Vidlákovo elektro 70. Svítivé diody 1.

27. února 2014 v 2:04 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Jelikož máme jubilejní 70. díl vidláků je na čase zabývat se taky nějakým slavnostním tématem.
My všichni, kteří jsme se pokoušeli bastlit za bolševika máme nepochybně mimořádný vztah k LED diodám. Představte si situaci, že v obchodech není nic - jako neochmýřený puboš chodíte každý týden do Tesly a ptáte se pořád na to samé : Máte "KáCé 508" ? Máte "eLQvé 100" ? A stále se dovídáte to samé - Nemáme přijďtě "po zboží". A kdy budete "mít zboží" ? Za půl roku !

Tak jsem na kole šlapal kopec z Místku na Frýdecké náměstí pořád znovu a znovu a pořád nic. V "den zboží" jsem zjistil, že není taky nic, protože všechno už bylo předem "zadáno" a za patřičný úplatek "z pod pultu" dávno rozprodáno. Kdyby soudruzi věděli, že tohle je větší lekce politické výchovy, než diplom ze Soutěže "o zemi kde zítra znamená již včera" - asi by na tu elektronickou výrobu více přitlačili. Takhle se prostě velmi velmi občas (v mém životě asi jenom jednou) stalo, že systém zaskřípal a LED diody LQ100 - sotva svítící červené "ďubky" v pozlaceném poudře opravdu byly. Tak jsem jich koupil 5 - více mi nechtěli prodat - a měl jsem z toho nepřetržitý orgasmus v délce několika měsíců.


Tudíž jste jistě pochopili, že svítivé diody jsou moje veliká láska, což se na první pohled pozná, tím, že absolutně každá elektronika, kterou jsem dopodud vyrobil má nějaké ty esteticky blikotající "blinkenlichten". Navíc LED Dioda je skoro jediná věc na světe, kde může běžný vidlák vstoupit do kontaktu s kvantovou fyzikou.


Princip je totiž v tom:
V pradávných dobách fotografie se zjistilo, že největší citlivost mají filmy s emulzí uvařenou ze želatiny z kravských kopyt krav z jednoho konkrétního údolí ve Švýcarsku. Skoro 100 let byla tahle věc velikou záhadou až se zjistilo že půda v tomto údolí ma neobvykle vysoký obsah prvku India - které "znečišťuje" želatinu a způsobuje že krystaly chloridu stříbrného ve filmové emulzi stávají se nestabilními a tím mnohem citlivéjšími na světlo, nez když je želatina z kopyt nějaké obyč. kráv y z Horní Dolní.

Přesně tak je to i s polovodiči - křemík má 4 "valenční elektrony" které nabízí k tomu aby byl "polovodivý" - my můžeme křemík nenápadně znečistit třeba hliníkem, který má jenom 3 valenční elektrony a tím v krystalové mřížce zbydou "díry", které se chovají jako částice s pozitivním nábojem a výsledkem je polovodiř "typu P" - jako Pozitivní vodivost. Nebo můžeme křemík znečistit třeba fosforem, který má 5 valenčních elktronů, tím nám v krystalvoé mřížce bude jeden elektron přebývat a vznikne polovodič "typu N" jako Negativní vodivost.

Když dva kousky P a N polovodiče přitiskneme k sobě vznikne dioda - součástka která teče li proud od N k P tak elektrony i díry jsou drženy u "své elektrody" a vlastně nic neteče. Teprve když teče proud od P k N elektrony i "díry" jsou přitahovány k protější elektrodě a proud teče.
Potud fyzika pro průmyslovky. Pokud se na diodu podíváme porobněji jedna věc je jasná - aby dočlo k přenosu proudu od P k N (dož znamená přenos elektronů od N k P) musí na rozhraní P-N "elektron skočit do díry". Aby to skutečně udělal - musí to pro něj být "energeticky výhodné". Tudíž Elektron v N polovodiči musí mít vyšší potenciální energii než elektron "v díře" v P polovodiči.
Ani to si není těžké představit - V N polovodiči je elektronů přebytek - a vzájemně se odpuzují a vytlačují z orbitalů kolem atomů. V N polovodiči je elektronů nedostatek - elektron "spadne do díry" a více se ani nehne. Jasné. V praxi se to projevuje tak, že energetický rozdíl mezi elektronem v N a P polovodiči nám sežere část napětí - což je onen notoricky známý 0,7V "úbytek na diodě".

