Вступ
Видимі світлодіоди використовуються у великих кількостях як пілотні індикатори, цифрові індикаторні пристрої та індикаторні пристрої, як для побутового застосування, так і для промислового обладнання, це пов'язано з їх великими перевагами, а саме: незначною вагою та простором, помірною ціною та певною мірою невелика інерція, яка дозволяє візуалізувати не тільки два логічні стани, але й явища, характеристики яких поступово змінюються.
Його абревіатура походить від англійської (Light Emitting Diode): Led.
Як і інші пристрої відображення, світлодіоди можуть подавати червоне, зелене та синє світло. Матеріал світлодіода в основному складається з напівпровідникової комбінації.
GaP використовується в червоних або зелених світлодіодах; GaAsP для червоних, оранжевих або жовтих випромінювачів світла та GaAlAs для світлодіодів червоного світла. Такі матеріали, як SiC, GaN, ZnSe та ZnS, використовувались для випромінювачів синього кольору.
Фізичний принцип
Явище випромінювання світла засноване на зонній теорії, за допомогою якої зовнішня напруга, що подається на прямо поляризований p-n-перехід, збуджує електрони, завдяки чому вони здатні перетинати енергетичну смугу, що розділяє дві області.Якщо енергії достатньо, електрони виходять з матеріалу у вигляді фотонів.
Кожен напівпровідниковий матеріал має певні характеристики, а отже і довжину хвилі випромінюваного світла.
| Матеріал | Довжина хвилі | Колір |
| GaAs: Zn | 9000 Е | Інфрачервоний |
| GaAsP.4 | 6600 Е | Червоний |
| GaAsP.5 | 6100 Е | Бурштиновий |
| GaAsP.85: N | 5900 Е | Жовтий |
| GaP: N | 5600 Е | Зелений |
Таблиця 1. Довжини хвиль деяких
Сполуки галію
На відміну від ламп розжарювання, робота яких здійснюється за певної напруги, світлодіоди працюють від струму, який протікає через них. Його підключення до джерела постійної напруги повинно бути захищене обмежувальним опором, деякі приклади ми побачимо пізніше.
Теорія смуг
В ізоляторах нижня менш енергетична смуга (валентна зона) укомплектована внутрішніми е атомів, але верхня смуга (зона провідності) порожня і розділена дуже широкою забороненою смугою (
10 еВ), неможливо пройти через e-. У випадку провідників смуги провідності та валентності накладаються, так що будь-яка введена енергія є достатньою для витіснення електронів.
Між обома випадками розташовані напівпровідники, смугова структура яких дуже схожа на ізолятори, але з тією різницею, що ширина забороненої смуги досить мала. Отже, напівпровідники в звичайних умовах є ізоляторами, але підвищення температури забезпечує достатню кількість енергії електронам, так що, пропускаючи заборонену смугу, вони переходять до зони провідності, залишаючи відповідний зазор у валентній зоні. (рисунок 2)
У разі світлодіодів діоди електронам вдається вистрибнути зі структури у вигляді випромінювання, яке ми сприймаємо як світло (фотони).
Склад світлодіодів
- Червоний світлодіод
Джерело світла складається з р-кристалічного шару разом із комплексом ZnO, максимальна концентрація якого обмежена, так що його світність насичується при високій щільності струму. Цей тип світлодіодів працює з низькою щільністю струму, пропонуючи хорошу світність, і використовується як пристрій відображення в портативному обладнанні.
Складений GaAsP складається з шару p, отриманого дифузією Zn під час росту кристала n GaAsP, утвореного в підкладці GaAs, методом епітаксійного росту в газовій фазі.
В даний час використовуються світлодіоди GaAlAs через їх більшу світність.
Максимальне випромінювання знаходиться на довжині хвилі 660 нм. (рисунок 3)
- Помаранчевий і жовтий світлодіодні
Його виготовлення таке ж, як і для червоних діодів, внаслідок епітаксійного зростання кристала в газовій фазі формування p-n-переходу здійснюється дифузією Zn.
Як важлива новинка в цих світлодіодах, випромінююча область змішується з ізоелектронною пасткою азоту з метою підвищення продуктивності.
- Зелений світлодіод
Як і жовті світлодіоди, ізоелектронна пастка для азоту також використовується для підвищення продуктивності. Оскільки цей тип Led має низьку ймовірність фотонного переходу, важливо поліпшити кристалічність шару n. Зменшення домішок протягом тривалого терміну служби носіїв, поліпшення кристалічності.
Його максимальне випромінювання досягається при довжині хвилі 555 нм
Критерії відбору
1. Розміри та колір діода
В даний час світлодіоди мають різні розміри, форми та кольори. У нас є круглі, квадратні, прямокутні, трикутні світлодіоди і з різною формою.
Основними кольорами є червоний, зелений та синій, хоча ми можемо знайти їх помаранчевий, жовтий є навіть білий світлодіод.
Розміри круглих світлодіодів - 3 мм, 5 мм, 10 мм і гігантські 20 мм. Ті, що мають багатоатомну форму, зазвичай мають приблизні розміри 5x5 мм.
два. Кут зору
Ця характеристика важлива, оскільки від неї залежить спосіб спостереження світлодіода, тобто практичне використання здійснюваного пристрою.
Коли Led пунктуальний, випромінювання світла слідує закону Ламберта, це дозволяє мати порівняно великий кут зору, і світлову точку можна побачити з усіх кутів. (рисунок 4)
Інтенсивність світла на осі та яскравість тісно пов’язані. Незалежно від того, чи є світлодіод точковим або розсіювачем, яскравість пропорційна випромінювальній поверхні.
Якщо світлодіод пунктуальний, точка буде яскравішою, оскільки це занадто мала поверхня. У дифузорі інтенсивність на осі вище, ніж точкова модель.
Споживання багато в чому залежить від типу світлодіода, який ми обираємо:
| Колір | Яскравість | Споживання | Довжина хвилі | Діаметр |
| Червоний | 1,25 мкд | 10 мА | 660 нм | 3 і 5 мм |
| Зелений, жовтий Помаранчевий | 8 мкд | 10 мА | 3 і 5 мм | |
| Червоний (висока світність) | 80 мкд | 10 мА | 625 нм | 5 мм |
| Зелений (висока світність) | 50 мкд | 10 мА | 565 нм | 5 мм |
| Гіпер червоний | 3500 мкд | 20 мА | 660 нм | 5 мм |
| Гіпер червоний | 1600 мкд | 20 мА | 660 нм | 5 мм |
| Гіпер зелений | 300 мкд | 20 мА | 565 нм | 5 мм |
| Дифузний синій | 1 гкд 60є | 470 | 5 мм | |
| Червоний Y Зелений | 40 мкд | 20 мА | 10 мм |
Таблиця 2. Характеристики світлодіодів.
Будова світлодіода
Світлодіоди утворені напівпровідниковим матеріалом, який обмотаний напівпрозорим або прозорим пластиком залежно від моделей. На малюнку ми бачимо внутрішній розподіл.
Найменший внутрішній електрод - це анод, а найбільший - катод.
Перші світлодіоди були розроблені, щоб пропускати максимальну кількість світла в напрямку, перпендикулярному до монтажної поверхні, пізніше вони були розроблені для розсіяння світла на ширшій площі завдяки збільшенню світлового виходу світлодіодів. (рисунок 5)
Деякі міркування
Якщо прикладеного струму достатньо для того, щоб діод вступив у провідність, він буде випромінювати певну кількість світла, яке буде залежати від величини струму та температури світлодіода.
Світність буде збільшуватися, коли ми збільшуємо інтенсивність, але нам доведеться враховувати максимальну інтенсивність, яку підтримує світлодіод.
Перш ніж вставляти діод у кріплення, нам доведеться мати колір діода, щоб знати падіння напруги, параметр, необхідний для подальших розрахунків:
Падіння напруги
Таблиця 3. Падіння та інтенсивність напруги.
Основна схема в безперервному режимі
Граничний опір на малюнку 6 можна розрахувати за формулою:
Якщо ми виразимо V у вольтах, а I у міліамперах, значення опору буде прямо виражене в кілограмах.
Слід також враховувати тепло, що розсіюється опором, він розраховується за законом Джоуля. (рисунок 6)
Закон Джоуля:
Де Я - інтенсивність, яка буде проходити через діод і Р. опір, розрахований у попередньому розділі.
Асоціація Leds
- Серія
Формула, яка використовується для розрахунку граничного опору: V - NVled
R = ---------------
Я Де N - кількість послідовно підключених світлодіодів.
Дивіться малюнок 7 щодо його взаємозв’язку.
- Паралельно
Для паралельного підключення декількох світлодіодів нам потрібно буде лише розрахувати значення для одного світлодіода, а потім ми помістимо їх як на рисунку 8.
У цьому випадку потрібно бути обережним з інтенсивністю джерела живлення, яка повинна бути більше суми всіх світлодіодів.
Припустимо, що напруга живлення становить 12 вольт, і ми збираємось використовувати червоний світлодіод, через який пройде струм 5 мА.
Граничним опором буде:
Ми використовуватимемо нормований опір (див. Нормований перелік) значення 2K2, при цьому опір фактичний струм, який буде циркулювати, становить 4,86 мА. Значення, найближче до теоретичного.
Ми будемо проводити розрахунок потужності за законом Джоуля, в результаті чого Р = 0,055 Вт, тобто 55 мВт; отже, просто використовуйте резистор 2К2 потужністю 1 Вт (250 мВт) послідовно зі світлодіодом.
Змінний контур
Якщо ми хочемо підключити світлодіод до змінного контуру, нам доведеться врахувати, що при змінному струмі існують позитивні та негативні напруги, які чергуються за тривалістю, яка складатиме половину частоти, цей момент важливий, оскільки діоди мають одну робочу напруга в прямій поляризації і інша в зворотному поляризації, і ми можемо перевищити його, щоб не руйнувати напівпровідниковий перехід.
Для цього у нас є два варіанти:
Він складається з розміщення діода на противагу світлодіоду, так що, коли світлодіод не проводить, діод проводить, і навпаки, що передбачає падіння напруги на діоді на 0,7 вольта, не перевищуючи 3 вольт пробою світлодіода.
Завдяки цьому ми уникаємо руйнування, коли воно є зворотно поляризованим, але нам доведеться обмежити напругу, і ми можемо досягти цього за допомогою послідовного опору, який ми обчислимо за формулою, яку ми використовуємо в розділі Основна безперервна схема.
Ми можемо розрахувати потужність за законом Джоуля (рисунок 9)
Обчислимо невеликий практичний приклад:
Давайте будемо світлодіодним діодом із падінням напруги 1,2 вольта та максимальною інтенсивністю 20 мА, який слід підключити до змінної напруги 220 вольт.
220 - Vdl1 220 - 1.2
R = ----------------- R = -------------- »22 КВт
Idl1 10
Сила
R1 = VR1 x Il1 = (220 -1,2) x 10 »3 Вт
Недоліком цього рішення є те, що опір буде дуже громіздким через значну потужність.
Щоб уникнути встановлення резистора потужністю 3 Вт, ми можемо розмістити конденсатор, який буде поводитися як резистор при змінній напрузі.
Як і в попередній схемі, нам доведеться обмежити інтенсивність схеми, як приклад ми використаємо попередні дані.
У цьому випадку Rs служить для обмеження інтенсивності при розряді конденсатора, оскільки буде отримано значний пік, який Led не підтримує, як максимальне значення піку, яке може підтримувати Led:
Ipeak = 220/1 »220 мА.
Тому значення опору буде таким:
220 В
RS = ------------ = 1 K VRS = 1K x 10 mA = 10V
220 мА
Для розрахунку значення конденсатора буде враховано, що напруга в конденсаторі становить 90 фаз по відношенню до напруги в резисторах і діоді, тому застосовуючи Піфагор (див. Малюнок) ми матимемо:
VC = (220 2 - (VR + VLED) 2) 1/2 = (220 2 - (11.2) 2) 1/2 »219,7 V
Будучи інтенсивністю конденсатора Ic = 10 мА.
Ємнісний опір буде:
Прийняття нормованого значення Xc = 22 КВт
219,7 В.
XC = --------------- = 21,9 КВт
10 мА
Ємність конденсатора буде:
Ми бачимо, що за допомогою цього рішення ми зменшуємо значення опору, замінюючи його конденсатором на 150 нФ, який має робочу напругу 400 В, оскільки 220 ефективний.
Як переваги ми маємо те, що він не такий громіздкий, і замінивши резистор потужністю 3 Вт, ми не матимемо такої великої тепловіддачі (рисунок 10).
- Російські лікарі дозволяють перевезення Олексія Навального до Німеччини
- П’ять здорових причин, щоб цього Різдва підсмажити з вином
- Не як Абхішек Бахчан, але саме так актор названий у початкових титрах
- Палео-код важливий і несуттєвий Я люблю бути добре
- Не довіряйте; диво-дієти; Новини SIN Національна інформаційна служба