Bardzo nie lubię formuł. Jak każdy normalny człowiek :) Przyprawiają mnie o ból głowy i chęć rzucenia czymś w ścianę. Całe życie starałem się trzymać od nich z daleka. I to zadziałało. Ale potem zainteresowałem się diodami LED i zdałem sobie sprawę, że nie ma ucieczki. Aby uzyskać pożądany rezultat, musisz zrozumieć, jak to działa. Powoli, krok po kroku, zacząłem przedzierać się przez dżunglę lumenów, kandeli i steradynów. Stopniowo w mojej głowie zaczął pojawiać się obraz. A jednocześnie żal – dlaczego nie było nikogo, kto by to wyjaśnił prostym, przystępnym językiem? Tyle czasu zmarnowanego... Postaram się oszczędzić Ci bólu głowy i możliwie najdokładniej wyjaśnię, czym jest dioda LED i jak działa. No cóż, przy okazji wyjaśnię kilka praw optyki :)
Zalety: mały rozmiar, niski pobór mocy, niska samooczyszczanie, wysoka niezawodność, szybkie włączanie i wyłączanie, są odporne na wstrząsy i wibracje. Cechy, które czasami można uznać za wady, to wąski kąt widzenia, bliskie światło monochromatyczne, ograniczony wybór długości fali i wymagają rezystora ograniczającego sterowanego napięciem.
Typowe maksymalne napięcie wsteczne wynosi pięć woltów. Budowa i działanie. Materiał półprzewodnikowy to zazwyczaj bardzo mały układ scalony lub matryca zamontowany na ramie ołowianej i zamknięty w przezroczystej lub rozproszonej żywicy epoksydowej. Kształt żywicy epoksydowej i ilość materiału rozpraszającego w żywicy epoksydowej kontrolują kąt emisji strumienia świetlnego na rysunku 1. Istnieje jednak szeroki wybór opakowań kątowych, opakowań zbiorczych i opakowań niestandardowych dostosowanych do Twoich potrzeb.
Artykuł przeznaczony jest dla tych, którzy mają wątpliwości co do watów-kandeli-lumenów-lumenów. I ogólnie w diodach LED. Napisane przez zaawansowany czajnik dla początkujących czajników :)
Zwykła dioda LED – z czym ją zjeść
Pierwszym półprzewodnikiem w historii był Iwan Susanin.
Nieważne, jak na to spojrzysz, najpierw będziesz musiał dotknąć praw zwykłej elektryczności. Oczywiście na jasnych przykładach :) Wszyscy wiemy, co to jest 220 woltów - to coś, co może poważnie powalić, jeśli nie podejmiesz środków ostrożności. Kupując urządzenie elektryczne, na przykład żelazko, w paszporcie jest napisane, do jakiego napięcia jest ono przeznaczone. Zwykle jest to 220 woltów. Ale w tym samym paszporcie wskazano również następujące parametry - napięcie przemienne o częstotliwości 50 herców. Dlaczego producenci uparcie wskazują Ci te parametry? Weź dowolną kartę danych technicznych urządzenia elektrycznego i spójrz – jest tam napisane, że napięcie zasilania powinno wynosić ~ 220 woltów, 50 Hz. Zastanówmy się, co to jest. Znak „~” oznacza, że napięcie powinno być zmienne. Na przykład w sieci pokładowej samochodu napięcie jest stałe. A przy baterii AA jest ona stała. Różnica jest prosta – napięcie stałe ma plus i minus, a napięcie zmienne nie. Dlaczego nie? To bardzo proste. W sieci o napięciu przemiennym plus i minus stale zmieniają miejsca. Ten sam kontakt to czasem plus, czasem minus. Jak często? Ale do tego istnieje inna wartość - 50 Hz. Co to jest Hz? Jest to jedna wibracja na sekundę. Oznacza to, że w naszej sieci domowej plus zmiany minus pięćdziesiąt razy na sekundę. I teraz - jakie jest praktyczne zastosowanie tej wiedzy, co to ma wspólnego z diodą LED? Rozwiążmy to. Załóżmy, że masz w rękach żarówkę 220 V i 100 W. Jeśli uwzględnisz to w sieć elektryczna- zaświeci się z pełną mocą stu watów. A co jeśli nie potrzebujemy tych 100 watów? Czy potrzebujesz, powiedzmy, 50 W? Pomoże nam w tym dioda.
Jeśli złamiesz słowo " PROWADZONY„do komponentów, a następnie otrzymujemy” światło" I " dioda". Czyli jest to zwykła dioda, która też się świeci. Dioda to urządzenie, które najlepiej można porównać np. z zaworem lub złączką w kole samochodowym. Można do niej pompować powietrze, ale złączka nie będzie działać nie wpuść go z powrotem. Zwykła dioda wygląda jak czarna beczka z dwoma zaciskami - plusem i minusem. Można ją więc wykorzystać do praktycznych eksperymentów, które wielu osobom pomagają w utrwaleniu materiału. Oczywiście natychmiastowe rozpoczynanie eksperymentów jest niebezpieczne 220 V, ale zachowując ostrożność, nic strasznego się nie stanie. Eksperymenty przeprowadzamy na własne ryzyko :) Będziemy potrzebować żarówki do lodówki o napięciu 220 V i mocy 15 W. W tym celu musimy znaleźć odpowiednie gniazdko i wyjąć z niego dwa przewody. Wtedy przydałaby nam się jakakolwiek dioda, którą można dostać np. z jakiegoś wadliwego telewizora lub magnetofonu. Im większa tym lepiej, żeby nie trzeba było brać bardzo małych - przecież zwykle jest obok niego symbol trójkąta.
