устройство, принцип работы, виды, характеристики

Среди владельцев частных домов, дач и квартир все чаще и чаще в обиходе используется светодиодная лампа. Это самые новые виды осветительных приборов, которые привнесли принципиально новые варианты эксплуатации электрооборудования. Они относятся к категории энергосберегающих лампочек, но помимо этого обладают и другими весомыми преимуществами. Далее мы более детально разберемся в устройстве и принципах работы светодиодных ламп.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться в принципиальных отличиях светодиодной лампы, как электрического оборудования, в сравнении с другими приборами, следует детально рассмотреть ее конструктивные особенности и назначение каждого из элементов.

Рис. 1. Конструкция светодиодной лампы

Конструктивно led лампочка состоит из:

• Светодиодов – в старых моделях присутствовал только один кристалл, излучавший свет, однако эта технология имела ряд сложностей, поэтому современные модели включают несколько единиц или целую матрицу.
• Колбы или рассеивателя  – может изготавливаться из стекла или полимера. Предназначен для боле плавного перераспределения светового потока от точечных источников в окружающее пространство.
• Стабилизатора тока или драйвера – предназначен для преобразования поступающей на контакты диодной лампочки электрической величины, не зависимо от уровня напряжения и мощности, в строго установленную величину электротока.
• Цоколя – предназначен для соединения светодиодных ламп с электрической сетью. Чаще всего используются стандартные цоколя E и G, реже бывают другие конструкции.

Дополнительно лампа содержит полимерный или металлический корпус. Однако в led светильниках может быть встроенная матрица, и она монтируется в светодиодный прожектор напрямую.

Принцип действия светодиодной лампы заключается в такой последовательности передачи электрической энергии:

• При помещении электролампы в патрон и подаче на нее переменного напряжения сети светодиодный источник получает питание.

Рисунок 2. Принцип действия светодиодной лампы

• Как видите на рисунке 2, переменное напряжение сети в светодиодной лампе изначально поступает на выпрямительный мост, где преобразуется в выпрямленное. Конденсатор, установленный после моста дополнительно сглаживает пульсации.
• Выпрямленное напряжение переходит далее от выпрямительного устройства на микроконтроллер, контролирующий величину вырабатываемого электротока.
• Затем питание поступает на импульсный трансформатор, который и выдает электрическое напряжение непосредственно к источнику освещения.
• При достижении нужного уровня электротока происходит свечение светодиодов.

В данном примере приведен принцип действия и конструкция светодиодной лампы с гальванической развязкой. Это более дорогой, но и более надежный способ предохранить человека от поражения электротоком. На практике случаются и более дешевые светодиодные лампы, их продукция использует более дешевые платы драйвера или способы преобразования, которые не обеспечивают должного уровня безопасности и продолжительности эксплуатации.

Виды

На сегодняшний день производители светодиодных ламп предоставляют потребителям довольно широкий выбор разнообразных моделей, призванных удовлетворить потребности даже самых требовательных покупателей. Поэтому выделяют несколько параметров, по которым и различают виды светодиодных ламп:

• тип цоколя;
• форма колбы и самой лампы;
• напряжение питания;
• тип светодиодов и способ их размещения;
• световое излучение – мощность и теплота.

У светодиодных ламп часто встречается цоколь для патронов E27 – стандартный вариант, используемый в люстрах для освещения помещения и т.д. Также часто встречаются модели  E14 с диаметром цоколя 14мм, их еще называют миньонами. В некоторых вариантах встречаются штырьковые цоколи G13, G5, GU10, MR – это варианты под современные софиты и специализированные плафоны в люстрах.

Рис. 3. Типы цоколей

Значительно реже встречаются светодиодные лампочки с цоколем B или H, как специализированные варианты для узкопрофильного оборудования.

Если рассматривать вопрос о форме, то можно выделить такие виды:

• грушеобразная – классический вариант, может использовать как матовый рассеиватель, так и прозрачную колбу, в некоторых моделях совмещается полупрозрачный и непрозрачный корпус;
• грибовидная – используется в точечных светильниках, так как поверхность, излучающая световой поток сравнивается с корпусом софита;
• кукуруза – длинная модель с цилиндрическим расположением светодоидов, прекрасно подходит для горизонтального расположения в плафонах, прожекторах уличного освещения и т.д.;
• свеча – декоративная светодиодная лампа, устанавливаемая в настольные лампы, ночники или подсветки.

Как частные варианты вы можете встретить и другие формы, однако здесь мы рассмотрели наиболее популярные из них.

Рис. 4. Форма светодиодных ламп

По напряжению питания светодиодные лампы подразделяются на те, которые подключаются к бытовой сети 220В, и те, которым требуется низкое напряжение постоянного тока – 24В, 12В.

В зависимости от типа светодиодов, выделяют лампочки с монокристаллическими панелями, где обеспечивается точечное освещение за счет единственного кристалла. Но такие варианты сегодня редко встречаются, чаще используются 8 – 10 и более небольших кристаллов, которые могут отличаться габаритами для разных моделей. Особенно хорошо их видно на светодиодных лентах или лампах с прозрачным стеклом. Но некоторые энергосберегающие технологии используют светодиодные нити в газовой смеси.

Рис. 5. По типу светодиодов

Яркость свечения определяется мощностью светодиодной лампы, чем выше мощность, тем более ярко она будет светить. Для бытовых помещений подойдут модели от 3 до 10Вт, производственным потребуется уже около 20Вт, в уличные светильники устанавливают от 30 до 100Вт. Температуру свечения можно выбрать любую, в зависимости от поставленных задач – от теплой до холодной.

Температура свечения

Преимущества и недостатки

Как мы уже отмечали ранее, такой тип осветительных приборов стал популярным за счет значительных преимуществ перед их ближайшими конкурентами. К преимуществам светодиодных ламп относят:

• Продолжительный срок эксплуатации – от 10 до 100 тысяч часов, в сравнении с лампочкой накаливания, которая может обеспечить только 1 тысячу часов.
• Куда более эффективная светоотдача – от 90 до 120Лм/Вт, лампы накаливания могут похвастаться лишь 5 – 8Лм/Вт, а  люминесцентные светильники 25 – 50Лм/Вт.
• Обладает широкой гаммой цветовых температур, что делает их использование комфортным для любых помещений и нужд, а RGB светодиодные ленты могут выдавать несколько вариантов цвета свечения.
• Не боятся разгерметизации и нарушения целостности колбы, в отличии от устройств с нитью накаливания, галогенных ламп и других газосодержащих, будет с тем же успехом светить даже без наружного рассеивателя.
• Широкий диапазон рабочих температур – светодиодные аналоги не теряют своих характеристик в промежутке от – 60 до + 60°С.
• Устойчивы к незначительным отклонениям рабочего напряжения от номинального значения.
• Не выделяют вредных веществ, в отличии от люминесцентных ламп, которые содержат ртуть.

К недостаткам светодиодных ламп следует отнести их относительно высокую себестоимость, но она с лихвой окупается рабочими параметрами и сроком эксплуатации. Также существуют ситуации, когда лампочки накаливания нельзя или нецелесообразно менять на светодиодные модели.

Технические характеристики

Перед выбором конкретного осветительного устройства необходимо определиться с его основными параметрами. Из всего многообразия, которое вам следует учитывать, мы выделим:

• Мощность – определяет, сколько электрической энергии будет потребляться из сети при работе прибора. Показатель мощности важен как в части расчета за потребленную электроэнергию, так и в части количества получаемого света.
• Спектр излучения – теплый в пределах 2700 – 3300 К, дневной от 3500 до 6000К, холодный – от 6000К. Этот параметр указывается на упаковке светодиодной лампы.
• Коэффициент цветопередачи – на изделии маркируется буквами CRI или Ra. Показатель 100 является максимальным – это  уровень естественного дневного света, чуть хуже – от 100 до 90 для рабочих зон, лабораторий и т.д. В пределах 90 – 80 обычные жилые помещения, менее 80 подойдут для коридоров, подвалов и некоторых складов.
• Угол рассеивания и тип потока – могут характеризоваться направленным световым потоком или рассеянным.
• Уровень светоотдачи – определяет эффективность каждого ватта переработанной электроэнергии по отношению к выработанному световому потоку.

Область применения

Если еще десять – двадцать лет тому назад светодиодные лампы были настоящей диковинкой, то сегодня они стали полноправными фаворитами рынка. Их можно встретить в самых различных сферах человеческой деятельности:

• В освещении открытых территорий, площадок, парков;
• Для освещения бытовых и производственных помещений;
• Создания декоративной подсветки и украшения, как помещений, так и элементов ландшафта;
• В пожароопасных зонах и особо влажных помещениях;
• В автомобилях и механизации транспортных средств;
• Для работы устройств сигнализации, телемеханики и управления.

Но и этот список не является окончательным, за счет развития и совершенствования технологий, светодиодные лампы продолжают расширять область применения.

FAQ

1. Почему перегорают светодиодные лампочки в ванной и на кухне? Включил свет на кухне. Небольшой хлопок и перегорела светодиодная лампочка. Заменил — работает. На второй день включаю в ванной, хлопок перегорела и там, заменил — не горит. Проверил индикаторной отверткой, в выключателе горит индикатор, а в патроне в ванной нет. Выключатель двухклавишный в ванную и на кухню. Помогите, пожалуйста, советом.

   Подскажите по поводу нынешнего положения с освещением, – в патроне, где индикаторная отвертка показала отсутствие напряжения теперь лампочка не светиться даже после замены? Если это так, то налицо неисправности в электрической цепи на участке от выключателя непосредственно до самой лампы.

   В перечень неисправностей следует отнести жилы кабеля, которые могли перегореть, в результате чего образовался разрыв в цепи, распределительная коробка, место подключения электропроводки к люстре, патрон. В любом из этих случаев причиной является плохой контакт, который создает “экстремальные условия” для светодиодов и приводит к их преждевременному перегоранию.

   Если же контакт не нарушен и новая лампа нормально горит, возможны и другие причины:

   – Превышение номинального напряжения – если лампа рассчитана максимум на 230 В, а в электрической цепи присутствует 245 В, то срок службы сократится.
   – Не соответствует мощность лампы и условия эксплуатации по нагреву. Эта причина проявляется при монтаже в закрытый плафон, где лампочка перегревается, в случае использования некачественного радиатора.
   – Низкое качество ламп – многие производители обеспечивают доступную цену за счет экономии на комплектующих элементах. В результате используется слабый драйвер, выдающий пульсирующий ток или устанавливаются самые дешевые светодиоды.
   

   – При использовании выключателя с подсветкой, причиной может быть постоянное мерцание осветительного оборудования из-за шунтирования цепи контактов.
   – Если светодиодные лампы питаются от пониженного напряжения, то проблемы могут быть и в блоке питания.

Светодиодная лампа: устройство, принцип работы, применение

Светодиодные лампочки пользуются все большей популярностью у покупателей, что объясняется рядом достоинств этих источников света. В отличие от классических ламп накаливания и ламп дневного света их энергопотребление существенно ниже, да и рабочий ресурс заметно больше. При равной потребляемой мощности LED-лампочки обеспечивают лучшую освещенность комнат, чем те же люминесцентные аналоги. Все это вынуждает подробно ознакомиться с тем, что такое светодиодная лампа, какой у нее принцип работы и конструкция. Итак, обо всем по порядку.

• Устройство LED-лампы
• Принцип действия
• Различия по типу питания
• Область применения
• Виды ламп и оценка их качества

Устройство LED-лампы

Пользователям, желающим ознакомиться с тем, что это такое, придется разобраться с конструкцией и принципом работы светодиодной лампочки. Прежде всего, классический LED светильник представляет собой сборное устройство, состоящее из следующих основных узлов (фото ниже):

• Нескольких светодиодных излучателей, размещенных на теплоотводящей алюминиевой подложке (радиаторе).
• Матового куполообразного рассеивателя, конструкция которого обеспечивает равномерность распределения светового потока.
• Электронного преобразователя (драйвера), снабжающего LED светодиоды питанием нужного качества.
• Стандартного цоколя (E14, E 27, E 40 и других типов).

Важно! В простейших моделях лампочек от китайского производителя может устанавливаться один мощный светодиод.

При рассмотрении различных вариантов исполнения светодиодных лампочек важно научиться различать их по величине питающего напряжения.

Принцип действия

Принцип работы лампочки на светодиодах представляется как ряд преобразований, обеспечивающих свечение входящих в ее состав излучателей. При подаче питающего напряжения на цоколь сначала оно поступает на драйвер, назначение которого как раз и состоит в приведении высокого напряжения к приемлемому для LED ламп виду.

Чтобы кратко описать этот способ энергообеспечения, достаточно обратиться к следующей схеме:

Если выражаться простыми словами – ее работа может быть представлена так:

1. Сначала переменное напряжение подается на диодный мост, где частично выпрямляется.
2. Следующая за ним электролитическая емкость предназначена для сглаживания пульсаций.
3. После этого полностью выпрямленное напряжение подается на контроллер, управляющий работой LED лампы.
4. С электронного модуля оно через развязывающий импульсный трансформатор поступает непосредственно на светодиоды.

Важно! При ответе на нередко задаваемый вопрос: для чего нужна такая развязка, ответим – ее наличие частично снижает угрозу поражения высоким напряжением при работе с цоколем лампы.

Принцип действия LED лампочки на 12 Вольт намного проще, поскольку для преобразования напряжения потребуется типовой блок питания и ничего больше. А это, в конечном счете, снижает стоимость всего изделия в целом.

Различия по типу питания

В соответствие с этим параметром известные образцы LED ламп подразделяются на следующие модификации:

• со светодиодами, рассчитанными на 220 Вольт.
• работающие от пониженного и выпрямленного напряжения 12 Вольт.

Первые в этом списке источники света работают в типовых электросетях и включаются подобно обычным лампам накаливания.

Светодиодные лампы, рассчитанные на 12 Вольт постоянного тока, благодаря низкому напряжению и широкому выбору цоколей, относятся к универсальным изделиям.

Для работы таких ламп потребуется специальный блок питания, понижающий переменное сетевое напряжение до постоянной величины 12 Вольт.

Область применения

При рассмотрении вопроса о том, где применяются светодиодные лампы, потребуется отдельный подход к различным образцам. Изделия, включаемые непосредственно в сеть 220 Вольт, эксплуатируются как обычные лампы (люминесцентные или накаливания) с соответствующим цоколем. В отличие от них низковольтные светодиодные осветители используются в самых различных целях, начиная от точечного освещения при обустройстве натяжных потолков и заканчивая организацией наружной и внутренней подсветки. Отдельные образцы позиционируются как автомобильные лампочки, устанавливаемые в большинстве моделей современного автотранспорта.

Важно! Сравнительно низкое по величие напряжение питания обеспечивает светодиодным лампам высокую электрическую и пожарную безопасность (исключает удар током и возгорание).

Указанные достоинства позволяют расширить область применения LED лампочек и устанавливать низковольтные модели в следующих ситуациях:

1. В помещениях повышенной влажности (например, при обустройстве светодиодной подсветки зеркала в ванной).
2. В условиях высокой пожарной и взрывоопасности.
3. При обустройстве подсветок различного вида.
4. В складах и подвальных помещениях.
5. На улице под открытым небом.

В последнем случае такие лампы могут эксплуатироваться без специальных мер защиты и использования проводки с повышенными требованиями к надежности изоляции.

Обратите внимание: Универсальность светодиодных ламп подчеркивается тем, что в качестве блока питания в них нередко используется модуль от ленточных светодиодных подсветок.

Однако для надежности эксплуатации низковольтных ламп лучше всего воспользоваться специализированным блоком питания 12 Вольт, рассчитанным на работу со светодиодами.

Виды ламп и оценка их качества

С технической точки зрения все рассмотренные светодиодные лампы различаются по следующим показателям:

• Вид питания (220 или 12 Вольт).
• Тип цоколя.
• Количества светодиодов.
• Мощность освещения (световой поток).
• Форма корпуса.

По конструктивным особенностям, влияющим на надежность данного образца и его стоимость, LED лампочки подразделяются на фирменные изделия и на дешевые китайские образцы. Последние из них имеют более простое устройство и не отличаются высокой надежностью.

Конструктивные отличия брендовых изделий от китайского ширпотреба проявляется в таких деталях как наличие «мощного» теплового отвода и качественно оформленные рассеиватель и цоколь.

 

Любая лампочка на светодиодах, представленная на рынке, рассматривается пользователем двояко: со стороны ее надежности (качества) и с точки зрения издержек на покупку. При таком подходе к приобретению осветителей выбор остается за самим покупателем. В заключение отметим, что светодиоды позволяют на практике реализовать принцип экономии электроэнергии в бытовых условиях. Благодаря особенностям их устройства и функционирования удается сберечь часть средств, расходуемых на осветительные нужды.

Теперь вы знаете, что такое светодиодная лампа, как она устроена и как работает. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Материалы по теме:

• Как выбрать светодиодные лампы для дома
• Как понизить напряжение в сети
• Как экономить на освещении

Узнайте о светодиодном освещении | ENERGY STAR

• Основы
  • Что такое светодиоды и как они работают?
  • Срок службы светодиодных осветительных приборов
  • Где использовать светодиодные лампы
  • светодиоды и тепло
• Чем отличается светодиодное освещение?
• Почему я должен выбирать продукты светодиодного освещения, сертифицированные ENERGY STAR®?

Основы светодиодного освещения

Что такое светодиоды и как они работают?

Светодиод означает светоизлучающий диод . Светодиодные осветительные приборы производят свет на 90% эффективнее, чем лампы накаливания. Как они работают? Электрический ток проходит через микрочип, который освещает крошечные источники света, которые мы называем светодиодами, и в результате получается видимый свет. Чтобы предотвратить проблемы с производительностью, тепло, выделяемое светодиодами, поглощается радиатором.

Срок службы светодиодных осветительных приборов

Срок службы светодиодных осветительных приборов определяется иначе, чем срок службы других источников света, таких как лампы накаливания или компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Светодиоды обычно не «сгорают» и не выходят из строя. Вместо этого они испытывают «амортизацию светового потока», когда яркость светодиода медленно тускнеет с течением времени. В отличие от ламп накаливания, «срок службы» светодиодов определяется прогнозом, когда светоотдача уменьшится на 30 процентов.

Как светодиоды используются в освещении

Светодиоды используются в лампах и светильниках для общего освещения. Небольшие по размеру светодиоды открывают уникальные возможности для дизайна. Некоторые решения на основе светодиодных ламп могут физически напоминать знакомые лампочки и лучше соответствовать внешнему виду традиционных ламп накаливания. Некоторые светодиодные светильники могут иметь встроенные светодиоды в качестве постоянного источника света. Существуют также гибридные подходы, в которых используется нетрадиционный формат «лампочки» или сменного источника света, специально разработанный для уникального светильника. Светодиоды предлагают огромные возможности для инноваций в форм-факторах освещения и подходят для более широкого спектра применений, чем традиционные технологии освещения.

Светодиоды и тепло

В светодиодах используются радиаторы для поглощения тепла, выделяемого светодиодом, и рассеивания его в окружающую среду. Благодаря этому светодиоды не перегреваются и не перегорают. Управление температурным режимом , как правило, является наиболее важным фактором успешной работы светодиода в течение всего срока его службы. Чем выше температура, при которой работают светодиоды, тем быстрее ухудшается качество света и тем короче срок службы.

В светодиодных продуктах используется множество уникальных конструкций и конфигураций радиаторов для отвода тепла. Сегодня достижения в области материалов позволили производителям разрабатывать светодиодные лампы, которые соответствуют формам и размерам традиционных ламп накаливания. Независимо от конструкции радиатора, все светодиодные продукты, получившие сертификат ENERGY STAR, были протестированы, чтобы убедиться, что они правильно распределяют тепло, чтобы световой поток оставался должным образом до конца номинального срока службы.

Чем светодиодное освещение отличается от других источников света, таких как лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)?

Светодиодное освещение отличается от ламп накаливания и люминесцентных ламп по нескольким параметрам. При правильном проектировании светодиодное освещение является более эффективным, универсальным и служит дольше.

Светодиоды являются «направленными» источниками света, что означает, что они излучают свет в определенном направлении, в отличие от ламп накаливания и компактных люминесцентных ламп, которые излучают свет и тепло во всех направлениях. Это означает, что светодиоды могут более эффективно использовать свет и энергию во множестве приложений. Однако это также означает, что для производства светодиодной лампочки, излучающей свет во всех направлениях, необходимы сложные инженерные решения.

Общие цвета светодиодов включают желтый, красный, зеленый и синий. Для получения белого света светодиоды разных цветов комбинируются или покрываются люминофорным материалом, который преобразует цвет света в знакомый «белый» свет, используемый в домах. Люминофор представляет собой желтоватый материал, покрывающий некоторые светодиоды. Цветные светодиоды широко используются в качестве сигнальных и световых индикаторов, таких как кнопка питания на компьютере.

В КЛЛ электрический ток течет между электродами на каждом конце трубки, содержащей газы. Эта реакция производит ультрафиолетовый (УФ) свет и тепло. Ультрафиолетовый свет преобразуется в видимый свет, когда он попадает на люминофорное покрытие внутри колбы. Узнайте больше о КЛЛ.

Лампы накаливания излучают свет, используя электричество для нагревания металлической нити до тех пор, пока она не станет «белоснежной» или, как говорят, не раскалится. В результате лампы накаливания выделяют 90% своей энергии в виде тепла.

Почему мне следует выбирать светодиодные осветительные приборы, сертифицированные ENERGY STAR?

Сегодня доступно больше вариантов освещения, чем когда-либо прежде. Несмотря на это, ENERGY STAR по-прежнему является простым выбором для экономии на счетах за коммунальные услуги.

Светодиодные лампы, получившие сертификат ENERGY STAR, подчиняются очень специфическим требованиям, разработанным для того, чтобы воспроизвести опыт, к которому вы привыкли при использовании стандартной лампы, поэтому их можно использовать для самых разных целей. Как показано на рисунке справа, светодиодная лампа общего назначения, не отвечающая требованиям ENERGY STAR, может не распространять свет повсюду и может разочаровать при использовании в настольной лампе.

ENERGY STAR означает высокое качество и производительность, особенно в следующих областях:

• Качество цвета
  • 5 различных требований к цвету для обеспечения качества сразу и с течением времени
• Световой поток
  • Минимальная светоотдача, обеспечивающая достаточное количество света
  • Требования к распределению света, чтобы свет попадал туда, где он нужен
  • Руководство по заявлениям об эквивалентности, позволяющее исключить догадки при замене
• Душевное спокойствие
  • Подтверждено соответствие более чем 20 требованиям по производительности и маркировке
  • Долгосрочное тестирование для подтверждения заявлений о сроке службы
  • Тестирование продуктов в условиях эксплуатации, аналогичных тем, в которых вы будете использовать продукт дома
  • Минимальный срок гарантии 3 года

Как и вся продукция ENERGY STAR, светодиодные лампы, сертифицированные по стандарту ENERGY STAR, ежегодно проходят выборочное тестирование, чтобы убедиться, что они продолжают соответствовать требованиям ENERGY STAR.

Для получения дополнительной информации о том, как выбрать лампочку, сертифицированную ENERGY STAR, для каждого применения в вашем доме, ознакомьтесь с Руководством по покупке лампочки ENERGY STAR (PDF, 1,49 МБ) или воспользуйтесь интерактивным онлайн-инструментом «Выбор лампы».

Найдите лампочки и светильники, сертифицированные ENERGY STAR.

Принцип работы светодиодов. Инженерные знания

Здравствуйте, ребята, надеюсь, у вас все хорошо. В сегодняшнем уроке мы рассмотрим принцип работы светодиода . Полная форма светодиода — это светоизлучающий диод. Это диод, излучающий свет при подаче входного питания. Это полупроводниковые приборы и, как и другие диоды, имеют PN-переход. Свет, излучаемый диодом, зависит от энергии, необходимой для ширины запрещенной зоны полупроводникового материала. Для излучения белого света используется более одного слоя полупроводникового материала и может использоваться люминофор. Это было время, когда они использовались для общих целей в 1962 году, но их интенсивность света была меньше и они излучали инфракрасный свет.

Светодиоды, излучающие инфракрасный свет, используются в схемах дистанционного управления, таких как пульт ЖК-дисплея и т. д. Используемые в настоящее время светодиоды излучают свет в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазоне длин волн. Старые типы светодиодов использовались в различных лампах накаливания небольшого размера, индикаторных лампах и 7-сегментных дисплеях. В настоящее время светодиоды, производящие свет высокой интенсивности, используются в зданиях и помещениях для освещения. У светодиодов есть многочисленные преимущества перед лампами накаливания, такие как меньшее энергопотребление, более длительный срок службы, меньшие габариты и т. д. Диоды используются в светофорах, камерах, различных медицинских инструментах. В сегодняшнем посте мы подробно рассмотрим его работу, приложения и некоторые другие связанные параметры. Итак, начнем с Принцип работы светодиода.

Принцип работы светодиода

• Светодиод означает светоизлучающий диод, и на рисунке ниже вы можете увидеть символ светодиода.
• Работа светодиода очень проста, когда светодиод находится в условиях прямого смещения, электроны, находящиеся на стороне N диода, пересекают PN-переход и входят в область P, объединяются с дырками, существующими в этой области, и излучают свет.

• Как мы обсуждали в учебнике об атоме, существуют две основные энергетические зоны: первая — это зона проводимости с большим количеством электронов, в данном случае это N-область.
• Второй — это валентная зона, представляющая собой P-область диода и имеющая отверстия. Поэтому, когда электроны перемещаются из зоны высокой проводимости в валентную зону или соединяются с дырками, высвобождается энергия в виде света.
• Тип излучаемого света зависит от типа запрещенной зоны и других связанных параметров.
• Большая видимая область на одном листе полупроводникового вещества позволяет испускать фотоны в виде видимого света.
• Эта процедура известна как электролюминесценция и описана на рисунке ниже.
• Для поддержания длины волны излучаемого света в процессе добавляются многочисленные материалы. Цвет видимого света зависит от излучаемой длины волны.
• Есть некоторые светоизлучающие диоды, которые испускают свет, который не находится в спектре видимого света, но их длина волны больше и выходит в инфракрасной области спектра.

Полупроводниковые материалы для светодиодов

• В старых светодиодах использовался GaAs, испускающий невидимое инфракрасное излучение.
• Для производства видимого первого светодиода, излучающего видимый свет, используется галлий, фосфид арсенида (GaAsP) на подложке GaAs.
• Для увеличения яркости этого светодиода в качестве подложки использован фосфид галлия (GaP), в результате чего были созданы красные светодиоды большой интенсивности и светодиоды оранжевого цвета.
• Для получения бледно-зеленого света для излучения света использовался GaP.
• Для излучения желтого света в светодиоде использовались чипы красного и зеленого цвета.
• Впервые сверхяркие красные, желтые, зеленые и светоизлучающие диоды были созданы с использованием фосфида арсенида галлия-алюминия.

• В начале 1990-х годов были созданы сверхъяркие светодиоды с использованием InGaAlP, излучающие оранжевый, красный и зеленый цвета света.

Смещение светодиода

• Напряжение, необходимое для прямого смещения светодиода, больше, чем у диода, изготовленного из силикона.
• Нормальное прямое смещение напряжения для светодиода составляет от 1,2 до 3,2 вольт в зависимости от используемого материала.
• Напряжение для обратного смещения светодиода меньше, чем у диода, используемого для цепей выпрямителя, обычно от 3 до 10 вольт.
• Излучаемый свет зависит от тока, используемого для прямого смещения светодиода. Вы можете видеть на схеме, обозначенной как (а).

• График на рисунке показывает, что излучаемый свет прямо пропорционален току, необходимому для прямого смещения диода.
• Приращение I _F увеличивает свет, излучаемый светодиодом.
• Интенсивность света также зависит от температуры. На рисунке видно, что интенсивность жизни уменьшается с увеличением температуры.

Световое излучение светодиода

• Светодиод, излучающий свет в определенном диапазоне длин волн, как показано на рисунке через спектральную кривую.
• Кривая на графике (a) объясняет соотношение излучаемого света с длиной волны соответствующих видимых светодиодов.
• График (b) для инфракрасного светодиода. Используемая единица длины волны (нм).
• Стандартные пики излучения видимого красного светодиода составляют 660 (нм), пиковая длина волны желтого — 590 нм, зеленого — 540 нанометров и синего — 460 нанометров. Инфракрасный светодиод находится на 490 нм.

• На рисунке ниже показана диаграмма направленности светодиодов малого размера.
• Свет излучения светодиодов имеет направления, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп.
• Диаграмма испускаемого излучения находится под углом 90 градусов к поверхности, из которой исходит излучение.
• Это может быть очень за счет использования линзы, изменения формы излучающей поверхности и использования диффузионных пленок в заданном направлении.
• Указанная диаграмма направленности имеет множество преимуществ для различных приложений, таких как сигнал светофора, где свет должен быть виден только определенным водителям.
• На рисунке обозначено как (а) показан шаблон для светодиода в прямом направлении.
• Используется в индикации панелей.

• На рисунке, обозначенном как (b) показан рисунок для более широкого угла обзора, который используется во многих сверхъярких светодиодах.
• С помощью этих двух шаблонов можно создать множество шаблонов длин волн светодиода.

• Малогабаритный светодиод, используемый в различных индикаторах, показан на рисунке ниже. С небольшими светодиодами, используемыми в индикаторах, светодиоды большого размера используются для целей освещения из-за их большой эффективности и долговечности.
• Обычный светодиод может излучать от пятидесяти до шестидесяти люменов на ватт, что почти в пять раз больше, чем у обычной лампы накаливания.
• Различные конфигурации светодиодов показаны на рисунке ниже.

 

Спецификация светодиода

• Спецификация инфракрасного светодиода TSMF1000 показана на рисунке ниже. Вы можете видеть, что значение максимального напряжения для обратного смещения составляет всего пять вольт, предельный ток для прямого смещения составляет сто миллиампер, а падение напряжения для прямого смещения составляет почти 1,3 вольта при значении тока прямого смещения в двадцать миллиампер.
• На графике, обозначенном как (c), , вы можете заметить, что пиковая выходная мощность для этого диода приходится на длину волны 870 нм, а его диаграмма направленности показана на рисунке, обозначенном (d).

Применение светодиодов

Семисегментный дисплей

• Обычные светоизлучающие диоды используются в различных индикаторных лампах на различных устройствах, от бытовых приборов до приборов, используемых в исследовательских целях.
• Обычное устройство, в котором используется светодиод, представляет собой 7-сегментный дисплей. Расположение светодиодов для 10 десятичных цифр показано на рисунке ниже.
• Путем прямого смещения определенной комбинации светодиодов мы можем получить каждую десятичную цифру и десятичную точку.
• На соответствующем рисунке 2 показана схема конфигурации светодиодов первой категории с общим анодом и второй с общим катодом.

• Обычно светодиоды, излучающие инфракрасное излучение, используются для телевизоров, DVD, доводчиков и т. д.
• Инфракрасный луч передается через ИК-светодиод и обнаруживается приемником, установленным в телевизоре.

• Например, для каждой кнопки пульта ДУ телевизора есть специальный код,
• При нажатии любой кнопки пульта ДУ для переключения канала вырабатывается специальный электрический кодированный сигнал, который передается на светодиод, который трансформируется в кодированный ИК световой сигнал.

• Приемник, установленный в телевизоре, считывает сигнал кода и выполняет соответствующую задачу, которую вы отправляете на телевизор либо для изменения канала, либо для уровня громкости.
• Эта особая конструкция используется для подсчета бейсбольных мячей, когда они по желобу подаются в коробку для доставки.
• Когда каждый мяч движется по желобу, инфракрасный луч, испускаемый светодиодом, искажается.
• Это воспринимается фотодиодом, и результирующее изменение тока обнаруживается схемой восприятия.
• Электронная схема подсчитывает каждый раз, когда ИК-луч нарушается, определенное количество шаров проходит через желоб, срабатывает техника остановки, чтобы остановить движение шаров до тех пор, пока следующий незаполненный ящик не будет самопроизвольно перемещаться на место на конвейере.
• Этот метод используется для подсчета и контроля упаковки многих других типов вещей.

Светодиоды высокой интенсивности

• Светодиоды, которые генерируют большую мощность, чем обычные светодиоды, используются во многих приложениях, таких как светофоры, автомобильные фонари, внутреннее и наружное освещение, рекламные вывески и т. д.

Использование светодиодов в светофорах

• Использование ламп накаливания в светофорах заменено на светодиоды. Светодиоды небольшого размера используются в виде матрицы для получения красного, зеленого и желтого света.
• У светодиодов есть 2 преимущества перед лампами накаливания. Первое: светодиоды ярче, срок службы больше и потребляет меньше энергии почти на 90 процентов меньше, чем лампы накаливания.
Светодиодные светофоры
• собраны в массивы с линзами, которые усиливают и направляют излучаемый свет.
• На рисунке ниже показана работа светофорной решетки с использованием красного светодиода
• Для пояснения показана сравнительно меньшая плотность светодиодов.
• Количество светодиодов и расстояние между ними при использовании в светофорах зависит от диаметра блока, категории линз, цвета и интенсивности излучаемого света.
•  При использовании светодиодов подходящей плотности и линзы светофор размером восемь или двенадцать дюймов будет выглядеть в основном как одноцветная сфера.
• В массиве светофоров используется параллельное и последовательное сочетание светодиодов. Комбинация последовательностей какое-то время не использовалась, так как если один светодиод поврежден или выключен, все остальные будут выключены.
• Обладая преимуществом параллельной комбинации, у него есть недостаток, заключающийся в том, что требуется сопротивление, что делает его дорогостоящим.
• Чтобы свести к минимуму использование ограничительных сопротивлений, используется последовательное и параллельное сочетание светодиодов, как показано на рисунке ниже.

• Для максимального эффекта излучаемого света некоторые линзы светофоров имеют отражатели небольшого размера.
• Оптическая линза также используется для покрытия передней стороны массива, чтобы обеспечить правильное направление света, излучаемого диодом. Эта линза также сводит к минимуму нежелательную дисперсию света.
• На приведенном ниже рисунке показано использование линзы для правильного направления света на наблюдателя.

• Определенное расположение схем светодиодов зависит от приложенного напряжения и цвета светодиода.
• Для получения разных цветов светодиода предусмотрено различное значение напряжения. Для красного светодиода требуется меньшее напряжение, и если мы перейдем от красного к синему цвету в спектре, необходимое напряжение для цветов увеличится.
• Обычно для красного светодиода требуется два вольта, для синего светодиода требуется от трех до четырех вольт.
• Обычно для светодиодов требуется от двадцати миллиампер до тридцати миллиампер тока, независимо от их желаемого напряжения.
• На рисунке ниже показана общая кривая характеристик V-I для красного, желтого, зеленого и синего цветов.

Светодиодные дисплеи

• В наружных и внутренних вывесках, досках объявлений и больших телевизорах используются светодиоды. Эти вывески могут иметь один или несколько цветов или полноцветные.
• Полноцветные экраны имеют небольшие группы высокоинтенсивных зеленых, красных и синих светоизлучающих дидо, образующих пиксели.
• Обычный экран состоит из тысяч красных, зеленых и синих пикселей или пикселей цвета RGB.
• Сине-зеленый и красный являются основными цветами при слиянии друг с другом в разной концентрации, чем можно использовать для получения любого цвета, существующего в видимом диапазоне.
• На рисунке ниже показан основной пиксель, созданный с использованием 3-х светодиодов.

•  Светоотдача от каждого из 3 диодов может быть изменена автономно путем изменения количества прямого тока.

Похожие сообщения

• Диод регулятора тока
• Стабилитрон
• Диод ступенчатого восстановления
• PIN-диод
• Диод Шоттки
• Фотодиод
• Варакторный диод
• Диод
• Стабилитрон Применение
• Лазерный диод
• Светодиод

Итак, друзья, это законченный пост о принципе работы светодиода.