Жарық диодты шамдардың жылудың пайда болу себептері
Кәдімгі жарық көздері сияқты, жартылай өткізгіш диодтар (жарық диодтар) жалпы жарық тиімділігіне байланысты жұмыс кезінде жылу шығарады. Қолданылған электр энергиясының әсерінен электрондар мен саңылаулардың сәулеленуі электролюминесценцияны алу үшін қайта біріктіріледі, ал PN түйісуінің жанында сәулеленетін жарық сыртқа (ауаға) жету үшін жартылай өткізгіш ортадан және микросхеманың өзінің орау ортасынан өтуі керек. Кешенді ток инъекциясының тиімділігі, радиациялық люминесценцияның кванттық тиімділігі, микросхеманың сыртқы жарықты алу тиімділігі және т.б., жарық энергиясына енгізілген энергияның соңғы 30-40% ғана, ал оның энергиясының қалған 60-70% негізінен бейтарапта болады. радиациялық кешенді нысаны матрицалық тербеліс түрлендіру жылу.
Чиптің температурасының жоғарылауы радиациялық емес кешенді күшейтеді, жарықтың тиімділігін одан әрі әлсіретеді. Адамдар субъективті түрде жоғары қуатты жарықдиодты шамдарда жылу жоқ деп ойлайды, шын мәнінде, олар бар. Көп қызу пайдалану кезінде көптеген қиындықтарды оңай тудырады. Сонымен қатар, жоғары қуатты жарықдиодты шамдарды бірінші рет қолданатын және жылу мәселелерін тиімді шешу жолын түсінбейтін көптеген адамдар өндірістің сенімділігін басты мәселеге айналдырады. Міне, ойлануға мүмкіндік беретін бірнеше сұрақтар: Жарық диодты шамдарда жылу бар ма? Ол қанша жылу шығара алады? Жарық диодты қанша жылу шығарады?
Жарық диодты тікелей кернеу астында электрондар қуат көзінен энергия алады. Электр өрісінің қозғалуы кезінде PN түйісуінің электр өрісі еңсеріліп, N аймағынан P аймағына өту жүреді. Бұл электрондар Р аймағындағы саңылаулармен рекомбинацияланады. Р аймағындағы валенттік электрондарға қарағанда Р аймағына дрейфтелген бос электрондардың энергиясы жоғары болғандықтан, электрондар рекомбинация кезінде төмен энергетикалық күйге оралады, ал артық энергия фотондар түрінде бөлінеді. Шығарылатын фотонның толқын ұзындығы энергия айырмашылығына байланысты, мысалы. Жарық шығаратын аймақ негізінен PN түйісуіне жақын орналасқанын көруге болады, ал жарық сәулелену электрондар мен тесіктердің рекомбинациясынан бөлінетін энергияның нәтижесі болып табылады. Жартылай өткізгіш диодта электрондар жартылай өткізгіш аймақтан жартылай өткізгіш аймаққа дейінгі бүкіл жол бойы қарсылыққа тап болады. Қарапайым принцип бойынша жартылай өткізгіш диодтың физикалық құрылымы принциптен қарапайым, теріс электродтан шығарылатын электрондар мен жартылай өткізгіш диодтың оң электродына қайтарылған электрондар саны тең. Кәдімгі диодтар, электрон-саңылау жұбының рекомбинациясы орын алғанда, энергия деңгейінің айырмашылығы факторына байланысты, мысалы, босатылған фотон спектрі көрінетін диапазонда емес.
Диод ішіндегі жолда электрондар қарсылықтың болуына байланысты қуатты тұтынады. Тұтынылатын қуат электрониканың негізгі заңдарына сәйкес:
P = I2 R = I2 (RN + + RP) + IVTH
Ескерту: RN - N аймағының дене кедергісі
VTH - PN өткелінің қосу кернеуі
RP - P аймағының көлемдік кедергісі
Тұтынылатын қуатпен өндірілетін жылу:
Q = Пт
Мұндағы: t – диодқа қуат берілген уақыт.
Негізінде, жарық диодты әлі де жартылай өткізгіш диод болып табылады. Сондықтан, жарық диоды алға бағытта жұмыс істегенде, оның жұмыс процесі жоғарыдағы сипаттамаға сәйкес келеді. Оның тұтынатын электр қуаты:
P LED = U LED × I ЖШД
Мұндағы: U LED - жарық диодты жарық көзіндегі тікелей кернеу
I LED - жарық диоды арқылы өтетін ток
Тұтынылатын электр энергиясы жылуға айналады және бөлінеді:
Q＝P LED × t
Ескертпелер: t – қуатты қосу уақыты
Шындығында, электрон Р аймағындағы саңылаумен рекомбинацияланған кезде бөлінетін энергия сыртқы қуат көзімен тікелей қамтамасыз етілмейді, бірақ электрон N аймағында болғандықтан, сыртқы электр өрісі болмаған кезде оның энергетикалық деңгейі жоғары болады. P аймағына қарағанда. Валенттік электрон деңгейі мысалынан жоғары. Ол P аймағына жеткенде және саңылаулармен қайта қосылып, P аймағында валенттік электрондарға айналады, ол соншалықты көп энергияны шығарады. Eg өлшемі материалдың өзімен анықталады және сыртқы электр өрісімен ешқандай байланысы жоқ. Электронға сыртқы қуат көзінің рөлі оны бағытта қозғалуға итермелеу және PN түйісу рөлін жеңу болып табылады.
Жарық диоды шығаратын жылу мөлшері жарық тиімділігіне ешқандай қатысы жоқ; электр қуатының қанша пайызы жарық береді, ал электр қуатының қалған пайызы жылу шығарады арасында ешқандай байланыс жоқ. Жоғары қуатты жарық диодтарының жылу генерациясы, жылу кедергісі және түйісу температурасы және теориялық формулаларды шығару және жылу кедергісін өлшеу тұжырымдамаларын түсіну арқылы біз жоғары қуатты жарық диодтарының нақты орауыш дизайнын, бағалауын және өнімді қолдануын зерттей аламыз. Айта кету керек, жарықдиодты өнімдердің төмен жарық тиімділігінің қазіргі кезеңінде жылуды басқару негізгі мәселе болып табылады. Жылу энергиясын өндіруді азайту үшін жарық тиімділігін түбегейлі жақсартатын шәйнектің түбі. Бұл чип өндіруді, жарықдиодты қаптаманы және қолданбалы өнімді әзірлеуді қажет етеді. Барлық аспектілердегі технологиялық прогресс.
