طريقة عمل مصباح LED

طريقة عمل مصباح LED

طريقة عمل مصباح LED، يتطلب فهم كيفية عمل مصابيح LED بعض المعرفة الأساسية بالكيمياء والكهرباء والضوء. ويمكن أن يساعدك فهم كيفية عملها على فهم سبب توفيرها مزيدًا من الضوء والكفاءة مقارنة بالمصابيح المتوهجة.

يبعث ضوء LED أو مصباح LED عن طريق تحريك الإلكترونات، وهي مادة شبه موصلة، مثل السيليكون أو الغاليوم، تم تعديلها للسماح بتدفق تيار كهربائي من خلالها، ويتولد الضوء عن طريق تغيير مسار الإلكترونات في أشباه الموصلات.

ما هو مصباح LED؟

تستخدم المصابيح التقليدية التي تعمل بالبطاريات لتوفير الإضاءة. فتيل بطارية تسخين التيار الكهربائي داخل المصباح يجعله يتوهج، لكنها غير فعالة، الحرارة التي تنتجها المصابيح هي إهدار للطاقة وغالبًا ما يؤدي إيقاف تشغيله إلى احتراق الشعيرة.

تم بيع مصابيح LED لأول مرة في بداية هذا القرن. حركة الإلكترود تخلق الضوء.بسبب طرق الإضاءة المختلفة، تستهلك مصابيح LED طاقة أقل من المصابيح التقليدية. وفي نفس الوقت، يمكنها إنتاج المزيد من الضوء.

تستخدم مصابيح LED في أجهزة الكمبيوتر وإشارات المرور والسيارات وأجهزة التلفزيون وأجهزة التحكم عن بعد، وهناك حاجة إلى بعض التطورات التقنية قبل إستخدامها في المصابيح الكاشفة.

أخيرًا، المصابيح المتوهجة أرخص من مصابيح LED؛ ومع ذلك، البطاريات ومصابيح LED تدوم لفترة أطول، عند أخذ تكلفة الإستبدال في الإعتبار تكون النتيجة انخفاض التكلفة على المدى الطويل.

كيف يعمل مصباح LED؟

طريقة عمل مصباح LED، على الرغم من استخدام مصابيح LED على نطاق واسع في العديد من الصناعات، إلا أنها لم تستخدم حتى عام 1999. تم بيع أول مصابيح LED للمصابيح اليدوية.

إنها مصنوعة من حركة الإلكترونات في أشباه الموصلات. ولكن ما هي أشباه الموصلات وكيف تنتج حركة الإلكترونات الضوء؟ لتفسير ذلك، سنبدأ بأشباه الموصلات.

ما هي أشباه الموصلات؟

تُصنع أشباه الموصلات من مواد لا تعمل بشكل جيد، وفي بعض الحالات، يمكن للشوائب المضافة إلى المادة أن تجعلها موصلة للكهرباء، لكنها لا تفعل ذلك في حالات أخرى.

يعد السيليكون عنصرًا شائعًا، على الرغم من استخدام عنصر آخر، وهو الغاليوم، في صناعة مصابيح LED. ومع ذلك، فإن العملية واحدة. لا يسمح السيليكون أو الغاليوم بالمرور عبرها. ومع ذلك، عندما تضاف عناصر أخرى إلى السيليكون، يمكن للسيليكون توصيل الكهرباء لتشكيل أشباه الموصلات.

كيف تنتج أشباه الموصلات الضوء؟

تتمثل الخطوة الأولى في صنع الثنائيات الباعثة للضوء في إضافة شوائب أو منشطات إلى السيليكون، وتتطلب الثنائيات نوعين من المنشطات: N و P.

• في النوع “N Doping”،هو عنصر يضيف خمسة إلكترونات إلى السيليكون، مثل الفوسفور أو الزرنيخ، وهذه الإلكترونات مشحونة سالبة.
• في “P-Type Doping”، يشير إلى إضافة ثلاثة إلكترونات إلى السيليكون، مثل البورون، لإنتاج شحنة موجبة.

عندما يتم دمج السيليكون من النوع P مع السيليكون من النوع N، يمكن أن يصبح السيليكون من النوع A. مزود طاقة الموصل. تسمح البطارية المتصلة بشكل صحيح بالصمام الثنائي (الموجب إلى الموجب) بالتدفق الحالي بين السيليكون من النوع P والسيليكون من النوع N.
يمكن استخدام التيار المتدفق عبر الوصلات P و n لإنتاج الضوء.
يتكون الترانزستور من ثلاث طبقات من الثنائيات، ويمكن لشريحة السيليكون أن تحتوي على آلاف الترانزستورات، وتنتج رقائق السيليكون التي تشغل أجهزة الكمبيوتر لدينا والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى، وبدون الثنائيات، لن يكون أي من هذا ممكنًا.

كيف يضيء مصباح LED

لفهم هذا، نحتاج إلى بعض المعلومات الأساسية عن الذرات والفوتونات، فالضوء هو طاقة حزمة صغيرة من الذرات تتحرك ولكنها لا تحتوي على كتلة، وعندما يتم دمج هذه الحزم، فإنها تشكل الوحدة الأساسية للفوتونات – الضوء.

نعلم أن الذرات تتكون من إلكترونات تدور حول النواة. إذا لم يكن هناك تداخل، تبقى الإلكترونات في المدار. ومع ذلك، إذا تم دفع الإلكترونات إلى مدارات منخفضة، فإنها تنتج فوتونات.

تصدر جميع الثنائيات فوتونات، ولكن السيليكون النقي ينتج فوتونات منخفضة التردد أو الأشعة تحت الحمراء لا تستطيع أعيننا رؤيتها، ولهذا السبب لا يمكنك رؤية الضوء من جهاز التحكم عن بعد.

لكي نتمكن من رؤية الفوتونات، يحتاج السيليكون إلى مواد مخدرة تنتج المزيد منها بإستخدام مواد مختلفة، يمكن لمصابيح LED أن تنتج ألوانًا مختلفة. العنصر المشترك هو الغاليوم، لكن العناصر الأخرى تنتج خيارات ألوان واسعة الطيف:

• يحتوي مؤشر LED الأحمر والأشعة تحت الحمراء على زرنيخيد الغاليوم GaAs
• فوسفيد الغاليوم الأصفر والأخضر
• ألوان برتقالية وحمراء شديدة اللمعان مصنوعة من فوسفيد الغاليوم الألومنيوم
• مصباح أزرق وأخضر وفوق بنفسجي يحتوي على نيتريد الغاليوم الإنديوم

لا تصدر كل الثنائيات الضوء بكفاءة، نظرًا لأن الثنائيات لا تصدر ضوءًا بشكل فعال، فقد تم تصميمها بحيث يكون لها انعكاس الفوتون.الثنائيات بعيدة عن جسم الراتنج.بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم غلاف بلاستيكي إيبوكسي شفاف للثنائيات الواقية من أجل “بقعة الضوء”.

لأن LED عبارة عن مكونات الحالة الصلبة التي تخلق ضوءًا “باردًا” بدلاً من الضوء “الدافئ” من المصابيح المتوهجة. تأتي معظم الطاقة من المصباح المتوهج ليس ضوءًا، بل حرارة. ومع ذلك، فإن كل طاقة LED تقريبًا هي تنبعث على شكل موجة ضوئية، وهذا أحد الأسباب التي تجعلها أكثر كفاءة من المصابيح العادية.

حتى إذا كانت تنتج ضوءًا باردًا، فإن الحرارة لا تزال تمثل مشكلة معها، ويزداد تيار درجة الحرارة المشتركة هذا من خلال الصمام الثنائي، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تغيرات في لون الضوء، وانخفاض الكفاءة، وانخفاض ناتج الضوء.

لحل هذه المشكلة، يستخدم مهندسو البصريات المواد اللاصقة والركائز والوسادات لعزل الكثير من الكهرباء لإزالتها. من الصمام الثنائي، في هذه الحالة، تزيد ميزات التصميم مثل الحواف من مساحة السطح وتسمح بإنبعاث حرارة أكثر.

مكونات مصابيح LED

تحتوي معظم هذه المصابيح على:

• محرك

يضبط الجهد الذي يستقبله الضوء. ويمكن لهذه المحركات أداء عدة وظائف:

• تقليل أو تضخيم جهد البطارية
• مستوى التحكم في السطوع
• كواجهة بين المصباح والبطارية

• برنامج التشغيل

على سبيل المثال، يستخدم برنامج التشغيل FET الترانزستورات والمعالجات الدقيقة لتنظيم التيار.

• دائرة التعزيز

التي تزيد من جهد الدخل لتتناسب مع الخرج.يمكن تشغيل المصباح بواسطة بطارية واحدة أو بطاريتين بإستخدام دائرة التعزيز

• دائرة لخفض الجهد

تُستخدم عمومًا في المصابيح المتصلة في سلسلة مع البطاريات. يمكن أن تصعد الدائرة وتنخفض الجهد. على الرغم من أن الدائرة هي وضع AK47، تتوفر هذه المصابيح الكهربائية للبيع ويتم شراؤها من قبل المتحمسين والمجمعين الذين يرغبون في تعديل الفوانيس.

• اللومن

اللومن هي كلمة يتم طرحها غالبًا. فكلما زاد لومن، كان الضوء أكثر سطوعًا، ولكن ما هو لومن بالضبط؟ دعنا نلقي نظرة.

الجواب البسيط، هي طريقة لقياس ناتج الضوء، لذلك تقول الشموع إنها تطفئ درجة معينة من اللومن، ومع ذلك  فإن قياس السطوع ليس بهذه البساطة التي يبدو عليها.

على سبيل المثال، لومن هي واحدة فقط من خمس طرق لقياس الضوء. وإليك خمس طرق:

• القوة: كانديلا هي وحدة قياس تصف سطوع الضوء عندما يتحرك في جميع الإتجاهات، ويُقاس الكانديلا كمصدر للضوء
• الجريان: التدفق الضوئي أو اللومن هو كيفية تدفق الضوء في الهواء. لذا، فإن اللومن ليس مقياسًا لسطوع الضوء
• برق: يشير هذا إلى كثافة الضوء على سطح جسم ما مقدار الضوء الموجود في جسم مساحته قدم مربع واحد، كما تم قياسه بواسطة شمعة القدم.
• الوجود: هو مقياس لكمية الضوء المنعكس من جسم ما.
• اللمعان: وهو مقياس لكمية الضوء المنعكس في زوايا مختلفة.

• البطارية كمصدر للطاقة

مع استثناءات قليلة، يتم تشغيل مصابيح LED بواسطة البطاريات. قد يوصي الطراز الخاص بك بنوع معين من البطاريات، ولكن من الأفضل فهم أداء البطاريات المختلفة إذا كنت تريد شيئًا لا يتوفر لديك عندما تحتاج إليه.

أنواع البطاريات:

• البطارية القلوية. اعتمادًا على كيفية استخدامك للمصباح، فهذه بطاريات مقبولة. يمكن أن تظل البطاريات القلوية مشحونة لسنوات، لذلك إذا نادرًا ما تستخدم مصباحًا كشافًا، فهو خيار جيد، وإذا كنت غالبًا ما تستخدم مصابيح يدوية عالية الإخراج، فيجب أن تبحث في أنواع مختلفة من البطاريات.
• بطارية الكربون والزنك، ونادرًا ما تباع منفصلة، ومع ذلك، عادة ما تكون بطاريات المصباح الكهربائي الرخيصة هي الكربون والزنك.
• بطارية الليثيوم.يمكن أن تظل هذه البطاريات مشحونة لمدة 10 سنوات. إذا كان لديك مصباح يدوي عالي الإخراج، فإن الليثيوم هو الخيار الأفضل.تستخدم المصابيح الكهربائية عالية الإخراج مزيدًا من التيار، وتخزن بطاريات الليثيوم المزيد من الطاقة، مما يجعلها خيارًا أفضل. بطاريات الليثيوم يمكنها أيضًا التعامل بشكل أفضل مع التغيرات في درجة الحرارة.
• بطارية نيكل-هيدروجين. تتمثل إحدى مزايا بطاريات ni-H في إمكانية إعادة تدويرها.بطاريات الليثيوم والنيكل والهيدروجين باهظة الثمن، ولكن لا يمكن إعادة شحن بطاريات الليثيوم (يمكن إعادة شحن أيونات الليثيوم قليلاً). إذا كنت تستخدم مصابيح يدوية بشكل متكرر، قد يكون هذا خيارًا جيدًا حيث يمكن شحنها.عند شراء بطاريات النيكل الهيدروجين، تأكد من أنها بطاريات منخفضة التفريغ الذاتي.
• بطارية قابلة لإعادة الشحن. يمكن لمعظم مصابيح LED استخدام بطاريات قابلة لإعادة الشحن، أحد التحذيرات هو أنه عندما يتم شحن البطاريات، فإنها تفقد الجهد، نظرًا لأن هذا النوع من المصابيح يتطلب جهدًا أكبر للبطارية، فمن الأفضل أن تكون على دراية.
• بطارية مدمجة قابلة لإعادة الشحن. له العديد من المزايا. أكثرها وضوحًا أنها ستوفر لك المال على المدى الطويل. الثاني هو الراحة. في سعة شحن البطارية يعني أنه يمكنك حمل أقل من جهاز واحد، ومع ذلك، لا ينصح بإستخدام هذه الأنواع من المصابيح في الرحلات الطويلة أو في حالات الطوارئ، حيث قد لا تتمكن في هذه الحالات من إعادة شحنها لفترة طويلة. إذا لم تتمكن من استبدال البطارية بأخرى جديدة، فإن مصباحك القابل لإعادة الشحن لا قيمة له بعد استنزاف البطارية مرة واحدة، فلا يمكنك إعادة شحنه.

ميزات المصباح اليدوي LED

نظرًا لأن مصابيح LED باهظة الثمن، فمن المعقول أن نسألها عما إذا كانت تستحق التكلفة الإضافية.يمكننا التفكير مليًا لماذا تستحق القيادة تكلفة إضافية نظرًا لأننا نتحدث عن المال، فلنبدأ هنا.

• لديهم حياة أطول.

معظم مصابيح LED لها عمر تقديري لا يقل عن 50000 ساعة. إذا قمت بتشغيل المصباح لمدة 24 ساعة، فستحصل على أكثر من 2000 يوم أو 5 سنوات من الضوء قبل أن تحترق المصباح. تتمتع المصباح المتوهج بعمر أطول. تم تقييمه من 1000 إلى 2000 ساعة، لذا فإن الأمر يتطلب 25 لمبة لتتحمل أكثر من LED.

ومن المفارقات، أنه كلما زاد استخدامك للمصباح المتوهج بشكل متقطع، احترق بشكل أسرع. ويرجع ذلك إلى أن الفتيل يتمدد وينكمش بسبب التسخين والتبريد المتكرر. يؤدي التمدد إلى تشققات صغيرة تؤدي في النهاية إلى تكسر الفتيل.

• عمر البطارية أطول

بالطبع، لا يمكنك تشغيل مصباح يدوي على بطارية لمدة خمس سنوات. يتطلب LED طاقة أقل وهذا يعني بطاريات أقل عمر بطارية مصباح LED هو 6-10 أضعاف عمر المصباح المتوهج، لذا ستوفر لك بطاريات LED المال الذي تنفقه على المصابيح والبطاريات، لكن هذا ليس كل شيء.

نطلق على هذه الأجهزة كشافات لأنه يجب إغلاق الأول مرارًا وتكرارًا، ويرجع ذلك إلى طبيعة البطاريات في ذلك الوقت، حيث لا يمكنها توفير أكثر من بضع دقائق من التيار.

• هم أكثر دواما

في أي وقت يسقط المصباح العادي، من المحتمل أن ينكسر خيوط المصباح، وهذا مستحيل لأن مصابيح LED لا تحتوي على لمبات، ولأن مصابيح LED أخف، فإنها تهبط بقوة أقل.

شاهد أيضاً

مجالات الذكاء الاصطناعي

وفي نهاية المقال ومن خلال موقع المقالات العربية، نكون قد تحدثنا عن طريقة عمل مصباح LED، ما هو مصباح LED؟ كيف يعمل مصباح LED؟ كيف يضيء مصباح LED، مكونات مصابيح LED، ميزات المصباح اليدوي LED.