发光的二极管(LED)工作

经过:汤姆•哈里斯克里斯陶氏韦斯利Fenlon|

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五颜六色的LED灯照亮了这片风景。伊凡/盖蒂图片社

发光二极管,通常被称为LED,是电子世界中真正无名的英欧宝平台代理雄。他们在各种设备中做了许多不同的工作。它们形成数字数字时钟,从…传送信息遥控器,点亮手表并告诉您当您的电器打开时。收集在一起,他们可以在一个上形成图像巨型电视屏幕或者照亮交通灯。

基本上,LED只是微小的灯泡,可轻松融入电路中。但不像白炽灯泡,他们没有烧坏的细丝,他们使用较少的电力,他们不会特别热。欧宝平台代理它们仅通过电子的运动来照亮半导体材料,它们的寿命欧宝平台代理和标准晶体管一样长。LED的寿命比白炽灯短几千小时。由于这些优点,微型led成为最流行的照明技术之一欧宝app靠谱吗液晶显示器电视。

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与传统白炽灯相比,led有几个优点,但它们的主要优点是效率。在白炽灯泡,光的产生过程涉及产生大量的热量(灯丝必须加热才能照明)。这种能量完全被浪费了,除非你用这种灯作为加热器,因为很大一部分可用的电力不会产生可见光。相对而言,led产生的热量很少。更高比例的电能直接用于发电,这大大降低了电力需求。

每瓦led比普通白炽灯输出更多流明(或可见光数量)。发光二极管有较高的光视效能一个60瓦的白炽灯可以产生750-900流明,但是一个6-8瓦的LED灯泡可以产生相同的输出。同样的LED灯泡可以持续25,000小时,但60瓦的白炽灯只可能点亮约1,200小时。换句话说,一个LED灯泡可以持续21个60瓦白炽灯泡连续燃烧[来源:arafeaey]。

直到最近,led还过于昂贵,无法用于大多数照明应用,因为它们是用先进的半导体材料制成的。然而,半导体设备的价格在2000年之后直线下降,使得led成为在许多情况下更具成本效益的照明选择。虽然它们可能比前面的白炽灯更贵(大约5美元,白炽灯1美元),从长远来看,较低的成本可以使它们成为更好的选择。几家公司已经开始销售LED灯泡,旨在与白炽灯和紧凑型荧光灯竞争,它们承诺提供长寿命的强光和惊人的能源效率。

在本文中,我们将检查这些无处不在的闪光灯背后的技术,在该过程中照亮了一欧宝app靠谱吗些很酷的电力原则。

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什么是二极管?

在结合处,来自n型材料的自由电子填补了来自p型材料的空穴。这就在二极管的中间形成了一个绝缘层,称为耗尽区。“width=
在结合处,来自n型材料的自由电子填补了来自p型材料的空穴。这就在二极管的中间形成了一个绝缘层,称为耗尽区。
©H欧宝在线直播owStuffWorks

二极管是最简单的一种半导体设备。宽泛地说欧宝平台代理半导体是一种具有可变导电流能力的材料。大多数半导体是由含有杂质的不良导体(原子另一种物质)添加到它。添加杂质的过程称为兴奋剂

在LED的情况下,导体材料通常是铝 - 砷化铝(Algaas)。在纯铝 - 砷化镓中,所有原子完全与其邻居完全粘合,留下没有游离电欧宝平台代理子(带负电荷的粒子)来传导电流。在掺杂的材料中,额外的原子改变平衡欧宝平台代理,可以添加自由的电子或产生电子可以去的孔。这些改变中的任何一个都使材料更具导电性。

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调用具有额外电子的半导体n型材料,因为它有额外的负电荷粒子。在n型材料中,自由电子从带负电荷的区域移动到带正电荷的区域。

当电路的负端连接到n型层,正端连接到p型层时,电子和空穴开始移动,耗尽区消失。“width=
当电路的负端连接到n型层,正端连接到p型层时,电子和空穴开始移动,耗尽区消失。
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调用具有额外孔的半导体P型材料,因为它实际上有额外的带正电荷的粒子。电子可以从一个空穴跳到另一个空穴,从带负电荷的区域移动到带正电荷的区域。因此,孔洞本身似乎从带正电的区域移动到带负电的区域。

二极管由粘合到P型材料的一部分的N型材料的一部分组成,每个端部上的电极。这种布置仅在一个方向上进行电力。当没有电压被施加到二极管时,来自n型材料的电子沿着层之间的连接点填充来自p型材料的孔,形成耗尽区。在一个耗尽区,半导体材料回到它原来的绝缘状态-所有的空穴被填满,所以没有自由电子或电子的空空间,电流不能流动。欧宝平台代理

当电路的正端挂钩到n型层并且负端被钩在P型层上时,在二极管的一端和孔收集在另一端上的游离电子收集。耗尽区变得更大。“width=
当电路的正端挂钩到n型层并且负端被钩在P型层上时,在二极管的一端和孔收集在另一端上的游离电子收集。耗尽区变得更大。
©H欧宝在线直播owStuffWorks

为了摆脱耗尽区,必须使电子从n型区域移动到p型区域,并且沿反向移动的孔。为此,将二极管的N型侧连接到电路的负端,P型侧到正端。n型材料中的自由电子被负电极排斥并吸引到正电极。p型材料中的孔移动另一种方式。当电极之间的电压差足够高时,耗尽区中的电子被升压出孔并开始自由移动。耗尽区消失,充电在二极管上移动。欧宝平台代理

如果你试图让电流以另一种方式运行,将p型端连接到电路的负端,而n型端连接到正端,电流将不会流动。n型材料中的负电子被吸引到正极上。p型材料中的正孔被吸引到负电极上。由于空穴和电子都朝着错误的方向移动,所以没有电流流过结。消耗带增加。(见半导体如何工作有关整个过程的更多信息。)

在该设置中的电子和孔之间的相互作用具有一个有趣的副作用 - 它会产生光!

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二极管如何发光?

是一种能被释放的能量吗原子。它由许多具有能量和动量但没有质量的小颗粒状数据包组成。这些粒子,称为光子欧宝平台代理,是最基本的光线。

光子是电子运动的结果。在原子中,电子沿原子核周围的轨道运动。不同轨道上的电子有不同的能量。一般来说,能量较大的电子在远离原子核的轨道中运动。

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对于从较低的轨道跳跃到更高轨道的电子,一些东西必须提高其能量水平。相反,当它从更高的轨欧宝平台代理道到较低的轨道下降时,电子释放能量。这种能量以光子的形式释放。更大的节能释放更高能量的光子,其特征在于较高的频率。

正如我们之前所看到的那样,穿过二极管的自由电子可以从p型层落入空洞中。这涉及从导通带落到下轨道,因此电子以光子形式释放能量。这发生在任何二极管中,但是当二极管由某些材料组成时,只能看到光子。例如,标准硅二极管中的原子以这样的方式布置,使得电子降低相对较短的距离。欧宝平台代理结果,光子的频率如此之低,它是看不见的人类的眼睛-它在光谱的红外部分。当然,这并不一定是件坏事:红外线发光二极管是理想的选择遥控器欧宝平台代理在其他方面。

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二极管是如何发光的。
(c)欧宝在线直播 HowStuffWorks

可见光发光二极管(VLED),例如在数字时钟中点亮数字的诸如其中的数字,其特征在于导电带和下轨道之间的更宽差。欧宝平台代理间隙的尺寸决定了光子的频率 - 换句话说,它决定了光的颜色。虽然LED用于从远程控制到电子设备上的数字显示器的所有内容,但由于它们的长寿和微型尺寸,可见LED很受欢迎。根据LED中使用的材料,它们可以在红外,紫外线和可见光谱之间的所有颜色中闪耀。欧宝平台代理

虽然所有的二极管都释放光,但大多数都不是很有效。在一个普通的二极管中半导体材料本身最终吸收了很多光能。LED专门构造以释放大量光子。此外,它们容纳在塑料灯泡中,以特定方向集中光。二极管的大多数光从灯泡的侧面反弹,穿过圆形端。

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LED灯泡vs.节能灯和白炽灯

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LED照亮了这条隧道。OS Tartarouchos / Getty Images

几十年来,100瓦的白炽灯灯泡有空走廊和卧室;60瓦的反对者从阅读灯和壁橱中闪耀着柔和的光。但白炽灯效率低下,浪费大量的能量作为热量,并且比荧光灯更短的寿命。欧宝平台代理最近,更高效紧凑型荧光(CFL)灯泡已成为流行的替代品。如果白炽灯持续平均约为1,200小时,CFL可以持续10,000小时[来源:arafeaey]。不幸的是,CFL含有有毒汞,使它们潜在危险和痛苦。

进入LED灯泡。LED提供CFL的优势 - 较低的功耗和更长的寿命 - 没有毒性汞的缺点[来源:舍尔和苔藓]。例如,60瓦的白炽灯泡欧宝平台代理每年吸取超过150美元的电力,并提供约800腔光线;等效的紧凑型荧光灯用量小于15瓦,每年只需花费大约35美元。LED灯泡甚至更好,绘制大约8.5瓦的电力,每年花费约21美元,持续25,000小时或更长时间[来源:欧宝平台代理arafeaey]。全年只有8,760个小时 - 想象一下,LED灯泡将持续多长时间持续在平均家中!

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这使得LED听起来很棒 - 而且它们是 - 但有原因有白炽灯和紧凑型荧光灯泡仍然存在。最大的原因是价格;即使LED灯泡的价格近年来,LED灯泡成本超过其他选项。然而,他们的寿命越来越跨越,并且大大降低电力使用有助于弥补较高的进入屏障。

除了高成本障碍之外,LED易于高温。如果LED电路太热,则会通过更多的电流通过交界处本文前面提到过。当结变得太热时,它会导致灯泡烧坏[来源:led杂志]。尽管LED没有汞(与CFL灯泡不同),但它们可能包含其他危险因素,如铅或砷[来源:舍尔和苔藓]。此外,一项研究发现光污染随着LED灯泡的使用而增加[来源:布雷迪]。

一些人也喜欢白炽灯的外观,感觉它们比黄色的荧光灯和蓝色的led更温暖。不同的照明类型可以进行一些调整,但led也有各种不同的色调。led是可调光的(不像节能灯),而且非常适合促进植物生长,因为它们能有效地释放大量的光而不产生可能损害植物生命的热量。

虽然紧凑型荧光灯和白炽灯泡的颜色受到限制,但一些LED灯泡可以改变发出数以百万计的颜色。这些灯泡通常比同类的白色LED灯泡更贵,但它们可以通过编程随时间改变颜色,让人们对环境有更多的控制权。

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LED电视和发光二极管的未来

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墙上排列着显示希腊群岛图像的LED电视。mbbirdy /盖蒂图片社

从早期的数字钟面照明开始,led已经取得了长足的进步。在2000年代,液晶显示器电视占领了高清市场,比老的标准清晰度CRT电视迈出了一大步。与重达100磅(45.4公斤)的高清背投电视机相比,LCD显示器更是迈出了重要一步。但LED技术改变欧宝app靠谱吗了市场。虽然液晶电视比大型背投电视机更薄更轻,但它们仍然使用冷阴极荧光灯将白光投射到构成屏幕的像素上。它们增加了电视机的重量和厚度。led解决了这两个问题。

你见过只有一英寸厚的巨型平板电视吗?可能是一台LED电视。这就是首字母缩写让人有点困惑的地方:那些LED电视仍然是液晶电视,因为屏幕本身是由液晶组成的。欧宝app靠谱吗从技术上讲,他们led背光液晶电视。与荧光灯管不同的是,led从屏幕后面发出光线,照亮像素,形成图像。由于led的体积小,功耗低,led背光电视比普通液晶电视薄得多,也更节能。它们还可以提供更宽的色域,产生更生动的图片。

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市场上有几种不同类型的led背光电视机——并不是所有的都是平等的。许多场景使用白色LED边缘照明在显示屏上发光。这些集合提供的唯一真正优势是薄的。RGB LED背光集另一方面,提供改进的颜色。某些配置甚至允许调用的技术欧宝app靠谱吗当地调光在这里,显示屏不同部分的led可以单独变亮或变暗,以创造更动态的画面[来源:莫里森]。与节能灯相比,led还有一个更大的优势:因为led可以即时开关,所以在黑暗的场景中,它们会产生可怕的黑色水平。因为在使用电视时,白色荧光灯必须一直亮着,所以在黑暗的场景中,一些光线会渗透进来,使画面变亮。

有一些最新的LED显示器有机发光二极管, 或者Oleds.。用来制造这些半导体的有机材料具有柔韧性,科学家们因此可以制造可弯曲的灯和显示器——一些制造商已经开始生产使用较小OLED屏幕的智能手机和其他欧宝平台代理设备。随着技术允许更欧宝app靠谱吗好更大的显示,你可能会开始在以前从未能找到屏幕的地方看到它们。oled还可以完全关闭单个像素,让观众看到真正的黑色。

最初出版日期:2002年1月31日

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LED常见问题

LED代表什么?
LED代表发光二极管。
led的用途是什么?
他们在各种电子设备中做许多不同的工作。它们在数字时钟上形成数字,从遥控器传送信息,在巨型电视屏幕上产生图像,并照亮交通灯。欧宝平台代理这样的例子不胜枚举。
LED灯能持续多久?
一个LED灯泡可以持续使用25,000小时,也就是说可以持续使用近三年。
您可以在任何灯插座中使用LED灯泡吗?
只要套接字是相同的大小和类型,就可以使用现有夹具中的LED灯泡。只需用与夹具建议的内容使用相同的瓦加使用灯泡。
LED灯泡值得吗?
LED灯泡更有效,功耗较低,寿命长。欧宝平台代理当您认为它们每年绘制大约8.5瓦的电力和成本约为每年的60瓦的白炽灯灯泡时,它们的购买量大约有8.5瓦,而且每年绘制大约21美元的价格'重新上涨成本。

更多的信息

相关文章

更大的链接

  • 艾伯斯,琥珀。欧宝平台代理“将LED灯泡最好是您的CFL和反对者吗?”2010年8月。(1月6日,2020年)。http://www.popularmechanics.com/science/environment/will-led-light-bulbs-best-cfls-andumandescents.
  • araweasy。“LED灯泡:比较图表。”(1月7日,2020年)。https://learn.eartheasy.com/guides/Led-light-bulbs-comparison-charts/
  • led杂志。“事实还是虚构:led不会产生热量。”2005年5月10日。(2020年1月9日)。https://www.ledsmagazine.com/leds-ssl-design/thermal/article/16696536/fact-or-fiction-leds-dont-produce-heat
  • 莫里森,杰弗里。“LED当地调光解释。”CNET。2017年3月26日。(1月8日,2020年)。https://www.cnet.com/news/less-local-dimming-explated/
  • Scheer,罗迪和苔藓,Doug。“LED灯泡的黑暗面。”科学的美国人。2012年9月15日。(1月7日,2020年1月)https://www.scientificamican.com/article/led-lightbulb-concerns/