أنا لا أحب الصيغ حقًا. مثل أي شخص عادي :) إنهم يسببون لي الصداع والرغبة في رمي شيء ما على الحائط. طوال حياتي حاولت الابتعاد عنهم. وقد نجحت. ولكن بعد ذلك أصبحت مهتمًا بمصابيح LED وأدركت أنه لا مفر. للحصول على النتيجة المرجوة، عليك أن تفهم كيف يعمل. ببطء، وخطوة بخطوة، بدأت في الخوض في غابة اللومن، والشمعدانات، والستيراديين. تدريجيا، بدأت الصورة تتشكل في ذهني. وفي نفس الوقت نأسف - لماذا لم يكن هناك من يشرح ذلك بلغة بسيطة يسهل الوصول إليها؟ لقد أهدر الكثير من الوقت... سأحاول أن أنقذك من الصداع وأشرح بأكبر قدر ممكن من الوضوح ما هو مؤشر LED وكيف يعمل. حسنًا ، في نفس الوقت سأشرح بعض قوانين البصريات :)

المقال مخصص لأولئك الذين في حيرة من أمرهم بشأن واط-كانديلا-لومينز-لوكس. وبشكل عام في المصابيح. بقلم إبريق شاي متقدم لأباريق الشاي للمبتدئين :)

LED عادي - ماذا نأكل به

أول أشباه الموصلات في التاريخ كان إيفان سوزانين.

بغض النظر عن الطريقة التي تنظر بها، سيتعين عليك أولا أن تتطرق إلى قوانين الكهرباء العادية. في أمثلة واضحة بالطبع :) كلنا نعرف ما هو 220 فولت - وهذا شيء يمكن أن يطرقك بشدة إذا لم تتخذ الاحتياطات اللازمة. عند شراء جهاز كهربائي، على سبيل المثال، مكواة، فإن جواز السفر يوضح الجهد الكهربائي المصمم له. عادة ما يكون 220 فولت. ولكن في نفس جواز السفر يشار أيضًا إلى المعلمات التالية - الجهد المتردد بتردد 50 هرتز. لماذا يشير المصنعون إليك بعناد إلى هذه المعلمات؟ التقط أي ورقة بيانات فنية لجهاز كهربائي وانظر - فهي تنص على أن جهد الإمداد يجب أن يكون ~ 220 فولت، 50 هرتز. دعونا معرفة ما هو عليه. علامة "~" تعني أن الجهد يجب أن يكون متغيرًا. في الشبكة الموجودة على متن السيارة، على سبيل المثال، يكون الجهد ثابتًا. ومع بطارية AA يكون الأمر ثابتًا. الفرق بسيط - الجهد المباشر له موجب وناقص، في حين أن الجهد المتردد ليس كذلك. ولم لا؟ انها بسيطة جدا. في الشبكة ذات الجهد المتردد، يتغير مكان الزائد والناقص باستمرار. نفس جهة الاتصال هي في بعض الأحيان زائد، وأحيانا ناقص. عدد المرات؟ ولكن لهذا هناك قيمة أخرى - 50 هرتز. ما هو هرتز؟ هذا اهتزاز واحد في الثانية. وهذا هو، في شبكتنا المنزلية، بالإضافة إلى التغييرات مع ناقص خمسين مرة في الثانية. والآن - ما هو الاستخدام العملي لهذه المعرفة، وما علاقتها بـ LED؟ دعونا معرفة ذلك. لنفترض أن لديك مصباح كهربائي بقوة 220 فولت و100 واط بين يديك. إذا قمت بإدراجه في الشبكة الكهربائية- سوف تضيء بكامل طاقتها المائة واط. ماذا لو لم نكن بحاجة إلى هذه الـ 100 واط؟ هل تحتاج، على سبيل المثال، 50 واط؟ سوف يساعدنا الصمام الثنائي في هذا.