Następnie potrzebujemy przewodu zasilającego z wtyczką, kilku przewodów i lutownicy. Aby rozpocząć, wystarczy podłączyć żarówkę do sieci i zapamiętać, jak świeci. Następnie odłącz i zmontuj obwód zgodnie ze schematem po lewej stronie. Pamiętaj, aby dokładnie zaizolować wszystkie połączenia taśmą elektryczną. Włączać do kontaktu. Jak widać żarówka świeci dużo gorzej. Nie jest to zaskakujące – otrzymuje teraz tylko połowę potrzebnego napięcia – dioda nie pozwala na drugie. Jeśli eksperyment się powiódł, a dioda jest wystarczająco duża, możesz teraz sprawić, że każda ze swoich żarówek będzie praktycznie wieczna. Na przykład masz w korytarzu 50-watową lampę, która ciągle się przepala. Weź 100-watowy, włącz go przez diodę - będzie świecić z mocą około 50 watów, ale nie przepali się. Jest jednak jedno zastrzeżenie - dioda musi być zaprojektowana na napięcie 350-400 woltów i prąd co najmniej ampera. Najlepiej kupić w sklepie z częściami do radia.
Kandele definiuje się jako liczbę lumenów na steradianowy kąt bryłowy. Zwykle mierzy się go wzdłuż osi projekcji urządzenia i określa reakcję oka na światło. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez złącze w kierunku do przodu, nośniki elektryczne dostarczają energię proporcjonalną do spadku napięcia w kierunku przewodzenia na złączu diody, która jest emitowana w postaci światła. Ponieważ urządzenie jest używane w trybie przewodzenia, gdy tylko przyłożone napięcie przekroczy napięcie przewodzenia diody; prąd płynący przez urządzenie może rosnąć wykładniczo.
Cóż, skoro już ustaliliśmy, czym jest dioda, warto przejść do tematu, który nas interesuje - PROWADZONY. Dioda LED, jak już jest jasne, ma również plus i minus. Oznacza to, że do jego działania potrzebne jest źródło stałego napięcia - bateria, bateria, zasilacz. Zasilacz musi wskazywać, co wysyła napięcie stałe(DC). Zwykle na pokrywie urządzenia znajduje się naklejka z tą zawartością.
Wejście - ~220V 50HZ,
wyjście - 12 V, 0,5 A DC
Oznacza to, że taka jednostka może wytwarzać stałe napięcie 12 woltów i prąd 0,5 ampera.
Zauważ to rumak w przypadku telefonów komórkowych jest to również zasilacz. Zwykle ma parametry 5-6 V, 0,2-0,5 A. Często bardzo wygodnie jest go używać do zasilania diod LED, ponieważ ładowarka stabilizuje prąd. Ale o tym później, w kolejnych artykułach.
Ważne są dla nas dwa parametry - napięcie pracy diody LED i prąd. Napięcie robocze diody LED nazywane jest również „spadkiem napięcia”. W istocie termin ten oznacza, że po diodzie LED napięcie w obwodzie będzie mniejsze o wielkość tej samej kropli. To znaczy, jeśli dostarczymy prąd do PROWADZONY, który ma spadek napięcia o 3 wolty, wówczas zużyje te trzy wolty, a urządzenie podłączone za nim w tym samym obwodzie otrzyma o 3 wolty mniej. Ale najważniejszą rzeczą do zrozumienia jest to, że diody LED dbają o prąd, a nie napięcie. Pobierze tyle napięcia, ile potrzebuje, ale tyle prądu, ile podasz. Oznacza to, że jeśli zasilacz może generować prąd o natężeniu 10 amperów, dioda LED będzie pobierać prąd aż do przepalenia. Logika tutaj jest prosta – podłączona dioda LED pobiera prąd i zaczyna się nagrzewać. Im cieplej, tym więcej bardziej aktualne może przez nią przejść - rozszerza się pod wpływem ogrzewania. Wraz z prądem wzrasta spadek napięcia na diodzie. I tak dalej, aż do całkowitego wypalenia - nikt nie ograniczał prądu. Należy to zrobić za pomocą elementu ograniczającego.
Należy pamiętać, że jeśli źródło zasilania ma napięcie wyjściowe równe napięciu roboczemu diody LED, nie ma potrzeby ograniczania prądu. Czyli jeśli masz np. białą diodę LED i baterię 3,6 V z telefonu komórkowego to możesz podłączyć ją bezpośrednio do tej baterii - dioda LED nic się nie stanie. Chętnie wziąłby większy prąd, ale napięcia jest za mało. Zatem bateria telefonu komórkowego 3,6 V jest idealnym źródłem zasilania do eksperymentów z białymi i niebieskimi diodami LED. Dlaczego tylko z nimi – o tym w innych artykułach.
Ogólnie rzecz biorąc, musimy podłączyć kran szeregowo z diodą LED i ustawić go na potrzebną wartość. Jako taki kran mogą pełnić różne urządzenia. Najprostszym z nich jest rezystor. Jak prawidłowo ograniczać Prąd diody tak jest napisane w moim artykule. I będziemy działać dalej. To prawda, jeśli nie interesuje Cię działanie diody LED, ale po prostu chcesz się o tym dowiedzieć praktyczne zastosowanie- lepiej przejść na koniec strony i wybrać inną część „Dla opornych”. Jeżeli jednak masz ochotę poznać półprzewodnikowe źródła światła „od podstaw” – kontynuujmy znajomość ;)
Zasada działania lamp LED
Wraz ze zmianą prądu strumień świetlny zmieni się w podobny sposób. Korelację tę uzyskuje się poprzez ustalenie kombinacji prądu szczytowego i szerokości impulsu dla różnych częstotliwości odświeżania i utrzymanie maksymalnej temperatury złącza osiąganej podczas pracy przy maksymalnym prądzie ciągłym. i maksymalny prąd znamionowy. kontrolowanie prądu do prawidłowa wartość dla konkretnego urządzenia. Najpopularniejszym obwodem jest źródło napięcia znacznie wyższe niż spadek napięcia w kierunku przewodzenia diody oraz szeregowy rezystor ograniczający prąd.
Optyczne aspekty stosowania diod LED
„Jest wystarczająco dużo światła dla tych, którzy chcą widzieć, i wystarczająco ciemności dla tych, którzy nie chcą”.
B. PascalZałóżmy, że nauczyliśmy się łączyć PROWADZONY i ograniczyć jego prąd. Powstaje pytanie - jak bardzo świeci? Tutaj musimy trochę zagłębić się w optykę.
Wśród właściwości diod LED, zwłaszcza dużej mocy, często wskazuje się rodzaj rozsyłu światła. Zwykle jest to tzw Lambertow
schemat nieba. Dalej uznamy to za najczęstsze. Co oznacza ten termin? Dioda LED „Lambert” świeci jednakowo we wszystkich kierunkach, niezależnie od kierunku. Gdyby dioda LED była kulą, świeciłaby jednakowo we wszystkich kierunkach – to jest istota diagramu Lamberta. Żeby było jasne, słońce jest źródłem lambertowskim. Standardowa konstrukcja diody LED to kryształ, cienka płytka, która świeci. Spójrz przez przezroczyste okienko diody LED - a zobaczysz ten kryształ. Idą do niego cienkie druty styków. Jeśli użyjesz wyobraźni, możesz wyobrazić sobie światło wychodzące z diody LED w postaci wiszącej nad nią kulistej chmury. Światło składa się z małych cząstek zwanych fotonami. Oznacza to, że nad diodą LED wisi kula wypełniona fotonami. Im więcej światła emituje dioda LED, tym większa jest kula, tym dalej lecą fotony, popychając się i przemieszczając. Większość z nich leci w górę prostopadle do płaszczyzny kryształu, dlatego maksymalna jasność diod LED wynosi 90 stopni względem osi poziomej. 
Mam nadzieję, że teraz lepiej zrozumiecie schematy dostarczane przez producentów diod LED :) Aby było to całkowicie jasne, spójrzmy na przykład. PROWADZONY Zaakceptujmy to, co mamy , na szczycie której wisi emitowana przez nią kula światła o średnicy 1 metra (dobra dioda LED! :)).
Dolna skala to odległość do szczytu tego licznika, górna to stopień promieniowania. Zgodnie z tym diagramem najwięcej fotonów znajduje się na osi o stopniu 0. Im większe odchylenie od osi i większa odległość od kryształu, tym mniejsza jest gęstość fotonów. Musimy również pamiętać, że światło jest falą i nie bez powodu długość fali jest wskazywana dla charakterystyki. W związku z tym naszą kulę świetlną można przedstawić jako pole elektromagnetyczne o określonej gęstości. Ale to już dżungla - idziemy dalej :)
Kąt połowy jasności Producent zazwyczaj wskazuje parametr taki jak podwójny kąt połowy jasności. Co oznacza ten termin? Jak się przekonaliśmy, dioda LED daje maksimum światła w środku, czyli w rogu równy zeru
Na rysunku I to natężenie światła, Imax to maksymalne natężenie światła. ImaxCos to połowa natężenia światła. Dlaczego „podwójnie” - mnożymy stopnie przez dwa, ale dioda LED świeci symetrycznie. W rezultacie otrzymujemy ładny trójkąt równoramienny światła. Poza tym trójkątem znajduje się również światło, ale punktem odniesienia dla charakterystyki diody LED jest półkąt. Kandela
Teraz możemy zastanowić się, co to jest Kandela. Candela to po staremu „świeca”. Pamiętasz, jak mawiali – żyrandol czy lampa ze setką świec? W dawnych czasach potrzebny był jakiś punkt odniesienia. Zgodziliśmy się wziąć wymagana grubość zapal świecę i uważaj ją za standardową, tę samą świecę. Dziś oczywiście myślą inaczej. Nie będę szczegółowo wyjaśniał, jak to zrobić, wykracza to poza zakres artykułu. Istnieje po prostu jednostka miary natężenia światła, która nazywa się Candela. Jego główną cechą jest zastosowanie do pomiaru natężenia światła źródła kierowane. Dlatego dla diod LED 5 mm wartości podawane są w kandelach, a dokładniej w milikandelach (1 cd = 1000 mcd).Czas dowiedzieć się, czym diody LED 5 mm lub inne w plastikowej obudowie różnią się od mocnych.
Cechy konstrukcyjne diod LED o średnicy 5 mm
Jak wspomniano powyżej, PROWADZONY jest kryształem emitującym światło. Rozważmy projekt diody LED w plastikowej obudowie o grubości 5 mm. Po bliższym przyjrzeniu się odkrywamy dwie ważne rzeczy – soczewka i odbłyśnik. W reflektorze
Umieszczony jest kryształ LED. Odbłyśnik ten ustawia początkowy kąt rozproszenia. Następnie światło przechodzi przez obudowę z żywicy epoksydowej. Dociera do obiektywu – po czym zaczyna się rozpraszać po bokach pod kątem w zależności od konstrukcji obiektywu. W praktyce - od 5 do 160 stopni. Służy do wskazywania natężenia światła takich diod LED. kandela. Kierunkowe diody LED emitują światło pod określonym kątem. Aby zrozumieć, czym jest kąt bryłowy, wystarczy wyobrazić sobie następujący obraz. Bierzesz latarkę, włączasz ją i umieszczasz w wiadrze paleniskowym na samym dole, po czym zamykasz pokrywę. Światło wewnątrz ma zatem formę wolumetrycznego stożka w kształcie naszego wiadra. Ten stożek, ograniczony pokrywą, jest kątem bryłowym. Spróbuję wyjaśnić znaczenie rozsyłu światła w prostszy sposób. Załóżmy, że natężenie światła naszej latarki wynosi 1 kandela, czyli 1000 milikandel(Mówiąc bardziej obrazowo, milikandele możemy uznać za fotony :)) Jeśli będziemy kontynuować przez analogię, otrzymamy pełne wiadro milikandel. W razie potrzeby można obliczyć objętość wiadra - witamy w geometrii :) Odpowiednio, jeśli weźmiemy wiadro dwa razy większe, milikandele będą na nim równomiernie rozłożone, to znaczy nie będzie ich więcej, gęstość będzie po prostu zmniejszyć. Dlatego przy wyborze diody LED nie gonić za kandelami – im szerszy jest jej kąt, tym mniej kandeli ma ta sama dioda. We wszystkich tych wyjaśnieniach można znaleźć odpowiedź na święte pytanie - ile diod LED potrzeba, aby wymienić stuwatową żarówkę. Więcej na ten temat później. Cechy konstrukcyjne diod LED dużej mocy
W przeciwieństwie do diod sygnalizacyjnych, diody dużej mocy to nie tylko urządzenie, ale także produkt marketingowy. Dziś trwa prawdziwy wyścig o lumeny pomiędzy największymi producentami – kto ma więcej? I nikogo nie obchodzi, że te lumeny nadal trzeba stosować. Chodźmy po kolei.Główną różnicą między diodą LED dużej mocy a diodą sygnalizacyjną w czystej postaci jest minimalizacja wszelkich przeszkód dla światła wychodzącego z obudowy diody LED. Dlatego diody LED dużej mocy mają diagram Lamberta. Do czego to prowadzi w praktyce? Włączasz diodę LED i widzisz nad nią ładną kulę światła. Co zatem powinniśmy zrobić dalej? W jaki sposób mogą oświetlić potrzebną powierzchnię? Oczywiście kąt promieniowania musi być węższy. Trzeba zastosować inną optykę lub odbłyśniki, co nieuchronnie prowadzi do strat, a co za tym idzie, zmniejszenia strumienia świetlnego. Dlatego jeśli po zakupie mocnej diody LED nie nabyłeś dobrej optyki, a ponadto zaprojektowanej specjalnie pod kątem jej konstrukcji, będziesz się cieszyć wcześnie - ból głowy jeszcze przed nami. Doprowadzenie potrzebnej ilości lumenów do powierzchni, którą chcesz oświetlić, nie jest łatwym zadaniem. Jeśli jednak potrzebujesz tylko oświetlić pomieszczenie, możesz obejść się bez optyki - wystarczy dyfuzor.
Lumen
Luks
Luks- jest to stosunek liczby lumenów do oświetlanej powierzchni. 1 luks to 1 lumen na metr kwadratowy. Załóżmy, że mamy kwadratową powierzchnię o powierzchni jednego metra. Całość jest równomiernie oświetlona przez żarówkę umieszczoną w pewnej odległości pionowo od góry. Dla tej żarówki producent określił natężenie oświetlenia na poziomie 100 luksów. Bierzemy urządzenie zwane luksomierzem i mierzymy w dowolnym miejscu naszego kwadratu, powinniśmy uzyskać 100 luksów. Jeśli tak jest, to producent nas nie oszukał. Odnosi się to do źródła światła, które świeci jednakowo we wszystkich kierunkach (źródło Lamberta). Ale dioda LED ma największą jasność na osi prostopadłej do płaszczyzny kryształu. Innymi słowy, zawieszając diodę LED na suficie i mierząc ją luksomierzem, zobaczymy, że im dalej od osi, tym niższe odczyty urządzenia. Zapewne każdy z Was spotkał się z reflektorami żarowymi – są to tak zwane „lustrzanki cyfrowe”. Tył żarówki tych lamp pokryty jest lustrzaną kompozycją i świecą jedynie w dół. Oto analogia dla ciebie.Cechy praktycznego zastosowania diod LED znajdują się w następnym artykule.
Poniższy diagram przedstawia kilka konfiguracji. rozpraszanie mocy. Obecnie istnieją dwa podejścia do tworzenia białego światła. Podobnie tzw lampy fluorescencyjne zastosować trzy luminofory, z których każdy emituje stosunkowo wąskie spektrum światła niebieskiego, zielonego lub czerwonego po otrzymaniu promieniowania ultrafioletowego z łuku rtęciowego w rurze lampy.
Pozostałe światło niebieskie zmieszane ze światłem żółtym daje światło białe. Opracowywane są nowe luminofory w celu poprawy oddawania barw, jak pokazano na rysunku. Święta Bożego Narodzenia są już tuż za rogiem i niezależnie od tego, czy je świętujesz, czy nie, być może już zacząłeś widzieć lampki bożonarodzeniowe, które dekorują domy i choinki. Jak właściwie działają te światła i jak można je stworzyć, aby uzyskać taką gamę kolorów? Ten wykres przedstawia chemię.
Sugestie i komentarze są mile widziane na forum http://ledway.ru lub przez e-mail
| Przelicz milikandele (mcd) na lumeny (lm) | Konwersja lumenów (lm) na milikandele (mcd) |
Jeśli przetłumaczymy wyrażenie dioda emitująca światło (w skrócie LED) z języka angielskiego, otrzymamy piękne i romantyczne zdanie: „Dioda emitująca światło”. Więc co to jest? To urządzenie półprzewodnikowe, jak to się obecnie modnie mówi, które przekształca znany nam prąd elektryczny w to samo promieniowanie świetlne. Dioda LED czyni cuda i w pewnym stopniu działa.
Zanim o tym porozmawiamy, zacznijmy od podstaw. Warstwy są „domieszkowane” zanieczyszczeniami, tj. atomy pierwiastków innych niż oryginalne w materiale półprzewodnikowym są mieszane. Kiedy elektrony i „dziury” elektronowe łączą się, uwalniana jest energia, która jest postrzegana jako światło widzialne. Chociaż wyjaśnia to, w jaki sposób powstaje światło, musimy przyjrzeć się nieco bliżej temu, co się dzieje, aby wyjaśnić, w jaki sposób można uzyskać różne kolory.
Jak widać na wykresie, dla wszystkich kolorów używany jest nie tylko jeden materiał, ale cały szereg możliwości. Mają wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi żarówkami: działają dłużej niż zwykłe żarówki i są bardziej energooszczędne, ponieważ do wyemitowania tej samej ilości światła wymagają mniej energii.
Ale nie zawsze tak było. Na wczesnych etapach rozwoju świat diod LED był ograniczony i używano ich jako wskaźnika wyświetlacza. Ale technologia nie stoi w miejscu i pojawiają się prognozy ekspertów, którzy mówią, że w ciągu najbliższych dwóch dekad diody LED całkowicie zastąpią żarówki, do których jesteśmy przyzwyczajeni, a nawet lampy energooszczędne.
Dioda elektroluminescencyjna jest urządzeniem półprzewodnikowym emitujące światło na określonej długości fali. Uszczelka zamknięta jest w obudowie plastikowej lub ceramicznej. Korpus może zawierać jedną lub więcej matryc. Odnosi się to do technologii, w której światło jest emitowane poprzez elektroluminescencję w stanie stałym, w przeciwieństwie do żarówek.
Połączenie fotonów „niebieskich” i „żółtych” daje światło białe. Efektywność energetyczna jest w modzie nie bez powodu. Jednak dla wielu są one tajemnicą, podobnie jak oni praca wewnętrzna nieco różni się od standardowych żarówek. Po przyłożeniu prądu elektrycznego dioda emituje jasne światło wokół małej lampy. Zazwyczaj diody są stosowane w wielu technologiach, takich jak radia, telewizory i komputery, jako element elektryczny zapewniający przewodzenie.
Jak i z czego jest wykonany?
Dioda LED posiada obudowę z wyprowadzeniami na styki, wewnątrz niej znajduje się podłoże z kryształem półprzewodnikowym i specjalnym układem optycznym. Wcześniej diody LED były bardziej masywne, gdy służyły do wskazywania pracy urządzeń podczas wyświetlania. A teraz LED to miniaturowe urządzenie, które cieszy oko, a nawet portfele konsumentów.
Podłączenie diody do prądu elektrycznego wzbudza elektrony wewnątrz diody, powodując uwolnienie fotonów, które postrzegamy jako światło. Barwa światła jest bezpośrednią konsekwencją przerwy energetycznej w półprzewodniku diody. Podczas wymiany wielu żarówek oprawy oświetleniowe Pomysł wydawania setek dolarów na żarówki odstrasza wielu potencjalnych klientów.
Holzer studiował literaturę angielską w Cal State uniwersytet państwowy, Fullerton. Dioda to specjalny rodzaj półprzewodnika, który ma wiele zastosowań. Jedną z zasad jest jednak kontrolowanie kierunku przepływu energii elektrycznej. To po prostu fantazyjny sposób powiedzenia „magia”. 😉. Właściwie jednak, mówiąc najprościej, pomyśl o doktorze Pepperze jako o podzielonym na pół. Z jednej strony stworzyłeś materiał półprzewodnikowy, do którego dodałeś zanieczyszczenia, dzięki czemu zawiera on ujemnie naładowane nośniki; zasadniczo mnóstwo elektronów.
Jak to działa?
Aby zrozumieć, jak działa dioda LED, przyjrzyjmy się bliżej temu urządzeniu. Przed nami urządzenie z dziurą elektroniczny р-n przejście, wytwarzające promieniowanie optyczne, gdy przepływa przez nie prąd, co widzimy. Dioda LED może mieć nieco inną zasadę działania: stosowana jest interakcja „metal-półprzewodnik”.
Z drugiej strony zrobiłeś to samo, z tą różnicą, że wprowadziłeś zanieczyszczenia zawierające nośniki naładowane dodatnio; zasadniczo myśl o tym jak o zbiorze dziur, które należy wypełnić elektronami. To tutaj dzieje się cała magia. Okazuje się, że normalny prąd będzie przemieszczał się z jednej strony na drugą, ale nie lubi płynąć w przeciwnym kierunku. Jak więc modyfikuje się te diody, aby wytwarzały światło? Okazuje się, że tak naprawdę nie trzeba ich modyfikować, aby stworzyć formę emisji światła.
Jednak standardowe diody są zazwyczaj wykonane z materiałów, które pochłaniają większość emitowanego światła i, co ważniejsze, nie emitują światła w postaci widocznej dla człowieka. Podczas tego procesu elektrony ostatecznie zmieniają swój stan. Podczas tej zmiany stanu uwalniany jest foton. Mówiąc dokładniej, dzieje się tak, że gdy elektrony poruszają się po orbicie jądra atomu, elektrony o różnych orbitach mają różne ilości energia.
Co to jest złącze pn i dlaczego jest stosowane w diodzie LED?
To przejście jest najważniejszym elementem elektroniki opartej na półprzewodnikach. Jest to rodzaj stopu dwóch półprzewodników, które jednak charakteryzują się różnym rodzajem przewodnictwa (tzw. „typ p”, gdzie występuje nadmierna liczba elektronów, oraz drugi typ „dziurowy” to „p -type”, gdzie jest nadmierna liczba dziur). Sztuka polega na tym, że jeśli przeprowadzisz tak zwane „bezpośrednie przemieszczenie”, czyli połączysz się skrzyżowanie р-n Jeśli istnieje stały prąd elektryczny (dodatni kontakt z częścią p), wówczas pożądany prąd elektryczny przepłynie przez złącze p-n.
Elektrony, których orbity są dalej od jądra, mają większą energię, a te bliżej siebie mają mniejszą energię. Dlatego, aby elektron zmienił swoją orbitę, musi albo stracić energię, albo zyskać energię. Im większe uwolnienie energii, tym wyższa częstotliwość fotonu świetlnego, a tym samym zmiana koloru. Jeśli nie, na przykład przy emisji w widmie podczerwonym, nie zobaczysz tego.
Światło w standardowej diodzie ma atomy ułożone tak, że spadek energii elektronu jest bardzo krótki, dlatego częstotliwość emitowanego światła nie jest widoczna dla naszych oczu, ale mieści się w zakresie podczerwieni. Różni się to od rzeczy takich jak emisja światła z powodu wysoka temperatura, co nazywa się żarzeniem; lub światło w wyniku reakcji chemicznej zwanej chemiluminescencją; między innymi. Ma jednak także inne istotne zalety, takie jak szeroki zakres temperatur barwowych, kompaktowe i małe rozmiary oraz szeroki zakres kontroli i wiele innych czynników.
Co dzieje się dalej w obudowie diody LED po przepłynięciu prądu przez złącze p-n po „przesunięciu w przód”? Istnieje fuzja różnych nośników ładunki elektryczne– w naszym przypadku mówimy o dziurach i elektronach. Te ostatnie, posiadające ładunek ujemny, są „zaparkowane” w swoich przeciwieństwach – dodatnio naładowanych jonach półprzewodnika (jego sieci krystalicznej). Jak powstaje światło? To z tego procesu wszystko dzieje się podczas pracy urządzenia. Mówiąc dokładniej, gdy elektron i dziura zderzają się, wytwarzana jest pewna ilość energii: kwant światła zwany fotonem.
Dlaczego jest to najbardziej preferowany wybór w przypadku oświetlenia elektrycznego i sprzęt AGD Dzisiaj? Kiedy wynaleziono go po raz pierwszy, był on nadal bardzo drogi w produkcji, bardzo nieefektywny i mógł emitować jedynie niewielką ilość światła. Zarówno światło, jak i elektryczność są formami energii i, jak rozumiemy, energia nie jest rozpraszana, ale raczej zostanie przekształcona w inną formę energii.
Co właściwie dzieje się w aktywnym regionie
Powyższy rysunek przedstawia schemat aktywności elektronów podczas przejścia prąd elektryczny. Gdy elektrony przemieszczają się przez diodę, uwalniają energię w postaci fotonów. Zatem, gdy szczelina jest wystarczająco duża, częstotliwość fotonów może być postrzegana dla ludzkiego oka jako światło. Jak wspomniano w powyższej sekcji, wielkość szczeliny będzie również determinować kolor emitowanego światła.
Czy ta zasada działania urządzenia jest zawsze niezmienna? NIE. Faktem jest, że złącze pn niekoniecznie emituje wymagane światło. W obszarze działania diody LED pasmo wzbronione musi być bliskie energii kwantów światła widzialnego. Również prawdopodobieństwo promieniowania, gdy pary elektronów i dziur są połączone, musi być dość wysokie.
Jak działa ta technologia?
Elektrony są niewidoczne dla ludzkiego oka, a ich ruch powoduje mniej zakłóceń w porównaniu z ruchami gazu występującymi w świetlówkach, o czym pisaliśmy w poprzednim artykule. Jest to stosunkowo prosty proces w porównaniu z innymi alternatywami, w których należy całkowicie zmienić cały materiał lub substancję chemiczną. W przypadku niektórych alternatywnych źródeł światła zmiana koloru może po prostu nie być możliwa.
Półprzewodniki nie wymagają czasu nagrzewania typowego dla starszych technologii rurowych i mogą wytrzymać częste cykle. Ta funkcja jest obecnie szeroko stosowana w inteligentnych systemach sterowania i nowych inteligentnych żarówkach.
Kryształ półprzewodnika w tym przypadku musi być wolny od defektów lub, jeśli nie jest to możliwe, posiadać niewielką liczbę defektów. Ponieważ właśnie z powodu defektów kryształu nie ma miejsca badanie światła. Okazuje się, że jedno stoi w sprzeczności z drugim.
Jeśli dioda LED potrzebuje działającej, wówczas działa żyła racjonalizująca. Na przykład konieczne jest wytwarzanie półprzewodników wielowarstwowych z więcej niż jednym złączem p-n w krysztale. Mówimy o takiej koncepcji, jak struktura hetero, która stała się przedmiotem szczególnej uwagi rosyjskiego fizyka Zhoresa Alferowa (jest laureatem Nagrody Lenina oraz dyrektorem Instytutu Fizyko-Technicznego A.F. Ioffe). W 2000 roku otrzymał Nagrodę Nobla za pracę w dziedzinie heterostruktur.
Regulacja jasności diod LED
Nadal używasz starych świetlówek lub żarówek? Rezultatem są niższe koszty w dłuższym okresie. Czy ci się to podoba, czy nie, czas działać dalej. Oczywiście nie wszyscy akceptują żarówki nowej generacji. Niektórzy zastanawiają się, po co nam mandat do korzystania z nich, skoro są tak wspaniałe. Faktem jest, że po ponad stu latach, dzień wcześniej do nich dołączyliśmy. Są „tanie”, blakną w przewidywalny sposób i dają ciepły i znajomy blask.
Jak każde zaawansowane technologicznie urządzenie, dioda LED ma więcej niż jeden rodzaj obudowy, ale rozważymy standardową. Zwykle kryształ jest „ukryty” w 5-milimetrowej obudowie, gdzie na górze znajduje się soczewka, a na dole odbłyśnik. Anoda i katoda to dwa tradycyjne zaciski diody LED. Odbłyśnik paraboliczny - odbłyśnik aluminiowy umieszczony na katodzie. Jeśli przyjrzysz się uważnie odbłyśnikowi, przypomina on miskę, na dnie której umieszczony jest kryształ emitujący światło.
Odstawienie od nich nie jest łatwe: gdy 1 stycznia weszło w życie wycofywanie mocy 40 i 60 W, w około połowie dwumilimetrowych oprawek żarówek w całym kraju nadal znajdują się żarówki żarowe. Większość z nas prawdopodobnie kupi halogeny nawet tego nie zauważając.
Kosztują około dolara za sztukę, są tanie, a wyglądają, w dotyku i działają prawie dokładnie tak samo jak tradycyjne żarówki. Oto samouczek, który rozwieje Twoje wątpliwości i pozwoli Ci poruszać się po olśniewającej gamie opcji.
Elementem roboczym w naszym przypadku jest monokryształ wykonany z półprzewodnika, w diodzie LED pełni on funkcję sześcianu (chipu) o parametrach 0,3x0,3x0,25 mm. Ten monokryształ zawiera styki omowe i złącze pn lub heterozłącze. Mostek łączący kryształ z anodą to kawałek złotego drutu.
Korpus LED jest przezroczysty, wykonany z polimeru i nie stroni od pracy: to także soczewka skupiająca! Razem z odblaskiem. Obudowa diody LED wraz z odbłyśnikiem określa kąt promieniowania.
Kolor i jasność
Mocne diody LED są zwykle jasne, mają silną emisję, a stopień przezroczystości obszaru n jest ważny dla jasności (folie półprzewodnikowe są prawie przezroczyste i bardzo cienkie). Barwa i częstotliwość promieniowania są bezpośrednio powiązane z energią fotonów, a na te parametry wpływają materiały, z których wykonane są urządzenia półprzewodnikowe. przejścia r-n. Na przykład monokryształ GaAs wytwarza wiązkę podczerwieni. Ale jeśli dodasz niewielki A1 lub P, dioda LED ostatecznie zmieni swoją emisję na czerwoną. Ale GaP wytwarza zielone światło. Jeśli chcemy uzyskać żółte światło z diody LED, to możemy to zrobić idzie p-n przejście o składzie A1InGaP.
Jak energooszczędne są diody LED?
Dioda LED nie jest „żarłoczna” pod względem zużycia energii elektrycznej. Przy prądzie 10-30 mA i napięciu 2-4 V zużywa się od 20 do 120 mW. Zasada oszczędności jest tu doskonale przestrzegana: tradycyjna mała żarówka „zjada” 12 V i potrzebuje prądu 50-100 Ma.
Jaka jest twoja moc, panie LED?
Produkcja diod LED rozwija się, a producenci starają się, aby każda dioda LED jak najpełniej zaspokajała potrzeby klienta. Istnieją na przykład diody LED dużej mocy i istnieje na nie coraz większe zapotrzebowanie. Jak to osiągnąć? Trzy w jednym, jeśli chodzi o reklamę. Aby zwiększyć moc, w jednej obudowie montuje się nie jeden, nie dwa, a kilka kryształów tego samego koloru, dzięki czemu emitują światło jednocześnie.
Zwiększoną moc diod LED najczęściej osiąga się poprzez cztery takie kryształy w jednym opakowaniu.
Ultra jasność
Aby uzyskać jasną pracę diod LED, produkowane są tak zwane „ultra jasne” kopie. Moc ultrajasnych diod LED sięga do 60 mW (to około 1/16 W), a jeśli zostaną umieszczone w średniej wielkości obudowie do pracy, to dla mocnego, dobrego oświetlenia konieczne będzie zainstalowanie od 15 do 20 z nich.
Rzeczywiście, „super jasna” przeciętna dioda LED ma moc 240 mW (czyli 1/4 W) i aby uzyskać normalne oświetlenie LED (w nie największej, ale nie najmniejszej) obudowie potrzebujemy od 4 do 8 diod LED. Bardzo mocne diody LED to te, których moc mierzona jest już od jednego wata, i są to bardzo wydajne diody LED, ponieważ dosłownie za pomocą jednej lub dwóch z tych rzeczy można z łatwością oświetlić całą karoserię.
Gdzie stosuje się diody LED?
W współczesny świat Ważne miejsce zajęła dioda LED. Pokazują, gdzie potrzebne jest lokalne oświetlenie. Jego intensywność można regulować za pomocą diod LED od jasnego do przeciwnego - przyciemnionego. Diody LED świetnie radzą sobie z tworzeniem świątecznej atmosfery, szczególnie teraz, w przeddzień Świąt Bożego Narodzenia i Nowego Roku. Błyszczące w różnych odcieniach, zachwycają dorosłych i dzieci jaskrawą kolorystyką. Do obsługi oświetlenia LED, prowadzenia linii reklamowych lub informacyjnych, ponownie dioda LED jest optymalnym rozwiązaniem.
Wreszcie, diody LED już pomagają nam uporać się z rosnącym chaosem w ruchu kołowym i pieszym w miastach. Diody LED „orają” w innym obszarze: regulacji drogowych, gdzie wykorzystuje się je w działaniu sygnalizacji świetlnej.
Główną zaletą diod LED jest ich zdolność do wytwarzania światła przy stosunkowo niewielkim zużyciu energii. Dlatego diody LED są intensywnie badane i ulepszane, a także znajdują coraz szersze zastosowanie w wielu różnych dziedzinach. Innymi słowy Pan LED pewnie przechadza się po naszej planecie i ustępuje mu jako ważnemu i pożytecznemu gościowi.
Michaił Berseniew
Porównanie diody LED dużej mocy z lampą halogenową: