Kanuni ya mwangaza ya LED

Zotetaa ya kazi inayoweza kuchajiwa tena, taa ya kambi inayobebekanataa ya kichwa yenye kazi nyingitumia aina ya balbu ya LED. Ili kuelewa kanuni ya led ya diode, kwanza kuelewa ujuzi wa msingi wa semiconductors. Sifa za upitishaji wa vifaa vya semiconductor ni kati ya kondakta na vihami joto. Sifa zake za kipekee ni: wakati semiconductor inachochewa na mwanga wa nje na hali ya joto, uwezo wake wa upitishaji utabadilika sana; Kuongeza kiasi kidogo cha uchafu kwenye semiconductor safi huongeza sana uwezo wake wa kuendesha umeme. Silicon (Si) na germanium (Ge) ndizo semiconductors zinazotumika sana katika vifaa vya elektroniki vya kisasa, na elektroni zao za nje ni nne. Wakati atomi za silicon au germanium huunda fuwele, atomi za jirani huingiliana, ili elektroni za nje zishirikiwe na atomi mbili, ambazo huunda muundo wa dhamana ya kovalenti katika fuwele, ambayo ni muundo wa molekuli wenye uwezo mdogo wa kizuizi. Katika halijoto ya kawaida (300K), msisimko wa joto utafanya elektroni za nje kupata nishati ya kutosha kujitenga na dhamana ya kovalenti na kuwa elektroni huru, mchakato huu unaitwa msisimko wa ndani. Baada ya elektroni kufunguliwa ili kuwa elektroni huru, nafasi iliyo wazi inaachwa kwenye dhamana ya kovalenti. Nafasi hii inaitwa shimo. Kuonekana kwa shimo ni sifa muhimu inayotofautisha semiconductor na kondakta.

Wakati kiasi kidogo cha uchafu wa pentavalent kama vile fosforasi kinapoongezwa kwenye semiconductor ya ndani, kitakuwa na elektroni ya ziada baada ya kuunda kifungo cha kovalenti na atomi zingine za semiconductor. Elektroni hii ya ziada inahitaji nishati ndogo sana ili kuondoa kifungo na kuwa elektroni huru. Aina hii ya semiconductor ya uchafu inaitwa semiconductor ya kielektroniki (semiconductor ya aina ya N). Hata hivyo, kuongeza kiasi kidogo cha uchafu wa elementi wa trivalenti (kama vile boroni, n.k.) kwenye semiconductor ya ndani, kwa sababu ina elektroni tatu pekee kwenye safu ya nje, baada ya kuunda kifungo cha kovalenti na atomi za semiconductor zinazozunguka, itaunda nafasi katika fuwele. Aina hii ya semiconductor ya uchafu inaitwa semiconductor ya shimo (semiconductor ya aina ya P). Wakati semiconductor za aina ya N na P zinapounganishwa, kuna tofauti katika mkusanyiko wa elektroni huru na mashimo kwenye makutano yao. Elektroni na mashimo yote mawili husambazwa kuelekea mkusanyiko wa chini, na kuacha ioni zilizochajiwa lakini zisizosogea ambazo huharibu upande wowote wa umeme wa asili wa maeneo ya aina ya N na P. Chembe hizi zenye chaji zisizosogea mara nyingi huitwa chaji za anga, na zimejikita karibu na kiolesura cha maeneo ya N na P ili kuunda eneo jembamba sana la chaji ya anga, ambalo hujulikana kama makutano ya PN.

Wakati volteji ya upendeleo wa mbele inapotumika kwenye ncha zote mbili za makutano ya PN (volteji chanya upande mmoja wa aina ya P), mashimo na elektroni huru huzunguka, na kuunda uwanja wa ndani wa umeme. Mashimo mapya yaliyoingizwa kisha huchanganyika tena na elektroni huru, wakati mwingine hutoa nishati ya ziada katika mfumo wa fotoni, ambayo ni mwanga tunaouona ukitolewa na ledi. Wigo kama huo ni mwembamba kiasi, na kwa kuwa kila nyenzo ina pengo tofauti la bendi, mawimbi ya fotoni zinazotolewa ni tofauti, kwa hivyo rangi za ledi huamuliwa na nyenzo za msingi zinazotumika.