लाइट एमिटिंग डायोड (Light Emitting Diodes – LEDs)
उद्देश्य (Objectives): इस पाठ के अंत में आप सक्षम होंगे:
- पारंपरिक बल्बों (Conventional bulbs) की तुलना में एलईडी (LEDs) के लाभ बताने में।
- एलईडी (LED) के कार्य करने के सिद्धांत (Principle of working) की व्याख्या करने में।
- एलईडी (LED) के लोकप्रिय प्रकारों को बताने में।
लाइट एमिटिंग डायोड (Light Emitting Diodes – LED) 💡
ऑप्टिकल इलेक्ट्रॉनिक्स (Optical electronics) में सबसे सामान्य और लोकप्रिय नए उपकरणों में से एक लाइट एमिटिंग डायोड है, जिसे संक्षेप में एलईडी (LED) कहा जाता है। इन एलईडी (LEDs) का उपयोग अब लगभग सभी इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और उपकरणों में इंडिकेटर के रूप में किया जाता है।
पारंपरिक तापदीप्त बल्बों (Incandescent bulbs) की तुलना में एलईडी (LEDs) के लाभ नीचे सूचीबद्ध हैं:
- एलईडी (LEDs) में गर्म होने के लिए कोई फिलामेंट (Filament) नहीं होता है, इसलिए इन्हें चमकने के लिए कम विद्युत धारा (Current) की आवश्यकता होती है।
- एलईडी (LEDs) को पारंपरिक बल्बों की तुलना में कम वोल्टेज स्तर (आमतौर पर 1.2 से 2.5 वोल्ट) की आवश्यकता होती है।
- एलईडी (LEDs) बहुत लंबे समय तक चलते हैं – कई वर्षों तक।
- क्योंकि गर्म होने के लिए कोई फिलामेंट नहीं होता है, इसलिए एलईडी (LEDs) हमेशा ठंडे रहते हैं।
- पारंपरिक लैंप की तुलना में एलईडी (LEDs) को बहुत तेज गति से ऑन (ON) और ऑफ (OFF) किया जा सकता है।
एलईडी (LEDs) के कार्य करने का सिद्धांत ⚡
हालाँकि एलईडी (LED) भी एक प्रकार का डायोड है, लेकिन इसका उपयोग एसी (AC) को डीसी (DC) में रेक्टिफाई (Rectify) करने के उद्देश्य से नहीं किया जा सकता है और न ही किया जाना चाहिए। एक एलईडी (LED) एक सेमीकंडक्टर डिवाइस (Semiconductor device) है जो विद्युत आपूर्ति (Electric supply) से सही ढंग से जुड़े होने पर दृश्य प्रकाश (Visible light) उत्सर्जित करती है।
याद रखें कि एक सामान्य उद्देश्य का डायोड (General purpose diode) या रेक्टिफायर डायोड (Rectifier diode) तब संचालित (Conduct) होता है जब इलेक्ट्रॉनों को बैरियर जंक्शन (Barrier junction) को पार करने के लिए ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है (Si=0.7V, Ge=0.3V)। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन, अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त करने के बाद, जंक्शन को पार करता है और जंक्शन के पी-साइड (P-side) पर स्थित होल (Hole) में गिर जाता है। जबकि इलेक्ट्रॉन एक होल के साथ पुनर्संयोजन (Recombines) करता है, इलेक्ट्रॉन अपने पास मौजूद अतिरिक्त ऊर्जा को त्याग देता है। यह अतिरिक्त ऊर्जा ऊष्मा (Heat) और प्रकाश (Light) के रूप में समाप्त (Dissipated) होती है।
सामान्य प्रयोजन वाले डायोड (Diodes) में, सिलिकॉन सामग्री पारदर्शी नहीं (अपारदर्शी) होती है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न प्रकाश बाहरी वातावरण में बाहर नहीं निकल पाता है। अतः, यह दिखाई नहीं देता है। लेकिन LED को सिलिकॉन के बजाय अर्ध-पारदर्शी (Semi-transparent) सामग्रियों का उपयोग करके बनाया जाता है।
चूंकि LED बनाने में उपयोग की जाने वाली सामग्री अर्ध-पारदर्शी होती है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न कुछ प्रकाश डायोड की सतह तक बाहर निकल आता है, और इस प्रकार, दिखाई देता है। (चित्र 1a)
LED को आमतौर पर गैलियम आर्सेनाइड (Gallium Arsenic), गैलियम फॉस्फेट (Gallium Phosphate) या गैलियम आर्सेनो-फॉस्फेट (Gallium Arseno-phosphate) के साथ डोप (Dope) किया जाता है। विभिन्न डोप (Dopes) के कारण LED अलग-अलग रंगों (तरंग दैर्ध्य) के प्रकाश का उत्सर्जन करती है, जैसे कि लाल, पीला, हरा, अंबर (Amber), या यहाँ तक कि अदृश्य इन्फ्रारेड प्रकाश भी।
LED गैर-एकीकृत लैंप (Non-integrated lamps) का योजनाबद्ध प्रतीक (Schematic symbol) (चित्र 1b) में दिखाया गया है। तीरों (Arrows) का उपयोग यह इंगित करने के लिए किया जाता है कि उपकरण से प्रकाश विकीर्ण (Radiated) हो रहा है।
LED के प्रकार
सिंगल कलर LED (Single colour LEDs): व्यावसायिक रूप से उपलब्ध और सामान्यतः उपयोग की जाने वाली अधिकांश LED, सिंगल कलर LED होती हैं। ये LED लाल, हरे, पीले या नारंगी जैसे रंगों में से एक का विकिरण करती हैं। अलग-अलग रंगों की LED का फॉरवर्ड वोल्टेज (Forward voltage) अलग-अलग होता है, जैसा कि नीचे दी गई तालिका में दिया गया है:
| LED का रंग | लाल (Red) | नारंगी (Orange) | पीला (Yellow) | हरा (Green) | | :— | :— | :— | :— | :— | | विशिष्ट फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप | 1.8V | 2V | 2.1V | 2.2V |
नोट: ये विशिष्ट फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप, 20 mA के विशिष्ट LED फॉरवर्ड करंट (If) पर हैं।
दो रंगों वाली LED (Two colour LEDs): ये LED दो रंग दे सकती हैं। वास्तव में, ये एक ही पैकेज में रखी गई और जुड़ी हुई दो LED होती हैं। (चित्र 2)
एक दो-रंग वाली LED में, दो LED को विपरीत समानांतर (Inverse parallel) में जोड़ा जाता है, ताकि जब LED को एक दिशा में बायस (Biased) किया जाए तो एक रंग उत्सर्जित हो और जब LED को दूसरी दिशा में बायस किया जाए तो दूसरा रंग उत्सर्जित हो। ये LED सिंगल कलर LED की तुलना में अधिक महंगी होती हैं। ये LED +ve, -ve ध्रुवीयता (Polarities), GO-NOGO संकेत, नल डिटेक्शन (Null detection) आदि को इंगित करने के लिए उपयोगी हैं।
मल्टीकलर LED (Multicolour LEDs): ये विशेष प्रकार की LED हैं जो दो से अधिक रंगों का उत्सर्जन कर सकती हैं। ये LED तीन-पिन वाले कॉमन कैथोड पैकेज (Three-pin common cathode package) में लगे एक हरे और एक लाल LED से मिलकर बनी होती हैं। (चित्र 3)
| आउटपुट रंग | लाल | नारंगी | पीला | हरा | | :— | :— | :— | :— | :— | | LED-1 करंट | 0 | 5mA | 10mA | 15mA | | LED-2 करंट | 15mA | 3mA | 2mA | 0 |
यह LED एक समय में केवल एक LED को चालू (ON) करके हरा या लाल रंग उत्सर्जित करेगी। यह LED ऊपर दी गई तालिका में दिखाए गए अनुसार अलग-अलग करंट अनुपात के साथ दो LED को चालू करके नारंगी या पीला रंग उत्सर्जित करेगी।
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