LED Işıkların Çalışma Prensibi
Işık yayan diyotlar yani LED ışıklar elektronik dünyasında çok önemli bir yere sahiptir. Farklı tür cihazlarda farklı işler yaparlar. Örneğin dijital saatlerde sayıları oluştururlar, uzaktan kumandalarda bilgi iletirler, saatleri aydınlatırlar ve cihazlarınızın ne zaman açıldığını size bildirirler, büyük bir televizyon ekranında görüntüler oluşturabilir veya trafik ışıklarını aydınlatabilirler.

LED’ler elektrik devresine kolayca uyan küçük ampullerdir. Akkor ampullerin aksine yanan filamanları yoktur, daha az elektrik kullanırlar ve ısınma yapmazlar. Yalnızca yarı iletken bir malzemedeki elektronların hareketiyle aydınlanırlar ve standart bir transistör kadar uzun süre dayanırlar. Bir LED'in ömrü, akkor ampulün kısa ömrünü binlerce saat geride bırakır. Bu avantajları nedeniyle küçük LED'ler, LCD TV'leri aydınlatmak için kullanılan en popüler teknolojilerden biridir.

LED'lerin geleneksel akkor lambalara göre birçok avantajı vardır, ancak ana avantajları verimliliktir. Akkor ampullerde, ışık üretim süreci çok fazla ısı üretmeyi içerir (aydınlatmak için filamanın ısıtılması gerekir). Lambayı ısıtıcı olarak kullanmadığınız sürece bu enerji tamamen boşa harcanır, çünkü mevcut elektriğin büyük bir kısmı görünür ışık üretmeye gitmez. LED'ler nispeten daha az ısı üretir. Elektrik enerjisinin çok daha yüksek bir yüzdesi doğrudan ışık üretmeye gider ve bu da elektrik taleplerini önemli ölçüde azaltır. Watt başına LED'ler, normal akkor ampullerden daha fazla lümen (ışık miktarı) verir. Işık yayan diyotlar, akkorlardan daha yüksek bir ışık verimliliğine sahiptir.

Yakın zamana kadar LED'ler, gelişmiş yarı iletken malzeme üzerine inşa edildiklerinden çoğu aydınlatma uygulamasında kullanılamayacak kadar pahalıydı. Yarı iletken cihazların fiyatı 2000 yılından sonra düştü ve LED'leri çok çeşitli durumlar için daha uygun maliyetli bir aydınlatma seçeneği haline getirdi.

LED'ler söz konusu olduğunda, iletken malzeme tipik olarak alüminyum-galyum-arsenittir (AlGaAs). Saf alüminyum-galyum-arsenitte, tüm atomlar komşularıyla mükemmel bir şekilde bağlanır ve elektrik akımını iletmek için serbest elektronlar (negatif yüklü parçacıklar) bırakmaz. Katkılı malzemede, ilave atomlar ya serbest elektronlar ekleyerek ya da elektronların gidebileceği delikler oluşturarak dengeyi değiştirir. Bu değişikliklerden herhangi biri malzemeyi daha iletken hale getirir.

Fazladan elektronlu bir yarı iletken, fazladan negatif yüklü parçacıklara sahip olduğu için N-tipi malzeme olarak adlandırılır. N tipi malzemede, serbest elektronlar negatif yüklü bir alandan pozitif yüklü bir alana doğru hareket eder. Fazladan deliklere sahip bir yarı iletken, etkin bir şekilde fazladan pozitif yüklü parçacıklara sahip olduğundan, P-tipi malzeme olarak adlandırılır. Elektronlar, negatif yüklü bir alandan pozitif yüklü bir alana hareket ederek delikten deliğe atlayabilir. Sonuç olarak, deliklerin kendileri, pozitif yüklü bir alandan negatif yüklü bir alana hareket ediyor gibi görünmektedir.

Bir diyot, her iki ucunda elektrotlar bulunan bir P-tipi malzeme bölümüne bağlanmış N-tipi malzemenin bir bölümünden oluşur. Bu düzenleme elektriği sadece bir yönde iletir. Diyota voltaj uygulanmadığında, N-tipi malzemeden gelen elektronlar, tabakalar arasındaki bağlantı boyunca P-tipi malzemeden delikleri doldurarak bir tükenme bölgesi oluşturur. Bir tükenme bölgesinde, yarı iletken malzeme orijinal yalıtım durumuna geri döndürülür ve tüm delikler doldurulur, bu nedenle serbest elektronlar veya elektronlar için boş alanlar yoktur ve elektrik akamaz.

