LED'er er hurtigt ved at erstatte glødepærer på næsten alle områder, hvor deres position syntes urokkelig. De konkurrencemæssige fordele ved halvlederelementer var overbevisende: lave omkostninger, lang levetid og vigtigst af alt, højere effektivitet. Mens lamperne havde en effektivitet på under 5 %, hævder nogle LED-producenter, at de kan omdanne mindst 60 % af den forbrugte elektricitet til lys. Sandheden af disse udsagn er stadig på markedsførernes samvittighed, men den hurtige udvikling af forbrugernes egenskaber af halvlederelementer i ingen tvivl om.
Indhold
Hvad er en LED, og hvordan den fungerer
En LED (lysemitterende diode, LED) er en konventionel halvlederdiodefremstillet af krystaller:
- galliumarsenid, indiumphosphid eller zinkselenid - til optiske emittere;
- Galliumnitrid - til udstyr i det ultraviolette område;
- blysulfid - for de elementer, der udsender i det infrarøde område.
Disse materialer er valgt, fordi p-n-forbindelsen i dioder, der er fremstillet af dem, udsender lys, når der påføres en jævnspænding. Konventionelle silicium- eller germaniumdioder har kun lidt eller ingen emission.
Emissionen af lysdioder skyldes ikke graden af opvarmning af det halvlederelement, men skyldes overgangen af elektroner fra et energiniveau til et andet under rekombinationen af ladningsbærere (elektroner og huller). Det resulterende lys er monokromatisk.
Denne stråling har et meget smalt spektrum, og det er vanskeligt at isolere den ønskede farve med lysfiltre. Og nogle farver (hvid, blå) kan ikke opnås med dette fremstillingsprincip. Derfor er der i øjeblikket en fremherskende teknologi, hvor LED'ens ydre overflade er dækket af en fosfor, og dens glød udløses af stråling fra p-n-forbindelsen (som kan være synlig eller ligge i UV-området).
Design af en LED
En LED blev oprindeligt designet på samme måde som en normal diode - et p-n-forbindelsespunkt og to stifter. Kun en krop af gennemsigtig forbindelse eller metal med et gennemsigtigt vindue til at observere gløden. Men man har lært, at yderligere elementer er blevet indbygget i enhedens kabinet. For eksempel, Modstande - til at tænde LED'en I kredsløbet af den nødvendige spænding (12 V, 220 V) uden eksternt kredsløb. Eller en oscillator med en divider til at skabe blinkende lysemitterende elementer. De har også belagt kabinettet med en fosfor, som lyser, når p-n-forbindelsen antændes, hvilket forbedrer LED'ens egenskaber.
Tendensen til p-løs switching er heller ikke stoppet med LED'er. SMD-enheder vinder hurtigt markedsandele inden for belysningsteknologi takket være fordelene ved fremstillingsteknologien. SMD-produkter er ikke blyfri. P-n-forbindelsen er monteret på en keramisk bund, fyldt med en blanding og belagt med fosfor. Spænding påføres via kontaktpladerne.
I øjeblikket er belysningsenheder udstyret med LED'er baseret på COB-teknologi. Essensen af denne teknologi er, at flere (fra 2-3 til hundrede) p-n-forbindelser er samlet i en matrix på en plade. Det hele placeres ovenpå i et enkelt hus (eller der dannes et SMD-modul) og belægges med fosfor. Denne teknologi er meget lovende, men det er usandsynligt, at den helt vil erstatte andre LED-designs.
Hvilke typer LED'er er tilgængelige, og hvor de anvendes
LED'er med optisk rækkevidde anvendes som indikationselementer og som belysningsanordninger. Hver specialisering har sine egne krav.
Indikator-LED'er
En indikator-LED har til opgave at angive en enheds status (strømforsyning, alarm, sensoraktivering osv.). Lysdioder med p-n-junction-glød anvendes i vid udstrækning på dette område. Enheder med en fosfor er ikke forbudt, men der er ikke noget særligt punkt. Her er luminans ikke af afgørende betydning. Kontrast og bred synsvinkel er det vigtigste. LED'er anvendes på enhedspaneler (ægte hul), på printplader - pin-type og SMD.
Belysning LED'er
Elementer med en fosfor anvendes derimod hovedsagelig til belysning. Dette giver tilstrækkelig lysstrøm og farver tæt på naturlige farver. Udgangs-LED'erne fra dette område er praktisk talt presset ud af SMD-elementer. COB LED'er er meget udbredt.
Apparater, der er beregnet til at overføre signaler i det optiske eller infrarøde område, kan placeres i en særskilt kategori. F.eks. til fjernbetjeningsudstyr til husholdningsapparater eller sikkerhedsudstyr. Og UV-elementer kan anvendes til kompakte UV-kilder (valutadetektorer, biologiske materialer osv.).
Nøglefunktioner for LED'er
Som alle dioder har lysdioder generelle, "diode-lignende" egenskaber. Grænseparametre, hvis overskridelse fører til fejl i enheden:
- maksimalt tilladte fremadrettede strøm;
- Maksimal fremadrettet spænding;
- Maksimalt tilladte omvendte spænding.
De andre egenskaber er "diode"-specifikke.
Farve på belysningen
Lysets farve - denne parameter karakteriserer lysdioder i det optiske område. I de fleste tilfælde er armaturerne hvide med forskellige lystemperatur. I indikatorlys kan det være et hvilket som helst af de synlige farveintervaller.
Bølgelængde
Denne parameter er til en vis grad en gentagelse af den foregående, men med to forbehold:
- IR- og UV-apparater har ingen synlig farve, så for dem er dette den eneste egenskab, der karakteriserer emissionsspektret;
- Denne parameter er mere anvendelig for LED'er med direkte emission - elementer med fosfor emitterer i et bredt bånd, så det er umuligt at karakterisere deres luminescens entydigt ved hjælp af bølgelængden (hvilken bølgelængde kan være hvid farve?).
Derfor er den udsendte bølgelængde et ret informativt tal.
Strømforbrug
Den absorberede strøm er den driftsstrøm, ved hvilken det udsendte lys har sin optimale lysstyrke. Hvis den overskrides en smule, går apparatet ikke hurtigt i stykker - det er forskellen fra den maksimalt tilladte værdi. Det er heller ikke ønskeligt at sænke den - strålingsintensiteten vil falde.
Strøm
Strømforbruget er enkelt. Ved jævnstrøm er det simpelthen produktet af strømforbruget ganget med den anvendte spænding. Det er ofte forvirrende for producenterne af belysningsprodukter at angive det tilsvarende wattforbrug for en glødelampe, som har samme lysstrøm som armaturet, i store tal på emballagen.
Synlig rumvinkel
Den tilsyneladende rumvinkel repræsenteres mest simpelt som en kegle, der udgår fra lyskildens centrum. Denne parameter er lig med åbningsvinklen for denne kegle. I tilfælde af indikator-LED'er bestemmer den, hvordan en alarm vil blive set fra siden. For armaturer bestemmer den lysstrømmen.
Maksimal lysintensitet
Den maksimale lysstyrke er angivet i candela i enhedens tekniske specifikationer. Men i praksis er det mere praktisk at anvende begrebet lysstrøm. Lysstrøm (i lumen) er lig med produktet af lysintensiteten (i candela) og den tilsyneladende rumvinkel. To lysdioder med samme lysstyrke giver forskelligt lys i forskellige vinkler. Jo større vinkel, jo større er lysstrømmen. Dette er mere praktisk til beregning af belysningssystemer.
Spændingsfald
Forward spændingsfald er den spænding, der falder over LED'en, når den er åben. Når du kender den, kan du beregne den spænding, der kræves for at åbne f.eks. en række lysemitterende elementer.
Sådan finder du ud af, hvilken spænding LED'en er beregnet til
Den nemmeste måde at finde ud af den nominelle spænding for en LED er at konsultere opslagsværker. Men hvis der findes en umærket enhed af ukendt oprindelse, kan den tilsluttes en reguleret strømforsyning, og spændingen kan hæves trinløst fra nul. Ved en bestemt spænding blinker LED'en kraftigt. Dette er cellens driftsspænding. Der er flere nuancer, som du skal være opmærksom på i forbindelse med denne test:
- den enhed, der skal testes, kan have en indbygget modstand og være beregnet til en tilstrækkelig høj spænding (op til 220 V) - ikke alle strømforsyninger har dette reguleringsområde;
- LED-emissionen kan ligge uden for det synlige spektrum (UV eller IR) - i så fald kan antændelsestidspunktet ikke registreres visuelt (selv om IR-enhedens glød i nogle tilfælde kan ses via et smartphone-kamera);
- Tilslutning af elementet til en jævnspændingskilde skal ske under nøje overholdelse af polariteten, da det ellers er let at ødelægge LED'en med omvendt spænding, der overstiger enhedens kapacitet.
Hvis du ikke kender elementets pin, skal du hellere øge spændingen til 3...3,5V, hvis LED'en ikke lyser - fjern spændingen, vend forbindelsen af kildepolerne om og gentag proceduren.
Sådan finder du ud af polariteten af LED'en
Der er flere metoder til at bestemme pin-polariteten.
- Med ledningsløse elementer (herunder COB'er) angives polariteten af forsyningsspændingen direkte på huset - enten ved symboler eller ved blink på huset.
- Da LED'en har et konventionelt p-n-forbindelsespunkt, kan den testes med et multimeter i diode-testtilstand. Nogle testere har en målespænding, der er tilstrækkelig til at antænde LED'en. Den korrekte tilslutning kan derefter kontrolleres visuelt ved hjælp af elementets glød.
- Nogle CCCP-enheder med et metalkabinet har en nøgle (fremspring) i katodeområdet.
- Katodens ledning er længere. Kun uløste elementer kan identificeres ved hjælp af denne funktion. Med brugte LED'er er terminalerne afkortet og bøjet til vilkårlig montering.
- Endelig kan du finde ud af placeringen af anode og katode er mulig ved hjælp af den samme metode, som anvendes til at bestemme LED'ens spænding. Luminescens vil kun være mulig, hvis elementet er tilsluttet korrekt - katoden til kildens minus og anoden til plus.
Den teknologiske udvikling står ikke stille. For et par årtier siden var LED et dyrt legetøj til laboratorieforsøg. Det er nu svært at forestille sig et liv uden den. Hvad der vil ske næste gang - det vil tiden vise.
Relaterede artikler:
