Како су ЛЕД диоде поредане и функционишу

Полупроводнички уређаји који емитују светлост широко се користе за системе осветљења и као показатеље електричне струје. Односе се на електронске уређаје који раде под примењеним напоном.

Пошто је његова вредност незнатна, такви извори припадају уређајима ниског напона, имају повећан степен сигурности у погледу утицаја електричне струје на људско тело. Ризик од повреда повећава се када се за њихово осветљење користе извори повећаног напона, на пример, кућна мрежа за домаћинство, која захтева укључивање посебних напајања у круг.

Изразита карактеристика дизајна ЛЕД је већа механичка чврстоћа кућишта од Илиицх и флуоресцентних сијалица. Уз правилан рад, раде дуго и поуздано. Њихов ресурс је 100 пута већи од ресурса са ужареним влакнима и достиже сто хиљада сати.

Међутим, овај индикатор је карактеристичан за дизајн индикатора. Извори велике снаге користе велике струје за осветљење, а радни век се смањује за 2-5 пута.

ЛЕД уређај

Уобичајени ЛЕД индикатор израђен је у епоксидном кућишту пречника 5 мм и два контактна води за повезивање на струјне кругове: анода и катода. Визуелно се разликују по дужини. За нови уређај без одсечених контаката, катода је краћа.

Једноставно правило помаже да се запамтите овај положај: обе речи почињу словом „К“:

• катода;

• укратко.

Када су ноге ЛЕД диоде одсечене, анода се може одредити применом напона од 1,5 волта из једноставне батерије прста на контакте: светло се појављује када се поларитети поклапају.

Активни монокристал полупроводника који емитује светлу има облик правоугаоног паралелепипеда. Поставља се у близини параболичног рефлектора направљеног од легуре алуминијума и монтира се на подлогу са непроводљивим својствима.

На крају провидног прозирног кућишта израђеног од полимерних материјала налази се леће које фокусира светлосне зраке. Он, заједно са рефлектором, формира оптички систем који формира угао зрачења. Карактерише га узорак усмерености ЛЕД-а.

Карактерише одступање светлости од геометријске осе целокупне конструкције према странама, што доводи до повећања распршења. Ова појава се јавља услед појаве малих кршења технологије током производње, као и старења оптичких материјала током рада и неких других фактора.

На дну кућишта може се налазити алуминијумски или месингани појас који служи као радијатор за уклањање топлоте створене током проласка електричне струје.

Овај принцип дизајна је распрострањен. На његовој основи се стварају и други полуводички извори светлости помоћу других облика конструкцијских елемената.

Начела емисије светлости

Полуводнички спој типа п-н повезан је са извором сталног напона у складу са поларитетом терминала.

Унутар контактног слоја супстанци п-и н-типа, под његовим деловањем, креће се кретање слободно негативно наелектрисаних електрона и рупа које имају позитиван знак наелектрисања. Те честице су усмерене према половима.

У прелазном слоју, набоји се поново комбинују. Електрони прелазе из проводног опсега у валентни опсег, превазилазећи Ферми ниво.

Због тога се део њихове енергије ослобађа ослобађањем светлосних таласа различитих спектра и светлине. Таласна фреквенција и репродукција боја зависе од врсте мешаних материјала од којих су израђени п-н спој.

За зрачење светлости унутар активне зоне полуводича морају бити испуњена два услова:

1. простор забрањене зоне у ширини у активном подручју треба да буде близу енергије емитованог кванта унутар фреквенцијског опсега видљивог људском оку;

2. Чистоћа материјала кристала полуводича мора бити велика, а број оштећења који утичу на процес рекомбинације је најмањи могући.

Овај тежак технички проблем решава се на више начина. Један од њих је стварање више слојева п-н спајања када се формира сложена хетероструктура.

Температурни ефекат

Како се ниво напона извора повећава, струја кроз полуводички слој се повећава и луминисценција повећава: повећани број набоја по јединици времена улази у зону рекомбинације. У исто време се греју елементи за пренос струје. Његова вредност је критична за материјал унутрашњих проводника струје и супстанцу пн спајања. Превисоке температуре могу их оштетити, уништити.

Унутар ЛЕД-ова, енергија електричне струје директно прелази у светлост, без непотребних процеса: као код лампи са жарном нити. У овом случају настају минимални губици корисне снаге због малог загревања проводних елемената.

Због тога се ствара велика ефикасност ових извора. Али, они се могу користити само тамо где је сама конструкција заштићена, блокирана од спољног грејања.

Карактеристике светлосних ефеката

Након рекомбинације рупа и електрона у различитим саставима супстанци пн, ствара се неједнака емисија светлости. Уобичајено је да се окарактерише параметром квантног приноса - бројем издвојених кванта светлости за један рекомбиновани пар набоја.

Он се формира и јавља се на два нивоа ЛЕД-а:

1. унутар самог полуводичког споја - унутрашњи;

2. у дизајну целокупне ЛЕД као целине - спољашње.

На првом нивоу, квантни принос правилно изведених појединачних кристала може достићи вредност која је близу 100%. Али, да би се осигурао овај индикатор, потребно је створити велике струје и снажно расипање топлоте.

Унутар самог извора, на другом нивоу, део светлости се распршује и апсорбује структурним елементима, што смањује укупну ефикасност зрачења. Максимална вредност квантног приноса је много мања. За ЛЕД који емитују црвени спектар, он достиже не више од 55%, док се за плаве смањује још више - до 35%.

Врсте преноса светлости у боји

Савремене ЛЕД диоде емитују:

• жута:

• зелено

• црвено

• плава

• плава

• бела светлост.

Жути зелени, жути и црвени спектар

Пн спој заснован је на галијум-фосфидима и арсенидима. Ова технологија је примењена крајем 60-их за индикаторе електронских уређаја и контролних табли транспортне опреме, билборде.

Такви уређаји за излаз светлости одмах су престигли главне изворе светла тога времена - лампе са жарном нити и надмашили их по поузданости, ресурсу и сигурности.

Плави спектар

Емитери плавог, плаво-зеленог и нарочито белог спектра дуго се нису бавили практичном применом због потешкоћа сложеног решавања два техничка проблема:

1. ограничена величина забрањене зоне у којој се врши рекомбинација;

2. високи захтеви за садржај нечистоће.

За сваки корак повећања светлине плавог спектра, било је потребно повећање енергије кванта због ширења ширине забрањене зоне.

Питање је решено укључивањем силицијум карбида СиЦ или нитрида у полуводичку супстанцу. Али, испоставило се да је развој прве групе имао прениску ефикасност и мали принос квантног зрачења за један рекомбиновани пар набоја.

Укључивање чврстих раствора цинковог селенида у полуводичке спојнице помогло је повећању квантног приноса. Али, такве ЛЕД су имале повећан електрични отпор на месту спајања.Због тога су се прегревале и брзо изгореле, а сложене структуре у производњи уклањања топлоте за њих не делују ефикасно.

По први пут је створен плави ЛЕД помоћу танких филмова галијум-нитрида нанесених на сафирну подлогу.

Бели спектар

Да бисте је набавили, користите једну од три развијене технологије:

1. мешање боја по РГБ методи;

2. наношење три слоја црвеног, зеленог и плавог фосфора на ултраљубичасту ЛЕД;

3. прекривање плаве ЛЕД слојевима жуто-зеленог и зелено-црвеног фосфора.

У првој методи, три монокристала се постављају на једну матрицу одједном, од којих сваки емитује сопствени РГБ спектар. Због дизајна оптичког система који се заснива на сочивима, ове боје се мешају и добијени резултат је тотално беле боје.

У алтернативном поступку, мешање боја настаје услед узастопног зрачења ултраљубичастим зрачењем три саставна фосфорна слоја.

Карактеристике технологије белог спектра

РГБ техника

Омогућава вам:

• укључити различите комбинације монокристала у алгоритам управљања осветљењем, повезујући их наизменично ручно или са аутоматизованим програмом;

• изазивају различите нијансе боја које се временом мењају;

• створити спектакуларне системе осветљења за рекламирање.

Једноставни пример такве примене је божићне вијенци у боји. Слични алгоритми се такође широко користе од дизајнера.

Недостаци РГБ ЛЕД диода су:

• хетерогена боја светлосне тачке у центру и ивицама;

• неравномерно загревање и уклањање топлоте са површине матрице, што доводи до различитих брзина старења п-н спојева, утичући на балансирање боја, мењајући укупни квалитет белог спектра.

Ови недостаци настају због различитог распореда монокристала на основној површини. Тешко их је поправити и конфигурирати. Захваљујући овој технологији, РГБ модели спадају у најсложеније и најскупље дизајне.

ЛЕД са фосфором

Једноставнији су у дизајну, јефтинији за производњу, економичнији када се претварају у јединице зрачења светлосног тока.

Карактеришу их недостаци:

• у фосфорном слоју настају губици светлосне енергије, који смањују емисију светлости;

• сложеност технологије наношења равномерног слоја фосфора утиче на квалитет температуре боје;

• Фосфор има краћи век од самог ЛЕД-а и сазрева брже током употребе.

Карактеристике ЛЕД различитих дизајна

Фосфорни модели и РГБ производи креирани су за разне индустријске и домаће примјене.

Методе исхране

Индикаторска ЛЕД прва масовна издања троши око 15 мА када се напаја из нешто ниже вредности од два волта константног напона. Савремени производи имају побољшане карактеристике: до четири волта и 50 мА.

ЛЕД за осветљење покрећу исти напон, али већ троше неколико стотина милиампера. Произвођачи сада активно развијају и дизајнирају уређаје до 1 А.

Да би се повећала ефикасност светлости, створени су ЛЕД модули који могу да користе секвенцијално напајање сваког елемента. У том се случају његова вриједност повећава на 12 или 24 волта.

Приликом примене напона на ЛЕД, потребно је узети у обзир поларитет. Када се прекине, струја не пролази и неће бити сјаја. Ако се користи наизменични синусоидни сигнал, сјај се јавља само када се преноси позитивни полу-талас. Штавише, његова снага се такође пропорционално мења у складу са законом појаве одговарајуће величине струје са поларним смером.

Треба имати на уму да је уз повратни напон могућ прекид полуводичког споја. Јавља се када на једном кристалу прелази 5 волти.

Методе управљања

За подешавање светлости емитоване светлости користи се једна од две методе управљања:

1. величина прикљученог напона;

2. користећи Модулација ширине импулса - ПВМ.

Прва метода је једноставна, али неефикасна. Када ниво напона падне испод одређеног прага, ЛЕД се једноставно може угасити.

ПВМ метода елиминише ову појаву, али је много сложенија у техничкој имплементацији. Струја која пролази кроз полуводички спој монокристалног напајања не даје се константним обликом, већ пулсирајућом високом фреквенцијом са вредности од неколико стотина до хиљаду хертза.

Променом ширине импулса и пауза између њих (процес се назива модулација), светлина сјаја се подешава у широком распону. Формирање ових струја кроз монокристале врши се помоћу посебних програмабилних управљачких јединица са сложеним алгоритмима.

Емисијски спектар

Учесталост зрачења која произлази из ЛЕД-а лежи у веома уском подручју. Зове се монохроматски. У основи се разликује од спектра таласа из Сунца или жаруља са жарном нити обичних сијалица.

Много се расправља о утицају такве расвете на људско око. Међутим, резултати озбиљних научних анализа овог питања нису нам познати.

Производња

У производњи ЛЕД-ова користи се само аутоматска линија, у којој машине робота раде по унапред дизајнираној технологији.

Физички ручни рад неке особе потпуно је искључен из процеса производње.

Обучени стручњаци врше само контролу исправног тока технологије.

Анализа квалитета производа је такође њихова одговорност.