موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الثلاثاء، 19 مارس 2019

الثنائي الباعث للضوء Light Emitting Diode (LED)

شرح الثنائي الباعث للضوء

ما هو الثنائي الباعث للضوء LED

تعريف الثنائي الباعث للضوء والذي يطلق عليه الاسم (ليد) LED أو الدايود الباعث للضوء، هو عباره عن ثنائي أو دايود يعمل على تمرير التيار الكهربائي باتجاه واحد فقط بالإضافة الى كونه مضيئا أي ينبعث منه ضوء أثناء مرور التيار الكهربائي من خلاله.

والشكل التالي يوضح أشكال الثنائيات الضوئية:


مما يتكون الثنائي الباعث للضوء وما هو تركيبه الداخلي؟

في هذا النوع من الثنائيات مواد خاصة تجعله يضيء عندما يمر فيه تيار في حالة الانحياز الامامي، وغالبا ما يكون الجهد الذي يعمل عليه. وتعطي هذه الثنائيات ضوءً بألوان مختلفة منها: الأخضر، الأصفر، البرتقالي، وكذلك اللون الأحمر.

ما هو رمز الثنائي الباعث للضوء؟

هنالك العديد من الرموز التي تدل على الثنائي الباعث للضوء في الدارات الكهربائية والالكترونية، حيث تشترك جميع تلك الرموز بوجود سهم أو سهمين يشير اتجاههما الى الخارج. لذلك يكون شكل الثنائي الباعث للضوء في الدارات الالكترونية والكهربائية على النحو التالي:

كيف يعمل الثنائي الباعث للضوء (مبدأ عمله)؟

يتكون الثنائي الباعث للضوء من طرف مصعد Anode وآخر مهبط Cathode. يكون الطرفان داخل زجاجة الليد (الثنائي الباعث للضوء) منفصلان تعزل بينهما مسافة قصيرة من الفراغ. عند توصيل أطراف الصمام الثنائي الباعث للضوء بمصدر كهربائي، ينتقل التيار الكهربائي من المصعد الى المهبط.

كيف ينتقل التيار الكهربائي من المصعد الى المهبط في الثنائي الباعث للضوء على الرغم من وجود فراغ (قطع) بينهما؟

عند مرور التيار الكهربائي عبر المصعد، يحدث تهيج لذرات أشباه الموصلات التي يتكون منها الثنائي الضوئي جاعلة الالكترونات تصعد من مدارها الى مدار أعلى، فتشغل بعض إلكتروناتها مستوى طاقة عالي في الذرة لتنتقل تلك الالكترونات من مستوى طاقة عالي إلى مستوي طاقة منخفض (أي إلى المهبط)، فيصدر الإلكترون فارقاً في الطاقة بين الحالتين على هيئة فوتون Photon، أي شعاع ضوء ذو تردد محدد وبالتالي له طول موجة ولون محددة.

كيف يتم تغيير اللون في الثنائي الباعث للضوء؟

كما ذكرنا سابقا، إن لكل شعاع ضوء ذو تردد محدد له طول موجة ولون محددة أيضا. ومن هنا يأتي دور المادة التي تدخل في صناعة الثنائي للحصول على لون الضوء الصادر المطلوب. وهذا بالطبع يتعلق باختيار المادة المناسبة وكذلك اختيار مستويي الطاقة الذري (المداران المطلوبان في الذرة) والذي ينتقل الإلكترون من أحدهما (الأعلى) إلى المستوى الآخر المنخفض. وهذا الفارق في طاقة المستويين يحدد طاقة الفوتون الذي يطلقه الإلكترون عند انتقاله ويتميز بطول موجة معينة وبالتالي بلون معين للشعاع الصادر.

ما هي خصائص ومميزات الثنائي الباعث للضوء؟

1- متعدد الأحجام ، فهو يتوفر بأحجام كبيرة كما في مصابيح الانارة والصمامات الثنائية الضوئية المستخدمة في مختبرات الفيزياء. أما الأحجام الصغيرة فنراها في شواحن الهواتف وانارة أزرار الهواتف الخلوية غير الذكية.
2- يتوفر بأشكال متعددة، فمنه الدائري، المفلطح، المربع والسطحي.
3- لا يستهلك مقدارا كبيرا من القدرة الكهربائية.
4- استغلال أمثل للطاقة الكهربائية، إذ أن 20% من الطاقة الكهربائية المستهلكة من قبل الثنائي الضوئي تتحول الى ضوء، بعكس المصابيح الأخرى والتي تحول ما لا يزيد عن 4% من الطاقة الكهربائية الى طاقة ضوئية.
5- انبعاث حراري قليل نسبيا، اذ أن الحرارة الصادرة عن انارة الثنائي الضوئي تكاد لا تُذكر.

ما وظيفة المقاومة الثابتة التي تسبق الثنائي الباعث للضوء؟ ولماذا نستخدمها؟

لحماية الثنائي من ارتفاع شدة التيار، عادة يوصل على التوالي مع مقاومة يمكن تحديد قيمتها بسهولة ضمن العلاقة:

R = (Vsــــ  Vd) / i
حيث أن:  قيمة المقاومة اللآزم توصيلها : R
جهد البطارية : Vs
جهد الثنائي : Vd
شدة التيار المارة: i

فمثلا إذا كان الجهد الذي يعمل عليه الثنائي هو 2 فولت وأعلى تيار يتحمله هو mA20 (أي 20 ميللي أمبير) فإن قيمة المقاومة تحسب من العلاقة:

أي أننا بحاجة لتوصيل مقاومة كربونية بقيمة 200 أوم لحماية الثنائي الباعث للضوء من شدة التيار الذي يتعرض اليه.

