Τα LED αντικαθιστούν γρήγορα τους λαμπτήρες πυρακτώσεως σε όλους σχεδόν τους τομείς όπου η θέση τους φαινόταν ακλόνητη. Τα ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα των ημιαγωγικών στοιχείων ήταν πειστικά: χαμηλό κόστος, μεγάλη διάρκεια ζωής και, κυρίως, υψηλότερη απόδοση. Ενώ η απόδοση των λαμπτήρων δεν ξεπερνούσε το 5%, ορισμένοι κατασκευαστές LED ισχυρίζονται ότι μετατρέπουν τουλάχιστον το 60% της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται σε φως. Η ειλικρίνεια αυτών των δηλώσεων παραμένει στη συνείδηση των εμπόρων, αλλά η ταχεία ανάπτυξη των καταναλωτικών ιδιοτήτων των στοιχείων ημιαγωγών σε κανέναν δεν αμφιβάλλει.
Περιεχόμενο
Τι είναι ένα LED και πώς λειτουργεί
Μια LED (δίοδος εκπομπής φωτός, LED) είναι ένα συμβατικό δίοδος ημιαγωγούαπό κρυστάλλους:
- αρσενιούχο γάλλιο, φωσφίδιο ινδίου ή σεληνιούχο ψευδάργυρο - για πομπούς οπτικής εμβέλειας,
- Νιτρίδιο γαλλίου - για συσκευές στην υπεριώδη περιοχή,
- θειούχος μόλυβδος - για τα στοιχεία που εκπέμπουν στην υπέρυθρη περιοχή.
Τα υλικά αυτά επιλέγονται επειδή η επαφή p-n των διόδων που κατασκευάζονται από αυτά εκπέμπει φως όταν εφαρμόζεται συνεχής τάση. Οι συμβατικές δίοδοι πυριτίου ή γερμανίου έχουν ελάχιστη ή καθόλου εκπομπή.
Η εκπομπή των LED δεν οφείλεται στο βαθμό θέρμανσης του ημιαγωγού- προκαλείται από τη μετάβαση των ηλεκτρονίων από το ένα ενεργειακό επίπεδο στο άλλο κατά τον ανασυνδυασμό των φορέων φορτίου (ηλεκτρόνια και οπές). Το φως που προκύπτει είναι μονοχρωματικό.
Χαρακτηριστικό της ακτινοβολίας αυτής είναι το πολύ στενό φάσμα της, και είναι δύσκολο να απομονωθεί το επιθυμητό χρώμα με φίλτρα φωτός. Και ορισμένα χρώματα (λευκό, μπλε) είναι ανέφικτα με αυτή την αρχή κατασκευής. Ως εκ τούτου, επικρατεί σήμερα η τεχνολογία κατά την οποία η εξωτερική επιφάνεια της λυχνίας LED καλύπτεται με φώσφορο και η λάμψη της ξεκινά από την ακτινοβολία της επαφής p-n (η οποία μπορεί να είναι ορατή ή να βρίσκεται στην περιοχή του υπεριώδους).
Σχεδιασμός ενός LED
Ένα LED σχεδιάστηκε αρχικά με τον ίδιο τρόπο όπως μια κανονική δίοδος - μια ένωση p-n και δύο ακίδες. Μόνο ένα σώμα κατασκευασμένο από διαφανή ένωση ή μέταλλο με διαφανές παράθυρο για την παρατήρηση της λάμψης. Αλλά επιπλέον στοιχεία έχουν μάθει να ενσωματώνονται στο περίβλημα της συσκευής. Για παράδειγμα, Αντιστάσεις - για την ενεργοποίηση του LED Στο κύκλωμα της απαραίτητης τάσης (12 V, 220 V) χωρίς εξωτερικό κύκλωμα. Ή έναν ταλαντωτή με διαιρέτη για τη δημιουργία στοιχείων που εκπέμπουν φως και αναβοσβήνουν. Επίσης, επικάλυψαν το περίβλημα με ένα φωσφόρο που ανάβει όταν αναφλέγεται η ένωση p-n, ενισχύοντας έτσι τις δυνατότητες της λυχνίας LED.
Η τάση για μεταγωγή χωρίς ακροδέκτες δεν έχει σταματήσει ούτε στα LED. Οι συσκευές SMD κερδίζουν γρήγορα μερίδιο αγοράς στην τεχνολογία φωτισμού με πλεονεκτήματα στην τεχνολογία κατασκευής. Τα προϊόντα SMD δεν είναι απαλλαγμένα από μόλυβδο. Η ένωση P-n είναι τοποθετημένη σε κεραμική βάση, γεμάτη με ένωση και επικαλυμμένη με φώσφορο. Η τάση εφαρμόζεται μέσω των μαξιλαριών επαφής.
Επί του παρόντος, οι συσκευές φωτισμού είναι εξοπλισμένες με LED που βασίζονται στην τεχνολογία COB. Η ουσία αυτής της τεχνολογίας είναι ότι σε μια πλάκα συγκεντρώνονται πολλές (από 2-3 έως εκατοντάδες) επαφές p-n σε μια μήτρα. Όλα τοποθετούνται στην κορυφή σε ένα ενιαίο περίβλημα (ή σχηματίζεται μια μονάδα SMD) και επικαλύπτονται με φώσφορο. Αυτή η τεχνολογία υπόσχεται πολλά, αλλά είναι απίθανο να αντικαταστήσει πλήρως άλλα σχέδια LED.
Ποιοι τύποι LED είναι διαθέσιμοι και πού χρησιμοποιούνται
Τα LED οπτικής εμβέλειας χρησιμοποιούνται ως στοιχεία ένδειξης και ως συσκευές φωτισμού. Κάθε ειδικότητα έχει τις δικές της απαιτήσεις.
Ενδεικτικές λυχνίες LED
Η λειτουργία μιας ενδεικτικής λυχνίας LED είναι να υποδεικνύει την κατάσταση μιας συσκευής (τροφοδοσία ρεύματος, συναγερμός, ενεργοποίηση αισθητήρα κ.λπ.). Οι λυχνίες LED με πυράκτωση σύνδεσης p-n χρησιμοποιούνται ευρέως σε αυτόν τον τομέα. Οι συσκευές με φώσφορο δεν απαγορεύονται, αλλά δεν υπάρχει ιδιαίτερο σημείο. Εδώ, η φωτεινότητα δεν είναι πρωταρχικής σημασίας. Η προτεραιότητα είναι η αντίθεση και η ευρεία γωνία θέασης. Οι λυχνίες LED χρησιμοποιούνται σε πίνακες συσκευών (αληθινές οπές), σε πλακέτες - τύπου ακίδας και SMD.
Φωτισμός LED
Αντίθετα, τα στοιχεία με φώσφορο χρησιμοποιούνται κυρίως για φωτισμό. Αυτό επιτρέπει επαρκή φωτεινή ροή και χρώματα κοντά στα φυσικά. Οι λυχνίες LED εξόδου από αυτή την περιοχή είναι πρακτικά συμπιεσμένες από στοιχεία SMD. Τα LED COB χρησιμοποιούνται ευρέως.
Οι συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για τη μετάδοση σημάτων στην οπτική ή υπέρυθρη περιοχή μπορούν να τοποθετηθούν σε ξεχωριστή κατηγορία. Για παράδειγμα, για συσκευές τηλεχειρισμού για οικιακές συσκευές ή συσκευές ασφαλείας. Και τα στοιχεία UV μπορούν να χρησιμοποιηθούν για συμπαγείς πηγές UV (ανιχνευτές νομισμάτων, βιολογικά υλικά κ.λπ.).
Βασικά χαρακτηριστικά των LED
Όπως κάθε δίοδος, οι λυχνίες LED έχουν γενικά χαρακτηριστικά που μοιάζουν με δίοδο. Οριακές παράμετροι, η υπέρβαση των οποίων οδηγεί σε αστοχία της συσκευής:
- μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα προς τα εμπρός,
- Μέγιστη τάση προς τα εμπρός,
- Μέγιστη επιτρεπόμενη αντίστροφη τάση.
Τα άλλα χαρακτηριστικά είναι ειδικά για τις "διόδους".
Χρώμα φωτισμού
Το χρώμα του φωτός - αυτή η παράμετρος χαρακτηρίζει τις λυχνίες LED στην οπτική περιοχή. Στις περισσότερες περιπτώσεις τα φωτιστικά σώματα είναι λευκά με διαφορετικές θερμοκρασία φωτός. Στις ενδεικτικές λυχνίες μπορεί να είναι οποιαδήποτε από τις ορατές χρωματικές περιοχές.
Μήκος κύματος
Η παράμετρος αυτή επαναλαμβάνει ως ένα βαθμό την προηγούμενη, αλλά με δύο επιφυλάξεις:
- Οι συσκευές υπέρυθρης και υπεριώδους ακτινοβολίας δεν έχουν ορατό χρώμα, οπότε γι' αυτές είναι το μόνο χαρακτηριστικό που χαρακτηρίζει το φάσμα εκπομπής,
- αυτή η παράμετρος ισχύει περισσότερο για τις λυχνίες LED με άμεση εκπομπή - τα στοιχεία με φώσφορο εκπέμπουν σε μια ευρεία ζώνη, οπότε είναι αδύνατο να χαρακτηριστεί ο φωτισμός τους με σαφήνεια με βάση το μήκος κύματος (ποιο μήκος κύματος μπορεί να είναι στο λευκό χρώμα;).
Επομένως, το εκπεμπόμενο μήκος κύματος είναι ένα μάλλον πληροφοριακό μέγεθος.
Τρέχουσα κατανάλωση
Το απορροφούμενο ρεύμα είναι το ρεύμα λειτουργίας στο οποίο το εκπεμπόμενο φως βρίσκεται στη βέλτιστη φωτεινότητά του. Εάν υπερβεί ελαφρώς, η συσκευή δεν θα καταρρεύσει σύντομα - αυτή είναι η διαφορά από τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή. Η μείωσή του είναι επίσης ανεπιθύμητη - η ένταση της ακτινοβολίας θα μειωθεί.
Ισχύς
Η κατανάλωση ενέργειας είναι απλή. Στο συνεχές ρεύμα, είναι απλώς το γινόμενο της κατανάλωσης ρεύματος επί την εφαρμοζόμενη τάση. Συχνά προκαλεί σύγχυση το γεγονός ότι οι κατασκευαστές προϊόντων φωτισμού αναγράφουν με μεγάλους αριθμούς στη συσκευασία την ισοδύναμη ισχύ ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως, ο οποίος έχει την ίδια φωτεινή ροή με το φωτιστικό σώμα.
Ορατή στερεά γωνία
Η φαινομενική στερεά γωνία αναπαρίσταται απλούστερα ως κώνος που αναδύεται από το κέντρο της φωτεινής πηγής. Αυτή η παράμετρος είναι ίση με τη γωνία ανοίγματος αυτού του κώνου. Στην περίπτωση των ενδεικτικών λυχνιών LED, καθορίζει πώς θα φαίνεται ένας συναγερμός από το πλάι. Για τα φωτιστικά σώματα, καθορίζει τη φωτεινή ροή.
Μέγιστη ένταση φωτός
Η μέγιστη φωτεινή ένταση προσδιορίζεται σε καντέλες στις τεχνικές προδιαγραφές της συσκευής. Στην πράξη όμως είναι πιο βολικό να λειτουργούμε με την έννοια της φωτεινής ροής. Η φωτεινή ροή (σε lumens) ισούται με το γινόμενο της έντασης του φωτός (σε candela) επί τη φαινομενική στερεά γωνία. Δύο LED με την ίδια ένταση φωτός δίνουν διαφορετικό φως σε διαφορετική γωνία. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία, τόσο μεγαλύτερη είναι η φωτεινή ροή. Αυτό είναι πιο βολικό για τον υπολογισμό των συστημάτων φωτισμού.
Πτώση τάσης
Η πτώση τάσης προς τα εμπρός είναι η τάση που πέφτει πάνω στο LED όταν αυτό είναι ανοικτό. Γνωρίζοντάς την, μπορείτε να υπολογίσετε την τάση που απαιτείται για να ανοίξει μια σειρά από φωτοεκπέμποντα στοιχεία, για παράδειγμα.
Πώς να ξέρετε για ποια τάση είναι ονομαστική η λυχνία LED
Ο ευκολότερος τρόπος για να μάθετε την ονομαστική τάση μιας λυχνίας LED είναι να συμβουλευτείτε βιβλία αναφοράς. Εάν όμως βρεθεί μια μη σημασμένη συσκευή άγνωστης προέλευσης, μπορεί να συνδεθεί σε ένα ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό και η τάση να αυξηθεί σταδιακά από το μηδέν. Σε μια συγκεκριμένη τάση, η λυχνία LED θα αναβοσβήνει έντονα. Αυτή είναι η τάση λειτουργίας της κυψέλης. Υπάρχουν διάφορες αποχρώσεις που πρέπει να έχετε κατά νου με αυτό το τεστ:
- η υπό δοκιμή συσκευή μπορεί να διαθέτει ενσωματωμένη αντίσταση και να είναι σχεδιασμένη για αρκετά υψηλή τάση (έως 220 V) - δεν διαθέτουν όλα τα τροφοδοτικά αυτό το εύρος ρύθμισης,
- η εκπομπή της λυχνίας LED μπορεί να βρίσκεται εκτός του ορατού φάσματος (UV ή IR) - τότε η στιγμή της ανάφλεξης δεν είναι οπτικά ανιχνεύσιμη (αν και η λάμψη της συσκευής IR σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να φανεί μέσω μιας κάμερας smartphone),
- Η σύνδεση του στοιχείου σε πηγή συνεχούς τάσης πρέπει να γίνεται με αυστηρή τήρηση της πολικότητας, διαφορετικά είναι εύκολο να καταστραφεί η λυχνία LED με αντίστροφη τάση, υπερβαίνοντας τις δυνατότητες της συσκευής.
Εάν δεν γνωρίζετε τον ακροδέκτη του στοιχείου, αυξήστε την τάση στα 3...3,5V, εάν η λυχνία LED δεν ανάψει - αφαιρέστε την τάση, αντιστρέψτε τη σύνδεση των πόλων της πηγής και επαναλάβετε τη διαδικασία.
Πώς να διαπιστώσετε την πολικότητα του LED
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τον προσδιορισμό της πολικότητας των ακροδεκτών.
- Με τα στοιχεία χωρίς μόλυβδο (συμπεριλαμβανομένων των COB), η πολικότητα της τάσης τροφοδοσίας υποδεικνύεται απευθείας στο περίβλημα - είτε με σύμβολα είτε με τις αναλαμπές στο περίβλημα.
- Δεδομένου ότι η λυχνία LED έχει μια συμβατική επαφή p-n, μπορεί να εξεταστεί με ένα πολύμετρο σε λειτουργία δοκιμής διόδων. Ορισμένοι δοκιμαστές διαθέτουν επαρκή τάση μέτρησης για την ανάφλεξη της λυχνίας LED. Η σωστή σύνδεση μπορεί στη συνέχεια να ελεγχθεί οπτικά από τη λάμψη του στοιχείου.
- Ορισμένες συσκευές CCCP με μεταλλικό περίβλημα έχουν ένα κλειδί (προεξοχή) στην περιοχή της καθόδου.
- Το καλώδιο της καθόδου είναι μακρύτερο. Μόνο τα στοιχεία που δεν έχουν συγκολληθεί μπορούν να αναγνωριστούν από αυτό το χαρακτηριστικό. Με τις χρησιμοποιημένες λυχνίες LED, οι ακροδέκτες κονταίνουν και κάμπτονται για εγκατάσταση με αυθαίρετο τρόπο.
- Τέλος, μπορείτε να μάθετε τη θέση του άνοδος και κάθοδος είναι δυνατή με την ίδια μέθοδο που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της τάσης της λυχνίας LED. Ο φωτισμός θα είναι δυνατός μόνο εάν το στοιχείο είναι σωστά συνδεδεμένο - η κάθοδος στο μείον της πηγής και η άνοδος στο συν.
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας δεν μένει στάσιμη. Πριν από μερικές δεκαετίες, η λυχνία LED ήταν ένα ακριβό παιχνίδι για εργαστηριακά πειράματα. Είναι πλέον δύσκολο να φανταστεί κανείς τη ζωή χωρίς αυτό. Τι θα συμβεί στη συνέχεια - ο χρόνος θα δείξει.
Σχετικά άρθρα:
