Par gaismas diožu, LED ierīces lietošanu, kā iedegties gaismas diode

Visi tagad ir pazīstami ar gaismas diodēm: LED gaismas, LED lampas, lentes un daudz ko citu. Pateicoties izstrādātāju centieniem, parādījās absolūti eksotiskas ierīces, piemēram, sprausla uz ūdens krāna.

Ārēji tas ir caurspīdīgs plastmasas cilindrs: ielej vēsu ūdeni - sprauslas iekšpusē iedegas zils gaismas diode, tas ir kļuvis siltāks - ir izgaismojies dzeltens un pat tad, ja ūdens ir pārāk karsts, sprausla kļūst sarkana. Iekšējā pildījuma saturs nav zināms, taču tas, ka gaismas diodes tiek izmantotas kā izstarojošie elementi, ir acīmredzams.

Pirmais LED tika izstrādāts Ilinoisas universitātē 1962. gadā. 1990. gadā dzima spilgti un vēlāk supergaismīgi gaismas diodes.

Pati LED ir ļoti līdzīga parastajai taisngrieža diodei, tikai tad, kad caur to iziet tieša strāva, sāk mirdzēt pusvadītāja kristāls. Angļu valodā LED nosaukums ir gaismas diode jeb LED, kuru burtiski var tulkot kā gaismas diodi.

Lai iegūtu dažādu starojuma viļņu garumu (krāsu), pusvadītājam pievieno dažādas palīgvielas. Alumīnija, hēlija, indija un fosfora pievienošana liek kristālam izstarot krāsas no sarkanas līdz dzeltenai. Lai iegūtu mirdzumu no zila līdz zaļam, kristāli ir leģēti ar slāpekļa, gallija vai indija daļiņām.

Mūsdienās, iespējams, visizplatītākās ir baltas gaismas diodes. Būtībā šie ir izstrādājumi apgaismojuma radīšanai, sākot no lukturīšiem, suvenīriem un beidzot ar nopietniem prožektoriem, kurus var uzstādīt uz ēku jumtiem un fasādēm. Bet šeit ir interesanta detaļa: dabā nav pusvadītāju materiāla, kas varētu mirdzēt baltā krāsā.

Kā būt šeit? Ultravioletais starojums palīdzēja izkļūt no šīs situācijas: "ultravioletais" kristāls ir pārklāts ar fosfora slāni, apmēram tāds pats kā tas tika veikts dienasgaismas spuldzēs, kā rezultātā gaismas diode mirgo baltā krāsā.

Bet ir arī neliela slazds. Tāpat kā dienasgaismas spuldzēs, fosfors laika gaitā zaudē savas īpašības, mirdzums kļūst vājš. Tomēr, lai šāds nodilums notiktu, gaismas diodei ir nepārtraukti jāspīd vismaz gadu un varbūt pat vairāk. Tātad ar periodisku ieslēgšanu un izslēgšanu šo ierīču kalpošanas laiks ir diezgan liels.

Sākotnēji gaismas diodes bija paredzētas galvenokārt ierīču indikācijai, tās aizstāja miniatūras kvēlspuldzes. Ieguvumi šeit ir nenoliedzami. Tas ir mazs enerģijas patēriņš, zems barošanas spriegums un arī augsta izturība: kvēlspuldzes kalpošanas laiks nepārsniedz tūkstoš stundas, savukārt gaismas diodēm šis parametrs ir vairāki desmiti tūkstoši.

Daži avoti apgalvo, ka gaismas diode var darboties nepārtraukti līdz 11 gadiem! Bet dažās ierīcēs, lai nomainītu spuldzi, ir jāizmanto ievērojama korpusa un visa displeja paneļa demontāža. Šeit pilnībā palīdz āmurs, kalts un vēl kāda māte.

Gaismas diožu atšķirīgais parametrs ir krāsu dažādība, kas novērš nepieciešamību pēc filtriem. Salīdzinot ar kvēlspuldzēm LED spuldzes piemīt paaugstināta mehāniskā izturība, kas ļauj viegli panest vibrācijas un trieciena slodzes. Saprātīgās robežās, protams.

LED ierīce

Pirmās gaismas diodes tika ražotas metāla korpusos ar caurspīdīgu logu. Tā kā tehnoloģija uzlabojās, korpuss sāka būt pilnībā izgatavots no plastmasas.Plastmasas krāsa, kā likums, atbilst mirdzuma krāsai, taču ļoti bieži ir arī caurspīdīgi gadījumi. Kādā krāsā šāda LED spīd, var uzzināt tikai pēc tā iekļaušanas.

Tāds pats kā parasto taisngriežu diodeLED ir divas tapas anoda un katoda. Tāpēc, savienojot savienojumu, ievērojiet polaritāti. Anoda izeja, kā likums, ir nedaudz garāka nekā katoda, taču tas joprojām ir jauns LED. Ja kājas jau ir apgrieztas, tad secinājumus var noteikt ar "sakāmvārdu" multimetru: ar pareizu savienojuma polaritāti LED nedaudz iedegas.

Pretējā virzienā ierīcei vajadzētu parādīt lielu pretestību, gandrīz atvērtu, kā tas ir parasto taisngrieža diode gadījumā. Gaismas diodes iekšējais izvietojums caurspīdīgā apvalkā ir parādīts 1. attēlā.

1. attēls. Gaismas diodes iekšējā struktūra caurspīdīgā gadījumā

Kā iedegties gaismas diode

Diezgan bieži radioamatieri amatieriem uzdod jautājumu: “Kāds spriegums ir nepieciešams LED apgaismošanai?”. Šeit jūs varat redzēt analoģiju ar kvēlspuldzēm. Šis lukturis ir paredzēts 220 V, bet šis ir paredzēts 12. Gadījumā, ja tiek izmantota gaismas diode, nevar teikt, ka šī gaismas diode ir paredzēta 5 V, un šī ir paredzēta 12 V. Jautājums ir, kāpēc tā?

Fakts ir tāds, ka gaismas diode ir strāvas ierīce: virkni ar to ieslēdz strāvas ierobežojošo rezistoru, kas parādīts 2. attēlā.

2. attēls LED elektroinstalācijas shēma caur strāvu ierobežojošu rezistoru

Ir viegli redzēt, ka gaismas diode ir savienota ar līdzstrāvas avotu ar pareizu polaritāti: anods ir savienots ar akumulatora pozitīvo polu, bet katodu caur ierobežojošo pretestību, attiecīgi, pie negatīvā. Protams, ierobežojošo rezistoru var iekļaut arī anoda izejas pārrāvumā, jo ķēde ir sērijveida!

Līdzstrāvas avots attēlā ir parādīts kā galvaniska šūna ar spriegumu, kas nepārsniedz pusotru voltu. Faktiski tā var būt šūnu baterija ar spriegumu 12 ... 24V un ar pienācīgu iekļaušanu pat maiņstrāvas apgaismojuma tīkls 220V. Galvenais ir ierobežot līdzstrāvu caur gaismas diodi tehniskajā dokumentācijā norādītajā līmenī. Lielākajai daļai mūsdienu gaismas diožu šī strāva ir 20mA.

Bet šeit ir pareizi izdarīt nelielu piezīmi par LED sprieguma problēmu. Fakts ir tāds, ka šobrīd elektronisko iekārtu miniaturizācijas nolūkā ir izveidota gaismas diožu ražošana ar korpusā integrētu ierobežojošo rezistoru. Šī integrācija ļauj mums teikt, ka šīs gaismas diodes darba spriegums ir 12 V, un šī ir tikai 5.

Tieši ar šo marķējumu jūs varat redzēt cenu zīmes radio tirgu plauktos. Tiesa, šādas ierīces nav izplatītas, tāpēc nevajadzētu aizmirst par ierobežojošo rezistoru.

Pastāv arī gaismas diožu kategorija, kas paredzēta noteiktam darba spriegumam. Tās ir tā saucamās mirgojošās gaismas diodes, kuru iekšpusē ir integrēts ģenerators, kas liek kristālam mirgot noteiktā frekvencē. Mēģinājumi mainīt mirgošanas frekvenci ar ārēju kondensatoru palīdzību un citi triki ir lemti neveiksmei. Kaut arī dažas frekvences izmaiņas var panākt, mainot barošanas spriegumu.

Tātad mirgojošas gaismas diodes tiek ražotas īpaši noteiktam spriegumam: augstspriegumam 3 ... 14 V un zemspriegumam 1,8 ... 5 V. Tajā pašā laikā nav iebūvēta ierobežojošā pretestības zema sprieguma mirgojošām LED. Šeit jums ir jāizrāda maksimāla uzmanība. Bet atpakaļ pie parastajām gaismas diodēm.

Tātad, jau tika teikts, ka vairumam gaismas diožu līdzstrāva ir 20 miliampri. Ir iespējams izgatavot nedaudz mazāk (vienkārši samazināsies spilgtums, un krāsa būs nedaudz atšķirīga, nekā gaidīts), bet vairāk ir ļoti nevēlama. Tieši šī pašreizējā vērtība ir paredzēta, lai nodrošinātu ierobežojošo rezistoru, kas parādīts 2. attēlā.

Lai aprēķinātu šī rezistora pretestības vērtību, jums jāzina divi parametri.Pirmkārt, tas ir ķēdes barošanas spriegums (pievērsiet uzmanību, tās ir shēmas, nevis atsevišķa gaismas diode) un, otrkārt, tiešs sprieguma kritums uz gaismas diodes.

Šis tiešais kritums ir norādīts tehniskajā dokumentācijā, un lielākajai daļai gaismas diožu veida tas ir diapazonā no 1,8 līdz 3,6 V (katram tipam ir savs, bet visbiežāk tas ir 2 V). Tas būs tiešs sprieguma kritums uz gaismas diodes ar strāvu 20 mA. Izmantojot šādus datus, ir ļoti vienkārši aprēķināt ierobežojošā rezistora pretestību. Lai būtu skaidrs, no kurienes tas nāk, varat izmantot vienkāršo shēmu, kas parādīta 3. attēlā.

3. attēlsLED savienojuma shēma

Ir acīmredzams, ka ar virkni savienotais rezistors R1 un LED HL1 ir sprieguma dalītājs. Ir arī zināms, ka tiešs sprieguma kritums uz gaismas diodes saskaņā ar atsauces datiem ir precīzi 2V. Šeit mums ir tik labs LED.

Tad ar barošanas spriegumu 12V sprieguma kritums visā rezistorā R1 būs 12V - 2V = 10V. Tādējādi saskaņā ar Ohmas likumu ir viegli aprēķināt rezistora pretestību, pie kuras strāva caur LED būs 20mA: R = U / I = 10V / 20mA = 0,5KΩ.

Ierobežojošā pretestības aprēķināšanas formula:

Šeit viss ir skaidrs un vienkāršs. Skaitītājā ir barošanas spriegums un tiešs sprieguma kritums uz gaismas diodes. Saucējs satur nepieciešamo strāvu caur gaismas diodi, kas reizināta ar ticamības koeficientu 0,75. Mehānikā to sauc par drošības rezervi.

Gadījumā, ja vairākas gaismas diodes ir savienotas virknē, sprieguma kritums uz tām vienkārši tiek summēts un tiek aizstāts ar iepriekš parādīto formulu. Protams, šajā gadījumā pretestība R šajā gadījumā kļūst mazāka nekā atsevišķai LED.

Protams, rezistoram tiek atbrīvota zināma jauda. Lai rezistors neizdeg uzreiz vai laika gaitā, tā jaudu parasti aprēķina pēc formulas:

Visiem daudzumiem ir SI sistēmas dimensija: spriegums voltos, pretestība omos, jauda vatos.

Diezgan bieži ir nepieciešami dažādi gaismas diožu pievienošanas veidi, savienojot tos ar dažādiem enerģijas avotiem, taču tas tiks apskatīts raksta turpinājumā.

Skatīt arī: Kā savienot LED sloksni ar strāvas padevi

Boriss Aladyshkin