LED's vervangen in rap tempo gloeilampen uit bijna alle gebieden waar hun posities onwrikbaar leken. Concurrentievoordelen van halfgeleiderelementen bleken overtuigend: lage kosten, lange levensduur en vooral hogere efficiëntie. Als het voor lampen niet meer dan 5% was, verklaren sommige LED-fabrikanten de transformatie in licht van ten minste 60% van de verbruikte elektriciteit. De juistheid van deze uitspraken blijft op het geweten van marketeers, maar de snelle ontwikkeling van consumenteneigenschappen van halfgeleiderelementen staat buiten twijfel.
Inhoud
Wat is een LED en hoe werkt het?
Light-emitting diode (LED, LED) is een conventionele halfgeleiderdiode, gemaakt op basis van kristallen:
- galliumarsenide, indiumfosfide of zinkselenide - voor emitters van het optische bereik;
- galliumnitride - voor apparaten van de ultraviolette sectie;
- loodsulfide - voor elementen die uitzenden in het infraroodbereik.
De keuze van deze materialen is te wijten aan het feit dat de pn-overgang van diodes die daaruit zijn gemaakt licht uitzendt wanneer een voorwaartse spanning wordt aangelegd. Voor gewone silicium- of germaniumdiodes wordt deze eigenschap zeer zwak uitgedrukt - er is praktisch geen gloed.
De emissie van de LED is niet gerelateerd aan de mate van verwarming van het halfgeleiderelement, het wordt veroorzaakt door de overgang van elektronen van het ene energieniveau naar het andere tijdens de recombinatie van ladingsdragers (elektronen en gaten). Het uitgestraalde licht is monochromatisch.
Een kenmerk van dergelijke straling is een zeer smal spectrum en het is moeilijk om de gewenste kleur te selecteren met lichtfilters. En sommige kleuren van de gloed (wit, blauw) met dit fabricageprincipe zijn onbereikbaar. Daarom is momenteel een technologie wijdverbreid waarbij het buitenoppervlak van de LED is bedekt met een fosfor en de gloed wordt geïnitieerd door p-n-overgangsstraling (die zichtbaar kan zijn of in het UV-bereik ligt).
LED-apparaat
De LED was oorspronkelijk op dezelfde manier gerangschikt als een conventionele diode - een pn-overgang en twee uitgangen. Enige koffer gemaakt van transparante compound of gemaakt van metaal met een transparant venster voor het waarnemen van de gloed. Maar ze leerden extra elementen in de schaal van het apparaat in te bedden. Bijvoorbeeld, weerstanden - om de LED in te schakelen in het circuit van de vereiste spanning (12 V, 220 V) zonder externe leidingen. Of een generator met een verdeler om flitsende lichtgevende elementen te creëren. Ook begon de behuizing te worden bedekt met een fosfor, die gloeit wanneer de pn-overgang wordt ontstoken - zo was het mogelijk om de mogelijkheden van de LED uit te breiden.
De trend naar de overgang naar draadloze radio-elementen is de leds niet omzeild. SMD-apparaten veroveren snel de verlichtingsmarkt, met voordelen in productietechnologie. Dergelijke elementen hebben geen conclusies. De P-n-overgang is gemonteerd op een keramische basis, gevuld met een verbinding en gecoat met een fosfor. Spanning wordt aangebracht via contactvlakken.
Momenteel begonnen verlichtingsapparaten te worden uitgerust met LED's die zijn vervaardigd met behulp van COB-technologie. De essentie is dat verschillende (van 2-3 tot honderden) pn-overgangen op één plaat zijn gemonteerd, verbonden in een matrix. Van bovenaf wordt alles in een enkele behuizing geplaatst (of er wordt een SMD-module gevormd) en bedekt met een fosfor. Deze technologie heeft grote perspectieven, maar het is onwaarschijnlijk dat deze andere versies van SD volledig zal vervangen.
Welke soorten LED's zijn er en waar worden ze gebruikt?
LED's van de optische reeks worden gebruikt als weergave-elementen en als verlichtingsinrichtingen. Elke specialisatie heeft zijn eigen vereisten.
Indicator-LED's
De taak van de indicatie-LED is om de status van het apparaat weer te geven (voeding, alarm, sensorwerking, enz.). In dit gebied worden veel LED's met pn-junctiegloed gebruikt. Het is niet verboden om apparaten met een fosfor te gebruiken, maar veel zin heeft het niet.Hier staat de helderheid van de gloed niet op de eerste plaats. De prioriteit is contrast en een brede kijkhoek. Output-LED's (true hole) worden gebruikt op instrumentenpanelen, output-LED's en SMD worden gebruikt op borden.
Verlichting LED's
Voor verlichting daarentegen worden voornamelijk elementen met een fosfor gebruikt. Hierdoor krijg je voldoende lichtopbrengst en kleuren die bijna natuurlijk zijn. Lead-out-LED's uit dit gebied worden praktisch uitgeperst door SMD-elementen. COB-LED's worden veel gebruikt.
In een aparte categorie kunnen we apparaten onderscheiden die zijn ontworpen om signalen in het optische of infraroodbereik te verzenden. Bijvoorbeeld voor afstandsbedieningen voor huishoudelijke apparaten of voor beveiligingsapparatuur. En elementen van het UV-bereik kunnen worden gebruikt voor compacte ultraviolette bronnen (detectoren voor valuta, biologische materialen, enz.).
Belangrijkste kenmerken van LED's
Zoals elke diode heeft LED algemene "diode"-kenmerken. Grensparameters, waarvan de overmaat leidt tot het falen van het apparaat:
- maximaal toegestane voorwaartse stroom;
- maximaal toegestane voorwaartse spanning;
- maximaal toegestane sperspanning.
De overige kenmerken hebben een specifiek "LED" karakter.
Glow kleur
Gloedkleur - deze parameter kenmerkt de LED's van het optische bereik. In verlichtingsarmaturen, in de meeste gevallen wit met verschillende lichttemperatuur. De indicatoren kunnen elk van de zichtbare kleuren hebben.
Golflengte
Deze parameter dupliceert tot op zekere hoogte de vorige, maar met twee kanttekeningen:
- apparaten in het IR- en UV-bereik hebben geen zichtbare kleur, daarom is deze eigenschap voor hen de enige die het stralingsspectrum kenmerkt;
- deze parameter is meer van toepassing op LED's met directe emissie - elementen met een fosfor emitteren in een brede band, zodat hun golflengte niet eenduidig kan worden gekarakteriseerd (welke golflengte kan een witte kleur hebben?).
Daarom is de golflengte van de uitgezonden golf een redelijk informatief cijfer.
Huidige consumptie
De verbruikte stroom is de bedrijfsstroom waarbij de helderheid van de straling optimaal is. Als het iets wordt overschreden, zal het apparaat niet snel falen - en dit is het verschil met het maximaal toegestane. Vermindering is ook ongewenst - de stralingsintensiteit zal dalen.
Stroom
Stroomverbruik - alles is hier eenvoudig. Bij gelijkstroom is het gewoon het product van de verbruikte stroom en de aangelegde spanning. Fabrikanten van verlichtingstechnologie brengen verwarring in dit concept door het equivalente vermogen in grote aantallen op de verpakking aan te geven - het vermogen van een gloeilamp waarvan de lichtstroom gelijk is aan de lichtstroom van een bepaalde lamp.
Zichtbare ruimtehoek
De schijnbare ruimtehoek kan het gemakkelijkst worden weergegeven als een kegel die uit het midden van de lichtbron komt. Deze parameter is gelijk aan de openingshoek van deze kegel. Voor indicatie-LED's bepaalt het hoe het alarm van buitenaf wordt gezien. Voor verlichtingselementen is de lichtstroom hiervan afhankelijk.
Maximale lichtintensiteit
De maximale lichtsterkte in de technische kenmerken van het apparaat wordt aangegeven in candela's. Maar in de praktijk bleek het handiger om met het concept van een lichtstroom te werken. De lichtstroom (in lumen) is gelijk aan het product van de lichtsterkte (in candela) en de schijnbare ruimtehoek.Twee LED's met dezelfde lichtsterkte geven verschillende verlichting onder verschillende hoeken. Hoe groter de hoek, hoe groter de lichtstroom. Het is dus handiger voor de berekening van verlichtingssystemen.
spanningsval
Voorwaartse spanningsval is de spanning die over de LED daalt wanneer deze aan is. Als je dit weet, kun je de benodigde spanning berekenen om bijvoorbeeld een reeks lichtgevende elementen te openen.
Hoe kom je erachter voor welke spanning een LED geschikt is?
De eenvoudigste manier om de nominale spanning van een LED te achterhalen, is door de referentieliteratuur te raadplegen. Maar als u een apparaat van onbekende oorsprong tegenkomt zonder markering, dan kunt u het aansluiten op een instelbare stroombron en de spanning soepel van nul verhogen. Bij een bepaalde spanning gaat de LED fel knipperen. Dit is de bedrijfsspanning van het element. Er zijn een paar dingen om in gedachten te houden bij het uitvoeren van deze controle:
- het te testen apparaat kan een ingebouwde weerstand hebben en is ontworpen voor een voldoende hoge spanning (tot 220 V) - niet elke stroombron heeft zo'n instelbereik;
- LED-straling kan buiten het zichtbare deel van het spectrum liggen (UV of IR) - dan kan het moment van ontsteking niet visueel worden bepaald (hoewel de gloed van een IR-apparaat in sommige gevallen kan worden gezien door een smartphone-camera);
- het is noodzakelijk om het element aan te sluiten op een constante spanningsbron met strikte inachtneming van de polariteit, anders is het gemakkelijk om de LED uit te schakelen met een sperspanning die de mogelijkheden van het apparaat overschrijdt.
Als er geen vertrouwen is in het kennen van de pin-out van het element, is het beter om de spanning te verhogen tot 3 ... 3,5 V, als de LED niet oplicht, verwijder dan de spanning, verander de aansluiting van de bronpolen en herhaal de procedure.
Hoe de polariteit van een LED te bepalen
Er zijn verschillende methoden om de polariteit van de leads te bepalen.
- Voor kabelloze elementen (inclusief COB) wordt de polariteit van de voedingsspanning direct op de behuizing aangegeven - door symbolen of getijden op de schaal.
- Omdat de LED een gewone pn-overgang heeft, kan deze worden opgeroepen met een multimeter in diodetestmodus. Sommige testers hebben een meetspanning die voldoende is om de LED te laten branden. Dan kan de juistheid van de verbinding visueel worden gecontroleerd door de gloed van het element.
- Sommige apparaten vervaardigd door CCCP in een metalen behuizing hadden een sleutel (uitsteeksel) in het kathodegebied.
- Voor uitgangselementen is de kathode-uitgang langer. Op basis hiervan is het mogelijk om de pinout alleen te bepalen voor niet-gesoldeerde elementen. Gebruikte LED-draden worden ingekort en gebogen voor montage op welke manier dan ook.
- Ontdek ten slotte de locatie anode en kathode misschien dezelfde methode als voor het bepalen van de spanning van de LED. De gloed is alleen mogelijk als het element correct is ingeschakeld - de kathode naar de min van de bron, de anode naar de plus.
De technologische ontwikkeling staat niet stil. Tot enkele decennia geleden was de LED een duur speelgoed voor laboratoriumexperimenten. Nu is het moeilijk om je een leven zonder hem voor te stellen. Wat er daarna zal gebeuren - de tijd zal het leren.
Vergelijkbare artikelen:
