Σχετικά με τη χρήση των LED, τη συσκευή LED, πώς να ανάβει μια λυχνία LED

Όλοι είναι εξοικειωμένοι με τις λυχνίες LED τώρα: φώτα LED, λυχνίες LED, κορδέλες και πολλά άλλα. Χάρη στις προσπάθειες των προγραμματιστών, εμφανίστηκαν απολύτως εξωτικές συσκευές, για παράδειγμα, ένα ακροφύσιο σε μια βρύση νερού.

Εξωτερικά, είναι ένας διαφανής πλαστικός κύλινδρος: χύθηκε δροσερό νερό - μέσα στο ακροφύσιο ένα μπλε LED ανάβει, έγινε θερμότερο - έγινε κίτρινο και ακόμα και αν το νερό είναι πολύ ζεστό, το ακροφύσιο γίνεται κόκκινο. Το περιεχόμενο της εσωτερικής πλήρωσης είναι άγνωστο, αλλά το γεγονός ότι τα LED χρησιμοποιούνται ως στοιχεία εκπομπής είναι προφανές.

Το πρώτο LED αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις το 1962. Το 1990, γεννήθηκαν φωτεινά και αργότερα λαμπρά LED.

Η ίδια η λυχνία LED είναι πολύ παρόμοια με μια συμβατική διόδου ανορθωτή, μόνο όταν περνάει ένα συνεχές ρεύμα, το κρυστάλλωμα ημιαγωγού αρχίζει να ανάβει. Το αγγλικό όνομα για τις λυχνίες LED είναι η δίοδος εκπομπής φωτός ή LED, η οποία κυριολεκτικά μπορεί να μεταφραστεί ως δίοδος εκπομπής φωτός.

Για να ληφθούν διαφορετικά μήκη κύματος ακτινοβολίας (χρώματος), προστίθενται διάφορες προσμίξεις στον ημιαγωγό. Η προσθήκη αλουμινίου, ηλίου, ινδίου, φωσφόρου προκαλεί το κρύσταλλο να εκπέμπει χρώματα από κόκκινο σε κίτρινο. Για να λάβετε μια λάμψη από το μπλε στο πράσινο, οι κρύσταλλοι είναι εφοδιασμένοι με σωματίδια αζώτου, γαλλίου ή ινδίου.

Σήμερα, τα λευκά LED είναι ίσως τα πιο κοινά. Βασικά, αυτά είναι προϊόντα για τη δημιουργία φωτισμού, από φακούς, αναμνηστικά έως σοβαρούς προβολείς για εγκατάσταση σε στέγες και προσόψεις κτιρίων. Αλλά εδώ είναι μια ενδιαφέρουσα λεπτομέρεια: στη φύση, δεν υπάρχει υλικό ημιαγωγών που μπορεί να λάμψει στο λευκό.

Πώς να βρίσκεστε εδώ; Η υπεριώδης ακτινοβολία βοήθησε να βγούμε από αυτήν την κατάσταση: ο "υπεριώδης" κρύσταλλος καλύπτεται με ένα στρώμα φωσφόρου, περίπου το ίδιο όπως έγινε με τους λαμπτήρες φθορισμού, με αποτέλεσμα το LED να ανάβει λευκό.

Αλλά υπάρχει και κάποια ενέδρα. Όπως και στους λαμπτήρες φθορισμού, ο φωσφόρος χάνει τις ιδιότητές του με την πάροδο του χρόνου, η λάμψη γίνεται ασθενής. Ωστόσο, για να υπάρξει τέτοια φθορά, η λυχνία LED πρέπει να λάμπει συνεχώς τουλάχιστον για ένα χρόνο και ίσως ακόμη περισσότερο. Επομένως, με την περιοδική ενεργοποίηση και απενεργοποίηση, η διάρκεια ζωής αυτών των συσκευών είναι αρκετά μεγάλη.

Αρχικά, τα LED προορίζονταν κυρίως για συσκευές ένδειξης, αντικατέστησαν τους μικροσκοπικούς λαμπτήρες πυρακτώσεως. Τα οφέλη εδώ είναι αναμφισβήτητα. Πρόκειται για χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, χαμηλή τάση και υψηλή ανθεκτικότητα: ένας λαμπτήρας πυράκτωσης έχει διάρκεια ζωής όχι μεγαλύτερη από χίλιες ώρες, ενώ οι λυχνίες LED έχουν αυτή την παράμετρο στα δεκάδες χιλιάδες.

Ορισμένες πηγές υποστηρίζουν ότι το LED μπορεί να λειτουργεί συνεχώς έως και 11 χρόνια! Αλλά σε ορισμένες συσκευές, προκειμένου να αντικατασταθεί ένας λαμπτήρας, πρέπει να στραφεί σε σημαντική αποσυναρμολόγηση της θήκης και ολόκληρου του πίνακα οθόνης. Εδώ ένα σφυρί, μια σμίλη και κάποια άλλη μητέρα βοηθούν πλήρως.

Μια ξεχωριστή παράμετρος LED είναι μια ποικιλία χρωμάτων, η οποία εξαλείφει την ανάγκη για φίλτρα. Σε σύγκριση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως Λαμπτήρες LED έχουν αυξημένη μηχανική αντοχή, γεγονός που καθιστά εύκολο το ανέβασμα φορτίων κραδασμών και κρούσεων. Εντός λογικών ορίων, φυσικά.

Συσκευή LED

Τα πρώτα LED έγιναν σε μεταλλικές θήκες με διαφανές παράθυρο. Καθώς η τεχνολογία βελτιώθηκε, η γάστρα άρχισε να κατασκευάζεται εξ ολοκλήρου από πλαστικό.Το χρώμα του πλαστικού, κατά κανόνα, αντιστοιχεί στο χρώμα της λάμψης, αλλά οι διαφανείς περιπτώσεις είναι επίσης πολύ συχνές. Το χρώμα που ανάβουν αυτές οι λυχνίες LED μπορεί να βρεθεί μόνο μετά την ένταξή της.

Ίδιος συμβατική διόρθωση διόδουΗ λυχνία LED έχει δύο ακίδες ανόδου και κάθοδος. Επομένως, κατά τη σύνδεση, παρατηρήστε την πολικότητα. Η έξοδος της ανόδου, κατά κανόνα, είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από την κάθοδο, αλλά εξακολουθεί να είναι νέα LED. Εάν τα πόδια είναι ήδη κομμένα, τότε τα συμπεράσματα μπορούν να καθοριστούν από το "παροιμιώδες" πολύμετρο: με τη σωστή πολικότητα της σύνδεσης, το LED ανάβει λίγο.

Στην αντίθετη κατεύθυνση, η συσκευή πρέπει να παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση, σχεδόν ανοικτή, όπως συμβαίνει με μια συμβατική διόρθωση διόδου. Η εσωτερική διάταξη του LED σε ένα διαφανές περίβλημα παρουσιάζεται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Η εσωτερική δομή του LED σε μια διαφανή θήκη

Πώς να ανάβει μια λυχνία LED

Πολύ συχνά, οι ερασιτέχνες ραδιοερασιτέχνες θέτουν την ερώτηση: "Τι τάση χρειάζεται για να ανάψει ένα LED;". Εδώ μπορείτε να δείτε την αναλογία με λαμπτήρες πυρακτώσεως. Αυτή η λάμπα είναι για 220V, και αυτή είναι για 12. Στην περίπτωση της χρήσης ενός LED, δεν μπορεί να ειπωθεί ότι αυτή η λυχνία LED είναι για 5V, και αυτή είναι για 12V. Το ερώτημα είναι γιατί;

Το γεγονός είναι ότι το LED είναι μια τρέχουσα συσκευή: μια αντίσταση που περιορίζει το ρεύμα ενεργοποιείται εν σειρά με αυτήν, η οποία φαίνεται στο σχήμα 2.

Σχήμα 2 LED διάγραμμα συνδεσμολογίας μέσω μιας αντιστάσεως περιορισμού ρεύματος

Είναι εύκολο να δούμε ότι η λυχνία LED είναι συνδεδεμένη με μια πηγή DC με τη σωστή πολικότητα: η άνοδος συνδέεται στον θετικό πόλο της μπαταρίας και η κάθοδος μέσω της περιοριστικής αντίστασης, αντίστοιχα, στο αρνητικό. Φυσικά, ο περιοριστικός αντιστάτης μπορεί επίσης να συμπεριληφθεί στη ρήξη της εξόδου ανόδου, επειδή το κύκλωμα είναι σειριακό!

Η πηγή συνεχούς ρεύματος στο σχήμα παρουσιάζεται ως ένα γαλβανικό στοιχείο με τάση όχι μεγαλύτερο από ένα και μισό βολτ. Στην πραγματικότητα, μπορεί να είναι μια μπαταρία κυψελών με τάση 12 ... 24V, και με σωστή συμπερίληψη, ακόμη και ένα δίκτυο φωτισμού εναλλασσόμενου ρεύματος 220V. Το κυριότερο είναι να περιορίσετε το συνεχές ρεύμα μέσω του LED στο επίπεδο που αναφέρεται στην τεχνική τεκμηρίωση. Για τα περισσότερα σύγχρονα LED, αυτό το ρεύμα είναι 20mA.

Αλλά εδώ είναι σωστό να κάνουμε μια μικρή παρατήρηση σχετικά με το ζήτημα της τάσης των οδηγήσεων. Το γεγονός είναι ότι προς το παρόν, με σκοπό τη μικρογράφηση ηλεκτρονικού εξοπλισμού, έχει δημιουργηθεί η παραγωγή LED με ολοκληρωμένη περιοριστική αντίσταση ενσωματωμένη στο περίβλημα. Αυτή η ενσωμάτωση μας επιτρέπει να πούμε ότι αυτό το LED έχει τάση εργασίας 12V, και αυτό είναι μόνο 5.

Με αυτή τη σήμανση μπορείτε να δείτε τις ετικέτες τιμών στα ράφια των ραδιοφωνικών αγορών. Είναι αλήθεια ότι τέτοιες συσκευές δεν είναι κοινές, επομένως, δεν πρέπει να ξεχνάμε την περιοριστική αντίσταση.

Υπάρχει επίσης μια κατηγορία LED που έχουν σχεδιαστεί για μια ειδική τάση λειτουργίας. Αυτά είναι τα λεγόμενα LED που αναβοσβήνουν που περιέχουν μια ενσωματωμένη γεννήτρια μέσα, γεγονός που κάνει το κρυστάλλινο αναβοσβήνει σε μια δεδομένη συχνότητα. Οι προσπάθειες αλλαγής της συχνότητας που αναβοσβήνουν με τη βοήθεια εξωτερικών πυκνωτών και άλλων κόλπων είναι καταδικασμένες σε αποτυχία. Παρόλο που κάποια αλλαγή της συχνότητας μπορεί να επιτευχθεί μεταβάλλοντας την τάση τροφοδοσίας.

Έτσι, τα LED που αναβοσβήνουν παράγονται ειδικά για μια συγκεκριμένη τάση: υψηλής τάσης 3 ... 14V, και χαμηλής τάσης 1,8 ... 5V. Ταυτόχρονα, η ενσωματωμένη αντίσταση περιορισμού για τις λυχνίες LED χαμηλής τάσης δεν υπάρχει. Εδώ πρέπει να δείξετε μέγιστη προσοχή. Αλλά πίσω στις συνήθεις λυχνίες LED.

Έτσι, έχει ήδη ειπωθεί ότι το συνεχές ρεύμα των περισσότερων LED είναι 20 milliamps. Είναι δυνατόν να κάνετε λίγο λιγότερο (μόνο η φωτεινότητα θα πέσει, και το χρώμα θα είναι λίγο διαφορετικό από το αναμενόμενο), αλλά περισσότερο είναι πολύ ανεπιθύμητο. Αυτή η τιμή ρεύματος προορίζεται να παρέχει την περιοριστική αντίσταση που φαίνεται στο σχήμα 2.

Για να υπολογίσετε την τιμή αντίστασης αυτής της αντίστασης, θα πρέπει να γνωρίζετε δύο παραμέτρους.Πρώτον, είναι η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος (δώστε προσοχή, είναι ΣΧΕΔΙΑ, όχι ένα μόνο LED) και, δεύτερον, μια άμεση πτώση τάσης στο LED.

Αυτή η άμεση πτώση καθορίζεται στην τεχνική τεκμηρίωση και για τους περισσότερους τύπους LED κυμαίνεται από 1,8 ... 3,6V (για κάθε τύπο, αλλά συχνότερα 2V). Αυτή θα είναι η άμεση πτώση τάσης στη λυχνία LED σε ρεύμα 20 mA. Με τέτοια δεδομένα, είναι πολύ απλό να υπολογίσετε την αντίσταση της περιοριστικής αντίστασης. Για να καταστεί σαφές από πού προέρχεται, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το απλό διάγραμμα που φαίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3Διάγραμμα συνδεσμολογίας LED

Είναι προφανές ότι η αντίσταση R1 και LED HL1 που συνδέονται στη σειρά είναι ένας διαχωριστής τάσης. Είναι επίσης γνωστό ότι μια άμεση πτώση τάσης στην LED σύμφωνα με τα δεδομένα αναφοράς είναι ακριβώς 2V. Εδώ έχουμε μια τέτοια καλή LED.

Στη συνέχεια, με τάση τροφοδοσίας 12V, η πτώση τάσης σε όλη την αντίσταση R1 θα είναι 12V - 2V = 10V. Ως εκ τούτου, σύμφωνα με το νόμο του Ohm, είναι εύκολο να υπολογιστεί η αντίσταση της αντίστασης στην οποία το ρεύμα μέσω του LED θα είναι 20mA: R = U / I = 10V / 20mA = 0,5KΩ.

Τύπος για τον υπολογισμό της περιοριστικής αντίστασης:

Όλα είναι καθαρά και απλά εδώ. Στο αριθμητή είναι η τάση τροφοδοσίας και μια άμεση πτώση τάσης στο LED. Ο παρονομαστής περιέχει το απαιτούμενο ρεύμα μέσω του LED πολλαπλασιασμένου με συντελεστή αξιοπιστίας 0,75. Στη μηχανική, αυτό ονομάζεται περιθώριο ασφαλείας.

Στην περίπτωση που αρκετές λυχνίες LED συνδέονται σε σειρά, η πτώση τάσης επάνω τους απλά προσθέτει και αντικαθίσταται στον παραπάνω τύπο. Φυσικά, σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση R σε αυτή την περίπτωση γίνεται λιγότερο από ότι για ένα μόνο LED.

Φυσικά, κάποια ισχύς απελευθερώνεται στην αντίσταση. Έτσι ώστε ο αντιστάτης να μην καεί αμέσως ή με την πάροδο του χρόνου, η ισχύς του συνήθως υπολογίζεται από τον τύπο:

Όλες οι ποσότητες έχουν τη διάσταση του συστήματος SI: τάση σε volts, αντίσταση σε Ohms, ισχύ σε watts.

Αρκετά συχνά υπάρχει ανάγκη για διάφορους τρόπους σύνδεσης LED, οι οποίοι συνδέονται με διάφορες πηγές ενέργειας, αλλά αυτό θα συζητηθεί στη συνέχεια του άρθρου.

Δείτε επίσης: Πώς να συνδέσετε τη λωρίδα LED στην τροφοδοσία ρεύματος

Μπόρις Αλαντίσκιν