijan pou konfigire yo nan yon sikwi pral bay yon fondasyon solid pou aplikasyon pratik. Egzanp ki anwo yo se yon premye pa nan direksyon pou metrize divès aplikasyon ak kalkil ki gen rapò ak itilizasyon LED nan sikwi elektwonik.
