Over het gebruik van LED's, LED-apparaten, hoe een LED te verlichten

Iedereen is nu bekend met LED's: LED-verlichting, LED-lampen, linten en nog veel meer. Dankzij de inspanningen van de ontwikkelaars verschenen absoluut exotische apparaten, bijvoorbeeld, een mondstuk op een waterkraan.

Aan de buitenkant is het een doorzichtige plastic cilinder: koel water wordt erin gegoten - in het mondstuk gaat een blauwe LED branden, het wordt warmer - het wordt geel en zelfs als het water te heet is, wordt het mondstuk rood. De inhoud van de interne vulling is onbekend, maar het feit dat LED's worden gebruikt als emitterende elementen is duidelijk.

De eerste LED werd ontwikkeld aan de Universiteit van Illinois in 1962. In 1990 werden heldere en later superheldere LED's geboren.

De LED zelf lijkt erg op een conventionele gelijkrichterdiode, alleen wanneer er een gelijkstroom doorheen stroomt, begint het halfgeleiderkristal te gloeien. De Engelse naam voor LED's is light emitting diode, of LED, wat letterlijk kan worden vertaald als een light emitting diode.

Om verschillende golflengten van straling (kleur) te verkrijgen, worden verschillende doteerstoffen aan de halfgeleider toegevoegd. Door de toevoeging van aluminium, helium, indium en fosfor straalt het kristal kleuren uit van rood naar geel. Om een ​​gloed van blauw naar groen te krijgen, zijn de kristallen gedoteerd met stikstofdeeltjes, gallium of indium.

Tegenwoordig zijn witte LED's waarschijnlijk de meest voorkomende. Kortom, dit zijn producten voor het creëren van verlichting - van zaklampen, souvenirs tot serieuze spots voor installatie op daken en gevels van gebouwen. Maar hier is een interessant detail: in de natuur is er geen halfgeleidermateriaal dat in wit kan gloeien.

Hoe hier te zijn? Ultraviolette straling hielp om uit deze situatie te komen: het "ultraviolette" kristal is bedekt met een laag fosfor, ongeveer hetzelfde als in fluorescentielampen, waardoor de LED wit oplicht.

Maar er is ook een hinderlaag. Net als bij fluorescentielampen verliest de fosfor na verloop van tijd zijn eigenschappen, de gloed wordt zwak. Om dergelijke slijtage te voorkomen, moet de LED echter minimaal een jaar continu branden, en misschien zelfs meer. Dus met periodiek in- en uitschakelen is de levensduur van deze apparaten vrij groot.

Aanvankelijk waren de LED's vooral bedoeld voor aanwijsapparaten, ze vervingen de miniatuur gloeilampen. De voordelen zijn hier niet te ontkennen. Dit is een laag stroomverbruik, lage voedingsspanning en ook een hoge duurzaamheid: een gloeilamp heeft een levensduur van niet meer dan duizend uur, terwijl voor LED's deze parameter enkele tienduizenden bedraagt.

Sommige bronnen beweren dat de LED continu tot 11 jaar kan werken! Maar in sommige apparaten, om een ​​gloeilamp te vervangen, moet men zijn toevlucht nemen tot een aanzienlijke demontage van de behuizing en het hele display. Hier helpen een hamer, een beitel en een andere moeder volledig.

Een onderscheidende parameter van LED's is een verscheidenheid aan kleuren, waardoor filters niet meer nodig zijn. In vergelijking met gloeilampen LED-lampen beschikken over verhoogde mechanische sterkte, waardoor het gemakkelijk is om trillingen en schokbelastingen te verdragen. Natuurlijk binnen redelijke grenzen.

LED-apparaat

De eerste LED's werden geproduceerd in metalen behuizingen met een transparant venster. Naarmate de technologie verbeterde, begon de romp volledig van plastic te worden gemaakt.De kleur van het plastic komt in de regel overeen met de kleur van de gloed, maar transparante behuizingen komen ook veel voor. Welke kleur zo'n LED schijnt, kan pas worden ontdekt nadat deze is opgenomen.

Hetzelfde als conventionele gelijkrichterdiodeDe LED heeft twee pinnen anode en kathode. Let daarom bij het aansluiten op de polariteit. De output van de anode is in de regel iets langer dan de kathode, maar dit is nog steeds een nieuwe LED. Als de poten al zijn getrimd, kunnen de conclusies worden bepaald door de "spreekwoordelijke" multimeter: met de juiste polariteit van de verbinding licht de LED een beetje op.

In de tegenovergestelde richting moet het apparaat een grote weerstand hebben, bijna een open, zoals het geval is met een conventionele gelijkrichterdiode. De interne opstelling van de LED in een transparante behuizing is weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. De interne structuur van de LED in een transparante behuizing

Hoe een LED aan te steken

Heel vaak stellen amateur-radioamateurs de vraag: "Welke spanning is nodig om een ​​LED aan te steken?". Hier ziet u de analogie met gloeilampen. Deze lamp is voor 220V en deze is voor 12. In het geval van een LED, kan niet worden gezegd dat deze LED voor 5V is en deze voor 12V. De vraag is, waarom zo?

Het feit is dat de LED een stroomapparaat is: een stroombegrenzende weerstand wordt er in serie mee ingeschakeld, zoals weergegeven in figuur 2.

Figuur 2 LED-bedradingsschema via een stroombegrenzende weerstand

Het is gemakkelijk om te zien dat de LED is aangesloten op een DC-bron met de juiste polariteit: de anode is verbonden met de positieve pool van de batterij, en de kathode via de beperkende weerstand, respectievelijk met de negatieve. Natuurlijk kan de beperkende weerstand ook worden opgenomen in de breuk van de anode-uitgang, omdat het circuit serieel is!

De DC-bron in de figuur wordt weergegeven als een galvanische cel met een spanning van niet meer dan anderhalve volt. In feite kan het een batterij cellen zijn met een spanning van 12 ... 24V, en met de juiste opname, zelfs een AC-verlichtingsnetwerk van 220V. Het belangrijkste is om de gelijkstroom door de LED te beperken tot het niveau dat wordt vermeld in de technische documentatie. Voor de meeste moderne LED's is deze stroom 20 mA.

Maar hier is het goed om een ​​kleine opmerking te maken over het probleem van LED-spanning. Het feit is dat voor de miniaturisatie van elektronische apparatuur momenteel de productie van LED's met een geïntegreerde beperkende weerstand in de behuizing is vastgesteld. Door deze integratie kunnen we zeggen dat deze LED een werkspanning van 12V heeft, en deze is slechts 5.

Het is met deze markering dat u de prijskaartjes op de planken van radiomarkten kunt zien. Toegegeven, dergelijke apparaten zijn niet gebruikelijk, daarom moet men de beperkende weerstand niet vergeten.

Er is ook een categorie LED's ontworpen voor een specifieke bedrijfsspanning. Dit zijn de zogenaamde knipperende LED's met daarin een geïntegreerde generator, waardoor het kristal op een bepaalde frequentie knippert. Pogingen om de knipperfrequentie te veranderen met behulp van externe condensatoren en andere trucs zijn gedoemd te mislukken. Hoewel enige verandering in frequentie kan worden bereikt door de voedingsspanning te variëren.

Knipperende LED's worden dus specifiek voor een bepaalde spanning geproduceerd: hoogspanning 3 ... 14V en laagspanning 1.8 ... 5V. Tegelijkertijd ontbreekt de ingebouwde beperkende weerstand voor laagspannings-knipperende LED's. Hier moet je maximale aandacht tonen. Maar terug naar gewone LED's.

Er is dus al gezegd dat de gelijkstroom van de meeste LED's 20 milliampère is. Het is mogelijk om iets minder te maken (alleen de helderheid neemt af en de kleur zal een beetje anders zijn dan verwacht), maar meer is zeer ongewenst. Het is deze stroomwaarde die bedoeld is om de in figuur 2 getoonde beperkende weerstand te bieden.

Om de weerstandswaarde van deze weerstand te berekenen, moet u twee parameters kennen.Ten eerste is het de voedingsspanning van het circuit (let op, het is SCHEMES, geen enkele LED) en ten tweede een directe spanningsval op de LED.

Deze directe daling is gespecificeerd in de technische documentatie en voor de meeste soorten LED's ligt deze in het bereik van 1,8 ... 3,6 V (voor elk type zijn eigen, maar meestal 2 V). Dit is de directe spanningsval op de LED bij een stroom van 20 mA. Met dergelijke gegevens is het heel eenvoudig om de weerstand van de beperkende weerstand te berekenen. Om duidelijk te maken waar het vandaan komt, kunt u het eenvoudige diagram gebruiken dat wordt weergegeven in figuur 3.

Figuur 3LED aansluitschema

Het is duidelijk dat de in serie geschakelde weerstand R1 en LED HL1 een spanningsdeler zijn. Het is ook bekend dat een directe spanningsval op de LED volgens de referentiegegevens precies 2V is. Hier hebben we zo'n goede LED.

Dan zal bij een voedingsspanning van 12V de spanningsval over de weerstand R1 12V - 2V = 10V zijn. Daarom is het volgens de wet van Ohm gemakkelijk om de weerstand van de weerstand te berekenen waarbij de stroom door de LED 20 mA zal zijn: R = U / I = 10 V / 20 mA = 0,5 KΩ.

Formule voor het berekenen van de beperkende weerstand:

Alles is hier duidelijk en eenvoudig. In de teller staan ​​de voedingsspanning en een directe spanningsval op de LED. De noemer bevat de vereiste stroom door de LED vermenigvuldigd met een betrouwbaarheidsfactor van 0,75. In de mechanica wordt dit veiligheidsmarge genoemd.

In het geval dat meerdere LED's in serie zijn aangesloten, wordt de spanningsval eenvoudig opgeteld en vervangen in de bovenstaande formule. Natuurlijk wordt in dit geval de weerstand R in dit geval minder dan voor een enkele LED.

Natuurlijk komt er wat stroom op de weerstand. Zodat de weerstand niet onmiddellijk of na verloop van tijd opbrandt, wordt het vermogen meestal berekend met de formule:

Alle hoeveelheden hebben de SI-systeemdimensie: spanning in volt, weerstand in Ohm, vermogen in watt.

Heel vaak is er behoefte aan verschillende methoden om LED's aan te sluiten, ze aan te sluiten op verschillende stroombronnen, maar dit zal in het vervolg van het artikel worden besproken.

Zie ook: Hoe de LED-strip op de voeding aan te sluiten

Boris Aladyshkin