روشني خارج ڪندڙ ڊائيوڊس (ايل اي ڊي) تي بحث ڪندڙ مثال سوال
روشني خارج ڪندڙ ڊاءِوڊ (ايل اي ڊي) هڪ سيمي ڪنڊڪٽر ڊيوائس آهي جيڪو روشني خارج ڪري ٿو جڏهن ڪو برقي ڪرنٽ ان مان وهندو آهي. ايل اي ڊي جي پويان رجحان کي اليڪٽرولومينسينس جي نالي سان سڃاتو وڃي ٿو، جتي هڪ سيمي ڪنڊڪٽر مواد برقي ڪرنٽ جي جوش ۾ اچڻ تي روشني خارج ڪري ٿو. ايل اي ڊي روايتي روشني ذريعن جهڙوڪ تاپديپت بلب جي مقابلي ۾ پنهنجي اعليٰ ڪارڪردگي ۽ ڊگهي عمر جي ڪري مختلف ايپليڪيشنن ۾ تمام گهڻو مشهور ٿي چڪا آهن.
هن آرٽيڪل ۾، اسين ايل اي ڊي سان لاڳاپيل ڪجهه مثالن جي مسئلن تي بحث ڪنداسين ۽ انهن جي حل ۽ بحثن کي تفصيل سان بيان ڪنداسين ته جيئن هن رجحان جي پويان تصور کي سمجهڻ ۾ مدد ملي سگهي.
مثال سوال 1: ايل اي ڊي جون بنيادي خاصيتون
سوال: هڪ LED ۾ 650 nm (نانو ميٽر) جي موج جي ڊيگهه سان روشني خارج ڪرڻ جي صلاحيت هوندي آهي. هن LED ذريعي خارج ٿيندڙ فوٽون جي توانائي کي اليڪٽران-وولٽس (eV) ۾ ڳڻيو.
بحث:
فوٽوان توانائي جو حساب پلانڪ جي مساوات استعمال ڪندي ڪري سگهجي ٿو:
\[ اي = \فريڪ{ايڇ سي}{\ليمبڊا} \]
انسان ۾:
- \( E \) فوٽوان توانائي آهي،
– \( h \) پلانڪ جو مستقل آهي (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
- \( c \) روشني جي رفتار آهي (\(3 \ ڀيرا 10^8 \text{ m/s}\)),
– \( \lambda \) روشني جي موج جي ڊيگهه آهي (650 nm يا \(650 \times 10^{-9} \text{ m}\)).
انهن قدرن کي مساوات ۾ تبديل ڪرڻ سان حاصل ٿئي ٿو:
\[
اي = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \ ڀيرا 10^{-25}}{650 \ ڀيرا 10^{-9}}
= 3.05 \ ڀيرا 10^{-19} \ متن{ جي}
\]
اڳيون، اسين جولز کي اليڪٽران-وولٽس ۾ تبديل ڪريون ٿا ڪنورشن \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\) استعمال ڪندي:
\[
اي = \frac{3.05 \ٽائيم 10^{-19}}{1.602 \ٽائيم 10^{-19}}
≈ 1.90 \ٽيڪسٽ{ eV}
\]
تنهن ڪري، 650 nm جي موج جي ڊيگهه سان هڪ LED پاران خارج ٿيندڙ فوٽوان توانائي لڳ ڀڳ 1.90 eV آهي.
مثال 2: ايل اي ڊي فارورڊ وولٽيج
سوال: هڪ ڳاڙهي LED جو فارورڊ وولٽيج 2V آهي ۽ ان کي صحيح طريقي سان هلائڻ لاءِ 20 mA جي ڪرنٽ جي ضرورت آهي. LED پاران استعمال ٿيندڙ بجلي جو حساب لڳايو.
بحث:
LED پاران جذب ٿيل طاقت جو حساب ڪرڻ لاءِ، اسان طاقت لاءِ بنيادي مساوات استعمال ڪندا آهيون، يعني:
\[ پي = وي \ ڀيرا آئون \]
انسان ۾:
– \( P \) واٽس (W) ۾ طاقت آهي،
– \( V \) وولٽ (V) ۾ وولٽيج آهي،
– \( I \) ايمپيئر (A) ۾ ڪرنٽ آهي.
انهن قدرن کي مساوات ۾ تبديل ڪريو:
\[
پي = 2 \ٽيڪسٽ{ وي} \ٽائيمز 20 \ٽيڪسٽ{ ايم اي}
= 2 \ٽيڪسٽ{ وي} \ٽائيمز 0.02 \ٽيڪسٽ{ اي}
= 0.04 \ٽيڪسٽ{ ڊبليو}
\]
تنهن ڪري، 2V جي فارورڊ وولٽيج ۽ 20 mA جي ڪرنٽ تي هلندڙ ڳاڙهي LED پاران جذب ڪيل طاقت 0.04 واٽ آهي.
مثال 3: ايل اي ڊي جي ڪارڪردگي
سوال: هڪ نيري ايل اي ڊي جي ڪوانٽم ڪارڪردگي 30 سيڪڙو آهي. جيڪڏهن ايل اي ڊي 0.1 واٽ بجلي استعمال ڪري ٿي، ته روشني جي طور تي ڪيتري طاقت خارج ٿيندي؟
بحث:
ڪوانٽم ڪارڪردگي (η) روشني (P_luminous) جي صورت ۾ جاري ٿيندڙ طاقت جو برقي طاقت جي ان پٽ (P_input) سان تناسب آهي:
\[ η = \frac{P_{\ٽيڪسٽ{چمڪندڙ}}}{P_{\ٽيڪسٽ{ان پٽ}}} \]
\( P_{\text{luminous}} \) ڳولڻ لاءِ، هيٺ ڏنل مساوات کي 30% يا 0.30 جي ڪارڪردگي جي قيمت سان استعمال ڪريو:
\[
0.30 = \frac{P_{\text{چمڪندڙ}}}{0.1 \text{W}}
\]
اهڙيءَ طرح:
\[
P_{\text{چمڪندڙ}} = 0.30 \ ڀيرا 0.1 \text{ W}
= 0.03 \ٽيڪسٽ{ ڊبليو}
\]
تنهن ڪري، روشني جي صورت ۾ LED پاران جاري ڪيل طاقت 0.03 واٽ آهي.
مثال مسئلو 4: سيريز ايل اي ڊي سرڪٽ
سوال: توهان وٽ ٽي ايل اي ڊي آهن جن جو فارورڊ وولٽيج 2V آهي ۽ انهن کي سيريز ۾ ڳنڍڻ جي ضرورت آهي. جيڪڏهن وولٽيج جو ذريعو 9V آهي، ته پوءِ ڪرنٽ کي 20 mA تائين محدود ڪرڻ لاءِ گهربل رزسٽر جي قيمت جو اندازو لڳايو.
بحث:
جڏهن ايل اي ڊي سيريز ۾ ڳنڍيل هوندا آهن، ته گهربل ڪل وولٽيج هر ايل اي ڊي جي فارورڊ وولٽيجز جو مجموعو هوندو آهي:
\[
V_{مجموعي} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2 وي + 2 وي + 2 وي
= 6 وي
\]
باقي وولٽيج جيڪو رزسٽر ذريعي ختم ٿيڻ گهرجي اهو آهي:
\[
V_{R} = V_{ذريعو} – V_{ڪل}
= 9 وي - 6 وي
= 3 وي
\]
20 mA جي گهربل ڪرنٽ سان، رزسٽر ويليو اوهم جي قانون کي استعمال ڪندي ڳڻيو ويندو آهي:
\[
آر = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \ٽيڪسٽ{ ايم اي}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \اوميگا
\]
تنهن ڪري، گهربل رزسٽر ويليو 150 اوهم آهي.
مثال 5: متوازي ايل اي ڊي ڪرنٽ لميٽر سرڪٽ
سوال: هڪ سرڪٽ ۾، ٻه ايل اي ڊي متوازي ترتيب ڏنل آهن، هر هڪ جو فارورڊ وولٽيج 2V ۽ ڪرنٽ 20 mA آهي. جيڪڏهن هر ايل اي ڊي لاءِ ريزسٽر استعمال ڪيو وڃي ته 5V وولٽيج سورس مان گهربل ڪل ڪرنٽ ڪيترو هوندو؟
بحث:
متوازي ترتيب ڏنل LEDs لاءِ، هر LED ساڳئي وولٽيج جو تجربو ڪندو، يعني انهن جي لاڳاپيل فارورڊ وولٽيج، ۽ جيئن ته انهن کي هر LED لاءِ 20 mA ڪرنٽ جي ضرورت هوندي آهي، ڪل ڪرنٽ آهي:
\[
I_{ڪل} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \ٽيڪسٽ{ ايم اي}
\]
هر LED لاءِ رزسٽر ويليو ڳڻڻ لاءِ:
\[
وي_{آر} = وي_{ذريعو} – وي_ف
= 5 وي - 2 وي
= 3 وي
\]
هر LED ۾ ڪرنٽ کي محدود ڪرڻ لاءِ رزسٽر ويليو آهي:
\[
آر = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \ٽيڪسٽ{ ايم اي}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \اوميگا
\]
اهڙيءَ طرح، هر LED کي 150 اوهم رزسٽر جي ضرورت آهي. 5V پاور سپلاءِ مان گهربل ڪُل ڪرنٽ 40 mA آهي.
نتيجو
جديد اليڪٽرانڪس ۾ ايل اي ڊي اهم جزا آهن ڇاڪاڻ ته انهن جي ڊگهي عمر سان انتهائي ڪارآمد روشني فراهم ڪرڻ جي صلاحيت آهي. بنيادي تصورن کي سمجهڻ جهڙوڪ فارورڊ وولٽيج، ڪرنٽ، پاور، ڪوانٽم ڪارڪردگي، ۽ انهن کي سرڪٽ ۾ ڪيئن ترتيب ڏيڻ عملي ايپليڪيشنن لاءِ هڪ مضبوط بنياد فراهم ڪندو. مٿي ڏنل مثال اليڪٽرانڪ سرڪٽ ۾ ايل اي ڊي جي استعمال سان لاڳاپيل مختلف ايپليڪيشنن ۽ حسابن ۾ مهارت حاصل ڪرڻ جي طرف پهريون قدم آهن.
