Lysdioder ersätter snabbt glödlampor på nästan alla områden där deras ställning verkade orubblig. Halvledarelementens konkurrensfördelar var övertygande: låg kostnad, lång livslängd och framför allt högre effektivitet. Medan lampor hade en verkningsgrad på mindre än 5 % hävdar vissa LED-tillverkare att de omvandlar minst 60 % av den förbrukade elen till ljus. Marknadsförarnas samvete är fortfarande osäkert om dessa påståenden är sanna, men den snabba utvecklingen av halvledarelementens konsumentegenskaper är oomtvistlig.
Innehåll
Vad är en LED och hur den fungerar
En lysdiod (light-emitting diode, LED) är en konventionell Halvledardiod.tillverkade av kristaller:
- galliumarsenid, indiumfosfid eller zinkselenid - för optiska strålare;
- Galliumnitrid - för apparater i det ultravioletta området;
- Blysulfid - för de element som avger infrarött ljus.
Dessa material har valts eftersom p-n-övergången i dioder som tillverkats av dem avger ljus när en likspänning läggs på. Konventionella kisel- eller germaniumdioder har liten eller ingen emission.
Lysdiodernas utsläpp beror inte på hur mycket halvledarelementet värms upp, utan på elektronernas övergång från en energinivå till en annan under rekombinationen av laddningsbärare (elektroner och hål). Det resulterande ljuset är monokromatiskt.
Denna strålning har ett mycket smalt spektrum och det är svårt att isolera den önskade färgen med ljusfilter. Och vissa färger (vit, blå) är omöjliga att uppnå med denna tillverkningsprincip. Därför används för närvarande teknik där LED:s yttre yta är täckt med en fosfor och där glöden initieras av strålning från p-n-övergången (som kan vara synlig eller ligga i UV-området).
Utformning av en lysdiod
En lysdiod var ursprungligen konstruerad på samma sätt som en vanlig diod - en p-n-övergång och två stift. Endast en kropp av genomskinlig förening eller metall med ett genomskinligt fönster för att observera glöden. Men man har fått veta att ytterligare element ska byggas in i apparatens hölje. Till exempel, Motstånd för att tända lysdioden I kretsen med nödvändig spänning (12 V, 220 V) utan någon extern krets. Eller en oscillator med en delare för att skapa blinkande ljusemitterande element. De belade också höljet med en fosfor som lyser när p-n-övergången antänds, vilket förbättrar lysdiodens kapacitet.
Trenden mot pinnlösa växlar har inte heller stannat upp för lysdioder. SMD-enheter vinner snabbt marknadsandelar inom belysningstekniken tack vare fördelarna med tillverkningstekniken. SMD-produkter är inte blyfria. P-n-övergången är monterad på en keramisk bas, fylld med massa och belagd med fosfor. Spänningen läggs på via kontaktytorna.
För närvarande är belysningsanordningar utrustade med lysdioder baserade på COB-teknik. Kärnan i denna teknik är att flera (2-3 till hundratals) p-n-övergångar på en platta monteras i en matris. Allt placeras ovanpå i ett enda hölje (eller så bildas en SMD-modul) och beläggs med fosfor. Denna teknik är mycket lovande, men det är osannolikt att den helt kommer att ersätta andra typer av lysdioder.
Vilka typer av lysdioder finns tillgängliga och var de används.
Lysdioder med optisk räckvidd används som indikeringselement och som belysningsanordningar. Varje specialisering har sina egna krav.
Lysdioder för indikering
En indikator-LED har till uppgift att visa status för en enhet (strömförsörjning, larm, sensoraktivering osv.). Lysdioder med p-n-övergångsglöd används ofta på detta område. Enheter med fosfor är inte förbjudna, men det finns ingen särskild punkt. Här är luminansen inte av största vikt. Kontrast och bred betraktningsvinkel är det viktigaste. Lysdioder används på enhetspaneler (med hål), på styrelser - med stift och SMD.
Belysning av lysdioder
Element med fosfor används däremot främst för belysning. Detta ger ett tillräckligt ljusflöde och naturliga färger. Lysdioderna från detta område är praktiskt taget utpressade av SMD-element. COB LED-lampor används i stor utsträckning.
Enheter som är utformade för att överföra signaler i det optiska eller infraröda området kan placeras i en separat kategori. Till exempel för fjärrkontroller för hushållsapparater eller säkerhetsanordningar. Och UV-element kan användas för kompakta UV-källor (valutadetektorer, biologiska material osv.).
Viktiga egenskaper hos lysdioder
Precis som alla dioder har lysdioder allmänna, "diodliknande" egenskaper. Begränsningsparametrar, vars överskridande leder till fel på enheten:
- högsta tillåtna ström i framåtriktat läge;
- Maximal spänning i framledningsled;
- Maximalt tillåten omvänd spänning.
De andra egenskaperna är "diodspecifika".
Färg på belysningen
Ljusets färg - den här parametern kännetecknar lysdioder i det optiska området. I de flesta fall är armaturerna vita med olika ljustemperatur.. I indikatorlampor kan det vara vilket som helst av de synliga färgområdena.
Våglängd
Denna parameter är i viss mån en kopia av den föregående parametern, men med två reservationer:
- IR- och UV-apparater har ingen synlig färg, så för dem är detta den enda egenskap som kännetecknar emissionsspektrumet;
- Denna parameter är mer tillämplig på lysdioder med direkt emission - element med fosfor emitterar i ett brett band, så det är omöjligt att entydigt karakterisera deras luminescens med hjälp av våglängden (vilken våglängd kan vara vit färg?).
Därför är den emitterade våglängden en ganska informativ siffra.
Strömförbrukning
Den absorberade strömmen är den driftström vid vilken det avgivna ljuset har sin optimala ljusstyrka. Om den överskrids något kommer enheten inte att gå sönder så snart - detta är skillnaden från den högsta tillåtna nivån. Att sänka den är också oönskat - strålningsintensiteten kommer att sjunka.
Effekt
Strömförbrukningen är enkel. För likström är det helt enkelt produkten av strömförbrukningen multiplicerad med den applicerade spänningen. Det är ofta förvirrande för tillverkare av belysningsprodukter att på förpackningen med stora siffror ange den ekvivalenta effekten för en glödlampa, som har samma ljusflöde som armaturen.
Synlig rymdvinkel
Den skenbara fasta vinkeln representeras enklast som en kon som utgår från ljuskällans centrum. Denna parameter är lika med öppningsvinkeln för denna kon. När det gäller indikatorljusdioder bestämmer den hur ett larm kommer att ses från sidan. För armaturer bestämmer den ljusflödet.
Maximal ljusintensitet
Den maximala ljusstyrkan anges i candela i anordningens tekniska specifikationer. Men i praktiken är det bekvämare att använda begreppet ljusflöde. Ljusflödet (i lumen) är lika med produkten av ljusstyrkan (i candela) och den skenbara fasta vinkeln. Två lysdioder med samma ljusstyrka ger olika ljus i olika vinklar. Ju större vinkel, desto större ljusflöde. Detta är mer praktiskt för beräkning av belysningssystem.
Spänningsfall
Spänningsfallet är den spänning som faller över lysdioden när den är öppen. Med hjälp av den kan du beräkna den spänning som krävs för att öppna en serie ljusemitterande element, till exempel.
Hur du vet vilken spänning LED:n är avsedd för
Det enklaste sättet att ta reda på den nominella spänningen för en lysdiod är att läsa referensböcker. Men om en omärkt apparat av okänt ursprung hittas kan den anslutas till ett reglerat nätaggregat och spänningen kan höjas steglöst från noll. Vid en viss spänning blinkar lysdioden starkt. Detta är cellens driftsspänning. Det finns flera nyanser att tänka på i detta test:
- Den enhet som testas kan ha ett inbyggt motstånd och vara konstruerad för en tillräckligt hög spänning (upp till 220 V) - det är inte alla strömförsörjningsenheter som har detta reglerområde;
- LED-strålningen kan ligga utanför det synliga spektrumet (UV eller IR) - då kan tändningsögonblicket inte upptäckas visuellt (även om glöden från IR-enheten i vissa fall kan ses med en smartphone-kamera);
- När elementet ansluts till en likspänningskälla ska polariteten följas noga, annars är det lätt att förstöra lysdioden med omvänd spänning som överskrider enhetens kapacitet.
Om du inte känner till elementets stift är det bättre att öka spänningen till 3...3,5 V. Om lysdioden inte tänds - ta bort spänningen, vänd anslutningen av källpolerna och upprepa proceduren.
Hur man tar reda på LED:ns polaritet
Det finns flera metoder för att bestämma stiftpolariteten.
- Med blyfria element (inklusive COBs) anges polariteten för matningsspänningen direkt på höljet - antingen med symboler eller med blinkningar på höljet.
- Eftersom lysdioden har en konventionell p-n-övergång kan den provas med en multimeter i diodtestläge. Vissa testare har en mätspänning som är tillräcklig för att tända lysdioden. Den korrekta anslutningen kan sedan kontrolleras visuellt genom att elementet lyser.
- Vissa CCCP-enheter med metallhölje har en nyckel (utskjutande del) i katodområdet.
- Katodens ledning är längre. Endast oavslutade element kan identifieras med hjälp av denna funktion. Med använda lysdioder är terminalerna förkortade och böjda för att kunna installeras på ett godtyckligt sätt.
- Slutligen kan du ta reda på positionen för den Anod och katod. är möjlig med samma metod som används för att bestämma spänningen för lysdioden. Ljuset kan bara lysa om elementet är korrekt anslutet - katoden till källans minus och anoden till plus.
Den tekniska utvecklingen står inte stilla. För några årtionden sedan var lysdioden en dyr leksak för laboratorieexperiment. Det är nu svårt att föreställa sig ett liv utan den. Vad som kommer att hända härnäst får framtiden utvisa.
Relaterade artiklar:
