Uređaj i princip rada LED lampice

LED - vrsta diode, elektronski uređaj sa jednosmernom provodnošću električne struje. Dioda, ili kako se naziva i ispravljačem diodom, koja ima svoja jedinstvena svojstva za promjenu električnog otpora, u zavisnosti od polariteta primjenjenog napona, koristi se za ispravljanje naizmenične struje. Dizajn ispravljačke diode se može graditi i na osnovu radio-elektroničkih sijalica, a na bazi poluprovodničkih kristala.

Za razliku od ispravljačke diode, LED se izvodi samo na bazi poluprovodničkih kristala. Princip rada za oba elektronska uređaja baziran je na injekciji (difuziji) elektrona i rupa u regionu str-n  tranzicija, to jest, kontaktni region dva poluprovodnika sa različitim vrstama provodljivosti. Injekcijom podrazumevamo prelazak viška elektrona iz regiona ntip u regionu strtipa, kao i prelazak viška rupa iz regiona strtip u regionu ntip, gde postoji defekt. Kao rezultat injekcije, u oba regiona, u blizini granice tranzicije, formiraju se nekompenzirani slojevi elektrona i rupa. Sa strane n- sloj rupa, i sa strane strtranzicija sloja elektrona. Ovi slojevi formiraju takozvani blokadni sloj čije unutrašnje električno polje sprečava dalje ubrizgavanje (Slika 1).

Slika 1. Blokiranje sloja str-n  tranzicija

Postoji određena ravnoteža. Kada se negativni napon primeni na područje kristala s provodljivostom ntip i pozitivni napon u regionu kristala s provodljivostom strtip pod dejstvom spoljašnjeg električnog polja usmerenog protiv blokirajućeg polja otvara put do glavnih nosača kroz str-n  tranzicija. Pregradni sloj postaje tanji i njegov otpor se smanjuje. Postoji masovno pomeranje slobodnih elektrona od npodručje u str- region i rupe od strpodručje u n- Region. U kolu se pojavljuje električna struja (slika 2).

Slika 2. Prebacivanje u smeru napred

Ako se primeni obrnuti napon, sloj pregrada postaje deblji i električni otpor značajno se povećava. Električna struja je praktično odsutna kada se koristi obrnuti napon (slika 3).

Slika 3. Prebacivanje unazad

Treba zapamtiti da dozvoljena magnituda obrnutog napona za LED diode, pri čemu se ne raspada, mnogo je niža nego kod ispravljačkih dioda. Često je ova vrijednost jednaka maksimalnoj vrijednosti napona naprijed. Zbog toga, uključujući LED u AC sklopu, ne zaboravite na vrednost amplitude napona. Za sinusoidni napon od 50 Hz, njegova vrijednost amplitude je 1,41 puta veća od trenutne vrijednosti. Takvi uključaji retko se koriste, pošto svrha LED-a i dalje "sija", a ne "ispravljaju se". Obično LED se uključuje za konstantni napon.

Video 1. Poluprovodnici

Kada pomerate slobodne elektrone str-n  tranzicija elektrona i rupa emituje fotone zbog njihovog prelaska sa jednog nivoa energije na drugi. Nisu svi poluprovodnički materijali efikasno emitovali svetlost prilikom ubrizgavanja. Na primjer, diode izrađene od silicija, germanija, silicijum karbida, svjetlosti praktično ne emituju. A diode iz galijum arsena ili cink sulfida imaju najbolje zračne sposobnosti.

Emitovana svetlost nije koherentna i leži u uskom spektru. S tim u vezi, svaka LED ima svoj spektar talasa, sa svojom dužinom i frekvencijom, koja se može vidjeti ili ne vidjeti ljudskom oku. Kao primjer korištenja svjetlosnih dioda sa nevidljivim spektrom zračenja, može se navesti LED diode koje se koriste u daljinskim upravljačima bilo koje moderne radio-elektronske opreme. Da biste videli zračenje, uzmite daljinski upravljač i bilo koji mobilni telefon sa foto-video kamerom. Postavite telefon u režim snimanja videa, usmerite objektiv fotoaparata na prednju ivicu konzole i pritisnite bilo koje dugme na daljinskom upravljaču. Istovremeno na ekranu telefona videćete LED sjaj.

Spektar zračenja zavisi od hemijskog sastava poluprovodničkog kristala. Svaki spektar zračenja ima svoju boju. Stoga, LED diode koje emituju svetlost u vidljivom spektru ljudskog oka, percipiraju se u raznobojnim, crvenim, zelenim i plavim bojama.

Sjaj solidne diode prvi je otkrio britanski eksperimentator Henri Krug. 1907. godine, dok je vodio svoj istraživački rad, slučajno je primetio da se oko dotičnog kontakta radnog diodnog detektora pojavljuje sjaj. Međutim, on nije izneo zaključak o praktičnoj primeni ove pojave.

Nekoliko godina kasnije, 1922. godine, Oleg Vladimirovič Losev, tokom svojih noćnih radijskih satova, baš kao i Henrijev krug, slučajno je počeo da posmatra sjaj kristalnog detektora. Da bi se postigla stabilna luminiscencija kristala, isporučio je napon od galvanske baterije do tačnog kontakta detektora dioda i time prenio električnu struju kroz njega. Ovo je bio prvi pokušaj da se pronađe praktična primjena LED radova.

1951. godine u Sjedinjenim Državama je počelo istraživanje o razvoju "poluprovodničkih sijalica", čiji je efekat bio zasnovan na efektu "Losev". 1961. godine izumljena je i patentirana tehnologija za proizvodnju infracrvenih LED dioda, a autor su Robert Bayard i Gary Pittman. Godinu dana kasnije, 1962. godine, Nick Holonyak, koji radi za General Electric, proizvela je prvu svetsku crvenu diodu koja emituje svetlost, a potom je našla prvu praktičnu primjenu. Imala je nisku energetsku efikasnost, potrošila relativno veliku struju, ali imala je taman sjaj. Ipak, tehnologija se ispostavila obećavajućim i dalje razvijena.

Sledeći korak u razvoju LED tehnologije bio je pronalazak žute LED diode. Bivši učenik Nick Holonyak - George Kraford, 1972. godine, zajedno sa izumom žute LED diode, povećao je osvetljenost crvenih i crveno-narančastih LED dioda za faktor od 10. Skoro istovremeno sa ovim pronalascima, početkom sedamdesetih, dobijene su zelene LED diode. Našli su svoju primenu u kalkulatorima, ručnim satovima, elektronskim uređajima, svjetlosnim indikatorima i semaforima. Značajno povećanje svetlosnog fluksa, do 1 lumen (Lm), crvene, žute i zelene LED diode postignuto je samo do 1990. godine.

1993. godine jedan japanski inženjer, zaposleni u Nichiji, Shuji Nakamura, uspeo je da dobije prvu LED visoku osvetljenost koja je emitovala plavu boju. Ovaj pronalazak je bio revolucija u razvoju LED tehnologije, jer su dobijene LED diode tri osnovne boje, crvene, zelene i plave. Od tog trenutka možete dobiti sjaj bilo koje boje, uključujući i bijelu.

1996. pojavile su se prve bele LED diode. One su se sastojale od dve svetleće diode - plave i ultraljubičaste sa fosfornim premazom.

Do 2011. godine izgrađene su bele svetleće diode koje su omogućile izlaz svetlosti do 210 Lm / W. Kako su naučnici i inženjeri postigli takav uspeh. U tom smislu, razmotrimo metode koje danas poznaju da proizvode bijele LED diode.

Poznato je da su sve boje i nijanse sastavljene od tri osnovne boje - crvene, zelene, plave. Belo svetlo nije izuzetak. Postoje četiri opcije za dobijanje zračenja od bijelih LED dioda (slika 4).

Slika 4. Dobijanje LED-a koje emituju belo svetlo

Prva opcija je korišćenje tri odvojene LED diode str-n  tranzicije koje emituju crveno, zeleno i plavo svetlo. Sa ovom opcijom za svaku str-n  Za tranziciju se zahteva sopstveno napajanje. Prilagođavanjem napona na svakom str-n  prelazak da bi se postigao beli sjaj sa sopstvenom nijansom (temperatura boje).

Druga varijanta - sa ovom varijantom u LED dizajnu jedan str-n  tranzicija plave svetlosti, prekrivena žutom ili žuto-zelenom fosforom. Ova opcija najčešće se koristi, pošto je za rad LED potrebna jedno napajanje. Međutim, karakteristike boje ovog LED-a su inferiorne kao kod LED-ova dobijenih drugim metodama.

Treća opcija je da postoji i jedan str-n  prelaz plavog sjaja, ali prekriven slojevima fosfora dve boje - crvenom i zelenom. Dizajn LED-a, proizveden ovom metodom, omogućava dobijanje boljih karakteristika boje.

Četvrta opcija - konstrukcija LED-a u ovoj verziji zasnovana je na ultraljubičastoj LED fosforu obloženom tri sloja crvene, zelene i plave boje. Dizajn takvih LED nisu najisplativiji, jer je transformacija kratkotalasne ultraljubičastog zračenja u dugo-val vidljive zrake, u sva tri sloja fosfora, zatim gubitak energije.

Svetlosna efikasnost super svetlih LED dioda od 210 lm / W je postignuta samo u laboratorijskim uslovima do sada. Maksimalna izlazna snaga svetlih LED-a dostupnih za opštu upotrebu ne prelazi 120 lm / W. Takve LED diode su veoma skupe i rijetko se koriste. Većina LED dioda ima svjetlosnu snagu od 60 do 95 lm / W.

Izlazna svetlost diode koja emituje svetlost, kao i bilo koji drugi izvor svetlosti koji deluje pod uticajem električne energije, zavisi od količine struje koja teče kroz njega. Što je više struja, to je veći izlaz svjetlosti. Ali kao i svaki drugi izvor svetlosti, većina energije u njoj se pretvara u toplotu. Grejanje LED-a prati pad emisije. U tom smislu, proizvođači su prisiljeni da koriste ogromne metalne školjke za hlađenje kristala i rasipanje toplote koja se stvara u okruženju. Ovakve mere doprinose donekle povećanju efikasnosti njegove upotrebe.

Ako uporedimo energetsku efikasnost različitih svetlosnih izvora, ispada da su LED sa efikasnošću od 40 do 45% najekonomičniji. Na primjer, raširene šape imaju efikasnost od 2 do 5%, - 15 - 25%, - 24 - 30%.

Način rada LED-a, kada kristal ima temperaturu blizu sobne temperature, nesumnjivo ima povoljan uticaj na životni vek. Sa ovim načinima rada, LED može da radi do 50.000 sati bez gubitka svetlosnog izlaza. Ako je cilj povećanje izlaza svetlosti povećanjem struje, onda i sam to ima štetan uticaj na životni vijek. Prvo, do kraja životnog veka, svetlosna efikasnost značajno pada. Pad se javlja glatko i dostiže 70% početne vrednosti. Drugo, verovatnoća njegovog potpunog neuspeha raste.

Ova činjenica ukazuje na to da izbor lampe i lampe u razvoju rasvjete projekti moraju biti svaki put za procjenu kojih je više korisno s ekonomskog aspekta.

Prve LED diode (LED, LED, LED) su razvijene početkom šezdesetih godina kako bi zamijenili minijaturne žarulje. Imali su vrlo slab crveni sjaj i korišteni su kao indikatori uključivanja u različite instrumente.

Početkom devedesetih stvorena je plava LED, praćena zelenom, žutom i belom bojom. Sada je LED jedan od najčešćih elemenata osvetljenja. Ovaj lagani uređaj u plastificiranom kućištu (različitih boja) sa dva priključka sa lemljenim kristalom.

Slučaj vrši dve funkcije - to je sočivo i zaštitni sloj. Snabdevanje strujom LED-a obezbeđuje struja, za koju je konektor napona ugrađen u utičnicu. Svetlost sjaja je proporcionalna naponu.

LED se sastoji od sledećih delova:

• baza;
• objektiv;
• katoda (-);
• anoda (+);
• kristal (poluprovodnički čip);
• reflektor (difuzor).

Na bazi katode i anode su fiksirane, odozgo, uređaj je hermetički zaptiven sa sočivom (sijalica).  Kristal je fiksiran na katodu. Na kontaktima su postavljeni provodnici priključeni na kristal p-n spojem (spojna žica koja kombinuje dva provodnika različitog tipa provodljivosti).

Radijator je neophodan da bi se održao stabilan rad LED-a. U LED indikatorima, toplota se ne akumulira usled male snage. Za osvjetljenje - osnova se direktno leme na površinu kako bi se osiguralo rasipanje toplote.

Princip rada diod za lutke

Da biste razumeli kako LED radi, morate znati šta je p-n-spoj. Ovo je oblast u kojoj dolaze kontakti p i n poluprovodnika, zbog čega jedna vrsta provodljivosti prelazi u drugu. N tip sadrži provodne elektrone kao nosače punjenja. Poluprovodnik p je nosač pozitivnog naboja (rupa).

Anoda (p tip) je pozitivna elektroda, katod (n tip) je negativna elektroda. Spoljna površina katode i anode sadrže kontaktne površine sa lemljenim vodovima. Kada se na anodu nanese pozitivni naboj električne energije, a na katodu se primjenjuje negativni naboj, struja protiče na pn spoj između kristalnog katoda.

Ako je inkluzija direktna, onda će elektroni iz n i regiona i rupe iz p-regiona istrčati jedni prema drugima.  U procesu dopinga (razmjena elektrona) na granici tranzicije rupe-elektrona dolazi do njihove razmjene. Ako se negativan napon nanosi sa strane n-tipa materijala, onda se javlja prednja prednjača. Kada se rekombinacija (razmena), energija oslobađa u obliku fotona.

Da bi se foton fluks pretvorio u vidljivo svetlo, materijal je izabran tako da talasna dužina fotona leži unutar vidljivog regiona boje spektra sa talasnom dužinom od 700 do 400 nm.

Vrste

Postojeće LED diode su sledeće vrste:

• indikator - sa malom snagom, za osvetljenje u uređajima;
• osvjetljenje - sa visokom snagom, nivo osvjetljenja odgovara konvencionalnim (luminescentnim i volframskim) izvorima svjetlosti.

Po vrsti veze indikatori su podeljeni na:

• trojni AIGaAs (aluminijum-galijum-arsen)  - narandžasto i žuto svetlo u područjima vidljivog spektra boja;
• trojni GaAsP (galijum-arsen-fosfor)  - žuto-zeleno i crveno svetlo u područjima vidljivog spektra;
• dvostruki GaP (galijum-fosfor)  - narandžasto i zeleno svetlo u područjima vidljivog spektra.

LED elementi se razlikuju po tipu kućišta:

• DIP  - opremljen integrisanim optičkim sistemom napravljenim od sočiva, kristala i par kontakata. Zastareli model najniže snage se koristi za osvetljavanje igračaka, lightboards;
• Superfluks ili "piranha"  - slično DIP-u, opremljeni su sa četiri kontakta, bolje su pričvršćeni i manje zagrejani. Koristi se za osvetljenje u automobilima;
• SMD  Najčešći je tip za različite izvore svetlosti. Oni su čip (kristal) montiran direktno na površinu ploče;
• COB  - Napredne SMD LEDs. Opremljen je sa nekoliko kristala (čipova) instaliranih na jednoj ploči. Montiraju se na keramičke i aluminijumske baze.

Napredniji modeli PSB-ova ne mogu uvek zameniti SMD LED.

Glavne tehničke karakteristike

LED diode karakterišu sledeći osnovni parametri:

• svetlina (intenzitet svetlosnog fluksa);
• napon (vrsta korišćenog napona);
• trenutna snaga;
• talasne dužine i karakteristika boje.

Svetlost

Svetlost se percipira vizuelnim senzacijama, s obzirom da je osvetljenje objekta na mrežnjači proporcionalno njegovoj osvetljenosti. Sastoji se od nekoliko parametara. nazvan Luminous Flux je količina svetlosne energije. Jedinica mjerenja je lumen.

Jedinica intenziteta svetlosti je jedan lumen po steradijskom, takođe mjerena u candeli: 1 cd. Izmeren je osvetljenost u milicandelima. Postoje svetle (20 - 50 mcd) i ultra svetle (20,000 md ili više) diode sa belim svetlom. Svetlost LED je proporcionalna veličini struje koja teče kroz njega, tj. Što je veći napon, to je veća osvetljenost.

Stres

Napon potreban za rad LED nije napon napajanja, ali magnituda napona padne preko LED-a. Nihanje napona napajanja dovodi do toga da LED dioda izgori.  Napon direktno zavisi od boje.

Za normalan rad, prilikom povezivanja LED-a, potrebno je pravilno pratiti struju, a ne napon.

Trenutna snaga

LED radi na konstantnoj ili pulsirajućoj struji. Povećanje ili smanjenje intenziteta može varirati svetlost sjaja. Radna struja LED indikatora je 20 - 40 mA. Trenutni intenzitet rasvjetnih elemenata je od 20 mA. SOV (za 4 čipove), na primjer, ocjenjuje se na 80 mA. Jedno-LED diode troše približno 300-400 mA.

Talasna dužina i boja

Boja koju emituje dioda zavisi od talasne dužine svetlosnog zračenja. Mjeri ga nanometrima (0.000000001 metara). Monohromatsko (jednofrekventno) zračenje povezano je sa talasnom dužinom koja putuje unutra. Granice talasne dužine odgovaraju na osnovne boje na određeni način.

Boja LED zračenja se menja kada se aktivne supstance uvode u poluprovodnički materijal.  Za crvene LED diode kao poluvodiča je aluminijska indijum - galijum (AllnGaP), za plava boja - plave i zelene spektra - indijum - galij nitrida (InGaN) .Da dobiti, npr bijele svjetlosti, plavi LED čip obložena tankim slojem luminophor, koja emituje žuto i crveno svetlo pod dejstvom plavog spektra.

Kao rezultat miješanja boja, proizvedeno je belo svjetlo. Bele LED diode se određuju temperaturom boje merenom u K.

LED ploča

Ploča je dizajnirana za pričvršćivanje LED dioda u bilo kojoj potrebnoj količini i položaju.  Način plaćanja je:

• pravougaone;
• vladar;
• okrugli;
• square;
• stellate
• proizvoljno.

LED ploča je napravljena od dielektričnog materijala. Njegova glavna funkcija je hladnjak.

Vrste ploča:

• metalni (jednostrani, dvostrani i višeslojni);
• izolovane metalne podloge (jednostrano, dvostrano i višeslojno, čvrsto fleksibilno).

Pločama od aluminijuma nisu potrebni ventilatori za prisilno hlađenje. Svi elementi dizajna traju duži vek trajanja zbog odsustva pregrevanja.

Za više informacija o istoriji i principima rada LED elementa pogledajte video:

LED su jedan od najnovijih izvora osvetljenja, ima širok spektar aplikacija i odlične perspektive. Zbog odnosa svih parametara, LED tip rasvjete može postati vodeći među raznim svetiljkama i raznim izvorima svetlosti.

Ako prevedemo sa engleske riječ kombinacijom svjetlosti koja emituje diodu (skraćeno kao LED), dobijamo lijepu i romantičnu rečenicu: "Dioda koja emitira svjetlo." Pa šta je to? Ovo je takav poluprovodnički uređaj, kako je sada modno reći, koji pretvara električnu struju koja nam je poznata u istom zračenju sa svetlom. LED dioda radi čuda i, do izvesne mere, ispada.

Ali to nije uvek bilo tako. U prvim fazama razvoja, svet LED-a je bio ograničen i korišćen je kao pokazatelj indikatora. Ali tehnologija ne stoji mirno, a tu su i prognoze stručnjaka, koji kažu da je LED u naredna dva desetljeća, mi u potpunosti zamijeniti uobičajene žarulja sa žarnom niti, pa čak i štedne žarulje.

Kako i od onoga što je napravljeno?

LED ima kućište sa priključcima za kontakte, unutar nje postoji podloga sa kristalom izrađenom od poluprovodnika i optički specijalni sistem. Ranije su LED diode bile masivnije kada se koriste za indikaciju rada instrumenta kada to ukazuje. A sada je LED miniaturni uređaj koji voli oko i čak novčanike potrošača.

Kako to funkcioniše?

Da bismo razumeli kako LED radi, pogledajte ovaj uređaj bliže. Pred nama je uređaj sa elektronskim elektronskim pn spojom, koji proizvodi optičko zračenje koje prolazi kroz njega, što vidimo. Možda postoji nešto drugačiji princip rada LED-a: koristi se interakcija "metal-poluprovodnik".

Šta je pn spoj i zašto se koristi u LED?

Ova tranzicija je "istaknuta" u elektronici zasnovana na poluprovodnicima. Ovo je spoj dva poluvodiča koji su, međutim, različiti jedni od drugih vrsta provodljivost (takozvani "p-tipa", u kojem se nalazi prekomjernu količinu elektrona, a drugi "perforirani" tipa - "P- tip", gdje postoji prevelik broj rupa ). Trik je u tome da ako imaju takozvani "naprijed pristranost", koji je povezan sa p-n tranzicije direktne struje (pozitivan kontakt sa p-strani), zatim p-n spoju staze nas pozdravila električne energije.

Šta se dalje dešava u kućištu LED-a nakon što se struja pokrenula nakon "direktne pristrasnosti" kroz pn spoj? Postoji fuzija nosača raznih električnih naelektrisanja - u našem slučaju govorimo o rupama i elektronama. Posljednji, koji imaju negativan naboj, "parkiraju" u svojim suprotnostima - zaduženi sa plus znakovima jona poluprovodnika (njegove kristalne rešetke). Kako se svetlost isprazni? Iz ovog procesa se sve dešava tokom rada uređaja. Ili, bolje rečeno, kada se elektron i rupa sukobljavaju, onda se proizvodi određena energija: kvant svetlosti zvani foton.

Da li je ovaj princip uvek isti? Ne, nije. Poenta je da pn spoj ne mora nužno emitovati potrebno svetlo. U radnom području LED-a, širina pojasne trake mora biti blizu energije kvantnih svetlosti vidljivog opsega. Takođe, verovatnoća zračenja pri povezivanju parova elektrona i rupa mora biti prilično visoka.

Semiconductor kristal u ovom slučaju mora biti bez defekta, ili biti, ako je to nemoguće, malo neispravno. Zato što samo zbog kristalnih defekata nema studije o svetlosti. Jedan, ispostavlja se, suprotan drugom.

Ako je radnik potreban LED, tada funkcionira nit racionalizacije. Na primjer, potrebno je proizvesti višeslojne poluprovodnike sa više od jednog pn spoja u kristalu. Radi se o takav koncept kao hetero strukturu, koja je postala predmet pažnje ruskog fizičara Zhores Alferov (on - dobitnik Lenjina nagrade, plus direktor Fizika -. Tehnički institut nazvan po AF Ioffe). Godine 2000. dobio je Nobelovu nagradu za rad u oblasti heterogenih struktura.

Kao i svaki visokotehnološki uređaj, LED nema jedan tip kućišta, ali ćemo razmotriti standard. Obično se kristal "sakriva" u 5 mm kućištu, odakle dolazi odozgo i reflektor odozdo. Anoda i katoda su dva tradicionalna LED izlaza. Na katodu se postavlja parabolični reflektor, reflektor od aluminijuma. Ako pogledate reflektor, on podseća na šolju, na dnu koga se nalazi kristal, emitujući svetlost.

Radni element u našem slučaju - jedan kristal od poluvodiča, LED se koristi kao kocke (chip) sa parametrima 0,3h0,3h0.25 mm. Ovaj jedinstveni kristal nosi ohmske kontakte i pn spoj ili heterojunkciju. Komad zlatne žice je most koji povezuje kristal sa anodom.

Slučaj LED je providan, napravljen od polimera, a ne izbegava rad: to je i fokusirajući objektiv! Uz reflektor. Kućište LED-a zajedno sa reflektorom određuje ugao zračenja.

Boja i osvetljenost

Power LED obično svijetle, jake radijacije, i važan je za nivo osvijetljenosti transparentnosti n-regija (poluvodiča film je gotovo transparentan i vrlo tanak). Boja i učestalost zračenja direktno odnose na energiju fotona i ovih parametara utječu na materijale koji se koriste za izradu poluvodiča pn spoj. Na primer, monokristal GaAs proizvodi infracrveni zrak. Ali, ako napravite mali dodatak A1 ili P, LED će na kraju promeniti emisiju na crveno. Ali GaP proizvodi svetlo zelenu boju. Ako želimo da dobijemo žutu emisiju LED-a, onda je pn spoj sa kompozicijom A1InGaP u tom slučaju.

Koliko je energetski efikasna LED?

LED se ne razlikuje po "lažni" u pogledu potrošnje električne energije. Kod struje od 10-30 mA i napona od 2-4 V se troši 20 do 120 mW. Ovde se savršeno primenjuje princip ekonomije: tradicionalna žarulja sa malim dimenzijama "jede" 12 V, a struja zahteva 50-100 Ma.

I kakva je tvoja snaga, gospodine LED?

Produkcija LED-a se širi, a proizvođači pokušavaju da osiguraju da svaka LED u potpunosti odgovara potrebama kupaca. Na primjer, postoje snažne LED diode i sve veća potreba za njima. Kako se ovo postiže? Tri u jednom, govoreći jezik oglašavanja. Za podizanje snage, ne jedan, a ne dva, ali nekoliko kristala iste boje su ugrađene u jedno telo, tako da istovremeno emituju svetlost.

Povećana snaga LED dioda najčešće se postiže u četiri kristala u jednom kućištu.

Ultra-osvetljenost

Da bi se postigao sjajan rad svjetlosnih dioda, proizvedeni su takozvani "ultra-svijetli" kopije. Snaga jakim LED do 60 MW (to je negdje 1/16 W) i ako se za njih da stavi u prosjeku veličine tijela, a onda moćan dobro osvjetljenje će biti potrebno da ih instalirate između 15 i 20 komada.

Zaista, "super-svijetle" srednji LED nosi moć 240mVt (to 1/4 W), a da bi normalno LED pozadinskim osvjetljenjem (ne u veoma veliki, ali nije mala) slučaju treba od 4 do 8 LED dioda. Vrlo velike snage LED - su oni koji imaju moć su računajući od jedne Watt, a to je vrlo efikasna LED, jer sa samo jednim ili dva takva komada može lako osvijetli cijelo tijelo.

Gde se koriste LED diode

U današnjem svijetu LED je zauzeo važno mjesto. Šalju se gde god je potrebno lokalno osvetljenje. Intenzitet ovog rada pomoću LED dioda može se podesiti od sjajnog do suprotnog - tamnog. LED diode su dobre u stvaranju svečanosti atmosfere, posebno sada, uoči Božića i Nove godine. Prelivaju različite nijanse, oni vole odrasle i decu sa svojim svetlim bojama. Za rad LED osvjetljenja, pokretanje reklame ili informativne linije, opet, LED je optimalno rješenje.

Na kraju, LED nam već pomaže da rešimo sve veći haos u automobilskom i pešačkom saobraćaju u gradovima i gradovima. LED "plug" na još jednom području: regulacija puta, gdje se koriste u semaforu.

Glavna prednost LED-a je njihova sposobnost da proizvedu svetlost, dok troše relativno malu količinu energije. Zbog toga se intenzivno istražuju i poboljšavaju LED diode, nalaze se u sve većoj primeni u različitim oblastima. Drugim riječima, g. LED osjeća sigurno u našoj planeti i on se predaje kao važan i korisni gost.

Mikhail Bersenev

Upoređivanje moćne LED s halogenom sijalicom:

LED  (Engl light emitting diode, ili LED.) - radio-elektronski uređaj konfiguriran na bazi poluvodiča (u većini slučajeva dopirani silicija ili germanija), čiji je princip rada zasniva se na svjetlo jednostrano oslobađanje provodljivosti.

LED uređaj

Kao i svaki poluprovodnik, LED je veza poluprovodničkog kristala p-tip (dopirane sa trivalentnim materijalom - na primer, In) sa poluprovodničkim kristalom n-tip  (dopiran sa pentavalentnim materijalom - na primer, As), koji se formira p -n  tranzicija.

Kristal p-tip  Ona ima svojstvo "rupa" provodljivost - je naboja u takvim kristali pozitivno nabijene stranicama kovalentne veze kristala, koji nedostaje elektron (Sl.1).

Slika 1. Provodnost otvora poluprovodnika

Kristal n-tip  poseduje nosače elektronskog provodljivosti u takvim kristalima negativno naelektrisane elektrone (slika 2).

Slika 2. Elektronska provodljivost poluprovodnika

Kada je kristal povezan p-tipsa kristalom n-tipu oblasti njihovog kontakta p -n tranziciji, koji ima svojstvo zaključavajućeg sloja (Slika 3).
   U oblasti kontaktne tačke dva poluprovodnika ntip i strtip procesa difuzije: rupe od str- oblasti prolaze n- regionu i elektronima, naprotiv, od npodručje u str- Region. Kao rezultat, u nU predelu pregradnog sloja smanjuje se koncentracija elektrona, što je praćeno pojavom pozitivno nabijenog sloja. U strregion, dolazi do smanjenja koncentracije rupe i pojavljuje se negativno nabijen sloj. Tako je, u kontaktu području se formira od poluvodiča električnog dvostrukog sloja, koji polje sprečava proces difuzije elektrona i rupe u suprotnim smjerovima (Sl. 3).

Slika 3. Blokiranje sloja p-n-spojnice

U slučaju priključka n–str- prelazak na spoljašnji izvor struje tako da je povezan sa njegovim pozitivnim polom strregionu i negativnom c n-polje, onda će se indeks jačine električnog polja u barijskom sloju smanjiti i olakšati prelaz glavnih strujnih nosača kroz kontaktni sloj. Kao posljedica ovoga, otvore se od str-regije i elektrone iz nregioni, kreću se jedni prema drugima, prelazeći se n–strtranzicija, što dovodi do stvaranja struje u pravcu naprijed (slika 4).

Slika 4. Primena napona na p-n-spoj

Kao tačka kontakta dva poluvodiča (p - n raskrižje), uz primjenu električne energije javlja rekombinacije elektrona sa rupama, energija se oslobađa kao fotona svjetlosti (Slika 5.).

Slika 5. Otpuštanje energije u obliku fotona svetlosti

Za razliku od obične diode, LED ima veliku kontaktnu površinu na kontaktnoj tački dva poluprovodnika. Zahvaljujući tome, područje rekombinacije je veće, a samim tim i luminescencija je intenzivnija. Međutim, ne svaka p-n spojnica je sposobna da oslobađa energiju u obliku fotona spektara vidljive svetlosti. To zavisi od širine propusnog opsega, od čega je energija prevazilaženja senzibilna sa energijom kvanta vidljivog spektra svetlosti.

LED boje

Spektar emisije boja dioda za emitovanje svetlosti zavisi isključivo od širine zabranjenog pojasa p-n spojnice. Ovde se rekombinišu elektroni i "rupe", sa oslobađanjem fotona svetlosti. Tako fizički, boja svetlosti LED-a zavisi od poluprovodničkog materijala i nečistoća koje ga legiraju. "Plave" LED svjetla, to je veća energija fotona da prevaziđe bend jaz p-n-spoju, a samim tim i veći jaz bend. Iz toga proizlazi da promjenom širine zabranjenog pojasa p-n spoja može se dobiti sjaj bilo koje boje duge. Da biste dobili bijele boje, potrebno je kombinirati rezultujuće boje.

Načini dobijanja bijelih LED dioda

Da bi se dobila bela boja LED dioda, koriste se tri najčešće korišćena metoda:
   1) Miješanje boje sjaja prema RGB tehnologiji (slika 6). Metoda se sastoji u tome da se na istoj podlozi čvrsto postavljen crvene, plave i zelene LED, čije zračenje se miješa kroz optički sistem, kao što je plastika objektiva. Ovo rezultira bijelim svetlom.

Slika 6. RGB tehnologija za proizvodnju LED dioda

2) Zasnovano na tri LED diode koje emituju ultraljubičasto svjetlo. Dalje, površina svake LED diode je obložena fosfornom plavom, zelenom i crvenom bojom. Na taj način, fosfor počinje sjaj u tri boje, a kada se ovaj objektiv miješa, objektiv postaje bijeli.
   3) Plava LED se koristi kao osnova, zelena i crvena (možda žuto-zelena) fosfor se nanosi na njegovu površinu. Tako se ispostavlja belo ili blago bijelom sjajem.

Slika 7. Tehnologija proizvodnje LED dioda sa fosfornim premazom

Svaki način dobivanja belog sjaja ima svoje prednosti i mane.
   Dakle, RGB tehnologija, pored svega, omogućava vam da promenite boju i temperaturu LED-a, promjenom struje na svakom od njih. Pored toga, koncentrisano postavljanje tri LED dioda u matricu vam omogućava da dobijete visoku ukupnu svetlosnu struju i izlaznu svetlost. Međutim, ovaj sistem ne može osigurati uniformnost sjaja čitave svetlosti, jer će u centru sistema svjetlina biti svjetlija nego na ivicama. To je zbog fenomena aberacije optičkog sistema.
   Proizvodnja LED-a koristeći fosfor je mnogo jeftinija od RGB tehnologije. Međutim, nedostatak ovog sistema je brzo starenje fosfora (mnogo brže od LED kristala) i teškoća u ravnomernom nanošenju fosfora na površinu LED čipa.

Električne karakteristike LED-a

LED - poluprovodnički uređaj za niskonaponsku potrošnju energije. Opseg snage konvencionalnih LED indikatora varira od 2 do 4 volta sa potrošnjom struje do 50 mA. LED diode namenjene za rasvjetne sobe se napajaju istim naponom, ali trenutna potrošnja takvih uređaja je mnogo veća i može doseći nekoliko ampera. Ponekad LED moduli, koji se sastoje od pojedinačnih LED dioda, su serijski povezani, što povećava njihov ukupni napon napajanja.
   Ali, pored toga, naponski napon LED-a je nizak, trebalo bi da se stabilizuje. Ovo je zbog činjenice da napon napajanja LED eksponencijalno zavisi od potrošnje struje (slika 8). Uz blago povećanje napona, trenutna potrošnja se povećava za nekoliko puta, što može dovesti do pregrijavanja uređaja i njegovog neuspjeha. Zbog toga, da bi se stabilizovao napon napajanja, LED koristi pretvarače ili drajvere (dizajnirane da stabilizuju struju).

Slika 8. Volt-ampere karakteristike LED dioda

Podešavanje osvetljenosti LED dioda

Vrlo često postoji potreba za promjenom svjetlosti LED svjetla. Ova radnja nikada ne treba izvoditi smanjivanjem napona napajanja LED-a. Ovo se radi pomoću metode modulacije širine impulsa (PWM). Ovaj metod se sastoji u proizvodnji uređaja koji je a impulsni modulirani strujni generator  sa frekvencijom izlaznog signala od stotina do hiljada hertza, sa mogućnošću promene širine impulsa i pauze između njih. Prema tome, korišćenjem ovog uređaja, prosečna osvetljenost LED-a koja se isporučuje postaje kontrolisana, dok se LED ne gasi.

Radni vek trajanja LED

Vek trajanja LED dioda uglavnom zavisi od načina rada. Ako je ovo niskoenergijska dioda tipa indikatora, onda je dug vek trajanja. To je zbog činjenice da struja koja prolazi kroz njega je mala i ne zagreva fizički uparen p-n spoj. Snažne LED diode su dizajnirane za životni vek od 20-50 hiljada sati. Zahvaljujući visokim strujnim protokama, p-n spoj se snažno zagreva, atomska mreža kristala se opušta, uništava integritet p-n spojnice. Stoga, starenje LED dioda u konačnom rezultatu izražava se smanjenjem njihove osvetljenosti. Dakle, ako je osvetljenost LED-a smanjena za 30% od prvobitne osvetljenosti, onda se ona mora zameniti.

Zadatak smanjenja količine potrošene energije prestao je biti samo tehnički problem i pomjerio se na strateški pravac državne politike. Za običnog potrošača, ova titanička borba rezultira činjenicom da je on jednostavno prisilno prisiljen da pređe sa uobičajene i jednostavne kao žaruljica za žarenje na druge izvore svetlosti. Na primer, za LED lampe. Za većinu ljudi, pitanje kako LED lampa radi smanjuje se samo na mogućnost njegove praktične primjene - može li se uvući u standardni kertridž i povezati se sa domaćom mrežom 220 volti. Kratak izlet u principe njegovog rada i uređaja će vam pomoći da napravite informisan izbor.

Princip LED lampice zasnovan je na mnogo složenijim fizičkim procesima od onih koji emituju svetlost kroz vruće metalne navoje. Interesantno je da ima smisla bolje upoznati ga. Zasniva se na fenomenu emisije svetlosti koja se javlja u kontaktu dve različite supstance kada električna struja prolazi kroz njih.

Najodgovornija stvar u vezi sa tim je da materijali koji se koriste za prouzrokovanje efekta emisije svetlosti ne sprovode električnu struju uopšte. Jedan od njih, na primer, silicijum - supstanca koja je sveprisutna i stalno gnječena našim stopalima. Ovi materijali će propustiti struju, a zatim na jedan način (zbog toga se zovu poluprovodnici), samo ako su spojeni zajedno. Za to bi trebalo da dominiraju pozitivno naelektrisani joni (rupe) u jednom od njih, a negativni joni (elektroni) u drugom. Njihovo prisustvo ili odsustvo zavisi od unutrašnje (atomske) strukture supstance i ljekar ne treba da se bavi problemom razgrnjavanja njihove prirode.
  Pojava električnog toka u jedinjenju supstanci sa dominacijom rupa ili elektrona je samo polovina slučaja. Proces tranzicije jedni s drugima prati i oslobađanje energije u obliku toplote. Ali sredinom prošlog veka, pronađena su takva mehanička jedinjenja supstanci, u kojima je oslobađanje energije pratilo sjaj. U elektronici, uređaj koji prenosi struju u jednom pravcu, obično se naziva diodom. Poluprovodnički uređaji zasnovani na materijalima koji znaju kako se emituju svetlost nazivaju se LED diode.


Na početku, efekat emisije fotona iz jedinjenja poluprovodnika bio je moguć samo u uskom delu spektra. Sjajili su crvenu, zelenu ili žutu. Snaga ovog sjaja bila je izuzetno mala. LED je korišćen samo kao indikatorska lampica već duže vreme. Ali sada se pronađu materijali, čija veza emitira svetlost mnogo veće sile iu širokom opsegu, skoro puno vidljivom spektru. Gotovo, jer prevladavaju neke talasne dužine u njihovom sjaju. Dakle, postoje sijalice sa dominacijom plavog (hladnog) i žutog ili crvenog (toplog) sjaja.

Sada kada imate opšte razumevanje principa LED lampice, možete odgovoriti na pitanje o uređaju LED lampi na 220 V.

Izgradnja sijalica sa LED diode

Spoljno, izvori svetlosti koji koriste efekat emitovanja fotona prilikom prenosa električne struje kroz poluprovodnik skoro su identični sa žaruljama. Najvažnije je da imaju poznatu metalnu bazu sa navojem, koja tačno ponavlja sve vrste žarulja. Ovo vam omogućava da ne mijenjate ništa u električnoj opremi u sobi kako biste ih povezali.
Međutim, unutrašnji aranžman LED žarulje 220 volti je veoma komplikovan. Sastoji se od sledećih elemenata:

1) kontaktna baza;

2) školjku, koja istovremeno igra ulogu radijatora;

3) strujna i kontrolna ploča;

4) ploče sa LED-om;

5) prozirna kapa.

Napajanje i kontrolna ploča

Razumijevajući kako su LED lampe projektovane 220 volti, prvo je vredno shvatiti da se poluprovodnički elementi ne mogu napajati iz naizmenične struje i napona takve veličine. Inače će jednostavno zapaliti. Zbog toga, u slučaju ovog svetlosnog izvora mora biti ploča, koja smanjuje napon i ispravlja struju.


Dugotrajnost lampe u velikoj mjeri zavisi od dizajna ove ploče. Tačnije, koji su elementi na njegovom ulazu. U jeftini, osim za otpornik pre ispravljačkog diodnog mosta, nema ništa. Često se čudi (obično u sijalicama iz srednjeg kraljevstva), kada nema ni tog otpornika, a mostovi dioda su direktno povezani sa poklopcem. Takva sijalica sjaja veoma jako, ali je njihov vijek trajanja izuzetno nizak, ako nisu povezani putem uređaja za stabilizaciju. Za ovo možete koristiti, na primer, balastne transformatore.

Najčešći krug u kome je kola za napajanje kontrolnog kola lampe filter za gletanje napravljen od otpornika i kondenzatora. Kod najskupljih LED lampi, napajanje i upravljačka jedinica su ugrađene na mikročipove. Oni glatko pomeraju napore, ali njihov radni vek nije preveliki. U osnovi, zbog nemogućnosti uspostavljanja efikasnog hlađenja.

LED ploča

Bez obzira na to kako naučnici pokušavaju, izmišljajući sve nove supstance sa visokom efektivnom radijacijom u vidljivom dijelu spektra, princip LED lampice ostaje isti, a svaki od njegovih pojedinačnih svjetlosnih elemenata je vrlo slab. Da bi postigli željeni efekat, oni su grupisani u nekoliko desetina, a ponekad na stotine komada. U tu svrhu koristi se dielektrična ploča, na kojoj se primenjuju metalne provodne staze. Veoma je sličan onima koji se koriste na televizorima, računarskim matičnim pločama i drugim radio uređajima.
LED ploča izvršava još jednu važnu funkciju. Kao što ste već primetili, u kontrolnoj jedinici nema step-down transformatora. Naravno, to možete staviti, ali to će dovesti do povećanja veličine lampice i njegovog troška. Problem snimanja napona napajanja na nominalnu vrednost, koji je siguran za LED, rešen je jednostavno, ali opširno. Svi svetlosni elementi se povezuju sekvencijalno, kao u božićnom vijencu. Na primer, ako povežete 10 svetlosnih dioda u 220-voltnom krugu, svaka će primiti 22 V (iako će struja ostati ista).
  Nedostatak ove šeme je taj da izgoreni element lomi celokupno kolo i lampica prestane sjaj. U radnoj lampi od desetak LED dioda, samo jedan ili dva mogu biti neispravni. Postoje zanatlije koje ih ponovo lete i mirno žive, ali većina neistomišljenih korisnika bacaju čitav uređaj u smeće.

Inače, reciklaža LED lampi je odvojena glavobolja, jer je nemoguće miješati sa običnim kućnim smećem.

Transparentna kapuljača

U suštini, ovaj element igra ulogu zaštite od prašine, vlage i razigranih olovaka. Međutim, on ima i utilitarnu funkciju. Većina kapica LED lampi izgleda neprozirno. Ovo rješenje može izgledati čudno, jer je snaga zračenja LED oslabljena. Ali njegova upotrebljivost za stručnjake je očigledna.


Kapa je dosadna, jer na njenoj unutrašnjoj strani ima sloj fosforja - supstanca koja počinje sijati pod uticajem energije kvanta. Čini se da ovde, kako kažu, ulje je masno. Ali fosfor ima spektar zračenja nekoliko puta širi od onog kod LED-a. Blizu je prirodne solarne energije. Ako ostavite LED diode bez takvog "podloga", onda iz njihovog sjaja oči počinju da se umoruju i povređuju.

Kakva je korist takvih lampe

Sada kada već znate mnogo o tome kako LED lampa radi, vredi pominjati njegove prednosti. Glavna i nesporna - niska potrošnja energije. Deset LED dioda emituje isti intenzitet kao i tradicionalna žarulja, ali poluprovodnički uređaji troše nekoliko puta manje električne energije. Postoji još jedna prednost, ali nije tako očigledna. Sijalice sa ovim principom rada su izdržljive. Istina, pod uslovom da naponski napon bude što stabilniji.

Nemoguće je spomenuti nedostatke takvih lampe. Prvo, ovo se odnosi na spektar njihovog zračenja. To se značajno razlikuje od solarne - da se ljudsko oko koristi za percepciju milenijumima. Prema tome, za kućnu upotrebu odaberite one sijalice koje sijale žutu ili crvenkastu (toplo) i imaju matirane poklopce.