OK - kam zmizí ta energie o kterou elekton přijde - projeví se jako vibrace ostatních elektronů a potažmo atomů v mřižce - tedy jako teplo. Takže v rámci mého oblíbeného bludu. že "všechno souvisí se vším" můžeme říci, že i obyč usměrňovací dioda je svítivá, akorát svítí někde v daleké IR oblasti na vlnové délce 10um ;-))).

Pak máme diody nikoliv křemíkové, ale z "divných polovodičů" jako je Galium Arzenid, Galium Fosfid, Galimum-Indium-Fosfid. To jsou diody, u kterých energetický spád je tak velký, že ztráta energie formou tepla není možná - a pokles energie elektronu se vyzáří jako světelné kvantum -alias foton.

Barvavlnová délka (nm)Napětí (V)Látka
Infračervenáλ > 760ΔV < 1.9GaAs
AlGaAs
Rudá610 < λ < 7601.63 < ΔV < 2.03AlGaAs
GaAsP
AlGaInP
GaP
Oranžová590 < λ < 6102.03 < ΔV < 2.10GaAsP
AlGaInP
GaP
Žlutá570 < λ < 5902.10 < ΔV < 2.18GaAsP
AlGaInP
GaP
Zelená500 < λ < 5701.9[2] < ΔV < 4.0InGaN/GaN
GaP
AlGaInP
AlGaP
Modrá450 < λ < 5002.48 < ΔV < 3.7ZnSe
InGaN
SiC
Si
Fialová400 < λ < 4502.76 < ΔV < 4.0InGaN
Červená/modrá + fialový luminofor
Ultrafialováλ < 4003.1 < ΔV < 4.4Diamant (Vlnová délka: 235 nm)[3]
Nitrid boru (Vlnová délka: 215 nm)[4][5]
AlN (Vlnová délka: 210 nm) [6]
AlGaN
AlGaInN - (Vlnová délka: pod 210 nm)[7]
BíláCelé spektrumΔV = 3.5Modrá/ultrafialová + žlutý luminofor

Už jem líný a sprostý jako hrom tak tady je tabulka - kompletně ukradená z WIkipedie. Nicméně povšimněte si jak dokonale nám ta kvantová fyzika funguje - čím je vlnová délka světla kratší tím je energie fotonu vycházejícího z LED diody větší a tím je i spád napětí na diodě v propustném směru Větší. Jasné ?

Nějak se mi ten stručný článeček natáhl - takže pro dnešek končíme, pokračování příště a zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám: jestli chcete porodit ještě před vánoci - právě v těchto dnech máte poslední šanci otěhotnět, abyste to stihla.
 

2 lidé ohodnotili tento článek.

Komentáře

1 rvx rvx | 27. února 2014 v 8:47

tleskám - konečně mi někdo srozumitelně vysvětlil, proč červená LEDka "sežere" menší napětí než modrá - díky

2 Neználek Neználek | 27. února 2014 v 9:37

"...energetický spád je tak velký, že ztráta energie formou tepla není možná..."

Podstata generování IR a viditelného záření na PN přechodu se liší v čem?

3 m.marianek m.marianek | 27. února 2014 v 10:11

[2]: V ničem, ale u obyčejné usměrňovací diody se jaksi nepočítalo s jejím využitím pro svícení a tak není topologie uzpůsobená k vyzařování generovaných fotonů. Fotony se pohlcují v materiálu a tento se ohřívá, přechod tedy generuje tepelné záření s přirozeným rozložením (to je asi těch humorně myšlených 10um). U LED je topologie přechodu uzpůsobená k maximálnímu vyzáření generovaných fotonů a tak tato dioda míň hřeje a víc svítí (ale zase má větší ztráty jiného druhu, takže v globále asi hřeje víc).

4 m.marianek m.marianek | 27. února 2014 v 11:53

Jo, jinak, pane Kubáči nejste sám kdo měl orgasmus z LQ100, ještě dnes když vidím tu kombinaci zlaté a rubínové pociťuji určité "vzrušení". Něco jako když se podíváte na bejvalku, která i přes svoje chyby je pořád ještě k světu. Na rozdíl od svých plastových sestřiček vypadá LQ100 jako šperk z rubínu a zlata. Možná by z nich byl zajímavý piercing, ani si nedokážu představit, co by s vámi udělalo, kdyby na vás paní Kubáčová svými bradavkami zablikala "jako že jo a hned teď". ;-))

5 SPECZ SPECZ | 27. února 2014 v 13:14

Kolikpak taková LQ100 stála, když to byla novinka ?

