1, η βασική αρχή λειτουργίας των LED
Το LED (Light Emitting Diode), επίσης γνωστό ως δίοδος εκπομπής φωτός, είναι μια συσκευή ημιαγωγών στερεάς κατάστασης. Η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στα χαρακτηριστικά σύνδεσης PN των ημιαγωγών υλικών. Όταν εφαρμόζεται μια τάση προς τα εμπρός και στα δύο άκρα του LED, οι οπές (θετικό φορτίο) στην περιοχή P και τα ηλεκτρόνια (αρνητικό φορτίο) στην περιοχή N θα μετακινηθούν το ένα προς το άλλο υπό τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου. Όταν τα δύο συναντηθούν στη διασταύρωση PN, τα ηλεκτρόνια θα γεμίσουν τις οπές και θα απελευθερώσουν ενέργεια, η οποία εκπέμπεται με τη μορφή φωτονίων, επιτυγχάνοντας έτσι τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φωτεινή ενέργεια.
2, Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των LED
Η σχέση τάσης ρεύματος είναι μη γραμμική: Η σχέση τάσης ρεύματος (IV) του LED παρουσιάζει προφανή μη γραμμικά χαρακτηριστικά. Όταν η μπροστινή τάση είναι χαμηλή, το LED είναι σχεδόν μη αγώγιμο και το ρεύμα είναι σχεδόν μηδενικό, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει μια λεγόμενη "ζώνη αποκοπής". Όταν η τάση αυξάνεται σταδιακά και ξεπερνά ένα ορισμένο όριο (συνήθως αναφέρεται ως "σε τάση" ή "τάση κατωφλίου"), η λυχνία LED αρχίζει να μεταφέρεται και το ρεύμα αυξάνεται γρήγορα. Η μη γραμμική σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης κάνει τα LED θεμελιωδώς διαφορετικά από τα γραμμικά εξαρτήματα όπως οι αντιστάσεις και οι πυκνωτές.
Χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης: Η χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης (Καμπύλη IV) του LED αποκαλύπτει περαιτέρω τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά του. Στην περιοχή της μπροστινής τάσης, το ρεύμα του LED αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση της τάσης, αλλά δεν αυξάνεται μη γραμμικά. Στην περιοχή αντίστροφης τάσης, το ρεύμα του LED είναι σχεδόν μηδενικό, υποδηλώνοντας την παρουσία χαρακτηριστικών αντίστροφης αποκοπής. Αυτή η ασύμμετρη χαρακτηριστική καμπύλη βολτ αμπέρ είναι επίσης μια σημαντική εκδήλωση των μη γραμμικών χαρακτηριστικών του LED.
3, Σύγκριση μεταξύ LED και γραμμικών συσκευών
Αντίσταση: Η αντίσταση είναι μια κοινή γραμμική συνιστώσα στα κυκλώματα και το ρεύμα και η τάση της έχουν γραμμική σχέση, σύμφωνα με το νόμο του Ohm. Η τιμή αντίστασης μιας αντίστασης δεν αλλάζει με τις αλλαγές στο ρεύμα ή την τάση, επομένως έχει σταθερά γραμμικά χαρακτηριστικά. Αντίθετα, η σχέση τάσης ρεύματος των LED εμφανίζει σημαντικά μη γραμμικά χαρακτηριστικά.
Πυκνωτές και επαγωγείς: Οι πυκνωτές και οι επαγωγείς είναι κοινά εξαρτήματα αποθήκευσης ενέργειας σε κυκλώματα, τα οποία έχουν την ικανότητα να αποθηκεύουν ενέργεια φορτίου και μαγνητικού πεδίου, αντίστοιχα. Αν και η σχέση τάσης ρεύματος μεταξύ πυκνωτών και επαγωγέων μπορεί να παρουσιάζει μη γραμμικά χαρακτηριστικά υπό ορισμένες ειδικές συνθήκες, όπως η διάσπαση πυκνωτών υπό συνθήκες υψηλής τάσης ή υψηλής συχνότητας και η μη γραμμικότητα των επαγωγέων υπό κορεσμένες συνθήκες, εξακολουθούν να θεωρούνται γραμμικά στοιχεία γενικά. Το LED, λόγω των μοναδικών ημιαγωγικών υλικών και της δομής του, παρουσιάζει πάντα μη γραμμικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά.
4, Εφαρμογή μη γραμμικών χαρακτηριστικών LED
Τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά των LED έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στον φωτισμό, την οθόνη, την επικοινωνία και άλλα πεδία. Για παράδειγμα, στον τομέα του φωτισμού, τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά των LED τους επιτρέπουν να λειτουργούν σε χαμηλές τάσεις, επιτυγχάνοντας έτσι εξοικονόμηση ενέργειας και προστασία του περιβάλλοντος. Στον τομέα της οθόνης, τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά του LED του επιτρέπουν να εκπέμπει μονόχρωμο φως υψηλής φωτεινότητας και υψηλής καθαρότητας, επιτυγχάνοντας έτσι εφέ οθόνης υψηλής ποιότητας. Στον τομέα της επικοινωνίας, τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά των LED τους επιτρέπουν να χρησιμεύουν ως πομποί ή δέκτες για οπτική επικοινωνία, επιτυγχάνοντας υψηλής ταχύτητας και αποτελεσματική μετάδοση δεδομένων.
