Cómo funciona un LED

2023 Autor: Darleen Leonard | [email protected]. Última modificación: 2023-09-25 22:41

Un diodo es un tipo especial de semiconductor que tiene muchos usos. Sin embargo, uno de los usos principales es controlar la dirección del flujo de electricidad. El tipo más común de diodo hace esto usando algo llamado "uniones p-n". Esta es solo una forma elegante de decir "magia". 😉

Realmente, sin embargo, en términos simples, piense en un Dr. Pepper puede dividirse en el medio. En una mitad, ha fabricado un material semiconductor al que ha agregado impurezas para que contenga portadores con carga negativa; Básicamente una abundancia de electrones. Entonces llamamos a este lado un "semiconductor de tipo n". En la otra mitad, ha hecho lo mismo, excepto que ha introducido impurezas que contienen portadores con carga positiva; Básicamente piensa en ello como un montón de agujeros que necesitan ser llenados por electrones. Llamamos a este lado un "semiconductor tipo p".

Entonces tenemos en un lado un semiconductor de tipo n y en el otro lado un semiconductor de tipo p. El límite entre estos dos se llama la "unión p-n". Aquí es donde sucede toda la magia. Resulta que la corriente convencional viajará de un lado a otro, pero no le gusta ir en la dirección opuesta. Así que puedes usar esto para asegurarte de que la electricidad solo fluye en la dirección que deseas en tu circuito (entre muchas otras cosas; los diodos son muy útiles en una variedad de formas y varios diodos especializados pueden hacer otras cosas interesantes, en lo que no voy a entrar en este artículo, pero probablemente volveré a visitarlo en algún momento. En general, estas uniones pn están en el corazón de casi todos los dispositivos electrónicos semiconductores).

Entonces, ¿cómo se modifican estos diodos para producir luz? Bueno, resulta que realmente no necesitan ser modificados en absoluto para producir una forma de radiación de luz. Sin embargo, los diodos estándar tienden a estar hechos de materiales que absorben la mayor parte de la radiación de luz emitida y, lo que es más importante, tienden a no emitir la luz en forma visible para humanos de todos modos.

Lo que está sucediendo aquí es que, a medida que la electricidad salta a través de la unión p-n, los electrones del lado “tipo n” “rellenan agujeros” en el lado “tipo p”. Durante este proceso, los electrones terminan cambiando su estado. Durante este cambio de estado, se emite un fotón. Más específicamente, lo que está sucediendo es que, a medida que los electrones se mueven alrededor de la órbita de un núcleo de un átomo, los electrones con diferentes órbitas tienen diferentes cantidades de energía. Los electrones con órbitas más alejadas del núcleo tienen mayor energía y los más cercanos tienen menos energía.

Si la frecuencia termina estando en el espectro visible humano (el rango que pueden ver tus ojos), entonces verás que el LED emite la luz. Si no, como cuando se emite en el espectro infrarrojo, entonces no lo verá. Pero aún puede ser útil, por ejemplo, permitiéndole cambiar el canal en su TV (los LED infrarrojos se usan normalmente en el control remoto de su TV entre muchos otros lugares). Cuando presiona un botón en su control remoto, no ve la luz, pero el receptor en su televisor puede verlo y puede interpretar lo que está viendo desde el LED infrarrojo.

En los LED, la luz que termina de crearse depende del material que se esté utilizando y de la corriente que se ejecuta a través de él. La luz en un diodo estándar tiene los átomos dispuestos de modo que la caída de energía en el electrón es muy corta y, por lo tanto, la frecuencia de luz emitida no es visible para nuestros ojos, sino que está en el infrarrojo. En pocas palabras, los LED en los que se puede ver la luz están hechos de materiales semiconductores que crean una caída mayor en la órbita del electrón para que la frecuencia del paquete de fotones salga en el espectro visual humano. Incluso pueden diseñarse de modo que la cantidad de electricidad que fluye a través de ellos realmente cambie la caída y así pueda tener un LED multicolor.

Datos de bonificación:

• Los diodos fueron los primeros dispositivos electrónicos semiconductores.
• El descubrimiento de la unión p-n se atribuye al físico estadounidense Russell Ohl de los Laboratorios Bell.
• Estas “uniones p-n” no son solo el núcleo de los diodos, sino que también son los componentes básicos de casi todos los dispositivos electrónicos semiconductores, como transistores, células solares, circuitos integrados, etc.
• El proceso de agregar impurezas a un semiconductor se llama "dopaje".
• Los LED son mucho más eficientes que las bombillas incandescentes "normales" debido a que casi no emiten calor; por lo tanto, un porcentaje mucho mayor de la electricidad utilizada se destina a generar luz, en lugar de bombillas incandescentes, donde un buen porcentaje de ellas acaba generando calor.
• Este fenómeno de la luz que se emite como resultado de la corriente que pasa a través de un dispositivo se llama "electroluminiscencia". Esto es distinto de cosas tales como las emisiones de luz debido al calor, que se llama incandescencia; o la luz a través de alguna reacción química, que se llama quimioluminiscencia; entre otros.
• La electroluminiscencia fue descubierta por la británica H.J. Round of Marconi Labs en 1907.