I LED stanno rapidamente sostituendo le lampadine a incandescenza in quasi tutte le aree in cui la loro posizione sembrava incrollabile. I vantaggi competitivi degli elementi semiconduttori erano convincenti: basso costo, lunga durata e, soprattutto, maggiore efficienza. Mentre l'efficienza delle lampade non ha superato il 5%, alcuni produttori di LED sostengono di convertire almeno il 60% dell'elettricità consumata in luce. La veridicità di queste dichiarazioni rimane sulla coscienza dei commercianti, ma il rapido sviluppo delle proprietà di consumo degli elementi semiconduttori in nessuno dubbio.
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Cos'è un LED e come funziona
Un LED (light-emitting diode, LED) è un convenzionale diodo semiconduttorefatto di cristalli:
- arseniuro di gallio, fosfuro di indio o seleniuro di zinco - per gli emettitori di gamma ottica;
- Nitruro di gallio - per dispositivi nella gamma ultravioletta;
- solfuro di piombo - per gli elementi che emettono nella gamma degli infrarossi.
Questi materiali sono scelti perché la giunzione p-n dei diodi fatti con essi emette luce quando viene applicata una tensione diretta. I diodi convenzionali al silicio o al germanio hanno poca o nessuna emissione.
L'emissione dei LED non è dovuta al grado di riscaldamento dell'elemento semiconduttore; è causata dalla transizione degli elettroni da un livello energetico a un altro durante la ricombinazione dei portatori di carica (elettroni e buchi). La luce risultante è monocromatica.
Una caratteristica di questa radiazione è il suo spettro molto stretto, ed è difficile isolare il colore desiderato con filtri di luce. E alcuni colori (bianco, blu) sono irraggiungibili con questo principio di fabbricazione. Pertanto, attualmente prevalente tecnologia in cui la superficie esterna del LED è coperto con un fosforo e il suo bagliore è avviato dalla radiazione della giunzione p-n (che può essere visibile o si trovano nella gamma UV).
Design di un LED
Un LED è stato originariamente progettato nello stesso modo di un normale diodo: una giunzione p-n e due perni. Solo un corpo fatto di un composto trasparente o di metallo con una finestra trasparente per osservare il bagliore. Ma si è appreso che ulteriori elementi sono stati incorporati nell'involucro del dispositivo. Per esempio, Resistenze - per accendere il LED Nel circuito della tensione necessaria (12 V, 220 V) senza alcun circuito esterno. O un oscillatore con un divisore per creare elementi lampeggianti che emettono luce. Il corpo è anche ricoperto da un fosforo che si illumina quando la giunzione p-n si accende, migliorando così le capacità del LED.
La tendenza verso la saldatura senza piombo non ha lasciato indietro i LED. I dispositivi SMD stanno rapidamente guadagnando quote di mercato nella tecnologia dell'illuminazione con vantaggi nella tecnologia di produzione. I prodotti SMD non sono senza piombo. La giunzione P-n è montata su una base di ceramica, riempita di composto e rivestita con un fosforo. La tensione è applicata attraverso le piastre di contatto.
Attualmente, i dispositivi di illuminazione sono dotati di LED basati sulla tecnologia COB. L'essenza di questa tecnologia è che su una piastra diverse (da 2-3 a centinaia) giunzioni p-n sono assemblate in una matrice. Tutto è posto sopra in un unico alloggiamento (o si forma un modulo SMD) e coperto da un fosforo. Questa tecnologia è molto promettente, ma è improbabile che sostituisca completamente altri design di LED.
Quali tipi di LED sono disponibili e dove vengono utilizzati
I LED della gamma ottica sono utilizzati come elementi di indicazione e come dispositivi di illuminazione. Ogni specializzazione ha i suoi requisiti.
Indicatori LED
La funzione di un LED indicatore è quella di indicare lo stato di un dispositivo (alimentazione, allarme, attivazione del sensore, ecc.). I LED con incandescenza a giunzione p-n sono ampiamente utilizzati in questo campo. I dispositivi con un fosforo non sono vietati, ma non c'è un punto particolare. Qui, la luminanza non è di primaria importanza. La priorità è il contrasto e l'ampio angolo di visione. I LED sono utilizzati su pannelli di dispositivi (true hole), su schede - pin-type e SMD.
LED di illuminazione
Al contrario, gli elementi con un fosforo sono utilizzati principalmente per l'illuminazione. Questo permette un flusso luminoso sufficiente e colori vicini al naturale. I LED in uscita da questa zona sono praticamente schiacciati da elementi SMD. I LED COB sono ampiamente utilizzati.
I dispositivi progettati per trasmettere segnali nella gamma ottica o a infrarossi possono essere collocati in una categoria separata. Per esempio, per dispositivi di controllo a distanza per elettrodomestici o dispositivi di sicurezza. E gli elementi UV possono essere utilizzati per sorgenti UV compatte (rivelatori di valuta, materiali biologici, ecc.).
Caratteristiche principali dei LED
Come ogni diodo, i LED hanno caratteristiche generali "simili a quelle dei diodi". Parametri limite, il cui eccesso porta al fallimento del dispositivo:
- massima corrente diretta ammissibile;
- Massima tensione in avanti;
- Massima tensione inversa ammissibile.
Le altre caratteristiche sono specifiche del "diodo".
Colore dell'illuminazione
Il colore della luce - questo parametro caratterizza i LED nella gamma ottica. Nella maggior parte dei casi gli apparecchi sono bianchi con diversi temperatura della luce. Nelle luci di segnalazione può essere una qualsiasi delle gamme di colori visibili.
Lunghezza d'onda
Questo parametro in un certo senso duplica il precedente, ma con due riserve:
- I dispositivi IR e UV non hanno colore visibile, quindi per loro questa è l'unica caratteristica che caratterizza lo spettro di emissione;
- questo parametro è più applicabile ai LED con emissione diretta - elementi con fosfori emettono in una banda larga, quindi la loro luminescenza non può essere caratterizzata in modo univoco dalla lunghezza d'onda (quale potrebbe essere la lunghezza d'onda del colore bianco?).
Pertanto, la lunghezza d'onda emessa è un dato piuttosto informativo.
Consumo corrente
La corrente assorbita è la corrente di funzionamento alla quale la luce emessa è alla sua luminosità ottimale. Se viene leggermente superato, il dispositivo non si romperà presto - questa è la differenza rispetto al valore massimo ammissibile. Abbassarlo è anche indesiderabile - l'intensità delle radiazioni diminuirà.
Potenza
Il consumo di energia è semplice. In corrente continua, è semplicemente il prodotto del consumo di corrente moltiplicato per la tensione applicata. È spesso fonte di confusione per i produttori di prodotti per l'illuminazione indicare in grandi numeri sulla confezione il wattaggio equivalente di una lampada a incandescenza, che ha lo stesso flusso luminoso dell'apparecchio.
Angolo solido visibile
L'angolo solido apparente è più semplicemente rappresentato come un cono che emerge dal centro della sorgente luminosa. Questo parametro è uguale all'angolo di apertura di questo cono. Nel caso dei LED indicatori, determina come un allarme sarà visto dal lato. Per gli apparecchi di illuminazione, determina il flusso luminoso.
Massima intensità luminosa
L'intensità luminosa massima è specificata in candele nelle specifiche tecniche del dispositivo. Ma in pratica è più conveniente operare con il concetto di flusso luminoso. Il flusso luminoso (in lumen) è uguale al prodotto dell'intensità luminosa (in candela) per l'angolo solido apparente. Due LED con la stessa intensità luminosa danno una luce diversa con un angolo diverso. Maggiore è l'angolo, maggiore è il flusso luminoso. Questo è più conveniente per il calcolo dei sistemi di illuminazione.
Caduta di tensione
La caduta di tensione in avanti è la tensione che cade attraverso il LED quando è aperto. Conoscendola, si può calcolare la tensione necessaria per aprire una serie di elementi che emettono luce, per esempio.
Come sapere per quale tensione è previsto il LED
Il modo più semplice per scoprire la tensione nominale di un LED è consultare i libri di riferimento. Ma se si trova un dispositivo non marcato di origine sconosciuta, può essere collegato a un'alimentazione regolata e la tensione può essere aumentata in modo continuo da zero. Ad una certa tensione, il LED lampeggerà intensamente. Questa è la tensione di funzionamento della cella. Ci sono diverse sfumature da tenere a mente con questo test:
- il dispositivo in prova può avere una resistenza incorporata ed essere progettato per una tensione sufficientemente alta (fino a 220 V) - non tutti gli alimentatori hanno questa gamma di regolazione;
- l'emissione del LED può trovarsi al di fuori dello spettro visibile (UV o IR) - allora il momento dell'accensione non è rilevabile visivamente (anche se il bagliore del dispositivo IR in alcuni casi può essere visto attraverso una fotocamera dello smartphone);
- Il collegamento dell'elemento alla fonte di tensione DC dovrebbe essere fatto con la stretta osservanza della polarità, altrimenti è facile distruggere il LED con la tensione inversa, superando le capacità del dispositivo.
Se non conoscete il pin dell'elemento, è meglio aumentare la tensione a 3...3.5V, se il LED non si accende - togliete la tensione, invertite il collegamento dei poli della sorgente e ripetete la procedura.
Come scoprire la polarità del LED
Ci sono diversi metodi per determinare la polarità dei pin.
- Con gli elementi senza piombo (compresi i COB), la polarità della tensione di alimentazione è indicata direttamente sull'involucro - sia da simboli che da lampeggi sull'involucro.
- Dato che il LED ha una giunzione p-n convenzionale, può essere sondato con un multimetro in modalità test diodi. Alcuni tester hanno una tensione di misurazione sufficiente per accendere il LED. La corretta connessione può quindi essere controllata visivamente dal bagliore dell'elemento.
- Alcuni dispositivi CCCP con un involucro di metallo hanno una chiave (sporgenza) nella zona del catodo.
- Il cavo del catodo è più lungo. Solo gli elementi non saldati possono essere identificati da questa caratteristica. Con i LED usati, i terminali sono accorciati e piegati per l'installazione in modo arbitrario.
- Infine, si può scoprire la posizione del anodo e catodo è possibile con lo stesso metodo che si usa per determinare la tensione del LED. La luminescenza sarà possibile solo se l'elemento è collegato correttamente - il catodo al meno della sorgente e l'anodo al più.
Lo sviluppo della tecnologia non si ferma. Qualche decennio fa, il LED era un giocattolo costoso per esperimenti di laboratorio. Ora è difficile immaginare la vita senza di essa. Cosa succederà dopo - il tempo lo dirà.
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