A LED-ek használatáról, LED-eszközökről, a LED-ek világításáról

Mindenki ismeri a LED-eket: LED-es lámpák, LED-lámpák, szalagok és még sok más. A fejlesztők erőfeszítéseinek köszönhetően abszolút egzotikus eszközök jelentek meg, például egy fúvóka egy vízcsapon.

Külsőleg átlátszó műanyag henger: hideg víz öntött be - a fúvóka belsejében kék LED világít, melegebb lett - sárgára vált, és még ha a víz is forró, a fúvóka pirosra vált. A belső töltés tartalma ismeretlen, de nyilvánvaló az a tény, hogy a LED-eket emittáló elemekként használják.

Az első LED-et 1962-ben fejlesztették ki az illinoisi egyetemen. 1990-ben születtek fényes, később szuper fényes LED-ek.

Maga a LED nagyon hasonlít a hagyományos egyenirányító diódákhoz, csak akkor, ha egy egyenáram halad át rajta, a félvezető kristályok izzanak. A LED-ek angol neve light emitting diode, vagy LED, amelyet szó szerint fénykibocsátó diódaként lehet lefordítani.

A különböző sugárzási hullámhosszok (szín) előállításához különféle adalékanyagokat adnak a félvezetőhöz. Alumínium, hélium, indium és foszfor hozzáadása miatt a kristály színeket bocsát ki vörösből sárgaig. Ahhoz, hogy kékről zöldre ragyogjon, a kristályokat nitrogén-, gallium- vagy indiumrészecskékkel kell adalékolni.

Manapság a fehér LED-ek valószínűleg a leggyakoribbak. Alapvetően ezek világítástechnikai termékek, a zseblámpáktól, emléktárgyaktól kezdve a súlyos reflektorfényekig, az épületek tetőire és homlokzataira történő felszerelésre. De itt van egy érdekes részlet: a természetben nincs olyan félvezető anyag, amely fehér színben világíthatna.

Hogy lehet itt? Az ultraibolya sugárzás segített kiszabadulni ebből a helyzetből: az "ultraibolya" kristályt foszforréteg borítja, körülbelül ugyanolyan, mint a fénycsövekben, aminek eredményeként a LED fehér fényben világít.

De van némi csapda is. A fénycsövekhez hasonlóan a foszfor idővel elveszíti tulajdonságait, és a fény gyenge lesz. Ahhoz azonban, hogy ilyen kopás bekövetkezzen, a LED-nek legalább egy évig, és talán még tovább is folyamatosan világítania kell. Tehát az időszakos be- és kikapcsolás mellett ezen eszközök élettartama meglehetősen nagy.

A LED-ek kezdetben elsősorban az eszközök jelzésére szolgáltak, helyettesítették a miniatűr izzólámpákat. Az előnyök itt tagadhatatlanok. Ez alacsony energiafogyasztás, alacsony tápfeszültség és magas tartósság: az izzólámpa élettartama nem haladja meg az ezer órát, míg a LED-ek esetében ez a paraméter több tízezer.

Egyes források szerint a LED 11 évig folyamatosan működhet! Egyes készülékekben azonban egy villanykörte cseréjéhez a ház és a teljes kijelző panel jelentős szétszerelését kell végrehajtani. Itt egy kalapács, véső és néhány más anya teljes mértékben segít.

A LED-ek megkülönböztető paramétere a színek sokfélesége, amely fényszűrők használata nélkül lehetővé teszi. Összehasonlítva az izzólámpákkal LED izzók megnövekedett mechanikai szilárdsággal rendelkeznek, ami megkönnyíti a rezgés- és ütésterhelések elviselését. Természetesen ésszerű határokon belül.

LED készülék

Az első LED-eket fémtokokban gyártották átlátszó ablakkal. A technológia fejlődésével a hajótest teljesen műanyagból készült.A műanyag színe általában a fény színének felel meg, de az átlátszó esetek is nagyon gyakoriak. Milyen színű az ilyen LED világít, csak a beépítése után tudhat meg.

Ugyanaz, mint hagyományos egyenirányító diódaA LED-nek két csapja van anódja és katódja. Ezért csatlakoztatáskor vegye figyelembe a polaritást. Az anód kimenete általában kissé hosszabb, mint a katód, de ez még mindig egy új LED. Ha a lábak már meg vannak vágva, akkor a következtetéseket a „közmondásos” multiméter határozhatja meg: a csatlakozás megfelelő polaritásával a LED kicsit felvillan.

Ellenkező irányban a készüléknek nagy ellenállással kell rendelkeznie, majdnem nyitottnak, mint például a hagyományos egyenirányító dióda esetén. A LED belső elrendezését egy átlátszó házban az 1. ábra mutatja.

1. ábra: A LED belső szerkezete átlátszó tokban

Hogyan világítsunk meg egy LED-et?

Az amatőr rádióamatőrök gyakran kérdezik: “Milyen feszültségre van szükség a LED világításához?” Itt látható az analógia az izzólámpákkal. Ez a lámpa 220 V-ra, ez a 12-re vonatkozik. LED használata esetén nem lehet azt mondani, hogy ez a LED 5 V-ra, ez a 12 V-ra vonatkozik. A kérdés az, hogy miért?

A helyzet az, hogy a LED áramerősségű eszköz: egy áramkorlátozó ellenállás sorba kapcsolva vele működik, ahogy az a 2. ábrán látható.

2. ábra LED-kapcsolási rajz egy áramkorlátozó ellenálláson keresztül

Könnyű belátni, hogy a LED a megfelelő polaritású DC-forráshoz van csatlakoztatva: az anód az akkumulátor pozitív pólusához, a katód a korlátozó ellenálláson keresztül pedig negatívhoz van csatlakoztatva. A korlátozó ellenállás természetesen belefoglalható az anódkimenet törésébe, mert az áramkör soros!

Az ábrán az egyenáramú forrás galvanikus cellaként jelenik meg, amelynek feszültsége legfeljebb másfél volt. Valójában ez lehet 12 ... 24 V feszültségű cellák és megfelelő beépítés mellett akár 220 V váltakozó áramú világítási hálózat is. A lényeg az, hogy a LED-en keresztüli egyenáramot korlátozza a műszaki dokumentációban megadott szintre. A legtöbb modern LED esetében ez az áram 20 mA.

De itt helyes egy kis megjegyzés a LED-feszültség kérdéséről. A tény az, hogy jelenleg az elektronikus berendezések miniatürizálása céljából beépítették a házba integrált, korlátozó ellenállású LED-ek gyártását. Ez az integráció azt mondhatja, hogy ennek a LEDnek 12 V üzemi feszültsége van, ez pedig csak 5.

Ezzel a jelöléssel láthatja az árcédulákat a rádiópiacok polcán. Igaz, hogy ilyen eszközök nem gyakoriak, ezért nem szabad elfelejteni a korlátozó ellenállást.

Van még egy kategóriájú LED, amelyet egy adott üzemi feszültségre terveztek. Ezek az úgynevezett villogó LED-ek, amelyekben beépített generátor van, ami a kristályt egy adott frekvencián villog. A villogási frekvencia külső kondenzátorok és más trükkök segítségével történő megváltoztatásának kísérlete kudarcra van ítélve. Bár a frekvencia változása a tápfeszültség változtatásával érhető el.

Tehát a villogó LED-eket egy adott feszültségre állítják elő: nagyfeszültségű 3 ... 14 V és alacsony feszültségű 1,8 ... 5 V. Ugyanakkor hiányzik az alacsony feszültségű villogó LED-ek beépített korlátozó ellenállása. Itt maximális figyelmet kell mutatnia. De vissza a szokásos LED-ekhez.

Tehát, már elmondták, hogy a legtöbb LED egyenáramja 20 milliamper. Lehetőség van egy kicsit kevesebbre (csak a fényerő csökken, és a szín kissé eltér a várttól), de ez többet nem kívánatos. Ez az aktuális érték szolgál a 2. ábrán bemutatott korlátozó ellenállás biztosítására.

Ennek az ellenállásnak az ellenállási értékének kiszámításához két paramétert kell tudnia.Először is, ez az áramkör tápfeszültsége (vigyázzon, ez a RENDSZEREK, nem egyetlen LED) és másodszor, a közvetlen feszültségesés a LED-en.

Ezt a közvetlen esést a műszaki dokumentáció meghatározza, és a legtöbb LED-hez 1,8 ... 3,6 V tartományba esik (minden típushoz saját, de leginkább 2 V). Ez lesz a közvetlen feszültségcsökkenés a LED-en 20 mA árammal. Ilyen adatokkal nagyon egyszerű kiszámítani a korlátozó ellenállás ellenállását. Annak tisztázása érdekében, honnan származik, használhatja a 3. ábrán bemutatott egyszerű diagramot.

3. ábraLED csatlakoztatási rajz

Nyilvánvaló, hogy az R1 ellenállás és a sorban egymáshoz csatlakoztatott HL1 LED feszültségválasztó. Az is ismert, hogy a referenciaadatok alapján a LED-en a közvetlen feszültségcsökkenés pontosan 2V. Itt van ilyen jó LED.

Ezután 12 V tápfeszültségnél az R1 ellenállás feszültségcsökkenése 12 V - 2 V = 10 V lesz. Ezért az Ohmi törvény szerint könnyen kiszámolható az ellenállás ellenállása, amelynél a LED-en átáramló áram 20 mA lesz: R = U / I = 10V / 20mA = 0,5KΩ.

A korlátozó ellenállás kiszámításának képlete:

Itt minden tiszta és egyszerű. A számlálóban vannak a tápfeszültség és a közvetlen feszültségcsökkenés a LED-en. A nevező tartalmazza a LED-en átmenő szükséges áramot, szorozva 0,75 megbízhatósági tényezővel. A mechanikában ezt a biztonsági határnak nevezik.

Abban az esetben, ha több LED-et sorosan csatlakoztatnak, akkor a rajtuk levő feszültségcsökkenés egyszerűen összeadódik, és helyébe a fenti képlet lép. Természetesen ebben az esetben az R ellenállás ebben az esetben kevesebb lesz, mint egyetlen LED esetén.

Természetesen némi teljesítmény szabadul fel az ellenálláson. Annak érdekében, hogy az ellenállás nem ég el azonnal vagy idővel, teljesítményét általában a képlettel számítják ki:

Minden mennyiség rendelkezik a SI rendszer méretével: feszültség voltban, ellenállás ohmban, teljesítmény wattban.

Gyakran szükség van a LED-ek különféle csatlakoztatási módjaira, különféle energiaforrásokhoz történő csatlakoztatására, de erről a cikk folytatása foglalkozik.

Lásd még: Hogyan lehet a LED-csíkot csatlakoztatni a tápegységhez?

Boris Aladyshkin