LED spuldzes strauji aizstāj kvēlspuldzes gandrīz visās jomās, kurās viņu pozīcijas šķita nesatricināmas. Pusvadītāju elementu konkurences priekšrocības bija pārliecinošas: zemas izmaksas, ilgs kalpošanas laiks un, pats galvenais, augstāka efektivitāte. Lai gan spuldžu efektivitāte nepārsniedza 5 %, daži LED ražotāji apgalvo, ka vismaz 60 % patērētās elektroenerģijas pārvērš gaismā. Šo apgalvojumu patiesums paliek uz tirgotāju sirdsapziņas, bet neviens nešaubās par pusvadītāju elementu patērētāju īpašību straujo attīstību.
Saturs
Kas ir LED un kā tā darbojas
LED (gaismas diode, LED) ir parastā gaismas diode. pusvadītāju diodeizgatavoti no kristāliem:
- gallija arsenīds, indija fosfīds vai cinka selenīds - optiskā diapazona emitētājiem;
- Gallija nitrīds - ierīcēm ultravioletajā diapazonā;
- svina sulfīds - elementiem, kas izstaro infrasarkanajā diapazonā.
Šie materiāli ir izvēlēti tāpēc, ka no tiem izgatavoto diodu p-n savienojums izstaro gaismu, kad tiek pielikts līdzstrāvas spriegums. Parastajām silīcija vai ģermānija diodēm emisija ir neliela vai tās nav vispār.
LED emisija nav saistīta ar pusvadītāja elementa sakaršanas pakāpi; to izraisa elektronu pāreja no viena enerģijas līmeņa uz citu, notiekot lādiņnesēju (elektronu un caurumu) rekombinācijai. Iegūtā gaisma ir monohromatiska.
Šī starojuma īpatnība ir tā ļoti šaurais spektrs, un ar gaismas filtriem ir grūti izdalīt vēlamo krāsu. Dažas krāsas (balta, zila) ar šo ražošanas principu nav sasniedzamas. Tāpēc pašlaik dominē tehnoloģija, kurā gaismas diodes ārējā virsma ir pārklāta ar luminoforu, un tās spīdēšanu ierosina p-n savienojuma starojums (kas var būt redzams vai atrasties UV diapazonā).
LED diodes dizains
Sākotnēji gaismas diode tika veidota tāpat kā parasta diode - p-n savienojums un divi kontakti. Tikai no caurspīdīga savienojuma vai metāla izgatavots korpuss ar caurspīdīgu logu, lai novērotu spīdumu. Taču ir uzzināts, ka ierīces korpusā ir iebūvēti papildu elementi. Piemēram, Rezistori - lai ieslēgtu LED Nepieciešamā sprieguma ķēdē (12 V, 220 V) bez ārējās ķēdes. Vai oscilatoru ar dalītāju, lai izveidotu mirgojošus gaismas emisijas elementus. Viņi arī pārklāja korpusu ar fosforu, kas spīd, kad p-n savienojums tiek aizdedzināts, tādējādi uzlabojot LED spējas.
Tendence izmantot bezsvina lodēšanu nav apstājusies arī LED diodēs. SMD ierīces strauji ieņem arvien lielāku tirgus daļu apgaismes tehnoloģiju jomā, pateicoties ražošanas tehnoloģijas priekšrocībām. SMD izstrādājumi nesatur svinu. P-n savienojums ir uzstādīts uz keramikas pamatnes, piepildīts ar savienojumu un pārklāts ar fosforu. Spriegums tiek pievadīts, izmantojot kontaktu spilventiņus.
Pašlaik apgaismes ierīces ir aprīkotas ar gaismas diodēm, kuru pamatā ir COB tehnoloģija. Šīs tehnoloģijas būtība ir tāda, ka uz vienas plāksnes matricā tiek montēti vairāki (no 2-3 līdz pat simtiem) p-n savienojumi. Viss tiek novietots virsū vienā korpusā (vai tiek veidots SMD modulis) un pārklāts ar fosforu. Šī tehnoloģija ir daudzsološa, taču ir maz ticams, ka tā pilnībā izstums citas LED konstrukcijas.
Kādi ir pieejamie LED veidi un kur tos izmanto
Optiskā diapazona gaismas diodes tiek izmantotas kā indikācijas elementi un apgaismes ierīces. Katrai specializācijai ir savas prasības.
Indikatoru LED
Indikatora LED funkcija ir norādīt ierīces statusu (barošanas avots, trauksmes signāls, sensora aktivizēšanās u. c.). Šajā jomā tiek plaši izmantotas LED ar p-n savienojuma spīdumu. Ierīces ar fosforu nav aizliegtas, bet nav īpaša punkta. Šajā gadījumā spilgtumam nav galvenā nozīme. Prioritāte ir kontrasts un plašs skata leņķis. LED izmanto uz ierīču paneļiem (ar īsto caurumu), uz platēm - pin tipa un SMD.
Apgaismojuma LED diodes
Turpretī elementus ar fosforu galvenokārt izmanto apgaismojumam. Tas nodrošina pietiekamu gaismas plūsmu un dabiskām krāsām tuvas krāsas. Šīs zonas izejas gaismas diodes ir praktiski izspiestas ar SMD elementiem. COB gaismas diodes tiek plaši izmantotas.
Ierīces, kas paredzētas optisko vai infrasarkano signālu pārraidei, var iekļaut atsevišķā kategorijā. Piemēram, mājsaimniecības ierīču vai drošības ierīču tālvadības ierīcēm. Un UV elementus var izmantot kompaktiem UV starojuma avotiem (valūtas detektoriem, bioloģiskiem materiāliem u. c.).
Galvenās LED funkcijas
Tāpat kā jebkurai diodei, arī gaismas diodēm piemīt vispārīgi "diodēm līdzīgi" raksturlielumi. Ierobežojuma parametri, kuru pārsniegšana izraisa ierīces atteici:
- maksimālā pieļaujamā strāva;
- Maksimālais tiešais spriegums;
- Maksimālais pieļaujamais reversais spriegums.
Pārējie raksturlielumi ir "diodēm" raksturīgi.
Apgaismojuma krāsa
Gaismas krāsa - šis parametrs raksturo optiskā diapazona gaismas diodes. Vairumā gadījumu gaismekļi ir baltas krāsas ar dažādiem gaismas temperatūra. Indikatoru gaismās tas var būt jebkurš no redzamo krāsu diapazoniem.
Viļņa garums
Šis parametrs zināmā mērā dublē iepriekšējo, taču ar divām atrunām:
- IR un UV ierīcēm nav redzamās krāsas, tāpēc tām šī ir vienīgā īpašība, kas raksturo emisijas spektru;
- šis parametrs ir vairāk piemērojams gaismas diodēm ar tiešo emisiju - elementi ar luminoforiem izstaro plašā diapazonā, tāpēc to luminiscenci nav iespējams viennozīmīgi raksturot pēc viļņa garuma (kāds viļņa garums var būt baltā krāsā?).
Tāpēc izstarotā viļņa garums ir diezgan informatīvs rādītājs.
Strāvas patēriņš
Absorbētā strāva ir darba strāva, pie kuras izstarotā gaisma ir optimāli spilgta. Ja tas ir nedaudz pārsniegts, ierīce drīz vien nesabojās - tā ir atšķirība no maksimāli pieļaujamā līmeņa. Tās samazināšana arī nav vēlama - samazināsies starojuma intensitāte.
Power
Enerģijas patēriņš ir vienkāršs. Līdzstrāvas gadījumā tas ir vienkārši strāvas patēriņa reizinājums ar pielikto spriegumu. Apgaismes ierīču ražotājiem bieži vien ir mulsinoši uz iepakojuma ar lieliem cipariem rakstīt kvēlspuldzes ekvivalento jaudu, kurai ir tāds pats gaismas plūsmas koeficients kā gaismeklim.
Redzamais cietais leņķis
Šķietamo cieto leņķi visvienkāršāk var attēlot kā konusu, kas iziet no gaismas avota centra. Šis parametrs ir vienāds ar šī konusa atvēršanās leņķi. Indikatoru LED gadījumā tas nosaka, kā trauksmes signāls būs redzams no malas. Gaismekļiem tas nosaka gaismas plūsmu.
Maksimālā gaismas intensitāte
Maksimālā gaismas intensitāte ir norādīta kandelās ierīces tehniskajās specifikācijās. Taču praksē ir ērtāk izmantot gaismas plūsmas jēdzienu. Gaismas plūsma (lumenos) ir vienāda ar gaismas intensitātes (kandelās) reizinājumu ar šķietamo cietā leņķa lielumu. Divas LED diodes ar vienādu gaismas intensitāti dod atšķirīgu gaismu dažādos leņķos. Jo lielāks leņķis, jo lielāka gaismas plūsma. Tas ir ērtāk apgaismojuma sistēmu aprēķināšanai.
Sprieguma kritums
Sprieguma kritums uz priekšu ir spriegums, kas krīt pāri gaismas diodei, kad tā ir atvērta. To zinot, var aprēķināt spriegumu, kas nepieciešams, lai, piemēram, atvērtu virkni gaismu izstarojošu elementu.
Kā noskaidrot, kādam spriegumam ir paredzēta LED diode
Visvienkāršākais veids, kā noskaidrot LED nominālo spriegumu, ir iepazīties ar uzziņu literatūru. Bet, ja tiek atrasta nezināmas izcelsmes nemarķēta ierīce, to var pieslēgt regulējamam barošanas avotam un spriegumu var pakāpeniski paaugstināt no nulles. Pie noteikta sprieguma LED spilgti mirgo. Tas ir šūnas darba spriegums. Šajā testā ir vairākas nianses, kas jāņem vērā:
- testējamajai ierīcei var būt iebūvēts rezistors un tā var būt paredzēta pietiekami augstam spriegumam (līdz 220 V) - ne visiem barošanas avotiem ir šāds regulēšanas diapazons;
- gaismas diodes emisija var atrasties ārpus redzamā spektra (UV vai IR) - tad aizdegšanās brīdis nav vizuāli konstatējams (lai gan dažos gadījumos IR ierīces spīdumu var redzēt ar viedtālruņa kameru);
- Elementa pieslēgšana līdzstrāvas sprieguma avotam jāveic, stingri ievērojot polaritāti, pretējā gadījumā ir viegli iznīcināt LED ar reverso spriegumu, kas pārsniedz ierīces iespējas.
Ja nezināt elementa pin, labāk palieliniet spriegumu līdz 3...3,5 V, ja LED neieslēdzas - noņemiet spriegumu, apgrieziet avota polu savienojumu un atkārtojiet procedūru.
Kā noskaidrot LED polaritāti
Ir vairākas metodes, kā noteikt vadu polaritāti.
- Ar bezvadiem elementiem (ieskaitot COB) barošanas sprieguma polaritāte ir norādīta tieši uz korpusa - vai nu ar simboliem, vai ar mirgošanu uz korpusa.
- Tā kā LED ir parasts p-n savienojums, to var pārbaudīt ar multimetru diodes testa režīmā. Dažiem testeriem ir pietiekams mērīšanas spriegums, lai aizdedzinātu LED. Pēc tam pareizo savienojumu var vizuāli pārbaudīt pēc elementa spīduma.
- Dažām CCCP ierīcēm ar metāla korpusu katoda zonā ir atslēga (izvirzījums).
- Katoda vads ir garāks. Ar šo funkciju var identificēt tikai nesalaidītus elementus. Izmantojot lietotas LED, spailes tiek saīsinātas un izliektas, lai tās varētu uzstādīt patvaļīgi.
- Visbeidzot, varat uzzināt, kādā pozīcijā atrodas anoda un katoda ir iespējama, izmantojot to pašu metodi, kas tiek izmantota LED sprieguma noteikšanai. Luminiscence būs iespējama tikai tad, ja elements ir pareizi savienots - katods ar avota mīnusu un anods ar plusu.
Tehnoloģiju attīstība nestāv uz vietas. Pirms dažiem gadu desmitiem LED bija dārga laboratorijas eksperimentu rotaļlieta. Tagad ir grūti iedomāties dzīvi bez tā. Kas notiks tālāk - to rādīs laiks.
Saistītie raksti:
