من واقعا فرمول ها را دوست ندارم. مثل هر آدم معمولی :) سرم درد می کنه و میل به پرت کردن یه چیزی به دیوار. تمام زندگی ام سعی کردم از آنها دور باشم. و کار کرد. اما بعد به ال ای دی ها علاقه مند شدم و متوجه شدم که راه گریزی نیست. برای به دست آوردن نتیجه مطلوب، باید نحوه عملکرد آن را درک کنید. آرام آرام، قدم به قدم، شروع کردم به قدم زدن در جنگل های لومن، کندلا و استرادیان. کم کم تصویری در ذهنم شکل گرفت. و در عین حال، متاسفم - چرا کسی نبود که این را به زبان ساده و در دسترس توضیح دهد؟ زمان زیادی تلف شده است... من سعی خواهم کرد شما را از سردرد نجات دهم و تا حد امکان واضح توضیح دهم که LED چیست و چگونه کار می کند. خوب، در همان زمان من چند قانون اپتیک را توضیح خواهم داد :)

این مقاله به کسانی اختصاص دارد که در مورد وات-کاندلا-لومن-لوکس سردرگم هستند. و به طور کلی در ال ای دی. نوشته شده توسط یک قوری پیشرفته برای قوری های مبتدی :)

LED معمولی - با چه چیزی بخوریم

اولین نیمه هادی تاریخ، ایوان سوزانین بود.

مهم نیست که چگونه به آن نگاه کنید، ابتدا باید قوانین برق معمولی را لمس کنید. البته در مثال های واضح :) همه ما می دانیم که 220 ولت چیست - این چیزی است که اگر اقدامات احتیاطی را انجام ندهید می تواند به طور جدی ضربه بزند. وقتی شما یک وسیله برقی مثلا اتو می خرید، پاسپورت می گوید برای چه ولتاژی طراحی شده است. معمولاً 220 ولت است. اما در همان گذرنامه پارامترهای زیر نیز نشان داده شده است - ولتاژ متناوب با فرکانس 50 هرتز. چرا تولیدکنندگان سرسختانه این پارامترها را برای شما نشان می دهند؟ هر برگه اطلاعات فنی یک دستگاه الکتریکی را بردارید و نگاه کنید - بیان می کند که ولتاژ تغذیه باید ~ 220 ولت، 50 هرتز باشد. بیایید بفهمیم که چیست. علامت "~" به این معنی است که ولتاژ باید متغیر باشد. به عنوان مثال، در یک شبکه سواری خودرو، ولتاژ ثابت است. و با باتری AA ثابت است. تفاوت ساده است - ولتاژ مستقیم یک مثبت و منفی دارد، در حالی که ولتاژ متناوب ندارد. چرا که نه؟ همه چیز بسیار ساده است. در شبکه ای با ولتاژ متناوب، مثبت و منفی دائماً جای خود را تغییر می دهند. همین تماس گاهی مثبت است گاهی منفی. چند وقت؟ اما برای این مقدار دیگری وجود دارد - 50 هرتز. هرتز چیست؟ این یک ارتعاش در ثانیه است. یعنی در شبکه خانگی ما، به اضافه تغییرات با منفی پنجاه بار در ثانیه. و حالا - کاربرد عملی این دانش چیست، چه ربطی به LED دارد؟ بیایید آن را بفهمیم. فرض کنید یک لامپ 220 ولتی 100 واتی در دست دارید. اگر آن را وارد کنید شبکه برق- در تمام صد وات خود روشن می شود. اگر به این 100 وات نیاز نداشته باشیم چه؟ آیا به 50 وات نیاز دارید؟ یک DIODE در این مورد به ما کمک می کند.

اگر کلمه را بشکنید " دیود ساطع نور"به اجزا، سپس ما دریافت می کنیم" سبک"و" دیود". یعنی این یک دیود معمولی است که می درخشد. دیود وسیله ای است که می توان آن را به بهترین شکل مقایسه کرد، مثلاً با یک سوپاپ یا نوک سینه در چرخ ماشین. اجازه دهید دوباره وارد شود. یک دیود معمولی مانند یک بشکه سیاه با دو پایانه به نظر می رسد - بنابراین ما می توانیم از آن برای آزمایش های عملی استفاده کنیم، که البته شروع آزمایش ها با آن خطرناک است 220 ولت، اما با احتیاط هیچ چیز وحشتناکی اتفاق نخواهد افتاد. سپس ما به هر دیودی نیاز داریم که بتوان آن را از هر تلویزیون معیوب یا ضبط صوت تهیه کرد نماد مثلث در کنار آن
سپس به یک سیم برق با دوشاخه، تعدادی سیم و یک آهن لحیم کاری نیاز داریم. برای شروع، کافی است لامپ را به شبکه وصل کنید و به یاد داشته باشید که چگونه می درخشد. سپس مدار را طبق نمودار سمت چپ جدا کرده و دوباره وصل کنید. مطمئن شوید که تمام اتصالات را با نوار برق به دقت عایق بندی کنید. وصل کنید. همانطور که می بینید، لامپ بسیار بدتر می درخشد. این تعجب آور نیست - او اکنون فقط نیمی از ولتاژ مورد نیاز خود را دریافت می کند - دیود اجازه دوم را نمی دهد. اگر آزمایش شما موفقیت آمیز بود و دیود به اندازه کافی بزرگ است، اکنون می توانید هر یک از لامپ های خود را عملاً ابدی کنید. به عنوان مثال، شما یک لامپ 50 واتی در راهرو دارید و دائماً می سوزد. یک 100 وات بگیرید، آن را از طریق یک دیود روشن کنید - حدود 50 وات می درخشد، اما نمی سوزد. با این حال، یک هشدار وجود دارد - دیود باید برای ولتاژ 350-400 ولت و جریان حداقل یک آمپر طراحی شود. بهتر است یکی از آنها را از فروشگاه قطعات رادیویی خریداری کنید.

خوب، از آنجایی که ما فهمیدیم دیود چیست، منطقی است که به موضوع مورد علاقه خود برویم - رهبری. LED، همانطور که اکنون مشخص است، یک مثبت و منفی نیز دارد. یعنی برای عملکرد آن به یک منبع ولتاژ ثابت نیاز دارید - باتری، باتری، منبع تغذیه. منبع تغذیه باید نشان دهد که چه چیزی خروجی دارد فشار ثابت(دی سی). معمولاً برچسبی با این محتوا روی جلد دستگاه وجود دارد.
ورودی - ~ 220 ولت 50 هرتز،
خروجی - 12 ولت، 0.5 آمپر DC
این بدان معنی است که چنین واحدی می تواند ولتاژ ثابت 12 ولت و جریان 0.5 آمپر تولید کند.
توجه داشته باشید که شارژربرای تلفن های همراه این نیز منبع تغذیه است. معمولاً دارای پارامترهای 5-6 ولت، 0.2-0.5 A است. اغلب استفاده از آن برای تغذیه LED ها بسیار راحت است، زیرا شارژر جریان را تثبیت می کند. اما بیشتر در این مورد بعداً، در مقالات بعدی.
دو پارامتر برای ما مهم است - ولتاژ عملیاتی LED و جریان. ولتاژ کار یک LED نیز "افت ولتاژ" نامیده می شود. در اصل، این اصطلاح به این معنی است که بعد از LED، ولتاژ در مدار به اندازه همین افت کمتر خواهد شد. یعنی اگر برق را تامین کنیم دیود ساطع نورکه دارای افت ولتاژ 3 ولتی می باشد سپس این سه ولت را مصرف می کند و دستگاهی که بعد از آن در همان مدار متصل می شود 3 ولت کمتر دریافت می کند. اما مهمترین چیزی که باید درک کنید این است که LED ها به جریان اهمیت می دهند نه ولتاژ. او به اندازه نیاز خود ولتاژ می گیرد، اما به اندازه ای که شما می دهید جریان دارد. یعنی اگر منبع تغذیه شما توان خروجی 10 آمپر را داشته باشد، ال ای دی جریان می گیرد تا زمانی که بسوزد. منطق در اینجا ساده است - LED متصل جریان را مصرف می کند و شروع به گرم شدن می کند. هر چه گرمتر شود بیشتر می شود جاری ترمی تواند از آن عبور کند - وقتی گرم می شود منبسط می شود. همراه با جریان، افت ولتاژ در دیود افزایش می یابد. و به همین ترتیب تا زمانی که کاملاً بسوزد - هیچ کس جریان را محدود نکرده است. و این باید با استفاده از یک عنصر محدود کننده انجام شود.
توجه داشته باشید که اگر منبع تغذیه دارای ولتاژ خروجی برابر با ولتاژ کاری LED باشد، نیازی به محدود کردن جریان نیست. یعنی اگر مثلاً یک LED سفید و یک باتری 3.6 ولتی از تلفن همراه دارید، می توانید آن را مستقیماً به این باتری وصل کنید - هیچ اتفاقی برای LED نمی افتد. او خوشحال می شود که جریان بیشتری بگیرد، اما ولتاژ کافی وجود ندارد. بنابراین یک باتری تلفن همراه 3.6 ولتی یک منبع انرژی ایده آل برای آزمایش با LED های سفید و آبی است. چرا فقط با آنها - بیشتر در مورد آن در مقالات دیگر.
به طور کلی، باید یک شیر آب را به صورت سری با LED قرار دهیم و آن را به مقدار مورد نیاز خود برگردانیم. دستگاه های مختلف می توانند به عنوان چنین شیر آب عمل کنند. ساده ترین آنها یک مقاومت است. چگونه به درستی محدود کنیم جریان LEDدر مقاله من می گوید. و ما ادامه خواهیم داد. درست است، اگر علاقه ای به نحوه عملکرد LED ندارید، اما فقط می خواهید در مورد آن بدانید کاربرد عملی- بهتر است به انتهای صفحه بروید و قسمت دیگری را "For Dummies" انتخاب کنید. اما اگر مصمم هستید که در مورد منابع نور حالت جامد "از اصول" بیاموزید - بیایید به آشنایی خود ادامه دهیم؛)

جنبه های نوری استفاده از LED

"نور کافی برای کسانی که می خواهند ببینند و تاریکی کافی برای کسانی که نمی خواهند وجود دارد."

ب. پاسکال
فرض کنید ما یاد گرفته ایم که ارتباط برقرار کنیم دیود ساطع نورو جریان آن را محدود کنید. این سوال پیش می آید - چقدر می درخشد؟ در اینجا ما باید کمی به اپتیک شیرجه بزنیم.
در میان ویژگی های ال ای دی ها، به ویژه آنهایی که پرقدرت هستند، اغلب نوع توزیع نور مشخص می شود. معمولا این به اصطلاح است لامبرتوف نمودار آسمان. در ادامه ما آن را به عنوان رایج ترین در نظر خواهیم گرفت. این اصطلاح به چه معناست؟ LED "لامبرت" بدون توجه به جهت، در همه جهات به طور یکسان می درخشد. اگر LED یک توپ بود، در همه جهات به یک اندازه می درخشید - این ماهیت نمودار لامبرت است. برای روشن شدن موضوع، خورشید یک منبع لامبرتی است. طراحی استاندارد LED یک کریستال است، یک صفحه نازک که می درخشد. از طریق پنجره شفاف LED نگاه کنید - و این کریستال را خواهید دید. سیم های نازکی از کنتاکت ها به سمت آن می روند. اگر از تخیل خود استفاده کنید، می توانید نوری را که از LED می آید به صورت ابری کروی که بالای آن آویزان است تصور کنید. نور از ذرات کوچکی به نام فوتون تشکیل شده است. این بدان معنی است که یک توپ پر از فوتون بالای LED آویزان است. و هر چه LED نور بیشتری ساطع کند، توپ بزرگتر، فوتون ها بیشتر پرواز می کنند و یکدیگر را فشار داده و جابه جا می کنند. بیشتر آنها به سمت بالا عمود بر صفحه کریستال پرواز می کنند، بنابراین حداکثر شدت نور LED ها 90 درجه نسبت به محور افقی است. امیدوارم اکنون نمودارهای ارائه شده توسط تولید کنندگان LED را با وضوح بیشتری درک کرده باشید :) برای اینکه کاملا واضح باشد، اجازه دهید به یک مثال نگاه کنیم.
بیایید آنچه را که داریم بپذیریم دیود ساطع نور، که در بالای آن یک کره نورانی به قطر 1 متر که از آن ساطع می شود (ال ای دی خوب! :)) آویزان است.
مقیاس پایین فاصله تا بالای این متر است، مقیاس بالا درجه تابش است. مطابق با این نمودار، بیشترین فوتون ها روی محور با درجه 0 قرار دارند. همچنین باید به یاد داشته باشیم که نور یک موج است و بیهوده نیست که طول موج برای ویژگی ها مشخص می شود. بر این اساس، کره نوری ما را می توان به عنوان یک میدان الکترومغناطیسی با چگالی معین نشان داد. اما اینجا یک جنگل است - بیایید ادامه دهیم :)