العلاقة بين شدة الضوء المنبعث من الثنائي الضوئي وشدة التيار الكهربائي

يمتاز الثنائي الضوئي أو الثنائي الباعث للضوء بأن شدة إضاءته تعتمد على قيمة التيار المار فيه. الدارة التالية توضح العلاقة بين شدة الضوء وقيمة التيار الكهربائي المار فيه:


ما الفرق بين الثنائي العادي والثنائي الباعث للضوء؟

هنالك ثلاث فروق رئيسية أهمها:
1- لا يصدر الثنائي العادي أي ضوء.
2- ليس بالضروري ربط مقاومة مع الثنائي العادي.
3- لا تتوفر الثنائيات الباعثة للضوء بأحجام كبيرة مقارنة مع الثنائيات العادية.

استخدامات وتطبيقات الثنائي الباعث للضوء؟

تُستخدم هذه الثنائيات بشكل واسع في الحاسبات لإظهار الارقام، وفي المصاعد واجهزة التحكم عن بعد (الريموت كونترول)، ولأضواء الإشارة في الاجهزة الكهربائية مثل الراديو والتلفاز وسواقة الأقراص المدمجة وال DVD وغيرها.
أما حديثا، أصبح الثنائي الباعث للضوء يُستخدم في اللوحات المضيئة، الساعات، الشاشات LED LCD، وذلك بسبب استهلاكه الضئيل للكهرباء إضافة الى كفاءته في الانارة الفعالة كما في مصابيح الـ led.

كيف يتم توصيل الثنائي الباعث للضوء في الدارات الكهربائية؟

يتم توصيل الثنائي الضوئي (LED) في الدارات الكهربائية بوضع الانحياز الأمامي معتبرا إياه كثنائي عادي مع مراعاة ربط مقاومة مع إحدى طرفيه لحمايته من التلف عند ارتفاع التيار الكهربائي بتلك الدارة كما في الشكل التالي:

ما هي أنواع الثنائي الباعث للضوء؟

1- الثنائي الباعث للضوء (LED)
وهو الثنائي الضوئي الذي يبعث بألوان مختلفة عند مرور التيار الكهربائي من خلاله.
2- ثنائي الليزر Laser LED
يختلف هذا الثنائي عن الثنائي الباعث للضوء بأنه يعطي ضوء ذو لون واحد على شكل حزمة ضيقة جداً تعمل كعمل الليزر.
3- ثنائي باعث أشعة تحت الحمراء IR-LED
هنالك ثنائي باعث للضوء يصدر أشعة تحت حمراء (غير مرئية)، ويستخدم في أجهزة التحكم عن بعد، وإرسال المعلومات وفي الانارة الليلية كما في كاميرات المراقبة.

أسئلة شائعة حول الثنائي الباعث للضوء

لماذا يسمى الثنائي الباعث للضوء بهذا الاسم؟

لأنه يبعث بألوان مختلفة عند مرور التيار الكهربائي من خلاله.

كيف يتم التمييز بين القطب السالب والموجب في الثنائي الباعث للضوء؟

هنالك طريقتين للتمييز بين القطب الموجب والسالب للثنائي الباعث للضوء:
1- الطريقة الأولى: بحسب طول الأرجل والتي تدل على قطبية التوصيل،  فالرجل الأطول تدل على القطب الموجب (المصعد) دائما، أما الرجل الأقصر في دلالة القطب السالب (المهبط) للثنائي الضوئي.
2- الطريقة الثانية: بالنظر الى داخل زجاجة الثنائي الضوئي (أي التركيب الداخلي للثنائي الباعث للضوء) كما في الشكل التالي:


لماذا يتم ربط وتوصيل مقاومة مع الثنائي الباعث للضوء؟

لحماية الثنائي من التلف عند ارتفاع شدة التيار المارة فيه، حيث يوصل الثنائي الضوئي مع مقاومة على التوالي يتم اختيار قيمتها بحسب القانون الذي تم ذكره في الأعلى.

كيف أختار المقاومة اللازم توصيلها مع الثنائي الباعث للضوء؟

يتم حساب قيمة المقاومة التي سيتم توصيلها مع الثنائي الضوئي عن طريق حساب ناتج قسمة فرق الجهد الكلي للدارة التي يعمل بها ذلك الثنائي على قيمة التيار المار في ذلك الثنائي. علماً أن فرق الجهد الكلي يساوي قيمة فرق جهد البطارية مطروحا منها قيمة فرق جهد ذلك الثنائي الضوئي كما تم توضيحه من قبل في الأعلى.

ما دور الثنائيات في السيارات؟

يدخل الثنائي الباعث للضوء في صناعة الأنوار الخلفية للسيارة وأحيانا الأمامية منها. إضافة الى ذلك، تستخدم الثنائيات لإنارة عدادات القراءة داخل السيارة وغيرها من الانارة الداخلية.

هل يوجد للثنائي الباعث للضوء أسماء أخرى؟

هنالك تسميات عديدة للثنائي الباعث للضوء أهمها:
الثنائي الضوئي، الصمام الباعث للضوء، الثنائي الباعث للضوء، الليد، مصابيح الـLED الالكترونية، متصل ثنائي باعث للضوء، ثبل (رمز ثنائي باعث للضوء).


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????