Biểu Diễn Quỹ Đạo Mức Năng Lượng

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1 : Trình bày cấu tạo và ký hiệu của Diac Câu 2: Trình bày cấu tạo và ký hiệu của SCR Câu 3: Trình bày cấu tạo và ký hiệu của UJT Câu 4: trình bày các ứng dụng của SCR

Câu 5: Trình bày cấu tạo và ký hiệu của TRIAC Câu 6: Sơ đồ tương đương của DIAC

Câu 7: Trình bày và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch sau:

Câu 8: Trình bày và phân tích mạch tương đương của TRIAC Câu 9: Liệt kê tên các linh kiện TRIAC

Câu 10: Vẽ mạch và thi công mạch chỉnh độ sáng của đèn dùng TRIAC

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 264 trang tài liệu này.

Chương 7: LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ

1. Mục tiêu

+ Phát biểu được khái niệm của các loại linh kiện quang điện tử: LED, Photo Diode, LED 7 đoạn, Quang trở, TST quang, Opto

+ Trình bày cấu tạo của các loại linh kiện quang điện tử.

+ Ứng dụng các loại linh kiện quang điện tử trong thực tế.

2. Nội dung chính

2.1. Khái niệm

2.2. Diode phát quang

2.3. LED bảy đoạn

2.4. Điện trở quang

2.5. Diode quang (Photodiode)

2.6. Transitor quang (PhotoTransitor)

2.7. Các bộ ghép quang (Opto – Couplers)

7.1. Khái niệm Ánh sáng là gì?

Trước khi đi vào cách thức hoạt động của đèn LED, trước tiên hãy xem xét sơ lược về ánh sáng. Từ thời xa xưa, con người đã thu được ánh sáng từ nhiều nguồn khác nhau như tia sáng mặt trời, nến và đèn.

Năm 1879, Thomas Edison phát minh ra bóng đèn sợi đốt. Trong bóng đèn, dòng điện chạy qua sợi dây bên trong bóng đèn.

Khi đủ dòng điện được truyền qua dây tóc, nó sẽ bị nóng lên và phát ra ánh sáng. Ánh sáng phát ra từ dây tóc là kết quả của năng lượng điện được chuyển thành năng lượng nhiệt, từ đó biến thành năng lượng ánh sáng.

Không giống như bóng đèn trong đó năng lượng điện đầu tiên chuyển thành năng lượng nhiệt, năng lượng điện cũng có thể được chuyển đổi trực tiếp thành năng lượng ánh sáng. Trong các Diode phát sáng (LED), năng lượng điện chảy qua nó được chuyển trực tiếp thành năng lượng ánh sáng.

Ánh sáng là một loại năng lượng có thể được giải phóng bởi một nguyên tử. Ánh sáng được tạo thành từ nhiều hạt nhỏ gọi là photon. Photon có năng lượng và động lượng nhưng không có khối lượng.

Nguyên tử là các khối xây dựng cơ bản của vật chất. Mọi vật thể trong vũ trụ đều được tạo thành từ các nguyên tử. Các nguyên tử được tạo thành từ các hạt nhỏ như electron, proton và neutron.

Các electron được tích điện âm, các proton được tích điện dương và các neutron không có điện tích.

Lực hấp dẫn giữa các proton và neutron khiến chúng dính vào nhau để hình thành hạt nhân. Neutron không mất phí. Do đó, tổng điện tích của hạt nhân là dương tính.

Các electron tích điện âm luôn xoay quanh hạt nhân tích điện dương vì lực hút tĩnh điện giữa chúng. Các electron xoay quanh hạt nhân trong các quỹ đạo hoặc vỏ khác nhau. Mỗi quỹ đạo có mức năng lượng khác nhau.

Hình 7.1 Biểu diễn quỹ đạo mức năng lượng

Ví dụ, các electron quay quanh rất gần hạt nhân có năng lượng thấp trong khi các electron quay quanh xa hạt nhân có năng lượng cao.

Các electron ở mức năng lượng thấp hơn cần thêm một số năng lượng để nhảy vào mức năng lượng cao hơn. Năng lượng bổ sung này có thể được cung cấp bởi nguồn bên ngoài. Khi các electron quay quanh hạt nhân thu năng lượng từ nguồn bên ngoài, chúng nhảy vào quỹ đạo cao hơn hoặc mức năng lượng cao hơn.

Các electron ở mức năng lượng cao hơn sẽ không ở trong thời gian dài. Sau một thời gian ngắn, các electron rơi trở lại mức năng lượng thấp hơn. Các

electron nhảy từ mức năng lượng cao hơn đến mức năng lượng thấp hơn sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng photon hoặc ánh sáng. Trong một số vật liệu, năng lượng bị mất này được giải phóng chủ yếu ở dạng nhiệt. Điện tử mất năng lượng lớn hơn sẽ giải phóng một photon năng lượng lớn hơn.

7.2. Diode phát quang, Light Emitting Diode (LED)

Diode phát sáng (LED) là các Diode bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất trong số tất cả các loại Diode bán dẫn khác nhau hiện có. Diode phát sáng phát ra ánh sáng nhìn thấy được hoặc ánh sáng hồng ngoại vô hình khi mối nối được phân cực thuận. Các đèn LED phát ra ánh sáng hồng ngoại vô hình được sử dụng cho điều khiển từ xa.

Một Diode phát sáng (LED) là một thiết bị bán dẫn quang phát ra ánh sáng khi điện áp được áp dụng. Nói cách khác, LED là một thiết bị bán dẫn quang học chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng.

Khi Light Emitting Diode (LED) phân cực thuận, các electron tự do trong băng dẫn sẽ kết hợp lại với các lỗ trong dải hóa trị và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng.

Quá trình phát ra ánh sáng để phản ứng với dòng điện mạnh hoặc dòng điện được gọi là phát quang điện.

Một diode mối nối P- N bình thường cho phép dòng điện chỉ theo một hướng. Nó cho phép dòng điện chạy qua khi Phân cực thuận và không cho phép dòng điện qua khi phân cực nghịch. Do đó, diode chỉnh lưu bình thường chỉ hoạt động trong điều kiện phân cực thuận.

Việc xây dựng đèn LED tương tự như diode chỉnh lưu bình thường, ngoại trừ gallium, phốt pho và vật liệu asen được sử dụng để chế tạo cho LED thay vì vật liệu silicon hoặc germanium. Do silicon hoặc germanium không

phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng. Thay vào đó, chúng phát ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Nên silicon hoặc germanium không được sử dụng để chế tạo đèn LED.

Làm thế nào Light Emitting Diode (LED) hoạt động?

Light Emitting Diode (LED) chỉ hoạt động trong điều kiện phân cực thuận. Khi đó các electron tự do từ phía N và các lỗ từ phía P được chạy qua mối nối. Khi các electron tự do đến được vùng tiếp giáp hoặc vùng suy giảm, một số electron tự do kết hợp lại với các lỗ trong các ion dương. Chúng ta biết rằng các ion dương có ít electron hơn proton. Do đó, chúng sẵn sàng chấp nhận các electron. Do đó, các electron tự do tái kết hợp với các lỗ trong vùng suy giảm. Theo cách tương tự, các lỗ từ phía p tái kết hợp với các electron trong vùng suy giảm.

Hình 7. 2: Cấu tạo của Led

Các electron tự do trong dải dẫn điện giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng trước khi chúng tái kết hợp với các lỗ trong dải hóa trị.

Trong Diode chế tạo bằng silicon hoặc germanium, phần lớn năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt và ánh sáng phát ra quá nhỏ. Tuy nhiên, trong các vật liệu như gallium arsenide và gallium photphua các photon phát ra có đủ năng lượng để tạo ra ánh sáng khả kiến.

Ký hiệu diode phát sáng (LED)

Đèn LED có ký hiệu tương tự như diode chỉnh lưu thông thường ngoại trừ nó có mũi tên hướng ra diode cho biết ánh sáng được phát ra bởi diode.

Hình 7.3: Ký hiệu của Diode

Đèn LED có nhiều màu khác nhau. Màu sắc phổ biến nhất của đèn LED là cam, vàng, xanh lá cây và đỏ, không thể xác định màu của đèn LED bằng cách nhìn thấy biểu tượng ký hiệu của đèn LED.

Cấu tạo LED

Một trong những phương pháp được sử dụng để chế tạo đèn LED là đặt ba lớp bán dẫn trên đế. Ba lớp bán dẫn lắng đọng trên chất nền là chất bán dẫn loại n, chất bán dẫn loại p và vùng hoạt động. Vùng hoạt động có mặt ở giữa các lớp bán dẫn loại n và loại p.

Hình: Cấu tạo của đèn LED

Phân cực cho LED

Mức điện áp chuyển tiếp an toàn của hầu hết các đèn LED là từ 1V đến 3 V và mức dòng điện chuyển tiếp là từ 100 mA đến 200 mA.

Nếu điện áp được áp dụng cho đèn LED nằm trong khoảng từ 1V đến 3V, đèn LED hoạt động hoàn hảo vì điện áp nằm trong dải vận hành. Tuy nhiên, nếu điện áp được áp dụng cho đèn LED được tăng lên một giá trị lớn hơn 3volt, vùng suy giảm trong LED bị phá vỡ và dòng điện đột nhiên tăng lên. Sự gia tăng đột ngột này có thể phá hủy thiết bị.

Để tránh điều này, chúng ta cần phải đặt một điện trở (Rs) nối tiếp với đèn LED. Điện trở (Rs) phải được đặt ở giữa nguồn điện áp (Vs) và đèn LED.