Om att använda lysdioder, LED-enhet, hur man tänder en lysdiod

Alla är bekanta med lysdioder nu: LED-lampor, LED-lampor, band och mycket mer. Tack vare utvecklarens ansträngningar verkade absolut exotiska enheter, till exempel ett munstycke på en vattenkran.

Utåt är det en transparent plastcylinder: kallt vatten hälls in - inuti munstycket lyser en blå LED, den blev varmare - den blev gul, och även om vattnet är för varmt blir munstycket rött. Innehållet i den inre fyllningen är okänt, men det faktum att lysdioder används som avgivande element är uppenbart.

Den första lysdioden utvecklades vid University of Illinois redan 1962. 1990 föddes ljusa och senare superbruna lysdioder.

Själva lysdioden liknar en konventionell likriktningsdiod, bara när en likström passerar genom den börjar halvledarkristallen glöda. Det engelska namnet på lysdioderna är ljusemitterande dioder, eller LED, som bokstavligen kan översättas som en ljusemitterande diod.

För att erhålla olika våglängder för strålning (färg) läggs olika dopmedel till halvledaren. Tillsatsen av aluminium, helium, indium, fosfor får kristallen att avge färger från rött till gult. För att få en glöd från blå till grön dopas kristallerna med kväve, gallium eller indiumpartiklar.

Idag är vita lysdioder förmodligen de vanligaste. I grund och botten är det här produkter för att skapa belysning - från ficklampor, souvenirer till allvarliga strålkastare för installation på tak och fasader på byggnader. Men här är en intressant detalj: i naturen finns det inget halvledarmaterial som kan glöda i vitt.

Hur ska jag vara här? Ultraviolett strålning hjälpte till att komma ur denna situation: den "ultravioletta" kristallen är täckt med ett lager fosfor, ungefär samma som det gjordes i lysrör, varför lysdioden lyser vitt.

Men det finns också en viss bakhåll. Liksom i lysrör förlorar fosforen sina egenskaper över tid, glödet blir svagt. Men för att slitage ska uppstå måste lysdioden kontinuerligt lysa under minst ett år, och kanske till och med mer. Så med periodisk på- och avstängning är livslängden för dessa enheter ganska stor.

Ursprungligen var lysdioderna huvudsakligen avsedda för indikatorer, de ersatte de glödlamporna med miniatyr. Fördelarna här är obestridliga. Detta är en låg energiförbrukning, låg spänning och även hög hållbarhet: en glödlampa har en livslängd på högst tusen timmar, medan lysdioder har denna parameter i tiotusentals.

Vissa källor hävdar att lysdioden kan fungera kontinuerligt upp till 11 år! Men i vissa enheter måste man ta till en betydande demontering av höljet och hela displaypanelen för att byta ut en glödlampa. Här hjälper en hammare, en mejsel och någon annan mamma till fullo.

En särskiljande parameter för lysdioder är en mängd olika färger, vilket gör att du kan göra utan att använda ljusfilter. Jämfört med glödlampor LED-glödlampor ha ökad mekanisk hållfasthet, vilket gör det enkelt att tolerera vibrationer och chockbelastningar. Inom rimliga gränser, naturligtvis.

LED-enhet

De första lysdioderna tillverkades i metallhöljen med ett genomskinligt fönster. När tekniken förbättrades började skrovet vara helt och hållet tillverkat av plast.Plastens färg, som regel, motsvarar glödets färg, men transparenta fall är också mycket vanliga. Vilken färg en sådan lysdiod lyser, hittas först efter att den har tagits med.

Samma som konventionell likriktningsdiodLysdioden har två stift anod och katod. Observera därför polariteten vid anslutning. Anodens utgång är som regel något längre än katoden, men detta är en ny LED. Om benen redan är trimmade kan slutsatserna bestämmas av den "ordspråkiga" multimetern: med korrekt polaritet för anslutningen tänds LED-lampan lite.

I motsatt riktning bör anordningen visa ett stort motstånd, nästan en öppen, som är fallet med en konventionell likriktningsdiod. Det inre arrangemanget av lysdioden i ett transparent hölje visas i figur 1.

Figur 1. LED: s inre struktur i ett transparent fodral

Hur man tänder en LED

Ganska ofta ställer amatörradioamatörer frågan: "Vilken spänning behövs för att tända en LED?". Här kan du se analogin med glödlampor. Denna lampa är för 220V, och den här är för 12. Vid användning av en lysdiod kan det inte sägas att denna lysdiod är för 5V, och den här är för 12V. Frågan är, varför så?

Faktum är att lysdioden är en aktuell enhet: ett strömbegränsande motstånd slås på i serie med det, vilket visas i figur 2.

Figur 2 LED-kopplingsschema genom ett strömbegränsande motstånd

Det är lätt att se att lysdioden är ansluten till en likströmskälla med rätt polaritet: anoden är ansluten till batteriets positiva pol och katoden genom det begränsande motståndet respektive till det negativa. Naturligtvis kan begränsningsmotståndet också inkluderas i brottet på anodutgången, eftersom kretsen är seriell!

DC-källan i figuren visas som en galvanisk cell med en spänning på högst en och en halv volt. I själva verket kan det vara ett batteri av celler med en spänning på 12 ... 24V, och med korrekt inkludering, till och med ett nätverk för belysning på 220V. Det viktigaste är att begränsa likströmmen via lysdioden på den nivå som anges i den tekniska dokumentationen. För de flesta moderna lysdioder är denna ström 20mA.

Men här är det helt rätt att kommentera frågan om LED-spänning. Faktum är att för närvarande, för syftet med miniatyrisering av elektronisk utrustning, har produktionen av lysdioder med ett integrerat begränsningsmotstånd integrerat i huset fastställts. Denna integration gör det möjligt för oss att säga att denna LED har en arbetsspänning på 12V, och den här är bara 5.

Det är med denna markering som du kan se prislapparna i hyllorna på radiomarknaderna. Det är sant att sådana enheter inte är vanliga, därför bör man inte glömma bort det begränsande motståndet.

Det finns också en kategori lysdioder designade för en specifik driftspänning. Dessa är de så kallade blinkande lysdioderna som innehåller en integrerad generator inuti, vilket gör att kristallen blinkar vid en given frekvens. Försök att ändra blinkfrekvensen med hjälp av externa kondensatorer och andra trick är dömda till misslyckande. Även om en viss frekvensförändring kan uppnås genom att variera matningsspänningen.

Så blinkande lysdioder produceras specifikt för en viss spänning: högspänning 3 ... 14V och lågspänning 1,8 ... 5V. Samtidigt saknas det inbyggda begränsningsmotståndet för lågspännings blinkande lysdioder. Här måste du visa maximal uppmärksamhet. Men tillbaka till vanliga lysdioder.

Så, det har redan sagts att likströmmen för de flesta lysdioder är 20 milliamp. Det är möjligt att göra lite mindre (bara ljusstyrkan kommer att sjunka, och färgen kommer att vara lite annorlunda än vad som förväntades), men mer är mycket oönskat. Det är detta nuvarande värde som är avsett att tillhandahålla det begränsande motståndet som visas i figur 2.

För att beräkna resistansvärdet för detta motstånd bör du känna till två parametrar.För det första är det kretsens matningsspänning (var uppmärksam, det är SCHEMA, inte en enda lysdiod) och för det andra ett direkt spänningsfall på lysdioden.

Denna direkta droppe anges i den tekniska dokumentationen, och för de flesta typer av lysdioder ligger den i intervallet 1,8 ... 3,6 V (för varje typ sin egen, men oftast 2V). Detta är det direkta spänningsfallet på lysdioden vid en ström på 20 mA. Med sådana data är det mycket enkelt att beräkna motståndet för det begränsande motståndet. För att göra det klart var det kommer ifrån kan du använda det enkla diagrammet som visas i figur 3.

Figur 3LED-anslutningsdiagram

Det är uppenbart att det seriekopplade motståndet R1 och LED HL1 är en spänningsdelare. Det är också känt att ett direkt spänningsfall på lysdioden enligt referensdata är exakt 2V. Här har vi en så bra LED.

Sedan, med en matningsspänning på 12V, kommer spänningsfallet över motståndet R1 att vara 12V - 2V = 10V. I enlighet med Ohms lag är det således lätt att beräkna motståndet hos motståndet vid vilket strömmen genom lysdioden är 20 mA: R = U / I = 10V / 20mA = 0.5KΩ.

Formel för beräkning av begränsningsmotståndet:

Allt är klart och enkelt här. I täljaren finns matningsspänningen och ett direkt spänningsfall på lysdioden. Nämnaren innehåller den erforderliga strömmen genom lysdioden multiplicerad med en tillförlitlighetsfaktor på 0,75. Inom mekanik kallas detta säkerhetsmarginal.

I fallet när flera lysdioder är anslutna i serie läggs spänningsfallet på dem helt enkelt på och ersätts med formeln som visas ovan. Naturligtvis i detta fall blir motståndet R i detta fall mindre än för en enda lysdiod.

Naturligtvis släpps en del kraft på motståndet. Så att motståndet inte bränner ut omedelbart eller med tiden beräknas dess effekt vanligtvis med formeln:

Alla kvantiteter har SI-systemets dimension: spänning i volt, motstånd i ohm, effekt i watt.

Det finns ofta behov av olika sätt att ansluta lysdioder, ansluta dem till olika strömkällor, men detta kommer att diskuteras i fortsättningen av artikeln.

Se även: Hur man ansluter LED-remsan till strömförsörjningen

Boris Aladyshkin