Šviesos diodai sparčiai keičia kaitrines lemputes beveik visose srityse, kuriose jų padėtis atrodė nepajudinama. Puslaidininkinių elementų konkurenciniai pranašumai buvo įtikinami: maža kaina, ilgaamžiškumas ir, svarbiausia, didesnis efektyvumas. Jei lempų efektyvumas buvo mažesnis nei 5 %, tai kai kurie LED gamintojai teigia, kad bent 60 % sunaudojamos elektros energijos paverčiama šviesa. Šių teiginių teisingumas lieka ant rinkodaros specialistų sąžinės, tačiau sparčiai besivystančios puslaidininkinių elementų vartojimo savybės niekam nekelia abejonių.
Turinys
Kas yra šviesos diodas ir kaip jis veikia
Šviesos diodas (šviesos diodas, LED) yra įprastas puslaidininkinis diodaspagamintas iš kristalų:
- galio arsenido, indžio fosfido arba cinko selenido - optiniams spinduliuotojams;
- Galio nitridas - skirtas ultravioletinių spindulių prietaisams;
- švino sulfidas - infraraudonųjų spindulių diapazone spinduliuojantiems elementams.
Šios medžiagos pasirinktos todėl, kad iš jų pagamintų diodų p-n sandūra skleidžia šviesą, kai prijungiama tiesioginė įtampa. Įprasti silicio arba germanio diodai skleidžia mažai arba visai neskleidžia spinduliuotės.
Šviesos diodų spinduliavimą lemia ne puslaidininkinio elemento įkaitimo laipsnis, o elektronų perėjimas iš vieno energijos lygio į kitą vykstant krūvininkų (elektronų ir skylučių) rekombinacijai. Gauta šviesa yra monochromatinė.
Šiai spinduliuotei būdingas labai siauras spektras, todėl šviesos filtrais sunku išskirti norimą spalvą. Kai kurių spalvų (baltos, mėlynos) šiuo gamybos principu pasiekti neįmanoma. Todėl šiuo metu vyrauja technologija, kai išorinis šviesos diodo paviršius padengtas fosforu, o jo švytėjimą inicijuoja p-n sandūros spinduliavimas (kuris gali būti matomas arba slypėti ultravioletinių spindulių diapazone).
LED dizainas
Iš pradžių šviesos diodas buvo suprojektuotas taip pat, kaip ir įprastas diodas - p-n sandūra ir du kaiščiai. Švytėjimui stebėti reikalingas tik iš skaidraus junginio arba metalo pagamintas korpusas su skaidriu langeliu. Tačiau buvo sužinota, kad į prietaiso korpusą bus įmontuoti papildomi elementai. Pavyzdžiui, Rezistoriai - šviesos diodui įjungti reikiamos įtampos (12 V, 220 V) grandinėje be jokios išorinės grandinės. Arba osciliatorius su dalikliu, kad būtų galima sukurti mirksinčius šviesą skleidžiančius elementus. Jie taip pat padengė korpusą fosforu, kuris šviečia, kai užsidega p-n sandūra, taip padidindamas šviesos diodo galimybes.
Belaidžio perjungimo be kontaktų tendencija nesustojo ir su šviesos diodais. SMD prietaisai sparčiai užima vis didesnę rinkos dalį apšvietimo technologijų srityje, nes jų gamybos technologija yra pranašesnė. SMD gaminiuose nėra švino. P-n sandūra sumontuota ant keraminio pagrindo, užpildyta mišiniu ir padengta fosforu. Įtampa tiekiama per kontaktines plokšteles.
Šiuo metu apšvietimo prietaisuose naudojami COB technologija pagrįsti šviesos diodai. Šios technologijos esmė yra ta, kad vienoje plokštelėje kelios (nuo 2-3 iki kelių šimtų) p-n sandūros sujungiamos į matricą. Viskas sudedama į vieną korpusą (arba suformuojamas SMD modulis) ir padengiama fosforu. Ši technologija yra labai perspektyvi, tačiau mažai tikėtina, kad ji visiškai išstums kitų konstrukcijų šviesos diodus.
Kokių tipų šviesos diodų galima įsigyti ir kur jie naudojami
Optinio nuotolio šviesos diodai naudojami kaip indikaciniai elementai ir apšvietimo įtaisai. Kiekvienai specializacijai keliami saviti reikalavimai.
Indikaciniai šviesos diodai
Indikacinio šviesos diodo paskirtis - nurodyti įrenginio būseną (maitinimo šaltinis, pavojaus signalas, jutiklio suveikimas ir t. t.). Šioje srityje plačiai naudojami šviesos diodai su p-n sandūros švytėjimu. Prietaisai su fosforu nėra draudžiami, tačiau nėra konkretaus taško. Šiuo atveju ryškumas nėra labai svarbus. Pirmenybė teikiama kontrastui ir plačiam žiūrėjimo kampui. Šviesos diodai naudojami prietaisų skydeliuose (su tikromis skylutėmis), plokštėse - kaištinio tipo ir SMD.
Apšvietimo šviesos diodai
Priešingai, elementai su fosforu daugiausia naudojami apšvietimui. Tai užtikrina pakankamą šviesos srautą ir natūralioms spalvoms artimas spalvas. Šios srities išvesties šviesos diodai yra praktiškai išstumti SMD elementų. Plačiai naudojami COB šviesos diodai.
Prietaisus, skirtus optiniams arba infraraudonųjų spindulių signalams perduoti, galima priskirti atskirai kategorijai. Pavyzdžiui, buitinių prietaisų nuotolinio valdymo įtaisai arba apsaugos įtaisai. UV elementai gali būti naudojami kompaktiškiems UV šaltiniams (valiutos detektoriams, biologinėms medžiagoms ir t. t.).
Pagrindinės šviesos diodų savybės
Kaip ir bet kuris diodas, šviesos diodai pasižymi bendromis "diodų" savybėmis. Ribiniai parametrai, kurių viršijimas lemia prietaiso gedimą:
- didžiausia leistina tiesioginė srovė;
- Didžiausia tiesioginė įtampa;
- Didžiausia leistina atvirkštinė įtampa.
Kitos charakteristikos būdingos diodams.
Apšvietimo spalva
Šviesos spalva - šis parametras apibūdina šviesos diodus optiniame diapazone. Daugeliu atvejų šviestuvai yra baltos spalvos su skirtingais šviesos temperatūra. Indikatorinėse lemputėse tai gali būti bet kuri matoma spalva.
Bangos ilgis
Šis parametras tam tikru mastu dubliuoja ankstesnįjį, tačiau su dviem išlygomis:
- IR ir UV prietaisai neturi matomos spalvos, todėl jiems tai yra vienintelė savybė, apibūdinanti spinduliuotės spektrą;
- šis parametras labiau tinka tiesioginio spinduliavimo šviesos diodams - elementai su fosforu spinduliuoja plačiame diapazone, todėl jų švytėjimo neįmanoma vienareikšmiškai apibūdinti pagal bangos ilgį (koks bangos ilgis gali būti baltos spalvos?).
Todėl spinduliuojamos bangos ilgis yra gana informatyvus dydis.
Srovės suvartojimas
Absorbuota srovė yra darbinė srovė, kuriai esant spinduliuojama šviesa yra optimalaus ryškumo. Jei ji šiek tiek viršijama, prietaisas greitai nesuges - tai yra skirtumas nuo didžiausios leistinos vertės. Sumažinti jį taip pat nepageidautina - sumažės spinduliuotės intensyvumas.
Maitinimas
Energijos suvartojimas yra paprastas. Esant nuolatinei srovei, ji yra paprasčiausiai sunaudojamos srovės ir naudojamos įtampos sandauga. Apšvietimo gaminių gamintojams dažnai būna painu ant pakuotės dideliais skaičiais rašyti kaitrinės lempos, kurios šviesos srautas yra toks pat kaip šviestuvo, ekvivalentinį galingumą.
Matomas kietasis kampas
Regimasis kietasis kampas paprasčiausiai vaizduojamas kaip kūgis, išeinantis iš šviesos šaltinio centro. Šis parametras yra lygus šio kūgio atsivėrimo kampui. Indikacinių šviesos diodų atveju jis lemia, kaip pavojaus signalas bus matomas iš šono. Šviestuvuose jis lemia šviesos srautą.
Didžiausias šviesos intensyvumas
Didžiausias šviesos stipris kandelomis nurodytas prietaiso techninėse specifikacijose. Tačiau praktikoje patogiau naudotis šviesos srauto sąvoka. Šviesos srautas (liumenais) yra lygus šviesos intensyvumo (kandela) ir tariamojo kampo sandaugai. Du vienodo intensyvumo šviesos diodai skirtingu kampu skleidžia skirtingą šviesą. Kuo didesnis kampas, tuo didesnis šviesos srautas. Taip patogiau skaičiuoti apšvietimo sistemas.
Įtampos kritimas
Tiesioginis įtampos kritimas - tai įtampa, kuri krinta ant šviesos diodo, kai jis yra atidarytas. Jį žinodami galite apskaičiuoti įtampą, reikalingą, pavyzdžiui, šviesos elementų serijai įjungti.
Kaip sužinoti, kokiai įtampai skirtas šviesos diodas
Lengviausias būdas sužinoti vardinę šviesos diodo įtampą - pasiskaityti žinynuose. Tačiau jei randamas neaiškios kilmės nežymėtas prietaisas, jį galima prijungti prie reguliuojamo maitinimo šaltinio ir tolygiai didinti įtampą nuo nulio. Esant tam tikrai įtampai, šviesos diodas ryškiai mirksi. Tai yra elemento darbinė įtampa. Atliekant šį testą reikia nepamiršti kelių niuansų:
- bandomas prietaisas gali turėti įmontuotą rezistorių ir būti pritaikytas pakankamai aukštai įtampai (iki 220 V) - ne kiekvienas maitinimo šaltinis turi tokį reguliavimo diapazoną;
- šviesos diodo spinduliavimas gali būti už matomo spektro ribų (UV arba IR) - tada uždegimo momento vizualiai neįmanoma nustatyti (nors kai kuriais atvejais IR prietaiso švytėjimą galima pamatyti išmaniojo telefono kamera);
- Elementą prie nuolatinės įtampos šaltinio reikia jungti griežtai laikantis poliariškumo, nes priešingu atveju, esant atvirkštinei įtampai ir viršijant prietaiso galimybes, galima sunaikinti šviesos diodą.
Jei nežinote elemento kaiščio, geriau padidinkite įtampą iki 3...3,5 V, o jei šviesos diodas neužsidegė - pašalinkite įtampą, pakeiskite šaltinio polių jungtį ir pakartokite procedūrą.
Kaip nustatyti šviesos diodo poliškumą
Yra keletas būdų, kaip nustatyti laidų poliškumą.
- Naudojant bešvinius elementus (įskaitant COB), maitinimo įtampos poliškumas nurodomas tiesiai ant korpuso - simboliais arba blyksniais ant korpuso.
- Kadangi šviesos diodas turi įprastinę p-n sandūrą, jį galima tikrinti multimetru, naudojant diodų bandymo režimą. Kai kurių testerių matavimo įtampa yra pakankama, kad uždegtų šviesos diodą. Tada teisingą sujungimą galima patikrinti vizualiai pagal elemento švytėjimą.
- Kai kurie CCCP prietaisai su metaliniu korpusu turi raktą (išsikišimą) katodo srityje.
- Katodo švinas yra ilgesnis. Pagal šią funkciją galima identifikuoti tik nesujungtus elementus. Naudotų šviesos diodų gnybtai sutrumpinami ir išlenkiami, kad juos būtų galima montuoti savavališkai.
- Galiausiai galite sužinoti, kokioje padėtyje yra anodas ir katodas galima nustatyti tuo pačiu metodu, kuris naudojamas LED įtampai nustatyti. Šviesos spinduliavimas bus įmanomas tik tada, jei elementas bus tinkamai prijungtas - katodas prie šaltinio minuso, o anodas - prie pliuso.
Technologijų plėtra nestovi vietoje. Prieš kelis dešimtmečius šviesos diodas buvo brangus laboratorinių eksperimentų žaislas. Dabar sunku įsivaizduoti gyvenimą be jo. Kas bus toliau - parodys laikas.
Susiję straipsniai:
