LED's vervangen snel gloeilampen op bijna alle gebieden waar hun positie onwankelbaar leek. De concurrentievoordelen van halfgeleiderelementen waren overtuigend: lage kosten, lange levensduur en, het belangrijkst, hogere efficiëntie. Terwijl de efficiëntie van lampen niet meer dan 5% bedroeg, beweren sommige LED-fabrikanten dat zij ten minste 60% van de verbruikte elektriciteit in licht omzetten. De waarheidsgetrouwheid van deze beweringen blijft op het geweten van de marketeers, maar de snelle ontwikkeling van de consumenteneigenschappen van halfgeleiderelementen wordt door niemand in twijfel getrokken.
Inhoud
Wat is een LED en hoe werkt het
Een LED (light emitting diode, LED) is een conventionele halfgeleiderdiodegemaakt van kristallen:
- galliumarsenide, indiumfosfide of zinkselenide - voor optische afstandszenders;
- Galliumnitride - voor apparaten in het ultraviolette bereik;
- loodsulfide - voor de elementen die in het infrarode bereik uitzenden.
Deze materialen zijn gekozen omdat de p-n junctie van dioden die ervan zijn gemaakt, licht uitstraalt wanneer er een gelijkspanning op wordt gezet. Conventionele silicium- of germaniumdiodes hebben weinig of geen emissie.
De emissie van LED's is niet het gevolg van de mate van verhitting van het halfgeleiderelement; zij wordt veroorzaakt door de overgang van elektronen van het ene energieniveau naar het andere tijdens de recombinatie van ladingsdragers (elektronen en gaten). Het resulterende licht is monochromatisch.
Kenmerkend voor deze straling is het zeer smalle spectrum, en het is moeilijk om met lichtfilters de gewenste kleur te isoleren. En sommige kleuren (wit, blauw) zijn onbereikbaar met dit fabricageprincipe. Daarom is de thans gangbare technologie waarbij het buitenoppervlak van de LED bedekt is met een fosfor en de gloed wordt geïnitieerd door straling van de p-n-overgang (die zichtbaar kan zijn of in het UV-bereik ligt).
Ontwerp van een LED
Een LED werd oorspronkelijk op dezelfde manier ontworpen als een normale diode - een p-n junctie en twee pennen. Alleen een lichaam van een transparante samenstelling of metaal met een doorzichtig venster om de gloed waar te nemen. Maar men heeft geleerd extra elementen in het omhulsel van het toestel in te bouwen. Bijvoorbeeld, Weerstanden - om de LED aan te zetten In het circuit van de nodige spanning (12 V, 220 V) zonder extern circuit. Of een oscillator met een deler om knipperende lichtgevende elementen te maken. Zij bedekten de behuizing ook met een fosfor die oplicht wanneer de p-n-overgang wordt ontstoken, waardoor de mogelijkheden van de LED worden vergroot.
De trend naar loodvrij solderen heeft de LED's niet achter zich gelaten. SMD-apparaten winnen snel aan marktaandeel in de verlichtingstechnologie dankzij de voordelen van de productietechnologie. SMD-producten zijn niet loodvrij. De P-n-overgang is gemonteerd op een keramische basis, gevuld met compound en bedekt met een fosforlaag. De spanning wordt aangelegd via de contactpunten.
Momenteel zijn verlichtingsapparaten uitgerust met LED's op basis van COB-technologie. De essentie van deze technologie is dat op één plaat verschillende (van 2-3 tot honderden) p-n-overgangen worden geassembleerd tot een matrix. Alles wordt in één enkele behuizing geplaatst (of er wordt een SMD-module gevormd) en van een fosforlaag voorzien. Deze technologie is veelbelovend, maar het is onwaarschijnlijk dat zij andere ontwerpen van LED's volledig zal verdringen.
Welke soorten leds zijn er en waar worden ze gebruikt
Optische reikwijdte-LED's worden gebruikt als indicatie-elementen en als verlichtingsinrichtingen. Elke specialisatie stelt haar eigen eisen.
Indicator-LED's
De functie van een LED-indicator is de status van een apparaat aan te geven (stroomvoorziening, alarm, sensoractivering, enz.). LED's met p-n junctiegloed worden op dit gebied veel gebruikt. Apparaten met een fosfor zijn niet verboden, maar het heeft niet veel zin. Hier is luminantie niet van het grootste belang. De prioriteit is contrast en brede kijkhoek. LED's worden gebruikt op apparaatpanelen (true hole), op printplaten - pin-type en SMD.
Verlichting LED's
Elementen met een fosfor worden daarentegen voornamelijk gebruikt voor verlichting. Dit zorgt voor voldoende lichtstroom en kleuren die de natuurlijke kleuren benaderen. De uitgangs-LED's van dit gebied worden praktisch weggedrukt door SMD-elementen. COB LED's worden veel gebruikt.
Apparaten voor het uitzenden van signalen in het optische of infrarode bereik kunnen in een aparte categorie worden ondergebracht. Bijvoorbeeld voor afstandsbedieningen voor huishoudtoestellen of beveiligingsapparaten. En UV-elementen kunnen worden gebruikt voor compacte UV-bronnen (valutadetectoren, biologische materialen, enz.).
Belangrijkste kenmerken van LED's
Zoals elke diode hebben leds algemene, "diode-achtige" kenmerken. Grensparameters, waarvan de overschrijding tot uitval van het apparaat leidt:
- maximaal toelaatbare voorwaartse stroom;
- Maximale voorwaartse spanning;
- Maximaal toelaatbare sperspanning.
De andere kenmerken zijn "diode"-specifiek.
Kleur van verlichting
De kleur van het licht - deze parameter kenmerkt LED's in het optische bereik. In de meeste gevallen zijn de armaturen wit met verschillende lichttemperatuur. Bij knipperlichten kan dit elk van de zichtbare kleurbereiken zijn.
Golflengte
Deze parameter komt tot op zekere hoogte overeen met de vorige, maar met twee voorbehouden:
- IR- en UV-apparaten hebben geen zichtbare kleur, zodat dit voor hen het enige kenmerk is dat het emissiespectrum kenmerkt;
- Deze parameter is meer van toepassing op LED's met directe emissie - elementen met fosforen zenden uit in een brede band, zodat hun luminescentie niet ondubbelzinnig kan worden gekarakteriseerd aan de hand van de golflengte (wat zou de golflengte van witte kleur kunnen zijn?).
Daarom is de uitgestraalde golflengte een tamelijk informatief cijfer.
Huidige consumptie
De geabsorbeerde stroom is de bedrijfsstroom waarbij het uitgestraalde licht zijn optimale helderheid bereikt. Als deze waarde enigszins wordt overschreden, zal het toestel niet snel stuk gaan - dit is het verschil met de maximaal toelaatbare waarde. Verlagen is ook ongewenst - de stralingsintensiteit zal afnemen.
Vermogen
Het stroomverbruik is eenvoudig. Bij gelijkstroom is het eenvoudig het product van het stroomverbruik vermenigvuldigd met de toegepaste spanning. Het is vaak verwarrend dat fabrikanten van verlichtingsproducten in grote getallen op de verpakking het equivalent wattage van een gloeilamp vermelden, die dezelfde lichtstroom heeft als de verlichtingsarmatuur.
Zichtbare vaste hoek
De schijnbare ruimtehoek wordt het eenvoudigst voorgesteld als een kegel die uit het centrum van de lichtbron komt. Deze parameter is gelijk aan de openingshoek van deze kegel. In het geval van indicator-LED's bepaalt het hoe een alarm van opzij wordt gezien. Voor verlichtingsarmaturen bepaalt het de lichtstroom.
Maximale lichtintensiteit
De maximale lichtsterkte wordt in candela aangegeven in de technische specificaties van het toestel. Maar in de praktijk is het handiger om met het begrip lichtstroom te werken. De lichtstroom (in lumen) is gelijk aan het product van de lichtintensiteit (in candela) en de schijnbare ruimtehoek. Twee LED's met dezelfde lichtintensiteit geven verschillend licht onder een verschillende hoek. Hoe groter de hoek, hoe groter de lichtstroom. Dit is handiger voor de berekening van verlichtingssystemen.
Spanningsverlies
De voorwaartse spanningsval is de spanning die over de LED valt wanneer deze open is. Als men dit weet, kan men de spanning berekenen die nodig is om bijvoorbeeld een reeks lichtgevende elementen te openen.
Hoe weet ik voor welk voltage de LED geschikt is
De gemakkelijkste manier om de nominale spanning van een LED te achterhalen is referentieboeken te raadplegen. Maar als een niet-gemarkeerd apparaat van onbekende oorsprong wordt gevonden, kan het worden aangesloten op een gereguleerde voeding en kan de spanning traploos worden verhoogd vanaf nul. Bij een bepaalde spanning gaat de LED fel knipperen. Dit is de bedrijfsspanning van de cel. Er zijn verschillende nuances die je bij deze test in gedachten moet houden:
- het te testen toestel kan een ingebouwde weerstand hebben en ontworpen zijn voor een voldoende hoge spanning (tot 220 V) - niet elke voeding heeft dit regelbereik;
- de emissie van de LED kan buiten het zichtbare spectrum (UV of IR) liggen - dan is het ontstekingsmoment niet visueel waarneembaar (hoewel de gloed van het IR-apparaat in sommige gevallen door een smartphonecamera kan worden gezien);
- Het aansluiten van het element op een gelijkspanningsbron moet gebeuren met strikte inachtneming van de polariteit, anders is het gemakkelijk om de LED te vernietigen met omgekeerde spanning, waardoor de mogelijkheden van het apparaat worden overschreden.
Als u de pin van het element niet kent, kunt u beter de spanning verhogen tot 3...3.5V, als de LED niet oplicht - verwijder de spanning, draai de aansluiting van de bronpolen om en herhaal de procedure.
Hoe de polariteit van de LED te achterhalen
Er zijn verschillende methoden om de polariteit van pinnen te bepalen.
- Bij loodvrije elementen (inclusief COB's) wordt de polariteit van de voedingsspanning rechtstreeks op de behuizing aangegeven - hetzij door symbolen, hetzij door de knipperingen op de behuizing.
- Aangezien de LED een conventionele p-n-overgang heeft, kan hij worden afgetast met een multimeter in diodetestmodus. Sommige testers hebben een meetspanning die voldoende is om de LED te doen ontbranden. De juiste aansluiting kan dan visueel worden gecontroleerd door de gloed van het element.
- Sommige CCCP-apparaten met een metalen omhulsel hebben een spie (uitsteeksel) in het kathodegebied.
- Het lood van de kathode is langer. Alleen niet-gesoldeerde elementen kunnen met dit kenmerk worden geïdentificeerd. Bij gebruikte LED's worden de aansluitklemmen ingekort en gebogen voor een willekeurige installatie.
- Tenslotte kunt u de positie van de anode en kathode is mogelijk met dezelfde methode die wordt gebruikt om de spanning van de LED te bepalen. De luminescentie zal alleen mogelijk zijn indien het element correct is aangesloten - de kathode aan de min van de bron en de anode aan de plus.
De ontwikkeling van de technologie staat niet stil. Enkele tientallen jaren geleden was de LED een duur speeltje voor laboratoriumexperimenten. Het is nu moeilijk om je een leven zonder voor te stellen. Wat er verder zal gebeuren - de tijd zal het leren.
Verwante artikelen:
