Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
3 Mục đích nghiên cứu đề tài

3 Mục đích nghiên cứu đề tài

Tải bản đầy đủ - 0trang

Chương 2

TỔNG QUAN



2.1 Một số linh kiện được sử dụng trong đề tài

2.1.1 LED đơn

 Sơ đồ cấu tạo

LED đơn có cấu tạo gồm một Điốt phát quang là một linh kiện bán dẫn thuộc

nhóm điện - quang (biến đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng), hoạt động dựa

trên hiện tượng tái hợp bức xạ tức là hiện tượng giải phóng ra các photon, khi có tái hợp

trực tiếp giữa điện tử và lỗ trống .

Về mặt cấu tạo, điốt phát quang (LED) gồm một chuyển tiếp P-N chế tạo bằng chất

bán dẫn có giản đồ vùng năng lượng thích hợp, ví dụ GaAs. Ở loại bán dẫn này điểm thấp

nhất của đáy vùng dẫn điện và điểm cao nhất của vùng hóa trị tương ứng với cùng xung

năng lượng p của điện tử . vì vậy khi một điện tử ở trạng thái kích thích từ vùng dẫn điện

nhảy trở về tái hợp với một lỗ trống trong vùng hóa trị, q trình tái hợp này theo cơ chế

di chuyển thẳng (thay đổi năng lượng giữ nguyên xung lượng) và bức xạ ánh sáng (hiện

tượng tái hợp bức xạ). Còn vật liệu bán dẫn khác như Ge, Si, cấu trúc vùng năng lượng

không như trường hợp trên: điểm thấp nhất của đáy vùng dẫn điện và đỉnh cao nhất của

vùng hóa trị tương ứng với các giá trị xung lượng khác nhau .

Vì vậy quá trình tái hợp giữa điện tử và lỗ trống chỉ diễn ra theo cơ chế di chuyển

xiên (thay đổi năng lượng sẽ kèm theo với sự thay đổi xung lượng). Loại tái hợp này

không bức xạ ra ánh sáng (photon) mà chỉ truyền năng lượng cho dao động của mạng

tinh thể (phonon).



3



a) GaAs



b) Si



Hình 2.1: Giản đồ vùng năng lượng vẽ theo hàm xung lượng p

Để có hiện tượng tái hợp bức xạ mạnh phải làm cho chất bán dẫn ở trạng thái kích

thích, có nồng độ điện tử thấp hơn trong vùng dẫn điện cũng như nồng độ lỗ trống cao

hơn trong vùng hóa trị. Điều này đạt được bằng cách dùng một chuyển tiếp P-N suy biến

(chuyển tiếp của hai bán dẫn có nồng độ tạp rất cao: P++, N++) phân cực thuận. Trong

trạng thái đó sẽ có hiện tượng phun hạt dẫn ở mức độ cao (lỗ trống từ P++ phun sang N+

+, điện tử từ N++ phun sang P++) và kèm theo đó là hiện tượng tái hợp bức xạ làm phát

ra ánh sáng.



Hình 2.2: Cấu tạo và ký hiệu của LED đơn.

4



 Nguyên lý hoạt động:

Để đặc trưng cho hoạt động của LED, người ta dùng các tham số :

- Hiệu suất lượng tử trong:

Hiệu suất lượng tử trong xác định tỷ số giữa số lượng photon bức xạ và tổng số

lượng hạt dẫn vượt qua hàng rào thế của chuyển tiếp P-N .

- Hiệu suất lượng tử ngoài:

Hiệu suất lượng tử ngoài xác định tỷ số giữa số lượng photon phát ra bên ngồi

(khơng bị phản xạ qua các mặt ranh giới) và tổng số lượng hạt dẫn vượt qua hàng rào thế

của chuyển tiếp P-N.

Hiệu suất lượng tử phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn, cơng nghệ chế tạo cũng như

hình dáng của LED. Ngồi ra nó còn phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường: nhiệt độ môi

trường tăng hiệu suất lượng tử giảm .

- Đặc tuyến phổ:

Tùy vào vật liệu chế tạo mà ánh sáng phát ra có tầng số khác nhau. Các LED được

chế tạo từ GaAs (để mắt thường nhìn thấy được, người ta cho ánh sáng hồng ngoại đó đập

vào chất phản quang). Các LED được chế tạo từ GaAs pha phosphore (GaAsP) phát ánh

sáng trông thấy (màu đỏ hoặc màu vàng). Còn LED chế tạo từ GaP cho ánh sáng màu

vàng hoặc xanh.



Hình 2.3: Đặc tuyến phổ của LED đơn

5



- Thời gian tác dụng

Thời gian tác dụng là quảng thời gian kể từ khi có xung điện áp đặt vào LED cho

đến khi xuất hiện các bức xạ ánh sáng. Đối với phần lớn các điốt phát quang, thời gian

này rất bé, khoảng 1ns.

Điện áp thuận đặt vào LED thường khoảng 1v ÷ 2v tương ứng với dòng điện thuận

khoảng vài chục mA. Trong phạm vi dòng điện nhỏ, cường độ ánh sáng phát ra gần như

tăng tuyến tính với trị số của dòng điện thuận. Nhưng khi làm việc với dòng điện quá lớn

nhiệt tỏa ra lớn làm hiệu suất lượng tử giảm. Về phía ngược, các LED có điện thế ngược

cực đại cho phép nhỏ hơn nhiều so với điốt silic, thơng thường khoảng chỉ 3V ÷ 5V.

 Phân loại LED đơn

Có nhiều cách phân loại LED đơn như, có thể dựa vào những đặc điểm bên trong

cũng như bên ngồi để phân loại. Có thể phân loại như sau:

- Dựa vào màu sắc

Màu sắc ánh sáng mà LED phát ra, có rất nhiều loại nhưng chủ yếu là những màu

như: màu đỏ, màu xanh, màu vàng…

- Dựa vào hình dáng bên ngồi

Có hai loại chính là LED tròn và LED vng. LED tròn (LED vng) cũng có thể

chia thành nhiều loại với kích thướt lớn nhỏ khác nhau.

- Dựa vào đặc tính chiếu sáng

Chia làm 2 loại chính là OUTDOOR (LED dùng chiếu sáng trong nhà) và INDOOR

(LED dùng chiếu sáng ngoài trời).

 Chức năng của LED đơn

Với những đặc tính kỹ thuật như đã tìm hiểu ở phần trước, LED đơn có nhiều chức

năng như sau:

- Dùng làm các bảng quang báo.

- Dùng làm đèn báo tín hiệu (trong các mạch nguồn, đèn giao thơng).

6



- Với nhiều màu sắc nên LED cũng được dùng để tạo ra những loại ánh sáng để trang

trí.

- LED còn được ứng dụng để làm những màn hình hiển thị.

- Dùng làm các loại cảm biến quang.

 Thông số kỹ thuật

Bảng 2.1: Một số thông số kỹ thuật của LED đơn



7



Một số hình ảnh về LED và sản phẩm của LED đơn trong thực tế.



Hình 2.4: Các LED đơn thường gặp

2.1.2 LED 7 đoạn

 Sơ đồ cấu tạo

Một con LED 7 đoạn được cấu thành từ 7 thanh LED đơn. Liên kết với nhau theo

1 thứ tự nhất định để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9 và các kí tự A, B, C, D, E, F. Ngồi ra,

nó còn thêm 1 LED đơn dùng để hiển thị dấu chấm thể hiện số thập phân.



Hình 2.5: Sơ đồ LED 7 đoạn

 Nguyên lý hoạt động

LED 7 đoạn dùng để hiển thị chữ số và chữ cái. Tùy theo từng loại LED 7 đoạn

khác nhau mà chúng có nguyên lý hoạt đơng khác nhau. Nhưng chúng có điểm chung đó

là sự hiển thị của chúng tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển đưa vào các chân A, B, C, D, E,

F, G.



8



Ở đây ta sẽ xét nguyên lý hoạt động của loại LED 7 đoạn có common cathode (cực

âm chung). Nghĩa là, khi tín hiệu điều khiển là mức 1 thì đoạn LED tương ứng sẽ sáng và

ngược lại.

Dưới đây là bảng tín hiệu điều khiển gởi vào LED 7 đoạn khi muốn hiển thị chữ

số hay chữ cái (không dấu).

Bảng 2.2: Bảng mã tín hiệu điều khiển của LED mã đoạn



A



B



C



D



E



F



G



Chữ (số) hiển thị

Tín hiệu điều khiển

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E





Hex



1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1



1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

0



1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0



1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

1

1



1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1



1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1



0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1



3F

06

5B

4F

66

6D

7D

07

7F

6F

77

7C

39

5E

79



 Phân loại LED 7 đoạn

Có nhiều cách phân loại LED 7 đoạn. Như dựa vào: hình dạng, màu sắc, mức độ

phát sáng, cách ghép nối. Nhưng chủ yếu để phân biệt LED 7 đoạn người ta dựa vào cách

ghép nối.

9



Dựa vào cách ghép nối người ta chia LED 7 đoạn thành 2 loại:

- LED 7 đoạn cực dương chung (Commom anode): cực dương của các đoạn LED sẽ

được nối chung với nhau, còn cực âm sẽ được đưa ra ngồi các chân riêng.

- LED 7 đoạn cực dương chung (Commom cathode): cực âm của các đoạn LED sẽ

được nối chung với nhau, còn cực dương sẽ được đưa ra ngồi các chân riêng.



(a)



(b)



Hình 2.6: Sơ đồ LED 7 đoạn Anot chung (a) và Catot chung (b)

 Chức năng LED 7 đoạn

Với cấu tạo từ những đoạn LED đơn như đã trình bày, LED 7 đoạn có rất nhiều

chức năng như là: thể hiện các con số: ứng dụng trong đồng hồ số, bảng tỷ giá.

 Thông số kỹ thuật của LED 7 đoạn



Bảng 2.3: Bảng thông số kỹ thuật của LED 7 đoạn



10



Hình 2.7: LED 7 đoạn

2.1.3 LED ma trận

 Sơ đồ cấu tạo

Ma trận LED bao gồm nhiều LED đơn bố trí thành hàng và cột trong một vỏ. Các

tín hiệu điều khiển cột được nối với Anode của tất cả các LED trên cùng một cột. Các tín

hiệu điểu khiển hàng cũng được nối với Cathode của tất cả các LED trên cùng một hàng.

Hoặc ngược lại các tín hiệu điều khiển cột được nối với Cathode của tất cả các LED trên

cùng một cột. Các tín hiệu điểu khiển hàng cũng được nối với Anode của tất cả các led

trên cùng một hàng.



11



Hình 2.8: LED ma trận 8x8 hàng Anode – cột Cathode

 Nguyên lý hoạt động của LED ma trận

Khi có một tín hiệu điều khiển ở cột và hàng, các chân Anode của các LED trên cột

tương ứng được cấp điện áp mức 1, đồng thời các chân Cathode của các led trên hàng

tương ứng được được cấp điện áp thấp. Tuy nhiên lúc đó chỉ có một LED sáng, vì nó có

đồng thời điện thế cao trên Anode và điện thế thấp trên Cathode. Như vậy khi có một tín

hiệu điều khiển hàng và cột, thì tại một thời điểm chỉ có duy nhất một led tại chỗ gặp

nhau của hàng và cột là sáng. Các bảng quang báo với số lượng LED lớn hơn cũng được

kết nối theo cấu trúc như vậy.

Trong trường hợp ta muốn cho sáng đồng thời một số led rời rạc trên ma trận, để

hiện thị một kí tự nào đó, nếu trong hiển thị tĩnh ta phải cấp áp cao cho Anode và áp thấp

cho Cathode, cho các led tương ứng mà ta muốn sáng. Nhưng khi đó một số led ta khơng

mong muốn cũng sẽ sáng, miễn là nó nằm tại vị trí gặp nhau của các cột và hàng mà ta

cấp nguồn. Vì vậy trong điều khiển LED ma trận ta không thể sử dụng phương pháp hiển

thị tĩnh mà phải sử dụng phương pháp quét (hiển thị động), có nghĩa là ta phải tiến hành

12



cấp tín hiệu điều khiển theo dạng xung quét trên các hàng và cột có LED cần hiển thị. Để

đảm cho mắt nhìn thấy các LED khơng bị nháy, thì tần số qt nhỏ nhất cho mỗi chu kì là

khoảng 20Hz (50ms).Trong lập trình điều khiển LED ma trận bằng vi xử lý ta cũng phải

sử dụng phương pháp quét như vậy.

 Phân loại LED ma trận

Cũng như LED đơn và LED 7 đoạn, LED ma trận cũng được phân loại dựa theo

nhiều đặc tính như: hình dáng, mức độ chiếu sáng, số lượng hàng-cột và số màu sắc.

Ở đây LED ma trận sẽ được phân loại theo số lượng hàng-cột. LED ma trận có

nhiều loại nhưng hai loại được sử dụng nhiều là:

- Loại 5x7 (7 cột và 5 hàng) có thể phát ra ánh sáng màu đỏ, màu đỏ và màu vàng.

- Loại 8x8 (8 hàng và 8 cột) cũng như loại 5x7 có thể phát sáng một màu, hai màu,

ba màu.



(a)



(b)



Hình 2.9: LED ma trận 8x8 một màu (a) và ba màu (b)

LED ba màu gồm màu xanh, đỏ, vàng. Mỗi điểm ảnh có 2 đèn LED màu đỏ và màu

xanh, màu vàng được tạo bởi trộn màu của đèn màu đỏ và đèn màu xanh cùng sáng.

 Chức năng LED ma trận



13



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

3 Mục đích nghiên cứu đề tài

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×