Springen naar inhoud

[Elektronica] Presentatie LED


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Ruben Kwast

    Ruben Kwast


  • >250 berichten
  • 824 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 13:17

Ik hou mijn ANW presentatie over LED verlichting. Nu heb ik al heel wat info opgezocht en ik snap het principe van LED's. Maar ik wil een plaatje waarmee ik het duidelijk kan maken aan de klas. Ik heb het onderstaande plaatje in elkaar geknutseld. Ik wil weten of het wel juist is, anders ga ik af [rr]
Geplaatste afbeelding
De uitleg:

Een LED is een light emitting diode. Dat wil zeggen dat het een diode is die licht uitzendt. Maar wat is nou precies een diode? Een diode is een halfgeleider, maar dat zegt jullie natuurlijk nog steeds niks. Halfgeleiders zijn een soort elektronisch ventiel. Via de ene kant laat het wel stroom door maar via de andere kant niet. In een LED zitten twee lagen van deze halfgeleiders. In de ene laag is er een overschot aan elektronen, aan de andere kant een tekort. Er is in de laag met het tekort dus ruimte voor de elektronen uit de andere laag. Je kan die elektronen daar krijgen door stroom door de diodes te voeren. De elektronen vallen in de gaten van de diode met het tekort. Die elektronen hebben echter te veel energie om daar in te passen en die energie wordt uitgezonden als licht.  
Over een LED zit altijd een kunststoflens. Die zorgt ervoor dat het licht goed wordt verstrooid en dient ook ter bescherming.


Ik denk dat ik wel een eind in de goede richting ga, maar er zullen nog wel kleine foutjes in zitten. Alvast bedankt.
Everything that can go wrong, will eventually go wrong

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 25 november 2006 - 14:05

Ik weet wel ongeveer hoe een LED in elkaar zit, maar snap helaas niks maar dan ook helemaal niks van je plaatje. Dat kan dus al niet goed zijn.

http://electronics.h...rks.com/led.htm

moet voor jou redelijk behapbaar zijn. Wel doorklikken, het bestaat uit meerdere pagina's waar je via linkjes heen moet. Op een daarvan staat al een redelijk overzichtelijke dwarsdoorsnede.

verder : google afbeeldingen zoeken LED construction
geeft ook nog een paar mooie schematische plaatjes van de bouw van een LED.

En misschien zie je dan ook de foutjes in je tekst.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#3

Ruben Kwast

    Ruben Kwast


  • >250 berichten
  • 824 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 14:31

Dank je dat had ik nodig. Ik zal het wel een beetje uitpuzelen. Ik laat wel horen als ik nog ergens tegenaan loop.
Everything that can go wrong, will eventually go wrong

#4

klazon

    klazon


  • >5k berichten
  • 6610 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 25 november 2006 - 14:53

Er staat een fout in je verhaal:

Halfgeleiders zijn een soort elektronisch ventiel. Via de ene kant laat het wel stroom door maar via de andere kant niet.


Een diode is een ventiel, maar een halfgeleider is een stof waarvan de geleidendheid minder is dan van echte geleiders zoals metalen, maar beter dan van isolatoren.
Het woord halfgeleider zegt dus iets over de geleidendheid van het materiaal, maar het heeft niks te maken met het ťťnrichtingseffect. Dat ontstaat pas als je een N-gedoteerde halfgeleider verbindt met een P-gedoteerde. Dan krijg je een diode.

#5

Ruben Kwast

    Ruben Kwast


  • >250 berichten
  • 824 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 15:28

Ik weet het. Het verhaal van de link die Jan me gaf is heel duidelijk. Ik snap het nu helemaal. Nu moet ik het nog zo vertellen dat de mensen van mijn klas het ook nog snappen....
Everything that can go wrong, will eventually go wrong

#6

Ruben Kwast

    Ruben Kwast


  • >250 berichten
  • 824 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 15:55

Dit stukje kom ik niet uit:

As we saw in the last section, free electrons moving across a diode can fall into empty holes from the P-type layer. This involves a drop from the conduction band to a lower orbital, so the electrons release energy in the form of photons.


Ik snap hoe een elektron kan vallen en dat er zo energie vrijkomt, maar wat ze hier bedoelen snap ik niet...
Everything that can go wrong, will eventually go wrong

#7

aaargh

    aaargh


  • >1k berichten
  • 1279 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 16:03

De conductielaag is de energietoestand aarin het elektron zich bevindt zodat het kan stroom geleiden. Dit komt overeen met een orbitaal van een halfgeleideratoom. In een LED valt het elektron in een lagere baan die niet geleid en zo verlaagt zijn energie en het elektron geeft dit af in de vorm van licht.

#8

Ruben Kwast

    Ruben Kwast


  • >250 berichten
  • 824 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 16:11

De conductielaag is de energietoestand aarin het elektron zich bevindt zodat het kan stroom geleiden. Dit komt overeen met een orbitaal van een halfgeleideratoom. In een LED valt het elektron in een lagere baan die niet geleid en zo verlaagt zijn energie en het elektron geeft dit af in de vorm van licht.


Ik kan hier maar moeilijk iets van maken. Zou je het misschien zo uit kunnen leggen dat de gemiddelde 4e klasser C&M'er er ook nog iets van snapt? [rr]
Everything that can go wrong, will eventually go wrong

#9

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 25 november 2006 - 16:19

Niet spottend bedoeld, maar ze bedoelen hier precies wat jij snapt:

Ik snap hoe een elektron kan vallen en dat er zo energie vrijkomt

De elektronen die in een metaal voor de geleiding zorgen zitten zů losjes aan hun atomen gebonden dat ze eigenlijk een wolk van bijna vrij rondspringende elektronen vormen in dat metaalrooster.

Echter , in het rooster van een P-halfgeleider zitten fouten, en zo zijn er atomen die daadwerkelijk een elektron tekort komen. Dat is een "gat". Elektronen zouden zo'n gat kunnen opvullen, erin vallen.

Vergelijk het met zwaartekracht: een blokje van 3 kg dat bovenop de kast van 2 m hoog ligt heeft een potentiŽle energie van Epot=mgh = 3 x 9,81 x 2 = 59 J
Valt het op je tenen, dan wordt h kleiner, 0,05 m bijvoorbeeld, en is de potentiŽle energie afgenomen tot 1,5 J . Energie gaat nooit verloren. In dit geval gaat die energie zitten in vervorming van je tenen.

Bij een elektron dat terugvalt van een hogere baan naar een lagere baan komt ook potentiŽle energie vrij. De kunst is nou om halfgeleidermaterialen te vinden waarbij die energie per terugvallend elektron precies de hoeveelheid energie is om een foton met de frequentie van zichtbaar licht te veroorzaken.

Dat is dan ook voor zover ik weet de reden dat jaren terug alle LEDjes rood waren. Er waren gewoon nog geen halfgeleidermaterialen bekend met gaten waaruit de energie voor een andere kleur foton kon vrijkomen.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#10

Ruben Kwast

    Ruben Kwast


  • >250 berichten
  • 824 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 16:30

Dat snap ik, maar hoe werkt dat als het van dat N-type naar het P-type gaat? Op de site stond een plaatje waarbij de + en - deeltjes samensmolten of zoiets.
Everything that can go wrong, will eventually go wrong

#11

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 25 november 2006 - 16:39

er smelt niks, dus link dat plaatje dat je bedoelt eens?
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#12

Ruben Kwast

    Ruben Kwast


  • >250 berichten
  • 824 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 16:46

klik
Eerste plaatje als je naar beneden klikt. Het is een java file dus kon hem niet direct linken. Als iemand me dit uit kan leggen, graag...
Everything that can go wrong, will eventually go wrong

#13

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 25 november 2006 - 17:22

ah.

Elektronen gaan onder invloed van een potentiaalverschil door het materiaal heen stromen. Dat zijn de minnetjes en dat kan iedereen met een beetje gevoel voor elektra zich wel voorstellen tegen de tijd dat 'ie een presentatie over LED's moet gaan doen. De plusjes die je ziet zijn echter geen positieve deeltjes, maar een gebrek aan negatieve deeltjes. 8) er zit als het ware een gat waar eigenlijk een elektron zou moeten zitten om het kristalrooster weer perfect te maken. Vandaar de term gat. (hole)

Een deel van de atomen in een P-rooster heeft als het ware een pootje minder dan ze nodig hebben om alle buuratomen vast te pakken (het rode boriumatoom in het plaatje). Zo'n buurman heeft zijn pootjes daardoor ook niet vol. Wil de buurman dat losse pootje vastpakken, dan zal hij een ander atoom moeten loslaten, en dan heeft dŠt atoom ineens een pootje over. Het is dus niet een deeltje dat je al reizende kunt aanwijzen, het is net werkverschaffen, er is een kuil, en die vul je met grond die je een eindje verderop weggraaft, verrek, nou is daar weer een kuil, die ga je weer opvullen met grond weer ergens anders vandaan, verrek, etc. Letterlijk een geval van het spreekwoordelijke ene gat vullen met het andere. Zo kan dat positieve "gat" door het materiaal heenreizen. En iedere keer dat er een elektron zo'n gat opvult komt er een pakketje energie vrij.

http://www.corrosion...lar/silicon.htm
Geplaatste afbeelding

Kun je zien als een soort zwartepietenspel. Jij zit met de zwartepiet en zult er alles aan doen om die zwartepiet aan je buurman door te spelen. En dat gaat makkelijker van plus naar min dan andersom. Op een berghelling kun je dat gatenvulspelletje ook makkelijker doen door een nieuw gat hogerop te graven.

Die gaten reizen steeds naar de grenslaag met het N-materiaal, en zullen daar steeds opgevuld worden met elektronen uit het N-materiaal. En dat begreep jij waarschijnlijk als samensmelten. Een hoop grond smelt samen met een gat, en je hebt noch gat, noch hoop over. Niks meer dus. Alles is weg. [rr] :)
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#14

Ruben Kwast

    Ruben Kwast


  • >250 berichten
  • 824 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2006 - 18:13

Ook dit verhaal heb ik begrepen. Ik wist al dat elektronen van negatief naar positief gaan en 'gaten' van positief naar negatief. Gaten hebben immers elektronen 'te weinig' en willen er dus elektronen bij. Elektronen zijn altijd negatief, dus vandaar. Bedankt voor de uitleg, nu weet ik zeker dat ik dŠt snap.

Maar wat ik nog niet weet is hoe ik me voor moet stellen dat een P-deeltje en een N-deeltje botsen en dat het elektron van het N-deeltje een lagere baan opzoekt bij de neutron van het P-deeltje. Als dat al Łberhaubt is wat er gebeurd.
Everything that can go wrong, will eventually go wrong

#15

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 25 november 2006 - 21:12

Dat is niet Łberhaupt wat er gebeurt. Neutronen hebben er al helemaal niets mee te maken.

Punt ťťn: Er zijn gťťn P-DEELTJES. Van die halve gedachte moet je ťťrst definitief af.

P-materiaal bevat atomen die niet netjes in het rooster passen waardoor er een tekort is aan valentie-elektronen om rondom alle gewenste valentiebindingen in het rooster af te maken. Kijk maar naar dat siliciumatoom naast het boriumatoom, alle siliciumatomen hebben 4 bindingen met de buren, maar hij niet [rr]

Maar er is gťťn tastbaar gat in de tuin, er bestaat niet zoiets als een tastbaar gat. (behalve bij die mol van Winnie de Pooh) Een gat is niks behalve een gebrek aan grond. Een gat in P-halfgeleidermateriaal is niks als een gewenste covalente binding waarvoor een elektron tekort is. Een covalente binding die voor de helft uit niks bestaat. Er is op dat plekje NIETS, en er zou liefst IETS moeten komen.

Atoommodel
In een atoomkern zitten positief geladen protonen. In een simpel Bohr-model vliegen er elektronen in cirkelvormige banen rondom een atoomkern. Die zijn negatief geladen. Het atoom is gelukkig, het heeft evenveel protonen als elektronen, het is elektrisch neutraal.

Die elektronen vliegen niet zomaar rond, maar in schillen rondom die kern. In elke schil passen maar een bepaald aantal elektronen. Is de schil het dichtst bij de kern vol (en daar passen er maar twee in) dan zal een volgend elektron een plekje hogerop moeten zoeken, in de tweede schil. Die tweede schil heeft al plaats voor 8 elektronen, onderverdeeld in twee subschillen van respectievelijk 2 en 6 elektronen. Hoe groter het atoom, hoe meer protonen in de kern, hoe meer elektronen nodig zijn om als atoom neutraal te blijven, hoe verder weg van de kern er weer volgende schillen gevuld moeten gaan worden.

In elke schil respectievelijk subschil passen er een bepaald aantal elektronen.
Om redenen die te ver voeren voor een topicje streven atomen er naar om buitenste (sub)schillen vůl te hebben.

Zit er maar ťťn elektron in zo'n buitenste subschil waar er bijvoorbeeld 6 in passen, dan zou zo'n atoom er graag 5 te leen krijgen, ůf, wat in zo'n geval makkelijker is, er ťťn uitlenen :) De onderliggende schil wordt dan de buitenste, en die is wťl vol.

Atomen spelen dat uitlenen en bijlenen klaar door bindingen aan te gaan met andere atomen. Twee waterstofatomen met elk een elektron teveel voor een volle buitenschil gaan die uitlenen aan een zuurstofatoom dat in zijn buitenste schil 4 elektronen heeft zitten, en die buitenste zuurstofschil heeft er zo twee te kort voor een volle schil. Ze reageren met elkaar en vormen H2O. Everybody happy. In het molecuul is er elektrisch evenwicht (evenveel protonen als elektronen) de te lege respectievelijk te volle schillen zijn gevuld met gedeelde elektronen. Gedeelde smart is halve smart.
Elke schil heeft zo zijn eigen energieniveau (vergelijk het weer met dat potentiŽle energieverhaal van de zwaartekracht). Des te verder een elektron van de kern vandaan zit, des te groter zijn potentiŽle energie

Maak je nou een kristal met alleen silicium, dan kunnen die netjes van elkaar de 4 elektronen lenen die ze nodig hebben om die buitenste schil vol te krijgen.
Maar het kristal is vervuild. In het plaatje zie je meerdere atomen in dat rooster die niet zo happy zijn. Dat fosforatoom (de P van Phosphorus, niet van Positief) wil graag 5 elektronen uitlenen, maar vindt maar 4 buren in dat rooster om een elektron mee te delen. Er is een elektron teveel. Fosfor-verontreinigd silicium heeft dus elektronen beschikbaar die maar hťťl losjes gebonden zitten. Dat is dan een N(egatief) gedopete halfgeleider. Andersom ontbreekt er een elektron om een valentiebinding tussen silicium en borium voor elkaar te krijgen, dit is dan ook materiaal dat er nog elektronen bijzoekt, P(ositief) halfgeleidermateriaal. Het plaatje geeft dus de plek weer waar het N en P materiaal tegen elkaar aan zitten, de grenslaag.

Dat nodige elektron kan er wel eens komen omdat en ander silicium-atoom een valentiebinding verbreekt en dat elektron daarvoor afstaat, maar ja, dan zit dŠŠr weer een gat. Het geheel is dus geen statische situatie, die zwarte pieten gaan zwerven door het materiaal.

Dat elektron dat rondzwerft door dat materiaal zweeft bij wijze van spreke heel hoog boven de atoomkernen, en als het in de buurt van zo'n gat terechtkomt wordt er stevig aan getrokken. Het elektron valt in het gat en komt daarmee netjes in een lagere baan en daarmee op een lager energieniveau terecht. De potentiŽle energie die het had omdat het zover van een atoomkern vandaan was heeft het niet meer, die komt al vallende vrij in de vorm van een foton.

Nou zit dat het boriumatoom weer niet zo lekker, want dat is nou ineens negatief geladen. Dat komt goed uit, want aan de linkerkant staat de pluspool van een spanningsbron elektronen uit dat P materiaal te zuigen. Daar ontstaan dus "gaten" bindingen flippen om, het gat komt een atoompje naar rechts te zitten, bindingen flippen om, dat verhuist weer verder, etc, totdat ons voormalige gat nabij die grenslaag weer terug een gat is en de zaak weer in evenwicht is. Dan kan er weer een elektron uit de N-halfgeleider in het gat donderen, een foton komt weer vrij, enzovoort, met miljoenen tegelijk. Aan de rechtse kant worden er intussen door de spanningsbron vrolijk elektronen bijgeduwd om de zaak aan de gang te houden. De cirkel (stroomkring) is rond.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures