الصمام الثنائي الباعث للضوء Light Emitting Diode

ما هو الصمام الثنائي الباعث للضوء LED؟

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (Light emitting diodes)، والتي تسمّى عادةً بمصابيح (LED)، في عالم الإلكترونيات، تقوم هذه الثنائيات بالعديد من الوظائف المختلفة في جميع أنواع الأجهزة. إنّها تشكل أرقامًا على الساعات الرقمية، وتنقل المعلومات من أجهزة التحكم عن بُعد، وتضيء الساعات وتخبرك عند تشغيل أجهزتك. إذا تمّ جمعها معًا، فيمكنها تكوين صور على شاشة تلفزيون ضخمة الحجم أو إلقاء الضوء على إشارة مرور.

في الأساس، تعد مصابيح (LED) مجرد مصابيح كهربائية صغيرة تتناسب بسهولة مع الدائرة الكهربائية. لكن على عكس المصابيح المتوهجة، فهي لا تحتوي على خيوط تحترق، وتستهلك كهرباء أقل، ولا تسخن بشكل خاص. إنّها مضاءة فقط بحركة الإلكترونات في مادة شبه موصلة، وتستمر لفترة طويلة مثل الترانزستور القياسي. العمر الافتراضي لمصباح (LED) يفوق العمر الافتراضي للمصباح المتوهج بآلاف الساعات. بسبب هذه المزايا، تعد مصابيح (LED) الصغيرة واحدة من أكثر التقنيات شيوعًا المستخدمة لإضاءة أجهزة تلفزيون (LCD).

تتمتع مصابيح (LED) بالعديد من المزايا مقارنة بالمصابيح المتوهجة التقليدية، لكن ميزتها الرئيسية هي الكفاءة. في المصابيح المتوهجة، تتضمن عملية إنتاج الضوء توليد الكثير من الحرارة “يجب تسخين الفتيل حتى يضيء”. تُهدر هذه الطاقة تمامًا إلا إذا كنت تستخدم المصباح كمدفأة، لأنّ جزءًا كبيرًا من الكهرباء المتاحة لن يؤدي إلى إنتاج ضوء مرئي. تولد مصابيح (LED) القليل جدًا من الحرارة، نسبيًا. تذهب نسبة أعلى بكثير من الطاقة الكهربائية مباشرة إلى توليد الضوء، ممّا يقلل من الطلب على الكهرباء بشكل كبير.

تعريف الصمام الثنائي الباعث للضوء:

التعريف: (LED) هو الصمام الثنائي (PN-junction) الذي يبعث الضوء عندما يمر التيار الكهربائي خلاله في الاتجاه الأمامي. في (LED)، تتم إعادة تركيب حامل الشحنات. يتم الجمع بين الإلكترون من الجانب (N) والثقب من الجانب (P) ويعطي الطاقة في شكل حرارة وضوء. يتكون (LED) من مادة شبه موصلة عديمة اللون، ويشع الضوء من خلال تقاطع الصمام الثنائي.

تُستخدم مصابيح (LED) على نطاق واسع في شاشات العرض المقطعية والمصفوفة النقطية ذات الأحرف الرقمية والأبجدية الرقمية. يتم استخدام العديد من مصابيح (LED) لإنشاء مقطع خط أحادي بينما يتم استخدام مؤشر (LED) الفردي للفاصلة العشرية.

بناء الصمام الثنائي الباعث للضوء LED:

يحدث إعادة تركيب حاملات الشحنة في مادة من النوع (P)، وبالتالي فإنّ المادة (P) هي سطح (LED). للحصول على أقصى انبعاث للضوء، يتم ترسيب الأنود عند حافة المادة من النوع (P). يصنع الكاثود من غشاء ذهبي، ويوضع عادةً في أسفل المنطقة الشمالية. تساعد هذه الطبقة الذهبية من الكاثود في عكس الضوء على السطح.

يستخدم “فوسفيد زرنيخيد الغاليوم” (gallium arsenide phosphide) لتصنيع الصمام الثنائي الباعث للضوء الذي ينبعث منه ضوء أحمر أو أصفر للانبعاثات. يتوفر (LED) أيضًا باللون الأخضر والأصفر العنبر والأحمر. يمكن استخدام الترانزستور البسيط لإيقاف / تشغيل (LED). يقوم تيار القاعدة (IB) بتوصيل الترانزستور، ويؤدي الترانزستور للتوصيل بشدة. تحد المقاومة (RC) من تيار (LED).

عمل الصمام الثنائي الباعث للضوء LED:

يعتمد عمل (LED) على نظرية الكم (quantum theory)، تنص نظرية الكم على أنّه عندما تنخفض طاقة الإلكترونات من المستوى الأعلى إلى المستوى الأدنى، فإنّها تصدر طاقة على شكل فوتونات. طاقة الفوتونات تساوي الفجوة بين المستوى الأعلى والأدنى.

يتم توصيل (LED) في الاتجاه الأمامي، ممّا يسمح للتيار بالتدفق في الاتجاه الأمامي. يرجع تدفق التيار إلى حركة الإلكترونات في الاتجاه المعاكس. يظهر إعادة التركيب أنّ الإلكترونات تنتقل من نطاق التوصيل إلى نطاق التكافؤ وتصدر طاقة كهرومغناطيسية على شكل فوتونات. طاقة الفوتونات تساوي الفجوة بين نطاق التكافؤ ونطاق التوصيل.

مزايا LED في شاشات العرض الإلكترونية:

فيما يلي المزايا الرئيسية لمصباح (LED) في شاشات عرض الإلكترونيات:

• الصمام الثنائي (LED) صغيرة جداً في حجمها، ويمكن تكديسها معًا لتشكيل شاشة رقمية وأبجدية رقمية في المصفوفة عالية الكثافة.

• تعتمد شدة خرج الضوء من (LED) على تدفق التيار الكهربائي من خلاله. يمكن التحكم في شدة الضوء بسلاسة.

• يتوفر (LED) الذي ينبعث منه الضوء بألوان مختلفة مثل الأحمر والأصفر والأخضر والعنبر.

• وقت التشغيل والإيقاف أو وقت التبديل لمصباح (LED) أقل من (1) نانوثانية. لهذا السبب، يتم استخدام (LED) للتشغيل الديناميكي.

• تعتبر مصابيح (LED) اقتصادية للغاية وتوفر درجة عالية من الموثوقية لأنّها مصنوعة بنفس تقنية تكنولوجيا الترانزستور.

• يتم تشغيل (LED) على نطاق واسع من درجات الحرارة (0 درجة – 70 درجة). أيضًا، إنّه متين للغاية ويمكنه تحمل الصدمات والاختلاف.

• تتمتع (LED) بكفاءة عالية، لكنّها تتطلب طاقة معتدلة للتشغيل. عادةً ما يكون الجهد الكهربائي (1.2) فولت والتيار (20) مللي أمبير مطلوبًا للسطوع الكامل. لذلك، يتم استخدامه في مكان تتوفر فيه طاقة أقل.