روشنی خارج کرنے والے ڈائیوڈس (ایل ای ڈی) پر بحث کرنے والے سوالات کی مثال

روشنی خارج کرنے والے ڈائیوڈس (ایل ای ڈی) پر بحث کرنے والے سوالات کی مثال

لائٹ ایمیٹنگ ڈائیوڈ (ایل ای ڈی) ایک سیمی کنڈکٹر ڈیوائس ہے جو اس وقت روشنی خارج کرتی ہے جب اس میں سے برقی رو بہہ جاتا ہے۔ ایل ای ڈی کے پیچھے موجود رجحان کو الیکٹرو لومینیسینس کہا جاتا ہے، جہاں ایک سیمی کنڈکٹر مواد جب برقی کرنٹ سے پرجوش ہوتا ہے تو روشنی خارج کرتا ہے۔ روایتی روشنی کے ذرائع جیسے کہ تاپدیپت بلب کے مقابلے ایل ای ڈی اپنی اعلی کارکردگی اور لمبی عمر کی وجہ سے مختلف قسم کی ایپلی کیشنز میں بہت مقبول ہو چکے ہیں۔

اس مضمون میں، ہم ایل ای ڈی سے متعلق کچھ مثالوں کے مسائل پر تبادلہ خیال کریں گے اور ان کے حل اور بات چیت کو تفصیل سے بیان کریں گے تاکہ اس رجحان کے پیچھے تصور کو سمجھنے میں مدد ملے۔

مثال سوال 1: ایل ای ڈی کی بنیادی خصوصیات

سوال: ایک ایل ای ڈی 650 این ایم (نینو میٹر) کی طول موج کے ساتھ روشنی خارج کرنے کی صلاحیت رکھتی ہے۔ الیکٹران وولٹ (eV) میں اس ایل ای ڈی سے خارج ہونے والے فوٹون کی توانائی کا حساب لگائیں۔

بحث:
پلانک کی مساوات کا استعمال کرتے ہوئے فوٹوون توانائی کا حساب لگایا جا سکتا ہے:

\[ E = frac{hc}{\lambda} \]

کہاں:
- \( E \) فوٹون توانائی ہے،
- \( h \) پلانک کا مستقل ہے (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\))،
- \( c \) روشنی کی رفتار ہے (\(3 \times 10^8 \text{ m/s}\))،
- \( \lambda \) روشنی کی طول موج ہے (650 nm یا \(650 \times 10^{-9} \text{ m}\))۔

ان اقدار کو مساوات کی پیداوار میں تبدیل کرنا:

\[
E = frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 \times 10^{-19} \text{ J}
\]

اس کے بعد، ہم جولز کو الیکٹران وولٹ میں تبدیل کرتے ہیں \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\):

\[
E = frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]

لہذا، 650 nm کی طول موج کے ساتھ LED کے ذریعے خارج ہونے والی فوٹوون توانائی تقریباً 1.90 eV ہے۔

مثال 2: ایل ای ڈی فارورڈ وولٹیج

سوال: ایک سرخ ایل ای ڈی کا فارورڈ وولٹیج 2V ہوتا ہے اور اسے صحیح طریقے سے چلانے کے لیے 20 ایم اے کرنٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایل ای ڈی کے ذریعہ استعمال ہونے والی طاقت کا حساب لگائیں۔

بحث:
ایل ای ڈی کے ذریعے جذب ہونے والی طاقت کا حساب لگانے کے لیے، ہم طاقت کے لیے بنیادی مساوات کا استعمال کرتے ہیں، یعنی:

\[ P = V \ بار I \]

کہاں:
- \( P \) واٹس (W) میں طاقت ہے،
- \( V \) وولٹ (V) میں وولٹیج ہے،
- \( I \) Amperes (A) میں کرنٹ ہے۔

ان اقدار کو مساوات میں تبدیل کریں:

\[
P = 2 \text{ V} \times 20 \text{ mA}
= 2 \text{ V} \times 0.02 \text{ A}
= 0.04 \text{ W}
\]

لہذا، 2V کے فارورڈ وولٹیج اور 20 ایم اے کرنٹ پر چلنے والی سرخ ایل ای ڈی کے ذریعے جذب ہونے والی طاقت 0.04 واٹ ہے۔

مثال 3: ایل ای ڈی کی کارکردگی

سوال: نیلی ایل ای ڈی کی کوانٹم کارکردگی 30٪ ہے۔ اگر ایل ای ڈی 0.1 ڈبلیو برقی طاقت استعمال کرتی ہے تو روشنی کے طور پر کتنی طاقت خارج ہوتی ہے؟

بحث:
کوانٹم ایفیشنسی (η) روشنی (P_luminous) کی شکل میں جاری ہونے والی طاقت کا برقی پاور ان پٹ (P_input) کا تناسب ہے:

\[ η = \frac{P_{\text{luminous}}}{P_{\text{input}}} \]

تلاش کرنے کے لیے \( P_{\text{luminous}}\)، 30% یا 0.30 کی کارکردگی کی قدر کے ساتھ درج ذیل مساوات کا استعمال کریں:

\[
0.30 = frac{P_{\text{luminous}}}{0.1 \text{ W}}
\]

اس طرح:

\[
P_{\text{luminous}} = 0.30 \times 0.1 \text{ W}
= 0.03 \text{ W}
\]

لہذا، روشنی کی شکل میں ایل ای ڈی کے ذریعہ جاری ہونے والی طاقت 0.03 واٹ ​​ہے۔

مثال مسئلہ 4: سیریز ایل ای ڈی سرکٹ

سوال: آپ کے پاس 2V کے فارورڈ وولٹیج کے ساتھ تین ایل ای ڈی ہیں جنہیں سیریز میں منسلک کرنے کی ضرورت ہے۔ اگر وولٹیج کا منبع 9V ہے تو کرنٹ کو 20 ایم اے تک محدود کرنے کے لیے درکار ریزسٹر کی قدر کا تعین کریں۔

بحث:
جب ایل ای ڈی سیریز میں منسلک ہوتے ہیں، تو کل مطلوبہ وولٹیج ہر ایل ای ڈی کے فارورڈ وولٹیج کا مجموعہ ہے:

\[
V_{total} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6 وی
\]

بقایا وولٹیج جسے ریزسٹر کے ذریعے ختم کرنا ضروری ہے وہ ہے:

\[
V_{R} = V_{ماخذ} - V_{کل}
= 9V - 6V
= 3 وی
\]

20 ایم اے کے مطلوبہ کرنٹ کے ساتھ، اوہم کے قانون کا استعمال کرتے ہوئے ریزسٹر ویلیو کا حساب لگایا جاتا ہے:

\[
R = frac{V_{R}}{I}
= frac{3V}{20 \text{ mA}}
= frac{3V}{0.02A}
= 150 \ اومیگا
\]

لہذا، ریزسٹر کی مطلوبہ قدر 150 اوہم ہے۔

مثال 5: متوازی ایل ای ڈی کرنٹ لیمیٹر سرکٹ

سوال: ایک سرکٹ میں دو ایل ای ڈی متوازی ترتیب دی گئی ہیں، ہر ایک کا فارورڈ وولٹیج 2V اور کرنٹ 20 ایم اے ہے۔ اگر ہر ایل ای ڈی کے لیے ریزسٹر استعمال کیا جائے تو 5V وولٹیج سورس سے کل کرنٹ کی کیا ضرورت ہے؟

بحث:
متوازی ترتیب والے ایل ای ڈیز کے لیے، ہر ایل ای ڈی ایک ہی وولٹیج کا تجربہ کرے گی، یعنی ان کے متعلقہ فارورڈ وولٹیج، اور چونکہ انہیں فی ایل ای ڈی 20 ایم اے کرنٹ درکار ہوتا ہے:

\[
I_{مجموعی} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \text{ mA}
\]

ہر ایل ای ڈی کے لیے ریزسٹر ویلیو کا حساب لگانے کے لیے:

\[
V_{R} = V_{ماخذ} – V_f
= 5V - 2V
= 3 وی
\]

ہر ایل ای ڈی میں کرنٹ کو محدود کرنے کے لیے ریزسٹر ویلیو یہ ہے:

\[
R = frac{V_{R}}{I}
= frac{3V}{20 \text{ mA}}
= frac{3V}{0.02A}
= 150 \ اومیگا
\]

اس طرح، ہر ایل ای ڈی کو 150 اوہم ریزسٹر کی ضرورت ہوتی ہے۔ 5V پاور سپلائی سے کل کرنٹ 40 mA ہے۔

نتیجہ اخذ کرنا

طویل عمر کے ساتھ انتہائی موثر روشنی فراہم کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے ایل ای ڈی جدید الیکٹرانکس میں اہم اجزاء ہیں۔ بنیادی تصورات کو سمجھنا جیسے کہ فارورڈ وولٹیج، کرنٹ، پاور، کوانٹم کی کارکردگی، اور انہیں سرکٹ میں کنفیگر کرنے کا طریقہ عملی ایپلی کیشنز کے لیے ایک ٹھوس بنیاد فراہم کرے گا۔ مندرجہ بالا مثالیں الیکٹرانک سرکٹس میں ایل ای ڈی کے استعمال سے متعلق مختلف ایپلی کیشنز اور حسابات میں مہارت حاصل کرنے کی طرف پہلا قدم ہیں۔