إذا كسرت الكلمة " قاد"في المكونات، ثم نحصل" ضوء" و " الصمام الثنائي". أي أن هذا صمام ثنائي عادي يتوهج أيضًا. الصمام الثنائي هو جهاز يمكن مقارنته بشكل أفضل، على سبيل المثال، بصمام أو حلمة في عجلة السيارة. يمكنك ضخ الهواء فيه، لكن الحلمة لن' دعها تعود مرة أخرى. يشبه الصمام الثنائي العادي برميلًا أسود به طرفين - زائد وناقص، لذلك يمكننا استخدامه في التجارب العملية، مما يساعد الكثيرين على دمج المادة. بالطبع، من الخطورة بدء التجارب على الفور 220 فولت، ولكن مع العناية الواجبة لن يحدث شيء فظيع. أنت تقوم بإجراء التجارب على مسؤوليتك الخاصة :) سنحتاج إلى مصباح ثلاجة 220 فولت، 15 واط، نحتاج إلى العثور على مقبس مناسب وإزالة سلكين منه. بعد ذلك، سنحتاج إلى أي صمام ثنائي يمكن الحصول عليه، على سبيل المثال، من أي جهاز تلفزيون أو جهاز تسجيل معيب، كلما كان ذلك أفضل، كلما كان ذلك أفضل - بعد كل شيء، عادة ما يكون هناك رمز المثلث بجانبه.
ثم نحتاج إلى سلك طاقة بقابس وبعض الأسلاك ومكواة لحام. للبدء، ما عليك سوى توصيل المصباح الكهربائي بالشبكة وتذكر كيف يضيء. ثم افصل الدائرة وأعد تجميعها وفقًا للمخطط الموجود على اليسار. تأكد من عزل جميع التوصيلات بعناية بشريط كهربائي. قم بالتوصيل. كما ترون، المصباح الكهربائي يضيء أسوأ بكثير. هذا ليس مفاجئًا - فهي الآن تتلقى فقط نصف الجهد الذي تحتاجه - والصمام الثنائي لا يسمح بالثانية. إذا كانت تجربتك ناجحة، وكان الصمام الثنائي كبيرًا بدرجة كافية، فيمكنك الآن جعل أي من مصابيحك الكهربائية أبدية عمليًا. على سبيل المثال، لديك مصباح بقدرة 50 واط في الردهة الخاصة بك وهو يحترق باستمرار. خذ 100 واط، قم بتشغيله من خلال الصمام الثنائي - سوف يتوهج بحوالي 50 واط، لكنه لن يحترق. ومع ذلك، هناك تحذير واحد - يجب تصميم الصمام الثنائي لجهد 350-400 فولت وتيار لا يقل عن أمبير. من الأفضل شراء واحدة من متجر قطع غيار الراديو.

حسنًا، نظرًا لأننا اكتشفنا ماهية الصمام الثنائي، فمن المنطقي الانتقال إلى الموضوع الذي يهمنا - قاد. LED، كما هو واضح الآن، لديه أيضا علامة زائد وناقص. أي أنك تحتاج إلى مصدر جهد ثابت لتشغيله - بطارية، بطارية، مصدر طاقة. يجب أن يشير مصدر الطاقة إلى ما يخرجه الجهد المستمر(العاصمة). عادةً ما يكون هناك ملصق بهذا المحتوى على غلاف الوحدة.
الإدخال - ~220 فولت، 50 هرتز،
الإخراج - 12 فولت، 0.5 أمبير تيار مستمر
وهذا يعني أن مثل هذه الوحدة يمكن أن تنتج جهدًا ثابتًا يبلغ 12 فولتًا وتيارًا قدره 0.5 أمبير.
لاحظ أن شاحنللهواتف المحمولة وهذا أيضًا مصدر طاقة. عادةً ما تحتوي على معلمات تتراوح من 5 إلى 6 فولت و0.2-0.5 أمبير. وغالبًا ما يكون استخدامها مناسبًا جدًا لتشغيل مصابيح LED، لأن الشاحن يعمل على استقرار التيار. ولكن المزيد عن هذا لاحقًا في المقالات التالية.
هناك معلمتان مهمتان بالنسبة لنا - جهد تشغيل LED والتيار. ويسمى جهد التشغيل لمصباح LED أيضًا "انخفاض الجهد". في جوهرها، يعني هذا المصطلح أنه بعد LED، سيكون الجهد في الدائرة أقل بحجم هذا الانخفاض بالذات. وهذا هو، إذا قمنا بتزويد الطاقة ل قادوالتي بها انخفاض جهد 3 فولت فسوف تستهلك هذه الفولتات الثلاثة والجهاز المتصل بعدها في نفس الدائرة سيستقبل 3 فولت أقل. لكن الشيء الأكثر أهمية الذي يجب فهمه هو أن مصابيح LED تهتم بالتيار وليس بالجهد. سوف يأخذ القدر الذي يحتاجه من الجهد، ولكن بقدر ما تعطيه من تيار. أي أنه إذا كان مصدر الطاقة الخاص بك يمكنه إخراج 10 أمبير، فسيستمر مؤشر LED في التيار حتى يحترق. المنطق هنا بسيط - يستهلك مؤشر LED المتصل التيار ويبدأ في التسخين. كلما زادت سخونة، كلما زادت أكثر الحاليةيمكن أن يمر من خلاله - فهو يتوسع عند تسخينه. جنبا إلى جنب مع التيار، يزداد انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي. وهكذا حتى يحترق تمامًا - لم يقم أحد بتقييد التيار. ويجب أن يتم ذلك باستخدام عنصر مقيد.
لاحظ أنه إذا كان مصدر الطاقة لديه جهد خرج يساوي جهد التشغيل لمصباح LED، فليست هناك حاجة للحد من التيار. وهذا هو، إذا كان لديك، على سبيل المثال، مصباح LED أبيض وبطارية 3.6 فولت من الهاتف الخليوي، فيمكنك توصيله مباشرة بهذه البطارية - لن يحدث شيء لـ LED. سيكون سعيدًا بالحصول على تيار أكبر، لكن لا يوجد جهد كافي. لذلك تعد بطارية الهاتف الخلوي بقدرة 3.6 فولت مصدر طاقة مثاليًا لتجربة مصابيح LED البيضاء والزرقاء. لماذا معهم فقط - المزيد عن ذلك في مقالات أخرى.
بشكل عام، نحتاج إلى وضع صنبور على التوالي مع مؤشر LED وتحويله إلى القيمة التي نحتاجها. يمكن للأجهزة المختلفة أن تعمل مثل هذا الصنبور. أبسط منهم هو المقاوم. كيفية الحد بشكل صحيح تيار الصماميقول في مقالتي. وسوف نمضي قدما. صحيح، إذا لم تكن مهتمًا بكيفية عمل مؤشر LED، ولكنك تريد فقط معرفة ذلك التطبيق العملي- من الأفضل الذهاب إلى نهاية الصفحة واختيار جزء آخر "للدمى". ولكن إذا كنت مصممًا على التعرف على مصادر الضوء ذات الحالة الصلبة "من الأساسيات" - فلنواصل تعارفنا؛)

الجوانب البصرية لاستخدام المصابيح

"هناك ما يكفي من الضوء لأولئك الذين يريدون أن يروا، وما يكفي من الظلام لأولئك الذين لا يريدون."

ب. باسكال
لنفترض أننا تعلمنا الاتصال قادوالحد من تياره. السؤال الذي يطرح نفسه - كم يلمع؟ هنا علينا أن نتعمق قليلاً في البصريات.
من بين خصائص مصابيح LED، وخاصة عالية الطاقة، غالبًا ما يُشار إلى نوع توزيع الضوء. عادة ما يكون هذا ما يسمى لامبرتوف مخطط السماء. وعلاوة على ذلك سوف نعتبرها الأكثر شيوعا. ماذا يعني هذا المصطلح؟ يضيء مصباح "لامبرت" LED في جميع الاتجاهات بالتساوي بغض النظر عن الاتجاه. إذا كان مؤشر LED عبارة عن كرة، فسوف يلمع بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات - وهذا هو جوهر مخطط لامبرت. لتوضيح الأمر، الشمس مصدر لامبرتي. تصميم LED القياسي عبارة عن لوحة كريستالية رقيقة تتوهج. انظر من خلال نافذة LED الشفافة - وسترى هذه البلورة. هناك أسلاك رفيعة من الاتصالات تذهب إليها. إذا استخدمت خيالك، يمكنك أن تتخيل الضوء القادم من LED كسحابة كروية معلقة فوقه. يتكون الضوء من جسيمات صغيرة تسمى الفوتونات. وهذا يعني أن كرة مملوءة بالفوتونات معلقة فوق مؤشر LED. وكلما زاد الضوء الذي ينبعث من مؤشر LED، كلما كانت الكرة أكبر، كلما طارت الفوتونات أبعد، مما أدى إلى دفع وإزاحة بعضها البعض. معظمها يطير لأعلى بشكل عمودي على مستوى البلورة، وبالتالي فإن الحد الأقصى لكثافة الإضاءة لمصابيح LED هو 90 درجة بالنسبة للمحور الأفقي.
آمل أن تتمكن الآن من فهم المخططات المقدمة من الشركات المصنعة لمصابيح LED بشكل أكثر وضوحًا :) ولتوضيح الأمر تمامًا، دعنا نلقي نظرة على مثال. قاددعونا نقبل ما لدينا
، في الجزء العلوي منها تتدلى كرة ضوئية قطرها متر واحد تنبعث منها (مصباح LED جيد! :)).

المقياس السفلي هو المسافة إلى قمة هذا المقياس، والمقياس العلوي هو درجة الإشعاع. وفقًا لهذا الرسم البياني، يوجد معظم الفوتونات على المحور بدرجة 0. وكلما زاد الانحراف عن المحور وكلما زادت المسافة عن البلورة، انخفضت كثافة الفوتون. يجب أن نتذكر أيضًا أن الضوء عبارة عن موجة، وليس من قبيل الصدفة أن يتم تحديد الطول الموجي للخصائص. وبناء على ذلك، يمكن تمثيل كرة الضوء لدينا كمجال كهرومغناطيسي بكثافة معينة. ولكن هذه بالفعل غابة - فلننتقل :)

نصف زاوية السطوع تشير الشركة المصنعة عادةً إلى معلمة مثلزاوية مزدوجة نصف السطوع. ماذا يعني هذا المصطلح؟ كما اكتشفنا، فإن LED يعطي أقصى قدر من الضوء في المركز، أي الزاويةيساوي الصفر في الشكل I تمثل شدة الإضاءة، Imax هي أقصى شدة مضيئة. ImaxCos هو نصف شدة الإضاءة. لماذا "مزدوج" - نضرب الدرجات في اثنين، لكن مؤشر LED يضيء بشكل متماثل. ونتيجة لذلك، نحصل على مثلث متساوي الساقين من الضوء. يوجد أيضًا ضوء خارج هذا المثلث، لكن النقطة المرجعية لخاصية LED هي نصف الزاوية.

كانديلا

الآن يمكننا أن نفكر في ما هو عليه كانديلا. كانديلا هي "شمعة" بالطريقة القديمة. تذكر، كانوا يقولون - ثريا أم مصباح بمائة شمعة؟ في الأيام الخوالي، كانت هناك حاجة إلى نوع من النقطة المرجعية. اتفقنا على أن نأخذ السماكة المطلوبةأشعل شمعة واعتبرها معيارًا، هذه الشمعة نفسها. في الوقت الحاضر، بالطبع، يفكرون بشكل مختلف. لن أشرح بالتفصيل كيف، فهذا خارج نطاق المقال. هناك ببساطة وحدة لقياس شدة الإضاءة، تسمى كانديلا. ميزته الرئيسية هي تطبيقه لقياس شدة الضوء المصادر الموجهة. هذا هو السبب في أنه بالنسبة لمصابيح LED مقاس 5 مم، تتم الإشارة إلى القيم بالشمعات، وبشكل أكثر دقة بالمللي كانديلا (1 قرص مضغوط = 1000 ميكرومتر).
حان الوقت لمعرفة مدى اختلاف مصابيح LED مقاس 5 مم أو أي مصابيح أخرى في علبة بلاستيكية عن المصابيح القوية.

ميزات تصميم مصابيح LED ذات مؤشر 5 مم

كما ذكر أعلاه، قادعبارة عن بلورة باعثة للضوء. دعونا نفكر في تصميم مصباح LED في غلاف بلاستيكي مقاس 5 مم. وبعد الفحص الدقيق نكتشف أمرين مهمين: عدسة وعاكس. في العاكس يتم وضع الكريستال LED. يضبط هذا العاكس زاوية التشتت الأولية. ثم يمر الضوء عبر غلاف راتنجات الايبوكسي. يصل إلى العدسة - ثم يبدأ في التشتت على الجوانب بزاوية حسب تصميم العدسة. في الممارسة العملية - من 5 إلى 160 درجة. هذا هو ما يستخدم للإشارة إلى شدة الإضاءة لهذه المصابيح. كانديلا. تبعث مصابيح LED الاتجاهية الضوء ضمن زاوية صلبة معينة. لفهم ما هي الزاوية الصلبة، يكفي أن نتخيل الصورة التالية. خذ المصباح اليدوي، وقم بتشغيله ووضعه في دلو النار في الأسفل، ثم أغلق الغطاء. وبالتالي، فإن الضوء الموجود بالداخل له شكل مخروط حجمي على شكل الدلو الخاص بنا. وهذا المخروط، المحدود بالغطاء، هو الزاوية الصلبة. سأحاول شرح معنى توزيع الضوء بطريقة أبسط. لنفترض أن شدة إضاءة المصباح اليدوي هي 1 كانديلا، أي 1000 ميليكانديل(لكي نكون أكثر مجازية، يمكننا اعتبار الميليكانديلات فوتونات :)) إذا واصلنا القياس، فلدينا مجموعة كاملة من الميليكانديلات. يمكن حساب حجم الدلو إذا رغبت في ذلك - مرحبًا بك في الهندسة :) وفقًا لذلك، إذا أخذنا دلوًا أكبر بمرتين، فسيتم توزيع الميليكانديلات بالتساوي فوقه، أي لن يكون هناك المزيد منها، وستكون الكثافة ببساطة تنخفض. لذلك، لا تطارد الشمعدانات عند اختيار مصباح LED - فكلما اتسعت زاويته، قل عدد الشموع الموجودة في نفس الشمعة. في كل هذه التفسيرات، يمكنك العثور على إجابة السؤال المقدس - كم عدد مصابيح LED اللازمة لاستبدال المصباح الكهربائي بقوة 100 واط. المزيد عن هذا لاحقا.

ميزات تصميم مصابيح LED عالية الطاقة

على عكس مؤشرات LED، فإن مصابيح LED عالية الطاقة ليست مجرد جهاز، ولكنها أيضًا منتج تسويقي. يوجد اليوم سباق حقيقي على اللومن بين الشركات المصنعة الكبرى - من لديه المزيد؟ ولا أحد يهتم بأن هذه اللومنات لا تزال بحاجة إلى التطبيق. دعنا نذهب بالترتيب.
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين مؤشر LED عالي الطاقة ومؤشر LED في شكله النقي في تقليل أي عوائق أمام الضوء الخارج من مبيت LED. لهذا السبب تحتوي مصابيح LED عالية الطاقة على مخطط لامبرت. ما الذي يؤدي إليه هذا في الممارسة العملية؟ تقوم بتشغيل مؤشر LED وتحصل على كرة صغيرة لطيفة من الضوء فوقه. إذن ماذا يجب أن نفعل بعد ذلك؟ كيف يمكنهم إلقاء الضوء على السطح الذي تحتاجه؟ من الواضح أن زاوية الإشعاع يجب أن تكون أضيق. يجب عليك استخدام بصريات أو عاكسات مختلفة، الأمر الذي يؤدي حتما إلى خسائر، وبالتالي انخفاض في التدفق الضوئي. لذلك، إذا اشتريت مصباح LED قويًا، ولم تحصل على بصريات جيدة، علاوة على ذلك، مصممة خصيصًا لتصميمها، فسوف تفرح مبكرًا - صداعلا يزال في المستقبل. إن الحصول على وحدات اللومن التي تحتاجها إلى السطح الذي تريد إضاءته ليس بالمهمة السهلة. ومع ذلك، إذا كنت بحاجة فقط إلى إلقاء الضوء على الغرفة، فيمكنك الاستغناء عن البصريات - الناشر يكفي.

التجويف

كما تعلمون بالفعل، فإن الشموع ليست مناسبة لتقييم شدة الإضاءة لمصابيح LED عالية الطاقة. لهذا هناك شمعة- هذه هي الكمية الإجمالية للضوء التي يمكن أن ينتجها مصباح LED عند توصيله بقيم تيار وجهد معينة. تذكر تشبيه دلو النار؟ يناسب هنا أيضا. لنفترض أنه إذا كان مصباح LED بقوة إضاءة تبلغ 100 لومن، فسيكون هناك 100 لومن في الدلو الخاص بنا. المصباح الكهربائي العادي بقدرة 100 واط هو أيضًا مصدر لامبرت. متوسط ​​خرج الضوء لهذه اللمبة هو 10-15 لومن لكل واط. وهذا يعني أن 100 واط من المصباح المتوهج ستمنحنا، على سبيل المثال، 1000 لومن. وهذا يعني أنه لاستبدال مصباح بقدرة 100 واط بمصابيح LED، فإنك تحتاج إلى 10 قطع بقوة 100 لومن. هل الأمر بهذه البساطة؟ لا للأسف. نأتي إلى مصطلح مثل LUX.

لوكس

لوكس- هذه هي نسبة عدد اللومن والمساحة المضيئة. 1 لوكس هو 1 لومن لكل متر مربع. لنفترض أن لدينا سطحًا مربعًا بمساحة متر واحد. يتم إضاءته بالكامل بشكل موحد بواسطة مصباح كهربائي يقع على مسافة ما عموديًا من الأعلى. بالنسبة لهذا المصباح الكهربائي، ذكرت الشركة المصنعة أن الإضاءة تبلغ 100 لوكس. نأخذ جهازًا يسمى مقياس اللوكس ونقيسه عند أي نقطة في المربع، ومن المفترض أن نحصل على 100 لوكس. إذا كان الأمر كذلك، فإن الشركة المصنعة لم تخدعنا. يشير هذا إلى مصدر الضوء الذي يضيء بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات (مصدر لامبرت). لكن LED لديه أكبر كثافة مضيئة على محور عمودي على مستوى البلورة. بمعنى آخر، من خلال تعليق مؤشر LED في السقف وقياسه بمقياس اللوكس، سنرى أنه كلما ابتعدنا عن المحور، انخفضت قراءات الجهاز. من المحتمل أنكم جميعًا صادفتم أضواء كاشفة متوهجة - وهذا ما يسمى بـ "DSLRs". الجزء الخلفي من لمبة هذه المصابيح مغطى بتركيبة مرآة، ولا تتألق إلا للأسفل. وهنا تشبيه بالنسبة لك.

ميزات الاستخدام العملي لمصابيح LED موجودة في المقالة التالية.

الاقتراحات والتعليقات موضع ترحيب في المنتدى http://ledway.ru أو بواسطة بريد إلكتروني

تحويل ملي كانديلا (mcd) إلى لومن (lm)	تحويل شمعة (lm) إلى ملي كانديلاس (mcd)

إذا ترجمنا عبارة light emitting diode (المختصرة بـ LED) من الإنجليزية، فسنحصل على جملة جميلة ورومانسية: “Diode emitting light”. إذن ما هو؟ هذا جهاز أشباه الموصلات، كما هو شائع الآن، يحول التيار الكهربائي الذي نعرفه إلى نفس إشعاع الضوء. يعمل مصباح LED بشكل رائع، وهو يعمل إلى حد ما.

لكن الأمر لم يكن هكذا دائمًا. في المراحل الأولى من التطوير، كان عالم مصابيح LED محدودًا وتم استخدامها كمؤشر للعرض. لكن التكنولوجيا لا تقف مكتوفة الأيدي، وهناك توقعات من الخبراء يقولون إن مصابيح LED ستحل محل المصابيح المتوهجة التي اعتدنا عليها وحتى المصابيح الموفرة للطاقة في العقدين المقبلين.

كيف وما هو مصنوع من؟

يحتوي LED على غلاف به أسلاك للاتصالات بداخله ركيزة بها بلورة أشباه الموصلات ونظام بصري خاص. في السابق، كانت مصابيح LED أكثر ضخامة عندما تم استخدامها للإشارة إلى تشغيل الأجهزة أثناء العرض. والآن أصبح LED جهازًا مصغرًا يرضي العين وحتى محافظ المستهلكين.

كيف يعمل هذا؟

لفهم كيفية عمل مؤشر LED، دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذا الجهاز. أمامنا جهاز به ثقب الإلكترونية ص نالانتقال، وينتج إشعاعًا ضوئيًا عندما يمر التيار من خلاله، وهو ما نراه. قد يكون هناك مبدأ تشغيل مختلف قليلاً لمصباح LED: يتم استخدام تفاعل "أشباه الموصلات المعدنية".

ما هو تقاطع pn ولماذا يتم استخدامه في LED؟

هذا التحول هو أبرز ما يميز الإلكترونيات القائمة على أشباه الموصلات. هذا نوع من السبائك المكونة من اثنين من أشباه الموصلات، ومع ذلك، لهما أنواع مختلفة من الموصلية (ما يسمى بـ "النوع p"، حيث يوجد عدد زائد من الإلكترونات، والنوع الآخر "holey" هو "p" -type"، حيث يوجد عدد زائد من الثقوب). الحيلة هي أنه إذا قمت بتنفيذ ما يسمى بـ "الإزاحة المباشرة"، أي الاتصال بـ تقاطع صإذا كان هناك تيار كهربائي مباشر (اتصال إيجابي بالجزء p)، فإن التيار الكهربائي المطلوب سوف يتدفق عبر تقاطع p-n.

