Լույս արձակող դիոդների (LED) վերաբերյալ հարցերի օրինակներ
Լույս արձակող դիոդը (ԼԴ) կիսահաղորդչային սարք է, որը լույս է արձակում, երբ դրա միջով անցնում է էլեկտրական հոսանք: ԼԴ-երի հիմքում ընկած երևույթը հայտնի է որպես էլեկտրոլյումինեսցենցիա, երբ կիսահաղորդչային նյութը լույս է արձակում, երբ գրգռվում է էլեկտրական հոսանքով: ԼԴ-երը շատ տարածված են դարձել տարբեր կիրառություններում՝ իրենց բարձր արդյունավետության և երկար ծառայության ժամկետի շնորհիվ՝ համեմատած ավանդական լույսի աղբյուրների, ինչպիսիք են շիկացման լամպերը, համեմատած իրենց բարձր արդյունավետության և երկար ծառայության ժամկետի հետ:
Այս հոդվածում մենք կքննարկենք LED-ների հետ կապված որոշ օրինակելի խնդիրներ և մանրամասն կբացատրենք դրանց լուծումներն ու քննարկումները՝ այս երևույթի հիմքում ընկած հայեցակարգը հասկանալու համար։
Օրինակ՝ հարց 1. LED-ների հիմնական հատկությունները
Հարց. ԼԵԴ-ը կարող է լույս արձակել 650 նմ (նանոմետր) ալիքի երկարությամբ: Հաշվարկեք այս ԼԵԴ-ի կողմից արձակված ֆոտոնների էներգիան էլեկտրոն-վոլտերով (էՎ):
Քննարկում.
Ֆոտոնի էներգիան կարելի է հաշվարկել Պլանկի հավասարման միջոցով՝
\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]
Որտեղ՝
– \( E \)-ն ֆոտոնի էներգիան է,
– (h)-ն Պլանկի հաստատունն է ((6.626 x 10^{-34} Js)),
– (c)-ն լույսի արագությունն է ((3 x 10^8 մ/վ)),
– \(լամբդան \) լույսի ալիքի երկարությունն է (650 նմ կամ \(650 \times 10^{-9} \text{մ}\))։
Այս արժեքները հավասարման մեջ փոխարինելով՝
\[
E = \frac{6.626 × 10^{-34} × 3 × 10^8} × 650 × 10^{-9}}
= \frac{1.9878 x 10^{-25}}{650 x 10^{-9}}
= 3.05 անգամ 10^{-19} \text{Ջ}
\]
Հաջորդը, մենք Ջոուլները փոխակերպում ենք էլեկտրոն-վոլտերի՝ օգտագործելով \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\) փոխակերպումը։
\[
E = \frac{3.05 x 10^{-19}}{1.602 x 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]
Այսպիսով, 650 նմ ալիքի երկարությամբ լուսադիոդի կողմից արձակվող ֆոտոնի էներգիան մոտ 1.90 էՎ է։
Օրինակ 2. LED-ի ուղիղ լարում
Հարց. Կարմիր լուսադիոդն ունի 2 Վ ուղիղ լարում և պատշաճ աշխատանքի համար պահանջում է 20 մԱ հոսանք: Հաշվարկեք լուսադիոդի կողմից սպառված հզորությունը:
Քննարկում.
LED-ի կողմից կլանված հզորությունը հաշվարկելու համար մենք օգտագործում ենք հզորության հիմնական հավասարումը, այն է՝
P = V անգամ I
Որտեղ՝
– \( P \)-ն հզորությունն է Վատտերով (Վտ),
– \( V \)-ն վոլտերով (V) արտահայտված լարումն է,
– \( I \)-ն ամպերներով (A) հոսանքն է։
Փոխարինեք այս արժեքները հավասարման մեջ.
\[
P = 2 Վ անգամ 20 մԱ
= 2 Վ x 0.02 Ա
= 0.04 \text{ Վ}
\]
Այսպիսով, 2 Վ ուղիղ լարման և 20 մԱ հոսանքի դեպքում կարմիր լուսադիոդի կողմից կլանված հզորությունը կազմում է 0.04 Վտ։
Օրինակ 3. LED-ի արդյունավետություն
Հարց. Կապույտ լուսադիոդն ունի 30% քվանտային արդյունավետություն։ Եթե լուսադիոդն օգտագործում է 0.1 Վտ էլեկտրական հզորություն, որքա՞ն հզորություն է արձակվում լույսի տեսքով։
Քննարկում.
