LED-urile înlocuiesc rapid becurile cu incandescență în aproape toate domeniile în care poziția lor părea de nezdruncinat. Avantajele competitive ale elementelor semiconductoare erau convingătoare: costuri reduse, durată de viață lungă și, cel mai important, eficiență mai mare. În timp ce eficiența lămpilor nu depășea 5%, unii producători de LED-uri susțin că transformă în lumină cel puțin 60% din energia electrică consumată. Veridicitatea acestor afirmații rămâne pe conștiința comercianților, dar dezvoltarea rapidă a proprietăților de consum ale elementelor semiconductoare în nimeni nu se îndoiește.
Conținut
Ce este un LED și cum funcționează acesta
Un LED (dioda emițătoare de lumină, LED) este un LED convențional. diodă semiconductoarerealizate din cristale:
- arseniură de galiu, fosfură de indiu sau seleniură de zinc - pentru emițătorii optici de distanță;
- Nitrură de galiu - pentru dispozitive în domeniul ultraviolet;
- sulfură de plumb - pentru elementele care emit în domeniul infraroșu.
Aceste materiale sunt alese pentru că joncțiunea p-n a diodelor fabricate din ele emite lumină atunci când se aplică o tensiune directă. Diodele convenționale din siliciu sau germaniu au o emisie mică sau deloc.
Emisia LED-urilor nu se datorează gradului de încălzire a elementului semiconductor, ci este cauzată de tranziția electronilor de la un nivel energetic la altul în timpul recombinării purtătorilor de sarcină (electroni și găuri). Lumina rezultată este monocromatică.
O caracteristică a acestei radiații este spectrul său foarte îngust și este dificil să se izoleze culoarea dorită cu ajutorul filtrelor de lumină. Iar unele culori (alb, albastru) sunt imposibil de obținut cu acest principiu de fabricație. Prin urmare, tehnologia predominantă în prezent, în care suprafața exterioară a LED-ului este acoperită cu un fosfor, iar strălucirea acestuia este inițiată de radiația joncțiunii p-n (care poate fi vizibilă sau se află în domeniul UV).
Proiectarea unui LED
Un LED a fost proiectat inițial în același mod ca și o diodă normală - o joncțiune p-n și doi pini. Doar un corp realizat dintr-un compus sau metal transparent cu o fereastră transparentă pentru a observa strălucirea. Dar s-a aflat că în carcasa aparatului vor fi încorporate elemente suplimentare. De exemplu, Rezistențe - pentru a porni LED-ul În circuitul de tensiune necesară (12 V, 220 V) fără niciun circuit extern. Sau un oscilator cu un divizor pentru a crea elemente care să emită lumină intermitentă. De asemenea, au acoperit carcasa cu un fosfor care strălucește atunci când joncțiunea p-n este aprinsă, sporind astfel capacitățile LED-ului.
Tendința spre comutarea fără pini nu s-a oprit nici în cazul LED-urilor. Dispozitivele SMD câștigă rapid cotă de piață în tehnologia de iluminat, având avantaje în tehnologia de fabricație. Produsele SMD nu sunt fără plumb. Joncțiunea P-n este montată pe o bază ceramică, umplută cu compus și acoperită cu fosfor. Tensiunea este aplicată prin intermediul plăcuțelor de contact.
În prezent, dispozitivele de iluminat sunt echipate cu LED-uri bazate pe tehnologia COB. Esența acestei tehnologii constă în faptul că, pe o placă, mai multe (de la 2-3 la sute) joncțiuni p-n sunt asamblate într-o matrice. Totul este așezat deasupra într-o singură carcasă (sau se formează un modul SMD) și este acoperit cu fosfor. Această tehnologie este foarte promițătoare, dar este puțin probabil ca ea să înlocuiască complet alte modele de LED-uri.
Ce tipuri de LED-uri sunt disponibile și unde sunt utilizate
LED-urile cu rază de acțiune optică sunt utilizate ca elemente de indicare și ca dispozitive de iluminat. Fiecare specializare are propriile cerințe.
LED-uri indicatoare
Funcția unui LED indicator este de a indica starea unui dispozitiv (alimentare, alarmă, acționare a senzorului etc.). LED-urile cu joncțiune p-n incandescentă sunt utilizate pe scară largă în acest domeniu. Dispozitivele cu un fosfor nu sunt interzise, dar nu există un punct anume. În acest caz, luminanța nu este de o importanță primordială. Prioritatea este contrastul și unghiul larg de vizualizare. LED-urile sunt utilizate pe panouri de dispozitive (true hole), pe plăci - tip pin și SMD.
Iluminat cu LED-uri
În schimb, elementele cu fosfor sunt utilizate în principal pentru iluminat. Acest lucru permite un flux luminos suficient și culori apropiate de cele naturale. LED-urile de ieșire din această zonă sunt practic strivite de elementele SMD. LED-urile COB sunt utilizate pe scară largă.
Dispozitivele concepute pentru a transmite semnale în domeniul optic sau infraroșu pot fi plasate într-o categorie separată. De exemplu, pentru dispozitive de control de la distanță pentru aparate de uz casnic sau dispozitive de securitate. Iar elementele UV pot fi utilizate pentru surse UV compacte (detectoare de valută, materiale biologice etc.).
Caracteristici cheie ale LED-urilor
La fel ca orice diodă, LED-urile au caracteristici generale, "asemănătoare cu cele ale unei diode". Parametrii limită, a căror depășire duce la defectarea dispozitivului:
- curentul maxim admisibil de mers înainte;
- Tensiunea maximă de avans;
- Tensiunea inversă maximă admisă.
Celelalte caracteristici sunt specifice "diodelor".
Culoarea iluminării
Culoarea luminii - acest parametru caracterizează LED-urile din gama optică. În cele mai multe cazuri, corpurile de iluminat sunt albe cu diferite temperatura luminii. În cazul indicatoarelor luminoase, aceasta poate fi oricare dintre gamele de culori vizibile.
Lungime de undă
Acest parametru îl dublează într-o anumită măsură pe cel precedent, dar cu două rezerve:
- Dispozitivele IR și UV nu au o culoare vizibilă, astfel încât aceasta este singura caracteristică care caracterizează spectrul de emisie;
- acest parametru se aplică mai mult LED-urilor cu emisie directă - elementele cu fosfori emit într-o bandă largă, astfel încât este imposibil să se caracterizeze luminescența lor în mod univoc prin lungimea de undă (ce lungime de undă poate fi pentru culoarea albă?).
Prin urmare, lungimea de undă emisă este o cifră mai degrabă informativă.
Consumul de curent
Curentul absorbit este curentul de funcționare la care lumina emisă are o luminozitate optimă. Dacă este ușor depășită, dispozitivul nu se va strica în curând - aceasta este diferența față de valoarea maximă admisă. Scăderea acesteia este, de asemenea, nedorită - intensitatea radiațiilor va scădea.
Putere
Consumul de energie este simplu. În cazul curentului continuu, este pur și simplu produsul dintre consumul de curent înmulțit cu tensiunea aplicată. Este adesea confuz pentru producătorii de produse de iluminat să menționeze în cifre mari pe ambalaj puterea echivalentă a unei lămpi cu incandescență, care are același flux luminos ca și corpul de iluminat.
Unghiul solid vizibil
Unghiul solid aparent este reprezentat cel mai simplu ca un con care iese din centrul sursei de lumină. Acest parametru este egal cu unghiul de deschidere al acestui con. În cazul LED-urilor indicatoare, acesta determină modul în care o alarmă va fi văzută din lateral. În cazul corpurilor de iluminat, determină fluxul luminos.
Intensitatea maximă a luminii
Intensitatea luminoasă maximă este specificată în lumânări în specificațiile tehnice ale dispozitivului. Dar în practică este mai convenabil să se utilizeze conceptul de flux luminos. Fluxul luminos (în lumeni) este egal cu produsul dintre intensitatea luminoasă (în candela) și unghiul solid aparent. Două LED-uri cu aceeași intensitate luminoasă dau lumină diferită la unghiuri diferite. Cu cât unghiul este mai mare, cu atât fluxul luminos este mai mare. Acest lucru este mai convenabil pentru calcularea sistemelor de iluminat.
Cădere de tensiune
Căderea de tensiune directă este tensiunea care cade peste LED atunci când acesta este deschis. Cunoscând-o, puteți calcula tensiunea necesară pentru a deschide o serie de elemente emițătoare de lumină, de exemplu.
Cum să știți pentru ce tensiune este evaluat LED-ul
Cel mai simplu mod de a afla tensiunea nominală a unui LED este să consultați cărțile de referință. Dar dacă se găsește un dispozitiv nemarcat de origine necunoscută, acesta poate fi conectat la o sursă de alimentare reglementată, iar tensiunea poate fi crescută fără trepte de la zero. La o anumită tensiune, LED-ul va clipi puternic. Aceasta este tensiunea de funcționare a celulei. Există câteva nuanțe de care trebuie să țineți cont în cadrul acestui test:
- dispozitivul testat poate avea o rezistență încorporată și poate fi proiectat pentru o tensiune suficient de mare (până la 220 V) - nu toate sursele de alimentare au acest domeniu de reglaj;
- emisia LED-ului se poate situa în afara spectrului vizibil (UV sau IR) - atunci momentul aprinderii nu este detectabil vizual (deși, în unele cazuri, strălucirea dispozitivului IR poate fi observată prin intermediul camerei unui smartphone);
- Conectarea elementului la sursa de tensiune continuă trebuie făcută cu respectarea strictă a polarității, altfel este ușor de distrus LED-ul cu tensiune inversă, depășind capacitățile dispozitivului.
Dacă nu cunoașteți pinul elementului, ar fi bine să creșteți tensiunea la 3...3,5 V, dacă LED-ul nu se aprinde - eliminați tensiunea, inversați conexiunea polilor de sursă și repetați procedura.
Cum să aflați polaritatea LED-ului
Există mai multe metode pentru a determina polaritatea pinilor.
- În cazul elementelor fără plumb (inclusiv COB), polaritatea tensiunii de alimentare este indicată direct pe carcasă - fie prin simboluri, fie prin intermitențele de pe carcasă.
- Deoarece LED-ul are o joncțiune p-n convențională, acesta poate fi testat cu un multimetru în modul de testare a diodelor. Unele testere au o tensiune de măsurare suficientă pentru a aprinde LED-ul. Conexiunea corectă poate fi apoi verificată vizual prin strălucirea elementului.
- Unele dispozitive CCCP cu carcasă metalică au o cheie (proeminență) în zona catodică.
- Conductorul catodului este mai lung. Numai elementele nesudate pot fi identificate prin această caracteristică. În cazul LED-urilor folosite, terminalele sunt scurtate și îndoite pentru a fi instalate în mod arbitrar.
- În cele din urmă, puteți afla poziția anod și catod este posibilă prin aceeași metodă care este utilizată pentru a determina tensiunea LED-ului. Luminescența va fi posibilă numai dacă elementul este conectat corect - catodul la minus al sursei și anodul la plus.
Dezvoltarea tehnologiei nu stă pe loc. Cu câteva decenii în urmă, LED-ul era o jucărie scumpă pentru experimentele de laborator. Acum este dificil să ne imaginăm viața fără el. Ce se va întâmpla în continuare - timpul ne va spune.
Articole conexe:
