Введение в светодиоды
Светодиод или Светоизлучающий диод представляет собой простой диод с PN переходом , изготовленный из материала с большим энергетическим барьером. Когда питание подается на переход светодиода, электроны перемещаются из валентной зоны в зону проводимости. Когда электрон теряет энергию и возвращается в исходное состояние, излучается фотон. Этот излучаемый свет находится в полосе частот видимого диапазона частот света.
ВЕЛ
Этот простой диод излучает свет, когда его p-n переход смещен напряжением всего 1 вольт. Большинство светодиодов работают в диапазоне от 1,5 до 2 вольт, но светодиоды высокой яркости, особенно белые, синие и розовые светодиоды, требуют 3 вольт для обеспечения максимальной яркости. Ток через светодиод должен быть ограничен до 20-30 мА, иначе устройство сгорит. Белые и синие светодиоды выдерживают ток до 40 мА.
Светоизлучающий диод - LED
Светодиод имеет полупроводниковый чип, состоящий из соединения галлия, которое обладает свойством испускать фотоны под действием тока. Микросхема подключается к двум клеммным колодкам для подачи напряжения питания. Вся сборка заключена в эпоксидный корпус с выступающими выводами. Длинный вывод светодиода является положительным, а короткий - отрицательным. Первоначально полупроводник, используемый в светодиодах, представлял собой фосфат арсенида галлия (GaAsP), в то время как аэснид галлия и алюминия (GaAlAs) теперь используется в светодиодах высокой яркости. В синих и белых светодиодах используется нитрид индия и галлия (InGaN), а в многоцветных светодиодах используются разные комбинации материалов для получения разных цветов. Белый светодиод содержит синюю микросхему с белым неорганическим люминофором. Когда синий свет падает на люминофор, излучается белый свет.
Светодиоды излучают свет на основе электролюминесценции. Полупроводниковый материал в светодиодах имеет области как P-типа, так и N. Область p несет положительный заряд, называемый дырками, а область N высвобождает электроны. Материал, излучающий фотоны, расположен между слоями P и N. Когда между слоями P и N прикладывается разность потенциалов, электроны из слоя N движутся к активному материалу и объединяются с дырками. Это высвобождает энергию в виде света от активного материала. В зависимости от типа активного материала будут производиться разные цвета.
8 типов светодиодов и материал, из которого они сделаны
1. Арсенид алюминия-галлия - инфракрасный светодиод
2. Арсенид алюминия, галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия - красный светодиод.
3. Фосфид алюминия-галлия, нитрид галлия - зеленый светодиод.
4. Фосфид алюминия-галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия - желтый светодиод.
5. Фосфид алюминия, галлия, индия - оранжевый светодиод.
6. Нитрид индия, галлия, карбид кремния, сапфир, селенид цинка - синий светодиод.
7. Нитрид индия и галлия на основе нитрида галлия - белый светодиод.
8. Нитрид индия-галлия, нитрид алюминия-галлия - ультрафиолетовый светодиод.
8 светодиодных параметров
1. Световой поток - это количество энергии от светодиода, которое измеряется в люменах (лм) или миллилитрах (млм).
2. Сила света - это световой поток, покрывающий площадь, который измеряется в канделах (кд). Яркость светодиода зависит от силы света.
3. Световая отдача - показывает свет по отношению к приложенному напряжению. Единица измерения - люмен на ватт (лмВт).
4. Прямое напряжение (Vf) - это падение напряжения на светодиоде. Оно колеблется от 1,8 В для красного светодиода до 2,2 В для зеленого и желтого светодиода. У синих и белых светодиодов это 3,2 вольта.
5. Прямой ток (если) - это максимально допустимый ток через светодиод. Он колеблется от 10 мА до 20 мА для обычных светодиодов и от 20 до 40 мА для белых и синих светодиодов. Для ярких светодиодов мощностью 1 Вт требуется ток 100–350 мА.
6. Угол обзора - его также называют внеосевым углом. Это падение силы света на половину оси. Это приводит к полной яркости в полном состоянии. Светодиоды с высокой яркостью имеют узкий угол обзора, так что свет будет фокусироваться в луч.
7. Уровень энергии. Уровень энергии светового потока зависит от приложенного напряжения и заряда электронов полупроводника. Уровень энергии E = qV, где q - заряд электронов, а V - приложенное напряжение. q обычно составляет -1,6 × 1019 Дж.
8. Мощность светодиода - это прямое напряжение, умноженное на прямой ток. Если через светодиод протекает избыточный ток, срок его службы сокращается. Таким образом, для ограничения тока через светодиод используется последовательный резистор, обычно от 470 Ом до 1 кОм.
Резистор светодиода можно выбрать по формуле Vs - Vf / If. Где Vs - входное напряжение, Vf - прямое напряжение светодиода, а If - прямой ток светодиода.
Потребность в источнике переменного тока для управления светодиодом
Для приложений с низким энергопотреблением, таких как мобильные телефоны, можно использовать источник постоянного тока для светодиода. Однако для крупномасштабных приложений, таких как светофоры с использованием светодиодов, на самом деле неудобно использовать постоянный ток. Это связано с тем, что при увеличении расстояния передача энергии постоянного тока способствует увеличению потерь, а также довольно недорого использовать устройства для преобразования постоянного тока в постоянный. В результате более подходящим является использование источника переменного тока для высокопроизводительных приложений, таких как свечение большого количества светодиодов.
Конденсатор как ограничитель переменного напряжения
Конденсатор имеет свойство противодействовать изменению приложенного напряжения, отбирая или подавая ток из цепи, когда они заряжаются или разряжаются. Ток на конденсаторе определяется как
I = CdV / dt
Где C - емкость, dV / dt означает изменение напряжения. I - заряд между пластинами в единицу времени или ток.
Ток через конденсатор - это реакция на изменение напряжения. Следовательно, для высокого мгновенного напряжения ток равен нулю. Другими словами, напряжение отстает от тока на 90 градусов. Это свойство конденсатора позволяет использовать его в качестве редуктора напряжения для источника переменного тока. Однако это зависит от значения емкости и частоты. Чем выше частота и емкость, тем меньше реактивное сопротивление.
Применение, связанное с использованием сети переменного тока для управления светодиодами
Светодиодные или светоизлучающие диоды могут работать напрямую от сети переменного тока, просто используя комбинацию конденсатора и резистора. Основной источник переменного тока 220 В преобразуется в переменный ток низкого напряжения с помощью трансформатора. Конденсатор используется как ограничитель напряжения, тогда как резистор является ограничителем тока. Диоды с высоким PIV (1000 В) используются для защиты светодиодов от высокого напряжения.
Обычно падение напряжения на белом светодиоде составляет около 1,5 В. Светодиоды подключены в двух последовательно-параллельных комбинациях. Если в каждой комбинации используется 12 светодиодов, падение напряжения на комбинации светодиодов составляет около 30 В. Резистор действует как ограничитель тока и обеспечивает падение напряжения примерно 30 В. Таким образом, комбинация конденсатора и резистора позволяет управлять серией светодиодов. Величина резистора зависит от количества используемых светодиодов. Поскольку номинальный ток светодиода составляет 15 мА, ток через каждый светодиод будет 15 мА, а общий ток через два набора светодиодных комбинаций будет 30 мА, что приведет к падению напряжения на резисторе 1 кОм на 30 В.
Я надеюсь, что у вас есть представление о концепции светодиодов, работающих от сети, если еще какие-либо вопросы по этой теме или концепции электрических и электронных проектов, оставьте в разделе комментариев ниже.
