Bagaimana Cara Kerja Teknologi LED

Bagaimana Cara Kerja Teknologi LED

Posted on

Dalam kehidupan sehari-hari kita menemukan banyak aplikasi LED seperti lampu jalan.  Senter LED dll LED adalah drive dari dioda persimpangan PN.

Dioda ini dioperasikan dalam mode bias maju memancarkan cahaya ke segala arah.  Jadi simbol LED ditunjukkan dalam dua panah pancaran cahaya.

Bagaimana Cara Kerja Teknologi LED

 Konstruksi LED

LED memiliki persimpangan PN dengan dua terminal anoda (A) dan katoda (K) sebagai dioda PN junction normal.

Ini dikembangkan oleh tiga lapisan semi-konduktor pada lapisan substrat dari tiga lapisan semi-konduktor satu adalah lapisan tipe-P yang memiliki lubang sebagai pembawa muatan mayoritas.  Lapisan lainnya memiliki lapisan tipe-N yang memiliki elektron sebagai pembawa mayoritas.  Di antara dua lapisan ini terletak lapisan ketiga adalah wilayah aktif.  Daerah aktif ini memancarkan cahaya ketika elektron dan lubang menggabungkan kembali daerah ini.

 Cara Kerja Teknologi LED

Karena wilayah aktif memancarkan cahaya ke semua arah, struktur dasar bening yang ditunjukkan disimpan dalam struktur cangkir yang ditunjukkan dalam diagram.  Untuk mengidentifikasi terminal anoda dan katoda dari LED maka dibuatkan susunan khusus konstruksinya sendiri dilihat dengan cermat pada cawan diantara dua strip logam.  Strip logam kecil bertindak sebagai terminal anoda dan strip logam besar bertindak sebagai katoda.  Seperti inilah tampilan LED praktis.

Sebelum bekerja mari kita belajar tentang pita kelambu dan pita konduksi.

Dalam kondisi normal elektron berputar mengelilingi inti.  Dalam orbit melingkar mereka memiliki energi yang sangat rendah dan hanya terikat pada inti.  Elektron ini berada di pita energi terendah yang dikenal sebagai pita kelambu.

Ketika di pita kelambu elektron tidak membentuk ikatan kimia dengan atom lain atau tidak dapat membawa arus.  untuk menjadi bebas dan membawa elektron saat ini harus keluar dari pita kelambu dengan memperoleh energi.  Berada di pita energi tinggi yang dikenal sebagai pita konduksi hanya elektron yang berada di pita konduksi yang membawa arus.

Ketika elektron bias maju dari bahan semikonduktor tipe-N dan lubang dari bahan semikonduktor tipe-P melintasi daerah penghalang potensial dan bergabung kembali di daerah aktif.

Elektron di pita konduksi dan lubang berada di pita kelambu.  Karena energi pita konduksi dan pita kelambu berbeda.  Ketika rekombinasi lubang elektron terjadi, energinya sama dengan perbedaan antara dua energi yang diradiasikan dalam bentuk cahaya.  Perbedaan ini dikenal sebagai celah pita atau energi celah terlarang.

Dan juga efek ini dikenal sebagai electroluminescence.  Ini membentuk prinsip kerja LED

Biasanya warna LED Merah, Hijau, Kuning , Biru, Orangnya tersedia

Untuk silikon dan germanium LED tidak digunakan karena celah terlarangnya tidak memungkinkan emisi cahaya dalam spektrum yang terlihat (panjang gelombang terlalu rendah).

Jadi LED terdiri dari gallium arsenide (GaAs) atau gallium phosphide dll.

 Biasing LED

LED bias seperti halnya dioda PN junction bias.  Anoda dihubungkan ke sisi positif suplai dan katoda dihubungkan ke sisi negatif suplai.  Resistor Rs selalu dihubungkan secara seri dengan LED untuk membatasi arus yang mengalir melaluinya dan melindungi dari kerusakan akibat arus berlebih,

Penurunan tegangan pada LED konduksi dalam kisaran 1.2V hingga 3.2V tergantung pada material yang digunakan.  LED memiliki tegangan tembus yang sangat rendah dari urutan 3 hingga 10 V. LED tidak mengalami tegangan balik yang tinggi.

 Perbedaan LED

Lampu pijar ‘tungsten’ normal

Terkandung di dalam kaca yang sangat tipis.  Bohlam jenis ini mengandung gas inert seperti argon atau nitrogen.  Listrik disalurkan melalui filamen tungsten di tengah bohlam, yang memanaskan filamen hingga sekitar 2.500 ° C.  Filamen menjadi ‘panas putih’ dan mengeluarkan cahaya – pijar.  Karena bola lampu biasa memancarkan panas infra merah dalam jumlah besar (energi yang terbuang), lampu ini tidak terlalu efisien dan seringkali hanya bertahan antara 800 dan 1000 jam dalam penggunaan normal.  Akhirnya filamen tungsten menguap, pecah dan bola lampu ‘terbakar’.

 Tabung fluoresen  atau Lampu Neon

Tabung kaca dengan sambungan logam pada setiap ujungnya yang dilalui listrik.  Di dalam tabung gelas ada sejumlah kecil magnesium dan gas inert, biasanya argon.  Bagian dalam tabung dilapisi bubuk fosfor.  Saat listrik melewatinya, atom magnesium melepaskan energi dalam bentuk sinar ultraviolet.  Sinar ultraviolet biasanya tidak terlihat dengan mata telanjang, tetapi kontak dengan lapisan fosfor menyebabkan fosfor bersinar, menciptakan cahaya.

Lampu halogen juga menggunakan filamen tungsten, tetapi ditutup di dalam bohlam kuarsa yang jauh lebih kecil agar lebih dekat ke filamen daripada kaca biasa.  Ketika gas halogen di dalam lampu digabungkan dengan uap tungsten pada suhu yang cukup tinggi, atom tungsten diuapkan dan disimpan kembali pada filamen.  Hal ini memungkinkan filamen untuk didaur ulang dan karena itu tahan lebih lama.  Namun karena kaca kuarsa sangat dekat dengan filamen, lampu halogen menjadi sangat panas.

 Lampu LED

LED menggunakan substrat silikon efisiensi tinggi yang disebut Light Emitting Diodes (LED’s) yang bersinar saat arus melewatinya, menghasilkan cahaya.

Dioda Pemancar Cahaya tidak menghasilkan panas, ultraviolet atau radiasi infra merah;  hampir semua energi yang dipasok ke chip LED diubah menjadi cahaya hanya dengan menggunakan sebagian kecil dari energi bohlam biasa, halogen, atau fluoresen.

 4 bagian ini membentuk luminer LED:

  • Chip LED yang menghasilkan cahaya
  • Kabel internal
  • Perlengkapan kontrol (jika 240V)
  • Casing / unit pendingin

Umur luminer LED akan bergantung pada desain, teknik, dan kualitas masing-masing komponen ini.

Mempertaha kan suhu adalah salah satu faktor terpenting yang memengaruhi masa pakai chip LED.  Inilah sebabnya mengapa lampu LED biasanya mengandung ‘heat sink’;  area permukaan besar yang membantu menghilangkan panas yang dihasilkan oleh chip LED saat dihidupkan.  Komponen ini membantu menjaga suhu chip LED agar tahan lama sesuai harapan.  Luminer LED berkualitas baik memiliki heat sink berukuran tepat yang memungkinkan chip LED menjaga suhu – semakin kuat lampu LED, semakin besar heat sink yang dibutuhkan.  Namun, lampu LED yang diproduksi dengan buruk sering kali memiliki ukuran heat sink yang salah untuk mengurangi penghematan biaya produksi dengan menggunakan lebih sedikit bahan.  Hal ini mengakibatkan berkurangnya masa pakai luminer LED.

Chip LED hanya membutuhkan voltase kecil untuk menyala, yaitu 12V, 24V dan seterusnya.  Beberapa lampu LED dirancang untuk mematikan pasokan 240V.  Karena itu, lampu LED 240V berisi catu daya internal atau eksternal yang mengubah tegangan 240V ke tegangan yang lebih rendah.  Kualitas tegangan dan arus yang dihasilkan oleh catu daya ini juga akan sangat menentukan masa pakai chip LED.  Produsen chip akan menentukan persyaratan catu daya yang diperlukan untuk memungkinkannya bertahan dalam masa pakai yang dirancang.  Produsen lampu LED mendesain dan memilih catu daya yang sesuai yang dapat memenuhi permintaan ini yang harus dapat secara efektif mengatur arus yang disuplai ke chip LED.  Lampu LED murah sering menggunakan catu daya murah untuk memangkas biaya.  Produsen dapat menentukan lampu LED menggunakan chip LED berkualitas tetapi mereka mungkin menggunakan catu daya berkualitas buruk yang akhirnya menurunkan masa pakai produk secara keseluruhan.  Pasokan daya berkualitas buruk sering kali gagal bahkan sebelum chip LED gagal- faktor pembatas dalam masa pakai lampu LED.

Kualitas lampu LED bergantung pada kualitas chip LED itu sendiri.

 Keuntungan LED

  • Ukurannya kecil dan ringan
  • Tersedia dalam berbagai warna spektral
  • Memiliki umur yang lebih panjang dibandingkan dengan lampu
  • Ini dapat dengan mudah dihubungkan dengan sirkuit listrik lainnya
  • Kecepatan operasinya tinggi (hanya membutuhkan 1 mikrodetik untuk AKTIF / MATI)

 Kerugian dari LED

  • Tekanan keluaran dipengaruhi oleh perubahan suhu
  • Efek bercahaya dari LED rendah
  • LED mudah rusak karena arus berlebih.