Mistä LEDit on tehty? LEDien ominaisuudet: pääparametrit ja erityispiirteet. Kuinka testata LED-valoa yleismittarilla

LED-graafinen symboli

Ilmainen käännös artikkelista "LED" Wikipediasta.

Valoa emittoiva diodi (LED) on puolijohdevalolähde. LEDejä käytetään indikaattoreina monissa laitteissa, ja niitä käytetään yhä enemmän valaistukseen. Se kehitettiin vuonna 1962 käytännön käyttöön sopivaksi elektroniikkakomponentiksi. Ensimmäiset näytteet säteilivät matalan intensiteetin punaista valoa, mutta modernit versiot säteilee spektrin koko näkyvällä, ultravioletti- ja infrapuna-alueella erittäin suurella kirkkaudella.

LED on kehitetty puolijohdediodin pohjalta. Kun diodi toimitetaan käyttöjännite, elektronit ja reiät vaihtavat paikkoja vapauttaen energiaa fotonien muodossa. Tätä vaikutusta kutsutaan elektroluminesenssiksi ja valon väri (vastaa fotonin energiaa) määräytyy puolijohteen kaistavälienergian mukaan. LED-kiteet ovat yleensä pinta-alaltaan pieniä (alle 1 mm2), valon jakautumiskaavio ja heijastusindeksi muodostuvat LED-suunnitteluun kuuluvasta lisäoptisesta järjestelmästä. LEDeillä on monia etuja hehkulamppuihin ja muihin valonlähteisiin verrattuna, mukaan lukien alhainen virrankulutus, pitkä käyttöikä, parempi luotettavuus, pienempi koko, nopeampi käynnistys ja suurempi kestävyys. Ne ovat kuitenkin melko kalliita ja niillä on suuremmat teho- ja lämmönpoistovaatimukset perinteisiin valonlähteisiin verrattuna. Nykyiset LED-yleisvalaistustuotteet ovat kalliimpia kuin vastaavat loisteputket.

Ledejä käytetään yhä enemmän autoelektroniikassa suuntavilkkuina, seisonta- ja jarruvaloina. LED-liikennevalot ovat jo yleinen tapa ohjata liikennettä. LEDien kompakti koko mahdollistaa uudentyyppisten näyttöjen ja näyttöjen kehittämisen, ja niiden korkea kytkentänopeus on hyödyllinen edistyneissä viestintätekniikoissa.

Keksintö ja ensimmäiset näytteet

Englantilainen tiedemies Round löysi piikarbidikiteen (vihreän) elektroluminesenssin vuonna 1907 Marconin laboratoriossa. Tälle ilmiölle ei tuolloin annettu mitään merkitystä. Vuonna 1923 Neuvostoliiton tiedemies O.V. Losev, joka työskentelee NRL:ssä (Nizhny Novgorod Radio Laboratory), suoritti syvällisiä tutkimuksia sellaisesta ilmiöstä kuin säteilyrekombinaatio, ja havaitsi myös piikarbidin SiC (karborundi) kiteistä peräisin olevan valon emission. Pitkäaikaiset tutkimukset mahdollistivat puolijohderakenteiden elektroluminesenssin perusperiaatteen - injektiorekombinoinnin - muotoilun. Vuonna 1927 Losev patentoi puolijohteen luminesenssin periaatteen. Keksintö julkaistiin venäjän, saksan ja englannin tieteellisissä julkaisuissa, mutta se ei saanut käytännön sovellusta. Vuonna 1955 R. Brownstein Radio Corporation of Americasta ilmoitti galliumarsenidin (GaAs) infrapunasäteilyn esiintymisestä yhdessä muiden puolijohdelejeerinkien kanssa. Braunstein havaitsi infrapunasäteilyä, jonka synnytti yksinkertainen diodirakenne, joka perustuu galliumantimonidiin (GaSb), galliumarsenidiin, indiumfosfidiin (InP) ja piigermaniumlejeeringiin (SiGe) huoneenlämpötilassa.

Vuonna 1961 Texas Instrumentsissa työskentelevät kehittäjät R. Bard ja G. Pitman havaitsivat, että galliumarsenidiseos tuottaa infrapunasäteilyä, kun sen läpi johdetaan sähkövirta, ja sai patentin IR-LEDille.

N. Holonyak, joka työskenteli General Electricillä, keksi ensimmäisen näkyvän spektrin LED-valoa säteilevän LEDin vuonna 1962. Siitä lähtien monet ovat kutsuneet häntä nykyaikaisten LEDien "isäksi". Ymmärtääksesi, että näin ei ole, riittää tutkiminen historiallista tietoa O. V. Losevin ja muiden merkittävien 20-50-vuotiaiden tiedemiesten tutkimuksesta. kahdeskymmenes vuosisata. Historia on kuitenkin epäreilua, ja meillä on mitä meillä on, ja 60-luvulla Venäjä menetti etusijansa puolijohdevalolähteiden keksimisessä.

Vuonna 1972 entinen opiskelija Holonyaka G. Graford keksi keltaisen LEDin ja lisäsi punaisten ja punaoranssien LEDien kirkkautta kymmenkertaiseksi. Vuonna 1976 T. Pearsall loi ensimmäisen ultrakirkkaan LED-valon kuituoptiseen tietoliikenteeseen keksimällä uusia puolijohdeseoksia, jotka on erityisesti sovitettu siirtämään valoa kuituoptiikan yli.

Vuoteen 1968 asti näkyvät ja infrapuna-LEDit maksoivat valtavasti, noin 200 USD yksikköä kohden, mikä vaikeutti käytännön käyttöä. Mutta vuonna 1968 Monsanto järjesti ensimmäisen kerran massatuotanto näkyvän valon LEDit, jotka perustuvat galliumarsenidifosfidiin (GaAsP), soveltuvat käytettäväksi indikaattoreina. Hewlett Paccard, joka esitteli LEDit vuonna 1968, käytti Monsanton LEDejä digitaalisten näyttöjen ja laskimien valmistukseen.

Ensimmäisten LEDien käytännöllinen käyttö

LEDien ensimmäinen kaupallinen käyttö koski niitä korvaamaan aiemmin hehkulamppuihin perustuvia indikaattoreita. Seitsemän segmentin indikaattoreita valmistettiin LEDeistä, rakennettiin kalliisiin laboratorioinstrumentteihin ja käytettiin testauslaitteissa, mutta myöhemmin LEDejä alettiin käyttää televisioiden, radioiden, puhelimien, laskimien ja jopa kellojen valmistuksessa. Näihin tarkoituksiin käytetyt punaiset LEDit olivat riittävän kirkkaita käytettäväksi vain indikaattoreina. Muiden väristen LEDien kirkkaus oli vielä heikompi. Kaiken tyyppiset LED-valot valmistettiin vakiokokoisina 3 tai 5 mm.

LED-tekniikan jatkokehitys

Japanilaisen Nichian Nakamura esitteli ensimmäiset erittäin kirkkaat siniset LEDit, jotka perustuvat InGaN:iin. Tämä merkitsi uuden aikakauden alkua LEDien käytössä - käyttö valonlähteenä valaistukseen. Sinisen valon ja keltaisen fosforin yhdistelmä tuotti valkoista valoa.

Tämän löydön ansiosta LED-tekniikka alkoi kehittyä nopeasti. Helmikuussa 2008 Turkin Bilkentin yliopiston työntekijät ilmoittivat saaneensa 300 lumenia näkyvää valoa valotehowattia kohden. Se oli lämpimän valkoinen väri, joka tuotettiin nanokiteillä.

Tammikuussa 2009 Cambridgen tutkijat S. Humphreyn johdolla raportoivat galliumnitridin kasvusta piisubstraatilla. Tämä menetelmä voi vähentää tuotantokustannuksia erittäin kirkkaiden LEDien valmistuksessa 90 % verrattuna safiirialustan kasvaviin rakenteisiin.

Fyysiset näkökohdat

LEDin toimintaperiaate

Kuten tavallinen diodi, LED sisältää puolijohdekiteitä, jotka muodostavat pn-liitoksen. Kuten tavanomaisessa diodissa, virta kulkee helposti eteenpäin anodista katodille eikä vastakkaiseen suuntaan. Kun elektronit kohtaavat reikiä, ne menettävät energiaa, joka muuttuu fotoneiksi. Aallonpituus, jolla fotonit emittoivat, riippuu materiaalista, joka muodostaa pn-liitoksen.

LEDien keksintö alkoi galliumarsenidiin perustuvien rakenteiden valmistamisella, jotka lähettävät punaista ja infrapunavaloa. Puolijohdeteknologian nykyinen kehitys mahdollistaa näkyvän valon saamisen useissa eri väreissä.

Elektroneja ja reikiä

Puolijohteet ovat väliasemassa johtimien ja eristeiden (dielektriikan) välissä. Alhaisissa lämpötiloissa suurin osa puolijohteen ulkoisista elektroneista "istuu" paikoilleen atomeissa. Mutta ne ovat sitoutuneet atomeihin heikommin kuin eristeessä. Lisäksi lämpötilan noustessa puolijohteiden vastus pienenee, eli kuumennettaessa puolijohde ei vähennä sähkönjohtavuuttaan, kuten metalli, vaan päinvastoin lisää sitä. Toisin sanoen puolijohteessa sähkövirtaa kuljettavien vapaiden elektronien määrä kasvaa.

Kun puolijohteiden kidehiloihin syötetään energiaa (lämpöä tai valoa), osa elektroneista "paeta" ylemmistä atomikuorista ja muodostuu positiivinen varaus. Paikkaa, josta hilasta puuttuu elektroni, kutsutaan "reiäksi".

Sähköjännitteen vaikutuksesta elektronit ajautuvat yhdelle elektrodille (positiivinen napa) ja reiät toiselle (negatiivinen), ja vapaat elektronit ottavat välittömästi heidän paikkansa. Reiän liikkeen mallit ovat sellaiset, että fyysikot tavanomaisesti osoittavat sekä varauksen (sama kuin elektronin varaus, mutta positiivinen) että "tehollisen massan" näihin "tyhjiin tiloihin".

Puhtaassa puolijohteessa, jonka johtavuus johtuu lämpövirityksestä, sama määrä elektroneja ja reikiä liikkuu vastakkaisiin suuntiin. Jos puolijohteeseen lisätään muiden alkuaineiden atomeja, sen johtavuutta voidaan lisätä merkittävästi. Kun seostusepäpuhtauksia viedään puolijohteen kidehilan eri osiin, syntyy ns. epäpuhtauksien johtavuus (toisin kuin sisäinen johtavuus), jota kutsutaan lisäaineelementtien valenssista riippuen joko elektroniseksi (n-tyypin johtavuus). ) tai reiän (p-tyypin) johtavuus.

Samassa puolijohdemateriaalinäytteessä yhdellä alueella voi olla p-johtavuus ja toisella - n-johtavuus. Tällaisten alueiden väliin ilmestyy rajakerros, jonka läpi suurin osa kantajista (elektroneja tai reikiä) leviää yrittäen tasata pitoisuusarvoja kerroksen molemmilla puolilla. Tässä kerroksessa muodostuvaan p-n-liitokseen voi vaikuttaa ulkoinen jännite, mikä lisää tai päinvastoin "estää" kiteen läpi kulkevaa virtaa - diodit ja transistorit toimivat tämän periaatteen perusteella. Ulkoisen jännitteen positiivisella polariteetilla (plus p-vyöhykkeellä, miinus n-vyöhykkeellä) p-n-liitoksen este lasketaan ja elektronit ja reiät "hyppäävät" (rekombinoituvat) vastakkaisille vyöhykkeille, mikä johtaa energian vapautuminen.

Aluksi puolijohdelaitteet olivat vain "homoliitos" (kuten ensimmäisen transistorin tapauksessa) - p-n-liitos tapahtui yhden kemiallisen aineen kiteen sisällä. Mutta melkein heti ilmestyi idea heterolaitteista, joissa tällainen liitos muodostetaan kahden eri puolijohteen risteyksessä. Tämän idean toteuttaminen mahdollisti pienempien, tehokkaampien ja toiminnallisempien laitteiden luomisen (esimerkiksi maailman ensimmäiset "homoliitos" puolijohde-LEDit ja sitten laserit pystyivät toimimaan vain nestemäisen typen lämpötilassa, ja heteroliitokset, jotka ilmestyivät myöhemmin huoneenlämmössä).

Useimmilla LEDien valmistukseen käytetyillä materiaaleilla on erittäin korkea heijastavuus. Tämä on tarpeen, jotta mahdollisimman suuri osa LEDin tuottamasta valosta pääsee pois sen pinnalta kotelon ulkopuolelta. Siksi tälle on omistettu suuri määrä tutkimuksia ympäri maailmaa.

Tehokkuus- ja käyttöparametrit

Perinteinen LED-merkkivalo on suunniteltu enintään 30-60 mW:n teholle. Vuonna 1999 Philips Lumileds esitteli 1 watin suuritehoisen LED-valon. Tässä LEDissä käytettiin puolijohdekitettä, jonka pinta-ala oli paljon suurempi kuin perinteisissä indikaattorityyppisissä LEDeissä. Se oli asennettu metallialustalle, mikä mahdollisti tehokkaan lämmönpoiston kiteestä.

Yksi avainasemat LED-tehokkuuden määritelmä on valoteho tehoyksikköä kohti. Valkoinen LED saavutti nopeasti ja ylitti perinteisten hehkulamppuihin perustuvien järjestelmien suorituskyvyn. Vuonna 2002 Lumileds tuotti 5 W LEDin, jonka valoteho oli 18-22 lumenia/watti. Vertailun vuoksi, tyypillinen 60-100 watin hehkulamppu tuottaa noin 15 lumenia wattia kohden. Loistelamppu - noin 100 Lm/W. Suuritehoisten LEDien kehittämisessä suurin ongelma on pudotus valovirta kun kiteen läpi kulkeva virta kasvaa.

Syyskuussa 2003 Cree esitteli uudentyyppistä sinistä LEDiä, joka tuottaa 24 mW 20 mA:lla. Tämä mahdollisti valkoisten LEDien kaupallisen tuotannon tehokkuudella 65 Lm/W 20 mA virralla, josta tuli tuolloin markkinoiden kirkkain ja joka ylitti hehkulamppujen tehokkuuden yli neljä kertaa. Vuonna 2006 sama yritys esitteli prototyypin valkoisesta LEDistä, jonka valoteho on 131 Lm/W 20 mA:lla.

On huomattava, että LED-teho 1 W tai enemmän riittää kaupalliseen käyttöön päävalaistuksen lähteenä. Tällaisten LEDien tyypillinen virta on 350 mA. Vaikka johtavat valmistajat valmistavat ledejä, joiden hyötysuhde on yli 100 Lm/W, todellisessa käytössä riippuu paljon lampun käyttöolosuhteista ja suunnittelusta. Yhdysvaltain energiaministeriö, joka testasi kaupallisesti saatavilla olevia LED-lamppuja vuonna 2008, raportoi, että useimpien lamppujen keskimääräinen hyötysuhde oli 31 Lm/W.

Cree toimitti 19. marraskuuta 2008 tietoja laboratorion prototyypistä LED, jonka hyötysuhde oli 161 Lm/W huoneenlämpötilassa ja valon lämpötila 4689 K.

LEDien viat ja käyttöikä

Puolijohdelaitteet, kuten LEDit, vaurioituvat hyvin vähän, kun niitä käytetään alhaisissa lämpötiloissa ja pienissä virroissa. Monet 70- ja 80-luvuilla valmistetut LEDit toimivat edelleen. Teoriassa LEDien suorituskyky on kuitenkin ajallisesti rajaton lisääntynyt virta ja korkeat lämpötilat voivat vahingoittaa niitä helposti. Viallisen LED-valon pääasiallinen oire on valotehon voimakas heikkeneminen nimelliskäyttöjännitteellä. Uusien LED-tyyppien kehitys on johtanut lisääntyneisiin käyttövirtoihin ja kohonneisiin kidelämpötiloihin. Materiaalien, joista suuritehoiset LEDit valmistetaan, vastetta tällaisiin olosuhteisiin ei ole vielä täysin tutkittu, joten kiteiden hajoaminen on yksi tärkeimmistä vikojen syistä. LEDin katsotaan olevan epäkunnossa, kun sen valoteho laskee 75 %.

Materiaalit

Seuraavassa taulukossa näkyy LEDin hehkuvärin riippuvuus puolijohdemateriaalista

	Väri	Aallonpituus (nm)	Jännite (V)	Puolijohdemateriaali
	Infrapuna	λ > 760	ΔV< 1.9	Galliumarsenidi (GaAs) Alumiinigalliumarsenidi (AlGaAs)
	Punainen	610 < λ < 760	1.63 < ΔV < 2.03	Alumiinigalliumarsenidi (AlGaAs)
	Oranssi	590 < λ < 610	2.03 < ΔV < 2.10	galliumarsenidifosfidi (GaAsP) Alumiinigalliumindiumfosfidi (AlGaInP) gallium(III)fosfidi (GaP)
	Keltainen	570 < λ < 590	2.10 < ΔV < 2.18	galliumarsenidifosfidi (GaAsP) Alumiinigalliumindiumfosfidi (AlGaInP) gallium(III)fosfidi (GaP)
	Vihreä	500 < λ < 570	1.9 [ 32] < ΔV < 4.0	Indiumgalliumnitridi (InGaN) / gallium(III)nitridi (GaN) gallium(III)fosfidi (GaP) Alumiinigalliumindiumfosfidi (AlGaInP) Alumiinigalliumfosfidi (AlGaP)
	Sininen	450 < λ < 500	2.48 < ΔV < 3.7	Sinkkiselenidi (ZnSe) Indiumgalliumnitridi (InGaN) Substraattina piikarbidi (SiC). Pii (Si) substraatti muodossa - (kehityksessä)
	Violetti	400 < λ < 450	2.76 < ΔV < 4.0	Indiumgalliumnitridi (InGaN)
	Violetti	eri tyyppejä	2.48 < ΔV < 3.7	Kaksi sinistä/punaista LEDiä, sininen punaisella fosforilla, valkoinen magenta suodattimella
	UV	λ < 400	3.1 < ΔV < 4.4	timantti (235 nm) [33] Boorinitridi (215 nm) [ 34] [ 35] Alumiininitridi (AlN) (210 nm) [36] Alumiinigalliumnitridi (AlGaN) Alumiini gallium-indiumnitridi(AlGaInN) - (210 nm asti) [37]
	Valkoinen	Laaja valikoima	ΔV = 3,5	Sininen/UV-diodi ja keltainen fosfori

Siniset LEDit

Sininen LED

Siniset LEDit perustuvat GaN- ja InGaN-seoksiin. Yhdistelmä punaisen ja vihreät LEDit voit saada puhtaan valkoisen värin, mutta tätä valkoisen muodostamisperiaatetta käytetään nyt harvoin.

Ensimmäisen sinisen LED-valon valmisti vuonna 1971 Jacques Pankove (galliumnitridin keksijä). Mutta se tuotti liian vähän valoa ollakseen hyödyllinen. Ensimmäinen kirkkaan sininen diodi esiteltiin vuonna 1993 ja siitä tuli laajalle levinnyt.

valkoinen valo

On kaksi tapaa saada riittävän voimakasta valkoista valoa käyttämällä LEDejä. Ensimmäinen niistä on kolmen päävärin - punaisen, sinisen ja vihreän - kiteiden yhdistelmä yhdessä tapauksessa. Näitä värejä sekoittamalla saadaan valkoista. Toinen tapa on käyttää fosforia sinisen tai ultraviolettisäteilyn muuntamiseen laajaspektriseksi valkoiseksi. Samanlainen periaate käytetään lamppujen valmistuksessa päivänvalo.

RGB-järjestelmät

Valkoista voidaan valmistaa sekoittamalla eri värejä, joista yleisimmin käytetty yhdistelmä on punainen, sininen ja vihreä. Mutta koska on tarpeen hallita sekoitusta ja värin diffuusion astetta, RGB-LED-valojen tuotantokustannukset ovat melko korkeat. Tästä huolimatta tämä menetelmä kiinnostaa monia tutkijoita ja tutkijoita, koska sen avulla voit saada erilaisia ​​​​värisävyjä. Lisäksi tämän menetelmän tehokkuus valkoisen valon tuottamiseksi on erittäin korkea.

Valkoisia monivärisiä LED-valoja on useita tyyppejä - di-, kolmi- ja tetrakromaattisia. Niitä on muutama Avainominaisuudet jokainen näistä tyypeistä, mukaan lukien värin vakaus, värintoisto ja valotehokkuus. Korkea valotehokkuus tarkoittaa alhaista värintoistoindeksiä (CRI). Esimerkiksi dikromaattisella valkoisella LEDillä on paras valotehokkuus (noin 120 Lm/W), mutta alhaisin CRI. Tetrakromaattinen - alhainen valotehokkuus, mutta erinomainen CRI. Trikromaattinen on suunnilleen keskellä.

Vaikka moniväriset LEDit eivät ole optimaalinen ratkaisu valkoisen tuottamiseen, niillä voidaan luoda järjestelmiä, jotka tuottavat miljoonia eri värisävyjä. Suurin ongelma tässä on päävärien erilaiset valotehokkuusarvot. Lämpötilan noustessa vaadittu väri "kelluu pois" ja sen seurauksena tiukemmat vaatimukset teho- ja ohjausjärjestelmille.

Fosfori-LEDit

Valkoisen LEDin spektrin määrää sininen valo, jota GaN-pohjainen kide lähettää (huippu noin 465 Nm) ja muuttuu keltaisen fosforin (500-700 Nm) läpi kulkeutuessaan valkoiseksi. Fosforin eri tyyppien ja sävyjen käytön avulla voit saada erilaisia ​​valkoisen sävyjä - lämpimästä kylmimpään. Tästä riippuu myös värintoiston laatu. Lisäämällä useita kerroksia erityyppistä fosforia siniselle kiteelle voit saavuttaa korkeimman CRI:n.

Fosforipohjaiset LEDit ovat vähemmän tehokkaita kuin perinteiset LEDit, koska osa valosta on hajallaan fosforikerroksessa ja itse fosfori on myös alttiina hajoamiselle. Tämä menetelmä on kuitenkin edelleen suosituin valkoisten LEDien kaupallisessa tuotannossa. Yleisimmin käytetty keltainen fosforimateriaali on Ce3+:YAG.

Myös valkoisia LEDejä voidaan valmistaa ultravioletti-LED-valojen perusteella käyttämällä punaista fosforia ja sinisen väristä lisäämällä sinkkisulfidia (ZnS:Cu,Al). Tämä periaate on samanlainen kuin loistelamppujen periaate. Tämä menetelmä on huonompi kuin edellinen, mutta antaa sinun saavuttaa parempi värintoisto. Lisäksi ultraviolettidiodilla on suurempi valotehokkuus. Toisaalta UV-säteily on haitallista ihmisille.

Orgaaniset valodiodit (OLED)

Jos LEDin säteilevän pinnan pohja on orgaanista alkuperää, tällaista LEDiä kutsutaan OLED:ksi (Organic Light Emitting Diode). Emittoiva materiaali voi olla pieni molekyyli kiteytysvaiheessa tai polymeeri. Polymeerikiteet voivat olla joustavia, vastaavasti, niitä kutsutaan PLEDiksi tai FLEDiksi.

Perinteisiin LEDeihin verrattuna OLEDit ovat kevyempiä, ja polymeeriset mahdollistavat myös valonlähteen joustavan. Tällaisten LEDien pohjalta on tarkoitus valmistaa tulevaisuudessa joustavia edullisia näyttöjä kannettavat laitteet, valonlähteet, koristejärjestelmät, valaisevat vaatteet. Mutta toistaiseksi OLED-kehityksen taso ei salli niiden kaupallista käyttöä.

Kvanttipiste-LEDit (kokeellinen kehitys)

M. Bowersin kehittämä uusi LED-valmistustekniikka sisältää sinisen LEDin päällystämisen "kvanttipisteillä", jotka alkavat säteillä valkoista valoa, kun niitä säteilytetään LEDin sinisellä valolla. Tämä tekniikka tuottaa lämpimän kelta-valkoisen valon, joka on samanlainen kuin hehkulamppu. "Kvanttipisteet" ovat puolijohteen nanokiteitä, joilla on ainutlaatuiset optiset ominaisuudet. Niiden emissioväriä voidaan vaihdella laajalla alueella - näkyvästä spektristä näkymättömään - mikä tahansa väri CIE-kaaviossa.

Syyskuussa 2009 Nanoco Group ilmoitti solmineensa tutkimussopimuksen yhden japanilaisen suurimman yrityksen kanssa. Tutkimusaiheena on "kvanttipiste"-teknologian jatkokehitys käytettäväksi nestekidenäyttöjen näytöissä.

Jatkuu

1. Mistä LED koostuu? Substraatilla olevasta puolijohdesirusta, kotelosta, jossa on kosketusjohdot ja optinen järjestelmä. Nykyaikaiset LEDit muistuttavat vähän ensimmäisiä näytössä käytettyjä pakattuja LEDejä. Tehokkaan LEDin rakenne on esitetty kaaviomaisesti kuvassa. 2. Miten LED toimii? Hehkua tapahtuu, kun elektronit ja reiät yhdistyvät uudelleen pn-liitoksen alueella. Tämä tarkoittaa, että ensinnäkin tarvitsemme p-n-liitoksen eli kontaktin kahden eri johtavuuden omaavan puolijohteen välillä. Tätä varten puolijohdekiteen lähikontaktikerrokset on seostettu erilaisilla epäpuhtauksilla: toisella puolella akseptoriepäpuhtaudet ja toisella luovuttajaepäpuhtaudet. Mutta jokainen p-n-liitos ei lähetä valoa. Miksi ensinnäkin LEDin aktiivisen alueen kaistan pitäisi olla lähellä näkyvän alueen valokvanttien energiaa. Toiseksi säteilyn todennäköisyyden elektroni-reikäparien rekombinaatiossa pitäisi olla korkea, jota varten puolijohde? kristallissa pitäisi olla vähän vikoja, koska rekombinaatio tapahtuu ilman säteilyä Nämä olosuhteet ovat jossain määrin ristiriidassa keskenään. Todellisuudessa molempien ehtojen täyttämiseksi yksi pn-liitos kiteessä ei riitä, vaan on tarpeen valmistaa monikerroksisia puolijohderakenteita, ns. heterorakenteita, joiden tutkimisesta venäläinen fyysikko akateemikko Zhores Alferov sai vuoden 2000 Nobel-palkinnon. . 3. Tarkoittaako tämä sitä, että mitä enemmän virtaa kulkee LEDin läpi, sitä kirkkaammin se loistaa? Tietysti kyllä. Loppujen lopuksi, mitä suurempi virta, sitä enemmän elektroneja ja reikiä tulee rekombinaatioalueelle aikayksikköä kohti. Mutta virtaa ei voi lisätä loputtomiin. Puolijohteen ja pn-liitoksen sisäisestä resistanssista johtuen diodi ylikuumenee ja epäonnistuu. 4. Mitä hyvää LEDissä on? LEDissä, toisin kuin hehkulampussa tai loisteputkilamppu, sähkövirta muunnetaan suoraan valosäteilyksi, ja teoriassa tämä voidaan tehdä lähes häviöttömästi. Itse asiassa LED (jossa on oikea lämmönpoisto) lämpenee vähän, mikä tekee siitä välttämättömän joissakin sovelluksissa. Lisäksi LED säteilee kapeassa osassa spektriä, sen väri on puhdas, mitä suunnittelijat arvostavat erityisesti, ja UV- ja IR-säteilyä ei yleensä ole. LED on mekaanisesti vahva ja erittäin luotettava, sen käyttöikä on 100 tuhatta tuntia , mikä on lähes 100 kertaa enemmän kuin hehkulamppu ja 5-10 kertaa enemmän kuin loistelamppu. Lopuksi LED on pienjännitelaite ja siksi turvallinen. 5. Milloin LEDejä alettiin käyttää valaistukseen? Alun perin LED-valoja käytettiin yksinomaan näyttöön. Jotta ne soveltuisivat valaistukseen, oli ensin opeteltava valmistamaan valkoisia ledejä ja myös nostamaan niiden kirkkautta, tai pikemminkin valotehokkuutta, eli valovirran suhdetta kulutettuun energiaan 60- ja 70-luvuilla fosfidia -pohjaiset LEDit luotiin ja galliumarsenidi, joka säteilee spektrin kelta-vihreitä, keltaisia ​​ja punaisia ​​alueita. Niitä käytettiin valoilmaisimissa, näytöissä, autojen ja lentokoneiden kojelaudoissa, mainosnäytöissä, erilaisia ​​järjestelmiä tiedon visualisointi. Valoteholtaan LEDit ovat ohittaneet perinteiset hehkulamput. Ne myös ylittivät ne kestävyydessä, luotettavuudessa ja turvallisuudessa. Yksi asia oli huono - sinisiä, sinivihreitä ja valkoisia LEDejä ei ollut 80-luvun loppuun mennessä, Neuvostoliitossa valmistettiin yli 100 miljoonaa LEDiä vuodessa, ja maailmantuotanto oli useita kymmeniä miljardeja. 6. Mikä määrittää LEDin värin? Yksinomaan sen kaistavälin leveydelle, jossa elektronit ja reiät yhdistyvät uudelleen, eli puolijohdemateriaaliin ja seostusepäpuhtauksiin. Mitä "sininen" LED on, sitä suurempi on kvantin energia, mikä tarkoittaa, että mitä suurempi bandgap on. 7. Mikä on LEDin kvanttitehokkuus? Kvanttituotto on valokvanttien lukumäärä, joka emittoituu rekombinoitua elektroni-aukko-paria kohti. Laitteelle kokonaisuutena on sisäinen ja ulkoinen kvanttiulostulo (valoa voi kadottaa "matkan varrella" - absorboitua, hajallaan). hyviä kristalleja hyvällä lämmönpoistolla saavuttaa lähes 100%, punaisten LEDien ennätysulkoinen kvanttihyötysuhde on 55% ja sinisten LEDien - 35%. Ulkoinen kvanttitehokkuus on yksi LED-tehokkuuden pääominaisuuksista. 8. Kuinka saada valkoista valoa LEDien avulla? On kolme tapaa tuottaa valkoista valoa LED-valoista. Ensimmäinen on värisekoitus RGB-tekniikalla. Punaiset, siniset ja vihreät LEDit on sijoitettu tiiviisti yhdelle matriisille, jonka säteily sekoitetaan optisen järjestelmän, kuten linssin, avulla. Tuloksena on valkoinen valo. Toinen menetelmä on, että ultraviolettialueella säteilevän LEDin pinnalle levitetään kolmea loisteainetta, jotka säteilevät sinistä, vihreää ja punaista valoa. Tämä on samanlainen tapa kuin loistelamppu loistaa Ja lopuksi, kolmannessa menetelmässä kelta-vihreä tai vihreä plus punainen loiste levitetään siniseen LEDiin niin, että kaksi tai kolme säteilyä sekoittuvat muodostaen valkoista tai lähes valkoista valoa. 9. Mikä kolmesta menetelmästä on parempi? Jokaisella menetelmällä on omat etunsa ja haittansa. RGB-tekniikka mahdollistaa periaatteessa paitsi valkoisen värin saamisen, myös liikkumisen värikaaviossa virran muuttuessa eri LEDien kautta. Tätä prosessia voidaan ohjata manuaalisesti tai ohjelmiston avulla, ja eri värilämpötiloja voidaan saada. Siksi RGB-matriiseja käytetään laajasti dynaamisissa valaistusjärjestelmissä. Lisäksi suuri määrä LED-valoja matriisissa tarjoaa suuren kokonaisvalovirran ja korkean aksiaalisen valovoiman. Mutta optisen järjestelmän poikkeavuuksista johtuen valopisteellä on erilainen väri keskellä ja reunoilla, ja mikä tärkeintä, johtuen epätasaisesta lämmönpoistosta matriisin reunoista ja sen keskeltä, LEDit lämpenevät eri tavalla. , ja vastaavasti niiden väri muuttuu eri tavalla vanhenemisprosessin aikana, kokonaisvärilämpötila ja väri "kelluu" käytön aikana. Tämä epämiellyttävä ilmiö on melko vaikea ja kallis kompensoida. Valkoiset loistelamput ovat huomattavasti halvempia kuin RGB-LED-matriisit (laskettuna valovirran yksikköä kohti) ja tarjoavat hyvän valkoisen värin. Eikä heille periaatteessa ole ongelma päästä MCO-väridiagrammin koordinaatteilla (0.33, 0.33) olevaan pisteeseen Haittapuolena ovat seuraavat: ensinnäkin niissä on muunnoksen vuoksi vähemmän valotehoa kuin RGB-matriiseilla valoa loisteainekerroksessa; toiseksi, on melko vaikeaa valvoa tarkasti fosforin levityksen tasaisuutta tekninen prosessi ja siksi värilämpötila; ja lopuksi, kolmanneksi, myös loiste vanhenee, ja nopeammin kuin itse LED. Teollisuus tuottaa sekä loiste- että RGB-matriiseja - niillä on erilaisia ​​käyttöalueita. 10. Mitkä ovat LEDien sähköiset ja optiset ominaisuudet? LED on pienjännitelaite. Perinteinen merkkivalo kuluttaa 2–4 ​​V tasajännitettä jopa 50 mA:n virralla. Valaistukseen käytetty LED kuluttaa samaa jännitettä, mutta virta on suurempi - projektissa useista sadasta mA:sta 1 A:iin. LED-moduulissa yksittäiset LEDit voidaan kytkeä sarjaan ja kokonaisjännite osoittautuu korkeammaksi (yleensä 12 tai 24 V LEDiä kytkettäessä on huomioitava napaisuus, muuten laite voi vaurioitua). Valmistajan määrittelemä läpilyöntijännite on yleensä yli 5 V yhdelle LEDille. LEDin kirkkautta kuvaavat valovirta ja aksiaalinen valovoima sekä suuntakuvio. Olemassa olevat LEDit erilaisia ​​malleja säteilevät avaruuskulmassa 4 - 140 astetta. Värin, kuten tavallisesti, määrää kromaattisuuskoordinaatit ja värilämpötila sekä säteilyn aallonpituus. LEDien tehokkuuden vertaamiseen keskenään ja muihin valonlähteisiin käytetään valotehokkuutta: valovirran määrää sähkötehoa kohden Yhden lumenin hinta on myös mielenkiintoinen markkinointiominaisuus. 11. Miten LED reagoi lämpötilan nousuun? LEDin lämpötilasta puhuttaessa on tarpeen erottaa lämpötila kiteen pinnalla ja pn-liitoksen alueella. Käyttöikä riippuu ensimmäisestä, valoteho riippuu toisesta. Yleisesti ottaen pn-liitoksen lämpötilan noustessa LEDin kirkkaus laskee, koska sisäinen kvanttitehokkuus laskee hilavärähtelyjen vaikutuksesta. Tästä syystä hyvä lämmönpoisto on niin tärkeää. Kirkkauden lasku lämpötilan noustessa ei ole sama erivärisille LEDeille. Se on suurempi AlGalnP- ja AeGaAs-LEDeille, eli punainen ja keltainen, ja pienempi InGaN:lle, eli vihreä, sininen ja valkoinen. 12. Miksi LEDin läpi kulkevaa virtaa on tarpeen stabiloida? Kuten kuvasta näkyy, toimintatiloissa virta riippuu eksponentiaalisesti jännitteestä ja pienet jännitteen muutokset johtavat suuria muutoksia nykyinen Koska valoteho on suoraan verrannollinen virtaan, LEDin kirkkaus on epävakaa. Siksi virta on stabiloitava. Lisäksi, jos virta ylittää sallitun rajan, LEDin ylikuumeneminen voi johtaa kiihtyneeseen ikääntymiseen. LEDin tyypillinen virta-jännite-ominaisuus 13. Miksi LED vaatii muuntimen? Muuntaja (englanniksi terminologiassa ohjain) on LEDille sama kuin liitäntälaite lampulle. Se stabiloi LEDin läpi kulkevaa virtaa. 14. Voidaanko LEDin kirkkautta säätää? LEDien kirkkautta voidaan säätää erittäin hyvin, mutta ei syöttöjännitettä alentamalla - tätä ei voi tehdä - vaan ns. pulssinleveysmodulaatiomenetelmällä (PWM), joka vaatii erityisen ohjausyksikön (todellisuudessa , se voidaan yhdistää virtalähteeseen ja muuntimeen sekä RGB-matriisin värinsäätöohjaimeen. PWM-menetelmä koostuu siitä, että LEDiin ei syötetä vakiovirtaa, vaan pulssimoduloitua virtaa, ja signaalitaajuuden tulee olla satoja tai tuhansia hertsejä, ja pulssien ja taukojen leveys niiden välillä voi muuttua. LEDin keskimääräinen kirkkaus tulee säädettäväksi, kun taas LED ei sammu. LED-värilämpötilan pieni muutos himmennyksen aikana on vertaansa vailla hehkulamppujen samaan muutokseen. 15. Miten LEDin käyttöikä määritetään? LEDien sanotaan olevan erittäin kestäviä. Mutta näin ei ole. Mitä enemmän virtaa LEDin läpi kulkee sen käytön aikana, sitä korkeampi on sen lämpötila ja sitä nopeammin ikääntyminen tapahtuu. Siksi suuritehoisten LEDien käyttöikä on lyhyempi kuin pienitehoisten signaali-LEDien, ja se on tällä hetkellä 20-100 tuhatta tuntia. Ikääntyminen ilmaistaan ​​ensisijaisesti kirkkauden vähenemisenä. Kun kirkkaus laskee 30 % tai puolet, LED on vaihdettava. 16. Heikentyykö LED-valon väri ajan myötä? LEDin ikääntyminen ei liity ainoastaan ​​sen kirkkauden vähenemiseen, vaan myös värin muutokseen. Tällä hetkellä ei ole olemassa standardeja, jotka mittaisivat LEDien värinmuutoksen ikääntymisprosessin aikana ja vertaisivat niitä muihin lähteisiin. 17. Onko LED haitallista ihmissilmälle? LEDin emissiospektri on lähellä monokromaattista, mikä on sen perustavanlaatuinen ero auringon tai hehkulampun spektristä. 18. Mitä tekniikoita on nykyään olemassa LEDien ja LED-moduulien valmistukseen? Mitä tulee kiteiden kasvattamiseen, päätekniikka on metalli-orgaaninen epitaksia. Tämä prosessi vaatii erityisen puhtaita kaasuja. Nykyaikaiset asennukset mahdollistavat kaasujen koostumuksen, niiden erillisten virtausten automatisoinnin ja hallinnan sekä kaasujen ja substraattien lämpötilan tarkan hallinnan. Kasvaneiden kerrosten paksuudet mitataan ja niitä ohjataan kymmenistä angströmeistä useisiin mikroniin. Eri kerrokset on seostettava epäpuhtauksilla, donoreilla tai vastaanottajilla, jotta saadaan aikaan p-n-liitos, jossa on korkea elektronipitoisuus n-alueella. reikiä p-alueella. Yhdessä useita tunteja kestävässä prosessissa rakenteita voidaan kasvattaa 6–12 alustalle, joiden halkaisija on 50–75 mm. On erittäin tärkeää varmistaa ja valvoa alustojen pinnan rakenteiden tasaisuutta. Euroopassa (Aixtron ja Thomas Swan) ja Yhdysvalloissa (Emcore) kehitettyjen puolijohteenitridien epitaksiaaliseen kasvuun tarkoitettujen asennusten kustannukset ovat 1,5 -. 2 miljoonaa dollaria. Eri yritysten kokemus on osoittanut, että tällaisella asennuksella on mahdollista oppia valmistamaan kilpailukykyisiä rakenteita tarvittavilla parametreilla yhdestä kolmeen vuodessa. Tämä on korkeaa kulttuuria vaativa teknologia Tärkeä vaihe tekniikassa on kalvojen tasokäsittely: niiden etsaus, kontaktien luominen p- ja p-kerroksiin, pinnoitus metallikalvoilla kontaktijohtoja varten. Yhdelle alustalle kasvatettu kalvo voidaan leikata useisiin tuhansiin siruihin, joiden koko vaihtelee välillä 0,24x0,24 - 1x1 mm2. Seuraava vaihe on luoda näistä siruista ledit. On tarpeen asentaa kide koteloon, tehdä kosketusjohdot ja valmistaa optisia pinnoitteita, jotka kirkastavat pintaa säteilyn tuottamiseksi tai heijastamiseksi. Jos se on valkoinen LED, sinun on levitettävä fosfori tasaisesti. On tarpeen varmistaa lämmön poisto kristallista ja rungosta, tehdä muovikupu, joka fokusoi säteilyn haluttuun avaruuskulmaan. Noin puolet LEDin hinnasta määräytyvät korkean teknologian vaiheissa. Tarve lisätä tehoa valovirran lisäämiseksi on johtanut siihen, että pakatun LEDin perinteinen muoto ei enää tyydytä valmistajia riittämättömän lämmönpoiston vuoksi. Siru oli tarpeen tuoda mahdollisimman lähelle lämpöä johtavaa pintaa. Tässä suhteessa perinteinen tekniikka ja hieman edistyneempi SMD-tekniikka (pintamontaasiyksityiskohdat) korvataan eniten. kehittynyt teknologia OWL (siru aluksella). SOV-tekniikalla valmistettu LED on esitetty kaavamaisesti SMD- ja SOV-tekniikalla valmistetut LEDit asennetaan (liimataan) suoraan yhteiselle alustalle, joka voi toimia jäähdyttimenä - tässä tapauksessa se on metallia. Näin syntyy LED-moduuleja, jotka voivat olla muodoltaan lineaarisia, suorakaiteen muotoisia tai pyöreitä, olla jäykkiä tai joustavia, lyhyesti sanottuna suunniteltuja toteuttamaan minkä tahansa suunnittelijan mielijohteisia LED-lamppuja, joissa on myös pienjännitehalogeenilamput jotka on suunniteltu korvaamaan ne. Ja varten tehokkaat lamput ja kohdevalot, LED-kokoonpanot valmistetaan massiiviselle pyöreälle jäähdyttimelle. Aiemmin LED-asennelmissa oli paljon LEDejä. Nyt tehon kasvaessa LEDejä on vähemmän, mutta optisella järjestelmällä, joka ohjaa valovirran haluttuun avaruuskulmaan, on yhä tärkeämpi rooli.
SOV-tekniikkaa Artikkelin lähde: Focus LLC

LED - diodi kanssa yksinkertainen P-N siirtyminen, pääominaisuus eli se lähettää valoa, kun virta kulkee sen läpi. Käytetään monissa digitaalisissa näytöissä sekä muun tyyppisissä ilmaisinlaitteissa.

LEDin toimintaperiaate

Minkä tahansa valodiodin peruskäyttöominaisuudet ovat samanlaiset kuin tavanomaisen diodin. Kun jännite kytketään, elektronit siirtyvät N-tyypin materiaalista P-N-liitoksen kautta ja yhdistyvät P-tyypin materiaalissa oleviin reikiin. Perinteisissä diodeissa reikiin kytkeytyvistä elektroneista syntyvä energia vapautuu lämpönä. Kuitenkin mitä tulee LEDeihin, niiden vapauttama energia on ensisijaisesti valon muodossa.

LEDit voidaan valmistaa lähettämään punaista, vihreää, sinistä, infrapuna- tai ultraviolettivaloa. Tämä saavutetaan vaihtelemalla lisäaineena käytettyjen materiaalien määrää ja tyyppiä. Valon kirkkautta voidaan myös muuttaa, mikä tehdään säätämällä LEDin läpi kulkevan virran määrää. Kuitenkin, kuten kaikilla muilla diodilla, LEDillä on raja sen kestämälle virran määrälle.

Missä LEDejä käytetään?

Yksi LEDien pääsovelluksista on niiden käyttö merkkivaloina. Tällä laitteella voidaan esimerkiksi tarkistaa virtaako virta piirin läpi vai onko se jännitteetön.

Merkkivalopiiri on sarja sarjaan kytkettyjä laitteita: LED, vastus, kytkin ja tasavirtalähde.

Kun merkkivalon katkaisija on suljettu, virtalähteestä tuleva bias-jännite syötetään LEDiin (joka on suunniteltu toimimaan vain, kun lähtöbias on läsnä). P-N-liitoksen läpi murtautuvat elektronit yhdistyvät reikien kanssa, jolloin energia vapautuu valon muodossa. Tähän piiriin asetettu vastus rajoittaa sen läpi kulkevaa virtaa suojatakseen LEDiä vaurioilta, joita liiallinen virta voi aiheuttaa.

LEDejä voidaan käyttää myös digitaalisissa näytöissä, esim. rannekello tai laskimia.

Vilkkumalla seitsemän elementin eri yhdistelmiä, näyttö voi näyttää minkä tahansa luvun nollasta yhdeksään.

Jokainen LED on kytketty sarjaan vastuksen ja kytkimen kanssa, jossa jokainen kytkin edustaa ulkoista ohjauspiiriä. Kytkimet on merkitty A - G vastaamaan näytön elementtejä. Seitsemän sarjajohtoa on kytketty rinnan tasavirtalähteeseen. Virran syöttämiseksi mille tahansa LEDille vastaava kytkin on kiinni. Jokainen piirin sarjavastus rajoittaa johdon läpi kulkevaa virtaa, mikä estää LEDien vaurioitumisen liiallisesta virrasta.

Numerot näkyvät digitaalisessa näytössä seitsemän kytkimen eri yhdistelmien seurauksena. Esimerkiksi jos kytkimet A ja B ovat kiinni, vastaavat elementit näytöllä syttyvät ja muodostavat luvun 1. Vastaavasti numero 2 voidaan muodostaa kytkimillä A, C, D, F ja G, jotka ovat suljettu samaan aikaan.

Sulkemalla vastaavat kytkimet tietyissä yhdistelmissä näyttö voi näyttää numeroita 0 - 9. Jos elementit on järjestetty hieman eri tavalla, näytöllä voi näkyä plus-, miinus-, desimaalipisteet tai -kirjaimet. aakkoset.

LEDejä voidaan jopa käyttää tarjoamaan keinotekoinen valaistus kasvien kasvua varten. LEDien tärkeimmät edut tässä tapauksessa ovat: alhainen sähkönkulutus ja lämmöntuotanto sekä kyky räätälöidä tarvittava päästöspektri.

Ajat, jolloin LED-valoja käytettiin vain laitteiden käynnistyksen ilmaisimina, ovat kauan menneet. Nykyaikaiset LED-laitteet voivat korvata hehkulamput kokonaan kotitalouksissa, teollisuudessa ja. Tätä helpottavat LEDien erilaiset ominaisuudet, joista tiedät, mitkä voit valita oikean LED-analogin. Ledien käyttö, ottaen huomioon niiden perusparametrit, avaa runsaasti mahdollisuuksia valaistuksen alalla.

Valodiodi (englanniksi LED, LED, LED) on keinotekoiseen puolijohdekiteeseen perustuva laite. Kun sen läpi johdetaan sähkövirtaa, syntyy fotonien emission ilmiö, joka johtaa hehkuun. Tällä hehkulla on hyvin kapea spektrialue, ja sen väri riippuu puolijohdemateriaalista.

Punaisen ja keltaisen säteilyn LEDit valmistetaan galliumarsenidiin perustuvista epäorgaanisista puolijohdemateriaaleista, vihreät ja siniset indiumgalliumnitridistä. Valovirran kirkkauden lisäämiseksi käytetään erilaisia ​​lisäaineita tai monikerrosmenetelmää, kun puolijohteiden väliin sijoitetaan kerros puhdasta alumiininitridiä. Useiden elektronireikä (p-n) -siirtymien muodostumisen seurauksena yhdessä kiteessä sen hehkun kirkkaus kasvaa.

LED-valoja on kahta tyyppiä: merkkivaloa ja valaistusta varten. Ensin mainittuja käytetään osoittamaan eri laitteiden sisällyttämistä verkkoon ja myös koristevalaistuksen lähteinä. Ne ovat värillisiä diodeja, jotka on sijoitettu läpikuultavaan koteloon, jokaisessa on neljä liitintä. Infrapunavaloa säteileviä laitteita käytetään laitteiden kauko-ohjauslaitteissa (kaukosäädin).

Valaistusalueella käytetään ledejä, jotka lähettävät valkoista valoa. LEDit luokitellaan värin mukaan kylmän valkoiseen, neutraalin valkoiseen ja lämpimän valkoiseen. Valaistukseen käytettävillä LEDeillä on asennustavan mukainen luokitus. Merkintä SMD LED tarkoittaa, että laite koostuu alumiini- tai kuparisubstraatista, jonka päälle on asetettu diodikide. Itse substraatti sijaitsee kotelossa, jonka koskettimet on kytketty LEDin koskettimiin.

Toinen LED-tyyppi on OCB. Tällaisessa laitteessa useita fosforilla päällystettyjä kiteitä sijoitetaan yhdelle levylle. Tämän rakenteen ansiosta saavutetaan korkea hehkun kirkkaus. Tätä tekniikkaa käytetään tuotannossa suurella valovirralla suhteellisen pienellä alueella. Tämä puolestaan ​​tekee LED-lamppujen valmistamisesta helpoimman ja edullisimman.

Huomautus! Verrattaessa SMD- ja COB-LED-lamppuja voidaan huomata, että entinen voidaan korjata vaihtamalla epäonnistunut LED. Jos COB-LED-lamppu ei toimi, sinun on vaihdettava koko kortti diodeilla.

LED-ominaisuudet

Kun valitset sopivaa LED-lamppua valaistukseen, sinun tulee ottaa huomioon LEDien parametrit. Näitä ovat syöttöjännite, teho, käyttövirta, hyötysuhde (valoteho), hehkulämpötila (väri), säteilykulma, mitat, huononemisaika. Kun tiedät perusparametrit, voit helposti valita laitteita tietyn valaistustuloksen saamiseksi.

LED-virrankulutus

Perinteisille LED-valoille tarjotaan yleensä 0,02 A virta. On kuitenkin LEDejä, joiden teho on 0,08 A. Nämä LEDit sisältävät tehokkaampia laitteita, jotka käyttävät neljää kristallia. Ne sijaitsevat yhdessä rakennuksessa. Koska jokainen kiteistä kuluttaa 0,02 A, yhteensä yksi laite kuluttaa 0,08 A.

LED-laitteiden vakaus riippuu nykyisestä arvosta. Jopa pieni virran lisäys auttaa vähentämään kiteen säteilyn intensiteettiä (ikääntymistä) ja lisäämään värilämpötilaa. Tämä johtaa lopulta siihen, että LEDit muuttuvat siniseksi ja epäonnistuvat ennenaikaisesti. Ja jos virta kasvaa merkittävästi, LED palaa välittömästi.

Virrankulutuksen rajoittamiseksi LED-lamppujen ja -valaisimien malleissa on LEDien (ajureiden) virranvakaimet. Ne muuntavat virran ja tuovat sen LEDien vaatimaan arvoon. Jos sinun on kytkettävä erillinen LED verkkoon, sinun on käytettävä virtaa rajoittavia vastuksia. LEDin vastuksen vastus lasketaan ottaen huomioon sen erityisominaisuudet.

Hyödyllinen neuvo! Oikean vastuksen valitsemiseksi voit käyttää Internetistä saatavaa LED-vastuslaskuria.

LED-jännite

Kuinka selvittää LED-jännite? Tosiasia on, että LEDeillä ei ole syöttöjänniteparametria sellaisenaan. Sen sijaan käytetään LEDin jännitehäviöominaisuutta, joka tarkoittaa jännitteen määrää, jonka LED tuottaa, kun nimellisvirta kulkee sen läpi. Pakkauksessa ilmoitettu jännitearvo kuvastaa jännitehäviötä. Kun tiedät tämän arvon, voit määrittää kiteen jäljellä olevan jännitteen. Tämä arvo otetaan huomioon laskelmissa.

Kun otetaan huomioon eri puolijohteiden käyttö LEDeille, kunkin niistä jännite voi olla erilainen. Kuinka selvittää kuinka monta volttia LED on? Voit määrittää sen laitteiden värin perusteella. Esimerkiksi sinisillä, vihreillä ja valkoisilla kiteillä jännite on noin 3 V, keltaisilla ja punaisilla 1,8 - 2,4 V.

Käytettäessä rinnakkaiskytkentää identtisiä LED-valoja, joiden jännitearvo on 2 V, saatat kohdata seuraavan: parametrien vaihteluiden seurauksena jotkut lähettävät diodit epäonnistuvat (palavat), kun taas toiset hehkuvat hyvin heikosti. Tämä johtuu siitä, että kun jännite kasvaa jopa 0,1 V, LEDin läpi kulkeva virta kasvaa 1,5-kertaiseksi. Siksi on erittäin tärkeää varmistaa, että virta vastaa LED-luokitusta.

Valoteho, valon kulma ja LED-teho

Diodien valovirtaa verrataan muihin valonlähteisiin ottaen huomioon niiden lähettämän säteilyn voimakkuus. Laitteet, joiden halkaisija on noin 5 mm, tuottavat 1-5 lumenia valoa. Kun 100 W hehkulampun valovirta on 1000 lm. Mutta vertailussa on otettava huomioon, että tavallisessa lampussa on hajavaloa, kun taas LEDissä on suuntavalo. Siksi LEDien dispersiokulma on otettava huomioon.

Eri LEDien sirontakulma voi vaihdella 20 - 120 astetta. Kun LEDit valaistaan, ne tuottavat kirkkaamman valon keskelle ja vähentävät valaistusta dispersiokulman reunoja kohti. Siten LEDit valaisevat tietyn tilan paremmin ja käyttävät vähemmän virtaa. Jos valaistusaluetta on kuitenkin tarpeen lisätä, lampun suunnittelussa käytetään hajaantuvia linssejä.

Kuinka määrittää LEDien teho? Hehkulampun korvaamiseen tarvittavan LED-lampun tehon määrittämiseksi on käytettävä kerrointa 8. Siten voit korvata perinteisen 100 W lampun LED-laitteella, jonka teho on vähintään 12,5 W (100 W/8). ). Mukavuuden vuoksi voit käyttää hehkulamppujen ja LED-valonlähteiden tehon vastaavuustaulukon tietoja:

Hehkulampun teho, W	LED-lampun vastaava teho, W
100	12-12,5
75	10
60	7,5-8
40	5
25	3

Käytettäessä LEDejä valaistukseen tehokkuusindikaattori on erittäin tärkeä, mikä määräytyy valovirran (lm) ja tehon (W) suhteen. Vertaamalla näitä parametreja eri lähteistä valossa, huomaamme, että hehkulampun hyötysuhde on 10-12 lm/W, loistelampun 35-40 lm/W ja LED-lampun 130-140 lm/W.

LED-lähteiden värilämpötila

Yksi LED-lähteiden tärkeimmistä parametreista on hehkulämpötila. Tämän suuren mittayksiköt ovat Kelvin-asteita (K). On huomattava, että kaikki valonlähteet on jaettu kolmeen luokkaan niiden hehkulämpötilan mukaan, joista lämpimän valkoisen värilämpötila on alle 3300 K, päivänvalon valkoisen - 3300 - 5300 K ja kylmän valkoisen yli 5300 K.

Huomautus! LED-säteilyn miellyttävä havainto ihmissilmässä riippuu suoraan LED-lähteen värilämpötilasta.

Värilämpötila ilmoitetaan yleensä LED-lamppujen merkinnöissä. Se on merkitty nelinumeroisella numerolla ja kirjaimella K. Tietyn värilämpötilan omaavien LED-lamppujen valinta riippuu suoraan sen valaistuksen käytön ominaisuuksista. Alla oleva taulukko näyttää vaihtoehdot LED-lähteiden käyttämiseksi eri lämpötiloja hehku:

LED väri		Värilämpötila, K	Valaistuksen käyttökotelot
Valkoinen	Lämmin	2700-3500	Valaistus kotitalouksiin ja toimistotilat hehkulampun sopivimpana analogina
	Neutraali (päivällä)	3500-5300	Tällaisten lamppujen erinomainen värintoisto mahdollistaa niiden käytön työpaikkojen valaistukseen tuotannossa.
	Kylmä	yli 5300	Käytetään pääasiassa katuvalaistukseen ja myös kädessä pidettäviin lyhtyihin
Punainen		1800	Koriste- ja kasvivalaistuksen lähteenä
Vihreä		-
Keltainen		3300	Sisätilojen valaistussuunnittelu
Sininen		7500	Pintojen valaistus sisätiloissa, kasvivalaistus

Värin aaltoluonteen ansiosta LEDien värilämpötila voidaan ilmaista aallonpituudella. Joidenkin LED-laitteiden merkinnät heijastavat värilämpötilaa tarkasti eri aallonpituuksien intervallin muodossa. Aallonpituus on merkitty λ:ksi ja se mitataan nanometreinä (nm).

SMD-LED-valojen vakiokoot ja niiden ominaisuudet

SMD-LED-valojen koon perusteella laitteet luokitellaan ryhmiin erilaisia ​​ominaisuuksia. Suosituimmat vakiokokoiset LEDit ovat 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 ja 5630. SMD-LEDien ominaisuudet vaihtelevat koosta riippuen. Siten erityyppiset SMD-LEDit eroavat kirkkaudeltaan, värilämpötilaltaan ja teholtaan. LED-merkinnöissä kaksi ensimmäistä numeroa osoittavat laitteen pituuden ja leveyden.

SMD 2835 LEDien perusparametrit

SMD LEDien 2835 pääominaisuuksiin kuuluu lisääntynyt säteilyalue. Verrattuna SMD 3528 -laitteeseen, jossa on pyöreä työskentelypinta, SMD 2835 -säteilyalue on suorakaiteen muotoinen, mikä lisää valontuottoa pienemmällä elementin korkeudella (noin 0,8 mm). Tällaisen laitteen valovirta on 50 lm.

SMD 2835 LED -kotelo on valmistettu lämmönkestävästä polymeeristä ja kestää jopa 240°C lämpötiloja. On huomattava, että säteilyn hajoaminen näissä elementeissä on alle 5 % 3000 käyttötunnin aikana. Lisäksi laitteessa on melko alhainen kide-substraattiliitoksen lämpövastus (4 C/W). Suurin käyttövirta on 0,18 A, kiteen lämpötila on 130 °C.

Hehkun värin perusteella on lämmin valkoinen, jonka hehkulämpötila on 4000 K, päivävalkoinen - 4800 K, puhdas valkoinen - 5000 - 5800 K ja kylmä valkoinen, jonka värilämpötila on 6500-7500 K. Se kannattaa Huomaa, että suurin valovirta on laitteille, joissa on kylmä valkoinen hehku, pienin on lämpimän valkoisille LEDeille. Laitteen suunnittelussa on suurennetut kosketuspinnat, mikä edistää parempaa lämmönpoistoa.

Hyödyllinen neuvo! SMD 2835 -LEDejä voidaan käyttää kaikenlaisiin asennuksiin.

SMD 5050 LEDien ominaisuudet

SMD 5050 -kotelorakenne sisältää kolme samantyyppistä LEDiä. LED-lähteet sinisellä, punaisella ja vihreällä värillä on samanlaiset tekniset ominaisuudet kuin SMD 3528 -kiteillä. Jokaisen LEDin käyttövirta on 0,02A, joten koko laitteen kokonaisvirta on 0,06A. Tämän arvon ylittämistä ei suositella, jotta LEDit eivät vioittuisi.

LED-laitteiden SMD 5050 lähtöjännite on 3-3,3 V ja valoteho (verkkovirta) 18-21 lm. Yhden LEDin teho on kunkin kiteen kolmen tehoarvon summa (0,7 W) ja se on 0,21 W. Laitteiden lähettämän hehkun väri voi olla valkoinen kaikissa sävyissä, vihreä, sininen, keltainen ja monivärinen.

Eriväristen LEDien tiivis järjestely yhdessä SMD 5050 -paketissa mahdollisti moniväristen LEDien toteuttamisen kunkin värin erillisellä ohjauksella. Valaisimien säätämiseen SMD 5050 LEDeillä käytetään ohjaimia, jotta hehkun väriä voidaan vaihtaa tasaisesti yhdestä toiseen tietyn ajan kuluttua. Tyypillisesti tällaisilla laitteilla on useita ohjaustiloja ja ne voivat säätää LEDien kirkkautta.

SMD 5730 LEDin tyypillisiä ominaisuuksia

SMD 5730 LEDit ovat LED-laitteiden nykyaikaisia ​​edustajia, joiden kotelon geometriset mitat ovat 5,7x3 mm. Ne kuuluvat erittäin kirkkaisiin LEDeihin, joiden ominaisuudet ovat vakaat ja laadullisesti erilaiset kuin edeltäjiensä parametrit. Valmistettu uusista materiaaleista, nämä LEDit ovat erilaisia lisääntynyt teho ja erittäin tehokas valovirta. Lisäksi ne voivat toimia korkean kosteuden olosuhteissa, kestävät lämpötilan muutoksia ja tärinää ja ovat pitkäaikainen palvelut.

Laitteita on kahdenlaisia: SMD 5730-0,5 teholla 0,5 W ja SMD 5730-1, jonka teho on 1 W. Laitteiden erottuva piirre on kyky toimia pulssivirralla. SMD 5730-0,5:n nimellisvirta on 0,15 A, kanssa pulssityötä Laite kestää 0,18 A:n virran. Tämän tyyppiset LEDit tarjoavat jopa 45 lm:n valovirran.

SMD 5730-1 -LEDit toimivat vakiovirralla 0,35 A, pulssitilassa - jopa 0,8 A. Tällaisen laitteen valoteho voi olla jopa 110 lm. Lämmönkestävän polymeerin ansiosta laitteen runko kestää jopa 250°C lämpötiloja. Molempien SMD 5730 -tyyppisten dispersiokulma on 120 astetta. Valovirran heikkenemisaste on alle 1 % käytettäessä 3000 tuntia.

Cree LED:n tekniset tiedot

Cree-yritys (USA) kehittää ja valmistaa erittäin kirkkaita ja tehokkaimpia LEDejä. Yhtä Cree LED-ryhmistä edustaa Xlamp-sarja, joka on jaettu yksisiruisiin ja monisiruisiin. Yksi yksikidelähteiden ominaisuuksista on säteilyn jakautuminen laitteen reunoja pitkin. Tämä innovaatio mahdollisti lamppujen valmistamisen suurella valokulmalla käyttämällä mahdollisimman vähän kiteitä.

XQ-E High Intensity -sarjan LED-lähteissä sädekulma on 100-145 astetta. Pienet geometriset mitat, 1,6x1,6 mm, ultrakirkkaiden LEDien teho on 3 volttia ja valovirta 330 lm. Tämä on yksi Creen uusimmista kehityksestä. Kaikissa LEDeissä, joiden muotoilu on kehitetty yksittäiskiteen pohjalta, on korkealaatuinen värintoisto CRE 70-90:ssä.

Aiheeseen liittyvä artikkeli:

Kuinka tehdä tai korjata LED-seppele itse. Suosituimpien mallien hinnat ja pääominaisuudet.

Cree on julkaissut useita versioita monisiruisista LED-laitteista uusimmilla tehotyypeillä 6 - 72 volttia. Monisiru-LEDit on jaettu kolmeen ryhmään, joihin kuuluvat korkeajännitteiset laitteet, joiden teho on enintään 4W ja yli 4W. Lähteet 4W asti sisältävät 6 kiteitä MX- ja ML-tyyppisissä koteloissa. Dispersiokulma on 120 astetta. Voit ostaa tämän tyyppisiä Cree-LEDejä valkoisilla lämpimillä ja viileillä väreillä.

Hyödyllinen neuvo! Valon korkeasta luotettavuudesta ja laadusta huolimatta voit ostaa tehokkaita MX- ja ML-sarjojen LEDejä suhteellisen edulliseen hintaan.

Yli 4W:n ryhmä sisältää useista kiteistä valmistettuja LEDejä. Ryhmän suurimmat ovat MT-G-sarjan edustamat 25 W:n laitteet. Yrityksen uutuus on XHP-mallin LEDit. Yksi suurista LED-laitteista on runkoltaan 7x7 mm, teho 12W ja valoteho 1710 lm. Korkeajännitteiset LEDit yhdistävät pienet mitat ja korkean valotehon.

LED-liitäntäkaaviot

LEDien kytkemiseen on tiettyjä sääntöjä. Ottaen huomioon, että laitteen läpi kulkeva virta liikkuu vain yhteen suuntaan, LED-laitteiden pitkäaikaisen ja vakaan toiminnan kannalta on tärkeää ottaa huomioon paitsi tietty jännite, myös optimaalinen virran arvo.

LEDin kytkentäkaavio 220V verkkoon

Käytetystä virtalähteestä riippuen on olemassa kahden tyyppisiä piirejä LEDien kytkemiseen 220 V:iin. Yhdessä tapauksessa sitä käytetään rajoitetulla virralla, toisessa - erityisellä, joka stabiloi jännitteen. Ensimmäinen vaihtoehto ottaa huomioon erityisen lähteen käytön tietyllä virranvoimakkuudella. Tässä piirissä ei tarvita vastusta, ja kytkettyjen LEDien määrää rajoittaa ajurin teho.

LED-valojen osoittamiseksi kaaviossa käytetään kahdenlaisia ​​​​piktogrammeja. Jokaisen kaavakuvan yläpuolella on kaksi pientä yhdensuuntaista nuolta, jotka osoittavat ylöspäin. Ne symboloivat LED-laitteen kirkasta hehkua. Ennen kuin kytket LEDin 220 V:iin virtalähteellä, piiriin on sisällytettävä vastus. Jos tämä ehto ei täyty, tämä johtaa siihen, että LEDin käyttöikä lyhenee merkittävästi tai se yksinkertaisesti epäonnistuu.

Jos käytät virtalähdettä kytkettäessä, vain piirin jännite on vakaa. Ottaen huomioon LED-laitteen merkityksettömän sisäisen resistanssin, sen käynnistäminen ilman virranrajoitinta johtaa laitteen palamiseen. Tästä syystä LED-kytkentäpiiriin viedään vastaava vastus. On huomattava, että vastukset ovat eri arvoisia, joten ne on laskettava oikein.

Hyödyllinen neuvo! Piirien negatiivinen puoli LEDin kytkemiseksi 220 voltin verkkoon vastuksella on suuren tehon haihtumista, kun on tarpeen kytkeä kuorma, jolla on lisääntynyt virrankulutus. Tässä tapauksessa vastus korvataan sammutuskondensaattorilla.

Kuinka laskea LEDin vastus

LEDin resistanssia laskettaessa niitä ohjataan kaavalla:

U = IxR,

missä U on jännite, I on virta, R on vastus (Ohmin laki). Oletetaan, että sinun on kytkettävä LED seuraavilla parametreilla: 3V - jännite ja 0,02A - virta. Jotta LEDin kytkeminen 5 voltin virtalähteeseen ei katkea, sinun on poistettava ylimääräinen 2 V (5-3 = 2 V). Tätä varten sinun on sisällytettävä piiriin vastus, jolla on tietty vastus, joka lasketaan Ohmin lain avulla:

R = U/I.

Siten 2V:n ja 0,02A:n suhde on 100 ohmia, ts. Tämä on juuri se vastus, jota tarvitaan.

Usein tapahtuu, että LED-valojen parametrit huomioon ottaen vastuksen resistanssilla on arvo, joka ei ole vakio laitteelle. Tällaisia ​​virranrajoittimia ei löydy myyntipisteistä, esimerkiksi 128 tai 112,8 ohmia. Silloin kannattaa käyttää vastuksia, joiden resistanssi on lähin korkeampi arvo laskettuun verrattuna. Tässä tapauksessa LEDit eivät toimi täydellä kapasiteetilla, vaan vain 90-97%, mutta tämä on näkymätöntä silmälle ja sillä on positiivinen vaikutus laitteen käyttöikään.

Internetissä on monia vaihtoehtoja LED-laskentalaskimille. Ne ottavat huomioon pääparametrit: jännitehäviö, nimellisvirta, lähtöjännite, piirissä olevien laitteiden lukumäärä. Määrittämällä LED-laitteiden ja virtalähteiden parametrit lomakekenttään saat selville vastusten vastaavat ominaisuudet. Värikoodattujen virtarajoittimien resistanssin määrittämiseksi on olemassa myös online-laskelmia LEDien vastuksista.

Kaaviot LEDien rinnakkais- ja sarjaliitäntään

Kun kootat rakenteita useista LED-laitteista, käytä piirejä LEDien liittämiseen 220 voltin verkkoon sarja- tai rinnakkaisliitäntä. Samalla oikean kytkennän kannalta tulee ottaa huomioon, että kun LEDit kytketään sarjaan, vaadittu jännite on kunkin laitteen jännitehäviöiden summa. Kun LEDit on kytketty rinnan, virran voimakkuus lasketaan yhteen.

Jos piirit käyttävät LED-laitteita, joilla on erilaiset parametrit, vakaan toiminnan varmistamiseksi on tarpeen laskea vastus jokaiselle LEDille erikseen. On syytä huomata, ettei kahta täysin samanlaista LEDiä ole. Jopa saman mallin laitteilla on pieniä eroja parametreissa. Tämä johtaa siihen, että kun suuri määrä niistä on kytketty sarjaan tai rinnakkaiseen piiriin yhdellä vastuksella, ne voivat nopeasti huonontua ja epäonnistua.

Huomautus! Käytettäessä yhtä vastusta rinnakkais- tai sarjapiirissä, voit kytkeä vain LED-laitteita, joilla on samat ominaisuudet.

Ero parametreissa klo rinnakkaisliitäntä useat ledit, esimerkiksi 4-5 kpl, eivät vaikuta laitteiden toimintaan. Mutta jos liität paljon LEDejä tällaiseen piiriin, se on huono päätös. Vaikka LED-lähteiden ominaisuudet vaihtelevat hieman, jotkut laitteet lähettävät kirkasta valoa ja palavat nopeasti, kun taas toiset hehkuvat himmeästi. Siksi rinnakkain kytkettäessä tulee aina käyttää erillistä vastusta jokaiselle laitteelle.

Mitä tulee sarjaliitäntä, silloin tässä tapahtuu taloudellinen kulutus, koska koko piiri kuluttaa yhden LEDin kulutuksen verran virtaa. Rinnakkaispiirissä kulutus on kaikkien piiriin kuuluvien LED-lähteiden kulutuksen summa.

Kuinka kytkeä LEDit 12 volttiin

Joidenkin laitteiden suunnittelussa on valmistusvaiheessa vastukset, jotka mahdollistavat LEDien kytkemisen 12 volttiin tai 5 volttiin. Tällaisia ​​laitteita ei kuitenkaan aina löydy myynnistä. Siksi LEDien 12 voltin liittämispiirissä on virranrajoitin. Ensimmäinen askel on selvittää kytkettyjen LEDien ominaisuudet.

Tällainen parametri, kuten lähtöjännitehäviö tyypillisille LED-laitteille, on noin 2 V. Näiden LEDien nimellisvirta vastaa 0,02A. Jos sinun on kytkettävä tällainen LED 12 V:iin, "ylimääräinen" 10 V (12 miinus 2) on sammutettava rajoittavalla vastuksella. Ohmin lain avulla voit laskea resistanssin sille. Saamme, että 10/0,02 = 500 (ohm). Siten tarvitaan vastus, jonka nimellisarvo on 510 ohmia, joka on lähin E24-elektroniikkakomponenttien alueella.

Jotta tällainen piiri toimisi vakaasti, on myös tarpeen laskea rajoittimen teho. Laskemme sen arvon käyttämällä kaavaa, jonka perusteella teho on yhtä suuri kuin jännitteen ja virran tulo. Kerrotaan 10 V jännite 0,02 A virralla ja saadaan 0,2 W. Siten tarvitaan vastus, jonka vakioteho on 0,25 W.

Jos piiriin on tarpeen sisällyttää kaksi LED-laitetta, tulee ottaa huomioon, että niiden yli laskeva jännite on jo 4 V. Vastaavasti vastuksen ei tarvitse sammuttaa 10 V, vaan 8 V. Tästä syystä vastuksen resistanssin ja tehon lisälaskenta tehdään tämän arvon perusteella. Vastuksen sijainti piirissä voidaan järjestää missä tahansa: anodin puolella, katodipuolella, LEDien välissä.

Kuinka testata LED-valoa yleismittarilla

Yksi tapa tarkistaa LEDien toimintakunto on testata yleismittarilla. Tämä laite voi diagnosoida minkä tahansa mallin LEDit. Ennen LEDin tarkistamista testerillä laitekytkin asetetaan "testaus"-tilaan ja anturit kiinnitetään liittimiin. Kun punainen anodi on kytketty anodiin ja musta anodi katodiin, kiteen tulee lähettää valoa. Jos napaisuus on käänteinen, laitteen näytössä pitäisi näkyä "1".

Hyödyllinen neuvo! Ennen LEDin toimivuuden testaamista on suositeltavaa himmentää päävalaistus, koska testauksen aikana virta on hyvin alhainen ja LED säteilee valoa niin heikosti, että normaalissa valaistuksessa sitä ei ehkä huomaa.

LED-laitteiden testaus voidaan tehdä ilman antureita. Työnnä tätä varten anodi laitteen alanurkassa oleviin reikiin symbolilla ”E” merkittyyn reikään ja katodi reikään, jossa on ilmaisin ”C”. Jos LED on toimintakunnossa, sen pitäisi syttyä. Tämä testausmenetelmä soveltuu LEDeille, joissa on riittävän pitkät koskettimet ja jotka on puhdistettu juotteesta. Kytkimen asennolla ei ole merkitystä tässä tarkastusmenetelmässä.

Kuinka tarkistaa LEDit yleismittarilla ilman juottamisen purkamista? Tätä varten sinun on juotettava tavallisen paperiliittimen palaset testausantureille. Eristeeksi sopii tekstioliittitiiviste, joka laitetaan johtimien väliin ja käsitellään sitten sähköteipillä. Lähtö on eräänlainen sovitin anturien kytkemiseen. Klipsit joustavat hyvin ja ne on kiinnitetty tiukasti liittimiin. Tässä muodossa voit liittää anturit LEDeihin poistamatta niitä piiristä.

Mitä voit tehdä LEDeistä omin käsin?

Monet radioamatöörit harjoittelevat erilaisten mallien kokoamista LEDeistä omin käsin. Itse kootut tuotteet eivät ole laadultaan huonompia, ja joskus jopa ylittävät valmistetut kollegansa. Nämä voivat olla väri- ja musiikkilaitteita, vilkkuvia LED-malleja, tee-se-itse LED-ajovaloja ja paljon muuta.

Tee itse tehty virranvakainkokoonpano LEDeille

Jotta LEDin käyttöikä ei kuluisi loppuun ennen aikataulua, sen läpi kulkevalla virralla on oltava vakaa arvo. Tiedetään, että punaiset, keltaiset ja vihreät LEDit selviävät lisääntynyt kuormitus virran mukaan. Sinivihreät ja valkoiset LED-lähteet palavat jopa pienellä ylikuormituksella 2 tunnissa. Siksi, jotta LED toimisi normaalisti, on tarpeen ratkaista sen virtalähdeongelma.

Jos kokoat sarjaan tai rinnakkain kytkettyjä LEDejä, voit tarjota niille identtistä säteilyä, jos niiden läpi kulkeva virta on sama voimakas. Lisäksi käänteisvirtapulssit voivat vaikuttaa negatiivisesti LED-lähteiden käyttöikään. Tämän estämiseksi piiriin on sisällytettävä virranvakain LED-valoille.

LED-lamppujen laadulliset ominaisuudet riippuvat käytetystä ohjaimesta - laitteesta, joka muuntaa jännitteen stabiloiduksi virraksi erityinen merkitys. Monet radioamatöörit kokoavat 220 V LED-virtalähdepiirin omin käsin LM317-mikropiirin perusteella. Tällaisen elektroniikkapiirin elementit ovat edullisia ja tällainen stabilisaattori on helppo rakentaa.

Käytettäessä LM317:n virran stabilointia LED-valoille, virtaa säädetään 1 A:n sisällä. LM317L-pohjainen tasasuuntaaja stabiloi virran 0,1A:iin. Laitepiiri käyttää vain yhtä vastusta. Se lasketaan käyttämällä online-laskin LED-vastus. Virransyöttöön soveltuvat saatavilla olevat laitteet: virtalähteet tulostimesta, kannettavasta tietokoneesta tai muusta viihde-elektroniikka. Ei ole kannattavaa koota monimutkaisempia piirejä itse, koska niitä on helpompi ostaa valmiina.

DIY LED DRL:t

Sovellus päiväajoneuvoihin ajovalot(DRL) parantaa merkittävästi auton näkyvyyttä päivänvalossa muiden tienkäyttäjien silmissä. Monet autoharrastajat harjoittelevat itsekokoonpano DRL LEDien avulla. Yksi vaihtoehdoista on DRL-laite, jossa on 5-7 LEDiä teholla 1W ja 3W kullekin lohkolle. Jos käytät vähemmän tehokkaita LED-lähteitä, valovirta ei täytä tällaisten valojen standardeja.

Hyödyllinen neuvo! Kun teet DRL:itä omin käsin, ota huomioon GOST:n vaatimukset: valovirta 400-800 cd, valokulma vaakasuora taso– 55 astetta, pystysuora – 25 astetta, pinta-ala – 40 cm².

Alustana voit käyttää alumiiniprofiilista valmistettua levyä, jossa on pehmusteet LED-valojen kiinnittämiseen. LEDit kiinnitetään levyyn lämpöä johtavalla liimalla. Optiikka valitaan LED-lähteiden tyypin mukaan. Tässä tapauksessa linssit, joiden valokulma on 35 astetta, ovat sopivia. Linssit asennetaan jokaiseen LEDiin erikseen. Johdot on reititetty mihin tahansa sopivaan suuntaan.

Seuraavaksi DRL:ille tehdään kotelo, joka toimii myös jäähdyttimenä. Tätä varten voit käyttää U-muotoista profiilia. Valmis LED-moduuli asetetaan profiilin sisään ruuveilla kiinnitettynä. Kaikki vapaa tila voidaan täyttää läpinäkyvällä silikonipohjaisella tiivisteaineella, jolloin pintaan jää vain linssit. Tämä pinnoite toimii kosteussulkuna.

DRL:t liitetään virtalähteeseen käyttämällä pakollinen käyttö vastus, jonka vastus on ennalta laskettu ja testattu. Kytkentätavat voivat vaihdella automallista riippuen. Kytkentäkaaviot löytyvät Internetistä.

Kuinka saada LEDit vilkkumaan

Suosituimmat vilkkuvat LEDit, joita voi ostaa valmiina, ovat laitteita, joita ohjataan potentiaalitasolla. Kiteen vilkkuminen johtuu virtalähteen muutoksesta laitteen liittimissä. Näin ollen kaksivärinen punavihreä LED-laite lähettää valoa sen läpi kulkevan virran suunnasta riippuen. RGB-LEDin vilkkuminen saadaan aikaan yhdistämällä kolme nastaa varten erillinen hallinta Vastaanottaja erityinen järjestelmä säätö.

Mutta voit saada tavallisen yksivärisen LED-valon vilkkumaan, sillä arsenaalissasi on vähintään sähköisiä komponentteja. Ennen kuin teet vilkkuvan LEDin, sinun on valittava toimiva piiri, joka on yksinkertainen ja luotettava. Voit käyttää vilkkuvaa LED-piiriä, joka saa virran 12V lähteestä.

Piiri koostuu pienitehoisesta transistorista Q1 (piikorkeataajuinen KTZ 315 tai sen analogit sopivat), vastuksesta R1 820-1000 ohmia, 16 voltin kondensaattorista C1, jonka kapasiteetti on 470 μF, ja LED-lähteestä. Kun piiri kytketään päälle, kondensaattori latautuu 9-10 V:iin, minkä jälkeen transistori avautuu hetkeksi ja siirtää kertyneen energian LEDiin, joka alkaa vilkkua. Tämä piiri voidaan toteuttaa vain, kun se saa virran 12 V lähteestä.

Voit koota kehittyneemmän piirin, joka toimii samalla tavalla kuin transistorimultivibraattori. Piiri sisältää transistorit KTZ 102 (2 kpl), vastukset R1 ja R4 kukin 300 ohmia virran rajoittamiseksi, vastukset R2 ja R3 27000 ohmia transistorien kantavirran säätämiseksi, 16 voltin napakondensaattorit (2 kpl) 10 uF) ja kaksi LED-lähdettä. Tämä kaava Toimii 5V DC jännitelähteestä.

Piiri toimii "Darlington-parin" periaatteella: kondensaattoreita C1 ja C2 ladataan ja puretaan vuorotellen, mikä saa tietyn transistorin avautumaan. Kun yksi transistori syöttää energiaa C1:een, yksi LED syttyy. Seuraavaksi C2 latautuu tasaisesti ja VT1:n kantavirtaa pienennetään, mikä johtaa VT1:n sulkeutumiseen ja VT2:n avautumiseen ja toinen LED syttyy.

Hyödyllinen neuvo! Jos käytät yli 5 V:n syöttöjännitettä, sinun on käytettävä eriarvoisia vastuksia LED-valojen vioittumisen estämiseksi.

DIY LED värimusiikkikokoonpano

Jos haluat toteuttaa melko monimutkaisia ​​värimusiikkimalleja LEDeille omin käsin, sinun on ensin ymmärrettävä, miten se toimii yksinkertaisin kaava värillinen musiikki. Se koostuu yhdestä transistorista, vastuksesta ja LED-laitteesta. Tällainen piiri voidaan syöttää lähteestä, jonka nimellisjännite on 6 - 12 V. Piirin toiminta johtuu kaskadivahvistuksesta yhteisellä säteilijällä (emitterillä).

VT1-kanta vastaanottaa signaalin, jonka amplitudi ja taajuudet vaihtelevat. Kun signaalin vaihtelut ylittävät tietyn kynnyksen, transistori avautuu ja LED syttyy. Tämän järjestelmän haittana on vilkkumisen riippuvuus asteesta äänimerkki. Siten värimusiikin vaikutus näkyy vain tietyllä äänenvoimakkuuden tasolla. Jos lisäät ääntä. LED palaa koko ajan, ja kun se pienenee, se vilkkuu hieman.

Täydellisen tehosteen saavuttamiseksi he käyttävät LED-valoja sisältävää värimusiikkipiiriä, joka jakaa äänialueen kolmeen osaan. Kolmikanavaisella audiomuuntimella varustettu piiri saa virran 9 V lähteestä. Internetistä löytyy valtava määrä värimusiikkimalleja eri radioamatöörifoorumeilta. Nämä voivat olla värimusiikkimalleja, joissa käytetään yksiväristä nauhaa, RGB LED-nauha, sekä kaavioita tasainen aloitus ja sammuttaa LEDit. Löydät myös kaavioita käynnissä olevista LED-valoista verkossa.

DIY LED-jänniteilmaisimen suunnittelu

Jännitteen ilmaisinpiiri sisältää vastuksen R1 ( muuttuva vastus 10 kOhm), vastukset R1, R2 (1 kOhm), kaksi transistoria VT1 KT315B, VT2 KT361B, kolme LEDiä - HL1, HL2 (punainen), HLZ (vihreä). X1, X2 – 6 voltin virtalähteet. Tässä piirissä on suositeltavaa käyttää LED-laitteita, joiden jännite on 1,5 V.

Kotitekoinen algoritmi LED-merkkivalo jännite on seuraava: kun jännite on kytketty, keskellä oleva LED-valo palaa vihreänä. Jos jännite putoaa, vasemmalla oleva punainen LED syttyy. Jännitteen nousu saa oikeanpuoleisen punaisen LEDin syttymään. Kun vastus on keskiasennossa, kaikki transistorit ovat kiinni-asennossa ja jännite virtaa vain keskellä olevaan vihreään LEDiin.

Transistori VT1 avautuu, kun vastuksen liukusäädintä siirretään ylöspäin, mikä lisää jännitettä. Tässä tapauksessa jännitteensyöttö HL3:lle pysähtyy ja se syötetään HL1:een. Kun liukusäädin liikkuu alas (jännite laskee), transistori VT1 sulkeutuu ja VT2 avautuu, mikä antaa virran HL2-LED:lle. Pienellä viiveellä LED HL1 sammuu, HL3 vilkkuu kerran ja HL2 syttyy.

Tällainen piiri voidaan koota käyttämällä radiokomponentteja vanhentuneista laitteista. Jotkut kokoavat sen tekstioliittilevylle tarkkailemalla osien mittoja suhteessa 1:1, jotta kaikki elementit mahtuvat levylle.

LED-valaistuksen rajattomat mahdollisuudet mahdollistavat erilaisten valaistuslaitteiden itsenäisen suunnittelun LEDeistä erinomaiset ominaisuudet ja melko alhaiset kustannukset.

Sisältö:

LED-valaistus on tulossa yhä suositummaksi ja korvaa vähitellen perinteiset valaistuslaitteet. Monen tyyppisiä valmistajien valmistamia LED-valoja kehitetään jatkuvasti, ja niiden muotoilu paranee vuosi vuodelta. Teho kasvaa, kotelot optimoidaan käytettäväksi paremmin eri alueita. Valtava valikoima värit mahdollistavat halutun valaistuksen luomisen eri huoneisiin. Nykyaikaiset LEDit voidaan tyypillisten ominaisuuksiensa ansiosta luokitella helposti tyypin mukaan, mikä helpottaa suuresti niiden valintaa tiettyihin tarkoituksiin.

Millaisia ​​LED-valoja on olemassa?

Aivan ensimmäisiä LED-valoja käytettiin indikaattoreina, ja niitä käytetään tällä alueella edelleen. Yleisimmin käytettyjä ovat merkkivalot, jotka ovat lähtöasennuksen elementtejä. Niissä on suorakaiteen muotoinen tai pyöreä linssi, ja niitä löytyy yksinkertaisimmista laitteista monimutkaisimpiin nykyaikaiset laitteet. Niitä ei käytetä vain indikointiin, vaan myös taustavalona.

Tämän ryhmän tyypillisimmillä edustajilla on pyöreät kuperat linssit, joiden halkaisija on 3-10 mm. Näiden LEDien alhainen virta ei kuitenkaan mahdollista suuren valomäärän saamista, minkä vuoksi niiden käyttö valaistuslaitteina on epäkäytännöllistä. Ne sopivat parhaiten laitteisiin, kuten tickereihin ja valonäyttöihin. Ne vaativat vähän virtaa ja jännitettä ja tuskin kuumenevat.

Merkkivalot voivat olla valkoisia tai värillisiä vakiovärispektrin mukaan. Jotkut mallit ovat saatavilla monivärisinä vaihtoehdoina. Tässä tapauksessa yksi linssi on varustettu kolmella siirtymällä ja alaosa on varustettu neljällä johdolla. Tällaiset elementit ovat toimivampia, mikä mahdollistaa värillisten LED-näyttöjen luomisen.

Tekniikan kehittyessä lähtöasennuksessa alettiin käyttää nykyaikaisempia kirkkaita LEDejä. Näiden elementtien valovoima on paljon suurempi kuin merkkivalojen, joten niitä on käytetty laajalti taskulampuissa.

Pinta-asennus piirilevylle tehdään yhä useammin LED-valoilla, joissa yhdistyvät merkki- ja valaistustoiminnot. Tunnetaan tuotenimellä SMD - Surface Mounted Device. Ne on suljettu koteloihin, joissa on vakiokoko. Tehon suhteen niitä voidaan verrata merkkivaloihin. Suuri määrä tällaisia ​​LED-valoja voidaan asentaa pienelle alueelle painettu piirilevy. Tämän ansiosta on mahdollista saada lähes minkä kokoisia LED-lamppuja ja -paneeleja.

Erikseen on syytä huomata joukko erittäin kirkkaita LED-valoja, joita käytetään laajalti ulkomainonnassa ja auton virittämisessä. Ne tunnetaan nimellä "Piranha" ja niillä on suorakaiteen muotoinen muoto ja parannetut sirontaominaisuudet. Neljän tapin avulla voit kiinnittää elementin jäykästi laudalle tai muulle tasolle. Päävärit ovat valkoinen, punainen, vihreä ja sininen, koot 3-7,7 mm.

Tällä hetkellä LED-valoja käytetään eniten sisätiloissa. Niitä edustaa COB-mallisto, joka tarkoittaa Ghip On Boardia. Nämä valonlähteet voivat olla lämpimiä ja kylmiä, valkoisia, keltaisia ​​ja muita sävyjä. Ne ovat väriltään samanlaisia ​​​​kuin tavalliset hehkulamput, loistelamput ja jopa luonnollinen auringonvalo. Nämä parametrit riippuvat suoraan puolijohteiden ja käytetyn loisteaineen ominaisuuksista. Päällystykseen käytetään pääasiassa sinisiä LEDejä, jotka mahdollistavat punaisen, vihreän, keltaisen ja muiden värien saamisen. Valon ominaisuudet ovat mahdollisimman lähellä loisteputkivalaistusta.

Rakenteellisesti SOV-LEDit koostuvat monista kiteisistä puolijohteista, jotka on asennettu yhteiselle alustalle ja päällystetty fosforilla. Näin ollen on mahdollista saavuttaa korkea kirkkaus useiden hyvin lähekkäin sijaitsevien valonlähteiden aiheuttaman kokonaisvalovirran vuoksi. Tarvittaessa tällaisia ​​LED-valoja voidaan käyttää ilmaisimina.

Käytön aikana nämä elementit vaativat välttämättä lämmönpoistoa, ja suuren ja suuren tehon omaavat laitteet on varustettu pattereilla. Muuten LED-kiteet tuhoutuvat lämmön vaikutuksesta. Jos ne ovat osittain tuhoutuneet, koko substraatti on vaihdettava. Siksi on suositeltavaa huolehtia jäähdytyksestä etukäteen.

Nykyään hehkulamppujen valonlähteet, joiden LEDit muistuttavat tavallista hehkulankaa, ovat yhä suositumpia. Tämän tyyppisten LEDien valoominaisuudet ovat huomattavasti parempia kuin minkä tahansa OWL-mallin. Tämä saavutetaan kautta Suuri määrä lasialustalle asennettuja kiteitä. Seuraavaksi koko rakenne täytetään fluoresoivalla koostumuksella. Tämä tekniikka nimeltä Chip On Glass, mikä tarkoittaa lastua lasilla.

Näkyvä avaruuskulma on 3600, joten valotehokkuus on korkeampi kuin litteillä matriiseilla. 6 W LED-lampulla on sama valopäästö kuin perinteisellä 60 W hehkulampulla.

LED-parametrit

Yksi LEDien pääominaisuuksista on käyttövirta. Tosiasia on, että nämä elementit voivat toimia vain tietyllä virranvoimakkuudella, mikä varmistaa normaalin toiminnan. Siksi jopa hieman yli asetetun virran arvon johtaa nopeasti LEDin vikaantumiseen - se yksinkertaisesti palaa.

Käyttövirta on erilainen jokaiselle valonlähdetyypille. Tehokkaammat elementit vaativat vastaavan enemmän korkea virta. Säätääksesi vaaditun virta-arvon kussakin LED-valo lamppuun on asennettu erityiset ajurit. Jos LED on kytketty erikseen, sinun on tiedettävä se tekniset ominaisuudet rajoittaa virtaa halutun ohjaimen, kondensaattorin tai vastuksen avulla.

Ei vähempää tärkeä parametri LEDit ovat käyttöjännite. Sen arvo riippuu itse puolijohteista ja muista valmistuksessa käytetyistä materiaaleista. Siten erivärisillä LEDeillä on erilaiset käyttöjännitteet. Eli käyttöjännitteen arvo voidaan asettaa tietyn LEDin värin mukaan.

Useimmissa tapauksissa lamppujen virtalähde ja LED-nauhat suoritetaan ohjaimilla, lähdöllä DC 12 V. Eli sisään sarjapiiri LEDiä voi olla vain 4, joiden käyttöjännite on 3 V. Jos sytytät vielä viidennen LEDin, tällainen piiri ei toimi. Tätä ominaisuutta kutsutaan myös jännitehäviöksi, joka tässä tapauksessa on 3 volttia.

Emme saa unohtaa sellaista parametria kuin LED-teho. Sen suorituskykyyn vaikuttaa kaksi aikaisempaa ominaisuutta - käyttövirta ja jännitehäviö. Suuritehoisten LEDien suuri virta on yhdistettävä korkealaatuiseen jäähdytysjärjestelmään. Tätä tarkoitusta varten käytetään alumiini- ja kuparipattereita sekä pakotettuja ilmajäähdyttimiä.

Minkä tahansa LEDin teho määritetään kertomalla jännite virralla. Laskettaessa LED kokoonpano kaikki käytetyt elementit otetaan huomioon. Esimerkiksi, yleinen valta LED, mukaan lukien 100 1 watin kristallia, on 100 wattia.

Valaistus-LED-valaisimet lähettävät sen tehoa enemmän kuin muut lähteet - hehkulamput, loistelamput ja muut saman tai suuremman tehon lamput. Näin ollen niillä on korkeampi valotehokkuus tietyn LEDin jokaista wattia kohden. Nämä erinomaiset ominaisuudet vaihtelevat kuitenkin huomattavasti tietyn esineen tyypistä ja valmistuksesta riippuen.

Hajautuskulmalla ei ole vähäistä merkitystä. LED-lampuilla se on pienempi kuin muilla lampuilla. Sen laajentamiseksi käytetään erityisiä hajautuvia linssejä. Jos on tarpeen luoda kapea sirontakulma, käytetään kollektiivisia linssejä valonsäteen kaventamiseksi. LED-valosäteen kirkkaus on epätasainen sirontakulman rajoissa. Kirkas hehku keskellä vähenee vähitellen, kun valovirta lähestyy tämän kulman reunoja.

Luokittelu