Yorug'lik chiqaradigan diodlar (LEDlar) haqida misol savollar
Yorug'lik chiqaradigan diod (LED) - bu elektr toki o'tganda yorug'lik chiqaradigan yarimo'tkazgichli qurilma. LEDlarning ortidagi hodisa elektroluminesans deb nomlanadi, bu yerda yarimo'tkazgich material elektr toki bilan qo'zg'atilganda yorug'lik chiqaradi. LEDlar an'anaviy yorug'lik manbalari, masalan, cho'g'lanma lampalarga nisbatan yuqori samaradorligi va uzoq umr ko'rishi tufayli turli sohalarda juda mashhur bo'lib kelgan.
Ushbu maqolada biz LEDlar bilan bog'liq ba'zi misol muammolarni muhokama qilamiz va ushbu hodisaning ortidagi tushunchani tushunishga yordam berish uchun ularning yechimlari va muhokamalarini batafsil tushuntiramiz.
1-misol savol: LEDlarning asosiy xususiyatlari
Savol: LED 650 nm (nanometr) to'lqin uzunligidagi yorug'lik chiqarish imkoniyatiga ega. Ushbu LED tomonidan chiqarilgan fotonlarning energiyasini elektron-voltlarda (eV) hisoblang.
Munozara:
Foton energiyasini Plank tenglamasi yordamida hisoblash mumkin:
\[ E = \frac{hc}{\lambda} \]
Qayerda:
– \( E \) foton energiyasi,
– \( h \) Plank doimiysi (\(6.626 \times 10^{-34} \text{ Js}\)),
– \( c \) yorug'lik tezligi (\(3 \times 10^8 \text{ m/s}\)),
– \( \lambda \) yorug'likning to'lqin uzunligi (650 nm yoki \(650 \times 10^{-9} \text{ m}\)).
Ushbu qiymatlarni tenglamaga qo'yish quyidagi natijani beradi:
\[
E = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{650 \times 10^{-9}}
= \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{650 \times 10^{-9}}
= 3.05 \times 10^{-19} \text{ J}
\]
Keyin, biz \(1 \text{ eV} = 1.602 \times 10^{-19} \text{ J}\) konvertatsiyasidan foydalanib, Joullarni elektron-voltlarga aylantiramiz:
\[
E = \frac{3.05 \times 10^{-19}}{1.602 \times 10^{-19}}
≈ 1.90 \text{ eV}
\]
Demak, 650 nm to'lqin uzunligiga ega LED tomonidan chiqarilgan foton energiyasi taxminan 1.90 eV ni tashkil qiladi.
2-misol: LED oldinga yo'naltirilgan kuchlanish
Savol: Qizil LED 2V oldingi kuchlanishga ega va to'g'ri ishlashi uchun 20 mA tok kerak. LED tomonidan sarflanadigan quvvatni hisoblang.
Munozara:
LED tomonidan yutilgan quvvatni hisoblash uchun biz quvvat uchun asosiy tenglamadan foydalanamiz, ya'ni:
\[ P = V \ marta I \]
Qayerda:
– \( P \) - bu vattlarda (Vt) berilgan quvvat,
– \( V \) - voltaj (V) da,
– \( I \) - Amperda (A) ifodalangan tok kuchi.
Ushbu qiymatlarni tenglamaga almashtiring:
\[
P = 2 \text{ V} \times 20 \text{ mA}
= 2 \text{ V} \times 0.02 \text{ A}
= 0.04 \text{ W}
\]
Demak, 2V to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish va 20 mA tokda ishlaydigan qizil LED tomonidan yutilgan quvvat 0.04 vattni tashkil qiladi.
3-misol: LED samaradorligi
Savol: Moviy LEDning kvant samaradorligi 30% ni tashkil qiladi. Agar LED 0.1 Vt elektr energiyasidan foydalansa, yorug'lik sifatida qancha quvvat chiqariladi?
Munozara:
Kvant samaradorligi (η) yorug'lik shaklida chiqarilgan quvvatning (P_luminous) elektr energiyasining kirishiga (P_input) nisbati:
\[ η = \frac{P_{\text{luminous}}}{P_{\text{input}}} \]
\( P_{\text{luminous}} \) ni topish uchun samaradorlik qiymati 30% yoki 0.30 bo'lgan quyidagi tenglamadan foydalaning:
\[
0.30 = \frac{P_{\text{luminous}}}{0.1 \text{ W}}
\]
Shunday qilib:
\[
P_{\text{luminous}} = 0.30 \times 0.1 \text{ W}
= 0.03 \text{ W}
\]
Shunday qilib, LED yorug'lik shaklida chiqaradigan quvvat 0.03 vattni tashkil qiladi.
4-misol muammo: Ketma-ket LED sxemasi
Savol: Sizda ketma-ket ulanishi kerak bo'lgan har biri 2V bo'lgan uchta LED mavjud. Agar kuchlanish manbai 9V bo'lsa, tokni 20 mA gacha cheklash uchun zarur bo'lgan rezistor qiymatini aniqlang.
Munozara:
LEDlar ketma-ket ulanganda, talab qilinadigan umumiy kuchlanish har bir LEDning oldingi kuchlanishlarining yig'indisidir:
\[
V_{jami} = V_f1 + V_f2 + V_f3
= 2V + 2V + 2V
= 6 V
\]
Rezistor tomonidan tarqatilishi kerak bo'lgan qoldiq kuchlanish:
\[
V_{R} = V_{manba} – V_{jami}
= 9V – 6V
= 3 V
\]
Kerakli 20 mA oqim bilan rezistor qiymati Ohm qonuni yordamida hisoblanadi:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Omega
\]
Shunday qilib, talab qilinadigan rezistor qiymati 150 ohm.
5-misol: Parallel LED tok cheklovchisi sxemasi
Savol: Zanjirda parallel ravishda ikkita LED mavjud, ularning har biri 2V to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish va 20 mA tok kuchiga ega. Agar har bir LED uchun rezistor ishlatilsa, 5V kuchlanish manbaidan talab qilinadigan umumiy tok qancha?
Munozara:
Parallel joylashtirilgan LEDlar uchun har bir LED bir xil kuchlanishni, ya'ni ularning tegishli oldinga kuchlanishini boshdan kechiradi va ular har bir LED uchun 20 mA tok talab qilganligi sababli, umumiy oqim quyidagicha bo'ladi:
\[
I_{jami} = I_1 + I_2
= 20 \text{ mA} + 20 \text{ mA}
= 40 \text{ mA}
\]
Har bir LED uchun rezistor qiymatini hisoblash uchun:
\[
V_{R} = V_{manba} – V_f
= 5V – 2V
= 3 V
\]
Har bir LEDdagi tokni cheklash uchun rezistor qiymati quyidagicha:
\[
R = \frac{V_{R}}{I}
= \frac{3V}{20 \text{ mA}}
= \frac{3V}{0.02A}
= 150 \Omega
\]
Shunday qilib, har bir LED uchun 150 ohmli rezistor kerak bo'ladi. 5V quvvat manbaidan talab qilinadigan umumiy oqim 40 mA ni tashkil qiladi.
Xulosa
LEDlar uzoq umr ko'rish qobiliyatiga ega yuqori samarali yoritishni ta'minlash qobiliyati tufayli zamonaviy elektronikada muhim tarkibiy qism hisoblanadi. To'g'ridan-to'g'ri kuchlanish, tok, quvvat, kvant samaradorligi kabi asosiy tushunchalarni tushunish va ularni sxemada qanday sozlash amaliy qo'llanmalar uchun mustahkam poydevor yaratadi. Yuqoridagi misollar elektron sxemalarda LEDlardan foydalanish bilan bog'liq turli xil qo'llanmalar va hisob-kitoblarni o'zlashtirish yo'lidagi birinchi qadamdir.
