LEDit korvaavat nopeasti hehkulamput. lähes kaikilla aloilla, joilla heidän asemansa näytti horjumattomalta. Puolijohde-elementtien kilpailuedut olivat vakuuttavia: alhaiset kustannukset, pitkä käyttöikä ja ennen kaikkea korkeampi hyötysuhde. Kun lamppujen hyötysuhde oli alle 5 prosenttia, jotkut LED-valmistajat väittävät, että ne muuttavat vähintään 60 prosenttia kulutetusta sähköstä valoksi. Näiden lausuntojen todenperäisyys on edelleen markkinoijien omallatunnolla, mutta puolijohde-elementtien kuluttajaominaisuuksien nopeaa kehitystä ei kukaan epäile.
Sisältö
Mikä on LED ja miten se toimii
LED (valodiodi, LED) on tavanomainen puolijohdediodivalmistettu kiteistä:
- galliumarsenidi, indiumfosfidi tai sinkkiselenidi - optisten säteilylähettimien osalta;
- Galliumnitridi - ultraviolettialueella käytettäviin laitteisiin;
- lyijysulfidi - infrapuna-alueella säteilevien alkuaineiden osalta.
Nämä materiaalit on valittu siksi, että niistä valmistettujen diodien p-n-liitos säteilee valoa, kun siihen kytketään suora jännite. Tavanomaisissa pii- tai germaniumdiodeissa on vain vähän tai ei lainkaan päästöjä.
LEDien emissio ei johdu puolijohde-elementin kuumenemisasteesta, vaan se johtuu elektronien siirtymisestä energiatasolta toiselle varauksenkuljettajien (elektronien ja aukkojen) rekombinaation aikana. Tuloksena syntyvä valo on monokromaattista.
Tälle säteilylle on ominaista sen hyvin kapea spektri, ja haluttua väriä on vaikea eristää valosuodattimilla. Joitakin värejä (valkoinen, sininen) ei voida saavuttaa tällä valmistusperiaatteella. Siksi tällä hetkellä vallitseva tekniikka, jossa LEDin ulkopinta on peitetty fosforilla ja sen hehku käynnistyy p-n-liitoksen säteilyllä (joka voi olla näkyvää tai olla UV-alueella).
LEDin suunnittelu
LED suunniteltiin alun perin samalla tavalla kuin tavallinen diodi - p-n-liitos ja kaksi nastaa. Ainoastaan läpinäkyvästä yhdisteestä tai metallista valmistettu runko, jossa on läpinäkyvä ikkuna hehkun tarkkailua varten. Laitteen koteloon on kuitenkin opittu rakennettavaksi lisää elementtejä. Esimerkiksi, Vastukset - LEDin sytyttämiseen Tarvittavan jännitteen (12 V, 220 V) piirissä ilman ulkoista virtapiiriä. Tai oskillaattori, jossa on jakaja vilkkuvien valoa lähettävien elementtien luomiseksi. Runko on myös päällystetty fosforilla, joka hehkuu, kun p-n-liitos sytytetään, mikä parantaa LEDin ominaisuuksia.
Lyijytöntä juottamista koskeva suuntaus ei ole jättänyt LEDejä taakseen. SMD-laitteet kasvattavat nopeasti markkinaosuuttaan valaistustekniikassa valmistustekniikan etujen ansiosta. SMD-tuotteet eivät ole lyijyttömiä. P-n-liitos on asennettu keraamiselle alustalle, joka on täytetty yhdisteellä ja päällystetty fosforilla. Jännite syötetään kosketintyynyjen kautta.
Tällä hetkellä valaisimet on varustettu COB-tekniikkaan perustuvilla LEDeillä. Tämän tekniikan ydin on se, että yhdelle levylle kootaan useita (2-3:sta satoihin) p-n-liitoksia matriisiksi. Kaikki asetetaan päälle yhteen koteloon (tai muodostetaan SMD-moduuli) ja päällystetään fosforilla. Tämä tekniikka on erittäin lupaava, mutta se ei todennäköisesti syrjäytä kokonaan muita LED-malleja.
Millaisia LED-tyyppejä on saatavilla ja missä niitä käytetään?
Optisen kantaman ledejä käytetään merkkivalaisimina ja valaistuslaitteina. Kullakin erikoistumisalalla on omat vaatimuksensa.
Merkkivalo-LEDit
Merkkivalo-LEDin tehtävänä on ilmaista laitteen tila (virransyöttö, hälytys, anturin toiminta jne.). Tällä alalla käytetään laajalti p-n-liitoksella hehkuvia LED-valoja. Fosforilla varustetut laitteet eivät ole kiellettyjä, mutta mitään erityistä kohtaa ei ole. Tässä tapauksessa luminanssi ei ole ensisijaisen tärkeää. Etusijalla ovat kontrasti ja laaja katselukulma. LEDejä käytetään laitepaneeleissa (true hole), levyissä - tappityyppisissä ja SMD-levyissä.
Valaistus LEDit
Fosforilla varustettuja elementtejä sen sijaan käytetään pääasiassa valaistukseen. Tämä mahdollistaa riittävän valovirran ja lähellä luonnollisia värejä olevat värit. Tämän alueen ulostulevat LEDit on käytännössä puristettu SMD-elementeillä. COB-LEDit ovat laajalti käytössä.
Laitteet, jotka on suunniteltu lähettämään signaaleja optisella tai infrapuna-alueella, voidaan sijoittaa erilliseen luokkaan. Esimerkiksi kodinkoneiden tai turvalaitteiden kauko-ohjauslaitteet. UV-elementtejä voidaan käyttää kompakteihin UV-lähteisiin (valuutanilmaisimet, biologiset materiaalit jne.).
LEDien tärkeimmät ominaisuudet
Kuten kaikilla diodeilla, myös LEDeillä on yleiset, "diodin kaltaiset" ominaisuudet. Rajaparametrit, joiden ylittäminen johtaa laitteen vikaantumiseen:
- suurin sallittu eteenpäin suuntautuva virta;
- Suurin eteenpäin suuntautuva jännite;
- Suurin sallittu käänteisjännite.
Muut ominaisuudet ovat "diodikohtaisia".
Valaistuksen väri
Valon väri - tämä parametri luonnehtii optisen alueen ledejä. Useimmissa tapauksissa valaisimet ovat valkoisia, ja niissä on eri sävyjä. valon lämpötila. Merkkivaloissa se voi olla mikä tahansa näkyvä värialue.
Aallonpituus
Tämä parametri vastaa jossain määrin edellistä parametria, mutta siihen liittyy kaksi varausta:
- IR- ja UV-laitteilla ei ole näkyvää väriä, joten tämä on niiden kohdalla ainoa ominaisuus, joka luonnehtii emissiospektriä;
- Tämä parametri soveltuu paremmin suoraan emittoiviin LEDeihin - fosforielementit emittoivat laajalla kaistalla, joten niiden luminesenssiä ei voida luonnehtia yksiselitteisesti aallonpituuden perusteella (mikä voisi olla valkoisen värin aallonpituus?).
Siksi emittoitunut aallonpituus on melko informatiivinen luku.
Virrankulutus
Absorboitunut virta on se toimintavirta, jolla säteilevä valo on optimaalisen kirkkaana. Jos se ylittyy hieman, laite ei hajoa pian - tämä on ero suurimpaan sallittuun arvoon. Sen laskeminen ei myöskään ole toivottavaa - säteilyn voimakkuus laskee.
Teho
Virrankulutus on yksinkertainen. Tasavirralla se on yksinkertaisesti virrankulutuksen ja käytetyn jännitteen tulo. Valaistustuotteiden valmistajia hämmentää usein se, että pakkauksissa ilmoitetaan suurina numeroina hehkulamppua vastaava teho, jonka valovirta on sama kuin valaisimen.
Näkyvä kiinteä kulma
Näennäinen avaruuskulma esitetään yksinkertaisimmillaan valonlähteen keskipisteestä lähtevänä kartiona. Tämä parametri on yhtä suuri kuin tämän kartion avautumiskulma. Merkkivalo-LEDien tapauksessa se määrittää, miten hälytys näkyy sivulta. Valaisimien osalta se määrittää valovirran.
Suurin valon voimakkuus
Valon enimmäisvoimakkuus on ilmoitettu kandeloina laitteen teknisissä tiedoissa. Käytännössä on kuitenkin kätevämpää käyttää valovirran käsitettä. Valovirta (lumenina) on yhtä suuri kuin valon voimakkuuden (kandelana) ja näennäisen avaruuskulman tulo. Kaksi LEDiä, joilla on sama valovoima, antavat eri kulmassa erilaista valoa. Mitä suurempi kulma, sitä suurempi valovirta. Tämä on kätevämpää valaistusjärjestelmien laskennassa.
Jännitehäviö
Eteenpäin suuntautuva jännitehäviö on jännite, joka putoaa ledin yli, kun se on auki. Kun tiedät sen, voit laskea jännitteen, joka tarvitaan esimerkiksi valoa säteilevien elementtien sarjan avaamiseen.
Kuinka tietää, mille jännitteelle LED on mitoitettu?
Helpoin tapa selvittää ledin nimellisjännite on tutustua hakuteoksiin. Jos kuitenkin löydetään merkitsemätön laite, jonka alkuperä on tuntematon, se voidaan kytkeä säänneltyyn virtalähteeseen, ja jännitettä voidaan nostaa portaattomasti nollasta. Tietyssä jännitteessä LED vilkkuu kirkkaasti. Tämä on kennon käyttöjännite. Tässä testissä on useita vivahteita, jotka on pidettävä mielessä:
- testattavassa laitteessa voi olla sisäänrakennettu vastus ja se voi olla suunniteltu riittävän korkealle jännitteelle (enintään 220 V) - kaikissa virtalähteissä ei ole tätä säätöaluetta;
- LEDin säteily voi olla näkyvän spektrin ulkopuolella (UV tai IR) - tällöin syttymishetki ei ole visuaalisesti havaittavissa (vaikka IR-laitteen hehku voi joissakin tapauksissa näkyä älypuhelimen kameran kautta);
- Elementin liittäminen tasajännitelähteeseen on tehtävä noudattamalla tarkasti napaisuutta, muuten LED on helppo tuhota käänteisjännitteellä, joka ylittää laitteen kyvyt.
Jos et tiedä elementin nastaa, sinun on parempi lisätä jännitettä 3...3.5V: iin, jos LED ei syty - poista jännite, käännä lähteen napojen kytkentä ja toista menettely.
Kuinka selvittää LEDin napaisuus?
Nastojen napaisuuden määrittämiseen on useita menetelmiä.
- Lyijyttömissä elementeissä (COB-elementit mukaan lukien) syöttöjännitteen napaisuus ilmoitetaan suoraan kotelossa - joko symboleilla tai kotelossa olevilla vilkuilla.
- Koska LEDissä on perinteinen p-n-liitos, sitä voidaan tutkia yleismittarilla dioditestitilassa. Joissakin testereissä on mittausjännite, joka riittää sytyttämään LEDin. Oikea kytkentä voidaan tällöin tarkistaa silmämääräisesti elementin hehkun perusteella.
- Joissakin CCCP-laitteissa, joissa on metallikotelo, on avain (ulkonema) katodialueella.
- Katodin johto on pidempi. Vain juottamattomat elementit voidaan tunnistaa tämän ominaisuuden avulla. Käytettyjen LEDien liittimet lyhennetään ja taivutetaan asennusta varten mielivaltaisesti.
- Lopuksi voit selvittää, missä asennossa on anodi ja katodi on mahdollista määrittää samalla menetelmällä, jota käytetään LEDin jännitteen määrittämiseen. Luminesenssi on mahdollista vain, jos elementti on kytketty oikein - katodi lähteen miinukseen ja anodi plussaan.
Teknologian kehitys ei pysähdy. Muutama vuosikymmen sitten LED oli kallis lelu laboratoriokokeita varten. Nyt on vaikea kuvitella elämää ilman sitä. Mitä seuraavaksi tapahtuu - aika näyttää.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
