Принцип действия лампы светодиодной: устройство, принцип работы, виды, характеристики

Содержание

устройство, принцип работы, виды, характеристики

Среди владельцев частных домов, дач и квартир все чаще и чаще в обиходе используется светодиодная лампа. Это самые новые виды осветительных приборов, которые привнесли принципиально новые варианты эксплуатации электрооборудования. Они относятся к категории энергосберегающих лампочек, но помимо этого обладают и другими весомыми преимуществами. Далее мы более детально разберемся в устройстве и принципах работы светодиодных ламп.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться в принципиальных отличиях светодиодной лампы, как электрического оборудования, в сравнении с другими приборами, следует детально рассмотреть ее конструктивные особенности и назначение каждого из элементов.

Рис. 1. Конструкция светодиодной лампы

Конструктивно led лампочка состоит из:

Светодиодов – в старых моделях присутствовал только один кристалл, излучавший свет, однако эта технология имела ряд сложностей, поэтому современные модели включают несколько единиц или целую матрицу.
Колбы или рассеивателя — может изготавливаться из стекла или полимера. Предназначен для боле плавного перераспределения светового потока от точечных источников в окружающее пространство.
Стабилизатора тока или драйвера – предназначен для преобразования поступающей на контакты диодной лампочки электрической величины, не зависимо от уровня напряжения и мощности, в строго установленную величину электротока.
Цоколя – предназначен для соединения светодиодных ламп с электрической сетью. Чаще всего используются стандартные цоколя E и G, реже бывают другие конструкции.

Дополнительно лампа содержит полимерный или
металлический корпус. Однако в led
светильниках может быть встроенная матрица, и она монтируется в светодиодный
прожектор напрямую.

Принцип действия светодиодной лампы заключается в такой последовательности передачи электрической энергии:

При помещении электролампы в патрон и
подаче на нее переменного напряжения сети светодиодный источник получает
питание.

Рисунок 2. Принцип действия светодиодной лампы

Как видите на рисунке 2, переменное напряжение сети в светодиодной лампе изначально поступает на выпрямительный мост, где преобразуется в выпрямленное. Конденсатор, установленный после моста дополнительно сглаживает пульсации.
Выпрямленное напряжение переходит далее от выпрямительного устройства на микроконтроллер, контролирующий величину вырабатываемого электротока.
Затем питание поступает на импульсный трансформатор, который и выдает электрическое напряжение непосредственно к источнику освещения.
При достижении нужного уровня электротока происходит свечение светодиодов.

В данном примере приведен принцип действия и конструкция светодиодной лампы с гальванической развязкой. Это более дорогой, но и более надежный способ предохранить человека от поражения электротоком. На практике случаются и более дешевые светодиодные лампы, их продукция использует более дешевые платы драйвера или способы преобразования, которые не обеспечивают должного уровня безопасности и продолжительности эксплуатации.

Виды

На сегодняшний день производители светодиодных ламп предоставляют потребителям довольно широкий выбор разнообразных моделей, призванных удовлетворить потребности даже самых требовательных покупателей. Поэтому выделяют несколько параметров, по которым и различают виды светодиодных ламп:

тип цоколя;
форма колбы и самой лампы;
напряжение питания;
тип светодиодов и способ их размещения;
световое излучение – мощность и теплота.

У светодиодных ламп часто встречается цоколь для патронов
E27 – стандартный вариант,
используемый в люстрах для освещения помещения и т.д. Также часто встречаются
модели E14
с диаметром цоколя 14мм, их еще называют миньонами. В некоторых вариантах
встречаются штырьковые цоколи G13, G5, GU10, MR – это варианты
под современные софиты и специализированные плафоны в люстрах.

Рис. 3. Типы цоколей

Значительно реже встречаются светодиодные лампочки с цоколем B или H, как специализированные варианты для узкопрофильного оборудования.

Если рассматривать вопрос о форме, то можно выделить такие виды:

грушеобразная – классический вариант, может использовать как матовый рассеиватель, так и прозрачную колбу, в некоторых моделях совмещается полупрозрачный и непрозрачный корпус;
грибовидная – используется в точечных светильниках, так как поверхность, излучающая световой поток сравнивается с корпусом софита;
кукуруза – длинная модель с цилиндрическим расположением светодоидов, прекрасно подходит для горизонтального расположения в плафонах, прожекторах уличного освещения и т.д.;
свеча – декоративная светодиодная лампа, устанавливаемая в настольные лампы, ночники или подсветки.

Как частные варианты вы можете встретить и другие формы, однако здесь мы рассмотрели наиболее популярные из них.

Рис. 4. Форма светодиодных ламп

По напряжению питания светодиодные лампы подразделяются на те, которые подключаются к бытовой сети 220В, и те, которым требуется низкое напряжение постоянного тока – 24В, 12В.

В зависимости от типа светодиодов, выделяют лампочки с монокристаллическими панелями, где обеспечивается точечное освещение за счет единственного кристалла. Но такие варианты сегодня редко встречаются, чаще используются 8 – 10 и более небольших кристаллов, которые могут отличаться габаритами для разных моделей. Особенно хорошо их видно на светодиодных лентах или лампах с прозрачным стеклом. Но некоторые энергосберегающие технологии используют светодиодные нити в газовой смеси.

Рис. 5. По типу светодиодов

Яркость свечения определяется мощностью светодиодной лампы, чем выше мощность, тем более ярко она будет светить. Для бытовых помещений подойдут модели от 3 до 10Вт, производственным потребуется уже около 20Вт, в уличные светильники устанавливают от 30 до 100Вт. Температуру свечения можно выбрать любую, в зависимости от поставленных задач – от теплой до холодной.

Температура свечения

Преимущества и недостатки

Как мы уже отмечали ранее, такой тип осветительных приборов стал популярным за счет значительных преимуществ перед их ближайшими конкурентами. К преимуществам светодиодных ламп относят:

Продолжительный срок эксплуатации – от 10 до 100 тысяч часов, в сравнении с лампочкой накаливания, которая может обеспечить только 1 тысячу часов.
Куда более эффективная светоотдача – от 90 до 120Лм/Вт, лампы накаливания могут похвастаться лишь 5 – 8Лм/Вт, а люминесцентные светильники 25 – 50Лм/Вт.
Обладает широкой гаммой цветовых температур, что делает их использование комфортным для любых помещений и нужд, а RGB светодиодные ленты могут выдавать несколько вариантов цвета свечения.
Не боятся разгерметизации и нарушения целостности колбы, в отличии от устройств с нитью накаливания, галогенных ламп и других газосодержащих, будет с тем же успехом светить даже без наружного рассеивателя.
Широкий диапазон рабочих температур – светодиодные аналоги не теряют своих характеристик в промежутке от – 60 до + 60°С.
Устойчивы к незначительным отклонениям рабочего напряжения от номинального значения.
Не выделяют вредных веществ, в отличии от люминесцентных ламп, которые содержат ртуть.

К недостаткам светодиодных ламп следует отнести их относительно высокую себестоимость, но она с лихвой окупается рабочими параметрами и сроком эксплуатации. Также существуют ситуации, когда лампочки накаливания нельзя или нецелесообразно менять на светодиодные модели.

Технические характеристики

Перед выбором конкретного осветительного устройства необходимо определиться с его основными параметрами. Из всего многообразия, которое вам следует учитывать, мы выделим:

Мощность – определяет, сколько электрической энергии будет потребляться из сети при работе прибора. Показатель мощности важен как в части расчета за потребленную электроэнергию, так и в части количества получаемого света.
Спектр излучения – теплый в пределах 2700 – 3300 К, дневной от 3500 до 6000К, холодный – от 6000К. Этот параметр указывается на упаковке светодиодной лампы.
Коэффициент цветопередачи – на изделии маркируется буквами CRI или Ra. Показатель 100 является максимальным – это уровень естественного дневного света, чуть хуже – от 100 до 90 для рабочих зон, лабораторий и т.д. В пределах 90 – 80 обычные жилые помещения, менее 80 подойдут для коридоров, подвалов и некоторых складов.
Угол рассеивания и тип потока – могут характеризоваться направленным световым потоком или рассеянным.
Уровень светоотдачи – определяет эффективность каждого ватта переработанной электроэнергии по отношению к выработанному световому потоку.

Область применения

Если еще десять – двадцать лет тому назад светодиодные лампы были настоящей диковинкой, то сегодня они стали полноправными фаворитами рынка. Их можно встретить в самых различных сферах человеческой деятельности:

В освещении открытых территорий, площадок, парков;
Для освещения бытовых и производственных помещений;
Создания декоративной подсветки и украшения, как помещений, так и элементов ландшафта;
В пожароопасных зонах и особо влажных помещениях;
В автомобилях и механизации транспортных средств;
Для работы устройств сигнализации, телемеханики и управления.

Но и этот список не является окончательным, за счет развития и совершенствования технологий, светодиодные лампы продолжают расширять область применения.

FAQ

Почему перегорают светодиодные лампочки в ванной и на кухне? Включил свет на кухне. Небольшой хлопок и перегорела светодиодная лампочка. Заменил — работает. На второй день включаю в ванной, хлопок перегорела и там, заменил — не горит. Проверил индикаторной отверткой, в выключателе горит индикатор, а в патроне в ванной нет. Выключатель двухклавишный в ванную и на кухню. Помогите, пожалуйста, советом.
Подскажите по поводу нынешнего положения с освещением, — в патроне, где индикаторная отвертка показала отсутствие напряжения теперь лампочка не светиться даже после замены? Если это так, то налицо неисправности в электрической цепи на участке от выключателя непосредственно до самой лампы.
В перечень неисправностей следует отнести жилы кабеля, которые могли перегореть, в результате чего образовался разрыв в цепи, распределительная коробка, место подключения электропроводки к люстре, патрон. В любом из этих случаев причиной является плохой контакт, который создает «экстремальные условия» для светодиодов и приводит к их преждевременному перегоранию.
Если же контакт не нарушен и новая лампа нормально горит, возможны и другие причины:
— Превышение номинального напряжения – если лампа рассчитана максимум на 230 В, а в электрической цепи присутствует 245 В, то срок службы сократится.
— Не соответствует мощность лампы и условия эксплуатации по нагреву. Эта причина проявляется при монтаже в закрытый плафон, где лампочка перегревается, в случае использования некачественного радиатора.
— Низкое качество ламп – многие производители обеспечивают доступную цену за счет экономии на комплектующих элементах. В результате используется слабый драйвер, выдающий пульсирующий ток или устанавливаются самые дешевые светодиоды.
— При использовании выключателя с подсветкой, причиной может быть постоянное мерцание осветительного оборудования из-за шунтирования цепи контактов.
— Если светодиодные лампы питаются от пониженного напряжения, то проблемы могут быть и в блоке питания.

Принцип работы светодиодной (LED) лампы

Светодиодные светильники стали актуальными в бытовом пользовании и для различных предприятий. Принцип работы светодиодной лампы более сложный с точки зрения физических процессов, чем у лампы накаливания. Преимуществом использования является экономия электроэнергии, высокий эксплуатационный срок и безопасность.

Принцип работы

Источники света такого типа преобразовывают до 90% света, когда у ламп накаливания такой параметр в пределах 5%. Устройство светильника представляет собой компоненты, которые взаимодействуют между собой и выдают максимальные показатели освещенности:

— Основа или подложка. В данном элементе конструкции монтируется кристалл. Изготавливается из материалов, обладающих высокой теплопроводностью;

— Все элементы светодиодного светильника собираются в корпусе. Обладает дополнительной защитой от влияния погодных условий, температуры, влаги и пыли;

— Токопроводящий узел. Состоит из анода и катода, которые одной частью подключены к кристаллу, а другой – к электросхеме;

— Распространение пучка света происходит за счет линзы. Чем качественнее она, тем ярче будет освещение;

— Люминофор представляет собой вяжущее вещество, покрывающее кристалл. Чаще всего – желтого цвета, но он защищает конструкцию

Принцип работы заключается в том, что при прохождении токопроводящего слоя, свет подается на излучатель, т.е. диод. Контролирует данные процессы микросхема, на которой расположены основные элементы. Примечательно то, что в конструкции лампы входит несколько не проводящих ток элементов. Например, кремний, пропускающий ток только в одну сторону. Для его эффективной работы необходимы положительно и отрицательно заряженные ионы.

Плата питания

Рассматривая принцип работы, нельзя не упомянуть про плату, подающую питание на все компоненты. В её задачи входит выпрямить и распределить ток на все компоненты. При использовании лампочки на 220 Вольт, диоды попросту сгорят от воздействия напряжения такого типа.

От качества платы зависит долговечность работы осветительного прибора. В дешевых вариантах присутствует только резистор и диодный мост. Удивительными считаются варианты, где нет и этих элементов. Светят лампочки ярко, но не продолжительно. Распространенными считаются платы, где дополнительно находятся сглаживающий фильтр. Относятся к среднему сегменту и обладают невысокой стоимостью.

В дорогих используется уже встроенный блок питания. При любых изменения напряжения, он реагирует и подает необходимый ток на компоненты. Единственная проблема, которая может возникнуть – повышение температуры и соответственно, снижение рабочего ресурса. Покупая светодиодный источник, нужно тщательно проверять характеристики, указанные на упаковке.

Размещение светодиодов

Принцип работы светодиодных ламп не изменим с годами. Чтобы достичь максимального свечения, используется сразу от десяти и более диодов. Они расположены на плате из диэлектрика, выполняющая роль понижающего трансформатора. Но отдельного такого компонента в схеме нет, за счет чего и происходит экономия электроэнергии. Выбирается светодиодная лампа по мощности освещения и току, потребляемому во время работы.

Недостатком работы такой схемы является отключение всех источников, если один вышел из строя. Справиться с этой проблемой можно двумя способами: заменить плату или же перепаять неработающий компонент. Во второй ситуации, необходимо иметь соответствующие знания и опыт, чтобы не испортить плату.

Драйвер или блок питания

Недорогие лампы не обладают собственным драйвером. Это влияет на общую функциональность и может стать проблемой, если перепады напряжения наблюдаются часто. Владельцы светодиодных устройств отдельно приобретают БП, чтобы продлить срок эксплуатации устройств. Блоки питания могут быть трех типов:

— Открытые;

— Закрытые;

— Универсальные

Выбирается относительно тока, который могут стабилизировать и необходимого напряжения для стабилизации. Стоимость оборудования может быть выше, чем у нескольких дорогих лампочек, но при этом значительно увеличивается время эксплуатации. Поделитесь данной информацией в социальных сетях со своими знакомыми, если считаете ее полезной.

Принцип действия светодиодных ламп

Полупроводниковая электроника с недавних пор используется почти во всех областях хозяйства. Кроме явного использования в электронике, компьютерах, полупроводники начали применять в электротехнике, при производстве осветительных приборов, в частности, ламп накаливания. Принцип работы полупроводников положен в основу создания светодиодного освещения, такие лампы часто заменяют обычные осветительные приборы, ведь они надежнее, долговечнее и безопаснее.

Основным принципом работы таких ламп является использование светодиодов LED (Light еmitting diode), которые широко применяются различных электронных устройствах. Светоизлучающий диод является диодом полупроводникового типа, он работает по принципу использования p-n перехода. Известно, что у полупроводника типа «n» существует отрицательный заряд, что означает, что он имеет переизбыток электронов, а у p-типа, наоборот, имеется избыток дырок, что приводит к положительному заряду. При соединении двух типов полупроводников и подключении к ним электрического поля, начинается движение электронов и дырок друг к другу. Происходит p-n переход, при котором начитает выделяться энергия. Параметры перехода подбираются таким образом, чтобы максимальная часть энергии выделялась в виде фотонов видимого света.

По физическим законам, любое преобразование энергии не может происходить без потерь. И в данном случае, в некоторых случаях рождается длинноволновой фотон, который сейчас же поглощается с выделением тепла. Поэтому, полупроводник немного нагревается. Чтобы не допустить его перегрева, температуру перехода типа p-n нужно ограничивать. Для этого используют теплоотводы.

Список светодиодных ламп, которые чаще всего покупают:

Наименование: EUROLAMP LED Лампа керамік A60 9W E27 2700K (50)
Тип лампы: Потолочная
Артикул: LED-A60-9W/2700(ceram)
Мощность (W): 9
Cветовой поток (lm): 950
Ширина (мм): 60
Высота (мм): 108
Температура (К): 2700
Тип света: теплый свет
Тип цоколя: E27
Напряжение (V): 220-240
Ресурс , часов: 50000
Срок службы, лет: 35
Аналог лампы накаливания (W): 90
Ток (mA): Данные не указаны
Частота электросети (Hz): 50
Количество в ящике, шт: 50
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4260346871702
Размер упаковки (мм): 63*63*117
Штрих код ящика: 4260346872341
Производитель: EUROLAMP
Гарантия: 10 лет

(Код: LED-A60-9W/2700(ceram))

Тип лампы: Потолочная
Мощность (W): 9
Температура (K): 2700
Тип цоколя: E27

Наименование: EUROLAMP LED Лампа T8 18W 4100K (25)
Тип лампы: Линейная
Артикул: LED-T8-18W/4100
Мощность (W): 18
Cветовой поток (lm): 1600
Ширина (мм): 30
Высота (мм): 1200
Температура (К): 4100
Тип света: нейтральный свет
Тип цоколя: G13
Напряжение (V): 220-240
Ресурс , часов: 50000
Срок службы, лет: 35
Аналог лампы накаливания (W): 180
Ток (mA): Данные не указаны
Частота электросети (Hz): 50
Количество в ящике, шт: 25
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4260346873102
Размер упаковки (мм): 32*32*1220
Штрих код ящика: 4260346873140
Производитель: EUROLAMP
Гарантия: 5 лет

(Код: LED-T8-18W/4100)

Тип лампы: Линейная
Мощность (W): 18
Температура (K): 4100
Тип цоколя: G13

Наименование: EUROLAMP LED Лампа T8 9W 6500K (25)
Тип лампы: Линейная
Артикул: LED-T8-9W/6500
Мощность (W): 9
Cветовой поток (lm): 800
Ширина (мм): 30
Высота (мм): 600
Температура (К): 6500
Тип света: холодный свет
Тип цоколя: G13
Напряжение (V): 220-240
Ресурс , часов: 50000
Срок службы, лет: 35
Аналог лампы накаливания (W): 90
Ток (mA): Данные не указаны
Частота электросети (Hz): 50
Количество в ящике, шт: 25
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4260346873096
Размер упаковки (мм): 30,5*35*610
Штрих код ящика: 4260346873133
Производитель: EUROLAMP
Гарантия: 5 лет

(Код: LED-T8-9W/6500)

Тип лампы: Линейная
Мощность (W): 9
Температура (K): 6500
Тип цоколя: G13

Наименование: Led-лампа Т8, серия AL, 600 mm, 7,5 W, 1035 Lm, 6000K
Артикул: LT8-AL-600-С
Аналог энергозатратной лампы: 75Вт
Гарантия: 5 лет
Длина, мм: 600
Мощность: 7,5
Световой поток: 1035
Серия ламп T8: AL
Тип конструкции: Двустороннее подключение
Тип лампы: Линейная
Тип цоколя: G13
Угол рассеивания: 160
Цветовая температура: 6000

(Код: LT8-AL-600-С)

Наименование: Led-лампа Т8, серия AL, 600 mm, 7,5 W, 1035 Lm, 6000 K
Артикул: LT8-AL-600-С
Мощность: 7,5
Световой поток: 1035

Но, температура нагрева полупроводника не идет ни в какое сравнение с нагревом при работе ламп накаливания, которые работают по принципу свечения раскаленного тела, причем на тепловые потери тратится порядка 85-95% поступающей электрической энергии, т.к. КПД такой лампы составляет всего лишь 5-15%.

При работе светодиода ток превращается в свет, минуя стадию нагрева вещества, лишь около 20% энергии уходит на нагрев, остальные 80% превращаются в свет. Из этого видно, что по экономичности светодиодные лампы превосходят обычные как минимум в 10-15 раз, их можно использовать в местах, где недопустимо нагревание (газохранилища, автозаправки).

Цвет свечения светодиода целиком зависит от материала, из которого состоит излучающий переход p-n. Интенсивность излучения напрямую зависит от силы тока. Светодиодная лампа превосходит своих «горячих» собратьев по всем параметрам. Единственно, что они довольно дорогие, но стоит подумать, использовать для освещения в доме стоваттные обычные лампы или 5 (пяти!) ваттные светодиодные лампы. А если взять долговечность, то она в 100 и более раз выше. Выгоды очевидны.

Если после прочтения данной информации Вы решили приобрести «светодиодные лампы«, предлагаем Вам просмотреть все варианты светодиодной продукции предоставленной на сайте W.Shop.

Устройство светодиодной лампы: принцип действия, конструкционные особенности

На чтение 7 мин. Просмотров 120 Опубликовано 22.06.2019 Обновлено 07.06.2019

Освещение играет важную роль в жизни человека. Оно бывает основным, акцентным, декоративным. Для создания подсветки используются различные источники света. Самыми современными, надежными и качественными приборами являются светодиодные лампы. Они имеют множество преимуществ перед классическими источниками света. Однако устройство светодиодной лампочки сложнее.

Принцип работы

Основа светодиода – полупроводниковый кристалл, состоящий из двух материалов разной проводимости.

Светодиодные лампы

Принцип работы светодиодной лампы заключается в следующем: при подаче электрического тока происходит переход частиц из одного полупроводника в другой, сопровождающийся созданием частицы света – фотона. Оба полупроводника способы пропускать ток только в одном направлении, поэтому при подключении важно соблюдать полярность. Во время подачи тока протекают и другие процессы. Часть энергии тратится на выделение тепла.

Светодиоды изготавливаются из разных материалов, поэтому их спектр, интенсивность потока, яркость также отличаются. В настоящее время светоизлучающие диоды охватывают практически весь диапазон излучения. Принцип работы Led лампы

Светодиоды применяются в самых разных сферах: для создания освещения в доме, на производстве, в административных помещениях. С их помощью делается рекламная, художественная и архитектурная подсветка. Светодиоды можно встретить в фонарях для уличного освещения.

Преимущества светодиодных ламп

Современные источники света должны быть экономичными, эффективными и безопасными. Светодиоды полностью подходят под эти характеристики. Для работы светоизлучающего диода требуется небольшое количество энергии, при этом они выдают яркое освещение с минимальным выделением тепла. Светодиодные источники света обладают пониженной чувствительностью к скачкам в сети и имеют большое количество циклов включения и выключения. При подаче напряжения они загораются сразу, не нужно время для разогрева. Светодиоды для ламп освещения выгодно отличаются от других источников света своим долгим сроком службы – до 50000 часов.

Безопасность светодиодов заключается в отсутствии в них вредных компонентов. В колбе отсутствуют пары ртути и смесь инертных газов, поэтому они не требуют особых условий утилизации. Также светодиоды выполняются в прочном качественном корпусе. Устройства имеют низкий коэффициент пульсаций, поэтому они безопасны для человеческого здоровья.

В продаже можно найти широкий ассортимент светодиодных ламп. Они отличаются своими характеристиками, размерами, цветовой температурой, конструктивными особенностями. Светодиодные лампы выполняются разной формы – свеча, цилиндр, трубка и другие.

Недостаток, ограничивающий широкое распространение светодиодных приборов – высокая стоимость.

Устройство светодиодных источников

Конструкция светодиодной лампы

Общая конструкция ламп идентична, могут быть небольшие отличия. Они сложнее с технической точки зрения, чем лампы накаливания. Чтобы узнать, из чего состоит лампочка, ее нужно разобрать, в то время как в классическом источнике света с нитью накала просмотреть внутреннюю часть можно через стеклянную колбу.

Из чего состоит светодиодный светильник:

Led. В лампе устанавливается один или несколько светодиодов. Они отличаются по мощности, цвету свечения, размерам. Количество диодов в матрице может быть различным, вычисляется на производстве для обеспечения оптимального уровня света. Диоды припаиваются к алюминиевой или текстолитовой плате разных размеров и форм. Группы соединяются друг с другом последовательно.
Драйвер. Используется для преобразования сетевого напряжения в необходимую для работы светодиодов величину. Схемы драйверов бывают разными, чаще всего применяются трансформаторные. По конструкции выделяют открытые и закрытые, которые устанавливаются прямо в корпус лампочки. В дешевых китайских изделиях часто ставятся некачественные драйверы, которые неэффективны и могут навредить здоровью.
Цоколь. Светодиодные лампочки пришли на замену лампам накаливания, поэтому устанавливаться должны аналогичным образом. Изготавливаются приборы со стандартными цоколями Е27 и Е14.
Корпус. Колба изготавливается из пластика или стекла. Полная герметичность не требуется, так как в составе нет вредных паров ртути и газов.
Радиатор. Так как во время работы выделяется некоторое количество тепла, его нужно отвести, чтобы не было перегрева. Алюминиевая плата понижает негативное влияние температуры, но этого может быть недостаточно. Поэтому дорогие качественные лампочки дополнительно оснащаются радиаторами.

Ассортимент изделий с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три категории — брендовые, низкокачественные и филаментные.

Брендовая продукция

Брендовая Led-лампа

Устройство светодиодного светильника, изготовленного известной компанией, обязательно включает в себя:

Рассеиватель в форме полусферы. Может изготавливаться из пластика или стекла.
Алюминиевая печатная плата на теплопроводящей пасте.
Набор чипов.
Драйвер. Состоит из импульсного трансформатора, микросхем, полярных конденсаторов, планарных элементов. Также является соединителем цоколя и радиатора.
Основание цоколя из полиэтилентерефталата.
Цоколь с резьбой необходимого диаметра, выполненный из латуни с никелевым покрытием.

В качественном приборе обязательно есть радиатор. Он объемный и окрашивается белым полимером. Увеличивает вес и габариты лампочки, но является обязательным элементом для стабильной работы.

Низкокачественные изделия

Разобранная китайская светодиодная лампа

Приборы неизвестного производства обычно имеют низкую стоимость. Это связано с использованием некачественных материалов и отсутствием важных деталей – радиатора и драйвера. Вместо драйвера применяется обычный блок питания, размещенный рядом со светодиодами. Роль радиатора выполняет корпус, в котором проделывают отверстия. Такой способ малоэффективен, поэтому дешевые лампочки быстро выходят из строя.

Плата крепится к корпусу при помощи специальной защелки. Цоколь и плата соединяются пайкой. Такое соединение не может обеспечить высокую надежность и продолжительную работу светодиодов.

Филаментные приборы

Светодиодная филаментная лампа

Внешне филаментная лампочка похожа на лампу накаливания. Ее важное отличительное свойство – не требуется дополнительный отвод тепла. Такая светодиодная лампочка состоит из филамента и колбы.

Работает на основе светодиодных нитей. Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне — эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов.

К недостаткам филаментной лампы можно отнести высокий коэффициент пульсаций. Частое моргание негативно влияет на зрение и психику человека, поэтому ведутся работы по модернизации конструкции лампы. Драйвер высокого качества должен устанавливаться в пластиковую вставку в виде кольца между колбой и цоколем.

Способы сборки

Светодиодные лампы можно разделить на несколько категорий по способу сборки:

Самой распространенной технологией является COB.

Устройство и принцип работы светодиодной лампы. Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

Содержание:

Вопросы снижения потребляемой электроэнергии решаются не только на государственном уровне. Эта проблема актуальна и для рядовых потребителей. В связи с этим, в квартирах, офисах и других учреждениях, начинают широко внедряться не только мощные, но и экономичные источники света. Среди них все более широкое распространение получают светодиодные лампы. Устройство и принцип работы светодиодной лампы позволяет использовать ее со стандартным патроном и подключать в электрическую сеть напряжением 220 В. Для того чтобы сделать правильный выбор, нужно знать основные преимущества и особенности современных источников света.

Принцип действия светодиодных ламп

В работе светодиодных ламп используются физические процессы, которые значительно сложнее тех, что применяются в обычных лампах накаливания с металлической нитью. Суть явления заключается в появлении светового потока в точке соприкосновения двух веществ из разнородных материалов, после того как через них пропущен электрический ток.

Основной парадокс заключается в том, что каждый из используемых материалов, не является проводником электрического тока. Они относятся к категории полупроводников и способны пропускать ток лишь в одну сторону при условии их соединения между собой. В одном из них должны обязательно преобладать отрицательные заряды — электроны, а в другом — ионы с положительным зарядом.

Кроме движения электрического тока, в полупроводниках происходят и другие процессы. При переходе из одного состояния в другое происходит выделение тепловой энергии. Путем экспериментов удалось найти такие сочетания веществ, у которых наряду с выделением энергии появлялось световое излучение. В электронике все устройства, пропускающие ток лишь в одном направлении стали называться , а те из них, которые обладают способностью испускать свет, стали называться светодиодами.

В самом начале испускание фотонов полупроводниковыми соединениями охватывало только узкую часть спектра. Они могли испускать только красный, желтый или зеленый свет, с очень низкой силой свечения. Поэтому в течение длительного времени светодиоды использовались только в качестве индикаторных ламп. К настоящему времени были получены такие материалы, соединения которых позволили значительно расширить диапазон светового излучения и охватить практически весь спектр. Тем не менее, длина каких-то волн всегда преобладает в свечении. Поэтому светодиодные лампы разделяются на источники холодного света — синего и теплого свечения — преимущественно красного или желтого.

Устройство светодиодных источников света

Внешний вид светодиодных ламп практически не отличается от традиционных источников света с металлической нитью накаливания. Они оборудованы с резьбой, что позволяет использовать их с обычными патронами и не вносить изменений в электрооборудование помещений. Однако светодиодные лампы существенно отличаются сложным внутренним устройством.

В их состав входят контактный цоколь, корпус, выполняющий функцию радиатора, плата питания и управления, плата со светодиодами и прозрачный колпак. Планируя использование светодиодных ламп в сети 220 В, следует помнить, что они не смогут работать с таким током и напряжением. Для того чтобы исключить перегорание светильников, в их корпусах устанавливаются платы питания и управления, снижающие напряжение и выпрямляющие ток.

Устройство такой платы оказывает серьезное влияние на срок эксплуатации лампы. В некоторых моделях перед устанавливается лишь резистор, а в некоторых случаях недобросовестные производители обходятся без него. В результате, лампы дают очень яркое свечение, но очень быстро сгорают из-за отсутствия стабилизирующих устройств. Поэтому качественные светильники непременно оборудуются стабилизаторами, например, балластными трансформаторами. В наиболее распространенных управляющих схемах используются сглаживающие фильтры, в состав которых входит конденсатор и резистор. В наиболее дорогих моделях в блоках управления и питания используются микросхемы.

Каждый отдельно взятый светодиод излучает довольно слабый свет. Поэтому для достижения нужного светового эффекта, группируется необходимое количество элементов. С этой целью используется плата, изготовленная из диэлектрического материала, с нанесенными токопроводящими дорожками. Примерно такие же платы применяются в других электронных устройствах.

Светодиодная плата является еще и понижающим трансформатором. С этой целью все элементы включаются последовательно в общую цепь, и сетевое напряжение равномерно распределяется между ними. Единственным существенным недостатком такой схемы является обрыв всей цепочки в случае перегорания хотя-бы одного светодиода.

Защиту всей лампы от попадания влаги, пыли и других негативных воздействий обеспечивает прозрачный колпак. Некоторые свойства колпака позволяют усилить общее свечение. Дело в том что его внутренняя сторона покрыта слоем люминофора, который начинает светиться под действием энергии квантов. Поэтому снаружи поверхность колпака выглядит матовой. Люминофор обладает более широкий спектр излучения, в несколько раз превышающий аналогичный показатель у светодиодов. В результате, излучение становится сравнимо с естественным солнечным светом. Без такого покрытия светодиоды оказывают раздражающее действие на глаза, вызывая усталость и болевые ощущения.

Лучше всего изучать полезные качества, устройство и принцип действия светодиодных ламп на схемах при напряжении электрической сети 220 вольт. Чаще всего такие светильники применяются в промышленном и уличном освещении, а в бытовых условиях традиционные источники света заменяются светодиодными лампочками, работающими при низком напряжении, в основном от 12 вольт. Однако мощность лампы и ее светоотдача не имеют прямой зависимости между собой. Этот фактор следует учитывать при выборе светодиодных светильников.

В светодиодных лампах, рассчитанных на 220 вольт, в схеме отсутствует трансформатор. В связи с этим возникает дополнительная экономия при эксплуатации таких светильников. Данная особенность отличает их от светодиодных ламп с другими мощностями. Поэтому выбор светильников происходит не по мощности, а по степени освещенности, создаваемой ими.

Преимущества светодиодных ламп

В настоящее время большое значение придается экономичной и долговечной работе осветительных приборов. Поэтому на первый план выходят светильники, создающие яркое освещение с выделением минимального количества тепла и небольшим энергопотреблением. Они обладают низкой чувствительностью к перепадам тока и напряжения, могут выдерживать большое количество включений и выключений.

Всеми этими качествами в полной мере обладают светодиодные лампы. Они имеют несколько разновидностей, отличающихся по конструктивным и техническим характеристикам, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант. Все лампы отличаются наличием или отсутствием , степенью экологической безопасности, необходимостью в использовании выпрямителей тока и других дополнительных приборов.

Светодиод
(англ. light emitting diode, или LED) – это радиоэлектронный прибор, выполненный на основе полупроводника (в большинстве случаев из легированного кремния или германия), принцип действия которого основан на односторонней проводимости с выделением светового излучения.

Устройство светодиода

Как и любой полупроводник, светодиод представляет собой соединение полупроводникового кристалла p – типа
(легированного трехвалентным материалом – например In) с полупроводниковым кристаллом n – типа
(легированным пятивалентным материалом – например As), которое образует p –
n
переход.

Кристалл p – типа
обладает свойством «дырочной» проводимости – носителями заряда в таких кристаллах являются положительно заряженные участки ковалентных связей кристалла, которым недостает электронов (Рис.1).

Рисунок 1. Дырочная проводимость полупроводника

Кристалл n – типа
обладает электронной проводимостью — носителями заряда в таких кристаллах являются отрицательно заряженные свободные электроны (Рис. 2).

Рисунок 2. Электронная проводимость полупроводника

При соединении кристалла p – типа
с кристалломn – типа
в области их контактаобразуется p –
n переход
, который обладает свойством запирающего слоя (рис. 3).
В области места контакта двух полупроводников n
-типа и p
-типа возникает процесс диффузии: дырки из p
-области переходят в n
-область, а электроны, наоборот, из n
-области в p
-область. В результате в n
-области в зоне запирающего слоя уменьшается концентрация электронов, что сопровождается возникновением положительно заряженного слоя. В p
-области наблюдается уменьшение концентрации дырок и возникает отрицательно заряженный слой. Таким образом, в области контакта полупроводников происходит образование двойного электрического слоя, поле которого препятствует процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу (рис. 3).

Рисунок 3. Запирающий слой p–n-перехода

В случае соединения n
–p
-перехода к внешнему источнику тока так, чтобы положительный его полюс был соединен с p
-областью, а отрицательный с n
-областью, то показатель напряженности электрического поля в запирающем слое уменьшится и облегчит переход основных носителей тока через контактный слой. В следствии этого, дырки из p
-области и электроны из n
-области, будут двигаться навстречу друг другу, пересекая n
–p
-переход, что приведет к созданию тока в прямом направлении (Рис. 4).

Рисунок 4. Приложение напряжения к p–n-переходу

Так же в месте соприкосновения двух полупроводников (p – n переход), при приложении электричества, происходит рекомбинация электронов с дырками, при этом происходит высвобождение энергии в виде фотонов света (рис. 5).

Рисунок 5. Высвобождение энергии в виде фотонов света

В отличие от обыкновенного диода, светодиод имеет большую площадь соприкосновения в месте контакта двух полупроводников. Благодаря этому площадь рекомбинации больше, а следовательно выше интенсивнее свечение. Однако не каждый p – n переход способен высвобождать энергию в виде фотонов видимого спектра света. Это зависит от ширины запрещенной зоны, энергия преодоления которой должна быть соизмерима с энергией кванта видимого спектра света.

Цвет светодиодного свечения

Спектр цветового свечения светодиодов зависит исключительно от ширины запрещенной зоны p-n-перехода. Именно здесь происходит рекомбинация электронов и «дырок», с высвобождением фотонов света. Таким образом, физически цвет света светодиода зависит от материала полупроводника, и от легирующих его примесей. Чем «синее» свет светодиод, тем выше энергия квантов преодоления запрещенной зоны p-n-перехода, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны. Из этого следует, что изменяя ширину запрещенной зоны p-n-перехода, можно получить свечение любого цвета радуги. А для того, чтобы получить белый цвет, необходимо комбинировать полученные цвета.

Способы получение белого цвета свечения светодиодов

Для получения белого цвета свечения светодиодов применяется три распространенных способа:
1) Смешивание цветов свечения согласно технологии RGB (рис. 6). Метод заключается в том, что на одной подложке плотно размещаются красный, синий и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается благодаря оптической системе, например пластиковой линзы. В следствие этого получается белый свет.

Рисунок 6. RGB технология изготовления светодиодов

2) За основу берутся три светодиода, которые излучают ультрафиолетовый свет. Далее на поверхность каждого из светодиодов наносится покрытие из люминофора синего, зеленого и красного цвета. Таким образом, люминофор начинает светиться тремя цветами, а при смешивании этого свечения линзой получается белый цвет.
3) За основу берется синий светодиод, на его поверхность наносится зеленый и красный (может быть желто-зеленый) люминофор. Таким образом, получается белое или близко к белому свечение.

Рисунок 7. Технология изготовления светодиодов с нанесением люминофора

У каждого способа получения белого свечения есть свои достоинства и недостатки.
Так, RGB технология, в дополнение ко всему, позволяет изменять цвет и температуру свечения светодиодов, путем изменяя силы тока на каждом из них. Кроме того, сосредоточенное размещение трех светодиодов в матрице позволяет получить высокий суммарный световой поток и световую мощность. Однако данная система не может обеспечить равномерность свечения всего светового пятна, так как в центре системы будет свечение ярче, чем по краям. Это обусловлено явлением аберрации оптической системы.
Изготовление светодиодов с использованием люминофора гораздо дешевле, чем RGB технология. Однако недостатком этой системы является быстрое старение люминофора (гораздо быстрее, чем кристалла светодиода) и сложность в равномерном нанесении люминофора на поверхность кристалла светодиода.

Электрические характеристики светодиодов

Светодиод – полупроводниковый прибор низковольтного потребления энергии. Диапазон питания обычных индикаторных светодиодов варьирует от 2 до 4 Вольт с потребляемым током до 50 мА. Светодиоды предназначенных для освещения помещений питаются тем же напряжением, однако потребляемый ток таких приборов значительно выше, и может достигать нескольких ампер. Иногда светодиодные модули, состоящие из отдельных светодиодов, включены последовательно, что увеличивает их суммарное напряжение питания.
Но, кроме того, что напряжение питания светодиодов низкое, оно должно быть еще и стабилизированное. Это связано с тем, что напряжение питания светодиода экспоненциально зависит от тока потребления (рис. 8). При небольшом увеличении напряжения, ток потребления увеличивается в разы, что может привести к перегреву прибора и выхода его из строя. Поэтому для стабилизации напряжения питания светодиода используют конвертеры или драйверы (предназначены для стабилизации тока).

Рисунок 8. Вольт-Амперная характеристика светодиодов

Регулировка яркости свечения светодиодов

Очень часто возникает необходимость в изменении яркости свечения светодиода. Данное действие ни в коем случае нельзя выполнять путем снижения напряжения питания светодиода. Это делается с помощью метода широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Данный метод заключается в изготовлении устройства, представляющего собой генератор импульсно-модулированного тока с частотой выходного сигнала от сотен до тысяч герц, с возможностью изменения ширины импульсов и пауз между ними. Таким образом, применив данный прибор, средняя яркость питаемого светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет.

Срок службы светодиодов

Срок службы светодиодов зависит в основном от режима их эксплуатации. Если это маломощный диод индикаторного типа, то его срок службы очень велик. Это связано с тем, что протекающий через него ток мал и не разогревает физически спаренный p-n-переход. Мощные же светодиоды рассчитаны на срок службы в 20-50 тысяч часов. Из-за больших токов питания, p-n-переход сильно нагревается, расшатываются атомные решетка кристаллов, разрушая целостность p-n-перехода. Таким образом, старение светодиодов в конечном результате выражается в уменьшении их яркости. Так, если яркость светодиода снижается на 30% от его первоначальной яркости, то его необходимо заменить.

Светодиод или светодиодная лампа представляет собой электронное устройство размером с половину спички. Предназначен светодиод, как обычная электрическая лампочка, для освещения окружающего пространства в тёмное время суток и в недоступных для света местах. Как работает светодиод и по какому принципу он устроен, пойдёт речь дальше в этой статье.

По определению, электрический ток – это направленный поток электронов. Принцип работы светодиода заключается в том, что при пропускании через полупроводник прямого электрического тока, часть электронов выскакивает на p-n переходе из потока на одной пластине светодиода, сталкивается с электронами другой пластины, выбивает их со своих ячеек, вследствие чего образуются, говоря научным языком, «дырки». Из-за хаотичного движения электронов и их сталкивания друг с другом, выделяется энергия и появляется свечение.

В начале изобретения светодиода свечение было только синего цвета, но по мере того, как развивалась и совершенствовалась технология массового производства светодиодов, инженерам-электроникам удалось получить все имеющиеся цвета светового спектра. Важный принцип при использовании светодиодных ламп — это тот факт, что данное микроскопическое устройство освещает окружающее пространство намного лучше ламп накаливания, люминесцентных и галогенных ламп всеми цветами радуги без использования громоздких светофильтров и при этом светодиоды никогда не перегорают.

Почему светодиоды пользуются большим спросом в использовании их как осветительные приборы в местах с ограниченным пространством – всем понятно, поскольку другие источники света просто не пройдут по габаритам.

В этом их кардинальное отличие от электроламп накаливания, люминесцентных и газоразрядных ламп. При пропускании через светодиод электрического тока данный полупроводниковый прибор излучает некогерентное или «холодное» излучение. Для совершенствования работы светодиодных ламп применяют новейшие технологии получения полупроводников из наращивания кристаллов камня сапфира. При этих работах используются точнейшие способы резки камня и его шлифовки. Таким же способом подготавливаются пластины нитрида галлия. Внутрь помещают проводники для прохождения электрического тока и собирают устройство.

Работа светодиода не сопровождается ни шумом, ни выделением тепла. В наши дни научились изготавливать светодиодные лампы различной мощности, формы и цвета.

Конструкция и типаж светодиода постоянно улучшается. По мере развития технологий промышленного производства светодиодов, появления новых надёжных материалов и сплавов, их производство и внедрение в различные сферы потребления развивается и совершенствуется.

Преимущества светодиодов перед другими видами ламп очевидны и неоспоримы:

Дают холодное свечение. Не нагревают имеющиеся рядом электроприборы.
Имеют малые габариты, компактные и лёгкие. Не бьются при транспортировке и при падении с высоты. Не перегорают.
Не нуждаются в использовании громоздких светофильтров и защитных колпаков. Могут работать и освещать улицы под дождём и под градом.
Имеют красивый дизайн и малые габариты.
Длительный период эксплуатации. Могут работать на протяжении 20 и более лет.
Низкое энергопотребление – в 10 раз меньше обычной лампы накаливания.
Экологически безвредны. Не имеют внутри газов и ртутных паров.
Пожаро и взрывобезопасны.

Основной недостаток – высокая стоимость. Цена 1 люмена свечения светодиода в 10 раз выше ламп накаливания, почему светодиодные лампы не могут пока их вытеснить.

Своё применение светодиоды находят в самых широких областях промышленности. Многие самолёты ТУ-134 и ТУ-154 оснащены светодиодными устройствами, они устанавливаются на морских судах и подводных лодках. Особенно широко светодиоды используются на рекламных вывесках, баннерах, для праздничных иллюминаций, ночного освещения домов, подъездов. Недавно японская корпорация «Мазда» продемонстрировала свои разработки легкового автомобиля с задними фонарями, где использован принцип светодиода. Существуют светодиодные фары головного света для автомобилей, плафоны для паркового освещения, подсветки натяжных потолков в интерьерах квартир и домов. Принцип работы светодиодных ламп развивается, совершенствуется и в скором будущем данное устройство заменит привычную лампу накаливания и вытеснит её навсегда!

