Kako LED: načelo delovanja, napravo in funkcije

Mnogi potrošniki želijo izvedeti več o LED napravah, načelu delovanja teh električnih naprav in njihovih tehnoloških značilnostih. To je posledica popularizacije LED-razsvetljave na splošno. Taki elementi so polprevodniški produkti s prehodom elektron-luknja, ki omogoča tvorbo optičnega sevanja.

Kako se je pojavila posebna tehnologija osvetlitve?

Pred upoštevanjem načela delovanja LED se predlaga preučitev informacij o tem, kako so nastale. Prvo sporočilo o možnosti oddajanja svetlobe skozi trdno diodo pripada enemu britanskemu eksperimentatorju. Leta 1907 se je vrnil, ko je opisal proces elektroluminiscence.

Poskusi so bili ponovljeni v ruskem laboratoriju, potem pa niso pripisovali velikega pomena. Leta 1961 so zaposleni v ameriškem podjetju patentirali prvo LED tehnologijo. Od takrat so se razvojni procesi izboljšali. Po določenem času je bilo mogoče sprostiti element visoke svetlosti za uporabo v telekomunikacijskem sektorju.

O osnovnih fizikalnih lastnostih

Da bi razumeli princip delovanja LED, je treba razumeti, da je vsak element polprevodniška dioda, ki pretvarja elektriko neposredno v svetlobno sevanje. Ko skozi njo preide enosmerni tok, se elektroni prenesejo na določeno območje. V procesu gibanja pride do prehoda na drugo energetsko raven z sproščanjem velike količine svetlobnega sevanja.

Za doseganje različnih barvnih učinkov se aktivirajoče snovi vnašajo v polprevodniški material. Najpogosteje se uporablja monokromatsko sevanje. Pri tej možnosti se za vsako diodo uporablja določena valovna dolžina. Barvno shemo sijaja je mogoče nadzorovati.

Najpomembnejše značilnosti

Glede na podrobno napravo in načelo delovanja LED je treba opozoriti na nekatere značilnosti. Instrumentalno sevanje je neposredno odvisno od sevalnega kota, ki je odvisen od zasnove. Določen vpliv na intenzivnost sevanja ima:

• material, ki se uporablja neposredno za zaščito kristala;
• nameščen objektiv.

Polprevodniška naprava lahko oddaja ne le ozko usmerjeno, ampak tudi razpršeno svetlobo. Temperatura okolja lahko vpliva na lastnosti LED. Njihova svetlost je odvisna od tega. Ko se temperatura dvigne, se svetloba zmanjša in pri nižjih temperaturah - svetlejša. V zvezi s tem je področje delovanja še posebej pomembno.

Visoke zahteve se nanašajo na izdelke, namenjene za zunanjo uporabo. Delovati mora pravilno s pomembnimi nihanji temperature. Svetlost svetlobe med delovanjem se ne sme bistveno spremeniti. Sodobne rešitve omogočajo normalen žar, ne glede na temperaturo okolja.

Princip delovanja LED temelji na delovanju visoke hitrosti. Sevanje se pojavi v nekaj sekundah po neposredni izpostavljenosti električnega toka neposredno polprevodniku. Proizvedene naprave imajo lahko tehnološke razlike, od katerih je odvisno od področja uporabe.

DIP tip LED

Polprevodniški elementi te kategorije spadajo med nizkonapetostne izdelke, zato se večinoma uporabljajo za dodatno osvetlitev. Ponavadi so nastavljeni kot indikatorji ali glavni viri v girlandah. S prihodom naprednejših tehnologij se je njihova proizvodnja bistveno zmanjšala.

Načelo delovanja LED z nizko porabo je relativno preprosto. Telo je valjaste oblike. Narejena je iz epoksidne smole. V notranjosti so vstavljene posebne ugotovitve vezje. Zaokrožen valj omogoča ustvarjanje usmerjenega svetlobni tok.

Na katodi je nameščen sevalni element v obliki kristala, ki spominja na majhno zastavo. Povezan je z anodo s pomočjo ultrafine žice. Obstajajo izdelki z dvema ali tremi kristali, ki imajo hkrati različne barve. Če je potrebno, se v ohišje vstavi kontrolni čip, ki je potreben za nadzor žarenja.

Za povečanje svetlobnega toka v takšnih LED so začeli izdelovati štiri izhode namesto dveh. Vendar se je v tem primeru znatno povečalo segrevanje kristala, kar je privedlo do omejitve možnega področja uporabe.

LED diode tipa SMD

Takšni elementi imajo širši namen, ki je povezan z glavnimi značilnostmi. Načelo delovanja te vrste LED vam omogoča, da organizirate razsvetljavo različnih formatov. Polprevodniške naprave s fiksnim tiskanim vezjem imajo kompaktne dimenzije, tako da se lahko uporabljajo tudi v najmanjših svetilkah.

Osnovni del ohišja, na katerem je kristal fiksiran, ima visoko toplotno prevodnost, zato je odvajanje toplote učinkovito. Običajno med lečo in glavnim elementom ustreza fosforna plast, ki omogoča nevtralizacijo UV svetlobe, kot tudi nastavitev specifične barvne temperature. V izdelkih z difuznim sevanjem leča ni nameščena. Sam element je oblikovan kot paralelepiped.

Svetleče diode tipa COB

Podobni elementi so se začeli uporabljati za žarnice in žarnice LED z veliko močjo. Načelo delovanja izdelkov ostaja enako, v tem primeru je na aluminijasto podlago pritrjeno na ducate kristalov z dielektričnim lepilom. Nastali matriks se obdeluje z eno plastjo fosforja, kar povzroči vir svetlobe z enakomerno porazdelitvijo glavnega toka.

Ena od tehnologij je varianta s porazdelitvijo velikega števila kristalov na stekleno površino. Po tej shemi se proizvajajo žarnice z žarilno nitko, pri katerih je osnovno jedro stekla, prekrito z majhnimi LED diodami in obdelano s fosforjem, osnovni vir.

Tehnologija RGB

Načelo delovanja RGB-LED temelji na optičnem efektu, ki omogoča pridobivanje različnih barvnih odtenkov zaradi mešanja treh glavnih komponent palete. Na isti matriki so hkrati nameščeni trije kristali. Da bi se prilagodili različnim pogojem, obstaja več sprememb izdelkov. Narejene so s skupno katodo ali anodo, včasih brez takšne (s šestimi glavnimi zaključki).

Najpogosteje se svetlobna tehnologija uporablja za oblikovanje plakatov, dekoracijo stavb, uokvirjanje mostov, arhitekturnih spomenikov in drugih objektov. Načelo delovanja večbarvne LED je enako. Vendar pa značilnosti oblikovanja povečujejo končne stroške izdelkov in zapletajo sistem priključitve na električno omrežje.

Glavne tehnične specifikacije

Obstaja več parametrov, ki označujejo LED.

1. Svetlost je izražena v enotah svetlobne jakosti. Sorazmerna je s količino električnega toka, ki poteka skozi polprevodniški element. Ko se napetost poveča, se svetlost dvigne.
2. Tok je lahko pulzirajoč ali konstanten. Lahko se zelo razlikuje. Indikatorske naprave imajo lahko samo 20 mA, enojne vate pa 300-400 mA.
3. Valovna dolžina vpliva na barvni razpon. Njegove meritve so narejene v nanometrih. Meje valov so po potrebi preslikane na osnovne komponente palete.

Barvni spekter sevanja se spreminja z vnosom kemično aktivnih snovi v polprevodniški material.

Načelo voznika za LED

Za doseganje stabiliziranega toka se uporablja posebna naprava, ki se izbere ob upoštevanju naslednjih parametrov:

• določeno moč;
• napetost neposredno na izhodu;
• nazivni tok.

Nameščeni gonilniki so lahko linearni ali pulzni. Prvi od njih so zasnovani tako, da zagotavljajo nemoteno stabilizacijo električnega toka pri spremenljivi vhodni napetosti. Impulzne naprave tvorijo visokofrekvenčne pritiske v izhodnem kanalu. Imajo visoko učinkovitost.

Obstajajo tudi zatemnljive gonilnike, ki omogočajo prilagajanje svetlosti LED. Podnevi se intenzivnost sevanja lahko nekoliko zmanjša, s čimer se prihrani življenjska doba polprevodniških izdelkov in električne energije.

Vprašanja, ki so zanimiva

Zdaj je postalo jasno načelo delovanja svetlečih diod, vendar mnogi uporabniki na to temo postavljajo različna vprašanja.

1. Kateri parametri vplivajo na življenjsko dobo polprevodniške naprave? Obstaja izjava, da so LED diode trajne, vendar to ni povsem res. Pri visoki jakosti toka med delovanjem se temperatura poveča, zato močnejše naprave hitreje izpadajo.
2. Ali se barvni prenos svetlečih diod sčasoma poslabša? Med dolgotrajnim delovanjem naprav pride do določene spremembe v senci, vendar trenutno ni standardov, ki bi to omogočili.
3. Ali so naprave škodljive za človeško oko? Ni podatkov o negativnih učinkih polprevodniških elementov v tem času.
4. Zakaj je potrebno stabilizirati električni tok, ki teče skozi LED napravo? Tudi majhne spremembe napetosti lahko povzročijo nihanje svetlosti.
5. Kako lahko dobite belo svetlobo? Obstajajo tri glavne možnosti. Prva vključuje mešanje komponent palete z RGB tehnologijo. Druga možnost vključuje neposredno nanašanje treh fosforjev na površino polprevodniške naprave, ki oddajajo tok svetlobe v ultravijoličnem območju. V tretji metodi se fosfor nanaša na modri element.

Kot zaključek

V okviru članka je bilo mogoče podrobno preučiti načelo delovanja LED. Za "lutke" (ljudi, ki ne razumejo moderne tehnologije LED) bo to verjetno dragoceno orodje. Vsebuje najbolj popolne informacije o strukturi in delovanju sodobnih sistemov razsvetljave, ki so zelo priljubljeni.