Քվանտային արդյունավետությունը (η) լույսի (P_luminous) տեսքով արձակված հզորության և մուտքային էլեկտրական հզորության (P_input) հարաբերությունն է։
\[ η = \frac{P_{\text{լուսավոր}}}{P_{\text{մուտք}}} \]
\(P_{\text{լուսավոր}}\) գտնելու համար օգտագործեք հետևյալ հավասարումը՝ 30% կամ 0.30 արդյունավետության արժեքով։
\[
0.30 = \frac{P_{\text{լուսավոր}}}{0.1 \text{W}}
\]
Այսպիսով՝
\[
P_{\text{լուսավոր}} = 0.30 անգամ 0.1 Վտ}
= 0.03 \text{ Վ}
\]
Այսպիսով, LED-ի կողմից լույսի տեսքով արձակված հզորությունը 0.03 Վտ է։
Օրինակ՝ խնդիր 4. Հաջորդական LED սխեմա
Հարց. Դուք ունեք երեք լուսադիոդ՝ յուրաքանչյուրը 2 Վ ուղիղ լարմամբ, որոնք պետք է միացվեն հաջորդաբար: Եթե լարման աղբյուրը 9 Վ է, որոշեք դիմադրության արժեքը, որն անհրաժեշտ է հոսանքը 20 մԱ-ով սահմանափակելու համար:
Քննարկում.
Երբ լուսադիոդները միացված են հաջորդականորեն, պահանջվող ընդհանուր լարումը յուրաքանչյուր լուսադիոդի ուղիղ լարումների գումարն է՝
\[
V_{ընդհանուր} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2Վ + 2Վ + 2Վ
= 6 վ
\]
Ռեզիստորի կողմից ցրված մնացորդային լարումը հետևյալն է.
\[
V_{R} = V_{աղբյուր} – V_{ընդհանուր}
= 9 Վ – 6 Վ
= 3 վ
\]
20 մԱ ցանկալի հոսանքի դեպքում դիմադրության արժեքը հաշվարկվում է Օհմի օրենքի միջոցով.
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ մԱ}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Օմեգա
\]
Այսպիսով, պահանջվող դիմադրության արժեքը 150 օհմ է:
Օրինակ 5. Զուգահեռ լուսադիոդային հոսանքի սահմանափակիչի սխեմա
Հարց. Շղթայում զուգահեռ տեղադրված են երկու լուսադիոդներ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի 2 Վ ուղիղ լարում և 20 մԱ հոսանք: Որքա՞ն է 5 Վ լարման աղբյուրից պահանջվող ընդհանուր հոսանքը, եթե յուրաքանչյուր լուսադիոդի համար օգտագործվում է դիմադրություն:
Քննարկում.
Զուգահեռ տեղադրված լուսադիոդների համար յուրաքանչյուր լուսադիոդ կենթարկվի նույն լարման, այսինքն՝ համապատասխան ուղիղ լարման, և քանի որ յուրաքանչյուր լուսադիոդի համար անհրաժեշտ է 20 մԱ հոսանք, ընդհանուր հոսանքը կկազմի՝
\[
I_{ընդհանուր} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \text{ մԱ}
\]
Յուրաքանչյուր LED-ի դիմադրության արժեքը հաշվարկելու համար կատարեք հետևյալը.
\[
V_{R} = V_{աղբյուր} – V_f
= 5 Վ – 2 Վ
= 3 վ
\]
Յուրաքանչյուր LED-ում հոսանքը սահմանափակող դիմադրության արժեքը հետևյալն է.
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ մԱ}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Օմեգա
\]
Այսպիսով, յուրաքանչյուր լուսադիոդի համար անհրաժեշտ է 150 օհմ դիմադրություն: 5 Վ լարման սնուցման աղբյուրից պահանջվող ընդհանուր հոսանքը 40 մԱ է:
Եզրակացություն
ԼԵԴ-երը ժամանակակից էլեկտրոնիկայի կարևորագույն բաղադրիչներն են՝ երկար ծառայության ժամկետով բարձր արդյունավետ լուսավորություն ապահովելու իրենց ունակության շնորհիվ: Հոսքային լարման, հոսանքի, հզորության, քվանտային արդյունավետության նման հիմնական հասկացությունների և դրանց սխեմայում կարգավորման եղանակի ըմբռնումը կապահովի ամուր հիմք գործնական կիրառությունների համար: Վերը նշված օրինակները առաջին քայլն են էլեկտրոնային սխեմաներում ԼԵԴ-երի օգտագործման հետ կապված տարբեր կիրառությունների և հաշվարկների տիրապետման ուղղությամբ:
