Šviesos diodai sparčiai keičia kaitrines lemputes beveik iš visų sričių, kur jų pozicijos atrodė nepajudinamos. Konkurenciniai puslaidininkinių elementų pranašumai pasirodė įtikinami: maža kaina, ilgas tarnavimo laikas ir, svarbiausia, didesnis efektyvumas. Jei lempoms jis neviršijo 5%, tai kai kurie LED gamintojai deklaruoja mažiausiai 60% sunaudotos elektros energijos pavertimą šviesa. Šių teiginių teisingumas lieka ant rinkodaros specialistų sąžinės, tačiau sparti puslaidininkinių elementų vartotojų savybių raida nekelia abejonių.
Turinys
Kas yra LED ir kaip jis veikia
Šviesos diodas (LED, LED) yra įprastas puslaidininkinis diodas, pagamintas iš kristalų:
- galio arsenidas, indžio fosfidas arba cinko selenidas - optinio diapazono skleidėjams;
- galio nitridas - ultravioletinių spindulių sekcijos įrenginiams;
- švino sulfidas – infraraudonųjų spindulių diapazone skleidžiantiems elementams.
Šios medžiagos pasirinktos dėl to, kad iš jų pagamintų diodų p-n sandūra skleidžia šviesą, kai veikia tiesioginė įtampa. Paprastiems silicio ar germanio diodams ši savybė yra labai silpnai išreikšta - praktiškai nėra švytėjimo.
Šviesos diodo spinduliavimas nesusijęs su puslaidininkinio elemento įkaitimo laipsniu, jį sukelia elektronų perėjimas iš vieno energijos lygio į kitą vykstant krūvininkų (elektronų ir skylių) rekombinacijai. Dėl to skleidžiama šviesa yra vienspalvė.
Tokios spinduliuotės ypatybė – labai siauras spektras, o šviesos filtrais sunku parinkti norimą spalvą. O kai kurios švytėjimo spalvos (balta, mėlyna) šiuo gamybos principu yra nepasiekiamos. Todėl šiuo metu plačiai paplitusi technologija, kai išorinis šviesos diodo paviršius yra padengtas fosforu, o jo švytėjimą inicijuoja p-n sandūros spinduliuotė (kuri gali būti matoma arba gulėti UV diapazone).
LED prietaisas
Šviesos diodas iš pradžių buvo išdėstytas taip pat, kaip ir įprastas diodas - p-n jungtis ir du išėjimai. Vienintelis dėklas pagamintas iš skaidraus mišinio arba pagamintas iš metalo su skaidriu langeliu švytėjimui stebėti. Tačiau jie išmoko į įrenginio korpusą įdėti papildomų elementų. Pavyzdžiui, rezistoriai - įjungti šviesos diodą į reikiamos įtampos (12 V, 220 V) grandinę be išorinio vamzdyno. Arba generatorius su skirstytuvu, kad sukurtų mirksinčius šviesą skleidžiančius elementus. Taip pat korpusas pradėtas dengti fosforu, kuris šviečia uždegus p-n sandūrą – taip buvo galima praplėsti LED galimybes.
Perėjimo prie bešvinių radijo elementų tendencija neaplenkė šviesos diodų. SMD įrenginiai sparčiai užkariauja apšvietimo rinką ir turi pranašumų gamybos technologijoje. Tokie elementai neturi išvadų. P-n sandūra montuojama ant keraminio pagrindo, užpildoma mišiniu ir padengiama fosforu. Įtampa tiekiama per kontaktines trinkeles.
Šiuo metu apšvietimo įrenginiuose buvo pradėti montuoti šviesos diodai, pagaminti naudojant COB technologiją. Jo esmė ta, kad vienoje plokštėje sumontuotos kelios (nuo 2-3 iki šimtų) p-n sandūros, sujungtos į matricą. Iš viršaus viskas dedama į vieną korpusą (arba suformuojamas SMD modulis) ir padengiamas fosforu. Ši technologija turi didelių perspektyvų, tačiau mažai tikėtina, kad ji visiškai pakeis kitas SD versijas.
Kokių tipų šviesos diodai egzistuoja ir kur jie naudojami
Optinio diapazono šviesos diodai naudojami kaip ekrano elementai ir kaip apšvietimo įrenginiai. Kiekviena specializacija turi savo reikalavimus.
Indikatoriaus šviesos diodai
Indikatoriaus šviesos diodo užduotis yra parodyti įrenginio būseną (maitinimas, signalizacija, jutiklio veikimas ir kt.). Šioje srityje plačiai naudojami šviesos diodai su p-n jungties švytėjimu. Nedraudžiama naudoti prietaisus su fosforu, bet nėra daug prasmės.Čia švytėjimo ryškumas nėra pirmoje vietoje. Pirmenybė teikiama kontrastui ir plačiam žiūrėjimo kampui. Prietaisų skydeliuose naudojami išvesties šviesos diodai (tikroji skylė), plokštėse – išvesties šviesos diodai ir SMD.
Šviesos diodai
Priešingai, apšvietimui daugiausia naudojami elementai su fosforu. Tai leidžia gauti pakankamą šviesos srautą ir spalvas, kurios yra artimos natūraliai. Šviesos diodai iš šios srities praktiškai išspaudžiami SMD elementais. COB šviesos diodai yra plačiai naudojami.
Atskiroje kategorijoje galime išskirti įrenginius, skirtus signalams perduoti optiniame arba infraraudonųjų spindulių diapazone. Pavyzdžiui, buitinės technikos nuotolinio valdymo pultams arba apsaugos įrenginiams. O UV diapazono elementai gali būti naudojami kompaktiškiems ultravioletinių spindulių šaltiniams (valiutų, biologinių medžiagų detektoriai ir kt.).
Pagrindinės šviesos diodų charakteristikos
Kaip ir bet kuris diodas, LED turi bendrąsias „diodų“ charakteristikas. Ribiniai parametrai, kurių perteklius sukelia įrenginio gedimą:
- didžiausia leistina tiesioginė srovė;
- didžiausia leistina tiesioginė įtampa;
- didžiausia leistina atvirkštinė įtampa.
Likusios charakteristikos yra specifinio „LED“ simbolio.
Švytinti spalva
Švytėjimo spalva – šis parametras apibūdina optinio diapazono šviesos diodus. Šviestuvuose dažniausiai balta su skirtingais šviesos temperatūra. Indikatoriai gali turėti bet kurią iš matomų spalvų.
Bangos ilgis
Šis parametras tam tikru mastu dubliuoja ankstesnįjį, tačiau su dviem įspėjimais:
- prietaisai IR ir UV diapazonuose neturi matomos spalvos, todėl jiems ši charakteristika yra vienintelė charakterizuojanti spinduliuotės spektrą;
- šis parametras labiau tinka šviesos diodams su tiesiogine spinduliuote – elementai su fosforu skleidžia plačią juostą, todėl jų bangos ilgio vienareikšmiškai apibūdinti negalima (kokį bangos ilgį gali turėti balta spalva?).
Todėl skleidžiamos bangos bangos ilgis yra gana informatyvus skaičius.
Dabartinis suvartojimas
Sunaudota srovė yra ta darbinė srovė, kuriai esant optimalus spinduliuotės ryškumas. Jei jis šiek tiek viršijamas, įrenginys greitai nesuges – tai yra jo skirtumas nuo didžiausio leistino. Taip pat nepageidautina jo sumažinti – sumažės spinduliuotės intensyvumas.
Galia
Energijos suvartojimas – čia viskas paprasta. Esant nuolatinei srovei, tai tiesiog sunaudotos srovės ir taikomos įtampos sandauga. Apšvietimo technologijų gamintojai įveda painiavos į šią sąvoką, ant pakuotės dideliais skaičiais nurodydami lygiavertę galią – kaitrinės lempos, kurios šviesos srautas lygus tam tikros lempos srautui, galią.
Matomas kietasis kampas
Tariamasis erdvinis kampas lengviausiai atvaizduojamas kaip kūgis, kylantis iš šviesos šaltinio centro. Šis parametras yra lygus šio kūgio atidarymo kampui. Indikatoriaus šviesos diodams jis nustato, kaip signalas bus matomas iš išorės. Apšvietimo elementų šviesos srautas priklauso nuo to.
Maksimalus šviesos intensyvumas
Maksimalus šviesos intensyvumas techninėse įrenginio charakteristikose nurodytas kandelomis. Tačiau praktikoje pasirodė patogiau dirbti su šviesos srauto koncepcija. Šviesos srautas (liumenais) yra lygus šviesos stiprio (kandelomis) ir tariamojo erdvinio kampo sandaugai.Du vienodo šviesos stiprio šviesos diodai suteikia skirtingą apšvietimą skirtingais kampais. Kuo didesnis kampas, tuo didesnis šviesos srautas. Taigi patogiau skaičiuoti apšvietimo sistemas.
Įtampos kritimas
Priekinės įtampos kritimas yra įtampa, kuri krenta per šviesos diodą, kai jis įjungtas. Tai žinant, galima apskaičiuoti įtampą, reikalingą, pavyzdžiui, norint atidaryti nuoseklią šviesą skleidžiančių elementų grandinę.
Kaip sužinoti, kokiai įtampai skirtas LED
Lengviausias būdas sužinoti vardinę šviesos diodo įtampą yra susipažinti su informacine literatūra. Bet jei aptikote nežinomos kilmės įrenginį be žymėjimo, galite jį prijungti prie reguliuojamo maitinimo šaltinio ir sklandžiai pakelti įtampą nuo nulio. Esant tam tikrai įtampai, šviesos diodas mirksės ryškiai. Tai yra elemento darbinė įtampa. Atliekant šią patikrą reikia atsiminti keletą dalykų:
- bandomas įrenginys gali būti su įmontuotu rezistoriumi ir yra skirtas pakankamai aukštai įtampai (iki 220 V) – ne kiekvienas maitinimo šaltinis turi tokį reguliavimo diapazoną;
- LED spinduliuotė gali būti už matomos spektro dalies (UV arba IR) – tuomet užsidegimo momento vizualiai nustatyti nepavyks (nors IR įrenginio švytėjimą kai kuriais atvejais galima matyti per išmaniojo telefono kamerą);
- elementą būtina prijungti prie nuolatinės įtampos šaltinio, griežtai laikantis poliškumo, kitaip lengva išjungti šviesos diodą su atvirkštine įtampa, kuri viršija įrenginio galimybes.
Jei nėra pasitikėjimo žinant elemento išvadą, geriau pakelti įtampą iki 3 ... 3,5 V, jei šviesos diodas neužsidega, nuimkite įtampą, pakeiskite šaltinio polių jungtį ir pakartokite procedūra.
Kaip nustatyti šviesos diodo poliškumą
Yra keletas būdų, kaip nustatyti laidų poliškumą.
- Bešviniams elementams (įskaitant COB) maitinimo įtampos poliškumas nurodomas tiesiai ant korpuso - simboliais arba potvyniais ant korpuso.
- Kadangi šviesos diodas turi įprastą p-n jungtį, jį galima iškviesti multimetru diodo bandymo režimu. Kai kurie testeriai turi matavimo įtampą, kurios pakanka šviesos diodui apšviesti. Tada sujungimo teisingumą galima vizualiai kontroliuoti elemento švytėjimu.
- Kai kurie CCCP gaminami prietaisai metaliniame korpuse turėjo raktą (iškyšą) katodo srityje.
- Išėjimo elementams katodo išėjimas yra ilgesnis. Remiantis tuo, galima nustatyti tik nelituotų elementų kištuką. Naudoti LED laidai sutrumpinami ir sulenkiami montavimui bet kokiu būdu.
- Galiausiai išsiaiškinkite vietą anodas ir katodas galbūt tas pats metodas kaip ir šviesos diodo įtampai nustatyti. Švytėjimas bus įmanomas tik tada, kai elementas bus įjungtas teisingai - katodas prie šaltinio minuso, anodas prie pliuso.
Technologijų plėtra nestovi vietoje. Dar prieš kelis dešimtmečius šviesos diodas buvo brangus žaislas laboratoriniams eksperimentams. Dabar be jo sunku įsivaizduoti gyvenimą. Kas bus toliau – laikas parodys.
Panašūs straipsniai:
