Par lelles lelles

Man ļoti nepatīk formulas. Tāpat kā jebkurš normāls cilvēks :) Viņi man rada galvassāpes un vēlmi kaut ko iemest sienā. Visu mūžu centos palikt prom no viņiem. Un izrādījās. Bet tagad es sāku interesēties par gaismas diodēm un sapratu - nekur nevar nokļūt. Lai iegūtu vēlamo rezultātu, jums ir jāsaprot, kā tas darbojas. Lēnām, pakāpieniem, es sāku brist pa lūmenu, kandelas un steradian džungļiem. Pamazām manā galvā sāka veidoties attēls. Un tajā pašā laikā nožēlo - kāpēc gan nebija neviena, kas to izskaidrotu vienkāršā, saprotamā valodā? Tik daudz laika tērēts ... Es centīšos jūs glābt no galvassāpēm un izskaidrot to pēc iespējas pieejamāk - kas ir gaismas diode un kā tā darbojas. Nu, tajā pašā laikā es izskaidrošu dažus optikas likumus :)

Raksts ir veltīts tiem, kuri sajaucas vatos-kandeles-lūmenos-svītās. Un patiešām gaismas diodēs. Raksta uzlabots tējkanna iesācējiem :)

Regulāra gaismas diode

Neatkarīgi no tā, kā jūs rotējat, vispirms būs jāpieskaras parastās elektrības likumiem. Ilustratīvos piemēros, protams :) Mēs visi zinām - kas ir 220 volti - tas var pareizi notriekt, ja neievērosit drošības pasākumus. Pērkot elektrisko ierīci, piemēram, gludekli, pasē ir norādīts, kādam spriegumam tas paredzēts. Parasti tas ir 220 volti. Bet tajā pašā pasē ir norādīti arī šie parametri - mainīgs spriegums ar frekvenci 50 herci. Kāpēc ražotāji spītīgi šos parametrus norāda jums?

Paņemiet jebkuru elektriskās ierīces tehnisko pasi un paskatieties - tur teikts, ka barošanas spriegumam jābūt ~ 220 voltiem, 50 Hz. Redzēsim, kas tas ir. “~” Norāda, ka spriegumam jābūt mainīgam. Piemēram, automobiļu elektriskajā sistēmā spriegums ir nemainīgs. Un ar pirkstu tipa akumulatoru tas ir pastāvīgs. Atšķirība ir vienkārša - pastāvīgam spriegumam ir plus un mīnus - mainīgajam nav. Kāpēc ne? Viss ir ļoti vienkārši. Maiņstrāvas tīklos plus un mīnus vietas pastāvīgi mainās. Tas pats kontakts ir vai nu plus, vai mīnuss. Cik bieži? Bet tam ir vēl viena vērtība - 50 Hz.

Kas ir Hz? Tas ir viens ļodzīties sekundē. Tas ir, mūsu mājas tīklā plus mainās mīnus piecdesmit reizes sekundē. Un tagad - kā šīs zināšanas tiek praktiski izmantotas, kāda veida tā ir uz LED?

Pareizosim. Pieņemsim, ka jūsu rokās ir 220 voltu 100 vatu spuldze. Ja to pievienosit elektriskajam tīklam - tas iedegsies uz visiem simts vatiem. Un ja mums šie 100 vati nav vajadzīgi? Vai jums vajag, teiksim, 50? Tas mums palīdzēs DIODE.

Ja sadalām vārdu “LED” tā sastāvdaļās, iegūstam “gaisma” un “diode”. Tas ir, šī ir regulāra diode, kas arī mirdz.

