ຕົວຢ່າງຄຳຖາມກ່ຽວກັບໄດໂອດປ່ອຍແສງ (LED)

ຕົວຢ່າງຄຳຖາມກ່ຽວກັບໄດໂອດປ່ອຍແສງ (LED)

ໄດໂອດປ່ອຍແສງ (LED) ແມ່ນອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ປ່ອຍແສງເມື່ອກະແສໄຟຟ້າໄຫຼຜ່ານມັນ. ປະກົດການທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫຼັງ LED ເປັນທີ່ຮູ້ຈັກກັນໃນນາມ electroluminescence, ບ່ອນທີ່ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳປ່ອຍແສງເມື່ອຖືກກະຕຸ້ນໂດຍກະແສໄຟຟ້າ. LED ໄດ້ກາຍເປັນທີ່ນິຍົມຫຼາຍໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍເນື່ອງຈາກປະສິດທິພາບສູງແລະອາຍຸການໃຊ້ງານທີ່ຍາວນານເມື່ອທຽບກັບແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງແບບດັ້ງເດີມເຊັ່ນ: ຫລອດໄຟ incandescent.

ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາຈະປຶກສາຫາລືບັນຫາຕົວຢ່າງບາງຢ່າງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ LEDs ແລະອະທິບາຍວິທີແກ້ໄຂ ແລະ ການສົນທະນາຂອງພວກມັນຢ່າງລະອຽດເພື່ອຊ່ວຍໃຫ້ເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫຼັງປະກົດການນີ້.

ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 1: ຄຸນສົມບັດພື້ນຖານຂອງໄຟ LED

ຄຳຖາມ: LED ມີທ່າແຮງທີ່ຈະປ່ອຍແສງທີ່ມີຄວາມຍາວຄື້ນ 650 nm (ນາໂນແມັດ). ຈົ່ງຄິດໄລ່ພະລັງງານຂອງໂຟຕອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກ LED ນີ້ໃນໜ່ວຍເອເລັກຕຣອນ-ໂວນ (eV).

ເປບບາຮາຊານ:
ພະລັງງານໂຟຕອນສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້ສົມຜົນຂອງ Planck:

\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]

ຢູ່ໃສ:
- \( E \) ແມ່ນພະລັງງານໂຟຕອນ,
- \( h \) ແມ່ນຄ່າຄົງທີ່ຂອງ Planck (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
- \( c \) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງ (\(3 \ຄູນ 10^8 \text{ m/s}\)),
- \( \lambda \) ແມ່ນຄວາມຍາວຄື້ນຂອງແສງ (650 nm ຫຼື \(650 \ຄູນ 10^{-9} \text{ m}\)).

ການແທນຄ່າເຫຼົ່ານີ້ເຂົ້າໃນສົມຜົນໄດ້ຜົນ:

\[
E = \frac{6.626 \ຄູນ 10^{-34} \ຄູນ 3 \ຄູນ 10^8}{650 \ຄູນ 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \ຄູນ 10^{-25}}{650 \ຄູນ 10^{-9}}
= 3.05 ຄູນ 10^{-19} \text{ J}
\]

ຕໍ່ໄປ, ພວກເຮົາປ່ຽນຈູລເປັນເອເລັກຕຣອນ-ໂວນໂດຍໃຊ້ການແປງ \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\):

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

ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານໂຟຕອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກ LED ທີ່ມີຄວາມຍາວຄື່ນ 650 nm ແມ່ນປະມານ 1.90 eV.

ຕົວຢ່າງທີ 2: ແຮງດັນໄຟຟ້າສົ່ງຕໍ່ຂອງ LED

ຄຳຖາມ: ໄຟ LED ສີແດງມີແຮງດັນສົ່ງຕໍ່ 2V ແລະຕ້ອງການກະແສໄຟຟ້າ 20 mA ເພື່ອໃຫ້ເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງຖືກຕ້ອງ. ຈົ່ງຄິດໄລ່ພະລັງງານທີ່ໃຊ້ໂດຍໄຟ LED.

ເປບບາຮາຊານ:
ເພື່ອຄິດໄລ່ພະລັງງານທີ່ LED ດູດຊຶມ, ພວກເຮົາໃຊ້ສົມຜົນພື້ນຖານສຳລັບພະລັງງານ, ຄື:

\[ P = V \ຄູນ I \]

ຢູ່ໃສ:
– \( P \) ແມ່ນພະລັງງານເປັນວັດ (W),
- \( V \) ແມ່ນແຮງດັນໃນໂວນ (V),
-\(I\) ແມ່ນກະແສໄຟຟ້າໃນໜ່ວຍແອມແປ (A).

ແທນຄ່າເຫຼົ່ານີ້ເຂົ້າໃນສົມຜົນ:

\[
P = 2 {\text{ V}} ຄູນ 20 {\text{ mA}}
= 2 ຂໍ້ຄວາມ { V} ຄູນ 0.02 ຂໍ້ຄວາມ { A}
= 0.04 {\text{ W}}
\]

ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານທີ່ LED ສີແດງດູດຊຶມທີ່ເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ແຮງດັນສົ່ງຕໍ່ 2V ແລະກະແສໄຟຟ້າ 20 mA ແມ່ນ 0.04 ວັດ.

ຕົວຢ່າງທີ 3: ປະສິດທິພາບຂອງ LED

ຄຳຖາມ: ໄຟ LED ສີຟ້າມີປະສິດທິພາບດ້ານຄວອນຕຳ 30%. ຖ້າໄຟ LED ໃຊ້ພະລັງງານໄຟຟ້າ 0.1 W, ພະລັງງານເທົ່າໃດທີ່ປ່ອຍອອກມາເປັນແສງ?

ເປບບາຮາຊານ:
ປະສິດທິພາບດ້ານຄວອນຕຳ (η) ແມ່ນອັດຕາສ່ວນຂອງພະລັງງານທີ່ປ່ອຍອອກມາໃນຮູບແບບຂອງແສງສະຫວ່າງ (P_luminous) ຕໍ່ກັບພະລັງງານໄຟຟ້າທີ່ປ້ອນເຂົ້າ (P_input):

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

ເພື່ອຊອກຫາ \( P_{\text{luminous}} \), ໃຫ້ໃຊ້ສົມຜົນຕໍ່ໄປນີ້ທີ່ມີຄ່າປະສິດທິພາບ 30% ຫຼື 0.30:

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

ດັ່ງນັ້ນ:

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

ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກ LED ໃນຮູບແບບຂອງແສງແມ່ນ 0.03 ວັດ.

ຕົວຢ່າງບັນຫາທີ 4: ວົງຈອນ LED ຊຸດ

ຄຳຖາມ: ທ່ານມີໄຟ LED ສາມດວງທີ່ມີແຮງດັນສົ່ງຕໍ່ 2V ແຕ່ລະດວງຕ້ອງເຊື່ອມຕໍ່ກັນເປັນຊຸດ. ຖ້າແຫຼ່ງແຮງດັນແມ່ນ 9V, ໃຫ້ກຳນົດຄ່າຂອງຕົວຕ້ານທານທີ່ຕ້ອງການເພື່ອຈຳກັດກະແສໄຟຟ້າໃຫ້ຢູ່ທີ່ 20 mA.

ເປບບາຮາຊານ:
ເມື່ອ LEDs ຖືກເຊື່ອມຕໍ່ເປັນຊຸດ, ແຮງດັນທັງໝົດທີ່ຕ້ອງການແມ່ນຜົນລວມຂອງແຮງດັນໄປຂ້າງໜ້າຂອງແຕ່ລະ LED:

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

ແຮງດັນທີ່ເຫຼືອທີ່ຕ້ອງຖືກກະຈາຍໂດຍຕົວຕ້ານທານແມ່ນ:

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

ດ້ວຍກະແສໄຟຟ້າທີ່ຕ້ອງການ 20 mA, ຄ່າຕົວຕ້ານທານຖືກຄິດໄລ່ໂດຍໃຊ້ກົດໝາຍຂອງໂອມ:

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

ດັ່ງນັ້ນ, ຄ່າຕົວຕ້ານທານທີ່ຕ້ອງການແມ່ນ 150 ohms.

ຕົວຢ່າງທີ 5: ວົງຈອນຈຳກັດກະແສໄຟຟ້າ LED ຂະໜານ

ຄຳຖາມ: ໃນວົງຈອນ, ມີໄຟ LED ສອງດວງຂະໜານກັນ, ແຕ່ລະດວງມີແຮງດັນສົ່ງຕໍ່ 2V ແລະກະແສໄຟຟ້າ 20 mA. ກະແສໄຟຟ້າທັງໝົດທີ່ຕ້ອງການຈາກແຫຼ່ງແຮງດັນ 5V ແມ່ນເທົ່າໃດ ຖ້າໃຊ້ຕົວຕ້ານທານສຳລັບແຕ່ລະໄຟ LED?

ເປບບາຮາຊານ:
ສຳລັບ LED ທີ່ຈັດລຽງແບບຂະໜານ, ແຕ່ລະ LED ຈະມີແຮງດັນດຽວກັນ, ຄືແຮງດັນໄປຂ້າງໜ້າຂອງພວກມັນ, ແລະ ເນື່ອງຈາກພວກມັນຕ້ອງການກະແສໄຟຟ້າ 20 mA ຕໍ່ LED, ກະແສໄຟຟ້າທັງໝົດແມ່ນ:

\[
I_{ທັງໝົດ} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 ຂໍ້ຄວາມ { mA}
\]

ເພື່ອຄິດໄລ່ຄ່າຕົວຕ້ານທານສຳລັບແຕ່ລະ LED:

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

ຄ່າຕົວຕ້ານທານເພື່ອຈຳກັດກະແສໄຟຟ້າໃນແຕ່ລະ LED ແມ່ນ:

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

ດັ່ງນັ້ນ, ແຕ່ລະ LED ຕ້ອງການຕົວຕ້ານທານ 150 ohm. ກະແສໄຟຟ້າທັງໝົດທີ່ຕ້ອງການຈາກແຫຼ່ງຈ່າຍໄຟ 5V ແມ່ນ 40 mA.

ສະຫຼຸບ

ໄຟ LED ເປັນອົງປະກອບທີ່ສຳຄັນໃນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທັນສະໄໝ ເນື່ອງຈາກຄວາມສາມາດໃນການສະໜອງແສງສະຫວ່າງທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ມີອາຍຸການໃຊ້ງານທີ່ຍາວນານ. ການເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານເຊັ່ນ: ແຮງດັນໄຟຟ້າສົ່ງຕໍ່, ກະແສໄຟຟ້າ, ພະລັງງານ, ປະສິດທິພາບດ້ານຄວອນຕຳ, ແລະວິທີການຕັ້ງຄ່າພວກມັນໃນວົງຈອນ ຈະເປັນພື້ນຖານທີ່ແຂງແກ່ນສຳລັບການນຳໃຊ້ຕົວຈິງ. ຕົວຢ່າງຂ້າງເທິງນີ້ແມ່ນບາດກ້າວທຳອິດໄປສູ່ການຮຽນຮູ້ການນຳໃຊ້ ແລະ ການຄິດໄລ່ຕ່າງໆທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການນຳໃຊ້ໄຟ LED ໃນວົງຈອນເອເລັກໂຕຣນິກ.