À propos des LED pour les nuls

Je n'aime pas vraiment les formules. Comme toute personne normale :) Ils me causent des maux de tête et l'envie de jeter quelque chose dans le mur. Toute ma vie, j'ai essayé de rester loin d'eux. Et cela s'est avéré. Mais maintenant, je me suis intéressé aux LED et je me suis rendu compte que personne ne pouvait aller nulle part. Pour obtenir le résultat souhaité, vous devez comprendre comment cela fonctionne. Lentement, le long des marches, j'ai commencé à patauger dans la jungle de lumen, de candela et de stéradian. Peu à peu, une image a commencé à se former dans ma tête. Et en même temps, regrette - eh bien, pourquoi n'y avait-il personne pour l'expliquer dans une langue simple et accessible? Tant de temps perdu ... Je vais essayer de vous sauver d'un mal de tête et de l'expliquer le plus accessible possible - qu'est-ce qu'une LED et comment ça marche. Eh bien, en même temps, je vais vous expliquer quelques lois de l'optique :)

L'article est dédié à ceux qui se perdent dans les watts-candela-lumens-suites. Et en effet dans les LED. Écrit par une théière avancée pour débutants :)

LED régulière

Peu importe la façon dont vous tournez, vous devrez d'abord toucher aux lois de l'électricité ordinaire. Dans des exemples illustratifs, bien sûr :) Nous savons tous - ce qui est de 220 volts - c'est ce qui peut frapper correctement, si vous ne respectez pas les mesures de sécurité. Lorsque vous achetez un appareil électrique, par exemple un fer à repasser, le passeport indique à quelle tension il est destiné. Il s'agit généralement de 220 volts. Mais dans le même passeport, ces paramètres sont également indiqués - une tension alternative avec une fréquence de 50 hertz. Pourquoi les fabricants indiquent-ils obstinément ces paramètres pour vous?

Prenez n'importe quel passeport technique pour un appareil électrique et regardez - il est dit que la tension d'alimentation doit être de ~ 220 volts, 50 Hz. Voyons voir ce que c'est. Un «~» indique que la tension doit être variable. Dans un système électrique automobile, par exemple, la tension est constante. Et avec une pile de type doigt, c'est permanent. La différence est simple - une tension constante a un plus et un moins - pas une variable. Pourquoi pas? Tout est très simple. Dans les réseaux AC, le plus et le moins changent constamment de place. Le même contact est un plus ou un moins. À quelle fréquence? Mais pour cela, il existe une autre valeur - 50 Hz.

Qu'est-ce que Hz? C'est une oscillation par seconde. Autrement dit, dans notre réseau domestique, plus les changements moins cinquante fois par seconde. Et maintenant - quelle est l'utilité pratique de cette connaissance, quel type de roulement a-t-elle sur la LED?

Faisons les choses correctement. Supposons que vous ayez une ampoule de 220 volts 100 watts entre les mains. Si vous le branchez sur un réseau électrique - il s'allumera pour toutes ses cent watts. Et si nous n'avons pas besoin de ces 100 watts? Avez-vous besoin, disons, de 50? Cela nous aidera à DIODE.

Si nous divisons le mot «LED» en ses composants, nous obtenons «lumière» et «diode». Autrement dit, il s'agit d'une diode régulière, qui brille également.

Une diode est un appareil qui est mieux comparé, par exemple, avec une valve ou un mamelon dans une roue de voiture. Là, vous pouvez pomper de l'air et revenir - le mamelon ne laisse pas passer. Une diode ordinaire ressemble à un baril noir avec deux broches - plus et moins. Ici, nous pouvons l'utiliser pour des expériences pratiques qui aident de nombreuses personnes à réparer le matériau. Bien sûr, il est dangereux de commencer immédiatement des expériences avec 220 volts, mais avec des soins appropriés, rien de mauvais ne se produira. Néanmoins, toutes les expériences que vous menez à vos risques et périls :)

Regardez sur le sujet: Le dispositif et le principe de fonctionnement d'une diode semi-conductrice

Nous avons besoin d'une ampoule du réfrigérateur pour 220v, 15 watts. Pour elle, vous devez trouver une cartouche appropriée et en retirer deux fils. Ensuite, nous avons besoin de n'importe quelle diode qui peut être obtenue, par exemple, à partir de n'importe quel téléviseur ou magnétophone défectueux. Plus il est grand, mieux c'est. Vous n'avez pas besoin d'en prendre de très petites - 220 volts après tout. Près de lui, il y a généralement une désignation sous la forme d'un triangle.

Ensuite, nous avons besoin d'un cordon d'alimentation avec une prise, quelques fils et fer à souder. Pour commencer, connectez simplement l'ampoule au réseau et rappelez-vous comment elle brille. Déconnectez ensuite et assemblez le circuit comme illustré à gauche.

N'oubliez pas d'isoler soigneusement tous les joints avec du ruban électrique. Branchez. Comme vous pouvez le voir, l'ampoule brille bien pire. Ce n'est pas surprenant - elle ne reçoit désormais que la moitié de la tension dont elle a besoin - la deuxième diode ne démarre pas. Si votre expérience a été un succès et que la diode est suffisamment grande, vous pouvez désormais rendre vos ampoules pratiquement éternelles.

Par exemple, une lampe de 50 watts brille dans votre couloir et s'éteint constamment. Prenez 100 watts, allumez-le à travers la diode - il brillera comme 50 watts, mais il ne brûlera pas. Il y a, cependant, une mise en garde - la diode doit être évaluée pour 220V et le courant est au moins ampères. Il est préférable d'en acheter un dans un magasin de pièces détachées radio.

Eh bien, puisque nous avons compris ce qu'est une diode, il est logique d'aller au sujet qui nous intéresse - la LED. La LED, comme il est maintenant clair, a également un plus et un moins. Autrement dit, pour son fonctionnement, une source de tension constante est nécessaire - une batterie, une batterie, une alimentation. L'alimentation doit indiquer qu'elle fournit une tension constante (DC). Habituellement, sur la couverture du bloc, il y a un autocollant de ce contenu.

Entrée - ~ 220V 50HZ,

sortie - 12v, 0,5 A DC

Cela signifie qu'une telle unité peut produire une tension constante de 12 volts et un courant de 0,5 ampères.

Notez que le chargeur pour téléphones portables est également une alimentation. Il a généralement des paramètres de 5-6 volts, 0,2-0,5 A. Il est souvent très pratique de l'utiliser pour alimenter les LED, car chargeur stabilise le courant. Mais plus à ce sujet plus tard dans les articles suivants.

Deux paramètres sont importants pour nous - la tension de fonctionnement de la LED et le courant. La tension de fonctionnement de la LED est également appelée "chute de tension". Essentiellement, ce terme signifie qu'après la LED, la tension dans le circuit sera inférieure de la taille de cette même goutte. Autrement dit, si nous alimentons la LED, qui a une chute de tension de 3 volts, elle consommera ces trois volts, et l'appareil qui y sera connecté obtiendra 3 volts de moins. Mais la chose la plus importante à apprendre est que le courant est important pour la LED, pas la tension. Il prendra la tension autant qu'il aura besoin, mais le courant - combien vous donnez. Autrement dit, si votre source d'alimentation peut fournir 10 ampères, la LED prendra du courant jusqu'à ce qu'elle s'éteigne. La logique ici est simple - la LED connectée consomme du courant et commence à se réchauffer. Plus il chauffe, plus le courant peut le traverser, il se dilate sous l'effet de la chaleur. Avec le courant, la chute de tension aux bornes de la diode augmente. Et donc jusqu'à ce qu'il s'éteigne complètement - personne n'a limité le courant. Mais cela doit être fait, en utilisant l'élément limiteur.

Notez que si la source d'alimentation a une tension de sortie égale à la tension de fonctionnement de la LED, il n'est pas nécessaire de limiter le courant. Autrement dit, si vous avez, par exemple, une LED blanche et une batterie de 3,6 volts à partir d'un téléphone portable - vous pouvez le connecter directement à cette batterie - rien n'arrivera à la LED. Il serait heureux de prendre plus de courant - mais il n'y a pas assez de tension. La batterie 3,6 V est donc une source d'alimentation idéale pour expérimenter avec des LED blanches et bleues. Pourquoi seulement avec eux - à ce sujet dans d'autres articles.

En général, en série avec la LED, nous devons mettre une sorte de robinet et le visser à la valeur dont nous avons besoin. Dans le rôle d'une telle grue, il peut y avoir différents appareils. Le plus simple d'entre eux est une résistance.

Aspects optiques de l'utilisation des LED

Supposons que nous ayons appris à connecter une LED et à limiter son courant. La question se pose - combien brille-t-elle? Ici, nous devons plonger un peu dans l'optique.

Parmi les propriétés des LED, particulièrement puissantes, le type de distribution lumineuse est souvent indiqué. Il s'agit généralement de la LED Lambert. De plus, nous le considérerons comme le plus répandu. Que signifie ce terme? La LED "Lambert" brille également dans toutes les directions, quelle que soit la direction.Si la LED était une boule, elle brillerait également dans toutes les directions - c'est l'essence du diagramme de Lambert. Pour être clair, le soleil est une source lambertienne.

La conception LED standard est un cristal, une plaque mince qui brille. Regardez à travers la fenêtre transparente de la LED - et vous verrez ce cristal. De minces fils de contacts lui parviennent. Si vous connectez votre imagination, vous pouvez imaginer la lumière provenant de la LED comme un nuage en forme de sphère suspendu au-dessus. Lumière - ce sont de petites particules appelées photons. Ainsi, une boule remplie de photons est suspendue au-dessus de la LED. Et plus la LED émet de lumière, plus la balle est grosse, plus les beignets de photons volent loin, se poussant et s'évincant. La plupart d'entre eux volent vers le haut perpendiculairement au plan du cristal, de sorte que l'intensité lumineuse maximale des LED est de 90 degrés par rapport au plan du cristal. J'espère que maintenant les schémas donnés par les fabricants de LED sont devenus plus clairs pour vous :) Pour devenir complètement compréhensible, regardons un exemple.

Supposons qu'il y ait une LED, au sommet de laquelle pend une sphère lumineuse émise par elle d'un diamètre de 1 mètre (bonne LED! :)).

L'échelle inférieure est le nombre de pour cent de ce mètre, la partie supérieure est le degré de rayonnement. Selon ce diagramme, le plus grand nombre de photons est au point le plus élevé avec un degré de 0 et une portée de 1 mètre. Ça a l'air bizarre, mais ça l'est. Moins étrange que ça commence à paraître, si vous vous souvenez que la lumière est une onde, ce n'est pas pour rien qu'ils indiquent la longueur d'onde des caractéristiques. En conséquence, notre sphère lumineuse peut être représentée comme un champ électromagnétique avec une certaine densité. Mais c'est déjà une jungle - passons à autre chose :)

Angle de demi-luminosité

Le fabricant indique généralement un paramètre tel qu'un double angle de demi-luminosité. Que signifie ce terme? Comme nous l'avons découvert, la LED donne un maximum de lumière au centre et en haut, c'est-à-dire que l'angle est nul. En conséquence, plus le centre est éloigné, moins il y a de lumière. L'angle de demi-luminosité correspond au moment où la LED donne 100 unités de lumière conventionnelles à «0» degrés et, par exemple, à 30 degrés (par rapport à l'axe «0») - 50. L'angle de demi-luminosité Dans la figure I est l'intensité lumineuse, Imax est l'intensité lumineuse maximale. ImaxCos - la moitié de la puissance de la lumière. Pourquoi "doubler" - nous multiplions les degrés par deux, la LED brille également symétriquement. En conséquence, nous obtenons un joli triangle de lumière isocèle. Il y a aussi de la lumière à l'extérieur de ce triangle, nous avons une boule de lumière, mais le point de référence pour la caractéristique de la LED est la moitié de l'angle.

Candela

Maintenant, nous pouvons considérer ce qu'est Candela. Candela est, à l'ancienne, une "bougie". Rappelez-vous, disaient-ils - un lustre ou une lampe avec cent bougies? Autrefois, une sorte de point de référence était nécessaire. Nous avons convenu de prendre une bougie de l'épaisseur requise, de l'allumer et de la considérer comme un standard, cette même candela. De nos jours, bien sûr, ils pensent différemment. Je ne vais pas expliquer en détail comment, cela dépasse le cadre de l'article. C'est juste une unité de mesure pour l'intensité lumineuse, et ça s'appelle Candela. Sa principale caractéristique est l'utilisation de sources directionnelles pour mesurer l'intensité lumineuse. C'est pourquoi pour les LED 5 mm les valeurs sont indiquées en bougies, plus précisément en millicandels (1 cd = 1000 mcd).

Il est temps de comprendre comment les LED de 5 mm ou tout autre dans un boîtier en plastique diffèrent des puissantes.

Caractéristiques de conception des voyants LED de 5 mm

Comme mentionné ci-dessus, une LED est un cristal émettant de la lumière. Considérez la conception de la LED dans un boîtier en plastique de 5 mm. Un examen attentif révèle deux choses importantes - l'objectif et le réflecteur. Le cristal LED est placé dans le dispositif réflecteur de la LED. Ce réflecteur définit l'angle de diffusion initial. La lumière passe ensuite à travers un boîtier en époxy. Il vient à l'objectif - puis commence à se dissiper sur les côtés selon un angle en fonction de la conception de l'objectif. En pratique - de 5 au diagramme LED 160 degrés.

Pour indiquer l'intensité lumineuse de ces LED, Candela est utilisée.Les LED à émission directionnelle émettent de la lumière sous un angle solide. Pour comprendre ce qu'est un angle solide, il suffit d'imaginer l'image suivante. Vous prenez une lampe de poche, l'allumez et la mettez dans le seau à feu tout en bas, puis la fermez avec un couvercle. La lumière à l'intérieur a donc la forme d'un cône en forme de seau. Ce cône délimité par un couvercle est un angle solide.

Je vais essayer d'expliquer plus simplement la signification de la distribution de la lumière. Supposons que l'intensité lumineuse de notre lanterne soit de 1 candela, soit 1000 microchandels (pour être plus figuratif, les micro candelas peuvent être considérés comme des photons :)) Si nous allons plus loin par analogie, nous avons un seau plein de microchandels. Si vous le souhaitez, vous pouvez calculer le volume du seau - bienvenue dans la géométrie :) En conséquence, si nous prenons le seau deux fois plus - les microchandels sont répartis uniformément dessus, c'est-à-dire qu'il n'y en aura plus :) Dans toutes ces explications, vous pouvez trouver la réponse à la question sacrée - combien Des LED sont nécessaires pour remplacer une ampoule de 100 watts. À ce sujet - plus loin.

Caractéristiques de conception des LED haute puissance

Contrairement aux voyants LED, les puissants ne sont pas seulement un appareil, mais aussi un produit marketing. Aujourd'hui, entre les grands fabricants, il y a une vraie course aux lumens - qui est plus? Et personne ne se soucie que ces lumens doivent encore être utilisés. Allons dans l'ordre.

La principale différence entre une LED puissante et une LED indicatrice dans sa forme pure est de minimiser les obstacles à la sortie de lumière du boîtier LED. Par conséquent, les LED puissantes ont un diagramme de Lambert. À quoi cela mène-t-il dans la pratique? Vous allumez la LED et obtenez une belle ampoule au-dessus. Et que faire ensuite? Comment peuvent-ils éclairer la surface dont vous avez besoin? Vous devez utiliser différentes optiques ou réflecteurs, ce qui entraîne inévitablement des pertes, et donc une diminution du flux lumineux. Par conséquent, si, après avoir acheté une LED puissante, vous n'avez pas acquis une bonne optique et conçu spécifiquement pour sa conception - vous vous en réjouissez tôt - le mal de tête est encore à venir.

Fournir les lumens dont vous avez besoin à la surface que vous souhaitez éclairer n'est pas une tâche facile.

Lumen

Comme vous l'avez déjà compris, les candelas pour évaluer l'intensité lumineuse des LED haute puissance ne conviennent pas. Pour ce faire, il y a des lumens - c'est la quantité totale de lumière que la LED peut donner lorsqu'elle est connectée avec les valeurs de courant et de tension spécifiées. Vous vous souvenez de l'analogie avec le seau d'incendie? Ici, elle s'adapte également. Nous supposons que si la LED a une intensité lumineuse de 100 lumens, alors dans notre seau il y aura 100 lumens.

Une ampoule ordinaire de 100 W est également une source Lambert. Le rendement lumineux moyen de cette ampoule est de 10 à 15 lumens par watt. Autrement dit, 100 watts de lumière incandescente nous donneront, disons, 1 000 lumens. Ainsi, pour remplacer une lampe de 100 watts par des LED, vous avez besoin de 10 pièces de 100 lumens chacune. C'est aussi simple que ça? Non, malheureusement. Nous arrivons à un terme tel que LUX.

Suite

Le luxe est le rapport entre le nombre de lumens et la zone éclairée. 1 lux correspond à 1 lumen par mètre carré. Disons que nous avons une surface carrée d'une superficie d'un mètre. Le tout est éclairé uniformément par une ampoule située à une certaine distance à pic par le haut. Pour cette ampoule, le constructeur a déclaré un éclairage de 100 lux. Nous prenons un appareil qui mesure la puissance de la lumière et la mesurons n'importe où dans notre carré, nous devrions obtenir 100 lumens. Si c'est le cas, le fabricant ne nous a pas trompés.

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