Tükenme bölgesinden kurtulmak için, N-tipi alandan P-tipi alana hareket eden elektronları ve ters yönde hareket eden delikleri almalısınız. Bunu yapmak için diyotun N tipi tarafını bir devrenin negatif ucuna ve P tipi tarafı pozitif uca bağlarsınız. N tipi malzemedeki serbest elektronlar, negatif elektrot tarafından itilir ve pozitif elektrota çekilir. P tipi malzemedeki delikler diğer yöne hareket eder. Elektrotlar arasındaki voltaj farkı yeterince yüksek olduğunda, tükenme bölgesindeki elektronlar deliklerinden çıkar ve tekrar serbestçe hareket etmeye başlar. Tükenme bölgesi kaybolur ve şarj diyot boyunca hareket eder.

P tipi tarafı devrenin negatif ucuna ve N tipi tarafı pozitif ucuna bağlıyken akımı diğer şekilde çalıştırmayı denerseniz akım akmayacaktır. N tipi malzemedeki negatif elektronlar, pozitif elektrota çekilir. P tipi malzemedeki pozitif delikler, negatif elektrota çekilir. Deliklerin ve elektronların her biri yanlış yönde hareket ettiğinden bağlantı boyunca akım akmaz ve tükenme bölgesi artar.

Bir Diyot Nasıl Işık Üretebilir?
Işık, bir atom tarafından serbest bırakılabilen bir enerji şeklidir. Enerjisi ve momentumu olan ancak kütlesi olmayan birçok küçük parçacık benzeri paketten oluşur. Foton adı verilen bu parçacıklar, ışığın en temel birimleridir.

Fotonlar, hareket eden elektronların bir sonucu olarak serbest bırakılır. Bir atomda elektronlar çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde hareket eder. Farklı yörüngelerdeki elektronlar farklı miktarlarda enerjiye sahiptir. Genel olarak konuşursak, daha büyük enerjiye sahip elektronlar, çekirdekten daha uzaktaki yörüngelerde hareket eder.
Bir elektronun daha düşük bir yörüngeden daha yüksek bir yörüngeye atlaması için, bir şeyin enerji seviyesini yükseltmesi gerekir. Tersine, bir elektron daha yüksek bir yörüngeden daha düşük bir yörüngeye düştüğünde enerjiyi serbest bırakır. Bu enerji bir foton şeklinde serbest bırakılır. Daha büyük bir enerji düşüşü, daha yüksek bir frekans ile karakterize edilen daha yüksek enerjili bir foton yayar.

Daha önce gördüğümüz gibi, bir diyot boyunca hareket eden serbest elektronlar, P-tipi katmandaki boş deliklere düşebilir. Bu, iletim bandından daha düşük bir yörüngeye bir düşüşü içerir, böylece elektronlar fotonlar şeklinde enerjiyi serbest bırakır. Bu herhangi bir diyotta olur, ancak fotonları yalnızca diyot belirli bir malzemeden oluştuğunda görebilirsiniz. Örneğin standart bir silikon diyottaki atomlar, elektronun nispeten kısa bir mesafeye düşmesini sağlayacak şekilde düzenlenmiştir. Sonuç olarak, fotonun frekansı o kadar düşüktür ki insan gözüyle görülemez. Işık tayfının kızılötesi kısmındadır. Ayrıca kızılötesi LED'ler uzaktan kumandalar için idealdir.

Dijital bir saatte sayıları aydınlatanlar gibi görünür ışık yayan diyotlar (LED'ler), iletim bandı ve alt yörüngeler arasında daha geniş bir boşluk ile karakterize edilen malzemelerden yapılmıştır. Boşluğun boyutu fotonun frekansını yani ışığın rengini belirler. LED'ler uzaktan kumandalardan elektronikteki dijital göstergelere kadar her şeyde kullanılırken, uzun ömürleri ve minyatür boyutları sayesinde görünür LED'ler popülerdir. LED'lerde kullanılan malzemelere bağlı olarak, kızılötesi, ultraviyole ve aradaki görünür spektrumun tüm renklerinde parlayacak şekilde üretilebilirler.

Tüm diyotlar ışığı serbest bırakırken, çoğu bunu çok etkili bir şekilde yapmaz. Sıradan bir diyotta, yarı iletken malzemenin kendisi ışık enerjisinin çoğunu emer. LED'ler, çok sayıda fotonu dışarıya salmak için özel olarak yapılmıştır. Ek olarak, ışığı belirli bir yönde yoğunlaştıran plastik bir ampulün içine yerleştirilmiştir. Diyottan gelen ışığın çoğu, ampulün kenarlarından sekerek yuvarlak uç boyunca ilerler.