6 petr-kubac petr-kubac | 27. února 2014 v 13:56

[5]: Ani si už nepamatuju, ale u diskrétních polovodičů obecně ceny byly numericky velmi podobné dnešním - možná o něco vyšší - ovšem při tehdejších platech.
Na druhou stranu - součástky byly tak vzácné, že se vždy kupovalo kolik prodavačka prodala - a pak se směňovalo se známými.

7 Neználek Neználek | 27. února 2014 v 14:38

[3]: Díky za odpověď. To znamená, že energie emitovaného fotonu závisí na minimálním kvantu energie potřebném pro překonání PN přechodu a foton ze zapojené svítící LED vznikne spontánní emisí elektronu stejně jako foton vzniklý spontánní emisí elektronu z odpojené LED v šuplíku, jen rozdíl je v tom, odkud ten elektron získal energii?

8 m.marianek m.marianek | 27. února 2014 v 15:30

[7]: Problém je v tom, že v odpojené LEDce v šuplíku nemá jak vznikat spontánní emise. Foton vznikne emisí při rekombinaci elektron-díra, to se hromadně děje jen tehdy, když přes PN přechod procházejí nosiče náboje (přes diodu teče proud). Existují i minoritní nosiče náboje, ale těch je tak málo, že jejich záření bude asi nedetekovatelné.

9 Neználek Neználek | 27. února 2014 v 16:54

[8]: Myslel jsem, že v šuplíku bude zářit tepelně, to je myslím spontánní emise.

10 Vašek Vašek | 27. února 2014 v 16:59

[5]: LQ100 stála zkraje cca 80,-. Můj plat byl tehdy asi 1800,-.Byla to pecka ale popravdě moc nesvítila. Koupil jsem tedy pod rukou 5mm LED ze západu za cca 100,-. Takže do log. sondy jsem si jich pochopitelně dvě nebo tři dát nemohl. Má tedy jen jednu LED (0-nesvítí, 1-svítí, mezistav-svítí napůl a frekvence-bliká). Museli jsme si nějak pomoct. Sonda funguje bezvadně, vše je i na jedný LED perfektně rozlišitelný. Je v eloxovaným pouzdře a na TTL ji používám dodnes po pětatřiceti letech.

11 m.marianek m.marianek | 27. února 2014 v 17:31

[9]: Spontánní emise je emise při samovolném přechodu elektronu z excitovaného stavu do stavu s nižší energií. Když to září tepelně, tak je to tepelná emise a tam emitují nejen elektrony, ale i celé ionty, či molekuly, případně krystalické mřížky.

12 Karel Karel | 28. února 2014 v 6:51

Priznam se, ze ledky fascinovaly i mne, jelikoz jsem lehce mladsi nez zdejsi osazenstvo, tak v mem detstvi uz ledky z Tesly byly bezne na pulte elektroobchodu, akorat z duvodu naproste neinformovanosti a nedostatku literatury mi prvni LEDka po pripojeni na 4,5V ploche bateriee odesla do kremikoveho nebe = zklamani na cely zivot :-)
Jinak paní Kubáčové přeji, aby to teda konečně vyšlo a na vánoce ve třech.

13 newman newman | 28. února 2014 v 8:50

KC-508 jsem kupoval v Tesle Eltos v Břeclavi za 21 Kčs. Jako kluk jsem měl od rodičů kapesné 20 Kčs na měsíc a tak pro mě bylo KCčko docela investice. Dodnes si pamatuji ten hrozný pocit, když se mi ho (a nejednou) podařilo odpálit. Později (na konci osmdesátých let) jsem jezdil pro LEDky do Maďarska - do Gyoru (vlakem). Daly se tam koupit už tehdy v různých barvách a tvarech pouzdra.

14 rvx rvx | 28. února 2014 v 13:42

[13]: copak KC508 ... co teprve KF520? :) Na ten se stačilo i křivě podívat ...

15 Jindra Jindra | 19. března 2014 v 1:33

S elekronikou jsem začal coby malé děcko před víc jak 40 lety, tedy v době, kdy se platy rodičů pohybovaly někde kolem šesti stovek. Kácéčko pamatuji za pade, červenou svítící tečku za 120,-, no a později pak vrchol, MH7493 za 500,- (na pultech ani pod pulty prakticky nesehnatelná, jedinou možností, jak se k  ní dostat, bylo od starších elektroniků, kteří ji "znárodnili" v zaměstnání).

Jo, byla to taková hodně divná doba "slintání nad katalogy Tesly". ;-)))

16 Květoslav Květoslav | 14. července 2015 v 22:42

...taky jsem slintal nad katalogem...

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama