LED diódy rýchlo nahrádzajú žiarovky takmer vo všetkých oblastiach, kde sa ich pozícia zdala neotrasiteľná. Konkurenčné výhody polovodičových prvkov boli presvedčivé: nízke náklady, dlhá životnosť a predovšetkým vyššia účinnosť. Zatiaľ čo žiarovky mali účinnosť menej ako 5 %, niektorí výrobcovia LED diód tvrdia, že na svetlo premieňajú najmenej 60 % spotrebovanej elektrickej energie. Pravdivosť týchto tvrdení zostáva na svedomí obchodníkov, ale o rýchlom vývoji spotrebiteľských vlastností polovodičových prvkov nikto nepochybuje.
Obsah
Čo je LED dióda a ako funguje
LED (svetelná dióda, LED) je konvenčná polovodičová diódaz kryštálov:
- arzenid gália, fosfid india alebo selenid zinku - pre optické diaľkové žiariče;
- Nitrid gália - pre zariadenia v ultrafialovej oblasti;
- sulfid olovnatý - pre prvky vyžarujúce v infračervenom pásme.
Tieto materiály sú vybrané preto, lebo p-n prechod diód z nich vyrobených vyžaruje svetlo, keď sa na ne prikladá jednosmerné napätie. Bežné kremíkové alebo germániové diódy vyžarujú len málo alebo vôbec.
Emisia LED diód nie je spôsobená stupňom zahriatia polovodičového prvku; je spôsobená prechodom elektrónov z jednej energetickej hladiny na druhú počas rekombinácie nosičov náboja (elektrónov a dier). Výsledné svetlo je monochromatické.
Charakteristickou črtou tohto žiarenia je jeho veľmi úzke spektrum a je ťažké izolovať požadovanú farbu pomocou svetelných filtrov. Niektoré farby (biela, modrá) sú pri tomto výrobnom princípe nedosiahnuteľné. Preto v súčasnosti prevláda technológia, pri ktorej je vonkajší povrch LED pokrytý luminoforom a jej svietenie je iniciované žiarením p-n prechodu (ktoré môže byť viditeľné alebo ležať v UV oblasti).
Dizajn LED diódy
LED dióda bola pôvodne navrhnutá rovnako ako bežná dióda - p-n prechod a dva vývody. Na pozorovanie žiary slúži iba teleso z priehľadnej zmesi alebo kovu s priehľadným okienkom. Naučili sme sa však, že do krytu zariadenia sa zabudujú ďalšie prvky. Napríklad, Rezistory - na zapnutie LED V obvode potrebného napätia (12 V, 220 V) bez akéhokoľvek externého obvodu. Alebo oscilátor s deličom na vytvorenie blikajúcich svetelných prvkov. Plášť tiež pokryli fosforom, ktorý sa rozžiari, keď sa zapáli p-n prechod, čím sa zlepšili schopnosti LED.
Trend bezvývodového spínania sa nezastavil ani pri LED diódach. Zariadenia SMD rýchlo získavajú podiel na trhu s osvetľovacou technikou vďaka výhodám výrobnej technológie. Výrobky SMD neobsahujú olovo. P-n prechod je namontovaný na keramickej základni, naplnený zmesou a pokrytý fosforom. Napätie sa privádza cez kontaktné podložky.
V súčasnosti sú osvetľovacie zariadenia vybavené LED diódami založenými na technológii COB. Podstata tejto technológie spočíva v tom, že na jednej doske je niekoľko (2 až 3 až stovky) p-n prechodov zostavených do matrice. Všetko je umiestnené na vrchu v jednom puzdre (alebo je vytvorený modul SMD) a pokryté fosforom. Táto technológia je veľkým prísľubom, ale je nepravdepodobné, že by úplne vytlačila iné konštrukcie LED.
Aké typy LED diód sú k dispozícii a kde sa používajú
LED diódy s optickým rozsahom sa používajú ako indikačné prvky a osvetľovacie zariadenia. Každá špecializácia má svoje vlastné požiadavky.
Indikátory LED
Úlohou indikačnej LED diódy je indikovať stav zariadenia (napájanie, alarm, aktivácia senzora atď.). V tejto oblasti sa vo veľkej miere používajú LED diódy s p-n prechodom. Zariadenia s fosforom nie sú zakázané, ale nie je v nich žiadny osobitný bod. V tomto prípade nie je jas najdôležitejší. Prioritou je kontrast a široký pozorovací uhol. LED diódy sa používajú na paneloch zariadení (true hole), na doskách - pin-type a SMD.
Osvetlenie LED
Naproti tomu prvky s luminoforom sa používajú najmä na osvetlenie. To umožňuje dostatočný svetelný tok a farby blízke prirodzeným. Výstupné LED diódy z tejto oblasti sú prakticky vytlačené SMD prvkami. LED diódy COB sú široko používané.
Zariadenia určené na prenos signálov v optickom alebo infračervenom rozsahu možno zaradiť do samostatnej kategórie. Napríklad pre zariadenia na diaľkové ovládanie domácich spotrebičov alebo bezpečnostných zariadení. A UV prvky sa môžu použiť pre kompaktné UV zdroje (detektory meny, biologické materiály atď.).
Kľúčové vlastnosti LED diód
Ako každá dióda, aj LED diódy majú všeobecné "diódové" vlastnosti. Limitné parametre, ktorých prekročenie vedie k poruche zariadenia:
- maximálny prípustný prúd dopredu;
- Maximálne priame napätie;
- Maximálne prípustné spätné napätie.
Ostatné charakteristiky sú špecifické pre diódy.
Farba osvetlenia
Farba svetla - tento parameter charakterizuje LED diódy v optickom rozsahu. Vo väčšine prípadov sú svietidlá biele s rôznymi teplota svetla. V prípade kontroliek to môže byť ktorýkoľvek z viditeľných farebných rozsahov.
Vlnová dĺžka
Tento parameter do istej miery kopíruje predchádzajúci parameter, ale s dvoma výhradami:
- IR a UV zariadenia nemajú viditeľnú farbu, takže je to pre ne jediná charakteristika, ktorá charakterizuje emisné spektrum;
- tento parameter sa vzťahuje skôr na LED s priamou emisiou - prvky s luminoformi emitujú v širokom pásme, takže ich luminiscenciu nemožno jednoznačne charakterizovať vlnovou dĺžkou (aká môže byť vlnová dĺžka bielej farby?).
Preto je vyžarovaná vlnová dĺžka skôr informatívnym údajom.
Aktuálna spotreba
Absorbovaný prúd je prevádzkový prúd, pri ktorom je vyžarované svetlo optimálne jasné. Ak je mierne prekročená, zariadenie sa čoskoro nepokazí - ide o rozdiel oproti maximálnej prípustnej hodnote. Jeho zníženie je tiež nežiaduce - intenzita žiarenia klesne.
Napájanie
Spotreba energie je jednoduchá. Pri jednosmernom prúde je to jednoducho súčin spotreby prúdu a použitého napätia. Výrobcovia osvetľovacích výrobkov často mätú, keď na obaloch uvádzajú veľkými číslami ekvivalentný výkon žiarovky, ktorá má rovnaký svetelný tok ako svietidlo.
Viditeľný pevný uhol
Zdanlivý pevný uhol sa najjednoduchšie znázorňuje ako kužeľ vychádzajúci zo stredu zdroja svetla. Tento parameter sa rovná uhlu otvorenia tohto kužeľa. V prípade indikačných LED diód určuje, ako bude alarm viditeľný zo strany. V prípade svietidiel určuje svetelný tok.
Maximálna intenzita svetla
Maximálna svietivosť je uvedená v kandelách v technických špecifikáciách zariadenia. V praxi je však výhodnejšie pracovať s pojmom svetelný tok. Svetelný tok (v lumenoch) sa rovná súčinu intenzity svetla (v kandelách) a zdanlivého uhla telesa. Dve LED diódy s rovnakou intenzitou svetla vydávajú rôzne svetlo pod rôznym uhlom. Čím väčší je uhol, tým väčší je svetelný tok. To je výhodnejšie pre výpočet osvetľovacích systémov.
Pokles napätia
Pokles napätia vpredu je napätie, ktoré dopadá na LED diódu, keď je otvorená. Ak ho poznáte, môžete napríklad vypočítať napätie potrebné na otvorenie série svetelných prvkov.
Ako zistiť, na aké napätie je LED dimenzovaná
Najjednoduchším spôsobom, ako zistiť menovité napätie LED, je nahliadnuť do referenčných kníh. Ak sa však nájde neoznačené zariadenie neznámeho pôvodu, možno ho pripojiť k regulovanému napájaciemu zdroju a plynulo zvýšiť napätie od nuly. Pri určitom napätí bude LED dióda jasne blikať. Toto je prevádzkové napätie článku. Pri tomto teste je potrebné mať na pamäti niekoľko nuáns:
- testované zariadenie môže mať zabudovaný rezistor a byť určené na dostatočne vysoké napätie (až 220 V) - nie každý napájací zdroj má tento rozsah regulácie;
- emisia LED diódy môže ležať mimo viditeľného spektra (UV alebo IR) - vtedy nie je moment zapálenia vizuálne zistiteľný (hoci žiaru IR zariadenia možno v niektorých prípadoch vidieť prostredníctvom kamery smartfónu);
- Pripojte prvok k zdroju jednosmerného napätia s prísnym dodržaním polarity, inak môže ľahko dôjsť k poškodeniu LED diódy reverzným napätím, ktoré prekračuje kapacitu zariadenia.
Ak nepoznáte vývod prvku, radšej zvýšte napätie na 3...3,5 V, ak sa LED nerozsvieti - odstráňte napätie, obráťte zapojenie pólov zdroja a postup zopakujte.
Ako zistiť polaritu LED diódy
Existuje niekoľko metód na určenie polarity vodičov.
- Pri bezolovnatých prvkoch (vrátane COB) je polarita napájacieho napätia vyznačená priamo na kryte - buď symbolmi, alebo blikaním na kryte.
- Keďže LED dióda má bežný p-n prechod, možno ju skúmať pomocou multimetra v režime testovania diód. Niektoré testery majú meracie napätie dostatočné na zapálenie LED. Správnosť pripojenia sa potom dá skontrolovať vizuálne podľa žeravenia prvku.
- Niektoré CCCP zariadenia s kovovým krytom majú v oblasti katódy kľúč (výstupok).
- Vývod katódy je dlhší. Pomocou tejto funkcie je možné identifikovať iba nespojité prvky. Pri použitých LED sú svorky skrátené a ohnuté na ľubovoľnú inštaláciu.
- Nakoniec môžete zistiť polohu anóda a katóda je možné rovnakou metódou, aká sa používa na určenie napätia LED. Luminiscencia bude možná len vtedy, ak je prvok správne pripojený - katóda k mínusu zdroja a anóda k plusu.
Vývoj technológií nestojí na mieste. Pred niekoľkými desaťročiami bola LED dióda drahou hračkou na laboratórne experimenty. Teraz je ťažké predstaviť si život bez neho. Čo bude ďalej - ukáže čas.
Súvisiace články:
