Úvod do LED
LED alebo Svetelná dióda je jednoduchá prechodová dióda PN , vyrobené z materiálu s väčšou energetickou bariérou. Keď sa napája LED prechod, elektróny sa pohybujú z valenčného pásma do vodivého pásma. Keď elektrón stratí energiu a spadne späť do pôvodného stavu, emituje sa fotón. Toto emitované svetlo sa nachádza vo frekvenčnom pásme viditeľného frekvenčného rozsahu svetla.
LED
Táto jednoduchá dióda vyžaruje svetlo, keď je jej p-n prechod ovplyvnený napätím už od 1 voltu. Väčšina diód LED pracuje od 1,5 voltu do 2 voltov, ale vysoko jasné typy, najmä biela, modrá a ružová, vyžadujú na maximálny jas 3 volty. Prúd prechádzajúci cez LED by mal byť obmedzený na 20 - 30 miliampérov, inak by došlo k spáleniu zariadenia. Biele a modré LED diódy môžu tolerovať prúd až 40 milia ampérov.
Svetelná dióda - LED
LED má polovodičový čip vyrobený zo zlúčeniny gália, ktorá má vlastnosť emisie fotónov vplyvom prúdu. Čip je pripojený k dvom svorkám na zabezpečenie napájacieho napätia. Celá zostava je zapuzdrená v epoxidovom puzdre s vyčnievajúcimi svorkami. Dlhé vedenie LED je kladné, zatiaľ čo krátke vedenie záporné. Pôvodne bol polovodičom použitým v LED diódach gallium arzenid fosfát (GaAsP), zatiaľ čo gallium hlinitý aeresnid (GaAlAs) sa dnes používa dni vo vysoko svietivých LED diódach. Modré a biele LED diódy používajú nitrid gália india (InGaN), zatiaľ čo viacfarebné LED diódy používajú na výrobu rôznych farieb rôzne kombinácie materiálov. Biela LED obsahuje modrý čip s bielym anorganickým fosforom. Keď modré svetlo dopadne na fosfor, bude vyžarované biele svetlo.
LED diódy vyžarujú svetlo na základe elektroluminiscencie. Polovodičový materiál v LED má oblasti typu P aj N. Oblasť p prenáša kladné náboje nazývané diery, zatiaľ čo oblasť N uvoľňuje elektróny. Materiál emitujúci fotón je vložený medzi P a N vrstvu. Keď sa použije potenciálny rozdiel medzi P a N vrstvami, elektróny z N vrstvy sa pohybujú smerom k aktívnemu materiálu a kombinujú sa s otvormi. Týmto sa z aktívneho materiálu uvoľňuje energia vo forme svetla. Podľa typu aktívneho materiálu sa vyrobia rôzne farby.
8 druhov LED diód a materiál v nich použitý
1. Arzenid hlinitý gálium - infračervená LED
2. Arzenid hlinitý gálnatý, fosfid gálnatý arzenid, fosfid gálnatý - červená LED
3. Fosfid hlinitý a gálium, nitrid gália - zelená LED
4. Fosfid hlinitý a gálium, fosfid gálnatý a arzenid, fosfid gálnatý - žltá LED
5. Indiumfosfid hlinitý gálium - oranžová LED
6. Nitrid gália india, karbid kremíka, zafír, selenid zinočnatý - modrá LED
7. Nitrid gália na báze nitridu gália - biela LED
8. Nitrid gália india, nitrid hliníka gália - ultrafialová LED
8 parametrov LED
1. Svetelný tok - je to množstvo energie z LED a meria sa v lúmenoch (lm) alebo miliónoch lúmenov (mlm)
2. Svetelná intenzita - Je to svetelný tok pokrývajúci oblasť a meria sa pomocou Candela (cd). Jas LED závisí od intenzity svetla.
3. Svetelná účinnosť - Indikuje svetlo vo vzťahu k použitému napätiu. Jeho jednotka je lúmen na watt (lm w).
4. Dopredné napätie (Vf) - je to pokles napätia na LED. Pohybuje sa od 1,8 voltu v červenej LED do 2,2 voltu v zelenej a žltej LED. V modrej a bielej LED dióde je to 3,2 voltu.
5. Prúdový prúd (If) - Je to maximálny prúd prípustný prostredníctvom LED. Pohybuje sa od 10 mA do 20 mA v bežných LED, zatiaľ čo od 20 mA do 40 mA v bielych a modrých LED. Vysoko jasné 1 wattové LED diódy vyžadujú prúd 100 - 350 milia ampérov.
6. Uhol pohľadu - nazýva sa to tiež uhol mimo os. Je to pokles svetelnej intenzity na hodnotu pol osi. Výsledkom je plný jas a plný stav. Vysoko svetlé LED diódy majú úzky pozorovací uhol, takže svetlo bude zaostrené do lúča.
7. Úroveň energie - Úroveň energie vo svetelnom výstupe závisí od použitého napätia a náboja v elektrónoch polovodiča. Úroveň energie je E = qV, kde q je náboj v elektrónoch a V je aplikované napätie. q je typicky -1,6 × 1019 Joule.
8. Príkon LED - Je to dopredné napätie vynásobené dopredným prúdom. Ak LED prúdi nadmerný prúd, jeho životnosť sa zníži. Na obmedzenie prúdu cez LED sa teda používa sériový rezistor, obvykle 470 ohmov až 1K.
LED odpor je možné zvoliť pomocou vzorca Vs - Vf / If. Kde Vs je vstupné napätie, Vf je dopredné napätie LED a If je dopredný prúd LED.
Na napájanie LED je potrebné napájanie
Pre aplikácie s nízkym výkonom, napríklad v mobilných telefónoch, je možné použiť jednosmerné napájanie LED. Avšak pre aplikácie veľkého rozsahu, ako sú semafory používajúce LED, je skutočne nepohodlné používať DC. Je to preto, že keď sa vzdialenosť zväčšuje, prenos jednosmerného prúdu prispieva k väčším stratám a tiež je celkom lacné používať zariadenia na konverziu DC-DC. Vo výsledku je vhodnejšie použiť napájanie striedavým prúdom pre špičkové aplikácie, ako je napríklad svietenie veľkého počtu LED.
Kondenzátor ako obmedzovač striedavého napätia
Kondenzátor má vlastnosť brániť zmene aplikovaného napätia tým, že odoberá alebo dodáva prúd z obvodu, keď sa nabíjajú alebo vybíjajú. Prúd cez kondenzátor je daný ako
I = CdV / dt
Kde C je kapacita, dV / dt označuje zmenu napätia. I je náboj medzi doskami za jednotku času alebo prúd.
Prúd cez kondenzátor je reakciou proti zmene napätia. Preto je pre vysoké okamžité napätie prúd nulový. Inými slovami, napätie zaostáva za prúdom o 90 stupňov. Táto vlastnosť kondenzátora umožňuje jeho použitie ako reduktor napätia pre napájanie striedavým prúdom. Závisí to však od hodnoty kapacity a frekvencie. Čím vyššia je frekvencia a kapacita, tým menšia je reaktancia.
Aplikácia zahŕňajúca použitie sieťového napájania na napájanie LED
LED alebo svetelné diódy je možné ovládať priamo z elektrickej siete jednoducho pomocou kombinácie kondenzátora a odporu. Hlavné napájanie striedavého napätia 220 V sa pomocou transformátora prevádza na striedavé napätie nízkeho napätia. Kondenzátor sa používa ako obmedzovač napätia, kde ako odpor slúži ako obmedzovač prúdu. Diódy s vysokým PIV (1 000 V) sa používajú na ochranu LED pred vysokým napätím.
Normálne je pokles napätia na bielej LED asi 1,5V. LED diódy sú zapojené v dvoch sériovo-paralelných kombináciách. Ak sa v každej kombinácii použije 12 LED, pokles napätia v kombinácii LED je okolo 30V. Rezistor funguje ako obmedzovač prúdu a poskytuje pokles napätia približne 30V. Kombináciou kondenzátora a odporu je teda možné riadiť sériu LED diód. Hodnota odporu závisí od počtu použitých LED diód. Pretože LED je 15mA, bude prúd cez každú LED 15mA a celkový prúd cez dve kombinácie LED bude 30mA, čo spôsobí pokles napätia o 30V na 1k rezistore.
Dúfam, že máte predstavu o koncepcii LED napájanej zo siete, ak si v súvislosti s touto témou nejaké otázky vyžiadate, alebo o koncepcii elektrických a elektronických projektov.
