LED – Light Emitting Diode

       LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.

LED hầu như ở khắp mọi nơi. Bạn có thể tìm thấy đèn LED trong Ô tô, Máy tính, Đèn đường phố, Chiếu sáng gia đình, Chiếu sáng văn phòng, Điện thoại di động, Ti vi…và những người học điện tử thì không thể không biết đến loại linh kiến rất phổ biến này.

Lý do cho việc triển khai LED rộng như vậy là lợi thế của nó so với các bóng đèn sợi đốt truyền thống và những bóng đèn compact huỳnh quang gần đây (CFL). Những ưu điểm của bóng đèn Led so với những bóng đèn sợi đốt truyền thống hay đèn compact như là:  

Tiêu thụ ít điện năng

Kích thước nhỏ

Chuyển mạch nhanh

Sử dụng lâu bền, ít hỏng hóc

Do những lợi thế này, đèn LED đã trở nên khá phổ biến trong số rất nhiều người. Kỹ sư Điện tử, những người nghiên cứu, thiết kế và đam mê điện tử thường làm việc với đèn LED cho các dự án khác nhau.

Do đó, để trang bị những kiến thức cơ bản nhất cho những học điện tử, chúng ta sẽ đề cập tới Khái niệm cơ bản của LED, Các loại LED và đặc điểm của một LED,…Vì vậy, chúng ta hãy bắt đầu với những điều cơ bản của LED.

Khái niệm cơ bản của LED (Light Emitting Diode)

Như đã đề cập trong phần giới thiệu, đèn LED là một nguồn ánh sáng được tạo ra từ chất bán dẫn. Nó được tạo ra từ việc ta ghép một bán dẫn loại n và một bán dẫn loại p với nhau và khi điện áp được đặt lên chúng điện tử và các lỗ trống kết hợp lại trong lớp tiếp xúc PN và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (Photons).

Ánh sáng phát ra bởi đèn LED thường đơn sắc, tức là màu đơn và màu sắc phụ thuộc vào khoảng cách dải năng lượng của chất bán dẫn.

Hiện nay với công nghệ sản xuất hiện đại người ta có thể sản xuất ra đèn LED phát ra tất cả các bước sóng của phổ khả kiến, tức là từ Màu đỏ (620nm đến 750nm) đến màu xanh tím (380nm đến 490nm).

Bản chất của đèn LED là một diode, hình ảnh dưới đây để làm rõ hơn cho bạn điều đó.

Đặc tính của LED (Light Emitting Diode)

Thực tế khi bắt tay vào làm một mạch điện tử bạn cần biết một số đặc tính và tham số kỹ thuật quan trọng của nó, bạn có thể tham khảo trên datasheet linh kiện của nhà sản xuất đó. Datasheet cho chúng ta thấy một số tham số kỹ thuật cần thiết và quan trọng như là kích thước vật lý, điện áp tối đa, dòng tối đa, công suất tối đa…Điều này giúp chúng ta  lựa chọn đèn LED phù hợp với mạch điện chúng ta thực hiện.

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

Hầu hết các vật liệu làm LED có chiết suất rất cao, tức là hầu hết ánh sáng phát ra sẽ quay ngược vào bên trong thay vì phát ra ngoài không khí. Do đó công nghệ trích xuất ánh sáng từ LED cũng rất quan trọng, cần rất nhiều sự nghiên cứu và phát triển.

Dòng điện ở lớp tiếp xúc của LED

LED là thiết bị rất nhạy cảm và lượng dòng điện chạy qua đèn LED rất quan trọng. Ngoài ra, độ sáng của một đèn LED phụ thuộc vào lượng dòng điện chảy qua mặt tiếp xúc.

Đèn LED khác nhau cho phép dòng điện qua mặt tiếp xúc giữa 2 lớp bán dẫn là khác nhau để đảm bảo LED hoạt động bình thường và không bị đánh thủng.

Ví dụ, đèn LED 5mm thường có giới hạn dòng từ 20mA đến 30mA và đèn LED 8mm có giới hạn dòng cho chúng là 150mA. (tham khảo trong datasheet của LED).

Để kiểm soát dòng ddienj qua LED, người ta thường thêm điên trở.

Hình ảnh phát sáng 3

Điện áp của LED

Ứng với mỗi LED khác nhau sẽ có mức điện áp nhất định đặt vào cho chúng có thể hoạt động được và mức điện áp tối đa để LED không bị cháy. Ví dụ, đèn LED đỏ có mức điện áp tối đa là 2.2V, đèn LED xanh dương có mức điện áp tối đa là 3.4V và đèn LED trắng có mức điện áp tối đa là 3.6V.

Mạch đơn giản LED

Hình dưới đây cho thấy mạch điện của một mạch LED đơn giản bao gồm một LED trắng 5mm với nguồn điện 5V.

Vì đây là đèn LED trắng nên mức dòng điện và điện áp như sau: Dòng điện tối đa đặt lên LED là 20mA và điện áp tối đa là 2V.

Vì vậy, để điều chỉnh điện áp,chúng tôi đã sử dụng một điện trở 180 Ω , ¼ Watt để hạn dòng lên LED.

Các loại đèn LED

Đèn LED thông thường

Chúng có sẵn với các hình dạng và kích thước khác nhau và phổ biến nhất là 3mm, 5mm và 8mm đèn LED. Những đèn LED này có các màu khác nhau như Màu đỏ, Xanh, Vàng, Xanh, Trắng, v.v.

Đèn LED SMD (LED dán)

Đèn LED SMD thường được sử dụng để dán trên bề mặt PCB, giúp tiết kiệm diện tích bề mặt PCB. LED SMD thường được phân biệt dựa trên kích thước vật lý của chúng. Ví dụ, đèn LED SMD phổ biến nhất là 3528 và 5050.

LED RGB (Đỏ - Xanh - Xanh LED)

LED RGB là những đèn LED yêu thích và phổ biến nhất trong số những người yêu thích và thiết kế. Ngay cả khi máy tính được xây dựng rất phổ biến để thực hiện LED RGB trong trường hợp máy tính, bo mạch chủ, RAM, vv

LED RGB có 3 đèn LED trên một con chip và bằng kỹ thuật PWM (Pulse Width Modulation), chúng ta có thể điều khiển đầu ra của đèn LED RGB để tạo ra nhiều màu sắc.

LED công suất cao

Đèn LED công suất cao rất sáng và thường được sử dụng trong Đèn pin, Đèn pha ô tô, Đèn trần,...công suất của nó có thể lên tới vài Watt.

Trong bài này, chúng ta đã thấy về các vấn đề cơ bản của LED và vài đặc điểm quan trọng của LED. Trong hướng dẫn tiếp theo, chúng ta sẽ thấy Làm thế nào một đèn LED hoạt động và xây dựng một đèn LED.