ملتقى مهندسي كردستان
اهلا بك زائرنا الكريم انت غير مسجل لدينا يشرفنا الانضمام الى اسرتنا بالضغط على ( تسجيل ) او الذهاب الى القسم الذي تريد وتمتع بوقتك معنا



 
المجلةالرئيسيةالتسجيلدخول

شاطر | 
 

 LED الليدات مصابيح الانارة المستقبلية

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل 
كاتب الموضوعرسالة
مازن علي حاجي
مدير عام
مدير عام



مُساهمةموضوع: LED الليدات مصابيح الانارة المستقبلية   2011-12-02, 10:12 pm

السعي إلى انتاج المصباح الكهربائي النهائي

الديودات المصدرة للضوء بطيفه الكامل واسعة الانتشار،وقد تم تطوير ُ طرُز منها تصدر ضوءًا أبيض أخذت تحل محل مصباح أديسون المتوهج الذي مضى على اختراعه قرن من الزمن في عام 1995

جرى تكريم أحد أبرز العلماء المعاصرين (هولونياك) بمنحه جائزة اليابان (Japan Prize) لعمله الطليعي في الديودات ثنائيات المساري اُلمصْدرة للضوء والليزرات المصنوعة من أشباه الموصلات

وحينما طلب إليه إلقاء بضع كلمات حول تقانات المستقبل، أشار ببساطة إلى أنوار السقف قائلا:
"كل هذا سوف ينقرض."
إن ثمة ثورة قائمة، وهي بالفعل أمام ناظرينا، والفضل يعود إلى الأدوات شبه الموصلة المعروفة بالديودات المصدرة للضوء .LEDs Light emitting diodes وهذه الديودات الضوئية المعروفة لنا

حاليا بأنها تلك المؤشرات الضوئية الصغيرة ذات الوميض الأحمر أو الأخضر التي تعمل في الأجهزة الإلكترونية،
بدأت تحل محل المصابيح المتوهجة في كثير من التطبيقات. وسبب ذلك هو أنها تحول الكهرباء إلى ضوء ملون بمردود يفوق مردود نظيراتها المتوهجة، حيث يبلغ هذا التفوق عشرة أضعاف في حالة

الضوء الأحمر وهي متينة ومدمجة (compact) ويدوم بعض أنواعها مدة غير مألوفة تصل حتى 100000 ساعة، أي نحو عشر سنوات من الاستخدام المنتظم , في المقابل يدوم المصباح المتوهج نحو

1000 ساعة فقط. وعلاوة على ذلك، فقد تحسنت شدة ضوء الديودات وألوانها على نحو كبيرجعلها الآن ملائمة لشاشات العرض الكبيرة،ولعل مثالها الأشد إثارة للإعجاب هو لوحة إعلانات

ناسداك(Nasdaq) التي يبلغ ارتفاعها ارتفاع ثمانية طوابق في ساحة تايمز بمدينة نيويورك.
فكرة عمل الديود باعث للضوء Light emitting diodes) يختصر اسم الديود الباعث للضوء بـ (LED) وهي أوائل كلمات الجملة التالية:
(Light Emitting Diodes) والتي توضح فكرة هذه الأداة وهي إصدار الضوء ولهذه الأداة (LED) تطبيقات عديدة في مجال الالكترونيات وتدخل في تركيب العديد من الأجهزة الحديثة جهاز التلفزيون

في أجهزة الراديو وتدخل في الساعات الرقمية والريموت كنترول والتلفزيونات الكبيرة التي تستخدم كشاشات عرض كبيرة وفي إضاءة إشارات المرور و كذلك في مجال الإنارة.
باختصار الـ (LED) عبارة عن لمبة ضوء الكترونية أي لا تحتوي على فتيلة ولا تسخن كما في المصابيح الكهربائية. فهي تصدر الضوء من خلال حركة الالكترونات داخل مواد من أشباه الموصلات

(semiconductor) التي تتكون منها الترانزستورات.
سنحاول في هذا الشرح إلقاء المزيد من الضوء عن هذه الأداة موضحين الفكرة الفيزيائية لعملها ,
اولا ما هو الديود؟
الديود هو أصغر أداة مصنعة من مواد أشباه الموصلات، حيث إن أشباه الموصلات هي مواد شبه موصلة للكهرباء وهي مصنعة من مواد ضعيفة التوصيل للتيار الكهربي ومطعمة بنسبة من الشوائب من

مادة أخرى ومصطلح عملية التطعيم هو (Doping) في حالة الـ (LED) فإن المادة الموصلة هي الومنيوم جاليوم ارسانيد (AlGaAs) وعندما تكون في الحالة النقية تماماً فإن كل الذرات تكون مرتبطة

مما ينتج عنه عدم توفر الكترونات حرة لنقل التيار الكهربي، ولكن عند تطعيم هذه المادة بنسبة محددة فإن الحالة السابقة من عدم توصيل التيار الكهربي تتغير حيث بإضافة الكترونات أو سحب الكترونات

لترك فجوات يصبح الإلكترون حراً قادراً على الحركة وبالتالي فإن المادة تصبح شبه موصلة للتيار الكهربي.
تسمى أشباه الموصلات بالكترونات إضافية من التطعيم مواد من النوع N وهو الحرف الأول من كلمة (Negative) أي سالبة الشحنة لأن حاملات الشحنة هي الالكترونات التي تتحرك من المناطق السالبة

الشحنة إلى المناطق الموجبة الشحنة.
أما أشباه الموصلات التي تحتوي على نقص في الإلكترونات أي ما يعرف بالفجوات تسمى مواد من النوع P وهو الحرف الأول من كلمة (Positive) أي موجبة الشحنة حيث ينتقل الإلكترون من فجوة

إلى أخرى مما يعتبر من ناحية أخرى أن الفجوة هي التي تنتقل والتي تمثل الشحنة الموجبة التي تنتقل من المنطق الموجبة إلى
المناطق السالبة.
الديود هو عبارة عن اتصال مادتين شبه موصلتين احدهما من النوع N والأخرى من النوع P مع وجود الكترود على الطرفين الخارجيين لتوصيل الديود بفرق الجهد الكهربي في دائرة كهربائية. فعندما لا

يوجد فرق جهد كهربي مطبق على طرفي الديود فإن الالكترونات في المادة N تنتقل إلى الفجوات في المادة P من خلال الوصلة بين المادتين مكونة منطقة استنزاف Depletion Zone. وإن منطقة
الاستنزاف تتحول إلى منطقة عازلة لأن كل الفجوات احتوت على الكترونات وبالتالي تصبح حركة الالكترونات معدومة لعدم توفر الفجوات.
عند الوصلة بين المادتين فإن الإلكترونات في المادة N تنتقل إلى الفجوات في المادة P. مما تترك المنطقة الوسطى منطقة الاستنزاف عازلة للتخلص من المنطقة العازلة التي تكونت عند الوصلة فإنه يجب

دفع الالكترونات على الحركة من المادة N إلى المادة P خلال منطقة الاستنزاف ولعمل هذا نحتاج إلى بذل شغل على هذه الالكترونات لإجبارها على الحركة خلال المنطقة العازلة من خلال استخدام بطارية

كهربائية لإنتاج فرق جهد كهربائي ينتج عنه مجال كهربائي يؤثر بقوة على الالكترونات.
فنقوم بتوصيل الالكترود الموصول إلى المادة N بالقطب السالب للبطارية ويوصل الالكترود المادة P بالطرف الموجب للبطارية فتتنافر الالكترونات في المادة N مع طرف البطارية السالب وتندفع باتجاه

منطقة الاستنزاف وتتحرك الفجوات في المادة P تحت تأثير قوة التنافر مع القطب الموجب للبطارية تجاه منطقة الاستنزاف وبزيادة فرق جهد البطارية تستطيع الالكترونات من عبور منطقة
الاستنزاف وتتحد مع الفجوات وتلغي منطقة الاستنزاف وتصبح وصلة الديود موصلة
للتيار الكهربي.
نقوم بتوصيل الالكترود الموصول على المادة N بالقطب السالب للبطارية ويوصل الالكترود على المادة P بالطرف الموجب للبطارية مما يؤدي إلى تلاشى منطقة الاستنزاف في حالة توصيل البطارية

بالاتجاه المعاكس للمرة السابقة تصبح وصلة الديود عازلة للتيار الكهربي، فبتوصيل الكترود الطرف N مع القطب الموجب للبطارية وتوصيل الكترود المادة P بالطرف السالب للبطارية كما في الشكل أدناه

فإن منطقة الاستنزاف تزداد وذلك لانجذاب الالكترونات ناحية الطرف الموجب للبطارية والفجوات باتجاه الطرف السالب للبطارية وينعدم مرور التيار نتيجة لحركة الالكترونات والفجوات في اتجاهين

متعاكسين.
بتوصيل الالكترود على الطرف N مع القطب الموجب للبطارية وتوصيل الكترود المادة P بالطرف السالب للبطارية يؤدي ذلك إلى ازدياد منطقة الاستنزاف العازلة
كيف ينتج الديود الضوء؟
الضوء هو عبارة عن طاقة تنتج أو تنبعث من الذرة في صورة أشباه جسيمات تسمى الفوتونات (Photons) لها كمية حركة وكتلتها صفر. وسميت أشباه جسيمات لأن الضوء له طبيعة مزدوجة فيمكن أن

يكون موجة ويمكن أن يكون جسيم تنطلق الفوتونات من الذرات نتيجة لحركة الكترونات، ففي الذرة تتحرك الالكترونات في مدارات حول النواة يعتمد نصف قطر المدار على كمية الطاقة التي يمتلكها

الالكترون فكلما كانت الطاقة كبيرة كان نصف قطر المدار أكبر أي الإلكترون أبعد عن النواة.
عندما ينتقل إلكترون من مدار منخفض إلى مدار أعلى فإنه يمتص طاقة خارجية ليتم الانتقال أما في حالة عودة الإلكترون من المدار الأكبر إلى المدار الأدنى فإنه يحرر طاقة يحملها فوتون تساوي فرق

الطاقة بين المدارين وبالتالي فإن طاقة الفوتون تتحدد بفارق الطاقة بين المداريين الذين انتقل بينهما الإلكترون وهذا يدل على أن طاقة الفوتون يمكن أن تكون متغيرة حسب المدارات التي حدثت بينها

الانتقالات، تغير طاقة الفوتون تعني تغير في الطول الموجي للفوتون فيمكن أن يكون الفوتون على شكل ضوء مرئي أو ضوء غير مرئي.
في حالة وصلة الديود فإن الالكترونات الحرة تتحرك عبر وصلة الديود في اتجاه الفجوة وهذا يعني أن الإلكترون عندما يتحد مع الفجوة كما لو انه انتقل من مدار عالي الطاقة إلى مدار منخفض الطاقة

وتنطلق الطاقة على شكل فوتون. ولكن لا نرى الفوتون المنبعث إلا إذا كان ذو طول موجي في الطيف المرئي وهذا لا يتحقق في كل وصلات الديود ففي الديود المصنعة من مادة السليكون يكون
الفوتون المنطلق في منطقة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي ولا يرى بالعين المجردة ولكن له تطبيقات هامة في الريموت كنترول حيث تنتقل التعليمات من الريموت كنترول إلى التلفزيون على

شكل نبضات من الفوتونات تحت الحمراء يفهمها مجس الاستقبال في التلفزيون وللحصول على وصلة ديود تعطي ضوء مرئي فإننا نستخدم مواد ذات فارق طاقة اكبر بين مدار الإلكترون في المادة N

والفجوة في المادة P التي تمثل المدار ذو الطاقة الأدنى. حيث إن التحكم في هذا الفارق يحدد لون الضوء المنبعث من الديود عند اتحاد الالكترون مع الفجوة خلال وصلة الديود في حين إن كل أنواع

الديودات تعطي ضوء إلا أن هذا الضوء المنبعث له كفاءة معينة تحدد شدة الضوء المنبعث. حيث إن جزء من هذا الضوء يعاد امتصاصه داخل وصلة الديود. ولكن الديودات الباعثة لضوء LED تصمم

بحيث يتم توجيه الضوء الى الخارج من خلال احتواء وصلة الديود داخل مادة بلاستيكية على شكل مصباح شبه كروي كما في الشكل لتركيز الفوتونات المنطلقة في اتجاه محدد.
خصائص الـ :LED
تمتلك الـ LED خصائص تميزها عن المصابيح الكهربية التقليدية فهي في البداية لا تحتوي على فتيلة يمكن أن تحترق فتعيش LED مدة زمنية أطول بكثير كما أنها صغيرة الحجم تمكننا من استخدامها في

تطبيقات الكترونية عديدة، هذا بالإضافة إلى كفاءتها العالية بالمقارنة بالمصابيح التقليدية. ولا تنبعث منها أي طاقة حرارية التي تعتبر طاقة مفقودة أهم تطبيقات الديودات وفرص الترشيد فيها :
في إشارات المرور الضوئية:
فنحو 10 في المائة من إشارات التوقف في الولايات المتحدة تحتوي على ديودات ضوئية حيث تستخدم إشارات المرور الضوئية التقليدية المصابيح المتوهجة المزودة بمرشح لتوليد اللون الملائم. لكن على

الرغم من أن استخدام المرشحات منخفض الكلفة فإنها طريقة متدنية المردود لإنتاج الضوء, حيث يحجب المرشح الأحمر نحو (80%) من التوهج، مما يخفض مقدار الضوء النافذ من نحو (17lm/w) إلى

ما بين {(3-5)lm/w} وفي مقابل ذلك، فإن الديودات تعطي اللون الصحيح مباشرة دون الحاجة إلى مرشح. فضلا عن ذلك فإن الديود في إشارة التوقف يستهلك ما بين (17-7 w) فقط،
يقابلها ما بين 50w) (150w- يستهلكها المصباح المتوهج الذي يعطي السطوع نفسه. إن هذا الوفر في الطاقة يعوض عن كلفة الديود الأعلى خلال مدة لا تزيد على سنة واحدة وعندما يُنظر إلى هذا الرقم

إلى جانب التكاليف المنخفضة لصيانة الديود، وأجرة شغله، يتضح لنا بسهولة سبب تزايد اهتمام مخططي المدن بالديودات الضوئية في المركبات الحديثة:
ففي أوروبا، يستخدم ما بين (60% - 70%) من السيارات التي يجر إنتاجها الديودات الضوئية كأنوار للمكابح ، وقد بدأت الولايات المتحدة بالتحرك في هذا الاتجاه أيضا. وتُستعمل الديودات أيضا كأنوار

خلفية على الشاحنات (markers side) ومؤشرات انعطاف، كما تُسْتخدم كواسمات جانبية. و يتوقع أن تسود الديودات الضوئية في الإنارة الخارجية للسيارات مع نهاية العقد الحالي .
في مجال الإنارة داخل الأبنية
لقد بدأ مصممو الديكور الداخلي باستعمال الديودات الضوئية منذ بضع سنوات، حين أخذت نماذج شديدة السطوع من جميع الألوان بالظهور. ولما كان كل ديود يعطي لونا مميزا استطاع مستعملو الديودات

التحكم التام في جميع ألوان الطيف تقريبا. فبوضع ديودات ضوئية ذات ألوان مختلفة في صفف معاً، يتمكن المرء من ضبط الضوء الناجم عن امتزاج أضوائها فعلى سبيل المثال: يمكن جعل الإحساس

بالضوء الأبيض المركب من الأحمر والأخضر والأزرق "أكثر برودة" بتقليل سطوع الديودات الحمراء وزيادة سطوع الزرقاء منها.
توفر هذه المرونة طرائق جديدة لاستخدام الضوء ,فعوضاً عن تجديد ورق الجدران أو دهانها، ويمكن للمرء أن يتلاعب بضوء الغرفة بضبط نسبة أطوال موجات الضوء المصدر كون ان (أطوال موجات

الضوء هي التي تحدد الآلوان ) كمثال تطبيقي لما سبق: اعتمد متحف متروبوليتان للفنون في مدينة نيويورك على هذا النوع من الإنارة بالديودات من أجل إضاءة المعرض الخاص بملابس فرقة البيتلز دون

الحاجة إلى المرشحات أو الهلاميات المتعبة المبددة للطاقة والضوء معاً .
في مجال العلوم الطبية: توفر الديودات الضوئية أيضا إمكانات مثيرة للعلوم الطبية. فعلى سبيل المثال، فإن درجة حرارتها المنخفضة والتحكم الدقيق في طول موجة ضوئها وخصائص حزمتها العريضة

تمكِّن الباحثين في مجال السرطان من دراسة المعالجة التصويرية الديناميكية للأورام السرطانية على نحو أعلى مردودا. إذ يتلقى المرضى في هذه المعالجة أدوية حساسة للضوء، تمتصها خلايا الأورام

بصورة أفضل عندما يصدم ضوء ذو طول موجة ملائم تلك المواد الكيميائية التي تهيج وتدمر هذه الخلايا.
وباستخدام صفيف من الديودات المرتبطة معا، يستطيع الباحثون إنتاج صفيحة مستوية من الضوء تهيج الأدوية الحساسة للضوء دون إحداث حروق في جلد المريض
الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل
 
LED الليدات مصابيح الانارة المستقبلية
استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة 
صفحة 1 من اصل 1

صلاحيات هذا المنتدى:لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى
ملتقى مهندسي كردستان :: الاقسام الهندسية :: الهندسة الكهربائية-
انتقل الى: