د رڼا خپروونکو ډایډونو (LEDs) په اړه د بحث کولو لپاره د مثال پوښتنې
د رڼا خپروونکی ډایډ (LED) یو نیمه نیمه وسیله ده چې هغه وخت رڼا خپروي کله چې بریښنایی جریان له هغې څخه تیریږي. د LEDs تر شا پدیده د الیکټرولومینیسینس په نوم پیژندل کیږي، چیرې چې د نیمه نیمه موادو مواد د بریښنایی جریان لخوا هڅول کیدو سره رڼا خپروي. LEDs د دودیزو رڼا سرچینو لکه تاپدید بلبونو په پرتله د دوی د لوړ موثریت او اوږد عمر له امله په مختلفو غوښتنلیکونو کې خورا مشهور شوي دي.
په دې مقاله کې، موږ به د LEDs پورې اړوند ځینې مثالي ستونزې په اړه بحث وکړو او د دوی حل لارې او بحثونه به په تفصیل سره تشریح کړو ترڅو د دې پدیدې تر شا مفهوم پوهیدو کې مرسته وکړو.
د بېلګې لومړۍ پوښتنه: د LEDs اساسي ځانګړتیاوې
پوښتنه: یو LED د 650 nm (نانومیټر) د طول موج سره د رڼا د خپریدو وړتیا لري. د دې LED لخوا د خپریدونکي فوټونونو انرژي په الکترون وولټونو (eV) کې محاسبه کړئ.
بحث:
د فوټون انرژي د پلانک معادلې په کارولو سره محاسبه کیدی شي:
\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]
چیرته:
– \( E \) د فوټون انرژي ده،
– \( h \) د پلانک ثابت دی (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\))،
– \( c \) د رڼا سرعت دی (\(3 \times 10^8 \text{ m/s}\)),
– \( \lambda \) د رڼا د طول موج دی (650 nm یا \(650 \times 10^{-9} \text{ m}\)).
د دې ارزښتونو ځای په ځای کول په معادلې کې حاصل ورکوي:
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \ ځله 10^{-25}}{650 \ ځله 10^{-9}}
= ۳.۰۵ \ ځله ۱۰^{-۱۹} \ متن{ ج}
\]
بیا، موږ د \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\) د تبادلې په کارولو سره جولونه الکترون-ولټونو ته واړوو:
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ ۱.۹۰ \متن{ eV}
\]
نو، د 650 nm طول موج سره د LED لخوا خارج شوی فوټون انرژي شاوخوا 1.90 eV ده.
بېلګه ۲: د LED مخکینۍ ولتاژ
پوښتنه: یو سور LED د 2V مخکینۍ ولټاژ لري او د سم فعالیت لپاره 20 mA جریان ته اړتیا لري. د LED لخوا مصرف شوی بریښنا محاسبه کړئ.
بحث:
د LED لخوا جذب شوي بریښنا محاسبه کولو لپاره، موږ د بریښنا لپاره اساسي معادله کاروو، یعنې:
\[ P = V \ ځله I \]
چیرته:
– \( P \) په واټس (W) کې ځواک دی،
– \( V \) په ولټونو (V) کې ولتاژ دی،
– \( I \) په امپیر (A) کې جریان دی.
دا ارزښتونه په معادلې کې ځای په ځای کړئ:
\[
P = 2 \text{ V} \times 20 \text{ mA}
= ۲ \متن{ V} \وختونه ۰.۰۲ \متن{ A}
= 0.04 \متن{ W}
\]
نو، هغه بریښنا چې د سور LED لخوا جذب کیږي چې د 2V په مخکینۍ ولټاژ او د 20 mA جریان کې فعالیت کوي 0.04 واټ دی.