ماذا يحدث بعد ذلك في مبيت LED بعد تدفق التيار عبر تقاطع p-n بعد "الانحياز الأمامي"؟ هناك اندماج ناقلات مختلفة الشحنات الكهربائية– في حالتنا نحن نتحدث عن الثقوب والإلكترونات. والأخيرة، ذات الشحنة السالبة، تكون "متوقفة" في نقيضها ــ أيونات شبه الموصل ذات الشحنة الزائدة (شبكتها البلورية). كيف يأتي الضوء؟ ومن هذه العملية يحدث كل شيء أثناء تشغيل الجهاز. وبشكل أكثر دقة، عندما يصطدم إلكترون بثقب، يتم إنتاج كمية معينة من الطاقة: كم من الضوء يسمى الفوتون.

هل مبدأ تشغيل الجهاز هذا لم يتغير دائمًا؟ لا. والحقيقة هي أن تقاطع pn لا ينبعث بالضرورة الضوء المطلوب. في منطقة تشغيل LED، يجب أن تكون فجوة النطاق قريبة من طاقة الكمات الضوئية المرئية. كما أن احتمال الإشعاع عند توصيل أزواج من الإلكترونات والثقوب يجب أن يكون مرتفعًا جدًا.

يجب أن تكون بلورة أشباه الموصلات في هذه الحالة خالية من العيوب، أو، إذا لم يكن ذلك ممكنًا، بها عيوب قليلة. لأنه على وجه التحديد بسبب العيوب البلورية لا تحدث دراسة الضوء. اتضح أن شيئًا واحدًا يتناقض مع الآخر.

إذا كان LED يحتاج إلى عامل، فإن الوريد الترشيد يعمل. على سبيل المثال، من الضروري إنتاج أشباه موصلات متعددة الطبقات مع أكثر من وصلة p-n واحدة في البلورة. نحن نتحدث عن مفهوم مثل البنية غير المتجانسة، والذي أصبح موضع اهتمام وثيق من قبل الفيزيائي الروسي زوريس ألفيروف (وهو الحائز على جائزة لينين، بالإضافة إلى مدير معهد A.F. Ioffe للفيزياء التقنية). وفي عام 2000، حصل على جائزة نوبل لعمله في مجال الهياكل المتغايرة.

مثل أي جهاز عالي التقنية، يحتوي LED على أكثر من نوع واحد من السكن، لكننا سننظر في المعيار. عادةً ما يتم "إخفاء" البلورة في جسم مقاس 5 مم، حيث توجد عدسة في الأعلى وعاكس في الأسفل. الأنود والكاثود هما المحطتان التقليديتان لمصابيح LED. عاكس مكافئ - عاكس ألومنيوم يقع على الكاثود. إذا نظرت عن كثب إلى العاكس، فهو يشبه الكوب، الذي يوضع في أسفله بلورة ينبعث منها الضوء.

عنصر العمل في حالتنا عبارة عن بلورة واحدة مصنوعة من أشباه الموصلات؛ ويتم استخدامها كمكعب (شريحة) بمعلمات تبلغ 0.3x0.3x0.25 ملم. تحتوي هذه البلورة المفردة على اتصالات أومية وتقاطع pn أو تقاطع متغاير. قطعة من الأسلاك الذهبية هي الجسر الذي يربط البلورة بالأنود.

جسم LED شفاف، ومصنوع من البوليمر، ولا يخجل من العمل: فهو أيضًا عدسة تركيز! جنبا إلى جنب مع عاكس. يحدد غلاف LED مع العاكس زاوية الإشعاع.

اللون والسطوع

عادة ما تكون مصابيح LED القوية ساطعة وقوية في الانبعاث، كما أن درجة شفافية المنطقة n مهمة بالنسبة للسطوع (أفلام أشباه الموصلات تكاد تكون شفافة ورقيقة جدًا). ويرتبط لون الإشعاع وتردده ارتباطًا مباشرًا بطاقة الفوتونات، وتتأثر هذه المعلمات بالمواد التي تُصنع منها أجهزة أشباه الموصلات. التحولات ص ن. على سبيل المثال، تنتج بلورة GaAs المفردة شعاعًا من الأشعة تحت الحمراء. ولكن إذا أضفت كمية صغيرة من A1 أو P، فسيقوم مؤشر LED في النهاية بتغيير انبعاثه إلى اللون الأحمر. لكن GaP ينتج الضوء الأخضر. إذا أردنا الحصول على الضوء الأصفر من LED، فيمكننا القيام بذلك يذهب ص نالانتقال مع تكوين A1InGaP.

ما مدى كفاءة استخدام الطاقة في LED؟

LED ليس "شرهًا" من حيث استهلاك الكهرباء. عند تيار 10-30 مللي أمبير والجهد 2-4 فولت، يتم استهلاك من 20 إلى 120 ميجاوات. يتم ملاحظة مبدأ الاقتصاد هنا بشكل مثالي: المصباح المتوهج الصغير التقليدي "يأكل" 12 فولت، ويحتاج إلى تيار يتراوح بين 50-100 مللي أمبير.

ما هي قوتك، السيد LED؟

يتوسع إنتاج مصابيح LED، ويحاول المصنعون التأكد من أن كل مصباح LED يلبي احتياجات العميل على أكمل وجه قدر الإمكان. على سبيل المثال، هناك مصابيح LED عالية الطاقة وهناك حاجة متزايدة إليها. كيف يتم تحقيق ذلك؟ ثلاثة في واحد، من حيث الإعلان. لزيادة الطاقة، لا يتم تثبيت بلورات واحدة، ولا اثنتين، بل عدة بلورات من نفس اللون في علبة واحدة بحيث تنبعث منها الضوء في نفس الوقت.

غالبًا ما يتم تحقيق زيادة قوة مصابيح LED من خلال أربع بلورات من هذا القبيل في حزمة واحدة.

سطوع فائق

لتحقيق التشغيل الساطع لمصابيح LED، يتم إنتاج ما يسمى بالنسخ "فائقة السطوع". تصل قوة مصابيح LED فائقة السطوع إلى 60 ميجاوات (أي حوالي 1/16 واط) وإذا تم وضعها في حاوية متوسطة الحجم للتشغيل، فمن أجل إضاءة قوية وجيدة، سيكون من الضروري التثبيت من 15 إلى 20 منهم.

في الواقع، يحمل متوسط ​​LED "فائق السطوع" طاقة تبلغ 240 ميجاوات (أي 1/4 واط) وللحصول على إضاءة LED عادية (ليس الأكبر، ولكن ليس الأصغر) نحتاج إلى من 4 إلى 8 مصابيح LED. مصابيح LED القوية جدًا هي تلك التي يتم قياس قوتها بالفعل من واط واحد، وهي مصابيح LED فعالة للغاية، لأنه باستخدام واحد أو اثنين من هذه الأشياء يمكنك بسهولة إضاءة الجسم بالكامل.

أين يتم استخدام مصابيح LED؟

في العالم الحديثلقد احتل LED مكانًا مهمًا. أنها تظهر حيث هناك حاجة إلى الإضاءة المحلية. يمكن ضبط شدتها باستخدام مصابيح LED من الساطع إلى العكس - الخافت. تقوم مصابيح LED بعمل جيد في خلق جو احتفالي، وهذا صحيح بشكل خاص الآن، عشية عيد الميلاد ورأس السنة الجديدة. تلمع في مجموعة متنوعة من الظلال، فهي تُبهج البالغين والأطفال بألوانها الزاهية. لتشغيل مصابيح LED، أو تشغيل خطوط الإعلانات أو المعلومات، مرة أخرى، يعد LED هو الحل الأمثل.

أخيرًا، تساعدنا مصابيح LED بالفعل في تبسيط الفوضى المتزايدة في حركة مرور المركبات والمشاة في المدن والبلدات. تعمل مصابيح LED على "الحرث" في مجال آخر: تنظيم الطرق، حيث يتم استخدامها في تشغيل إشارات المرور.

الميزة الرئيسية لمصابيح LED هي قدرتها على إنتاج الضوء مع استهلاك كمية صغيرة نسبيًا من الطاقة. وهذا هو السبب وراء إجراء الأبحاث المكثفة على مصابيح LED وتحسينها، كما أنها تجد تطبيقًا أوسع من أي وقت مضى في مجموعة واسعة من المجالات. بمعنى آخر، يسير السيد LED بثقة عبر كوكبنا ويفسح المجال له كضيف مهم ومفيد.

ميخائيل بيرسينيف

مقارنة مصباح LED عالي الطاقة مع مصباح الهالوجين: