Om lysdioder för Dummies

Jag gillar inte formler. Som alla andra människor :) De får mig huvudvärk och en lust att kasta något i väggen. Hela mitt liv försökte jag hålla mig borta från dem. Och det visade sig. Men nu blev jag intresserad av lysdioder och insåg - det kommer inget att komma någonstans. För att få önskat resultat måste du förstå hur det fungerar. Långsamt, längs trappan, började jag vada genom djungeln av lumen, candela och steradian. Gradvis började en bild bildas i mitt huvud. Och samtidigt ångrar - ja, varför var det ingen som förklarade det på ett enkelt tillgängligt språk? Så mycket bortkastad tid ... Jag ska försöka rädda dig från huvudvärk och förklara det så tillgängligt som möjligt - vad är en LED och hur fungerar det. Tja, samtidigt förklarar jag ett par optiklagar :)

Artikeln är tillägnad de som blir förvirrade i watt-candela-lumen-sviter. Och faktiskt i lysdioder. Skrivet av en avancerad tekanna för nybörjare :)

Vanlig LED

Oavsett hur du roterar måste du först ta upp lagarna om vanlig elektricitet. I illustrativa exempel, naturligtvis :) Vi vet alla - vad är 220 volt - det är detta som kan slå ordentligt om du inte följer säkerhetsåtgärder. När du köper en elektrisk apparat, till exempel ett strykjärn, säger passet vilken spänning det är designat för. Vanligtvis är det 220 volt. Men i samma pass indikeras också dessa parametrar - en växelspänning med en frekvens av 50 hertz. Varför anger tillverkare envist dessa parametrar för dig?

Plocka upp alla tekniska pass för en elektrisk apparat och titta - det står att matningsspänningen ska vara ~ 220 volt, 50 Hz. Låt oss se vad det är. En "~" indikerar att spänningen måste vara variabel. I ett fordonselektriskt system, till exempel, är spänningen konstant. Och med ett batteri av fingertyp är det permanent. Skillnaden är enkel - en konstant spänning har ett plus och ett minus - en variabel gör det inte. Varför inte? Allt är väldigt enkelt. I nätverk växlar plus och minus ständigt. Samma kontakt är antingen ett plus eller ett minus. Hur ofta? Men för detta finns det ett annat värde - 50 Hz.

Vad är Hz? Det här är en slingring per sekund. Det vill säga i vårt hemnätverk, plus förändringar minus femtio gånger per sekund. Och nu - vad är den praktiska användningen av denna kunskap, vilken typ av lager har den på lysdioden?

Låt oss göra det rätt. Anta att du har en 220 volt 100 watts glödlampa i händerna. Om du ansluter det till ett elektriskt nätverk - tänds det för alla hundra watt. Och om vi inte behöver dessa 100 watt? Behöver du säga 50? Detta kommer att hjälpa oss att DIODE.

Om vi ​​delar ordet “LED” i dess komponenter får vi “ljus” och “diode”. Det vill säga, detta är en vanlig diod, som också lyser.

En diod är en enhet som bäst jämförs med till exempel en ventil eller nippel i ett bilhjul. Där kan du pumpa luft och tillbaka - bröstvårtan låter inte. En vanlig diod ser ut som en svart fat med två stift - plus och minus. Här kan vi använda det för praktiska experiment som hjälper många att fixa materialet. Naturligtvis är det farligt att starta experiment omedelbart med 220 volt, men med korrekt skötsel kommer inget dåligt att hända. Ändå alla experiment du gör på egen risk och risk :)

Titta på ämnet: Enheten och principen för drift av en halvledardiod

Vi behöver en glödlampa från kylen för 220v, 15 watt. För henne måste du hitta en lämplig patron och ta bort två ledningar från den. Då behöver vi alla dioder som kan erhållas, till exempel från alla felaktiga TV- eller bandspelare. Ju större den är, desto bättre. Du behöver inte ta mycket små - trots allt 220 volt. Nära till det finns vanligtvis en beteckning i form av en triangel.

Då behöver vi en nätsladd med en plugg, några ledningar och lödkolv. För att komma igång, anslut bara glödlampan till nätverket och kom ihåg hur den lyser. Koppla sedan bort och montera kretsen enligt bilden till vänster.

Glöm inte att försiktigt isolera alla fogar med elektrisk tejp. Anslut. Som ni ser lyser glödlampan mycket värre. Detta är inte förvånande - hon får nu bara hälften av den spänning hon behöver - den andra dioden startar inte. Om din erfarenhet var en framgång och dioden är tillräckligt stor - kan du göra någon av dina glödlampor praktiskt taget evig.

Till exempel lyser en 50-watts lampa i korridoren och bränner ständigt ut. Ta 100 watt, slå på den genom dioden - den kommer att lysa som 50 watt, men den kommer inte att brinna ut. Det finns emellertid en varning - dioden måste klassificeras för 220V och strömmen är minst ampère. Det är bäst att köpa en i en radiodelbutik.

Tja, eftersom vi räknat ut vad en diod är, är det vettigt att gå till ämnet som är intressant för oss - lysdioden. Lysdioden, som den nu är klar, har också ett plus och ett minus. Det är, för dess drift, behövs en konstant spänningskälla - ett batteri, ett batteri, en strömförsörjning. Strömförsörjningen måste indikera att den matar konstant spänning (DC). Vanligtvis finns det en klistermärke av detta innehåll på blockets omslag.

Ingång - ~ 220V 50 HZ,

utgång - 12v, 0,5 A DC

Detta innebär att en sådan enhet kan producera en konstant spänning på 12 volt och en ström på 0,5 ampere.

Observera att laddaren för mobiltelefoner också är en strömförsörjning. Den har vanligtvis parametrar på 5-6 volt, 0,2-0,5 A. Det är ofta mycket bekvämt att använda den för att driva lysdioderna, eftersom laddare stabiliserar strömmen. Men mer om detta senare i följande artiklar.

Två parametrar är viktiga för oss - LED: s driftspänning och strömmen. LED: s driftsspänning kallas också "spänningsfall". I huvudsak betyder denna term att efter lysdioden kommer spänningen i kretsen att vara mindre med storleken på samma fall. Det vill säga, om vi levererar ström till lysdioden, som har ett spänningsfall på 3 volt, kommer den att äta dessa tre volt, och enheten ansluten till den efter det kommer att få 3 volt mindre. Men det viktigaste att lära sig är att strömmen är viktig för lysdioden, inte spänningen. Han tar spänningen så mycket han behöver, men strömmen - hur mycket du ger. Det vill säga, om din strömkälla kan ge ut 10 ampère, kommer lysdioden att ta ström tills den bränner ut. Logiken här är enkel - den anslutna lysdioden förbrukar ström och börjar värmas upp. Ju starkare den värms upp - desto mer ström kan passera genom den - den expanderar från uppvärmning. Tillsammans med strömmen ökar spänningsfallet över dioden. Och så tills det bränner ut helt - ingen har begränsat strömmen. Men detta måste göras med hjälp av det begränsande elementet.

Observera att om kraftkällan har en utgångsspänning som är lika med LED: s driftsspänning, är det inte nödvändigt att begränsa strömmen. Det vill säga om du till exempel har en vit LED och ett 3,6 volt batteri från en mobiltelefon - du kan ansluta den direkt till detta batteri - ingenting kommer att hända med lysdioden. Han skulle gärna hämta mer ström - men det finns inte tillräckligt med spänning. Så 3,6 V-batteriet är en idealisk strömkälla för att experimentera med vita och blå lysdioder. Varför bara med dem - om detta i andra artiklar.

I allmänhet måste vi i serie med lysdioden sätta ett slags kran och skruva till det värde vi behöver. I rollen som en sådan kran kan vara olika enheter. Den enklaste av dem är en motstånd.

Optiska aspekter av att använda lysdioder

Anta att vi lärde oss att ansluta en LED och begränsa dess ström. Frågan uppstår - hur mycket lyser det? Här måste vi kasta lite in i optiken.

Bland LED-egenskaper, särskilt kraftfulla, indikeras ofta ljusfördelningen. Vanligtvis är detta den så kallade Lambert LED. Vidare kommer vi att betrakta det som det mest utbredda. Vad betyder detta begrepp? LED "Lambert" lyser i alla riktningar lika oavsett riktning.Om lysdioden var en boll skulle den lysa lika i alla riktningar - det här är kärnan i Lambert-diagrammet. För att göra det klart är solen en lambertisk källa.

Standard LED-designen är en kristall, en tunn platta som lyser. Titta igenom det genomskinliga fönstret på lysdioden - så ser du denna kristall. Tunna kontaktledningar kommer till honom. Om du ansluter fantasin kan du föreställa dig ljuset som kommer från lysdioden som ett sfärformat moln som hänger ovanför den. Ljus - det är små partiklar som kallas fotoner. Så, en boll fylld med fotoner hänger ovanför lysdioden. Och ju mer ljus LED släpper ut, desto större är kulan, desto längre flyger fotonmuffarna, skjuter och tränger ut varandra. De flesta av dem flyger uppåt vinkelrätt mot kristallplanet, så den maximala ljusintensiteten för lysdioder är 90 grader relativt kristallplanet. Jag hoppas att nu diagrammen som ges av LED-tillverkarna har blivit tydligare för dig :) För att bli helt förståeliga, låt oss titta på ett exempel.

Låt oss anta att det finns en LED, på vilken en ljus sfär som släpps ut hänger med en diameter på 1 meter (bra LED! :)).

Den lägre skalan är antalet procent av denna mätare, den övre är strålningsgraden. I enlighet med detta diagram är det största antalet fotoner vid den högsta punkten med en grad av 0 och ett område på 1 meter. Det ser konstigt ut, men det är det. Mindre konstigt börjar det se ut, om du kommer ihåg att ljus är en våg, är det inte för ingenting att de indikerar våglängden för egenskaperna. Följaktligen kan vår ljus sfär representeras som ett elektromagnetiskt fält med en viss täthet. Men det här är redan en djungel - låt oss gå vidare :)

Halv ljusstyrka

Tillverkaren indikerar vanligtvis en parameter som en dubbel vinkel på halv ljusstyrka. Vad betyder detta begrepp? Som vi fick reda på ger LED: n maximalt ljus i mitten och överst, det vill säga vinkeln är noll. Följaktligen, ju längre från centrum, desto mindre ljus. Halvan ljusstyrka vinkeln är när lysdioden ger 100 konventionella ljusenheter vid "0" grader, och till exempel vid 30 grader (relativt "0" axeln) - 50. Halva ljusstyrka vinkeln i figur I är ljusintensiteten, Imax är den maximala ljusintensiteten. ImaxCos - halva ljusets kraft. Varför "dubbla" - vi multiplicerar grader med två, lysdioden lyser också symmetriskt. Som ett resultat får vi en fin isosceles ljus triangel. Det finns också ljus utanför denna triangel, vi har en ljusboll, men referenspunkten för LED-karaktäristiken är halva vinkeln.

Candela

Nu kan vi överväga vad Candela är. Candela är på gammalt sätt ett "ljus". Kom ihåg att de brukade säga - en ljuskrona eller en lampa med hundra ljus? I gamla dagar behövdes någon typ av referenspunkt. Vi enades om att ta ett ljus med den önskade tjockleken, tända det och betrakta det som en standard, just denna candela. Nuförtiden tycker de naturligtvis annorlunda. Jag kommer inte att förklara i detalj hur det här ligger utanför artikelns räckvidd. Det är bara en måttenhet för ljusintensitet, och det heter Candela. Dess huvudsakliga funktion är användningen av riktningskällor för att mäta ljusintensitet. Det är därför värdena för 5 mm lysdioder indikeras i ljus, närmare bestämt millicandels (1 cd = 1000 mcd).

Det är dags att ta reda på hur 5 mm lysdioder eller annat i ett plasthölje skiljer sig från kraftfulla.

Designfunktioner för indikatorer 5 mm LED

Som nämnts ovan är en LED en ljusemitterande kristall. Tänk på LED-konstruktionen i ett 5 mm plasthölje. En nära undersökning avslöjar två viktiga saker - linsen och reflektorn. LED-kristallen placeras i lysdiodens reflektoranordning. Denna reflektor ställer in den initiala spridningsvinkeln. Därefter passerar ljus genom ett epoxihölje. Det kommer till linsen - och börjar sedan spridas på sidorna i en vinkel beroende på linsens design. I praktiken - från 5 till LED-diagrammet 160 grader.

För att indikera ljusintensiteten för sådana lysdioder används bara candela.Lysdioder med riktningsemission avger ljus i en fast vinkel. För att förstå vad en solid vinkel är räcker det att föreställa sig följande bild. Du tar en ficklampa, sätter på den och lägger den i brandskopan till botten och stänger sedan den med ett lock. Ljuset inuti har följaktligen formen av en kon i form av vår hink. Denna kon som avgränsas av ett lock är en solid vinkel.

Jag försöker förklara innebörden av ljusfördelning enklare. Anta att vår lyktintensitet är 1 candela, det vill säga 1000 mikrochandlar (för att vara mer figurativa, mikrokandelor kan betraktas som fotoner :)) Om vi ​​går vidare i analogi, har vi en full hink med mikrochandlar. Om du vill kan du beräkna skopans volym - välkommen till geometri :) Om vi ​​tar skopan dubbelt så mycket - är mikrochandlarna jämnt fördelade på den, det vill säga kommer det inte att finnas mer :) I alla dessa förklaringar kan du hitta svaret på den heliga frågan - hur många Lysdioder behövs för att ersätta en 100-watts glödlampa. Om det - vidare.

Designfunktioner för LED-lampor med hög effekt

Till skillnad från indikatorlampor är kraftfulla inte bara en enhet utan också en marknadsföringsprodukt. Idag, mellan stora tillverkare, finns det en riktig race för lumen - vem är mer? Och ingen bryr sig om att dessa lumen fortfarande måste användas. Låt oss gå i ordning.

Den huvudsakliga skillnaden mellan en kraftfull LED och en indikator-LED i sin rena form är att minimera eventuella hinder för ljusets utgång från LED-huset. Därför har kraftfulla lysdioder ett Lambert-diagram. Vad leder detta till i praktiken? Du slår på lysdioden och får en fin glödlampa ovanför den. Och vad ska jag göra härnäst? Hur kan de belysa den yta du behöver? Du måste använda olika optik eller reflektorer, vilket oundvikligen leder till förluster, och därför en minskning av ljusflödet. Om du, efter att ha köpt en kraftfull LED, inte har skaffat dig god optik och designat specifikt för dess design - du gläder dig tidigt - är huvudvärken fortfarande att komma.

Att leverera lumen som du behöver till den yta du vill tända är inte en lätt uppgift.

lumen

Som du redan har förstått passar inte ljuskronor för att utvärdera ljusstyrkan för lysdioder med hög effekt. För att göra detta finns det lumen - det är den totala mängden ljus som lysdioden kan ge när den är ansluten till de angivna ström- och spänningsvärdena. Kommer du ihåg brandhinkens analogi? Här passar hon också. Vi antar att om lysdioden har en ljusintensitet på 100 lumen, så kommer det i vår hink att finnas 100 lumen.

En 100 W vanlig glödlampa är också en Lambert-källa. Den genomsnittliga ljuseffekten för denna lampa är 10-15 lumen per watt. Det vill säga 100 watt glödlampa kommer att ge oss, säga, 1000 lumen. Så för att byta ut en 100-watts lampa mot lysdioder behöver du 10 bitar av 100 lumen vardera. Är det så enkelt? Nej, tyvärr. Vi kommer till en term som LUX.

lyx

Lyx är förhållandet mellan antalet lumen och det upplysta området. 1 lux är 1 lumen per kvadratmeter. Låt oss säga att vi har en kvadratisk yta med en yta på en meter. Allt det tänds jämnt av en glödlampa som ligger på ett visst avstånd från ovan. För denna glödlampa förklarade tillverkaren en belysning på 100 lux. Vi tar en enhet som mäter ljusstyrkan och mäter den var som helst på torget, vi bör få 100 lumen. I så fall lurade tillverkaren inte oss.

Läs också om detta ämne:Exempel på LED-användning