Устройство и принцип работы светодиодных ламп
. Основные части осветительного прибора:

Светодиоды;
— драйвер;
— цоколь;
— корпус.

Принцип его работы полностью повторяет процессы, происходящие в обыкновенном полупроводниковом диоде с p-n переходом из кремния или германия: при подаче положительного потенциала к аноду, а отрицательного к катоду в материалах начинается движение отрицательно заряженных электронов к аноду, а дырок к катоду. В итоге, диод пропускает электрический ток только одного прямого направления.

Однако, светодиод выполнен из других полупроводниковых материалов, которые при бомбардировке в прямом направлении носителями зарядов (электронами и дырками) осуществляют их рекомбинацию с переводом на другой энергетический уровень. В итоге происходит выделение фотонов — элементарных частиц электромагнитного излучения светового диапазона.

Даже в электрических схемах в качестве их обозначений используются обозначения обычных диодов, только с добавлением двух стрелочек, обозначающих излучение света.

Полупроводниковые материалы обладают разными свойствами выделения фотонов. Такие вещества, как арсенид галия (GaAs) и нитрид галлия (GaN), являясь прямозонными полупроводниками, одновременно прозрачны для видимого спектра световых волн. При замене ими слоев p-n перехода происходит выделение света.

Расположение слоев, используемых в светодиоде, показано на рисунке ниже. Их маленькая толщина порядка 10÷15 нм (наномикрон) создается специальными методами химического осаждения из газовой фазы. В слоях размещены контактные площадки для анода и катода.

Как при любом физическом процессе, во время преобразования электронов в фотоны существуют потери энергии, обусловленные следующими причинами:

Часть световых частиц просто теряется внутри даже такого тонкого слоя;
— при выходе из полупроводника возникает оптическое преломление световых волн на границах кристалл/воздух, искажающее длину волны.

Применение специальных мер, например, использование сапфировой подложки, позволяет создать бо́льший световой поток. Такие конструкции применяются для установки в лампы освещения, но не для обычных светодиодов, используемых в качестве индикаторов, показанных на рисунке ниже.

Они имеют линзу, выполненную из эпоксидной смолы и рефлектор для направления света. В зависимости от назначения свет может распространяться в широких диапазонах угла 5-160°.

Дорогие светодиоды, выпускаемые для ламп освещения, производители изготавливают с ламбертовской диаграммой. Это означает, что их яркость постоянна в пространстве, не зависит от направления излучения и угла наблюдения.

Габариты кристалла весьма маленькие и от одного источника можно получить небольшой поток света. Поэтому для ламп освещения такие светодиоды объединяют довольно большими группами. При этом, создать от них равномерное освещение во все стороны весьма проблематично: каждый светодиод является точечным источником.

Частотный спектр световых волн от полупроводниковых материалов значительно уже, чем от обычных ламп накаливания или солнца, что утомляет глаза человека, создает определенный дискомфорт. С целью исправления этого недостатка в отдельные конструкции светодиодов для освещения вводится слой люминофора.

Величина излучаемого светового потока полупроводниковых материалов зависит от тока, проходящего через p-n переход. Чем больше ток, тем выше излучение, но до определенного значения.

Маленькие габариты, как правило, не позволяют использовать токи, превышающие 20 миллиампер для индикаторных конструкций. У мощных осветительных ламп применяется теплоотвод и дополнительные меры защиты, использование которых, однако, строго ограничено.

При запуске световой поток лампы пропорционально возрастает с увеличением тока, но затем из-за образования тепловых потерь начинает снижаться. Следует понимать, что процесс выделения фотонов из проводника не связан с тепловой энергией, светодиоды относятся к источникам холодного света.

Однако, проходящий через светодиод ток в местах контактов различных слоев и электродов преодолевает переходное сопротивление этих участков, вызывающее нагрев материалов. Выделяемое тепло вначале только создает потери энергии, но при увеличении тока может повредить конструкцию.

Количество светодиодных кристаллов, установленных в одну лампу, может превышать сотню работающих элементов. На каждый из них необходимо подвести оптимальный ток. Для этого создают стеклотекстолитовые платы с токопроводящими дорожками. Они могут иметь самую различную конструкцию.

К контактным площадкам плат припаиваются светодиодные кристаллы. Чаще всего их формируют в определенные группы и запитывают последовательно друг с другом. Через каждую созданную цепочку пропускают один и тот же ток.

Такую схему проще реализовать технически, но она обладает одним главным недостатком — при нарушении одного любого контакта вся группа перестает светить, что является основной причиной поломки лампы.

Драйверы
. Подвод постоянного напряжения к каждой группе светодиодов выполняется от специального устройства, которое раньше называли блоком питания, а сейчас — термином “драйвер”.

Данное устройство несет функции преобразования входного напряжения сети, например, ~220 Вольт квартирной или 12 Вольт автомобильной сети в оптимальную величину питания каждой последовательной группы.

Подвод одного стабилизированного тока к каждому кристаллу по параллельной схеме технически сложен и применяется в редких случаях. Работа драйвера может проводиться на основе трансформаторной или иной схемы. Среди них распространены следующие варианты. В зависимости от конфигурации и количества примененных элементов они могут быть разными:

Самые простые и дешевые драйверы рассчитаны на питание от стабилизированного напряжения, сеть которого защищена от бросков и импульсов перенапряжений. У них даже может отсутствовать токоограничивающий резистор в выходной цепи питания, что характерно для аккумуляторных фонариков, светодиоды которых зачастую подключены непосредственно к выходу АКБ .

В результате, пиолучается, что они питаются завышенным током и хотя светят довольно ярко, очень часто перегорают. При использовании дешевых ламп с драйверами без защиты от перенапряжений осветительной сети светодиоды тоже часто выгорают, не выработав заявленного ресурса.

Качественно сконструированные блоки питания практически не выделяют тепло при работе, а у дешевых или перегруженных драйверов часть электроэнергии расходуется на нагрев. Причем, такие бесполезные потери электрической мощности могут быть сопоставимы, а в отдельных случаях превышать энергию, расходуемую на выделение фотонов.

Светодиод — это разновидность диода, электронного прибора обладающего односторонней проводимостью электрического тока. Диод, или как его еще называют выпрямительный диод, обладая своими уникальными свойствами изменять электрическое сопротивление в зависимости от полярности приложенного к нему напряжения, применяют для выпрямления переменного тока. Конструкция выпрямительного диода может строиться как на базе радиоэлектронных ламп, так и на базе полупроводниковых кристаллов.

В отличие от выпрямительного диода светодиод выполняется только на базе полупроводниковых кристаллов. Принцип действия у обоих электронных приборов основан на инжекции (диффузии) электронов и дырок в области p
—n
перехода, то есть области контакта двух полупроводников с разным типом проводимости. Под инжекцией подразумевается переход избыточных электронов из области n
-типа в область p
-типа, а также переход избыточных дырок из области p
-типа в область n
-типа, где существует их недостаток. В результате инжекции в обеих областях, возле границы перехода, образуются не скомпенсированные слои электронов и дырок. На стороне n
-перехода слой дырок, а на стороне p
-перехода слой электронов. Эти слои образуют так называемый запирающий слой, внутреннее электрическое поле которого препятствует дальнейшей инжекции (рисунок 1).

Рисунок 1. Запирающий слой p
—n
перехода

Наступает определенное равновесие. При подаче отрицательного напряжения к области кристалла с проводимостью n
-типа и положительного напряжения к области кристалла с проводимостью p
-типа под действием внешнего электрического поля направленного против запирающего поля открывается путь основным носителям через p
—n
переход. Запирающий слой становится тоньше и его сопротивление уменьшается. Происходит массовое перемещение свободных электронов из n
-области в p
-область и дырок из p
-области в n
-область. В цепи возникает электрический ток (рисунок 2).

Рисунок 2. Включение в прямом направлении

Если подать обратное напряжение, то запирающий слой становится толще и электрическое сопротивление значительно увеличивается. Электрический ток при подаче обратного напряжения практически отсутствует (рисунок 3).

Рисунок 3. Включение в обратном направлении

Нужно помнить, что допустимая величина обратного напряжения у светодиодов, при которой не происходит его пробоя, значительно ниже, чем у выпрямительных диодов. Зачастую эта величина равна максимальному значению прямого напряжения. Поэтому, включая светодиод в электрическую цепь переменного тока, не следует забывать про амплитудное значение напряжения. Для синусоидального напряжения частотой 50 Гц его амплитудное значение в 1,41 раза больше чем действующее. Такие включения используются редко, так как назначение светодиода все-же «светиться», а не «выпрямлять». Обычно светодиод включается на постоянное напряжение.

Видео 1. Полупроводники

При перемещении свободных электронов через p
—n
переход электроны и дырки излучают фотоны по причине их перехода с одного энергетического уровня на другой. Не все полупроводниковые материалы эффективно излучают свет при инжекции. Например, диоды, выполненные из кремния, германия, карбида кремния, свет практически не излучают. А диоды, выполненные из арсенида галлия или сульфида цинка, обладают наилучшими излучающими способностями.

Излучаемый свет не когерентен и лежит в узком спектре. В связи с этим у каждого светодиода свой спектр волн, со своей длиной и частотой, которые могут быть видны или не видны человеческому глазу. В качестве примера применения светодиодов с не видимым спектром излучения, можно привести светодиоды, применяемые в пультах дистанционного управления любой современной радио-электронной аппаратуры. Для того чтобы увидеть излучение возьмите пульт дистанционного управления и любой сотовый телефон имеющий фото-видео камеру. Переведите телефон в режим съемки видео, направьте объектив камеры на передний край пульта и нажмите на пульте любую из кнопок. При этом на экране телефона вы будете наблюдать свечение светодиода.

Спектр излучения зависит от химического состава кристалла полупроводника. Каждый спектр излучения имеет свой цвет. Поэтому светодиоды излучающие свет в видимом человеческому глазу спектре, воспринимаются разноцветными, красными, зелеными, синими.

Свечение твердотельного диода впервые обнаружил британский экспериментатор Генри Раунд (Henry Round). В 1907 году, проводя свои исследовательские работы он случайно заметил, что вокруг точечного контакта работающего диодного детектора возникает свечение. Однако вывода о практическом применении этого явления им сделано не было.

Через несколько лет, в 1922 году, Олег Владимирович Лосев во время своих ночных радиовахт, точно также как и Генри раунд, случайно стал наблюдать за возникающим свечением кристаллического детектора. Для получения устойчивого свечения кристалла, он подавал на точечный контакт диодного детектора напряжение от гальванической батарейки и тем пропускал через него электрический ток. Это была первая попытка найти практическое применение работы светодиода.

В 1951 году в США начались исследовательские работы по разработке «полупроводниковых лампочек», действие которых было основано на «эффекте Лосева». В 1961 году, была открыта и запатентована технология изготовления инфракрасного светодиода, авторами которой стали Роберт Байард и Гари Питтман. Через год, в 1962 году, Ник Холоньяк (Nick Holonyak), работающий в компании General Electric, изготовил первый в мире красный светодиод, работающий в световом диапазоне и нашедший впоследствии первое практическое применение. Он имел низкую энерго-эффективность, потреблял сравнительно большой ток, но при этом имел тусклое свечение. Тем не менее, технология получилась перспективной и получила дальнейшее развитие.

Следующим шагом в развитии светодиодной техники явилось изобретение желтого светодиода. Бывший ученик Ника Холоньяка — Джордж Крафорд, в 1972 году вместе с изобретением желтого светодиода, увеличил в 10 раз яркость свечения красных и красно-оранжевых светодиодов. Практически одновременно с этими изобретениями, в начале 70-х годов, были получены светодиоды зеленого цвета. Свое применение они нашли в калькуляторах, наручных часах, электронных приборах, световых указателях и дорожных светофорах. Значительного увеличения светового потока, до 1 люмена (Лм), красных, желтых и зеленых светодиодов смогли достичь только к 1990 году.

В 1993 году, японский инженер, работник компании Nichia, Суджи Накамура (Shuji Nakamura), смог получить первый светодиод высокой яркости который излучал синий цвет. Это изобретение стало революцией в развитии светодиодной техники, так как были получены светодиоды трех основных цветов, красного, зеленого и синего. С этого момента можно было получить свечение любого цвета, включая белого.

В 1996 году появились первые белые светодиоды. Они состояли из двух светодиодов – синего и ультрафиолетового с люминофорным покрытием.

К 2011 году были построены конструкции светодиодов белого свечения, которые обеспечивали светоотдачу до 210 Лм/Вт. Каким же образом ученые и инженеры добились таких успехов. Для этого рассмотрим известные на сегодняшний день способы получения светодиодов белого цвета.

Известно, что все цвета и оттенки складываются из трех основных цветов — красного, зеленого, синего. Белый свет не исключение. Существует четыре варианта получения излучения светодиодами белого цвета (рисунок 4).

Рисунок 4. Получение светодиодов излучающих белый свет

Первый вариант — использование в конструкции светодиода трех отдельных p
—n
переходов излучающих красный, зеленый и синий свет. При этом варианте для каждого p
—n
перехода требуется свой собственный источник питания. Регулируя напряжение на каждом p
—n
переходе добиваются создания белого свечения со своим оттенком (цветовой температурой).

Второй вариант — при этом варианте в конструкции светодиода используется один p
—n
переход синего свечения, покрытый желтым или желто-зеленым люминофором. Такой вариант применяется чаще всего, так как для работы светодиода требуется один источник питания. Однако цветовые характеристики этого светодиода уступают характеристикам светодиодов получаемых другими способами.

Третий вариант — здесь также используется один p
—n
переход синего свечения, но покрытый слоями люминофоров двух цветов — красного и зеленого. Конструкции светодиодов, изготавливаемые данным способом, позволяют получить лучшие цветовые характеристики.

Четвертый вариант — конструкция светодиода при этом варианте строится на основе ультрафиолетового светодиода покрываемого тремя слоями люминофоров красным, зеленым и синим. Конструкции таких светодиодов самые не экономичные, так как преобразование коротковолновых ультрафиолетовых лучей в длинноволновые видимые лучи, во всех трех слоях люминофора, сопровождается потерями энергии.

Значение светоотдачи сверхярких светодиодов белого цвета в 210 Лм/Вт пока было достигнуто только в лабораторных условиях. Максимальная же светоотдача ярких светодиодов доступных для общего применения не превышает 120 Лм/Вт. Такие светодиоды очень дороги и используются редко. Основная масса светодиодов имеет светоотдачу 60 — 95 Лм/Вт.

Светоотдача светодиода, так же как и любого другого источника света работающего под действием электрической энергии, зависит от величины проходящего через него тока. Чем больше ток, тем больше светоотдача. Но также как и любого другого источника света, большая часть энергии в нем превращается в тепло. Нагрев светодиодов сопровождается падением их светоотдачи. В связи с этим производители вынуждены использовать массивные металлические корпуса для охлаждения кристалла и рассеивания выделяющегося тепла в окружающую среду. Такие меры позволяют несколько повысить эффективность его использования.

Если сравнивать энергоэффективность различных источников света то выяснится, что светодиоды имея коэффициент полезного действия 40 — 45% являются самыми экономичными. К примеру, лапы накаливания имеют КПД равный 2 — 5%, — 15 — 25%, — 24 — 30%.

Режим работы светодиода, когда кристалл имеет температуру близкую к комнатной, несомненно, благоприятно сказывается на его сроке службы. При таких режимах работы светодиод способен работать до 50000 часов не теряя светоотдачи. Если ставится цель повысить светоотдачу увеличивая ток, то это само собой пагубно сказывается на его сроке службы. В первую очередь к концу срока службы значительно падает светоотдача. Падение происходит плавно и достигает 70% от начального значения. Во вторых увеличивается вероятность его полного выхода из строя.

Этот факт говорит о том, что выбирая светильники и лампы при разработке проектов освещения необходимо каждый раз оценивать какой из них более выгоден с экономической точки зрения.

✅ Принцип работы светодиодных ламп и прожекторов. Их внутреннее устройство. Методы эксплуатации | Завод Светорезерв — производство светотехники, электротехники и металлоконструкций

Светодиодная лампа состоит из четырех основных частей:

— светоизлучающие диоды;

— драйвер;

— цоколь;

— корпус.

Процессы, которые происходят в светодиоде, аналогичны процессам в обыкновенном полупроводниковом диоде и обладает односторонней проводимостью. Однако специально подобранные полупроводниковые материалы при прохождении тока в прямом направлении излучают фотоны — элементарные частицы видимого светового электромагнитного излучения. На электрических схемах светодиод имеет такое же обозначение, как обычный диод, но добавлены две стрелки, обозначающие излучение света.

Драйверы

Для работы светодиодных ламп нужно постоянное напряжение определенной величины, которое обеспечивают драйверы, которые преобразуют входное переменное, или постоянное напряжение в нужную величину для питания каждой группы светодиодов. Наиболее распространены бестрансформаторные схемы. В общем случае драйвер представляет собой устройство, на которое подается переменное напряжение 220 в, которое через ограничительный резистор поступает на диодный мост, выпрямляется, фильтруется и запитывает светоизлучающие группы светодиодов.

Светодиодные лампы

Яркость и мощность потребления лампы зависит от количества светодиодов. Светодиоды соединяются в группы, которые, как правило, соединены последовательно. Их количество может быть различным и зависит от конкретной модели лампы.

Светодиодные прожекторы, устройство

Основное отличие светодиодных прожекторов заключается в фокусировке светового потока с помощью оптической системы. Величина угла светового потока определяется техническими требованиями к прожектору и свойствами оптической системы. Кроме того, в светодиодных прожекторах применяются сверхяркие светодиоды. Конструктивно прожекторы состоят из корпуса, групп светодиодов и электронных драйверов. Сам корпус отлит из алюминия, а стекло изготовлено из поликарбоната. Такая конструкция обеспечивает отличную защиту от различных атмосферных воздействий. Корпус имеет поворотный механизм, обеспечивающий поворот на нужный угол в двух плоскостях.

LED — технология, принцип работы. Плюсы и минусы LED.

LED (Light-emitting diode) — технология, которая позволяет получить световое излучение в месте соприкосновения катода и полупроводника соединённого с анодом (электроны взаимодействуют с излучением фотонов при переходе через полупроводник на катод).

Для достижения всевозможных типов излучения, применяются различные типы полупроводников. Считается, что первый светодиод, излучающий в видимом диапазоне, был разработан в университете Иллинойса под руководством Ника Холоньяка («отец современного диода») в 1962 году. Но первое упоминание о подобном эффекте было ещё в 1907 году от Генри Раунда, экспериментирующего с различными материалами.

Светодиод был открыт случайно, когда во время экспериментов было обнаружено, что в определённых случаях при переносе заряда возникает свечение в видимом диапазоне. Позже были открыты диоды излучающие и в других спектрах. Развитие диоды получили лишь в середине 80-х, когда начали требоваться компактные и долговечные источники света для индикаторов, освещения и в тех местах где невозможно использовать лампы накаливания и лампы холодного катода. Диоды выгодно отличаются от них малыми габаритами, малым энергопотреблением, отсутствием необходимости особой подготовки напряжения, практически отсутствием нагрева, высокой выносливостью к ударам и перегрузкам.

Стоимость светодиодов постоянно падает из-за улучшения технологии и удешевления производства. Они применяются в карманных фонарях, прожекторах, фарах автомобилей, индикаторах, подсветках ЖК — матриц, телескопах, приборах ночного видения и многих других приборах.

У LED технологии есть несколько неоспоримых преимуществ в сравнении с другими источниками света:

· Способность выдерживать относительно тяжёлые условия эксплуатации (вибрации, небольшие удары, попадание воды, низкие температуры, давление).

· Низкое энергопотребление (примерно в 7-10 раз меньше чем у стандартных ламп накаливания) и высокий уровень КПД.

· Практически не содержат вредных для здоровья и окружающей среды соединений (в отличии от люминисцентных ламп и CCFL, которые содержат ртуть).

· Долговечность (в 70-80 раз выше чем обычные лампы с нитью накаливания, до 80 000 часов и до 2-х раз долговечнее ламп с холодным катодом).

Минусы LED технологии:

· Плохая переносимость высоких температур, что вызывает помутнение источника света и окружающего материала по причине распада полупроводника.

· Узкий спектр излучения (хотя в определённых случаях, это может быть и плюсом). Сейчас ведётся довольно успешная работа по расширению спектра для ЖК мониторов и ТВ.

Мировыми лидерами по производству светодиодов являются компании Philips и Osram (подразделение Siemens).

Также, активным изучением и производством светодиодов занимается немало известная TSMC.

Существует разновидность дисплейной технологии под названием OLED, диоды которой, излучают свет благодаря органическим соединениям. Применяются в сверх-контрастных и гибких экранах мобильных устройств, имеют великолепную яркость и контрастность, но имеют один существенный минус – малая долговечность. Каждый суб пиксель в OLED дисплеях это отдельный органический светодиод.

Как работают светодиодные лампы? Свойства и принцип работы исследованы

Что такое светодиоды?

Как следует из названия, светодиод (Light Emitting Diode) — это небольшое устройство, излучающее свет, которое относится к «активным» полупроводниковым электронным компонентам. Он вполне сопоставим с обычным диодом общего назначения, с той лишь разницей, что он способен излучать свет разных цветов. Два вывода (анод и катод) светодиода при подключении к источнику напряжения с правильной полярностью могут давать свет разных цветов в зависимости от используемого внутри полупроводника.

От вашего мобильного телефона до больших рекламных щитов — широкий спектр применения этих волшебных лампочек можно увидеть практически повсюду. Сегодня их популярность и возможности применения быстро растут благодаря некоторым замечательным свойствам. В частности, светодиоды очень маленькие по размеру, потребляют очень мало энергии и способны производить свет очень высокой интенсивности.

В отличие от старых ламп накаливания, светодиоды не требуют накаливания накаливания для получения света.Скорее, это более эффективно за счет прохождения электронов и из-за эффекта запрещенной зоны полупроводникового материала.

Кроме того, количество тепла, выделяемого в процессе, ничтожно мало, поэтому нет угрозы постоянно растущей проблеме глобального потепления, а светодиоды быстро становятся лучшим решением для освещения по сравнению с другими формами современных осветительных устройств, таких как FTL и CFL.

Светодиоды

, которые могут излучать невидимый невооруженным глазом свет в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне, также широко производятся и находят основное применение в устройствах дистанционного управления.Здесь мы обсудим работу наиболее популярных из них, то есть светодиодов, излучающих видимый свет.

Давайте продолжим и изучим, как работают светодиодные лампы.

Как работают светодиоды?

Следующие пункты объясняют, как работают светодиоды и как они на самом деле производят свет:

Видимый свет можно определить как волны, а также как частицы, движущиеся с постоянной скоростью (в вакууме). Точнее говоря, свет состоит из частиц, имеющих нулевую массу, и представляет собой энергию, выделяемую в качестве побочного продукта электроном, движущимся по орбитам атома.
Столетия назад это было обнаружено сэром Исааком Ньютоном, он назвал эти световые частицы фотонами, фундаментальной единицей света.
Материал, используемый в светодиодах, — это в основном алюминий-галлий-арсенид (AlGaAs). В исходном состоянии атомы этого материала прочно связаны. Без свободных электронов здесь невозможно провести электричество.
При добавлении примеси, известной как легирование, вводятся дополнительные атомы, эффективно нарушая баланс материала.
Эти примеси в виде дополнительных атомов способны либо предоставлять свободные электроны (N-тип) в систему, либо высасывать некоторые из уже существующих электронов из атомов (P-тип), создавая «дыры» на атомных орбитах. В обоих случаях материал становится более проводящим. Таким образом, под действием электрического тока в материале N-типа электроны могут перемещаться от анода (положительного) к катоду (отрицательному) и наоборот в материале P-типа.Благодаря свойству полупроводника ток никогда не будет течь в противоположных направлениях в соответствующих случаях.
Из приведенного выше объяснения ясно, что интенсивность света, излучаемого источником (в данном случае светодиодом), будет зависеть от уровня энергии испускаемых фотонов, который, в свою очередь, будет зависеть от энергии, высвобождаемой электронами, прыгающими между атомами. орбиты полупроводникового материала.
Мы знаем, что для того, чтобы электрон вылетел с более низкой орбиты на более высокую, необходимо поднять его энергетический уровень.И наоборот, если электроны вынуждены падать с более высоких орбиталей на более низкие, логически в этом процессе должна высвобождаться энергия.
В светодиодах вышеупомянутые явления хорошо используются. В ответ на легирование P-типа электроны в светодиодах перемещаются, падая с верхних орбиталей на нижние, высвобождая энергию в виде фотонов, то есть света. Чем дальше эти орбитали удалены друг от друга, тем больше интенсивность излучаемого света.
Различные длины волн, участвующие в процессе, определяют разные цвета, производимые светодиодами.Современные технологии позволили измерить в них более короткие длины волн для производства большого количества светодиодов разного цвета.

Тема того, как работают светодиодные лампы, настолько обширна, что может заполнить объемы, и ее трудно охватить в этой статье. Но, надеюсь, вышеупомянутые обсуждения должны были достаточно просветить вас относительно предмета. Для получения дополнительной информации не стесняйтесь оставлять комментарии. (Комментарии требуют модерации и могут появиться через некоторое время.)

Принцип работы светодиода — инженерные знания

Здравствуйте, ребята, надеюсь, у вас все хорошо.В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим принцип работы светодиода . Полная форма светодиода — это светоизлучающий диод, это диод, который излучает свет при наличии входного питания. Это полупроводниковые приборы и, как и другие диоды, имеет PN переход. Излучаемый диодом свет зависит от энергии, необходимой для запрещенной зоны полупроводникового материала. Для излучения белого света используется более одного слоя полупроводникового материала, и может использоваться люминофор. Это было время, используемое для общих целей в 1962 году, но их интенсивность света была меньше, и они излучали инфракрасный свет.

Светодиоды, излучающие инфракрасный свет, используются в схемах дистанционного управления, таких как пульт дистанционного управления ЖК-дисплеем и т. Д. Используемые в настоящее время светодиоды излучают свет в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Старые типы светодиодов использовались в различных небольших лампах накаливания, индикаторных лампах и 7-сегментных дисплеях. В настоящее время в зданиях и помещениях для освещения используются светодиоды высокой интенсивности. У светодиодов есть многочисленные преимущества перед лампами накаливания, такие как меньшее энергопотребление, более длительный срок службы, меньшие размеры и т. Д.В диодах используются светофоры, фотоаппараты, различные медицинские инструменты. В сегодняшнем посте мы подробно рассмотрим его работу, приложения и некоторые другие связанные параметры. Итак, давайте начнем с принципа работы светодиода .

Принцип работы светодиода

Светодиод обозначает светоизлучающий диод, а на рисунке ниже вы можете увидеть символ светодиода.
Работа светодиода очень проста, когда светодиод находится в условиях прямого смещения, электроны, существующие на N-стороне диода, пересекают PN-переход и входят в P-область вместе с отверстиями, существующими в этой области, и излучают свет.

Как мы обсуждали в уроке об атоме, есть две основные энергетические зоны, первая — это зона проводимости, которая имеет большое количество электронов, в данном случае это N-область.
Вторая полоса — это полоса, которая является P-областью диода и имеет в ней отверстия. Поэтому, когда электроны перемещаются из зоны высокой проводимости в зону валанса или объединяются с дырками, высвобождает энергию в виде света.
Тип излучаемого света зависит от типа запрещенной зоны и других связанных параметров.
Большая видимая область на одном листе полупроводникового вещества позволяет фотонам испускаться в виде видимого света.
Эта процедура известна как электролюминесценция и описана на рисунке ниже.
Для поддержания длины волны излучаемого света в процессе добавляются многочисленные материалы. Цвет видимого света зависит от излучаемой длины волны.
Есть некоторые светодиоды, которые излучают свет, который не встречается в спектре видимого света, но их длина волны длиннее и выходит в инфракрасной области спектра.

Светодиодные полупроводниковые материалы

В старых светодиодах использовался GaAs, который испускает невидимое инфракрасное излучение.
Для производства первого светодиода видимого диапазона, излучающего видимый свет, на подложке GaAs используется арсенид-фосфид (GaAsP) галлия.
Для увеличения яркости этого светодиода из фосфида галлия (GaP), используемого в качестве подложки, в результате были созданы красные светодиоды большой интенсивности и светодиоды оранжевого цвета.
Для бледно-зеленого света использовался GaP для излучения света.
Для излучения желтого света в светодиодах использовались микросхемы красного и зеленого цвета.
Впервые были созданы сверхяркие красные, желтые, зеленые и светодиоды с использованием фосфида арсенида галлия и алюминия.

В начале 90-х годов прошлого века на основе InGaAlP создавались сверхяркие светодиоды, излучающие оранжевый, красный и зеленый цвета.

Смещение светодиода

Напряжение, необходимое для прямого смещения светодиода, больше, чем у диода, созданного из силикона.
Обычно прямое смещение для светодиода составляет от 1,2 до 3,2 вольт в зависимости от используемого материала.
Напряжение обратного смещения светодиода меньше, чем у диода, используемого для выпрямительных цепей, обычно от 3 до 10 вольт.
Излучаемый свет зависит от тока, используемого для прямого смещения светодиода. Вы можете видеть на схеме, обозначенной как (a).

График на рисунке показывает, что излучаемый свет прямо пропорционален току, необходимому для прямого смещения диода.
Приращение I _F увеличивает свет, излучаемый светодиодом.
Интенсивность света также зависит от температуры. На рисунке видно, что интенсивность жизни уменьшается с увеличением температуры.

Излучение света светодиодами

Светодиод, излучающий свет в определенном диапазоне длин волн, как показано на рисунке через спектральную кривую.
Кривая на графике (a) объясняет связь излучаемого света с длиной волны соответствующих видимых светодиодов.
График (б) для инфракрасного светодиода. Единица измерения длины волны (нм).
Стандартизированные излучаемые пики видимого красного светодиода составляют 660 (нм), длина волны желтого пика составляет 590 нм, зеленого — 540 нанометров, а синего — 460 нанометров. Инфракрасный светодиод находится на 490 нм.

Диаграмма излучения для светодиодов небольшого размера показана на рисунке ниже.
Излучающий свет светодиодов имеет направление, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп.
Диаграмма излучаемого излучения находится под углом 90 градусов к поверхности, от которой излучается.
Это можно сделать за счет использования линзы, изменения формы излучающей поверхности и использования диффузионных пленок в заданном направлении.
Указанная диаграмма направленности имеет множество преимуществ для различных приложений, таких как светофор, где свет должен быть виден только определенным водителям.
На рисунке, обозначенном как (a) показан шаблон для светодиода в прямом направлении.
Используется в индикации панелей.

На рисунке, обозначенном как (b) , показан узор для более широкого угла обзора, используемый в многочисленных сверхъярких светодиодах.
С помощью этих двух шаблонов можно создать множество шаблонов длин волн светодиода.

Малогабаритный светодиод, используемый в различных индикаторах, показан на рисунке ниже. С маленькими светодиодами, используемыми в индикаторах, светодиоды большого размера используются для освещения из-за их большой эффективности и долговечности.
Обычный светодиод может обеспечивать световой поток от пятидесяти до шестидесяти люмен на ватт, что почти в пять раз больше, чем у обычной лампы накаливания.
Различные конфигурации светодиодов показаны на рисунке ниже.

Техническое описание светодиода

Техническое описание инфракрасного светодиода TSMF1000 показано на рисунке ниже. Вы можете видеть, что значение максимального напряжения для обратного смещения составляет всего пять вольт, максимальный ток для прямого смещения составляет 100 миллиампер, а падение напряжения для прямого смещения составляет почти 1.3 вольта для значения прямого тока смещения в двадцать миллиампер.
На графике, обозначенном как (c), , вы можете заметить, что пиковая выходная мощность для этого диода выходит на длине волны 870 нанометров, а его диаграмма направленности показана на рисунке, обозначенном (d).

Светодиодные приложения

Семисегментный дисплей

Обычные светодиоды используются в различных индикаторных лампах, отображающих различные варианты устройств, от бытовых приборов до приборов, используемых в исследовательских целях.
Обычное устройство, в котором используется светодиод, представляет собой 7-сегментный дисплей. Расположение светодиодов для 10 десятичных разрядов показано на рисунке ниже.
Путем прямого смещения определенной комбинации светодиодов мы можем получить каждую десятичную цифру и десятичную точку.
На соответствующем рисунке 2 показана категория конфигурации схем СИД, первый — это общий анод, а второй — общий катод.

Обычно светодиодное инфракрасное излучение используется для телевидения, DVD, доводчика и т. Д.
Инфракрасный луч проходит через ИК-светодиод и обнаруживается приемником, установленным в телевизоре.

Например, каждая кнопка пульта ДУ телевизора имеет специальный код
Когда вы нажимаете любую кнопку пульта дистанционного управления для переключения канала, вырабатывается специальный кодированный электрический сигнал, который посылается на светодиод, который трансформируется в кодированный ИК-световой сигнал.

Приемник, установленный в телевизоре, считывает сигнал кода и выполняет соответствующую задачу, которую вы отправляете на телевизор, либо изменение канала, либо уровень громкости.
Эта особая конструкция используется для подсчета бейсбольных мячей, когда они подаются по желобу в коробку для доставки.
Когда каждый шар движется по желобу, инфракрасный луч, испускаемый светодиодами, нарушается.
Это воспринимается фотодиодом, и результирующее изменение тока обнаруживается схемой считывания.
Электронная схема считает каждый раз, когда инфракрасный луч нарушается, определенное количество шариков перемещается по желобу, срабатывает техника остановки, чтобы остановить движение шариков, пока следующий незаполненный ящик самопроизвольно не переместится на место на конвейере.
Этот метод используется для подсчета и контроля упаковки для многих других типов вещей.

Светодиоды высокой интенсивности

Светодиоды, которые генерируют большую мощность, чем обычные светодиоды, используются во многих приложениях, таких как светофоры, автомобильные фары, внутренние и наружные огни, рекламные вывески и т. Д.

Используемые светодиоды в светофоре

Использование ламп накаливания в светофорах заменено на светодиоды.Светодиоды небольшого размера используются в виде массива для получения красных, зеленых и желтых огней.
У светодиодов есть 2 преимущества перед лампами накаливания. Во-первых, светодиоды ярче, срок службы дольше и потребляет меньше энергии, почти на 90 процентов меньше, чем лампы накаливания.
Светодиодные светофоры собраны в массивы с линзами, которые увеличивают и направляют излучаемый свет.
На рисунке ниже показана работа светофорной решетки с использованием красного светодиода.
Для пояснения показана сравнительно меньшая плотность светоизлучающих диодов.
Количество светодиодов и расстояние между ними при использовании в светофоре зависит от диаметра устройства, категории линз, цвета и интенсивности излучаемого света.
При использовании светодиода подходящей плотности и линзы восемь или двенадцать дюймов светофора будут принципиально выглядеть как сплошная сфера.
В светофоре используется параллельная и последовательная комбинация светодиодов в матрице. Комбинация серий некоторое время не используется, как если бы один светодиод был поврежден или все остальные погаснут.
Преимущество параллельной комбинации заключается в том, что она требует сопротивления, что делает ее дорогостоящей.
Чтобы свести к минимуму использование ограничителей сопротивлений, используется последовательная и параллельная комбинация светодиодов, как показано на рисунке ниже.

Для максимального эффекта излучаемого света некоторые линзы, используемые в светофорах, имеют отражатели небольшого размера.
Есть оптическая линза, которая также используется для покрытия передней стороны матрицы, чтобы обеспечить правильное направление света, излучаемого диодом.Этот объектив также сводит к минимуму несоответствующее рассеивание света.
На рисунке ниже показано, как линзы используются для правильного направления света на наблюдателя.

Определенная компоновка схемы светодиода зависит от приложенного напряжения и цвета светодиода.
Предусмотрены разные значения напряжения для получения разных цветов светодиода. Для красного светодиода требуется меньшее напряжение, и если мы перейдем от красного к синему цвету в спектре, необходимое напряжение для цветов увеличится.
Обычно для красного светодиода требуется два вольта, для синего светодиода — от трех до четырех вольт.
Обычно светодиоды требуют тока от двадцати до тридцати миллиампер, независимо от требуемого напряжения.
На рисунке ниже показана общая кривая V-I для красного, желтого, зеленого и синего цветов.

Светодиодные экраны

В наружных и внутренних вывесках, на досках объявлений и в больших телевизорах используются светодиоды.Эти вывески могут иметь один или несколько цветов или полноцветные.
Полноцветные экраны имеют небольшие группы ярких зеленых, красных и синих светоизлучающих дидо для создания пикселей.
Обычный экран состоит из тысяч красно-зеленых и синих или цветных пикселей RGB.
Сине-зеленый и красный являются основными цветами при слиянии друг с другом в различной концентрации, чем можно использовать для создания любого цвета, существующего в видимом диапазоне.
На рисунке ниже показан основной пиксель, созданный с помощью 3-х светодиодов.

Светоотдача каждого из 3 диодов может быть изменена автономно путем изменения величины прямого тока.

Связанные сообщения

Итак, друзья, это полный пост о принципе работы светодиода. Я объяснил каждый параметр, связанный с принципом работы светодиода. Если у вас есть вопросы по принципу работы светодиода, задавайте их в комментариях. Увидимся в следующем посте, хорошего дня.

Автор: Генри

http: // www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Пост-навигация

Конструкция, схема, работа и применение

Светодиод — это двухпроводной полупроводниковый источник света.В 1962 году Ник Холоняк придумал светоизлучающий диод, и он работал в компании General Electric. Светодиод — это особый тип диода, который имеет электрические характеристики, аналогичные диодам с PN переходом. Следовательно, светодиод позволяет току течь в прямом направлении и блокирует ток в обратном направлении. Светодиод занимает небольшую площадь, менее 1 мм ² . Применение светодиодов в различных электрических и электронных проектах.В этой статье мы обсудим принцип работы светодиода и его применение.

Что такое светоизлучающий диод?

Светоизлучающий диод представляет собой диод с p-n переходом. Это специально легированный диод, сделанный из полупроводников особого типа. Когда свет излучает в прямом смещении, это называется светодиодом.

Светоизлучающий диод

Символ светодиода

Символ светодиода похож на символ диода, за исключением двух маленьких стрелок, которые указывают излучение света, поэтому он называется светодиодом (светоизлучающим диодом).Светодиод имеет две клеммы, а именно анод (+) и катод (-). Символ светодиода показан ниже.

LED Symbol

Конструкция светодиода

Конструкция светодиода очень проста, потому что она создается путем нанесения трех слоев полупроводникового материала на подложку. Эти три слоя расположены один за другим, где верхняя область является областью P-типа, средняя область активна и, наконец, нижняя область является областью N-типа. В конструкции можно увидеть три области полупроводникового материала.В конструкции область P-типа включает отверстия; область N-типа включает выборы, тогда как активная область включает как дырки, так и электроны.

Когда на светодиод не подается напряжение, поток электронов и дырок отсутствует, поэтому они стабильны. После подачи напряжения светодиод будет смещен в прямом направлении, поэтому электроны в N-области и дырки из P-области переместятся в активную область. Эта область также известна как область истощения. Поскольку носители заряда, такие как дырки, содержат положительный заряд, тогда как электроны имеют отрицательный заряд, свет может генерироваться за счет рекомбинации полярных зарядов.

Как работает светодиод?

Светодиод просто, мы знаем как диод. Когда диод смещен в прямом направлении, электроны и дырки быстро перемещаются по переходу, и они постоянно объединяются, удаляя друг друга. Вскоре после того, как электроны переходят из кремния n-типа в кремний p-типа, он соединяется с дырками, а затем исчезает. Следовательно, он делает атом в целом более стабильным и дает небольшой всплеск энергии в форме крошечного светового пакета или фотона.

Работа светодиода

На приведенной выше диаграмме показано, как работает светоизлучающий диод, и пошаговый процесс построения диаграммы.

Из приведенной выше диаграммы мы можем видеть, что кремний N-типа имеет красный цвет, включая электроны, которые обозначены черными кружками.
Силикон P-типа синего цвета и содержит отверстия, они обозначены белыми кружками.
Источник питания через p-n переход вызывает прямое смещение диода и перевод электронов с n-типа на p-тип.Продвигая отверстия в обратном направлении.
Электрон и дырки на стыке совмещены.
Фотоны испускаются при рекомбинации электронов и дырок.

История светоизлучающих диодов

Светодиоды были изобретены в 1927 году, но это не новое изобретение. Краткий обзор истории светодиодов обсуждается ниже.

В 1927 году Олег Лосев (русский изобретатель) создал первый светодиод и опубликовал некоторые теории своих исследований.
В 1952 году профессор Курт Леховец проверил теории неудачников и рассказал о первых светодиодах.
В 1958 году Рубин Браунштейн и Эгон Лебнер изобрели первый зеленый светодиод.
В 1962 году. красный светодиод был разработан Ником Холоняком. Итак, первый светодиод создан.
В 1964 году IBM впервые реализовала светодиоды на печатной плате компьютера.
В 1968 году компания HP (Hewlett Packard) начала использовать светодиоды в калькуляторах.
В 1971 году Жак Панков и Эдвард Миллер изобрели синий светодиод.
В 1972 году М. Джордж Кроуфорд (инженер-электрик) изобрел желтый светодиод.
В 1986 году Уолден С. Райнс и Герберт Маруска из Университета Стаффорда изобрели светодиод синего цвета с магнием, включая будущие стандарты.
В 1993 году Хироши Амано и физики Исаму Акаски разработали нитрид галлия с высококачественными светодиодами синего цвета.
Инженер-электрик, такой как Шуджи Накамура, разработал первый синий светодиод с высокой яркостью благодаря разработкам Amanos & Akaski, что быстро привело к расширению использования светодиодов белого цвета.
В 2002 году светодиоды белого цвета использовались в жилых помещениях, стоимость каждой лампы составляла от 80 до 100 фунтов стерлингов.
В 2008 году светодиодные фонари стали очень популярны в офисах, больницах и школах.
В 2019 году светодиоды стали основными источниками света;
Развитие светодиодов невероятно, поскольку они варьируются от небольших индикаторов до освещения офисов, домов, школ, больниц и т. Д.

Схема светоизлучающего диода для смещения

Большинство светодиодов имеют номинальное напряжение от 1 до 3 вольт, тогда как номинальные значения прямого тока находятся в диапазоне от 200 до 100 мА.

Смещение светодиода

Если на светодиод подается напряжение (от 1 В до 3 В), то он функционирует правильно, так как протекание тока для подаваемого напряжения будет в рабочем диапазоне. Точно так же, если приложенное к светодиоду напряжение выше рабочего напряжения, то область обеднения внутри светодиода выйдет из строя из-за сильного протекания тока.Этот неожиданно сильный ток приведет к повреждению устройства.

Этого можно избежать, последовательно подключив резистор к источнику напряжения и светодиоду. Безопасные номинальные значения напряжения светодиодов будут находиться в диапазоне от 1 В до 3 В, тогда как безопасные номинальные значения тока находятся в диапазоне от 200 мА до 100 мА.

Здесь резистор, который расположен между источником напряжения и светодиодом, известен как резистор ограничения тока, потому что этот резистор ограничивает ток, иначе светодиод может его разрушить.Таким образом, этот резистор играет ключевую роль в защите светодиода.

Математически протекание тока через светодиод можно записать как

IF = Vs — VD / Rs

Где

‘IF’ — прямой ток

‘Vs’ — источник напряжения

‘ VD ‘- падение напряжения на светоизлучающем диоде

‘ Rs ‘- токоограничивающий резистор

Величина падения напряжения для преодоления барьера обедненной области. Падение напряжения на светодиодах будет составлять от 2 В до 3 В, в то время как диод Si или Ge равен 0.3 иначе 0,7 В.

Таким образом, светодиод может работать от высокого напряжения по сравнению с Si- или Ge-диодами.
Светодиоды для работы потребляют больше энергии, чем кремниевые или германиевые диоды.

Типы светодиодов

Существуют различные типы светодиодов, некоторые из которых упомянуты ниже.

Арсенид галлия (GaAs) — инфракрасный
Фосфид арсенида галлия (GaAsP) — красный к инфракрасному, оранжевый
Фосфид арсенида галлия алюминия (AlGaAsP) — красный, оранжево-красный, оранжевый и желтый
Фосфид галлия (GaP) — красный, желтый и зеленый
Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) — зеленый
Нитрид галлия (GaN) — зеленый, изумрудно-зеленый
Нитрид галлия-индия (GaInN) — ближний ультрафиолетовый, голубоватый — зеленый и синий
Карбид кремния (SiC) — синий в качестве подложки
Селенид цинка (ZnSe) — синий
Нитрид алюминия и галлия (AlGaN) — ультрафиолетовый

Принцип работы светодиода

Принцип работы света -излучающий диод основан на квантовой теории.Квантовая теория утверждает, что когда электрон опускается с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень, энергия излучается фотоном. Энергия фотона равна энергетической щели между этими двумя энергетическими уровнями. Если диод с PN-переходом смещен в прямом направлении, то ток течет через диод.

Принцип работы светодиода

Поток тока в полупроводниках вызван потоком дырок в противоположном направлении тока и потоком электронов в направлении тока.Следовательно, будет рекомбинация из-за потока этих носителей заряда.

Рекомбинация указывает на то, что электроны в зоне проводимости перепрыгивают в валентную зону. Когда электроны переходят из одной полосы в другую, электроны излучают электромагнитную энергию в виде фотонов, а энергия фотонов равна запрещенной энергетической щели.

Например, давайте рассмотрим квантовую теорию, энергия фотона является произведением постоянной Планка и частоты электромагнитного излучения.Математическое уравнение показано

Eq = hf

, где его называют постоянной Планка, а скорость электромагнитного излучения равна скорости света, т.е. c. Частота излучения связана со скоростью света как f = c / λ. λ обозначается как длина волны электромагнитного излучения, и приведенное выше уравнение будет иметь вид

Eq = he / λ

Из приведенного выше уравнения мы можем сказать, что длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна ширине запрещенной зоны.В обычных кремниевых и германиевых полупроводниках этот запрещенный энергетический зазор находится между условием и валентными зонами, так что полное излучение электромагнитной волны во время рекомбинации находится в форме инфракрасного излучения. Мы не можем видеть длины инфракрасных волн, потому что они находятся за пределами нашего видимого диапазона.

Инфракрасное излучение называется тепловым, потому что кремний и германий полупроводники не являются прямозонными полупроводниками, а являются непрямозонными полупроводниками.Но в прямозонных полупроводниках максимальный уровень энергии валентной зоны и минимальный уровень энергии зоны проводимости не возникают в один и тот же момент электронов. Следовательно, во время рекомбинации электронов и дырок происходит миграция электронов из зоны проводимости в валентную зону, импульс электронной зоны будет изменяться.

Белые светодиоды

Светодиоды можно производить двумя способами. В первом методе светодиодные чипы, такие как красный, зеленый и синий, объединены в одном корпусе для генерации белого света; тогда как во втором методе используется фосфоресценция.Флуоресценцию внутри люминофора можно суммировать в окружающей эпоксидной смоле, тогда светодиод будет активирован коротковолновой энергией с использованием светодиодного устройства InGaN.

Огни разного цвета, такие как синий, зеленый и красный, комбинируются в изменяемых количествах для получения различного цветового ощущения, известного как основные аддитивные цвета. Эти три интенсивности света складываются в равной степени, чтобы получить белый свет.

Но для достижения этой комбинации с помощью комбинации зеленого, синего и красного светодиодов требуется сложная электрооптическая конструкция для управления сочетанием и диффузией разных цветов.Кроме того, этот подход может быть затруднен из-за изменений в цвете светодиода.

Линейка белых светодиодов в основном зависит от одиночного светодиодного чипа с люминофорным покрытием. Это покрытие генерирует белый свет при попадании через ультрафиолетовые фотоны или синие фотоны. Тот же принцип применяется и к люминесцентным лампам; излучение ультрафиолета от электрического разряда внутри трубки заставит люминофор мигать белым.

Несмотря на то, что этот процесс светодиода может генерировать разные оттенки, различия можно контролировать с помощью экранирования.Устройства на основе белых светодиодов экранируются с использованием четырех точных координат цветности, которые примыкают к центру диаграммы CIE.

Диаграмма CIE описывает все достижимые цветовые координаты в пределах подковообразной кривой. Чистые цвета лежат над дугой, но белый кончик находится в центре. Цвет белого светодиода на выходе может быть представлен четырьмя точками, которые представлены в середине графика. Несмотря на то, что координаты четырех графиков близки к чистому белому, эти светодиоды обычно не эффективны, как обычный источник света, для освещения цветных линз.

Эти светодиоды используются в основном для белых линз, в противном случае прозрачных линз, непрозрачной подсветки. Когда эта технология будет развиваться, белые светодиоды наверняка завоюют репутацию источника освещения и индикации.

Световая отдача

Световая отдача светодиодов может быть определена как создаваемый световой поток в лм для каждой единицы, а электрическая мощность может использоваться в пределах Вт. Номинальная внутренняя эффективность светодиода синего цвета составляет 75 лм / Вт; Желтые светодиоды имеют 500 лм / Вт, а красные светодиоды — 155 лм / Вт.Из-за внутренней реабсорбции потери могут быть приняты во внимание; порядок световой отдачи составляет от 20 до 25 лм / Вт для зеленых и желтых светодиодов. Это определение эффективности также известно как внешняя эффективность и аналогично определению эффективности, обычно используемому для других типов источников света, таких как многоцветные светодиоды.

Многоцветный светоизлучающий диод

Светоизлучающий диод, который выдает один цвет при подключении в прямом смещении и выдает один цвет при подключении в обратном смещении, известен как многоцветный светодиод.

Фактически, эти светодиоды включают в себя два PN-перехода, и их соединение может быть выполнено параллельно с анодом одного, который соединен с катодом другого.

Многоцветные светодиоды обычно красные, когда они смещены в одном направлении, и зеленые, когда они смещены в другом направлении. Если этот светодиод включается очень быстро при двух полярностях, он будет генерировать третий цвет. Зеленый или красный светодиод будет генерировать желтый цвет при быстром переключении назад и вперед между полярностями смещения.

В чем разница между диодом и светодиодом?

Основное отличие диода от светодиода заключается в следующем.

Диод	Светодиод
Полупроводниковый прибор, такой как диод, проводит просто в одном направлении.	Светодиод — это один из типов диодов, используемых для генерации света.
Диод может быть сконструирован из полупроводникового материала, и поток электронов в этом материале может придать их энергии тепловую форму.	Светодиод разработан с использованием фосфида галлия и арсенида галлия, электроны которых могут генерировать свет, передавая энергию.
Диод преобразует переменный ток в постоянный	Светодиод меняет напряжение на свет
Он имеет высокое обратное напряжение пробоя	Он имеет низкое обратное напряжение пробоя.
Напряжение в открытом состоянии диода составляет 0,7 В для кремния, тогда как для германия оно равно 0.3v	Напряжение в открытом состоянии светодиода составляет приблизительно от 1,2 до 2,0 В.
Диод используется в выпрямителях напряжения, схемах ограничения и фиксации, умножителях напряжения.	Применение светодиодов: светофоры, автомобильные фары, медицинские приборы, вспышки для фотоаппаратов и т. Д.

IV Характеристики светодиода

Существуют различные типы светодиодов, доступные в На рынке существуют различные характеристики светодиодов, в том числе цветовой свет или длина волны излучения, интенсивность света.Важной характеристикой светодиода является цвет. При запуске светодиода используется только красный цвет. Поскольку использование светодиодов увеличивается с помощью полупроводникового процесса и исследования новых металлов для светодиодов, были сформированы различные цвета.

ВАХ светодиода

На следующем графике показаны приблизительные кривые между прямым напряжением и током. Каждая кривая на графике обозначает свой цвет. В таблице приведены сводные характеристики светодиодов.

Характеристики светодиода

Какие бывают два типа конфигураций светодиодов?

Стандартные конфигурации светодиода — это два подобных эмиттера, а также COB.

Эмиттер представляет собой одиночный кристалл, который монтируется к печатной плате, а затем к радиатору. Эта печатная плата передает электроэнергию на излучатель, а также отводит тепло.

Чтобы помочь снизить стоимость, а также улучшить однородность света, исследователи определили, что подложку светодиода можно отсоединить, а одиночный кристалл можно установить на печатной плате открыто.Так что эта конструкция называется COB (chip-on-board array).

Преимущества и недостатки светодиодов

К преимуществам светодиода можно отнести следующее.

Стоимость светодиодов меньше и они крошечные.
С помощью светодиода контролируется электричество.
Яркость светодиода меняется с помощью микроконтроллера.
Длительный срок службы
Энергоэффективность
Без периода прогрева
Прочная
Не влияет на низкие температуры
Направленная
Цветопередача отличная
Экологически чистая
Контролируемая

Недостатки Светодиоды включают следующее.

Цена
Температурная чувствительность
Температурная зависимость
Качество света
Электрическая полярность
Чувствительность по напряжению
Падение КПД
Воздействие на насекомых

Области применения светоизлучающих диодов

Светодиодные и некоторые из них описаны ниже.

Светодиод используется в качестве лампочки в домах и на производстве
Светодиоды используются в мотоциклах и автомобилях
Они используются в мобильных телефонах для отображения сообщений
На светофорах используются светодиоды

Таким образом, в данной статье рассматривается принцип работы и применения светодиодной схемы.Надеюсь, прочитав эту статью, вы получили некоторую основную и рабочую информацию о светодиодах. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о электрическом проекте последнего года, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вам вопрос: Что такое светодиод и как он работает?

Принцип работы светоизлучающего диода

Светодиод похож на обычный диод с p n переходом, но со светоизлучающими свойствами. Его конструкция и принцип работы можно объяснить следующим образом.

Работа светодиода

Как и обычный диод, светодиод работает при прямом смещении. В этом случае полупроводник n-типа более легирован, чем полупроводник p-типа, образующий p-n переход. Когда он смещен вперед, потенциальный барьер уменьшается, и электроны и дырки объединяются в обедненном слое (или активном слое), свет или фотоны испускаются или излучаются во всех направлениях. Типичный рисунок, показывающий излучение света из-за объединения пары электрон-дырка при прямом смещении.
Объяснение испускания фотонов в светодиодном диоде лежит в теории энергетических зон твердых тел. Согласно этой теории, будет ли комбинация электронов и дырок выдавать фотоны или нет, зависит от того, имеет ли материал прямую запрещенную зону или непрямую запрещенную зону. Полупроводниковые материалы с прямой запрещенной зоной излучают фотоны. В материале с прямой запрещенной зоной нижняя часть энергетического уровня зоны проводимости находится непосредственно над самым верхним энергетическим уровнем валентной зоны на диаграмме энергии от импульса (волновой вектор «k»).Когда электроны и дырка рекомбинируют, энергия E = hν, соответствующая энергетической щели (эВ), ускользает в виде световой энергии или фотонов, где h — постоянная Планка, а ν — частота света.

Прямая запрещенная зона
В то время как непрямая запрещенная зона не является излучательной по своей природе, так как дно зоны проводимости не совпадает с верхом валентной зоны, а энергия, соответствующая запрещенной зоне, в основном указана в форма тепла. Примеры: Si, Ge и т. Д.

Непрямая запрещенная зона
Примером материала с прямой запрещенной зоной является арсенид галлия (GaAs), сложный полупроводник, который используется в светодиодах. Атомы примеси добавляются к GaAs для получения широкого диапазона цветов. Некоторые из материалов, используемых в светодиодах:

Алюминий, арсенид галлия (AlGaAs) — инфракрасный.
Галлий, фосфид мышьяка (GaAsP) — красный, оранжевый, желтый.
Алюминий фосфид галлия (AlGaP) — зеленый.
Нитрид индия-галлия (InGaN) — синий, сине-зеленый, ближний УФ.
Селенид цинка (ZnSe) — синий.

Физическая структура светодиода

Светодиод сконструирован таким образом, что излучаемый свет не поглощается материалом. Таким образом гарантируется, что рекомбинация электронов и дырок происходит на поверхности.

На приведенном выше рисунке показаны два различных способа структурирования p-n перехода светодиода. Слой p-типа делается тонким и выращивается на подложке n-типа. Металлические электроды, прикрепленные по обе стороны от p-n перехода, служат узлами для внешнего электрического соединения.Переход p-n светодиода заключен в куполообразный прозрачный корпус, так что свет излучается равномерно во всех направлениях и имеет минимальное внутреннее отражение.

Большая ножка светодиода представляет собой положительный электрод или анод.

Также доступны светодиоды

с более чем двумя ножками, например, с 3-, 4- и 6-выводными конфигурациями для получения многоцветных светодиодов в одном корпусе. Доступны накладные светодиодные дисплеи, которые можно устанавливать на печатные платы.

Сила тока светодиода составляет несколько десятков миллиампер.Следовательно, необходимо последовательно подключить к нему высокое сопротивление. Прямое падение напряжения светодиода намного больше, чем у обычного диода, и составляет от 1,5 до 3,5 вольт.

Белые светодиоды или белые светодиодные лампы

Светодиодные лампы, лампы для уличного освещения становятся очень популярными в наши дни из-за очень высокой эффективности светодиодов с точки зрения светоотдачи на единицу входной мощности (в милливаттах) по сравнению с лампы накаливания. Поэтому для осветительных приборов общего назначения предпочтителен белый свет.Для получения белого света с помощью светодиодов используются два метода:

Смешение трех основных цветов RGB для получения белого света. Этот метод имеет высокую квантовую эффективность.
Другой метод — покрытие светодиода одного цвета люминофором другого цвета для получения белого света. Этот метод коммерчески популярен для производства светодиодных ламп и светильников.

Применение светодиодов

Электронные дисплеи, такие как OLED, микро-светодиоды, квантовые точки и т. Д.
Как светодиодный индикатор.
В пультах дистанционного управления.
Светильники.
Оптоизоляторы.

Что такое светоизлучающий диод (LED)? — Определение, работа, конструкция и преимущества

Определение: Светодиод представляет собой диод с PN-переходом, который излучает свет, когда через него проходит электрический ток в прямом направлении. В светодиоде происходит рекомбинация носителей заряда. Электрон с N-стороны и дырка со стороны P объединяются и дают энергию в виде тепла и света.Светодиод изготовлен из бесцветного полупроводникового материала, и свет излучается через переход диода.

Светодиоды широко используются в сегментных и матричных дисплеях с числовыми и буквенно-цифровыми символами. Несколько светодиодов используются для создания одного линейного сегмента, в то время как для создания десятичной точки используется одиночный светодиод.

Конструкция светодиода

Рекомбинация носителей заряда происходит в материале P-типа, и, следовательно, P-материал является поверхностью светодиода.Для максимального излучения света анод осаждается на краю материала P-типа. Катод изготовлен из золотой пленки и обычно размещается внизу N-области. Этот золотой слой катода помогает отражать свет на поверхность.

Фосфид арсенида галлия используется для производства светодиодов, излучающих красный или желтый свет. Светодиоды также доступны в зеленом, желто-янтарном и красном цветах.

Простой транзистор можно использовать для включения / выключения светодиода, как показано на рисунке выше.Базовый ток I _B проводит транзистор, а транзистор — сильно. Сопротивление R _C ограничивает ток светодиода.

Работа светодиода

Работа светодиода зависит от квантовой теории. Квантовая теория утверждает, что когда энергия электронов уменьшается с более высокого уровня на более низкий уровень, он излучает энергию в виде фотонов. Энергия фотонов равна промежутку между верхним и нижним уровнями.

Светодиод подключен в прямом смещении, что позволяет току течь в прямом направлении.Течение тока происходит из-за движения электронов в противоположном направлении. Рекомбинация показывает, что электроны переходят из зоны проводимости в валентную зону и излучают электромагнитную энергию в виде фотонов. Энергия фотонов равна щели между валентной зоной и зоной проводимости.

Преимущества светодиодов в электронных дисплеях

Ниже перечислены основные преимущества светодиодов в электронных дисплеях.

Светодиоды меньше по размеру, и их можно сложить вместе, чтобы сформировать числовой и буквенно-цифровой дисплей в матрице высокой плотности.
Интенсивность светового потока светодиода зависит от протекающего через него тока. Интенсивность их света можно плавно регулировать.
Доступны светодиоды, которые излучают свет разных цветов, таких как красный, желтый, зеленый и янтарный.
Время включения и выключения или время переключения светодиода менее 1 наносекунды.Из-за этого светодиоды используются для динамической работы.
Светодиоды очень экономичны и обладают высокой степенью надежности, поскольку производятся по той же технологии, что и транзисторы.
Светодиоды работают в широком диапазоне температур, например, от 0 ° до 70 °. Кроме того, он очень прочный и выдерживает удары и колебания.
Светодиоды имеют высокий КПД, но для работы им требуется умеренная мощность. Обычно для полной яркости требуется напряжение 1,2 В и ток 20 мА.Поэтому он используется там, где меньше энергии.

Недостатки светодиода

Светодиоды потребляют больше энергии по сравнению с ЖК-дисплеями, и их стоимость высока. Также он не используется для создания большого дисплея.

Definitive Basic Guide — Анализируйте измеритель

Вы когда-нибудь видели маленькие лампочки размером примерно в миллиметр, которые мы в основном используем для украшения нашего дома, магазина и т. Д. На Рождество, Новый год, Дивали или по любому другому поводу? Это светодиодных ламп .

Хоть и очень маленькие, но ярко светятся в темноте. Некоторые из них просто постоянно светятся, а некоторые переключают свое состояние в состояние «Вкл. / Выкл.» И наоборот. Надеюсь, вы получили представление о том, что мы собираемся обсудить в этой статье. В противном случае см. Изображение ниже для лучшего понимания. Да, мы собираемся узнать о том, как работают светодиоды и светодиоды и как они устроены. Но сначала давайте узнаем о его определении.

В этой статье вы узнаете:

Что такое светоизлучающий диод. Определение светодиода:

Светоизлучающий диод — это полупроводниковый прибор.Это PN-переход, который излучает или производит свет, когда через него проходит электрический ток. Светодиодное освещение может быть более универсальным, эффективным и долговечным по сравнению с компактным люминесцентным освещением. Этот тип диодов излучает узкую полосу пропускания видимого света или невидимого света на разных цветовых длинах волн для дистанционного управления. Он предпочтителен, поскольку он имеет небольшую площадь и для формирования диаграммы направленности можно использовать множество оптических компонентов.

Схема и конструкция светодиода

Теперь, когда вы знаете, что такое светодиод, пришло время понять его основную конструкцию.Мы включили простую диаграмму, чтобы вы легко ее поняли. Конструкция светодиода отличается от обычного стандартного диода во многих аспектах. Как показано на рисунке справа, p-n переход светодиодной лампы заключен в прозрачный корпус или корпус полусферической формы из твердого пластика из эпоксидной смолы, который защищает светодиод от ударов и вибрации. светодиоды имеют два вывода; катод и анод. Катодный вывод идентифицируется либо плоским пятном на корпусе, либо выемкой, либо одним из выводов короче другого.Куполообразная верхняя часть светодиода похожа на линзу, концентрирующую количество света. Идентификация катода и анода: вывод катода светодиодной лампы всегда короче анода. Если вы не можете так идентифицировать, для удобства используйте цифровой мультиметр. Прочтите нашу статью об использовании мультиметра.

Оболочка из эпоксидной смолы сконструирована таким образом, что фотоны света, излучаемые переходом, отражаются от основания подложки, к которой прикреплен диод, потому что светодиодный переход не излучает столько света.Благодаря этому самый яркий свет будет излучаться в верхней части светодиода. [Источник изображения]

Принцип работы:

Как мы уже упоминали выше, светоизлучающий диод представляет собой PN переход. Следовательно, его принцип работы основан на том же. Подробности читайте ниже.

[Источник изображения]

Как работает светодиодная лампа

A Светодиодная лампа состоит из двух полупроводниковых материалов, то есть материала p-типа и материала n-типа. Соединение этих двух типов материалов образует p-n переход.

Когда p-n-переход смещен вперед, большинство несущих; либо электроны, либо дырки; начать движение через перекресток.

Как показано на рисунке выше, электроны начинают двигаться из n-области, а дырки — из p-области. Когда они покидают свои регионы, они начинают рекомбинировать через зону истощения. Свободные электроны останутся в зоне проводимости энергетического уровня, а дырки останутся в валентной зоне энергетического уровня.

Уровень энергии электронов выше, чем у дырок, потому что электроны более подвижны, чем дырки i.е. проводимость тока за счет электронов больше. Во время рекомбинации электронов и дырок некоторая часть энергии должна рассеиваться или испускаться в виде тепла и света.

Явление, при котором свет излучается из полупроводника под действием электрического поля, известно как электролюминесценция.

Всегда помните, что большая часть света исходит от перехода ближе к области p-типа. Таким образом, диод сконструирован таким образом, что эта область находится близко к поверхности устройства, чтобы гарантировать минимальное поглощение света.

Электроны рассеивают энергию в различных формах в зависимости от типа используемого диода. Как и в кремниевых и германиевых диодах, он рассеивает энергию в виде тепла, в то время как для полупроводников из фосфида галлия (GaP) и арсенида галлия (GaAsP) он рассеивает энергию, испуская фотоны. Для излучения разных цветов используются разные полупроводники. Например; фосфор используется для красного света, фосфид галлия для зеленого света и фосфид алюминия, индия, галлия для желтого и оранжевого света.

Типы светодиодов:

В настоящее время светодиоды являются наиболее часто используемым компонентом в электронной промышленности. Он доступен во множестве размеров и форм. На рынке доступны различные типы светодиодных фонарей в соответствии с требованиями пользователя. В основном светоизлучающие диоды различаются на основе электрических свойств и материала, из которого они изготовлены. Давайте подробнее рассмотрим ниже:

В зависимости от электрических свойств:

Основными типами светодиодов на основе их электрических свойств являются:

Привод переменного тока: Эти светодиоды без преобразователя постоянного тока может работать от сети переменного тока.Компания Seoul Semiconductor выпустила высоковольтный светодиод, а именно Acrich MJT, способный работать от сети переменного тока с помощью простой схемы управления. Примером этого типа светодиода является HP-светодиод с эффективностью 40 лм / Вт.
Миниатюра: Светоизлучающие диоды малого размера в основном используются в наши дни из-за их скорости работы и хорошей эффективности. Для оптической связи, эффективного освещения и нанолазеров исследователи изобрели тончайший светодиод, состоящий из гибкого 2D-материала, который в 10-20 раз тоньше, чем 3D-светодиоды.Три основных свойства миниатюрных светодиодов с одной матрицей: низкий ток, обычно рассчитанный на 2 мА, сверхвысокий выходной ток 20 мА при примерно 2 В, 4 В или 5 В и т. Д.
Высокая мощность: Светоизлучающие диоды этого типа могут работать при токах от сотен мА до более чем ампера. Для отвода тепла светодиод высокой мощности должен быть установлен на радиаторе, потому что, если тепло от Hp-Led не будет удалено, это может привести к повреждению устройства. Его можно легко установить в массив, чтобы сформировать мощную светодиодную лампу.

В зависимости от материала:

Светоизлучающие диоды — это устройства, зависящие от тока, в зависимости от полупроводникового соединения, то есть это цвет света и ток смещения в прямом направлении. Путем смешивания разнообразных полупроводниковых, металлических и газовых соединений получается большое количество светодиодов. Некоторые из них перечислены ниже:

1. Селенид цинка (ZnSe).
2. Нитрид галлия (GaN)
3. Фосфид галлия (GaP)
4. Карбид кремния (SiC)
5. Арсенид галлия (Ga As)
6. Фосфид арсенида галлия (Ga AsP)

светоизлучающих диодов Лампы

Светодиодная лампа — это осветительное устройство, в котором используются светоизлучающие диоды для получения света, когда через него проходит электрический ток.Эти лампы могут проработать 50000 часов при работе в указанном температурном диапазоне. Для замены лампы накаливания мощностью 60 Вт эти лампы потребляют мощность 8-11 Вт. Существуют два основных типа ламп:

(а) Лампа накаливания: Это источник электрического света, в который подключенная нить накаливания нагревается за счет пропускания электрического тока. Используемая нить накала состоит из вольфрама (кусок металла), который нагревается и светится, когда через него проходит электрический ток. Когда металл светится, он излучает яркий белый свет.

(b) Люминесцентная лампа: Эти лампы представляют собой энергосберегающие лампы, известные как компактные люминесцентные лампы. Внутри него присутствует небольшое количество ртути, которая испаряется при прохождении через нее электрического тока. Когда газ нагревается, частицы отскакивают от фосфорного покрытия, нанесенного на внутреннюю часть колбы, излучающую свет.

Преимущества светодиодных фонарей:

Светодиоды имеют ряд преимуществ перед другими источниками света.Его преимущества:

Простота управления и программирования.
Большой срок службы.
Высокая эффективность.
Низкое излучаемое тепло.
Высокий уровень яркости и интенсивности.
Высокая надежность.
Без УФ-лучей
Требования к низкому напряжению и току.
Требуется меньше проводки.
Низкие эксплуатационные расходы.
Мгновенное молнии.

Надеюсь, вам всем понравится эта статья. Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже.Мы всегда ценим ваши предложения.

Как работают светодиодные лампы

Хотя в наши дни вы не найдете светодиодов в слишком многих бытовых осветительных приборах, есть несколько веских причин, чтобы их было больше.

Во-первых, это снижение потребления энергии. Светодиодный метод получения света теряет гораздо меньше энергии на тепло, чем другие технологии освещения. Он значительно более эффективен, чем метод вакуума / нити накаливания, используемый в лампах накаливания — иногда примерно на 85 процентов эффективнее; и это даже примерно на 5 процентов эффективнее, чем подход с плазменной трубкой CFL [источник: Тауб].

Один светильник с лампой накаливания мощностью 60 Вт потребляет около 525 кВтч электроэнергии в год; поместите в этот светильник светодиодную лампу GeoBulb, и годовое потребление энергии будет примерно 65 кВтч [источник: Sundance]. Годовое сокращение выбросов CO ₂ исчисляется сотнями фунтов на одну лампу.

Но энергоэффективность — это только часть истории. Другая часть — это экономия времени: вы можете прожить 20 лет без замены светодиодной лампы. Твердотельные лампы, такие как светодиоды, являются более стабильными источниками света, чем лампы накаливания или люминесцентные лампы, и разница поразительна: срок службы обычной лампы накаливания составляет около 750 часов; Геобульба длится 30 000 часов [источник: Sundance].

Некоторые светодиодные лампы служат до 50 000 часов [источник: Linden].

Из-за этого преимущества по времени все становится немного запутанным, когда вы переходите к вопросу о стоимости. Замена 60-ваттной светодиодной лампы стоит около 100 долларов, и даже версии с меньшей мощностью, используемые для таких вещей, как точечное освещение, будут стоить от 40 до 80 долларов. Это по сравнению с лампой накаливания за 1 доллар и люминесцентной лампой за 2 доллара.

Реальность такова, что даже при цене 100 долларов за одну лампочку светодиоды в конечном итоге сэкономят деньги, потому что вам понадобится только одна лампа каждые десять или два года, и вы тратите меньше денег на домашнее освещение, что может составлять около 7 процентов.

устройство, принцип работы, виды, характеристики

Устройство и принцип работы

Виды

Преимущества и недостатки

Технические характеристики

Область применения

FAQ

Принцип работы светодиодной (LED) лампы

Принцип работы

Плата питания

Размещение светодиодов

Драйвер или блок питания

Принцип действия светодиодных ламп

Устройство светодиодной лампы: принцип действия, конструкционные особенности

Принцип работы

Преимущества светодиодных ламп

Устройство светодиодных источников

Брендовая продукция

Низкокачественные изделия

Филаментные приборы

Способы сборки

Рекомендации по проверке лампы при покупке

Устройство и принцип работы светодиодной лампы. Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

Принцип действия светодиодных ламп

Устройство светодиодных источников света

Преимущества светодиодных ламп

LED — технология, принцип работы. Плюсы и минусы LED.

Как работают светодиодные лампы? Свойства и принцип работы исследованы

Что такое светодиоды?

Как работают светодиоды?

Принцип работы светодиода — инженерные знания

Принцип работы светодиода

Светодиодные полупроводниковые материалы

Смещение светодиода

Излучение света светодиодами

Техническое описание светодиода

Светодиодные приложения

Светодиоды высокой интенсивности

Связанные сообщения

Автор: Генри

Пост-навигация

Конструкция, схема, работа и применение

Что такое светоизлучающий диод?

Конструкция светодиода

Как работает светодиод?

История светоизлучающих диодов

Схема светоизлучающего диода для смещения

Типы светодиодов

Принцип работы светодиода

Белые светодиоды

Световая отдача

Многоцветный светоизлучающий диод

В чем разница между диодом и светодиодом?

IV Характеристики светодиода

Какие бывают два типа конфигураций светодиодов?

Преимущества и недостатки светодиодов

Области применения светоизлучающих диодов

Принцип работы светоизлучающего диода

Работа светодиода

Физическая структура светодиода

Белые светодиоды или белые светодиодные лампы

Применение светодиодов

Что такое светоизлучающий диод (LED)? — Определение, работа, конструкция и преимущества

Конструкция светодиода

Работа светодиода

Преимущества светодиодов в электронных дисплеях

Недостатки светодиода

Definitive Basic Guide — Анализируйте измеритель

Что такое светоизлучающий диод. Определение светодиода:

Схема и конструкция светодиода

Принцип работы:

Как работает светодиодная лампа

Типы светодиодов:

светоизлучающих диодов Лампы

Преимущества светодиодных фонарей:

Как работают светодиодные лампы

alexxlab

Вам также может понравиться

Кто должен обслуживать электротермические установки: Кто должен обслуживать электротермические установки?

Сварочник для проводов: Доступ ограничен: проблема с IP