Diode ir ierīce, kuru vislabāk salīdzināt, piemēram, ar vārstu vai nipeli automašīnas ritenī. Tur jūs varat sūknēt gaisu, un atpakaļ - nipelis neļauj. Parasta diode izskatās kā melna muca ar diviem tapām - plus un mīnus. Šeit mēs to varam izmantot praktiskiem eksperimentiem, kas daudziem palīdz salabot materiālu. Protams, ir bīstami nekavējoties sākt eksperimentus ar 220 voltiem, taču ar pienācīgu rūpību nekas slikts nenotiks. Neskatoties uz to, visi eksperimenti, ko veicat uz savu risku un riskējot :)

Paskaties uz tēmu: Pusvadītāju diodes ierīce un darbības princips

Mums no ledusskapja vajadzīga spuldze 220v, 15 vati. Viņai jums jāatrod piemērota kasetne un no tās jāizņem divi vadi. Tad mums ir nepieciešama jebkura diode, ko var iegūt, piemēram, no jebkura kļūdaina televizora vai magnetofona. Jo lielāks tas ir, jo labāk. Jums nav jāņem ļoti mazi - galu galā 220 volti. Netālu no tā parasti ir norāde trīsstūra formā.

Tad mums ir nepieciešams strāvas vads ar spraudni, daži vadi un lodāmurs. Lai sāktu, vienkārši pievienojiet spuldzi tīklam un atcerieties, kā tā spīd. Pēc tam atvienojiet un salieciet ķēdi, kā parādīts kreisajā pusē.

Neaizmirstiet rūpīgi izolēt visus savienojumus ar elektrisko lenti. Iespraudiet. Kā redzat, spuldze spīd daudz sliktāk. Tas nav pārsteidzoši - viņa tagad saņem tikai pusi no nepieciešamā sprieguma - otrā diode neieslēdzas. Ja jūsu pieredze bija veiksmīga un diode ir pietiekami liela - tagad jūs varat padarīt jebkuru no savām spuldzēm praktiski mūžīgu.

Piemēram, jūsu gaitenī spīd 50 vatu lampa un pastāvīgi izdeg. Paņemiet 100 vati, ieslēdziet to caur diodi - tas spīdēs kā 50 vati, bet neizdegīs. Tomēr ir viens brīdinājums - diodei jābūt nominālai par 220 V, un strāva ir vismaz ampēros. Vislabāk to iegādāties radio detaļu veikalā.

Tā kā mēs izdomājām, kas ir diode, ir jēga pāriet uz mūs interesējošo tēmu - gaismas diodi. LED, kā tas tagad ir skaidrs, ir arī plus un mīnus. Tas ir, tā darbībai ir nepieciešams pastāvīgs sprieguma avots - akumulators, akumulators, barošanas avots. Strāvas padevei ir jānorāda, ka tā piegādā pastāvīgu spriegumu (DC). Parasti uz bloka vāka ir šī satura uzlīme.

Ieeja - ~ 220 V 50 HZ,

izeja - 12v, 0,5 A DC

Tas nozīmē, ka šāda vienība var radīt pastāvīgu 12 voltu spriegumu un 0,5 ampēru strāvu.

Ņemiet vērā, ka mobilo tālruņu lādētājs ir arī barošanas avots. Parasti tā parametri ir 5–6 volti, 0,2–0,5 A. Bieži vien to ir ļoti ērti izmantot, lai darbinātu gaismas diodes, jo lādētājs stabilizē strāvu. Bet vairāk par to vēlāk turpmākajos rakstos.

Mums ir svarīgi divi parametri - gaismas diodes darba spriegums un strāva. Gaismas diodes darba spriegumu sauc arī par "sprieguma kritumu". Būtībā šis termins nozīmē, ka pēc gaismas diodes spriegums ķēdē būs mazāks par šī paša kritiena lielumu. Tas ir, ja mēs piegādājam strāvas padevi LED, kura sprieguma kritums ir 3 volti, tad tas apēdīs šos trīs voltus, un ierīce, kas tam pievienota, pēc tam iegūs par 3 voltiem mazāk. Bet vissvarīgākais, kas jāapgūst, ir tas, ka gaismas diodei ir svarīga strāva, nevis spriegums. Viņš ņems spriegumu tik daudz, cik nepieciešams, bet strāvu - cik daudz jūs piešķirat. Tas ir, ja jūsu enerģijas avots var izdalīt 10 ampērus, gaismas diode darbosies strāvā, līdz tā izdeg. Loģika šeit ir vienkārša - pievienotais gaismas diode patērē strāvu un sāk sildīties. Jo spēcīgāk tas uzkarst - jo vairāk strāvas var caur to iziet - tas izplešas no sildīšanas. Kopā ar strāvu palielinās sprieguma kritums visā diodē. Un tā, līdz tā pilnībā izdeg - neviens nav ierobežojis strāvu. Bet tas jādara, izmantojot ierobežojošo elementu.

Ņemiet vērā: ja strāvas avota izejas spriegums ir vienāds ar gaismas diodes darba spriegumu, strāva nav jāierobežo. Tas ir, ja jums, piemēram, ir balta gaismas diode un 3,6 voltu akumulators no mobilā tālruņa - varat to savienot tieši ar šo akumulatoru - ar gaismas diodi nekas nenotiks. Viņš labprāt satvertu lielāku strāvu - taču nepietiek sprieguma. Tātad 3,6 V baterija ir ideāls enerģijas avots, lai eksperimentētu ar baltu un zilu gaismas diodi. Kāpēc tikai ar viņiem - par to citos rakstos.

Kopumā, sērijveidā ar LED, mums ir jāuzliek sava veida krāns un jāpieskrūvē līdz vajadzīgajai vērtībai. Šāda celtņa lomā var būt dažādas ierīces. Vienkāršākais no tiem ir rezistors.

Gaismas diožu izmantošanas optiskie aspekti

Pieņemsim, ka mēs iemācījāmies, kā savienot gaismas diodi un ierobežot tā strāvu. Rodas jautājums - cik tas spīd? Šeit mums nedaudz jāiekļaujas optikā.

Starp gaismas diožu īpašībām, īpaši jaudīgām, bieži tiek norādīts gaismas izplatīšanas veids. Parasti tas ir tā sauktais Lambert LED. Tālāk mēs to uzskatīsim par visizplatītāko. Ko nozīmē šis termins? Gaismas diode "Lambert" spīd visos virzienos vienādi, neatkarīgi no virziena.Ja LED būtu bumba, tā spīdētu vienādi visos virzienos - tā ir Lamberta diagrammas būtība. Lai būtu skaidrs, saule ir Lamberta avots.

Standarta LED dizains ir kristāls, plāna plāksne, kas mirdz. Skatieties caur gaismas diodes caurspīdīgo logu - un jūs redzēsit šo kristālu. Viņam nonāk plānas kontaktu vadi. Ja jūs savienojat savu iztēli, jūs varat iedomāties gaismu, kas nāk no LED, kā lodveida formas mākoni, kas karājas virs tā. Gaisma - tās ir mazas daļiņas, kuras sauc par fotoniem. Tātad virs gaismas diodes karājas bumba, kas piepildīta ar fotoniem. Un jo vairāk gaismas izstaro LED, jo lielāka ir bumba, jo tālāk fotonu virtļi lido, izspiežot un izspiežot viens otru. Lielākā daļa no tām lido uz augšu perpendikulāri kristāla plaknei, tāpēc LED maksimālā gaismas intensitāte ir 90 grādi attiecībā pret kristāla plakni. Es ceru, ka tagad LED ražotāju sniegtās diagrammas jums ir kļuvušas skaidrākas :) Lai tas būtu pilnīgi saprotams, apskatīsim piemēru.

Pieņemsim, ka ir gaismas diode, kuras augšpusē karājas tās izstarota gaismas sfēra ar diametru 1 metrs (laba gaismas diode! :)).

