حتماً تا به حال از ال ای دی استفاده کرده اید و یا اسم آن را شنیده اید. ال ای دی ها یک اختراع ساده با پتانسیل عظیم برای تغییر صنعت روشنایی به سمت بهتر شدن هستند. LED یک منبع نور نیمه هادی است که در سال 1962، نیک هولونیاک هنگامی که در شرکت برق کار می کرد، ایده آن را مطرح کرد. LED ها نوع خاصی از دیودها هستند و دارای مشخصات الکتریکی مشابه دیودهای اتصال PN هستند. LED ها انواع و قیمت های متفاوتی داند به همبن دلیل برای اطلاع از قیمت ال ای دی که مناسب پروژه شما باشد به فروشگاه اینترنتی دیجی قطعه مراجعه کنید. در ادامه این مطلب می خواهیم به طور کامل با ال ای دی، ساختار آن، کاربردها، انواع، مزایا و معایب نحوه عملکرد و تشخیص قطبیت ال ای دی یا همان دیود نوری و سایر ویژگی های آن آشنا شویم.

ال ای دی چیست؟

ال ای دی (LED) که مخفف Light Emitting Diode است، به معنای دیود ساطع کننده نور یا دیود نوری است. به طور دقیق تر، LED یک دیود پیوندی PN است که وقتی جریان الکتریکی در جهت جلو از آن عبور می کند، نور ساطع می کند. در LED الکترون سمت N و حفره سمت P با هم ترکیب می شوند و انرژی را به صورت گرما و نور تولید می کنند. ال ای دی از مواد نیمه هادی بدون رنگ ساخته شده است و نور آن از طریق اتصال دیود تابیده می شود.

لامپ ال ای دی تا 90 درصد کارآمدتر از لامپ های معمولی، نور تولید می کنند. جریان الکتریکی از یک میکروچیپ یا ریز تراشه عبور می کند که منابع نور کوچکی را که ما LED می نامیم، روشن می کند و نتیجه آن نور مرئی است. برای جلوگیری از مشکلات عملکرد، حرارت تولید شده توسط ال ای دی ها در یک هیت سینک جذب می شوند.

نماد ال ای دی LED

نماد LED شبیه به نماد دیود است با این تفاوت که دو فلش کوچک که میزان انتشار نور را مشخص می کند، نیز در ال ای دی وجود دارد. LED شامل دو ترمینال به نام های آند (+) و کاتد (-) است. نماد ال ای دی در زیر نشان داده شده است.

ساختار ال ای دی چگونه است؟

ساختار LED بسیار ساده است زیرا از طریق رسوب سه لایه مواد نیمه هادی بر روی یک بستر طراحی شده است. این سه لایه یکی یکی چیده شده اند به طوری که ناحیه بالایی یک ناحیه از نوع P، ناحیه میانی اکتیو و در نهایت ناحیه پایینی از نوع N است. سه ناحیه از مواد نیمه هادی را می توان در ساختار مشاهده کرد. در این ساختار، ناحیه نوع P شامل حفره هایی است. ناحیه نوع N شامل الکترون هایی است در حالی که ناحیه اکتیو شامل حفره ها و الکترون ها می شود.

هنگامی که ولتاژ به LED اعمال نمی شود، جریان الکترون ها و حفره ها وجود ندارد، بنابراین آنها پایدار هستند. هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، الکترون های ناحیه N و حفره های ناحیه P به ناحیه اکتیو حرکت می کنند. این ناحیه به عنوان ناحیه تخلیه نیز شناخته می شود. از آنجا که حامل های بار مانند حفره ها دارای بار مثبت هستند در حالی که الکترون ها دارای بار منفی هستند، نور می تواند از طریق ترکیب مجدد بارهای قطبی تولید شود.

راه های تشخیص قطب های مثبت و منفی ال ای دی

1) طول لیدهای ال‌ای‌دی را چک کنید.

اگر LED های جدیدی دارید، این ساده ترین راه برای بررسی قطبیت LED است.

در صورتی که قبلاً آنها را در پروژه دیگری استفاده کرده اید و یا از یک دستگاه قدیمی لحیم شده باز کرده اید، این روش برای شما کارساز نخواهد بود؛ اما نگران نباشید، در ادامه 4 روش دیگر را بیان می کنیم که ممکن است برای شما مفید باشند.

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می کنید، لید های LED دارای طول های متفاوتی هستند و این یک خطای ساخت نیست، بلکه عمدا انجام شده است. این ساده ترین راه برای تعیین قطب مثبت و منفی یک LED است. لید طولانی تر، قطب مثبت و لید کوتاه تر قطب منفی است.

2) هیچ چیز در هر دو طرف LED دقیقاً یکسان نیست.

اگر نگاه دقیق‌تری به ال ای دی بیندازید، متوجه می‌شوید که یک طرف آن صاف است و باز هم خطای ساخت نیست، بلکه این علامتی است که به شما اجازه می‌دهد قطبیت LED را به راحتی تعیین کنید. لید در کنار این علامت منفی است و دیگری مثبت است.

3) چیزهای کوچک مهم هستند، دقیق تر نگاه کنید…

به داخل یک LED نگاه کنید. آیا آن دو صفحه فلزی را در داخل یک قسمت پلاستیکی می بینید که با توجه به نوع LED شما می تواند بی رنگ، قرمز، آبی، زرد یا سبز باشد؟ همانطور که ممکن است متوجه شوید اندازه آنها یکسان نیستند. یکی کوچکتر و دیگری بزرگتر است. صفحه بزرگتر همیشه به لید منفی و صفحه کوچکتر به لید مثبت متصل می شود.

نکته: برخی از ال ای دی ها وجود دارند که متفاوت ساخته شده اند و این روش برای تشخیص قطبیت آنها کار نمی کند. صفحه بزرگتر داخل آنها ممکن است به لید مثبت متصل شود. این موارد بسیار نادر هستند، بنابراین احتمال کمی وجود دارد که با آنها مواجه شوید، فقط در جریان باشید که این روش ممکن است همیشه کارساز نباشد.

4) استفاده از مولتی متر

گاهی اوقات ساده ترین راه تشخیص مثبت و منفی LED این است که تنها از یک مولتی متر برای تست قطبیت استفاده کنید. مولتی متر را روی تنظیمات دیود بچرخانید (معمولاً با نماد دیود نشان داده می شود) و هر پروب را به یکی از پایانه های LED لمس کنید. اگر LED روشن شود، پروب مثبت آند را لمس می کند و پروب منفی کاتد را لمس می کند. اگر روشن نشد، سعی کنید پروب ها را با هم عوض کنید. درصورتی که به یک مولتی متر با کیفیت نیاز دارید که هم دارای دقت بالایی باشد هم قیمت مناسبی داشته باشد، خرید مولتی متر پیک متر را به شما پیشنهاد می کنیم.

نحوه عملکرد LED به چه صورت است؟

عملکرد LED به نظریه کوانتوم بستگی دارد. تئوری کوانتوم بیان می‌کند که وقتی انرژی الکترون‌ها از سطح بالاتر به سطح پایین‌تر کاهش می‌یابد، انرژی را به شکل فوتون ساطع می‌کند. انرژی فوتون ها برابر است با شکاف بین سطح بالاتر و پایین تر.

LED در بایاس رو به جلو متصل شده است، که اجازه می دهد تا جریان در جهت جلو جریان یابد. عبور جریان به دلیل حرکت الکترون ها در جهت مخالف است. باز ترکیب نشان می‌دهد که الکترون‌ها از نوار رسانایی به نوار ظرفیتی حرکت می‌کنند و انرژی الکترومغناطیسی را به شکل فوتون ساطع می‌کنند. انرژی فوتون ها برابر است با شکاف بین ظرفیت و نوار هدایت.

برای روشن کردن ال ای دی به چه مقدار ولتاژ نیاز دارم؟

این سوال رایجی است که معمولاً پرسیده می شود و در واقع به راحتی قابل تشخیص است. تنها چیزی که برای روشن کردن LED باید بدانید ولتاژ فوروارد LED تان است. اگر چندین ال ای دی به صورت سری دارید، باید تمام ولتاژهای فوروارد را با هم در نظر بگیرید، اگر مدار موازی دارید، فقط باید ولتاژ فورواردی را در نظر بگیرید که چند LED در هر رشته دارید.

البته بهتر است حداقل ولتاژ بالای 2 ولت را به طور کلی داشته باشید زیرا برخی از درایورها (مانند درایورهای LuxDrive) به این نیاز دارند تا درایور LED به درستی کار کند. بنابراین اگر کل ولتاژ فوروارد شما برای مدار سری 9.55 است، باید با منبع تغذیه 12 ولت ایمن باشید.

انواع لامپ ال ای دی

لامپ های ال‌ای‌دی بر اساس رنگ به دو دسته رنگی و بدون رنگ تقسیم می شوند؛ همچنین بر اساس شکل و اندازه می توان آنها را به صورت لامپ ال ای دی سقفی، لامپ ال ای دی دیواری و لامپ ال ای دی گرد تقسیم کرد؛ اما دسته بندی مهم تر LED ها به صورت زیر است:

سوئیچ دیمر

LED با سوئیچ های دیمر مشابه لامپ های دیگر موجود است. سوئیچ دیمر در لامپ های معمولی در مقایسه با سوئیچ دیمر با لامپ های LED به خوبی کار نمی کند. بنابراین توصیه می شود لامپ های استاندارد را با لامپ های LED جایگزین کنید زیرا با حداقل وات نسبت به سایر لامپ های استاندارد کار می کند.

LED رنگی

ال ای دی رنگی هر فردی را به خود جذب می کند و در سه نوع LED سفید سرد، LED سفید گرم، LED نور روزانه موجود است. اکثر خانه ها از لامپ های هالوژن استفاده می کنند که رنگ آنها سفید گرم است. رنگ ال ای دی نور روزانه که دارای رنگ سفید روشن و آبی است، عمدتاً برای برجسته کردن رنگ واقعی استفاده می شود.

لوله های LED برای روشنایی

برای جایگزینی لوله های فلورسنت به کار گرفته می شود و در موارد معدودی می تواند جایگزین آویز تکی باشد. طرح های دیگر نیاز به بالاست جدید و سیم کشی مجدد دارند. این دستگاه با ارائه مجموعه ای از مینیاتورهای ال ای دی در طول لوله عمل می کند و در تمام اندازه هایی که مطابق انتظار می باشد قابل دسترسی است.

ال ای دی SMD

این ال ای دی SMD به عنوان یک قطعه که روی سطح نصب می شود، در نورپردازی LED محبوب است. تراشه های SMD نصب شده در لامپ دارای روشنایی اضافی هستند که در ادارات و خانه قابل استفاده است.

ال ای دی COB

COB مخفف Chip On Board (چیپ روی برد) است که یکی دیگر از نسل‌های ال ای دی است و میزان نور زیادی نسبت به SMD ارائه می‌کند و گزینه‌ای در دسترس است زیرا کاربر یک پرتو نور کنترل را در نظر می‌گیرد. همچنین نسبت وات بهتری به لومن ارائه می دهد که به این معنی است که بهره وری بالایی دارد.

ال ای دی گرافن

این نوع ال ای دی شامل رشته‌های ال‌ای‌دی شکلی است که با گرافن پوشانده شده‌اند و  ارزان‌تر از لامپ‌های استاندارد است و ادعا می‌کند که با استفاده از آن هزینه قبض های انرژی حدود ۱۰ درصد کاهش می‌یابد. استفاده از گرافن توسط یک دانشمند روسی که در دانشگاه منچستر فعالیت می کرد اختراع شد.

