Warum leuchtet eine LED und eine Gleichrichterdiode leuchtet nicht?

Der Unterschied im Verhalten einer Leuchtdiode (LED) und einer Gleichrichterdiode in Bezug auf das Leuchten wird auf ihre unterschiedlichen Strukturen, Materialien und Funktionsprinzipien zurückgeführt. Beide Dioden erfüllen in elektronischen Schaltkreisen unterschiedliche Zwecke und führen zu unterschiedlichen Reaktionen, wenn sie elektrischer Spannung ausgesetzt werden. Lassen Sie uns die Schlüsselfaktoren untersuchen, die dazu beitragen, dass eine LED leuchtet, während eine Gleichrichterdiode nicht leuchtet:

1. LED-Struktur und Funktionsweise:

  • Lichtemissionsmechanismus: LEDs sind so konzipiert, dass sie Licht emittieren, wenn sie in Vorwärtsrichtung betrieben werden. Die Lichtemission ist ein Ergebnis der Rekombination von Ladungsträgern innerhalb des Halbleitermaterials.
  • Halbleitermaterial: LEDs werden typischerweise aus Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid oder Galliumphosphid hergestellt. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei.
  • Bandlücke: Die spezifische Energiedifferenz (Bandlücke) im Halbleitermaterial bestimmt die Farbe des von der LED emittierten Lichts.

2. Struktur und Funktionsweise der Gleichrichterdiode:

  • Gleichrichterfunktion: Gleichrichterdioden werden hauptsächlich zur Gleichrichtung von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) verwendet. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Stromfluss nur in eine Richtung zu ermöglichen.
  • Halbleitermaterial: Gleichrichterdioden bestehen ebenfalls aus Halbleitermaterialien, sind jedoch nicht dafür ausgelegt, im Normalbetrieb Licht zu emittieren.
  • Kein Lichtemissionsmechanismus: Im Gegensatz zu LEDs verfügen Gleichrichterdioden nicht über einen Mechanismus zur Lichtemission. Der Schwerpunkt bei Gleichrichterdioden liegt auf der Steuerung des elektrischen Stromflusses, ohne Licht zu erzeugen.

3. Durchlassspannung und Leitung:

  • Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung: Sowohl LEDs als auch Gleichrichterdioden weisen einen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung auf, wenn sie in Vorwärtsrichtung betrieben werden. Allerdings ist die für die Leitung erforderliche Durchlassspannung in einer LED typischerweise höher als die in einer Gleichrichterdiode.
  • Spannungsschwelle für Emission: Die höhere Durchlassspannung in LEDs ist wichtig für die Überwindung der Bandlücke und die Einleitung der Rekombination von Ladungsträgern, die zur Lichtemission führt.

4. Lichtemissionsschwelle:

  • Spannungsschwelle für die Lichtemission: LEDs haben eine bestimmte Spannungsschwelle (Einschaltspannung), ab der sie beginnen, Licht zu emittieren. Unterhalb dieser Schwelle bleibt eine LED nicht emittierend.
  • Gleichrichterdiodenleitung: Im Gegensatz dazu beginnt eine Gleichrichterdiode bei einer niedrigeren Durchlassspannung zu leiten, zeigt jedoch keine Lichtemission.

5. Farbe und Wellenlänge:

  • Farbeigenschaften: Die Farbe des von einer LED emittierten Lichts wird durch die verwendeten Materialien und die Bandlücke bestimmt. Unterschiedliche Materialien erzeugen unterschiedliche Farben.
  • Monochromatische Emission: LEDs emittieren monochromatisches (einfarbiges) Licht basierend auf den Eigenschaften des Halbleitermaterials. Gleichrichterdioden weisen keine solche farbabhängige Emission auf.

6. Reverse Bias und Aufschlüsselung:

  • Betrieb mit umgekehrter Vorspannung: Sowohl LEDs als auch Gleichrichterdioden können mit umgekehrter Vorspannung betrieben werden und so den Stromfluss blockieren.
  • Durchbruchspannung: Im Sperrbereich haben beide Dioden eine Durchbruchspannung. Allerdings sind LEDs nicht für den Durchbruchbetrieb ausgelegt und können beschädigt werden, wenn sie Rückwärtsspannungen ausgesetzt werden, die ihre Durchbruchgrenzen überschreiten.

7. Abschluss:

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der grundlegende Unterschied zwischen dem Leuchtverhalten einer LED und einer Gleichrichterdiode in ihrem Design und den beabsichtigten Anwendungen liegt. LEDs sind speziell für die Lichtemission bei Vorwärtsspannung konzipiert und verwenden Halbleitermaterialien mit einer bestimmten Bandlücke. Gleichrichterdioden hingegen konzentrieren sich auf die Gleichrichtung von Strom ohne Lichtemission und ihr Design legt Wert auf eine niedrige Durchlassspannung für eine effiziente Gleichrichtung. Das Verständnis dieser Unterschiede hilft zu erklären, warum unter typischen Betriebsbedingungen eine LED leuchtet, während eine Gleichrichterdiode nicht leuchtet.

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