Пример прашања за дискусија за светлосни диоди (LED)
Светлоедилна диода (LED) е полупроводнички уред кој емитува светлина кога низ неа тече електрична струја. Феноменот зад LED диодите е познат како електролуминисценција, каде што полупроводничкиот материјал емитува светлина кога е возбуден од електрична струја. LED диодите станаа многу популарни во различни апликации поради нивната висока ефикасност и долг век на траење во споредба со традиционалните извори на светлина како што се сијалиците со вжарено влакно.
Во оваа статија, ќе разгледаме неколку примери на проблеми поврзани со LED диоди и детално ќе ги објасниме нивните решенија и дискусии за да помогнеме во разбирањето на концептот зад овој феномен.
Пример за прашање 1: Основни својства на LED диодите
Прашање: LED диодата има потенцијал да емитува светлина со бранова должина од 650 nm (нанометри). Пресметајте ја енергијата на фотоните емитирани од оваа LED диода во електрон-волти (eV).
Пембахасан:
Енергијата на фотонот може да се пресмета со помош на Планковата равенка:
\[ E = \frac{hc}{\ламбда} \]
ди мана:
– \( E \) е енергијата на фотонот,
– (h) е Планкова константа (6.626 x 10^{-34} Js)),
– (c) е брзината на светлината ((3 x 10^8 m/s)),
– \(\lambda\) е брановата должина на светлината (650 nm или \(650 \times 10^{-9} \text{m}\)).
Заменувањето на овие вредности во равенката дава:
\[
E = \frac{6.626 × 10^{-34} × 3 × 10^8}{650 × 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 \times 10^{-19} \text{J}
\]
Потоа, ги претвораме џулите во електрон-волти користејќи ја конверзијата \(1 eV = 1.602 \times 10^{-19} J):
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]
Значи, енергијата на фотонот емитирана од LED со бранова должина од 650 nm е околу 1.90 eV.
Пример 2: Напон на LED диодата
Прашање: Црвената LED диода има директен напон од 2V и бара струја од 20 mA за правилно функционирање. Пресметајте ја енергијата што ја троши LED диодата.
Пембахасан:
За да ја пресметаме моќноста апсорбирана од LED диодата, ја користиме основната равенка за моќност, имено:
\[ P = V \ пати I \]
ди мана:
– \( P \) е моќноста во вати (W),
– \( V \) е напонот во волти (V),
– \( I \) е струјата во ампери (A).
Заменете ги овие вредности во равенката:
\[
P = 2 V пати 20 mA
= 2 V пати 0.02 A
= 0.04 \text{ W}
\]
Значи, моќноста апсорбирана од црвена LED диода што работи со директен напон од 2V и струја од 20 mA е 0.04 вати.
Пример 3: Ефикасност на LED диоди
Прашање: Сината LED диода има квантна ефикасност од 30%. Ако LED диодата користи 0.1 W електрична енергија, колку енергија се емитува како светлина?
Пембахасан:
Квантната ефикасност (η) е односот на моќноста ослободена во форма на светлина (P_luminous) кон влезната електрична енергија (P_input):
\[ η = \frac{P_{\text{светлосен}}}{P_{\text{влез}}} \]
За да го пронајдете \(P_{\text{прозрачна}} \), користете ја следната равенка со вредност на ефикасност од 30% или 0.30:
\[
0.30 = \frac{P_{\text{светлосен}}}{0.1 \text{W}}
\]
Така:
\[
P_{\text{светлосен}} = 0.30 пати 0.1 W}
= 0.03 \text{ W}
\]
Значи, моќноста што ја ослободува ЛЕД-светилката во форма на светлина е 0.03 вати.
Пример за проблем 4: Сериско LED коло
Прашање: Имате три LED диоди со директен напон од 2V секоја што треба да се поврзат сериски. Ако изворот на напон е 9V, одредете ја вредноста на отпорникот потребен за да се ограничи струјата на 20 mA.
Пембахасан:
Кога LED диодите се поврзани сериски, вкупниот потребен напон е збир од директните напони на секоја LED диода:
\[
V_{вкупно} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6V
\]
Преостанатиот напон што мора да го дисипира отпорникот е:
\[
V_{R} = V_{извор} – V_{вкупно}
= 9V – 6V
= 3V
\]
Со посакувана струја од 20 mA, вредноста на отпорникот се пресметува со користење на Омовиот закон:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Омега
\]
Значи, потребната вредност на отпорникот е 150 оми.
Пример 5: Коло за ограничување на струја со паралелна LED диода
Прашање: Во едно коло, има две LED диоди наредени паралелно, секоја со директен напон од 2V и струја од 20 mA. Колкава е вкупната струја потребна од извор на напон од 5V ако за секоја LED диода се користи отпорник?
Пембахасан:
За LED диоди поставени паралелно, секоја LED диода ќе има ист напон, имено нивниот соодветен директен напон, и бидејќи им е потребна струја од 20 mA по LED диода, вкупната струја е:
\[
I_{вкупно} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \text{ mA}
\]
За да се пресмета вредноста на отпорникот за секоја LED диода:
\[
V_{R} = V_{извор} – V_f
= 5V – 2V
= 3V
\]
Вредноста на отпорникот за ограничување на струјата во секоја LED диода е:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Омега
\]
Според тоа, секоја LED диода бара отпорник од 150 оми. Вкупната струја потребна од напојување од 5V е 40 mA.
Заклучок
LED диодите се клучни компоненти во модерната електроника поради нивната способност да обезбедат високо ефикасно осветлување со долг век на траење. Разбирањето на основните концепти како што се директен напон, струја, моќност, квантна ефикасност и како да се конфигурираат во коло ќе обезбеди солидна основа за практични апликации. Горенаведените примери се прв чекор кон совладување на различните апликации и пресметки поврзани со употребата на LED диоди во електронските кола.
