ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩ (LED) සාකච්ඡා කරන උදාහරණ ප්රශ්න
ආලෝක විමෝචක ඩයෝඩයක් (LED) යනු අර්ධ සන්නායක උපාංගයක් වන අතර එය හරහා විද්යුත් ධාරාවක් ගලා යන විට ආලෝකය විමෝචනය කරයි. LED පිටුපස ඇති සංසිද්ධිය විද්යුත් දීප්තිය ලෙස හැඳින්වේ, එහිදී අර්ධ සන්නායක ද්රව්යයක් විද්යුත් ධාරාවකින් උද්දීපනය වන විට ආලෝකය විමෝචනය කරයි. තාපදීප්ත බල්බ වැනි සාම්ප්රදායික ආලෝක ප්රභවයන්ට සාපේක්ෂව ඒවායේ ඉහළ කාර්යක්ෂමතාව සහ දිගු ආයු කාලය හේතුවෙන් විවිධ යෙදුම්වල LED ඉතා ජනප්රිය වී ඇත.
මෙම ලිපියෙන් අපි LED ආශ්රිත ගැටළු කිහිපයක් සාකච්ඡා කර, මෙම සංසිද්ධිය පිටුපස ඇති සංකල්පය තේරුම් ගැනීමට උපකාර කිරීම සඳහා ඒවායේ විසඳුම් සහ සාකච්ඡා විස්තරාත්මකව පැහැදිලි කරන්නෙමු.
උදාහරණ ප්රශ්නය 1: LED වල මූලික ගුණාංග
ප්රශ්නය: LED එකකට 650 nm (නැනෝමීටර) තරංග ආයාමයක් සහිත ආලෝකයක් විමෝචනය කිරීමේ හැකියාව ඇත. මෙම LED මඟින් විමෝචනය වන ෆෝටෝනවල ශක්තිය ඉලෙක්ට්රෝන-වෝල්ට් (eV) වලින් ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
ප්ලාන්ක්ගේ සමීකරණය භාවිතයෙන් ෆෝටෝන ශක්තිය ගණනය කළ හැක:
\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]
කොහෙද:
– \( E \) යනු ෆෝටෝන ශක්තියයි,
– \( h \) යනු ප්ලාන්ක්ගේ නියතය (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
– \( c \) යනු ආලෝකයේ වේගයයි (\(3 \times 10^8 \text{ m/s}\)),
– \( \lambda \) යනු ආලෝකයේ තරංග ආයාමය (650 nm හෝ \(650 \times 10^{-9} \text{ m}\)) වේ.
මෙම අගයන් සමීකරණයට ආදේශ කිරීමෙන් ලැබෙන්නේ:
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^{8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
ඊළඟට, අපි \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\) පරිවර්තනය භාවිතා කරමින් ජූල්ස් ඉලෙක්ට්රෝන-වෝල්ට් බවට පරිවර්තනය කරමු:
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \පෙළ{ eV}
\]
ඉතින්, 650 nm තරංග ආයාමයක් සහිත LED එකකින් විමෝචනය වන ෆෝටෝන ශක්තිය 1.90 eV පමණ වේ.
උදාහරණ 2: LED ඉදිරි වෝල්ටීයතාවය
ප්රශ්නය: රතු LED එකක ඉදිරි වෝල්ටීයතාවය 2V වන අතර නිසි ලෙස ක්රියා කිරීමට 20 mA ධාරාවක් අවශ්ය වේ. LED මඟින් පරිභෝජනය කරන බලය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
LED මඟින් අවශෝෂණය කරන බලය ගණනය කිරීම සඳහා, අපි බලය සඳහා මූලික සමීකරණය භාවිතා කරමු, එනම්:
\[ P = V \ගුණ I \]
කොහෙද:
– \( P \) යනු වොට් (W) වලින් බලයයි,
– \( V \) යනු වෝල්ට් (V) වලින් වෝල්ටීයතාවය වේ,
– \( I \) යනු ඇම්පියර් (A) වලින් ධාරාවයි.
මෙම අගයන් සමීකරණයට ආදේශ කරන්න:
\[
P = 2 \පෙළ{ V} \වර 20 \පෙළ{ mA}
= 2 \පෙළ{ V} \වර 0.02 \පෙළ{ A}
= 0.04 \පෙළ{ W}
\]
ඉතින්, 2V ඉදිරි වෝල්ටීයතාවයකින් සහ 20 mA ධාරාවකින් ක්රියාත්මක වන රතු LED එකකින් අවශෝෂණය වන බලය වොට් 0.04 කි.
උදාහරණය 3: LED කාර්යක්ෂමතාව
ප්රශ්නය: නිල් LED එකක ක්වොන්ටම් කාර්යක්ෂමතාව 30% කි. LED එක 0.1 W විදුලි බලයක් භාවිතා කරන්නේ නම්, ආලෝකය ලෙස කොපමණ බලයක් විමෝචනය වේද?
සාකච්ඡාව:
ක්වොන්ටම් කාර්යක්ෂමතාව (η) යනු ආලෝකයේ ස්වරූපයෙන් මුදා හරින බලයේ (P_luminous) අනුපාතය විද්යුත් බල ආදානයට (P_input) වේ:
\[ η = \frac{P_{\පෙළ{දීප්තිමත්}}}{P_{\පෙළ{ආදානය}}} \]
\( P_{\text{luminous}} \) සොයා ගැනීමට, 30% හෝ 0.30 ක කාර්යක්ෂමතා අගයක් සහිත පහත සමීකරණය භාවිතා කරන්න:
\[
0.30 = \frac{P_{\පෙළ{දීප්තිමත්}}}{0.1 \පෙළ{ W}}
\]
මේ අනුව:
\[
P_{\පෙළ{දීප්තිමත්}} = 0.30 \times 0.1 \පෙළ{ W}
= 0.03 \පෙළ{ W}
\]
ඉතින්, LED මඟින් ආලෝකයේ ස්වරූපයෙන් මුදා හරින බලය වොට් 0.03 කි.
උදාහරණ ගැටලුව 4: ශ්රේණි LED පරිපථය
ප්රශ්නය: ඔබට 2V ඉදිරි වෝල්ටීයතාවයක් සහිත LED තුනක් ඇති අතර ඒවා ශ්රේණිගතව සම්බන්ධ කළ යුතුය. වෝල්ටීයතා ප්රභවය 9V නම්, ධාරාව 20 mA දක්වා සීමා කිරීමට අවශ්ය ප්රතිරෝධකයේ අගය තීරණය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
LED ශ්රේණිගතව සම්බන්ධ කළ විට, අවශ්ය මුළු වෝල්ටීයතාවය එක් එක් LED වල ඉදිරි වෝල්ටීයතාවයන්ගේ එකතුව වේ:
\[
V_{මුළු} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6 වී
\]
ප්රතිරෝධකය මගින් විසුරුවා හැරිය යුතු අවශේෂ වෝල්ටීයතාවය:
\[
V_{R} = V_{මූලාශ්රය} – V_{එකතුව}
= 9V – 6V
= 3 වී
\]
අපේක්ෂිත ධාරාව 20 mA සමඟ, ප්රතිරෝධක අගය ඕම් නියමය භාවිතයෙන් ගණනය කෙරේ:
\[
ආර් = \frac{V_{ආර්}}{I}
= \frac{3V}{20 \පෙළ{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \ඔමේගා
\]
ඉතින්, අවශ්ය ප්රතිරෝධක අගය ඕම් 150 කි.
උදාහරණය 5: සමාන්තර LED ධාරා සීමා පරිපථය
ප්රශ්නය: පරිපථයක, සමාන්තරව LED දෙකක් ඇති අතර, ඒ සෑම එකක්ම 2V ඉදිරි වෝල්ටීයතාවයක් සහ 20 mA ධාරාවක් ඇත. සෑම LED එකක් සඳහාම ප්රතිරෝධකයක් භාවිතා කරන්නේ නම් 5V වෝල්ටීයතා ප්රභවයකින් අවශ්ය මුළු ධාරාව කොපමණද?
සාකච්ඡාව:
සමාන්තරව සකසා ඇති LED සඳහා, සෑම LED එකක්ම එකම වෝල්ටීයතාවයක්, එනම් ඒවායේ අදාළ ඉදිරි වෝල්ටීයතාවය අත්විඳිනු ඇත, තවද ඒවාට LED එකකට 20 mA ධාරාවක් අවශ්ය වන බැවින් මුළු ධාරාව:
\[
I_{මුළු} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \පෙළ{ mA}
\]
එක් එක් LED සඳහා ප්රතිරෝධක අගය ගණනය කිරීම සඳහා:
\[
V_{R} = V_{මූලාශ්රය} – V_f
= 5V – 2V
= 3 වී
\]
එක් එක් LED එකෙහි ධාරාව සීමා කිරීමට ප්රතිරෝධක අගය:
\[
ආර් = \frac{V_{ආර්}}{I}
= \frac{3V}{20 \පෙළ{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \ඔමේගා
\]
මේ අනුව, සෑම LED එකක් සඳහාම 150 ohm ප්රතිරෝධකයක් අවශ්ය වේ. 5V බල සැපයුමකින් අවශ්ය මුළු ධාරාව 40 mA වේ.
නිගමනය
දිගු ආයු කාලයක් සහිත ඉතා කාර්යක්ෂම ආලෝකකරණයක් සැපයීමේ හැකියාව නිසා LED නවීන ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණවල තීරණාත්මක සංරචක වේ. ඉදිරි වෝල්ටීයතාවය, ධාරාව, බලය, ක්වොන්ටම් කාර්යක්ෂමතාව සහ පරිපථයක ඒවා වින්යාසගත කරන්නේ කෙසේද වැනි මූලික සංකල්ප තේරුම් ගැනීම ප්රායෝගික යෙදුම් සඳහා ශක්තිමත් පදනමක් සපයනු ඇත. ඉහත උදාහරණ ඉලෙක්ට්රොනික පරිපථවල LED භාවිතයට අදාළ විවිධ යෙදුම් සහ ගණනය කිරීම් ප්රගුණ කිරීමේ පළමු පියවර වේ.