ال ای دی های سنتی و غیر ارگانیک

این نوع ال ای دی ها به روش سنتی با دیود تعبیه شده و از اجزای معدنی تولید می شود. پر کاربردترین ال ای دی ها از نیمه هادی های ترکیبی مانند فسفید آرسنید گالیم، آرسنید گالیوم آلومینیوم و موارد دیگر ساخته شده اند. رنگ نور LED بر اساس مواد استفاده شده است.

این ال‌ای‌دی‌ها تحت عنوان یک LED کوچک ظاهر می‌شوند که در پنل‌های نشان‌دهنده با فرمت‌های مختلف ال‌ای‌دی و انواع آن به کار می‌روند. حتی می توان آن را در یک LED غیر ارگانیک دسته بندی کرد که دارای سبک های مختلفی از ال‌ای‌دی مانند LED های SMD، LED های چشمک زن، LED های چند رنگ و دو رنگ است که می توانند با ولتاژهای متغیر کار کنند، LED های تک رنگ در ابعاد 5 میلی متر و غیره.

ال ای دی ارگانیک

ال ای دی ارگانیک با ایده اساسی دیودهای ساطع کننده نور مستقر شده است. همانطور که از نام آن پیداست، این ال ای دی با اجزای ارگانیک ساخته شده است. دیود نوری پایه از نیمه هادی های معدنی پایه با سطوح مختلف ناخالصی استفاده می کند و از پیوندهای PN اختصاصی که کانون نور هستند، نور ساطع می کند. صفحه نمایش ال ای دی ارگانیک در ورقه های نازک تولید می شود و یک ناحیه نور پراکنده تولید می کند.

طول عمر محصولات روشنایی LED

عمر مفید محصولات روشنایی LED متفاوت از سایر منابع نوری مانند نورهای فلورسنت رشته ای یا فشرده (CFL) تعریف شده است؛ به دلیل این که ال ای دی ها معمولاً نمی سوزند یا خراب نمی شوند. در عوض، “استهلاک لومن” را تجربه می کنند. این مسئله بدین معنی است که روشنایی LED در طول زمان به آرامی کم و کم تر می شود. بر خلاف لامپ‌های رشته‌ای، طول عمر ال ای دی بر اساس پیش‌بینی کاهش 30 درصدی نور خروجی تعیین می‌شود.

کاربردهای ال ای دی

ال ای دی ها کاربردهای زیادی دارند که برخی از مهم ترین های آن عبارت اند از:

  • ال ای دی به عنوان لامپ در منازل و صنایع استفاده می شود.
  • دیودهای نوری در موتورسیکلت ها و اتومبیل ها استفاده می شود.
  • در تلفن های همراه، از LED برای نور صفحه نمایش استفاده می‌کنند.
  • در چراغ راهنمایی از چراغ های LED استفاده می شود.
  • در ساعت های دیجیتال
  • در فلاش دوربین و لامپ حرارتی خودرو
  • در روشنایی هوانوردی
  • در کامپیوترهای دیجیتال و ماشین حساب
  • در سیگنال های راهنمایی و رانندگی و سیستم های دزدگیر
  • در میکروپروسسور ها و مالتی پلکسر ها

مزایا و معایب ال ای دی ها

از مزایای دیود های نوری یا همان LED ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • هزینه LED ها کمتر است و اندازه آنها کوچک هستند.
  • با استفاده از ال ای دی برق کنترل می شود.
  • شدت ال ای دی با کمک میکروکنترلر متفاوت است.
  • طول عمر طولانی
  • انرژی کارآمد
  • تحت تأثیر دمای سرد نیست.
  • جهت دار
  • رندر رنگ عالی است
  • سازگار با محیط زیست
  • قابل کنترل

از جمله معایب دیود نوری می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • حساسیت و وابستگی به دما
  • کیفیت نور
  • قطبیت الکتریکی
  • حساسیت ولتاژ
  • کاهش کارایی
  • تاثیر بر حشرات