რა არის შუქდიოდი? (LED)


დღევანდელი ელექტრონული მოწყობილობები (კომპიუტერი, ტელეფონი, mp3 დამკვრელები) ეფუძნება მასალებს სახელით “ნახევარგამტარი“. ნახევარგამტარებს აქვს გამტარსა და დიელექტრიკს შორის საშუალო თვისებები. მაგალითად, დიოდი არის ისეთი ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელიც ელექტრულ დენს ატარებს მხოლოდ ერთი მიმართულებით. პირდაპირი მიმართულებით, დიოდი გამტარია, უკუ მიმართულებით – გაუმტარი.

შუქდიოდი (LED – light emitting diode) არის განსაკუთრებული სახეობის დიოდი – ის ანათებს (ნახ.1).

ნახაზი 1. წითელი შუქდიოდი. გრძელი მავთული არის ანოდი (+), ხოლო მოკლე მავთული - კათოდი (−). სქემატურ სიმბოლოში (ქვედა ნახატი) ანოდი მარხენა დაბოლოებაა, ხოლო კათოდი - მარჯვენა.
ნახაზი 1. წითელი შუქდიოდი. გრძელი მავთული არის ანოდი (+), ხოლო მოკლე მავთული – კათოდი (−). სქემატურ სიმბოლოში (ქვედა ნახატი) ანოდი მარხენა დაბოლოებაა, ხოლო კათოდი – მარჯვენა.

როცა მასში გადის პირდაპირი მიმართულების დენი, ენერგიის რაღაც ნაწილი გარდაიქმნება გარკვეული ფერის (ანუ ტალღის სიგრძის) შუქად.  ფერი დამოკიდებულია ნახევარგამტარის მასალაზე – ხელმისაწვდომია მრავალი ფერის შეუქდიოდები.

თუ გამავალი დენის ძალა გაიზრდება, მასთან ერთად იზრდება სინათლე. ჩვეულებრივ, შუქდიოდისთვის სასურველი დენი არის  20 mA (1  mA მილიამპერი == 0.001 ამპერი) ან ნაკლები. თუ დენი აღემატება ამ სიდიდეს, ეს საგრძნობლად შეამცირებს LED-ს მუშაობის ვადას. თუ კი ძალიან გადავამეტებთ, ადგილი ექნება შუქდიოდის კატასტროფულ მარცხს (fail). ეს ნიშნავს, რომ დიოდი დაზიანებულია და ნათებას ვეღარ ახერხებს.

იმისათვის, რომ შუქდიოდში გამავალი დენის სასურველ დონეზე დარჩეს, ჩვეულებრივ გამოიყენება დენის შემზღუდავი რეზისტორი (current-limiting resistor, მეტი – აქ). ეს არის ჩვეულებრივი რეზისტორი, რომელიც ჩართულია შუქდიოდის მიმდევრობით (ნახ. 2). ნახაზზე ნაჩვენებია რომ ბატარეის დადებითი (+) ბოლო უერთდება რეზისტორს, ეს კი – დიოდის ანოდს (+). შუქდიოდის კათოდი (-) უერთდება ბატარეის უარყოფით ბოლოს.

ნახაზი 2. სქემატური ნახაზი: 9ვ ბატარეა კვებავს 1k რეზისტორს და შუქდიოდს.
ნახაზი 2. სქემატური ნახაზი: 9ვ ბატარეა კვებავს 1k რეზისტორს და შუქდიოდს.

ხშირად შუქდიოდს ახასიათებს 2ვ ძაბვის ვარდნა (ცისფერების გარდა – მათზე ძაბვის ვარდნა არის დაახლოებით 4ვ). ეს ნიშნავს, რომ შუქდიოდის ჩართვისთვის საჭიროა სულ მცირე 2ვ ძაბვა, მაშინ ის იწყებს დენის გატარებას და ნათებას. ძაბვის ვარდნა განისაზღვრება იმით, თუ რამდენით ეცემა ძაბვა ნაწილის ერთი ბოლოდან მეორემდე. მოცემული ბატარეის 9 შესაძლებელი ვოლტიდან, 2ვ საჭიროა შუქდიოდისთვის. ეს ნიშნავს, რომ დანარჩენი 7 ვოლტის ვარდნა უნდა მოხდეს რეზისტორზე.

ეს წრედი შეიძლება წარმოიდგინოთ როგორც ჩანჩქერი: უმაღლეს წერტილში, ის არის 9ვ “სიმაღლის”, რეზისტორზე “ეცემა” 7ვ, ხოლო შუქდიოდზე დანარჩენი 2ვ. წრედში გამავალი დენი შეგვიძლია გამოვთვალოთ ომის კანონის (მეტი აქ) მეშვეობით: რეზისტორის დენი I არის V/R = 7V / 1kΩ = 7mA.

ნახაზი 3 აჩვენებს, თუ როგორ უნდა გამოიყენო ომის კანონი იმისთვის, რომ გამოითვალო წინაღობა LED-სთვის საჭირო დენის მისაღებად. რეზისტორზე ძაბვის ვარდნა არის წყაროს ძაბვას გამოკლებული LED-ზე დაცემული ძაბვა (VS – VL = 9v – 2v = 7v). ამის შემდეგ შესაძლებელია გამოითვალოს სასურველი I დენისთვის საჭირო რეზისტორის სიდიდე R:

R = (VS − VL) / I

თუ კვების ძაბვა არის 9ვ, რა რეზისტორი არის საჭირო 20mA დენის მისაღებად? R = (9 − 2)/0.02 A = 350Ω.

ნახაზი 3. წრედის ნაწილები, დენები და ძაბვები
ნახაზი 3. წრედის ნაწილები, დენები და ძაბვები

შუქდიოდის მუშაობის შესახებ დამატებითი ინფორმაცია შეგიძლიათ გაიგოთ ამ ვიდეოდან:

გაიგე მეტი

საინტერესო პროექტები

– – –

წყარო: sciencebuddies.org

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s