دیود انتشار دهنده نور

دیود‌ انتشار دهنده‌ نور یا LED (Light Emitting Diode) ، یکی از پرکاربردترین انواع دیودهایی هستند که امروزه در دسترس قرار دارند و به کرات در ساخت تلویزیون‌ها و نمایشگرهای رنگی به کار برده می‌شوند.

این دیودها را می‌توان به وفور در انواع و اقسام وسایل الکترونیکی که نور منتشر شده از آن گاهی بخش کوچکی از قسمت‌های مختلف طیف امواج مرئی الکترومغناطیسی را پوشش می‌دهد یا امواج فروسرخ از دیود ساطع می‌شود که در ساخت کنترل از راه دور‌ها یا لیزرها کاربرد دارد.

دیود انشاردهنده‌ی نور یا LED تنها یکی از انواع متعدد دیودهاست که تمام‌شان شباهت‌های زیادی به دیودهای پیوند PN دارند. در واقع LED‌ها مانند دیودهای پیوندی معمولی در بایاس مستقیم (Forward Bias) جریان را از خود عبور می‌دهند اما در بایاس معکوس جلوی عبور جریان را می‌گیرد.

LED‌ها از یک لایه‌ی فوق‌العاده نازک نیمه رسانایی که در آن فرآیند دوپینگ به وقوع پیوسته تشکیل شده‌اند و بسته به نوع نیمه‌رسانا و میزان دوپینگ، هنگامی که LED بایاس مستقیم  می‌شود، نوری رنگی با طول موج مخصوص از آن انتشار می‌یابد.

هنگامی که یک دیود بایاس مستقیم می‌شود، الکترون‌هایی که در لایه ظرفیت نیمه‌رسانای نوع N قرار دارند به سمت حفره‌هایی حرکت می‌کنند که در لایه‌ی ظرفیت نیمه‌رسانای نوع P وجود دارد و حرکت الکترون‌ها انرژی کافی برای ساخت فوتون‌ها را تامین می‌کند که از آنها یک نور تک رنگ ساطع می‌شود و به دلیل اینکه ضخامت ناحیه تهی کاهش می‌یابد فوتون‌ها می‌توانند از پیوند دیودی عبور کنند و خروجی به صورت نور درمی‌آید.

بنا به تعریف‌هایی که در بالا ارائه شد می‌توانیم بگوییم LED‌ها المان های نیمه‌رسانایی هستند که در حالت بایاس مستقیم، انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می‌کنند. فرآیند ساخت LED‌ها با ساخت دیودهای معمولی تفاوت چشمگیری دارد.

پیوند PN در یک LED توسط یک ماده‌ی شفاف و پلاستیک مانند به نام اپوکسی رزین (Epoxy resin) پوشانده شده و در یک محافظ به شکل نیم‌کره قرار گرفته. این محافظ LED را از لرزش و شوک محافظت می‌کند.

جالب است بدانید ، محل پیوند دو نیمه رسانا درLED قادر به انتشار نور کافی نمی باشد بنابراین ماده اپوکسی رزین اطراف دو نیمه رسانا را دربر می گیرد تا نور منتشر شده از پیوند LED به سمت پایین و پایه های دیود حرکت نکند و در عوض به سمت بالا و قسمت گنبدی شکل دیود تغییر جهت دهد که این قسمت به نوبه خود مانند یک عدسی عمل می کند و باعث می شود نور در یک نقطه خاص متمرکز شود در واقع به همین دلیل است که نور منتشرشده از پیوند در قسمت بالای LED شدت بیشتری دارد .

گروهی دیگر از دیودهایی که در این جا ذکر نشده اند شامل فتودیودها، پین دیودها، دیودهای تونلی و دیودهای شاتکی می باشند همچنین اگر تعدادی نیمه رسانای PوN به دو پیوند اصلی دیود افزوده شود المان های نیمه رسانای دیگری به وجود خواهد آمد.

به هر حال باید بدانید که تمام LED‌ها دارای محافظ گنبدی شکل نیستند بلکه برخی از آنها حالت مستطیلی یا سیلندری دارند که گاهی اوقات به شکل یک فلش نیز دیده می‌شوند. عموماً تمام LED‌ها دارای دو پایه هستند که از زیر محافظ بیرون زده است.

همچنین تقریباً کاتد (Cathode lead پایه منفی) تمام دیودهای امروزی با یک خط تیره روی بدنه مشخص شده یا اینکه پایه کاتد آنها کوتاه‌تر از پایه آند (Anode lead پایه مثبت) است.

LED‌ها برخلاف لامپ‌های رشته‌ای که گرمای زیادی را در هنگام روشن بودن تولید می‌کنند، گرمای چندانی را به اطراف ساطع نمی‌کنند و به همین دلیل به نور منتشر شده از آنها نور سرد گفته می‌شود. در ضمن بازده لامپ‌های LED فوق‌العاده بیشتر از لامپ‌های رشته‌ای است چون بیشتر امواج ساطع شده از لامپ‌های LED متعلق به طیف امواج مرئی الکترومغناطیسی است. از آن جایی که LED‌ها در زمره المان‌های حالت جامد قرار می‌گیرند، می‌توانند در ابعاد بسیار کوچک ساخته شوند و عمر بالایی داشته باشند.

رنگ LED ها

آیا می‌دانید که رنگ‌های LED‌ها چگونه تعیین می‌شود؟ برخلاف دیودهای معمولی که برای تشخیص جریان یا یکسوسازی آن به کار برده می‌شوند و عمدتاً از ژرمانیوم یا سیلیکون ساخته شده‌اند، LED‌ها از عناصر ترکیبی خاص مانند آرسنید گالیوم (GaAs)،  فسفید گالیوم (GaP)، فسفید آرسنید گالیوم (GaAsP)، کربید سیلیکون (SiC) یا نیترید ایندیوم گالیوم (GaInN) ساخته شده‌اند. این عناصر با نسبت‌های مختلف با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا رنگ‌های متفاوتی را به وجود آورند.

از آنجایی که هر LED نور تک رنگ و متفاوتی را منتشر می‌کند، انرژی و شدت این نورها با یکدیگر تفاوت دارد و عناصر نیمه‌هادی باید با دقت انتخاب شوند تا طول موج فوتون به درستی تعیین شود و نور دلخواه به دست بیاید.

جدول رنگ LED‌ها

بنابراین، رنگ اصلی دیودهای نوری توسط طول موج نوری که از آن ساطع می‌شود تعیین خواهد شد که این مشخصه نیز توسط ترکیب عناصر نیمه‌رسانایی که در ساخت پیوند PN به کار رفته مشخص می‌شود.

رنگ اصلی LED نباید با رنگ روکش آن اشتباه گرفته شود. در اکثر مواقع رنگ روکش برای واضح‌تر کردن رنگ نور LED در حالت روشن یا تشخیص رنگ LED در حالت خاموش استفاده می‌شود.

LED‌ها در رنگ‌های متنوع در دسترس هستند. با این وجود رنگ قرمز، زرد، کهربایی و سبز از دیگر رنگ‌ها بیشتر کاربرد دارد که به عنوان نشانگر یا در صفحات نمایش از آنها استفاده می‌شود.

اخیراً LED‌ها با رنگ‌های آبی و سفید نیز تولید شده‌اند اما قیمت آنها نسبت به رنگ‌های استاندارد (قرمز، زرد، کهربایی و سبز) بسیار بیشتر است چون هزینه ساخت بیشتری دارند. برای ساخت این گونه رنگ‌ها، دو یا چند رنگ باید به نسبت درست با یکدیگر ترکیب شوند. همچنین گاهی‌اوقات در طول فرآیند دوپینگ به ساختار کریستالی LED اتم‌های نیتروژن تزریق می‌شود تا رنگ موردنظر به دست بیاید.

همان‌طور که در جدول بالا می‌بینید، اگر در فرآیند دوپینگ نیمه‌رسانای P از عنصر گالیوم استفاده شده باشد (Ga: گالیوم دارای عدد اتمی ۳۱ است.) و اگر در فرآیند دوپینگ نوع N آرسنید به کار رفته باشد (As: با عدد اتمی ۳۳) ترکیب کریستالی آرسنید گالیوم (GaAs) به وجود خواهد آمد.

اما مشکلی که در استفاده از آرسنید گالوم به عنوان یک ترکیب نیمه‌رسانا وجود دارد این است که میزان زیادی موج فروسرخ با طول موج بین ۸۵۰ تا ۹۴۰ نانومتر تولید می‌کند.

البته این میزان امواج فروسرخ برای کنترل‌ از راه دور‌های تلویزیون مطلوب است اما اگر بخواهیم از آن به عنوان LED که نور را منتشر می‌کند استفاده کنیم خیلی کاربردی نخواهد بود. بنابراین با اضافه‌کردن عنصر فسفر (P با عدد اتمی ۱۵) طول موج را به زیر 680 نانومتر کاهش می‌دهیم تا نوری قرمز که برای چشم انسان قابل رویت است تولید شود. همچنین اگر تغییرات دیگری در فرآیند دوپینگ پیوند PN لحاظ شود رنگ‌های دیگری به دست خواهد آمد. حتی با ایجاد تغییرات مناسب می‌توان به امواج فرابنفش نیز دست یافت.

در ضمن اگر چند نوع رسانا با یکدیگر ترکیب شوند (این ترکیبات می‌توانند به صورت گاز یا فلز باشند) می‌توانند طیف امواج فوق‌العاده گسترده‌ای را به وجود بیاورند که در زیر به برخی از آنها اشاره شده است:

انواع LED ها

• ترکیب آرسنید گالیوم (GaAs): فروسرخ
• فسفید آرسنید گالیوم (GaAsP): فروسرخ، قرمز، نارنجی
• فسفید آرسنید گالیوم آلومینیوم (AlGaAsP): نور قرمز فوق‌العاده شدید، قرمز مایل به نارنجی، نارنجی و زرد
• فسفید گالیوم (GaP): قرمز، زرد، سبز
• فسفید گالیوم آلومینیوم (AlGaP): سبز
• نیترید گالیوم (GaN): سبز، سبز زمردی
• نیترید ایندیوم گالیوم (GaInN): امواج نزدیک به فرابنفش، آبی مایل به سبز و آبی
• کربید سیلیکون (SiC): آبی
• سلنید روی (ZnSe): آبی
• نیترید گالیوم آلومینیوم (AlGaN): فرابنفش

همانند دیودهای معمولی پیوند PN، LED‌ها المان هایی وابسته به جریان هستند که دارای افت ولتاژی (که ما در اینجا آن را VF1 می‌نامیم) در حالت بایاس مستقیم هستند. این افت ولتاژ به ترکیب نیمه‌رسانا و میزان جریان بایاس معکوس بستگی دارد. اکثر LED‌ها ولتاژ کاری بایاس مستقیمی بین 1/2 تا 3/6 ولت دارند که جریان بایاس مستقیم آنها می‌تواند از ۱۰ تا ۳۰ میلی‌آمپر یا ۱۲ تا ۲۰ میلی‌آمپر تغییر کند.

مشخصه‌های ولتاژ کاری و جریان بایاس مستقیم بسته به نوع نیمه‌رسانای به کار رفته دارد اما اگر قرار باشد در LED هدایت جریان صورت بگیرد و نور از آن ساطع شود به دو سر LED‌های قرمز باید ولتاژ معادل با 1/2 ولت اعمال شود که این مقدار برای LED‌های آبی به 3/6 ولت تغییر پیدا می‌کند.

میزان دقیق افت ولتاژ بسته به کارخانه‌ی سازنده‌ی دیود دارد چون ممکن است از عناصر مختلفی برای دوپینگ استفاده کرده باشند. افت ولتاژ ال ای دی در یک جریان خاص به عنوان مثال 20 میلی آمپر، به افت ولتاژ اولیه هدایت نیز خواهد داشت. از آن جایی که LED یک نوع دیود محسوب می‌شود، منحنی جریان بایاس مستقیم آن نسبت به مشخصه‌های ولتاژ را به راحتی می‌توان برای هر رنگ از LED‌ها ترسیم نمود.

نمودار مشخصه جریان- ولتاژ LED‌ها

شکل شماتیک دیودهای نوری به همراه منحنی مشخصه جریان ولتاژ رنگ‌های متفاوتی که موجود هستند را نشان می‌دهد.

پیش از آنکه یک دیود نوری بتواند از خود نور ساطع کند به این نیاز دارد که جریانی را از خود عبور دهد چرا که دیودهای نوری المان‌هایی وابسته به جریان هستند که شدت نورها با جریان بایاس مستقیمی که از آنها عبور می‌کند نسبت مستقیم دارد.

از آنجایی که LED‌ به صورت بایاس مستقیم نسبت به یک منبع تغذیه در مدار قرار می‌گیرد، بازه تحمل جریان آن محدود است بنابراین از گروهی مقاومت برای محافظت از دیود در برابر جریان فوق‌العاده شدید استفاده می‌شود. فراموش نکنید که هرگز نباید LED را به طور مستقیم به منبع تغذیه متصل کنید چرا که LED بر اثر شدت جریان عبوری بلافاصله خواهد سوخت.

براساس جدول بالا هر LED افت ولتاژ بایاس مستقیم مربوط به خودش را دارد. این افت فشار که در محل پیوند PN به وقوع می‌پیوندد و توسط نوع نیمه رسانای به کار رفته در LED تعیین می‌شود که البته به نوبه خود وابسته به میزان جریان بایاس مستقیم دارد که در اینجا آن را به طور استاندارد ۲۰ میلی‌آمپر در نظر می‌گیریم.

در اکثر مواقع LED‌ها به منبع تغذیه DC ولتاژ پایین متصل می‌شوند که در مدار از تعداد مقاومت (معمولاً با Rs نشان داده می‌شود) برای محدود کردن جریان بایاس مستقیم استفاده می‌شود که این جریان می‌تواند از ۵ میلی‌آمپر تا ۳۰ میلی‌آمپر بسته به روشنایی مورد نیاز تغییر پیدا می‌کند.

مقاومت سری با LED

میزان مقاومت در مدارهای سری Rs به راحتی توسط قانون اهم قابل محاسبه است. ما جریان بایاس مستقیم را If ، ولتاژ منبع تغذیه را Vs و افت ولتاژ LED را Vf در نظر می‌گیریم که در جریان مشخص مقدار مقاومت محدود کننده‌ی جریان به صورت زیر محاسبه می‌شود:

مدار سری LED همراه با مقاومت

دیودهای نوری - مثال شماره ۱

یک LED کهربایی با افت ولتاژ بایاس مستقیم ۲ ولت به یک منبع تغذیه ولتاژ پایدار ۵ ولت متصل شده که می‌خواهیم توسط مقاومت‌های محدود کننده‌ی جریان عبوری از دیود را مطابق مدار بالا به کمتر از ۱۰ میلی‌آمپر برسانیم. در این حالت مقدار مقاومت را محاسبه کنید. در ضمن جریان عبوری از دیود در حالتی که یک مقاومت ۱۰۰ اهمی با مدار سری شده را به دست بیاورید.

• مقاومت سری که برای رساندن جریان بایاس مستقیم به ۱۰ میلی‌آمپر نیاز است :

• محاسبه‌ی جریان عبوری با در نظر گرفتن مقاومت سری ۱۰۰ اهمی :

در مقاله‌ی مربوط به مقاومت‌ها عنوان شد که هر مقاومت مقادیر استانداردی دارد. در مسئله اول ما قصد داریم که جریان عبوری از مدار را دقیقاً به ۱۰ میلی‌آمپر برسانیم. بنابراین طبق محاسبات بالا باید از مقاومت ۳۰۰ اهمی استفاده کنیم اما براساس استانداردها هیچ مقاومت ۲۰۰ اهمی وجود ندارد و نزدیک‌ترین مقدار استاندارد ۳۳۰ اهم است که با قراردادن این مقاومت در مدار، جریان بایاس مستقیم به ۹/۱ میلی‌آمپر تنزل پیدا می‌کند که تا حد زیادی قابل قبول است.

متصل کردن LED‌ها به یکدیگر به صورت سری

می‌توانیم LED‌ها را به صورت سری با یکدیگر در مدار قرار دهیم تا بتوانیم از آن در نمایشگر‌ها استفاده کنیم. همانند مقاومت‌های سری، از LED‌هایی که به صورت سری به یکدیگر متصل می‌شوند جریان بایاس مستقیم یکسانی عبور می‌کند و به همین دلیل بهتر است LED‌های سری رنگ‌های یکسانی داشته باشند که متعاقباً شدت نورشان نیز یکسان باشد.

متصل کردن LED‌ها به صورت سری

اگرچه از LED‌هایی که به صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند جریان یکسانی عبور می‌کند، میزان افت ولتاژ در هرکدام از آنها باید به طور دقیق محاسبه شود تا بتوان مقدار مقاومت محدود کننده‌ی جریان (Rs) را به دست آورد. اگر فرض کنیم که سه عدد LED یکسان با افت ولتاژ 1/2 ولت به یکدیگر سری شده‌اند مجموع افت ولتاژ برابر با 3/6 خواهد بود.

اگر فرض کنیم که ولتاژ منبع تغذیه ۵ ولت و جریان بایاس مستقیم ۱۰ میلی‌آمپر باشد مقدار مقاومت Rs و میزان افت ولتاژ روی آن به صورت زیر محاسبه می‌شود:

گفتنی است براساس استاندارد E12 هیچ مقاومت ۱۴۰ اهمی وجود ندارد بنابراین ما باید از یک مقاومت ۱۵۰ اهمی در مدارمان استفاده کنیم.

مدارهای کنترل‌کننده‌ی LED

حال که مفاهیم ابتدایی LED را دریافتیم نیاز به مداری داریم که بتوانیم به وسیله‌ی آن LED را خاموش و روشن کنیم. مدارهای TTL و گیت‌های منطقی CMOS قادر هستند که در شرایط مختلف منبع تولید جریان یا مصرف‌کننده‌ی آن باشند بنابراین می‌توان از آنها به عنوان سوییچ استفاده کرد. در مدارهای مجتمع معمولی (ICs) معمولاً در حالت سینک یا کشنده جریان ۵۰ میلی‌آمپر جریان خروجی خواهند داشت اما در حالت منبع این جریان به ۳۰ میلی‌آمپر کاهش می‌یابد.

در هر صورت جریان عبوری از دیود باید توسط مقاومت محدودکننده کنترل شود تا به LED آسیبی وارد نشود. در زیر نمونه‌هایی که مدار کنترل‌کننده‌ یا درایور LED که در آنها از ICهای معکوس کننده استفاده شده به چشم می‌خورد.

مدار آی سی درایور LED

اگر بیش از یک LED در مدار نیاز باشد (همانند آرایه‌های LED بزرگ) یا جریان موردنیاز برای تغذیه‌ی مدار از تحمل مدارمجتمع خارج باشد یا اگر بخواهیم به جای آی سی از المان‌های جداگانه استفاده کنیم، راه جایگزین برای ما استفاده از ترانزیستورهای دوقطبی NPN و PNP به عنوان سویچ خواهد بود که در این حالت نیز حضور مقاومت محدودکننده‌ی جریان الزامی خواهد بود.

مدار درایور LED با ترانزیستور

تغییر میزان روشنایی یک LED به وسیله جریان عبوری از آن بسیار ساده است اما چندان مقرون به صرفه نیست چون افزایش جریان عبوری باعث تولید گرما و اتلاف انرژی بیشتری خواهد شد بنابراین در چنین شرایطی باید از روش دیگری استفاده شود که به آن مدولاسیون پهنای پالس (Pulse Width Modulation) یا PWM گفته می‌شود. در این حالت LED به صورت مداوم در بازه‌های زمانی مختلف خاموش و روشن می‌شود که بستگی به شدت نور دلخواه دارد.

کنترل شدت نور LED توسط PWM

هنگامی که نور با شدت فوق‌العاده بالا نیاز است یک جریان مدوله شده پالسی با پهنای باند مشخص که سیکل کاری یا دیوتی سایکل (Duty Cycle) (نسب زمان روشن بودن به زمان خاموش بودن) پایینی دارد از LED عبور می‌کند و بنابراین شدت نور LED به صورت قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد و در عین حال میزان اتلاف انرژی بسیار پایین خواهد بود.

البته خاموش و روشن شدن LED که بر اثر عبور جریان پالسی از آن اتفاق می‌افتد توسط چشم قابل رویت نیست چون فرکانس جریان پالسی خیلی بالاست که باعث می‌شود در نظر انسان نور منتشر شده از یک LED یکنواخت و ثابت به نظر برسد. جالب است بدانید اگر از LED جریان پالس با فرکانس 100 هرتز عبور کند انسان LED را پر نورتر از زمانی می‌بیند که از آن جریان ثابت با همان مقدار آمپر عبور می‌کند.

LED‌ های چند رنگ

ال ای دی ها در شکل‌ها، رنگ‌ها و سایزهای متفاوت در دسترس هستند که ارزان‌تر و در دسترس‌ترین آنها ال ای دی ۵ میلی‌متر فسفید آرسنید گالیوم با رنگ قرمز است.

همچنین LEDها در کنار هم می‌توانند به صورت حروف و شماره‌های مختلفی دربیایند که نمایشگرهای عددی (سون سگمنت) معروف‌ترین این دسته هستند.

امروزه صفحات نمایشگر LED تمام رنگ در موبایل‌ها و تلویزیون‌ها به وفور استفاده می‌شود. در این نمایشگر از تعداد زیادی LEDهای چندرنگ استفاده شده که از یک مدار مجتمع برای خاموش و روشن شدن و همچنین تغییر رنگ فرمان می‌گیرند.

اکثر LED‌ها تک‌رنگ هستند و LED‌های چندرنگ عموماً چند LED با رنگ‌های مختلف هستند که در کنار هم در یک پکیج قرار گرفته‌اند.

LED دو رنگ

در این نوع LED‌ها، دو قطعه LED تک‌رنگ به صورت موازی معکوس (Inverse Parallel) به یکدیگر متصل شده‌اند و قادر به تولید چندرنگ هستند. به عنوان مثال نور قرمز هنگامی انتشار می‌یابد که جریان در یک جهت خاص از المان عبور کند و هنگامی که جریان معکوس می‌شود LED دوم که دارای نور سبز است روشن خواهد شد.

این گونه LED‌ها برای تشخیص جهت جریان کاربرد دارد. همچنین اگر جریان از دو جهت به این LED‌ها وارد شود نور سبز و قرمز با یکدیگر ترکیب می‌شوند و می‌توانند رنگ جدیدی را تولید کنند.

LED‌های سه‌رنگ

در این گونه LED‌ها یک دیود قرمز و سبز در یک پکیج قرارگرفته‌اند که کاتدهایشان به یکدیگر متصل است اما آندهای جداگانه دارند که به این ترتیب پکیج دارای سه پایه خواهد بود. در چنین حالتی هنگامی که جریان با شدت متفاوت از پکیج می‌گذرد هر دیود به یک رنگ درمی‌آید و ترکیب رنگ‌ها چهار رنگ مجزا را به وجود می‌آورد که در جدول زیر به وضوح شرح داده شده.

نمایشگرهای LED

علاوه‌بر LEDهای تک‌رنگ و LEDهای تمام‌رنگ چندین LED می‌توانند در یک پکیج با یکدیگر ترکیب شوند تا صفحه‌ نمایش‌های آرایه‌ای، سون سگمنت و … را به وجود آورند.

یک LED سون سگمنت در حالت دیکود شده اطلاعات ورودی دیجیتال را به صورت عدد، حروف یا ترکیب عدد و حروف نشان می‌دهد و همان‌طور که از اسم آنها مشخص است آنها از هفت LED مجزا تشکیل شده‌اند که همگی در یک پکیج قرار دارند.

به منظور اینکه حروف یا شماره‌های دلخواه تولید شود سگمنت‌هایی که از ۰ تا ۹ یا از A تا F علامت‌گذاری شده‌اند باید به صورت همزمان با یکدیگر روشن شوند. سون سگمنت‌ها هشت ورودی دارند که یکی از آنها ترمینال مشترک سون سگمنت محسوب می‌شود.

نمایشگرهای کاتد مشترک (CCD : Common Cathode Display)

در نمایشگرهای کاتد مشترک تمام کاتدهای آن به یکدیگر متصل شده اند و هر سگمنت توسط سیگنال بالا یا با منطق یک که معمولا برابر با ولتاژ ۵ ولت است روشن می شود .

نمایشگرهای آند مشترک (CAD : Common Anode Display)

در این‌گونه نمایشگرها آند همه سگمنت‌ها به یکدیگر متصل است و هر سگمنت توسط اتصال پایه‌ها به ولتاژ سطح پایین یا منطق صفر روشن خواهد شد.

یک نمایشگر LED سون سگمنت تیپیکال

اپتوکوپلر (Opto-Coupler)

یکی دیگر از کاربردهای LEDها در فرآیند اپتوکوپلینگ است.

یک اپتوکوپلر یا اپتوایزولاتور (Opto-Isolator) یک المان الکترونیکی است که شامل یک LED است که با یک فوتودیود، فوتوترانزیستور یا فوتوتریاک در یک مدار قرارگرفته‌ تا بتواند به وسیله‌ی فرمان نوری بین دو مدار اتصال ایجاد کند یا اتصال آن را از میان ببرد.

این المان دارای یک بدنه‌ی پلاستیکی است و دارای ولتاژ شکست مخصوصی بین نقطه‌ی ورودی (فوتودیود) و نقطه‌ی خروجی (فوتوترانزیستور) است که این ولتاژ به ۵۰۰۰ ولت می‌رسد. به همین دلیل این المان برای کنترل یا راه‌اندازی مدارهایی که با ولتاژهای فوق‌العاده بالا کار می‌کنند بسیار مناسب و مورد نیاز است.

فوتودیود و فوتوترانزیستور در اپتوکوپلر

همچنین در اپتوکوپلرها از یک فرستنده حساس به نور مانند LED آرسنید گالیوم که نور مادون قرمز منتشر می‌کند استفاده می‌شود. گیرنده‌ی نوری مانند فوتوترانزیستور در فاصله‌ی فوق‌العاده کم با فرستنده قرار دارد که از این دو المان برای انتقال سیگنال بین دو مدار مجزا بدون هیچ اتصال الکتریکی مشترک یا زمین مشترک استفاده می‌شود.

اپتوکوپلرها دارای دو نوع دیجیتال و آنالوگ هستند. در انواع آنالوگ اطلاعات با تغییرات فرکانس یا مدولاسیون پهنای باند انتقال می‌یابد.