زاویه نیمه روشنایی

سازنده معمولاً پارامتری مانند دو زاویه نیم روشناییاین اصطلاح به چه معناست؟ همانطور که متوجه شدیم، LED حداکثر نور را در مرکز، یعنی گوشه، می دهد برابر با صفر. بر این اساس، هر چه از مرکز دورتر باشد، نور کمتری دارد. زاویه نیمه روشنایی زمانی است که در درجه "0" LED 100 واحد نور معمولی تولید می کند و به عنوان مثال در 30 درجه (نسبت به محور "0") - 50 است. در شکل I شدت نور، Imax حداکثر شدت نور است. ImaxCos نیمی از شدت نور است. چرا "دو برابر" - ما درجه ها را در دو ضرب می کنیم، اما LED به طور متقارن می درخشد. در نتیجه، یک مثلث متساوی الساقین زیبا از نور به دست می آوریم. در خارج از این مثلث نیز نور وجود دارد، اما نقطه مرجع برای مشخصه LED نیم زاویه است.

کاندلا

حالا می توانیم در نظر بگیریم که چیست کاندلا. Candela به روش قدیمی یک "شمع" است. یادت هست می گفتند - لوستر یا چراغ صد شمع؟ در قدیم به نوعی نقطه مرجع نیاز بود. ما قبول کردیم که بگیریم ضخامت مورد نیازیک شمع روشن کنید و آن را یک استاندارد در نظر بگیرید، همان شمع. البته این روزها جور دیگری فکر می کنند. من به طور دقیق توضیح نمی دهم که چگونه، این خارج از محدوده مقاله است. به سادگی واحدی برای اندازه گیری شدت نور وجود دارد که به آن Candela می گویند. ویژگی اصلی آن کاربرد آن برای اندازه گیری شدت نور است منابع هدایت شده. به همین دلیل است که برای LED های 5 میلی متری مقادیر در کندل ها، به طور دقیق تر میلی کندلا (1 سی دی = 1000 mcd) نشان داده شده است.
زمان آن فرا رسیده است که بفهمیم LED های 5 میلی متری یا سایر ال ای دی ها در یک جعبه پلاستیکی چه تفاوتی با ال ای دی های قدرتمند دارند.

ویژگی های طراحی LED های نشانگر 5 میلی متری

همانطور که اشاره شد، دیود ساطع نوریک کریستال تابش نور است. بیایید طراحی یک LED را در یک محفظه پلاستیکی 5 میلی متری در نظر بگیریم. با بررسی دقیق تر، دو چیز مهم را کشف می کنیم - لنز و بازتابنده. به بازتابنده کریستال LED قرار داده شده است. این بازتابنده زاویه پراکندگی اولیه را تنظیم می کند. سپس نور از محفظه رزین اپوکسی عبور می کند. به لنز می رسد - و سپس بسته به طراحی لنز، شروع به پراکندگی در طرفین می کند. در عمل - از 5 تا 160 درجه. این همان چیزی است که برای نشان دادن شدت نور چنین LED ها استفاده می شود. کندلا. LED های جهت دار نور را در یک زاویه ثابت مشخص منتشر می کنند. برای درک اینکه زاویه جامد چیست، کافی است تصویر زیر را تصور کنید. چراغ قوه را می گیرید، روشن می کنید و در سطل آتش در پایین آن قرار می دهید، سپس درب آن را می بندید. نور داخل، بر این اساس، به شکل یک مخروط حجمی به شکل سطل ما است. این مخروط، محدود شده توسط درب، زاویه جامد است. من سعی می کنم معنای توزیع نور را به روشی ساده تر توضیح دهم. فرض کنید شدت نور چراغ قوه ما 1 کاندلا است، یعنی 1000 میلی کندل(برای تجسم بیشتر، می توانیم میلی کندلاها را فوتون در نظر بگیریم :)) اگر به قیاس ادامه دهیم، یک سطل پر از میلیکاندلا داریم. در صورت تمایل می توان حجم سطل را محاسبه کرد - به هندسه خوش آمدید :) بر این اساس، اگر سطلی را دو برابر بزرگتر برداریم، میلیکاندلاها به طور مساوی روی آن توزیع می شوند، یعنی دیگر از آنها وجود نخواهد داشت، چگالی خواهد شد. به سادگی کاهش می یابد. بنابراین، هنگام انتخاب یک LED از تعقیب شمعدان خودداری کنید - هر چه زاویه آن بازتر باشد، همان کندل کمتری دارد. در تمام این توضیحات می توانید پاسخ این سوال مقدس را بیابید - چند LED برای جایگزینی یک لامپ صد وات نیاز است. بیشتر در این مورد بعدا.

ویژگی های طراحی LED های پرقدرت

برخلاف LED های نشانگر، ال ای دی های پرقدرت نه تنها یک دستگاه، بلکه یک محصول بازاریابی نیز هستند. امروزه، یک مسابقه واقعی برای لومن بین تولید کنندگان بزرگ وجود دارد - چه کسی بیشتر دارد؟ و هیچ کس اهمیت نمی دهد که این لومن ها هنوز باید اعمال شوند. به ترتیب بریم
تفاوت اصلی بین یک LED پرقدرت و یک LED نشانگر در شکل خالص آن، به حداقل رساندن هرگونه مانع برای نور خروجی از محفظه LED است. از همین رو LED های پرقدرت دارای نمودار لامبرتی هستند. این در عمل به چه چیزی منجر می شود؟ شما LED را روشن می کنید و یک گلوله نوری زیبا بالای آن می گیرید. خب بعدش چیکار کنیم؟ چگونه می توانند سطح مورد نیاز شما را روشن کنند؟ بدیهی است که زاویه تابش باید باریکتر باشد. شما باید از اپتیک ها یا بازتابنده های مختلف استفاده کنید که به ناچار منجر به تلفات و در نتیجه کاهش شار نور می شود. بنابراین، اگر با خرید یک LED قدرتمند، اپتیک خوبی به دست نیاورده اید، علاوه بر این، به طور خاص برای طراحی آن طراحی شده است، زود خوشحال خواهید شد - سردردهنوز در راه است. رسیدن لومن های مورد نیاز به سطحی که می خواهید روشن کنید کار آسانی نیست. با این حال، اگر فقط نیاز به روشنایی اتاق دارید، می توانید بدون اپتیک هم کار کنید - یک دیفیوزر کافی است.

لومن

همانطور که قبلا متوجه شدید، کندل ها برای ارزیابی شدت نور LED های پرقدرت مناسب نیستند. برای این وجود دارد لومن ها- این مقدار کل نوری است که یک LED می تواند هنگام اتصال با مقادیر جریان و ولتاژ مشخص تولید کند. تشبیه سطل آتش را به خاطر دارید؟ اینجا هم میاد بیایید فرض کنیم که اگر LED دارای شدت نور 100 لومن باشد، در سطل ما 100 لومن وجود خواهد داشت. یک لامپ معمولی 100 وات نیز منبع لامبرتی است. میانگین خروجی نور این لامپ 10-15 لومن بر وات است. یعنی 100 وات لامپ رشته ای به ما مثلا 1000 لومن می دهد. به این معنی که برای جایگزینی لامپ 100 وات با LED، به 10 قطعه 100 لومن نیاز دارید. به همین سادگی است؟ نه متاسفانه. ما به اصطلاحی به عنوان LUX می رسیم.

لوکس

لوکس- این نسبت تعداد لومن و منطقه روشن است. 1 لوکس 1 لومن در هر متر مربع است. فرض کنید یک سطح مربع به مساحت یک متر داریم. کل آن به طور یکنواخت توسط یک لامپ که در فاصله ای عمودی از بالا قرار دارد روشن می شود. سازنده برای این لامپ روشنایی 100 لوکس را اعلام کرده است. دستگاهی به نام لوکس متر می گیریم و در هر نقطه ای از مربع خود اندازه می گیریم باید 100 لوکس بگیریم. اگر اینطور است، سازنده ما را فریب نداده است. این به منبع نوری اشاره دارد که به طور یکسان در همه جهات می تابد (منبع لامبرتی). اما LED بیشترین شدت نور را در محور عمود بر صفحه کریستال دارد. به عبارت دیگر با آویزان کردن LED روی سقف و اندازه گیری آن با لوکس متر، خواهیم دید که هر چه از محور دورتر باشد، خوانش دستگاه کمتر می شود. همه شما احتمالاً با نورافکن های رشته ای مواجه شده اید - اینها به اصطلاح "DSLR" هستند. پشت لامپ این لامپ ها با ترکیب آینه ای پوشانده شده است و فقط به سمت پایین می درخشند. در اینجا یک قیاس برای شما وجود دارد.

ویژگی های کاربرد عملی ال ای دی ها در مقاله بعدی آمده است.

پیشنهادات و نظرات در انجمن http://ledway.ru یا توسط پست الکترونیک

تبدیل میلی کندلا (mcd) به لومن (lm)	تبدیل لومن (lm) به میلی‌کاندلا (mcd)

اگر عبارت light emitting diode (به اختصار LED) را از انگلیسی ترجمه کنیم، به یک جمله زیبا و عاشقانه خواهیم رسید: “Diode emitting light.” پس چیست؟ این یک دستگاه نیمه هادی است، همانطور که امروزه مد شده است، که جریان الکتریکی را که ما با آن آشنا هستیم به همان تابش نور تبدیل می کند. LED معجزه می کند و تا حدودی کار می کند.

اما همیشه چنین نیست. در مراحل اولیه توسعه، دنیای LED ها محدود بود و از آنها به عنوان نشانگر نمایشگر استفاده می شد. اما فناوری ثابت نمی‌ماند و پیش‌بینی‌هایی از سوی کارشناسان وجود دارد که می‌گویند LED‌ها به طور کامل جایگزین لامپ‌های رشته‌ای که ما به آن‌ها عادت کرده‌ایم و حتی لامپ‌های کم مصرف را در دو دهه آینده خواهند گرفت.

چگونه و از چه چیزی ساخته شده است؟

LED دارای یک محفظه با سرب برای مخاطبین است. پیش از این، LED ها زمانی که برای نشان دادن عملکرد دستگاه ها در حین نمایش استفاده می شدند، حجیم تر بودند. و اکنون LED یک دستگاه مینیاتوری است که چشم و حتی کیف پول مصرف کنندگان را خشنود می کند.

چگونه کار می کند؟

برای درک نحوه عملکرد LED، اجازه دهید نگاهی دقیق تر به این دستگاه بیندازیم. پیش روی ما دستگاهی با سوراخ است الکترونیکی р-nانتقال، تولید تابش نوری زمانی که جریان از آن عبور می کند، که ما می بینیم. ممکن است یک اصل عملکرد کمی متفاوت از LED وجود داشته باشد: از تعامل "فلز-نیمه هادی" استفاده می شود.

اتصال pn چیست و چرا در LED استفاده می شود؟

این انتقال نقطه برجسته الکترونیک مبتنی بر نیمه هادی است. این یک نوع آلیاژ از دو نیمه هادی است که با این حال، دارای انواع مختلفی از رسانایی هستند (به اصطلاح "نوع n"، که در آن تعداد زیادی الکترون وجود دارد، و نوع دیگر "حفره" "p-" است. نوع»، جایی که تعداد سوراخ‌ها زیاد است). ترفند این است که اگر به اصطلاح "جابجایی مستقیم" را انجام دهید، یعنی به آن متصل شوید اتصال р-nاگر جریان الکتریکی مستقیم (تماس مثبت با قسمت p) وجود داشته باشد، جریان الکتریکی مورد نظر از طریق اتصال p-n جریان می یابد.

بعد از اینکه جریان از طریق اتصال p-n پس از "بایاس رو به جلو" عبور کرد، در محفظه LED چه اتفاقی می افتد؟ تلفیقی از حامل های مختلف وجود دارد بارهای الکتریکی- در مورد ما در مورد حفره ها و الکترون ها صحبت می کنیم. دومی، با داشتن بار منفی، در نقطه مقابل خود - یون های دارای بار مثبت نیمه هادی (شبکه کریستالی آن) "پارک شده اند". نور چگونه به وجود می آید؟ از این فرآیند است که همه چیز در حین کار دستگاه اتفاق می افتد. به طور دقیق تر، هنگامی که یک الکترون و یک حفره با هم برخورد می کنند، مقدار معینی انرژی تولید می شود: یک کوانتوم نور به نام فوتون.

آیا این اصل عملکرد دستگاه همیشه بدون تغییر است؟ خیر واقعیت این است که اتصال pn لزوماً نور مورد نیاز را ساطع نمی کند. در ناحیه عملکرد LED، فاصله باند باید نزدیک به انرژی کوانتوم های نور مرئی باشد. همچنین، احتمال تابش زمانی که جفت الکترون و حفره به هم متصل هستند باید بسیار زیاد باشد.

کریستال نیمه هادی در این مورد باید بدون عیب باشد، یا اگر این امکان پذیر نیست، دارای عیوب کمی باشد. زیرا دقیقاً به دلیل نقص کریستالی است که مطالعه نور رخ نمی دهد. به نظر می رسد یک چیز با چیز دیگر در تضاد است.

اگر LED نیاز به کارکرد داشته باشد، رگه منطقی کار می کند. به عنوان مثال، تولید نیمه هادی های چند لایه با بیش از یک اتصال p-n در کریستال ضروری است. ما در مورد مفهومی به عنوان یک ساختار هترو صحبت می کنیم که مورد توجه فیزیکدان روسی ژورس آلفروف قرار گرفت (او برنده جایزه لنین به علاوه مدیر موسسه فیزیک و فنی A.F. Ioffe است). در سال 2000 جایزه نوبل را برای فعالیت در زمینه ساختارهای ناهموار دریافت کرد.

مانند هر دستگاه با فناوری پیشرفته، LED بیش از یک نوع محفظه دارد، اما ما نوع استاندارد را در نظر خواهیم گرفت. معمولاً کریستال در یک بدنه 5 میلی متری "پنهان" می شود، جایی که یک عدسی در بالا و یک بازتابنده در پایین وجود دارد. آند و کاتد دو پایانه سنتی LED هستند. بازتابنده سهموی - یک بازتابنده آلومینیومی که روی کاتد قرار دارد. اگر از نزدیک به رفلکتور نگاه کنید، شبیه یک فنجان است که در کف آن کریستالی قرار داده شده است که نور ساطع می کند.

عنصر کار در مورد ما یک تک کریستال ساخته شده از یک نیمه هادی در یک LED است که به عنوان یک مکعب (تراشه) با پارامترهای 0.3x0.3x0.25 میلی متر استفاده می شود. این تک کریستال شامل کنتاکت های اهمی و یک اتصال pn یا اتصال ناهمگون است. یک تکه سیم طلا پلی است که کریستال را به آند متصل می کند.

بدنه LED شفاف است، از پلیمر ساخته شده است و از کار جلوگیری نمی کند: همچنین یک لنز فوکوس است! همراه با رفلکتور. محفظه LED همراه با بازتابنده زاویه تابش را تعیین می کند.

رنگ و روشنایی

ال ای دی های قدرتمند معمولاً روشن هستند و از نظر انتشار قوی هستند و درجه شفافیت ناحیه n برای روشنایی مهم است (فیلم های نیمه هادی تقریباً شفاف و بسیار نازک هستند). رنگ و فرکانس تابش مستقیماً با انرژی فوتون ها مرتبط است و این پارامترها تحت تأثیر موادی هستند که دستگاه های نیمه هادی از آنها ساخته شده اند. انتقال r-n. به عنوان مثال، یک تک کریستال GaAs یک پرتو مادون قرمز تولید می کند. اما اگر مقدار کمی A1 یا P اضافه کنید، LED در نهایت انتشار خود را به قرمز تغییر می دهد. اما GaP چراغ سبز تولید می کند. اگر بخواهیم نور زرد را از LED دریافت کنیم، می توانیم این کار را انجام دهیم p-n می رودانتقال با ترکیب A1InGaP.

LED چقدر مصرف انرژی دارد؟

LED از نظر مصرف برق "پرخور" نیست. در جریان 10-30 میلی آمپر و ولتاژ 2-4 ولت، از 20 تا 120 میلی وات مصرف می شود. اصل اقتصاد در اینجا کاملاً رعایت می شود: یک لامپ رشته ای کوچک سنتی 12 ولت "می خورد" و به جریان 50-100 میلی آمپر نیاز دارد.

قدرت شما چیست آقای ال ای دی؟

تولید ال ای دی در حال گسترش است و سازندگان تلاش می کنند اطمینان حاصل کنند که هر LED تا حد امکان نیازهای مشتری را برآورده می کند. به عنوان مثال، LED های پرقدرت وجود دارد و نیاز روزافزون به آنها وجود دارد. چگونه این امر محقق می شود؟ سه در یک، از نظر تبلیغاتی. برای افزایش قدرت، نه یک، نه دو، بلکه چندین کریستال هم رنگ در یک محفظه نصب می شود تا همزمان نور ساطع کنند.

افزایش قدرت LED ها اغلب توسط چهار کریستال در یک بسته به دست می آید.

روشنایی فوق العاده

برای دستیابی به عملکرد روشن LED ها، کپی های به اصطلاح "فوق العاده روشن" تولید می شود. قدرت ال ای دی های فوق روشن تا 60 مگاوات می رسد (این حدود 1/16 وات است) و اگر برای کار در محفظه ای با اندازه متوسط ​​قرار گیرند، برای روشنایی قوی و خوب، نصب از 15 تا 20 تای آنها.

در واقع، یک LED متوسط ​​"فوق العاده روشن" توان 240 مگاوات (یعنی 1/4 وات) را حمل می کند و برای دریافت نور LED معمولی (نه در بزرگترین، اما نه کوچکترین) محفظه به 4 تا 8 LED نیاز داریم. ال ای دی های بسیار قدرتمند ال ای دی هایی هستند که توان آنها فقط از یک وات اندازه گیری می شود و این ال ای دی های بسیار کارآمدی هستند، زیرا به معنای واقعی کلمه با یکی دو مورد از این موارد می توانید به راحتی کل بدنه را روشن کنید.

ال ای دی در کجا استفاده می شود؟

که در دنیای مدرن LED جایگاه مهمی را به خود اختصاص داده است. آنها در جایی که به نور محلی نیاز است خودنمایی می کنند. شدت آن را می توان با استفاده از LED ها از روشن به مخالف آن - کم نور تنظیم کرد. LED ها کار خوبی برای ایجاد یک فضای جشن دارند، این به ویژه در حال حاضر، در آستانه کریسمس و سال نو صادق است. آنها در سایه های مختلف می درخشند و بزرگسالان و کودکان را با رنگ های روشن خود خوشحال می کنند. برای بهره برداری از چراغ های LED، اجرای خطوط تبلیغاتی یا اطلاع رسانی، مجددا LED راه حل بهینه است.

در نهایت، LED در حال حاضر به ما کمک می کند تا هرج و مرج رو به رشد در ترافیک وسایل نقلیه و عابران پیاده در شهرها و شهرک ها را ساده کنیم. ال ای دی ها در یک منطقه دیگر "شخم می زنند": تنظیم جاده، جایی که آنها در عملکرد چراغ های راهنمایی استفاده می شوند.

مزیت اصلی LED ها توانایی آنها در تولید نور در حالی که انرژی نسبتا کمی مصرف می کنند است. به همین دلیل است که LED ها به شدت در حال تحقیق و بهبود هستند و کاربرد گسترده تری در زمینه های مختلف پیدا می کنند. به عبارت دیگر، آقای ال ای دی با اطمینان در سیاره ما قدم می زند و به عنوان یک مهمان مهم و مفید جای خود را به او می دهند.

میخائیل برسنف

مقایسه یک LED پرقدرت با یک لامپ هالوژن: