Намунаҳои саволҳо дар бораи диодҳои рӯшноӣ (LED)
Диоди рӯшноӣ (LED) дастгоҳи нимноқил аст, ки ҳангоми гузаштани ҷараёни электрикӣ аз он рӯшноӣ мебарорад. Падидаи LED-ҳо электролюминесценция номида мешавад, ки дар он маводи нимноқил ҳангоми ангехтани ҷараёни электрикӣ рӯшноӣ мебарорад. LED-ҳо аз сабаби самаранокии баланд ва умри дарозашон дар муқоиса бо манбаъҳои анъанавии рӯшноӣ, ба монанди лампаҳои тафсон, дар соҳаҳои гуногун хеле маъмул гаштаанд.
Дар ин мақола, мо баъзе мисолҳои мушкилоти марбут ба LED-ҳоро баррасӣ хоҳем кард ва роҳҳои ҳалли онҳо ва муҳокимаҳои онҳоро муфассал шарҳ медиҳем, то ба фаҳмидани мафҳуми ин падида мусоидат кунем.
Намунаи саволи 1: Хусусиятҳои асосии LED-ҳо
Савол: LED қобилияти паҳн кардани нурро бо дарозии мавҷи 650 нм (нанометр) дорад. Энергияи фотонҳои аз ин LED хориҷшударо бо электрон-волт (эВ) ҳисоб кунед.
Муҳокима:
Энергияи фотонро бо истифода аз муодилаи Планк ҳисоб кардан мумкин аст:
\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]
ди мана:
– \( E \) энергияи фотон аст,
– \( h \) доимии Планк аст (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
– \( c \) суръати рӯшноӣ аст (\(3 \times 10^8 \text{ m/s} \)),
– \( \lambda \) дарозии мавҷи рӯшноӣ аст (650 нм ё \(650 \times 10^{-9} \text{ m} \)).
Иваз кардани ин арзишҳо ба муодила ҳосил медиҳад:
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
Сипас, мо Ҷоулҳоро ба электрон-волтҳо бо истифода аз табдили \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\) табдил медиҳем:
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]
Пас, энергияи фотон, ки аз ҷониби LED бо дарозии мавҷи 650 нм хориҷ мешавад, тақрибан 1.90 эВ аст.
Мисоли 2: Шиддати LED ба самти пеш
Савол: LED-и сурх шиддати пеши 2В дорад ва барои кори дуруст ҷараёни 20 мА лозим аст. Қувваи сарфкардаи LED-ро ҳисоб кунед.
Муҳокима:
Барои ҳисоб кардани қувваи аз ҷониби LED фурӯ бурдашуда, мо муодилаи асосиро барои қудрат истифода мебарем, яъне:
\[ P = V \ маротиба I \]
ди мана:
– \( P \) қудрат дар Ватт (Вт) аст,
– \( V \) шиддат бо вольт (V) аст,
– \( I \) ҷараён бо Ампер (A) аст.
Ин арзишҳоро ба муодила иваз кунед:
\[
P = 2 \text{ V} \times 20 \text{ mA}
= 2 \text{ V} \times 0.02 \text{ A}
= 0.04 \text{ W}
\]
Пас, қуввае, ки LED-и сурх бо шиддати пеши 2В ва ҷараёни 20 мА кор мекунад, фурӯ мебарад, 0.04 Ватт аст.
Мисоли 3: Самаранокии LED
Савол: LED-и кабуд самаранокии квантии 30% дорад. Агар LED 0.1 Вт қувваи барқро истифода барад, чӣ қадар қувва ҳамчун рӯшноӣ хориҷ мешавад?
Муҳокима:
Самаранокии квантӣ (η) ин таносуби қувваи озодшаванда дар шакли рӯшноӣ (P_luminous) ба қувваи барқи вурудӣ (P_input) аст:
\[ η = \frac{P_{\text{luminous}}}{P_{\text{input}}} \]
Барои ёфтани \( P_{\text{luminous}} \), муодилаи зеринро бо арзиши самаранокии 30% ё 0.30 истифода баред:
\[
0.30 = \frac{P_{\text{luminous}}}{0.1 \text{ W}}
\]
Ҳамин тариқ:
\[
P_{\text{luminous}} = 0.30 \times 0.1 \text{ W}
= 0.03 \text{ W}
\]
Пас, қувваи аз ҷониби LED дар шакли рӯшноӣ баровардашуда 0.03 ватт аст.
Мисоли масъалаи 4: Занҷири силсилавии LED
Савол: Шумо се LED бо шиддати пеши ҳар кадоме 2В доред, ки бояд пайдарпай пайваст карда шаванд. Агар манбаи шиддат 9В бошад, арзиши резисторро, ки барои маҳдуд кардани ҷараён то 20 мА лозим аст, муайян кунед.
Муҳокима:
Вақте ки LED-ҳо пайдарпай пайваст карда мешаванд, шиддати умумии зарурӣ ба ҷамъи шиддатҳои пеши ҳар як LED баробар аст:
\[
V_{ҳамагӣ} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2В + 2В + 2В
= 6, XNUMXВ
\]
Шиддати боқимондае, ки бояд аз ҷониби резистор пароканда карда шавад, чунин аст:
\[
V_{R} = V_{манбаъ} – V_{умумӣ}
= 9В – 6В
= 3, XNUMXВ
\]
Бо ҷараёни дилхоҳи 20 мА, арзиши резистор бо истифода аз Қонуни Ом ҳисоб карда мешавад:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Омега
\]
Пас, арзиши резистори талабшуда 150 ом аст.
Мисоли 5: Занҷири маҳдудкунандаи ҷараёни параллелии LED
Савол: Дар занҷир ду LED ба таври мувозӣ пайваст карда шудаанд, ки ҳар кадоме шиддати рости 2В ва ҷараёни 20 мА доранд. Агар барои ҳар як LED резистор истифода шавад, ҷараёни умумии зарурӣ аз манбаи шиддати 5В чӣ қадар аст?
Муҳокима:
Барои LED-ҳои ба таври мувозӣ ҷойгиршуда, ҳар як LED шиддати якхеларо, яъне шиддати пеши худро эҳсос мекунад ва азбаски онҳо барои ҳар як LED 20 мА ҷараён талаб мекунанд, ҷараёни умумӣ чунин аст:
\[
I_{ҷамъ} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \text{ mA}
\]
Барои ҳисоб кардани арзиши муқовимат барои ҳар як LED:
\[
V_{R} = V_{манбаъ} – V_f
= 5В – 2В
= 3, XNUMXВ
\]
Арзиши резистор барои маҳдуд кардани ҷараён дар ҳар як LED чунин аст:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Омега
\]
Ҳамин тариқ, ҳар як LED ба резистори 150 ом ниёз дорад. Ҷараёни умумии талабшаванда аз манбаи барқи 5V 40 мА аст.
Хулоса
LED-ҳо ҷузъҳои муҳим дар электроникаи муосир мебошанд, зеро онҳо қобилияти таъмини равшании хеле самаранок бо мӯҳлати дароз доранд. Фаҳмидани мафҳумҳои асосӣ ба монанди шиддати рост, ҷараён, қудрат, самаранокии квантӣ ва чӣ гуна танзим кардани онҳо дар схема заминаи мустаҳкамеро барои татбиқи амалӣ фароҳам меорад. Мисолҳои дар боло овардашуда қадами аввал ба сӯи азхудкунии барномаҳо ва ҳисобҳои гуногун дар робита бо истифодаи LED-ҳо дар схемаҳои электронӣ мебошанд.