Zemākā skala ir šī skaitītāja procentuālā daļa, augšējā ir radiācijas pakāpe. Saskaņā ar šo diagrammu lielākais fotonu skaits atrodas augstākajā punktā ar pakāpi 0 un diapazonu 1 metrs. Tas izskatās dīvaini, bet tā tas ir. Mazāk dīvaini tas sāk izskatīties, ja atceraties, ka gaisma ir vilnis, ne velti tie norāda raksturlielumu viļņa garumu. Attiecīgi mūsu gaismas sfēru var attēlot kā elektromagnētisko lauku ar noteiktu blīvumu. Bet šie jau ir džungļi - pāriesim tālāk :)

Puse spilgtuma leņķa

Parasti ražotājs norāda tādu parametru kā dubultā divkāršā leņķa spilgtums. Ko nozīmē šis termins? Kā mēs uzzinājām, LED dod maksimālu apgaismojumu centrā un augšpusē, tas ir, leņķis ir nulle. Attiecīgi, jo tālāk no centra, jo mazāk gaismas. Puse spilgtuma leņķis ir tad, kad gaismas diode dod 100 parastās gaismas vienības pie “0” grādiem un, piemēram, pie 30 grādiem (attiecībā pret “0” asi) - 50. Puses spilgtuma leņķis I attēlā ir gaismas intensitāte, Imax ir maksimālā gaismas intensitāte. ImaxCos - puse no gaismas jaudas. Kāpēc "dubultā" - mēs reizinām grādus ar diviem, gaismas diode spīd arī simetriski. Rezultātā mēs iegūstam jauku vienādsānu gaismas trīsstūri. Ārpus šī trīsstūra ir arī gaisma, mums ir gaismas bumba, bet gaismas diodes raksturlieluma atskaites punkts ir puse no leņķa.

Candela

Tagad mēs varam apsvērt, kas ir Kandela. Candela, vecā nozīmē, ir "svece". Atcerieties, viņi mēdza teikt - lustra vai lampa ar simts svecēm? Vecajās dienās bija vajadzīgs kaut kāds atskaites punkts. Mēs vienojāmies paņemt vajadzīgā biezuma sveci, aizdedzināt to un uzskatīt to par standartu, tieši šo sveci. Mūsdienās viņi, protams, domā savādāk. Es sīkāk nepaskaidrošu, kā tas ir ārpus raksta darbības jomas. Tā ir tikai gaismas intensitātes mērvienība, un to sauc par Candela. Tā galvenā iezīme ir virziena avotu izmantošana gaismas intensitātes mērīšanai. Tāpēc 5 mm gaismas diodēm vērtības ir norādītas kandelēs, precīzāk, milikandelēs (1 cd = 1000 mcd).

Ir pienācis laiks izdomāt, kā 5 mm gaismas diodes vai jebkura cita plastikāta korpusā atšķiras no jaudīgām.

Indikatora 5 mm gaismas diožu dizaina iezīmes

Kā minēts iepriekš, LED ir gaismas izstarojošs kristāls. Apsveriet gaismas diodes dizainu 5 mm plastmasas korpusā. Stingra pārbaude atklāj divas svarīgas lietas - objektīvu un atstarotāju. LED kristāls ir ievietots gaismas diodes atstarotāju ierīcē. Šis atstarotājs nosaka sākotnējo izkliedes leņķi. Tad gaisma iziet cauri epoksīda apvalkam. Tas nonāk pie objektīva - un pēc tam sāk izkliedēties sānos leņķī atkarībā no objektīva dizaina. Praksē - no 5 līdz LED diagrammai 160 grādi.

Lai norādītu šādu gaismas diožu gaismas intensitāti, tiek izmantota tikai kandela.Gaismas diodes ar virziena izstarojumu izstaro gaismu cietā leņķī. Lai saprastu, kas ir ciets leņķis, pietiek iedomāties šādu attēlu. Jūs uzņemat lukturīti, ieslēdzat to un ievietojat uguns spainī līdz pašai apakšai, pēc tam aizveriet to ar vāku. Gaismai iekšpusē ir konusa forma, kas ir mūsu kausa forma. Šis konuss, ko ierobežo vāks, ir ciets leņķis.

Es centīšos vienkāršāk izskaidrot gaismas izplatīšanas nozīmi. Teiksim tā, ka mūsu laternas gaismas intensitāte ir 1 kandela, tas ir, 1000 mikrochandels (lai būtu vairāk tēlaini, mikroķēdītes var uzskatīt par fotoniem :)) Ja mēs ejam tālāk pēc analoģijas, mums ir pilns spainis ar mikrochandelēm. Ja vēlaties, varat aprēķināt kausa tilpumu - laipni lūdzam ģeometrijā :) Attiecīgi, ja mēs paņemam kausu divreiz vairāk - mikrochandeļi tiek vienmērīgi sadalīti uz tā, tas ir, vairs nebūs :) Visos šajos skaidrojumos jūs varat atrast atbildi uz svēto jautājumu - cik Gaismas diodes ir vajadzīgas, lai aizstātu 100 vatu spuldzi. Par to - tālāk.

Lieljaudas gaismas diožu dizaina iezīmes

Atšķirībā no indikatora gaismas diodēm jaudīgi ir ne tikai ierīce, bet arī mārketinga produkts. Mūsdienās starp lielākajiem ražotājiem notiek īsta sacensība par lūmeniem - kurš ir vairāk? Un nevienam nav vienalga, ka šie lūmeni joprojām ir jāizmanto. Dosimies kārtībā.

Galvenā atšķirība starp jaudīgu LED un indikatora gaismas diodi tīrā veidā ir samazināt līdz minimumam šķēršļus gaismas izvadei no LED korpusa. Tāpēc jaudīgām gaismas diodēm ir Lamberta diagramma. Ko tas noved pie prakses? Jūs ieslēdzat gaismas diodi un virs tā iegūst jauku spuldzi. Un ko darīt tālāk? Kā viņi var apgaismot jums nepieciešamo virsmu? Jums jāizmanto dažādas optikas vai atstarotāji, kas neizbēgami rada zaudējumus un līdz ar to arī gaismas plūsmas samazināšanos. Tāpēc, ja, iegādājoties jaudīgu gaismas diodi, jūs neesat iegādājies labu optiku un izveidojis tieši tā dizainu - jūs agri priecājaties, - galvassāpes vēl ir priekšā.

Nepieciešamo lūmenu nogādāšana uz apgaismotās virsmas nav viegls uzdevums.

Lumen

Kā jūs jau sapratāt, lielizmēra gaismas diožu gaismas intensitātes novērtēšanai paredzētās kandeles nav piemērotas. Lai to izdarītu, ir lūmeni - tas ir kopējais gaismas daudzums, ko LED var dot, kad tas ir savienots ar noteiktajām strāvas un sprieguma vērtībām. Atcerieties uguns kausa analoģiju? Šeit viņa arī der. Mēs pieņemam, ka, ja LED gaismas intensitāte ir 100 lūmenu, tad mūsu spainī būs 100 lūmeni.

100 W parastā spuldze ir arī Lamberta avots. Šīs spuldzes vidējā gaismas jauda ir 10-15 lūmeni uz vatu. Tas ir, 100 vati kvēlspuldzes dos mums, teiksim, 1000 lūmenus. Tātad, lai aizstātu 100 vatu lampu ar gaismas diodēm, jums ir nepieciešami 10 gabali ar 100 lūmeniem katrā. Vai tas ir tik vienkārši? Nē, diemžēl. Mēs nonākam pie tāda jēdziena kā LUX.

Suite

Greznība ir lūmenu skaita un apgaismotā laukuma attiecība. 1 lukss ir 1 lūmenis uz kvadrātmetru. Teiksim, ka mums ir kvadrātveida virsma ar viena metra platību. To visu vienmērīgi apgaismo ar spuldzi, kas atrodas noteiktā attālumā no augšas. Šai spuldzei ražotājs deklarēja apgaismojumu 100 luksi. Mēs ņemam ierīci, kas mēra gaismas jaudu un mēra to jebkur mūsu laukumā, mums vajadzētu iegūt 100 lūmenus. Ja tā, ražotājs mūs nemaldināja.

Lasiet arī par šo tēmu:Gaismas diožu izmantošanas piemēri