Kas ir LED - detalizēts raksturlielumu un veidu apraksts
Gaismas diodes ir visur: mājās, automašīnās, tālruņos. Ar to palīdzību tiek nodrošināts spilgts sīkrīku ekrānu apgaismojums, tiek ražoti ekonomiski apgaismojuma avoti. Tagad tie ir neaizstājami gaismas avoti. Apsveriet galveno LED veidu ierīci un tehniskos parametrus.
Kas ir LED
Gaismas diode (no angļu valodas Light Emitting Diode jeb LED) ir mākslīgās gaismas cietvielu elektriskais avots, kas izgatavots no p- un n-vadītspējas pusvadītāju materiāliem. Izmantojot vairākas tehnoloģijas - uzklāšanu caur maskām, kodināšanu, epitaksiālo nogulsnēšanos utt., tiek iegūts p-n savienojums.
P-veida pusvadītāju materiālā strāvas nesēji ir "caurumi" - pusvadītāju kristāla atomi, kuros, leģējot ar īpašiem metāliem, tie rada elektronu deficītu. N-materiālos nesēji ir liekie elektroni kristālā.
"Caurums" ir praktiski nekustīgs. Tam ir pozitīvs lādiņš, kas vienāds ar elektrona lādiņu. Elektrons, "lecot" no viena atoma ārējās orbītas uz blakus esošā atoma ārējo orbītu, pārvieto "caurumu" pretējā virzienā.
Darbības princips jeb kas spīd LED
Pieslēdzot p-n savienojumam konstantu noteikta lieluma un polaritātes spriegumu, tie savienojumā rada elektrisko strāvu elektrisko lādiņnesēju pretplūsmas veidā - "caurumi" - pozitīvas "daļiņas" un elektroni - negatīvi. Kad šīs plūsmas satiekas p-n krustojumā, tās pārkombinējas vai saplūst. Brīvs elektrons ar palielinātu enerģiju iekļūst “caurumā”, un tas pazūd.
Labajā pusē ir kristāla n-pusvadītāju daļa, "bagātināta" ar brīvajiem elektroniem, pa kreisi ir p-pusvadītāju daļa ar pozitīvām "daļiņām" - "caurumiem".
Enerģija izdalās gaismas kvantu veidā. Tie tiek emitēti, t.i. izstaro no kristāla gala. Kvantu plūsma skar atstarotāju. Tā pulētā virsma atstaro gaismu pareizajā virzienā. Īpaša virsmas konfigurācija veido nepieciešamo gaismas plūsmas virziena modeli.
Spriegums pārejas barošanai tiek pielietots "+" - uz diodes anodu un "-" - uz katodu.
Dizains
Siltuma noņemšanas substrāts ir attēlots ceriņu krāsā. Pelēkas trapeces - gredzenveida konfigurācijas atstarojoša atstarotāja-reflektora sekcijas, kas izgatavotas no alumīnija.Zilajā centrā ir LED mikroshēmas kristāls ar pievienotiem zelta vai sudraba vadiem, kas pielodēti pie anoda un katoda spailēm.
Gaismas diožu veidi
Gaismas diodes ir diezgan "jaunas" ierīces. To galīgā klasifikācija vēl nav izstrādāta. Tāpēc daudzi labi pazīstami ražotāji izmanto savas apakšnodaļas sistēmas.
Saskaņā ar vienu no tiem gaismas diodes ir sagrupētas atbilstoši to mērķim šādi:
- Indikators.
- Apgaismojums.
Rādītāji savā grupā ir sadalīti šādos veidos.
DIP diodes
Saīsinājums ir atvasināts no Dual In-line Package jeb "double in-line placement". Parasti korpusi ir cilindri, bet ir arī paralēlskaldņi. Apakšējā galā ir stiepļu aksiālie vadi, kas ir paralēli korpusa galvenajai simetrijas asij. Katoda izeja ir īsāka nekā anoda.
Sadalījums tipos - pēc korpusa diametra un objektīva augšējā galā. Diametrs no 2-3 līdz 20 mm un vairāk. Mirdzošā krāsa - jebkura, vairāki balti toņi.
Viens no veidiem - mirgojošs 2 krāsās, ir 3 izejas.
Salmu cepure
Burtiskais tulkojums ir salmu cepure vai bryl. Piemērošana gaismas diodēm – ķermenis ir kā cepure ar noapaļotu augšdaļu.
Ir redzami dažāda garuma vadi, īsais ir katods. Ir redzami arī uzstādīšanas augstuma ierobežotāji. Zem objektīva ir kristāls ar dzeltenu fosforu.
Super Flux Piranha
Tiešais tulkojums - superflow. Piranha - tulkojums krievu valodā - piranha. Gaismas diodes nosaukums bija saistīts ar metāla vadu īpatnībām šauru sloksņu veidā. Lai vienkāršotu uzstādīšanu iespiedshēmas plates caurumos, štancēšanas laikā tapu galos tika nogriezti stūri. Šādi izrādījās plēsīgās zivs asie “zobi”.
Izvadā ir apzīmogoti “pleci” - ierobežotāji, kas nosaka korpusa augstumu virs dēļa. Tātad korpuss tika atvērts gaisa dzesēšanai no apakšas. Pasīvās dzesēšanas kristāli tika novietoti uz vadu augšējiem galiem.
Ievietojot korpusā 2 vai 3 mikroshēmas, tās palielināja gaismas plūsmu. Un diode iekrita īpaši spilgto grupā.
Redzams ar lēcu “pārklāts” kristāls un sašaurināti uzstādīšanas augstuma vadi-formatori.
smd
Saīsinājums vārdam Surface Mounted Device, tulkojumā no angļu valodas – ierīce, kas uzstādīta uz virsmas. Tie izskatās kā taisnstūrveida korpusi, kas izgatavoti no plastmasas vai keramikas. Secinājumi - no apakšas un no korpusa sāniem paliktņu veidā.
Visbiežāk - apgaismojums, bet pie mazas jaudas tie var būt arī indikatori. Jauda no mW (milivatiem) līdz W. Mirdzums ir jebkura baltas gaismas krāsa vai nokrāsa.
Lasi arī: SMD gaismas diožu raksturojums
OLED
Papildus cietvielu gaismas diodēm, kuru pamatā ir pusvadītāju metāli - silīcijs, germānija, gallija arsenīds utt., Uz organisko savienojumu plēvēm ir arī LED grupa. Tos sauc par organiskajām jeb OLED LED – Organic Light Emitting Diode.
Tās tāpat kā pusvadītāju diodes izstaro gaismu, bet ne ar cietu struktūru, bet ar plānām kārtiņām. Lai gan galvenais pielietojums ir atrodams vienkrāsainu displeju izstrādē. Esošie krāsu OLED plēvju trūkumi ir dažādi darbības laiki dažādu spīduma krāsu plēvēm. Tas ir vismaz 12–15 tūkstoši stundu.
Pēc uzlabošanas šādas gaismas diodes tiks plaši izmantotas mobilajos tālruņos, automašīnu un kuģu GPS navigatoros, nakts tēmēkļos un nakts medību un šaušanas ierīcēs utt.
Video apskats: QLED, OLED un LCD (IPS) salīdzinājums.
Kvēldiegs
2012.-2013.gadāparādījās neparastas gaismas diodes, kuras viņi sauca par kvēldiegu. Faktiski tās ir COB matricas garu cilindru formā ar diametru 2-3 un garumu 15-30 mm. Uz stikla vai safīra cilindra tiek ielīmēti 28-30 zili kristāli, kas mijas ar dažiem sarkaniem. Tie ir savienoti virknēs ķēdēs, un pēc izmantojamības pārbaudes tie ir piepildīti ar dzeltenu fosforu.
Šo kvēldiega moduļu ražošanas tehnoloģiju sauc par Chip-On-Glass vai COG.
Gatavās COG matricas novieto uz parasto kvēlspuldžu veidgabaliem, uzstāda pamatnē un ievieto stikla vai plastmasas kolbā. Lai atdzesētu gaismas diodes, kolba ir piepildīta ar hēliju.
Lampas jauda - no 2-3 līdz 10-12 vatiem. Gaismas plūsma atbilst parasto gaismas diožu gaismas efektivitātei 80-100 lm/W.
Rezultāts ir modernizēta LED kvēlspuldze. Lampa bieži tiek nepareizi dēvēta par LED kvēlspuldzi.
Termins "remontēšana" nāk no angļu valodas. modernizācija - modernizācija vai pārveidošana. Tie ir jauni gaismas avoti tradicionālo izmēru korpusos.
Iepriekš minētie skaitļi atšķiras pēc jaudas un ražotājiem kvēldiega LED spuldzes. Stikla kolbā ar E27 pamatni kvēldiega COL moduļi ir piestiprināti pie kvēldiega veidgabaliem.
PCB zvaigznes veids
Šāda veida gaismas diožu saīsinājums ir atvasināts no angļu valodas frāzes Printed Circuit Board. Viņa tulkojums ir iespiedshēmas plate.
PCB Star tipa diodes plate. Ražotājs ir amerikāņu kompānija CREE, XML diodes modelis. Dzeltenais taisnstūris ir jaudas diodes COB matrica.
Plāksne ir izgatavota no metāla, kas labi vada siltumu, piemēram, no alumīnija. Plātnes konfigurācija ir 6 staru zvaigzne.COB LED bloks ir rūpnīcā uzstādīts zvaigznes dēļa centrā. Dēlis ir nokrāsots melnā krāsā, lai uzlabotu pasīvo siltuma izkliedi, ko rada jaudīga darba gaismu izstarojoša ierīce.
6 "zvaigznes" pa kreisi - dažādu jaudu un baltās gaismas toņu diodes. Divi apakšējie ir jaudīgāki elementi ar lieliem dzeltena fosfora apļiem. Labajā pusē ir 4 gabalu kolonna. – diodes plakanai montāžai uz iespiedshēmas plates paliktņu virsmas.
Spēcīgas plakanās gaismas diodes izmēru rasējums uz zvaigznes dēļa. Konstrukcijas augstums ir 6,6 mm, diodes korpusa diametrs ar plakanajiem vadiem ir 8 mm, Star dēļa izmērs ir 22 mm.
LED COB matrica
Ja uz siltumvadošas substrāta, kas izgatavots no mākslīgā safīra vai silīcija kristāla, ar dielektrisku līmi uzlīmē vairākus desmitus zilu pusvadītāju kristālu, kas savienoti ar vadītājiem virknes paralēlās grupās un virsū piepildīti ar dzeltenu fosforu, mēs iegūstam LED moduli. to COB matrica. Saīsinājums ir atvasināts no angļu valodas frāzes Chip-On-Board. Tas tiek tulkots kā "kristāli uz tāfeles".
COB matricās tiek izmantotas LED mikroshēmas bez iepakojuma bez substrātiem. Naktsmītne ir ārkārtīgi šaura. Šī tehnoloģija ražo ievērojamu daļu lieljaudas gaismas diožu, tostarp simtiem kristālu. Laba ventilatora dzesēšanas siltuma izlietne, dažreiz izmantojot siltuma caurules, ļauj sasniegt 150-200 W vai lielāku jaudu vienā gadījumā.Matrica nodrošina virziena plūsmu ar 100-150 grādu izkliedes leņķi 0,7 līmenī no starojuma maksimuma.
Tipu klasifikācija
Gaismas diožu veidi ietver:
- atsevišķas gaismas diodes vienā lieljaudas mikroshēmā (COB matrica);
- LED pāris vienā iepakojumā - indikatora diodes, kas pārmaiņus mirgo divās krāsās, piemēram, sarkanā un dzeltenā;
- trīs pamatkrāsu izstarotāju trijnieki vai triādes - sarkana, zaļa un zila vai RGB: sarkans - sarkans, zaļš - zaļš, zils - zils.
Ja trīs kristālu LED ir vienādas spīduma krāsas kristāli, mums ir īpaši spilgta LED. Ar dažādu krāsu kristāla gaismu mēs iegūstam RGB triādi vai daudzkrāsu kontrolētu gaismu izstarojošu ierīci.
SMD ir saīsinājums no angļu valodas frāzes Surface Mounted Device, virsmas montāžas ierīce. Izmanto, lai automatizētu elektronisko komponentu novietošanu un lodēšanu uz iespiedshēmu platēm, t.sk. un gaismas diodes. Izmanto lentēs, lineālos, moduļos un tradicionālajās iespiedshēmu platēs.
Galvenās krāsas ietver arī YB krāsu pāri - dzelteno, dzelteno un zilo, zilo. Ir arī citas krāsu kombinācijas, kuras sajaucot dod baltu.
Jaudīgas COB gaismas diodes
Lielajiem modeļiem korpusa stūros ir montāžas atveres. Mazāki modeļi ir pielodēti uz iespiedshēmas plates.
Papildus parastajām gaismas diožu īpašībām jaudīgie modeļi pievieno vairākus papildu parametrus:
- nominālā jauda, W;
- skaidas izmērs, mm;
- kristāla vai matricas nominālā darba strāva;
- kalpošanas laiks, kas saistīts ar standartiem L 70, L80 utt.
Mazjaudas gaismas diodes
Runājot par enerģijas patēriņu, tie ir gaismas diodes no 0,05 līdz 0,5 W, darba strāva - 20-60 mA (vidējā jauda - 0,5-3 W, strāva 0,1-0,7 A, liela - vairāk nekā 3 W, strāva 1 A un vairāk) .
Strukturāli mazjaudas gaismas diodes ietver vairākas LED gaismas izstarotāju grupas:
- Gaismas diodes SMD korpusos ir parastas un īpaši spilgtas;
- DIP diodes cilindriskos korpusos - uzstādīšanai iespiedshēmu plates caurumos;
- piranha tipa korpusos - montāžai urbumos.
Attēlā gaismas diodes no augšas uz leju:
- Cilindriskos DIP iepakojumos - ar elastīgiem stiepļu vadiem lodēšanai dēļa caurumos.
- Piranha tipa gadījumos tie ir arī Superflux, lodēšana caur caurumiem.
- Gadījumos ar plakaniem vadiem montāžai uz vienpusēju un divpusēju iespiedshēmu plates kontaktu paliktņiem vai daudzslāņu plates "akās".
Gaismas diožu raksturojums
Gaismas diodes raksturo daudzi parametri. Svarīgākie no tiem:
- gaismas intensitāte un energoefektivitāte - Lm un Lm / W;
- gaismas plūsmas novirzes leņķis 0,5 vai 0,7 līmenī, grādi - parastajiem no 120 līdz 140 grādiem, indikatoru modeļiem - no 15 līdz 45 grādiem;
- ekspluatācijas laikā patērētā jauda, W - mazs - līdz 0,5, vidējs - 0,5-3, liels - vairāk nekā 3;
- darba strāva caur diodi, mA vai A;
- baltas gaismas krāsa vai nokrāsa Krāsaina temperatūra, Kelvina grādi, K - no 2000-2500 K - silti balti un līdz 6500-9500 K - auksti balti.
Ir arī citas īpašības, taču tās tiek izmantotas retāk. Piemēram, gaismas diodes strāvas-sprieguma raksturlielums, I-V raksturlielums ir strāvas līkne caur krustojumu pret tai pievadīto darba spriegumu. To izmanto LED darbības režīma elektriskajos aprēķinos.
Izmēri
Gaismas diodes izmērus nosaka tā korpusa izmēri.SMD korpusiem - garums, platums, biezums. Pirmās divas vērtības ir iegultas apzīmējumā, piemēram, SMD2835, kur divi skaitļu pāri ir 2,8 mm - platums un 3,5 mm - garums. Korpusa biezums jāņem no diodes apraksta vai pases.
Cilindriskām DIP diodēm svarīgi parametri ir korpusa diametrs un tā augstums ar objektīvu. Šajā gadījumā pirms uzstādīšanas ir jāņem vērā vadu vadu garums un ražotāja ieteikumi to saliekšanai.
Viļņa garums
Šāda LED īpašība kā viļņa garums tiek izmantota ļoti reti. Bieži sauc par mirdzuma krāsu.
| Krāsu tonis | Viļņa garums, nm |
|---|---|
| infrasarkanais (neredzams) | 760-880 |
| sarkans | 620-760 |
| apelsīns | 585-620 |
| dzeltens | 575-585 |
| dzeltenzaļa | 555-575 |
| zaļš | 510-555 |
| zils | 480-510 |
| zils | 450-480 |
| violets | 390-450 |
| UV (neredzams) | 10-390 |
Diodes mirdzuma viļņa garums tiek mērīts nanometros - nm. Tas ne vienmēr ir norādīts produkta pases datos.
Apzīmējums un krāsu marķējums
Katram ražotājam ir savs gaismas diožu marķējums. Piemēram, LED apzīmējumā - LED-WW-SMD5050 tā alfabētiskie un ciparu elementi tiek atšifrēti:
- LED - LED;
- WW - mirdzuma krāsa Warm White - silti balta 2700-3500 K;
- SMD - virsmas montāžas pakete;
- 5050 - korpusa izmēri milimetra desmitdaļās - 5,0 × 5,0.
Baltās gaismas toņu saīsinājumu varianti:
- DW - Day White - balta diena (4000-5000 K);
- W - Balts, tīri balts (6000-8000 K);
- CW vai WC - Cool White - auksti balts (8000-10 000 K);
- WSC - White Super Cool - super auksti balts, krāsas temperatūra 15 000 K ar raksturīgu zilganu nokrāsu;
- ZR — neitrāli balts — neitrāli balts — 5000 K.
Ir arī citi gaismas diožu un krāsu apzīmējumi, sistēma vēl nav pilnībā standartizēta, tāpēc ražotāji baltās gaismas nokrāsām izmanto dažādas skaitliskās vērtības un nosaukumus.
Grafiskais un alfabētiskais attēls diagrammā
Anods, kas pazīstams arī kā gaismas diodes pluss, elektriskajās ķēdēs tiek parādīts kā trīsstūris. Katods (mīnuss) - šķērsvirziena domuzīme.
LED sprieguma tabula
Lai gaismas diode darbības laikā nodrošinātu visas tās konstrukcijas un ražošanas tehnoloģijā noteiktos raksturlielumus, tai ir jānodrošina aprēķināta barošana. Piemēram, pievienojiet spriegumu tā anodam un katodam, kas būs nedaudz lielāks par p-n savienojuma tiešo spriegumu. Pārmērīgs spriegums ir "jādzēš" virknē iekļauts rezistors. Rezistoru sauc par strāvas ierobežojošo rezistoru. Tas kalpo, lai novērstu pārmērīgu strāvu caur p-n krustojumu.
LED ir divi kontaktu vadi - anods un katods, katods ir īsāks par anodu. Ja garums ir vienāds, tad definēt Varat tos izmantot ar pirksta akumulatoru. Ja ir gaisma, tad jums priekšā ir anods.
Tabula. Krāsainās gaismas diodes p-n savienojuma priekšējais spriegums.
| Mirdzoša krāsa | Darba spriegums, tiešs, V |
|---|---|
| balts | 3,5 |
| sarkans | 1,63–2,03 |
| apelsīns | 2,03–2,1 |
| dzeltens | 2,1–2,18 |
| zaļš | 1,9–4,0 |
| zils | 2,48–3,7 |
| violets | 2,76–4 |
| infrasarkanais | līdz 1.9 |
| UV | 3,1–4,4 |
Lasi arī: Kā uzzināt, cik voltu ir LED
Gaismas diožu pielietojums
Gaismas diožu klāsts nepārtraukti paplašinās. Sākotnēji tos izmantoja kā gaismas indikatorus ķēdēs elektronisko iekārtu ieslēgšanai vai darbināšanai.Piemēram, raidītāja ieslēgšana, pārslēgšana uz palielinātu vai samazinātu jaudu utt. Tie varētu novērst automātisko aktivizāciju, piemēram, kad parādās izsaukuma signāls vai lai piesaistītu uzmanību. Tika izmantotas mirgojošas vai vienkrāsainas gaismas diodes - sarkana, dzeltena, zaļa, zila.
Maza izmēra īpaši spilgtas DIP gaismas diodes tika savienotas virknē paralēlās ķēdēs un barotas tieši no 220 V tīkla. Ievietojot šādas sērijas diožu grupas caurspīdīgā elastīgā PVC caurulē un piepildot tās ar caurspīdīgu hermētiķi, mēs ieguvām "elastīgs neons"- gaismas" žņaugs. To var ieklāt gar baseina malu, celiņa apmali, izrotāt mājas jumtu vai koku dārzā.
Elastīgo daudzslāņu plātņu un SMD pakešu parādīšanās virsmas montāžai ir radījusi elastīgas LED sloksnes.
Sākotnēji tie bija dekoratīvās iekšējās apdares līdzekļi. SMD diožu jaudas palielināšana un to izvietojuma blīvums uz tāfeles ļāva sākt izmantot LED sloksnes vispirms papildu un pēc tam galvenajam apgaismojumam. Lentu putekļu un mitruma aizsardzības pakāpes palielināšanās izraisīja to izmantošanu dekoratīvajam apgaismojumam un pēc tam galvenajam apgaismojumam ielas apstākļos.
Tajā pašā laikā tika izstrādātas LED lampas, lai aizstātu kvēlspuldzes lampās - lampās, lustās un galda lampās. Parādījās modernizētas lampas - pilnīgi kvēlspuldžu un dienasgaismas lampu analogi pēc formas, spuldzes izmēra un barošanas sprieguma. Ir sākusies pakāpeniska kvēlspuldžu nomaiņa pret LED modernizāciju. Tajā pašā laikā tika pārtraukta LN ražošana - sākumā 100 W vai vairāk, tad 75, 60 utt.
Jaudīgu atsevišķu gaismas diožu izstrāde, īpaši Emitter vai PCB Star pakotnē, ir veicinājusi lukturīšu ar iebūvētu akumulatoru parādīšanos. Mirdzuma spilgtums un ilgums pēc viena uzlādes cikla bija vairākas reizes lielāks nekā iepriekšējiem modeļiem.
Lieliska gaismas diožu vadāmība ar elektroniskiem līdzekļiem - kontrolieriem un dimmeri - dimmeri, ļāva izmantot jaudīgus prožektorus pilsētu un pilsētu ielu un laukumu gaismas dinamiskajā apgaismojumā jebkurā valsts reģionā.
LED lentes tips RGB, RGBW un RGBWW ļāva ne tikai iegūt spēcīgas baltas gaismas plūsmas, bet arī mainīt tās balto nokrāsu plašā diapazonā no dzeltenīgi silta līdz zilgani un zili aukstam.
Jauno gaismas avotu vadāmība dod iespēju tos plaši izmantot izgaismotajā reklāmā - "rāpojošās līnijās", gaismas displejos, informācijas ekrānos u.c. Izmantojiet šos spilgtās krāsainās un baltās gaismas avotus fasādes reklāmās un uz jumtiem - plakanos un trīsdimensiju burtus un zīmējumus, zīmolu nosaukumus, preču zīmju attēlus un daudz ko citu.
Un visas šīs konstrukcijas darbojas daudz ilgāk nekā parastās lampas, kurām gandrīz nav nepieciešama apkope un tās patērē daudzkārt mazāk elektrības. Gaismas diožu un apgaismes iekārtu tehniskie parametri nepārtraukti pieaug. Gaismas diožu izmaksas samazinās, un pielietojums paplašinās.