بېلګه ۳: د LED موثریت
پوښتنه: یو نیلي LED د 30٪ کوانټم موثریت لري. که چیرې LED 0.1 W بریښنا کاروي، نو څومره بریښنا د رڼا په توګه خپریږي؟
بحث:
د کوانټم موثریت (η) د رڼا (P_luminous) په بڼه د خپریدونکي بریښنا تناسب دی چې د بریښنا ان پټ (P_input) سره دی:
\[ η = \frac{P_{\متن{روښانه}}}{P_{\متن{ننوت}}} \]
د \( P_{\text{luminous}} \) موندلو لپاره، لاندې معادله د 30% یا 0.30 موثریت ارزښت سره وکاروئ:
\[
۰.۳۰ = \frac{P_{\text{brightenous}}}{0.1 \text{W}}
\]
په دې توګه:
\[
P_{\text{روشن}} = 0.30 \times 0.1 \text{ W}
= 0.03 \متن{ W}
\]
نو، هغه بریښنا چې د LED لخوا د رڼا په بڼه خپریږي 0.03 واټ ده.
د مثال څلورمه ستونزه: د LED سرکټ لړۍ
پوښتنه: تاسو درې LEDs لرئ چې هر یو یې د 2V مخکینۍ ولټاژ لري چې باید په لړۍ کې وصل شي. که چیرې د ولټاژ سرچینه 9V وي، نو د هغه مقاومت ارزښت وټاکئ چې د جریان 20 mA ته محدودولو لپاره اړین دی.
بحث:
کله چې LEDs په لړۍ کې وصل شي، نو د اړتیا وړ ټول ولتاژ د هر LED د مخکینۍ ولتاژونو مجموعه ده:
\[
V_{ټول} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= ۲ وولټ + ۲ وولټ + ۲ وولټ
= 6V
\]
هغه پاتې ولتاژ چې باید د ریزسټر لخوا تحلیل شي دا دی:
\[
V_{R} = V_{سرچینه} – V_{ټول}
= ۹ وولټ – ۶ وولټ
= 3V
\]
د 20 mA مطلوب جریان سره، د مقاومت ارزښت د اوهم قانون په کارولو سره محاسبه کیږي:
\[
ر = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \متن{mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= ۱۵۰ \ اومیګا
\]
نو، د اړتیا وړ مقاومت ارزښت 150 ohms دی.
بېلګه ۵: د موازي LED اوسني محدودونکي سرکټ
پوښتنه: په یوه سرکټ کې، دوه LEDs په موازي ډول شتون لري، چې هر یو یې د 2V مخکینۍ ولتاژ او د 20 mA جریان لري. که چیرې د هر LED لپاره ریزسټر وکارول شي نو د 5V ولتاژ سرچینې څخه د اړتیا وړ ټول جریان څومره دی؟
بحث:
د هغو LEDs لپاره چې په موازي ډول تنظیم شوي وي، هر LED به ورته ولتاژ تجربه کړي، یعنې د دوی اړوند مخکینۍ ولتاژ، او څرنګه چې دوی د هر LED لپاره 20 mA جریان ته اړتیا لري، ټول جریان دا دی:
\[
I_{ټول} = I_1 + I_2
= 20 \ متن { mA} + 20 \ متن { mA}
= ۴۰ \متن{ mA}
\]
د هر LED لپاره د مقاومت ارزښت محاسبه کولو لپاره:
\[
V_{R} = V_{سرچینه} – V_f
= ۹ وولټ – ۶ وولټ
= 3V
\]
د هر LED کې د جریان محدودولو لپاره د مقاومت ارزښت دا دی:
\[
ر = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \متن{mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= ۱۵۰ \ اومیګا
\]
په دې توګه، هر LED د 150 ohm مقاومت ته اړتیا لري. د 5V بریښنا رسولو څخه اړین ټول جریان 40 mA دی.
پایله
LEDs په عصري الکترونیکي وسایلو کې مهم اجزا دي ځکه چې دوی د اوږدې مودې لپاره د خورا اغیزمنې رڼا چمتو کولو وړتیا لري. د بنسټیزو مفاهیمو پوهیدل لکه فارورډ ولټاژ، جریان، بریښنا، کوانټم موثریت، او په سرکټ کې د دوی تنظیم کولو څرنګوالی به د عملي غوښتنلیکونو لپاره یو قوي بنسټ چمتو کړي. پورته مثالونه په بریښنایی سرکټونو کې د LEDs کارولو پورې اړوند مختلف غوښتنلیکونو او محاسبو ماسټر کولو په لور لومړی ګام دی.
