1, Основният принцип на работа на LED
LED (Light Emitting Diode), известен също като светодиод, е полупроводниково устройство в твърдо състояние. Неговият принцип на работа се основава на характеристиките на PN прехода на полупроводникови материали. Когато в двата края на светодиода се приложи напрежение напред, дупките (положителен заряд) в областта P и електроните (отрицателен заряд) в областта N ще се придвижат един към друг под действието на електрическото поле. Когато двете се срещнат в PN прехода, електроните ще запълнят дупките и ще освободят енергия, която се излъчва под формата на фотони, като по този начин се постига преобразуване на електрическата енергия в светлинна енергия.
2, Електрически характеристики на LED
Връзката на текущото напрежение е нелинейна: Връзката на текущото напрежение (IV) на LED показва очевидни нелинейни характеристики. Когато предното напрежение е ниско, светодиодът е почти непроводим и токът е почти нулев, което означава, че има така наречената "зона на прекъсване". Когато напрежението постепенно се увеличи и надхвърли определен праг (обикновено наричан "напрежение на включено" или "прагово напрежение"), светодиодът започва да провежда и токът бързо се увеличава. Нелинейната връзка между ток и напрежение прави светодиодите фундаментално различни от линейните компоненти като резистори и кондензатори.
Характеристична крива на напрежение и ток: Характеристичната крива на напрежение и ток (IV крива) на LED допълнително разкрива неговите нелинейни характеристики. В областта на предното напрежение токът на светодиода нараства бързо с увеличаването на напрежението, но не се увеличава нелинейно; В областта на обратното напрежение токът на светодиода е почти нулев, което показва наличието на характеристики на обратно прекъсване. Тази асиметрична волт амперна характеристична крива също е важно проявление на нелинейните характеристики на светодиода.
3, Сравнение между LED и линейни устройства
Съпротивление: Съпротивлението е често срещан линеен компонент във веригите и неговият ток и напрежение имат линейна връзка, следвайки закона на Ом. Стойността на съпротивлението на резистора не се променя с промени в тока или напрежението, поради което има стабилни линейни характеристики. За разлика от това, съотношението на текущото напрежение на светодиодите показва значителни нелинейни характеристики.
Кондензатори и индуктори: Кондензаторите и индукторите са обичайни компоненти за съхранение на енергия във веригите, които имат способността съответно да съхраняват заряд и енергия на магнитното поле. Въпреки че съотношението на текущото напрежение между кондензаторите и индукторите може да показва нелинейни характеристики при определени специфични условия, като разпадане на кондензатори при условия на високо напрежение или висока честота и нелинейността на индукторите при условия на насищане, те все още се считат за линейни елементи като цяло. Светодиодът, поради своите уникални полупроводникови материали и структура, винаги показва нелинейни електрически характеристики.
4, Приложение на нелинейни характеристики на LED
Нелинейните характеристики на LED имат широк спектър от приложения в осветлението, дисплея, комуникацията и други области. Например в областта на осветлението нелинейните характеристики на светодиодите им позволяват да работят при ниско напрежение, като по този начин се постига икономия на енергия и защита на околната среда; В областта на дисплея нелинейните характеристики на светодиода му позволяват да излъчва монохроматична светлина с висока яркост и висока чистота, като по този начин се постигат висококачествени ефекти на дисплея; В областта на комуникацията нелинейните характеристики на светодиодите им позволяват да служат като предаватели или приемници за оптична комуникация, постигайки високоскоростно и ефективно предаване на данни.
