O diodach LED dla manekinów

Nie bardzo lubię formuły. Jak każda normalna osoba :) Sprawiają mi ból głowy i chęć rzucenia czymś w ścianę. Przez całe życie starałem się trzymać od nich z daleka. I okazało się. Ale teraz zainteresowałem się diodami LED i zdałem sobie sprawę - nigdzie się nie da. Aby uzyskać pożądany wynik, musisz zrozumieć, jak to działa. Powoli, po schodach, zacząłem przedzierać się przez dżunglę światła, kandeli i sterady. Stopniowo w mojej głowie zaczęło powstawać zdjęcie. I jednocześnie żałować - cóż, dlaczego nie było nikogo, kto mógłby to wyjaśnić w prostym, dostępnym języku? Tyle straconego czasu ... Postaram się uchronić cię przed bólem głowy i wyjaśnię to tak łatwo, jak to możliwe - co to jest dioda LED i jak to działa. Jednocześnie wyjaśnię kilka praw optyki :)

Artykuł jest dedykowany tym, którzy gubią się w suitach Watts-Candela-Lumen. I rzeczywiście w diodach LED. Napisane przez zaawansowany czajniczek dla początkujących :)

Zwykła dioda LED

Bez względu na to, jak się obracasz, najpierw musisz dotknąć praw zwykłej elektryczności. W przykładowych przykładach oczywiście :) Wszyscy wiemy - co to jest 220 woltów - to może trafić właściwie, jeśli nie przestrzegasz zasad bezpieczeństwa. Kiedy kupujesz urządzenie elektryczne, na przykład żelazko, paszport mówi, do jakiego napięcia jest przeznaczony. Zwykle jest to 220 woltów. Ale w tym samym paszporcie wskazane są również te parametry - napięcie przemienne o częstotliwości 50 herców. Dlaczego producenci uparcie wskazują te parametry?

Podnieś paszport techniczny do urządzenia elektrycznego i spójrz - mówi, że napięcie zasilania powinno wynosić ~ 220 woltów, 50 Hz. Zobaczmy co to jest. „~” Oznacza, że ​​napięcie musi być zmienne. Na przykład w samochodowym układzie elektrycznym napięcie jest stałe. A dzięki baterii palcowej jest trwały. Różnica jest prosta - stałe napięcie ma plus i minus - zmienna nie. Dlaczego nie Wszystko jest bardzo proste. W sieciach prądu przemiennego plus i minus stale zmieniają miejsca. Ten sam kontakt jest albo plusem albo minusem. Jak często Ale do tego jest inna wartość - 50 Hz.

Co to jest Hz? Jest to jeden chybotanie na sekundę. Oznacza to, że w naszej sieci domowej plus zmiany minus pięćdziesiąt razy na sekundę. A teraz - jakie jest praktyczne wykorzystanie tej wiedzy, jaki rodzaj łożyska ma na diodzie LED?

Zróbmy to dobrze. Załóżmy, że masz w rękach żarówkę o napięciu 220 woltów i mocy 100 W. Jeśli podłączysz go do sieci elektrycznej - zapali się na całe sto watów. A jeśli nie potrzebujemy tych 100 watów? Potrzebujesz, powiedzmy, 50? Pomoże nam to DIODA.

Jeśli przełamiemy słowo „LED” na jego elementy, otrzymamy „światło” i „diodę”. Oznacza to, że jest to zwykła dioda, która również świeci.

Dioda to urządzenie, które najlepiej porównać na przykład z zaworem lub złączką w kole samochodowym. Tam możesz pompować powietrze iz powrotem - sutek nie pozwala. Zwykła dioda wygląda jak czarna beczka z dwoma pinami - plus i minus. Tutaj możemy go wykorzystać do praktycznych eksperymentów, które pomagają wielu naprawić materiał. Oczywiście rozpoczynanie eksperymentów przy napięciu 220 woltów jest niebezpieczne, ale przy należytej staranności nic złego się nie stanie. Niemniej wszystkie eksperymenty, które przeprowadzasz na własne ryzyko i ryzyko :)

Zobacz temat: Urządzenie i zasada działania diody półprzewodnikowej

Potrzebujemy żarówki z lodówki na 220 V, 15 W. Dla niej musisz znaleźć odpowiedni nabój i usunąć z niego dwa przewody. Następnie potrzebujemy dowolnej diody, którą można uzyskać na przykład z dowolnego uszkodzonego telewizora lub magnetofonu. Im większy, tym lepiej. Nie musisz brać bardzo małych - w końcu 220 woltów. W pobliżu zwykle znajduje się oznaczenie w formie trójkąta.

Następnie potrzebujemy przewodu zasilającego z wtyczką, niektórych przewodów i lutownica. Aby rozpocząć, po prostu podłącz żarówkę do sieci i pamiętaj, jak się świeci. Następnie odłącz i zmontuj obwód, jak pokazano po lewej stronie.

Nie zapomnij dokładnie zaizolować wszystkich połączeń taśmą elektryczną. Podłącz Jak widać, żarówka świeci znacznie gorzej. Nie jest to zaskakujące - teraz otrzymuje tylko połowę potrzebnego napięcia - druga dioda nie uruchamia się. Jeśli twoje doświadczenie zakończyło się sukcesem, a dioda jest wystarczająco duża - możesz teraz uczynić każdą ze swoich żarówek praktycznie wiecznymi.

Na przykład 50-watowa lampa świeci w korytarzu i stale się pali. Weź 100 watów, włącz diodę - będzie świecić jak 50 watów, ale się nie wypali. Jest jednak jedno zastrzeżenie - dioda musi mieć napięcie 220 V, a prąd wynosi co najmniej amper. Najlepiej kupić w sklepie z częściami radiowymi.

Skoro zorientowaliśmy się, czym jest dioda, warto przejść do interesującego nas tematu - diody LED. Dioda LED, jak jest teraz jasne, ma również plus i minus. Oznacza to, że do jego działania potrzebne jest stałe źródło napięcia - bateria, bateria, zasilacz. Zasilacz musi wskazywać, że dostarcza stałe napięcie (DC). Zwykle na okładce bloku znajduje się naklejka z tą zawartością.

Wejście - ~ 220 V 50 HZ,

wyjście - 12 V, 0,5 A DC

Oznacza to, że taka jednostka może wytwarzać stałe napięcie 12 woltów i prąd 0,5 ampera.

Należy pamiętać, że ładowarka do telefonów komórkowych jest również źródłem zasilania. Zwykle ma parametry 5-6 woltów, 0,2-0,5 A. Często bardzo wygodnie jest go używać do zasilania diod LED, ponieważ ładowarka stabilizuje prąd. Ale o tym więcej w kolejnych artykułach.

Ważne są dla nas dwa parametry - napięcie robocze diody LED i prąd. Napięcie robocze diody LED jest również nazywane „spadkiem napięcia”. Zasadniczo termin ten oznacza, że ​​za diodą LED napięcie w obwodzie będzie mniejsze o wielkość tego samego spadku. Oznacza to, że jeśli dostarczymy zasilanie do diody LED, która ma spadek napięcia o 3 wolty, wtedy zje te trzy wolty, a urządzenie podłączone do niej po tym dostanie 3 wolty mniej. Ale najważniejszą rzeczą do nauczenia jest to, że prąd jest ważny dla diody LED, a nie dla napięcia. On przyjmie napięcie tyle, ile potrzebuje, ale prąd - ile dasz. Oznacza to, że jeśli źródło zasilania może wydzielać 10 amperów, dioda LED pobierze prąd, dopóki się nie wypali. Logika jest tutaj prosta - podłączona dioda LED pobiera prąd i zaczyna się rozgrzewać. Im silniej się nagrzewa - im więcej prądu może przez nią przepływać - rozszerza się z ogrzewania. Wraz z prądem wzrasta spadek napięcia na diodzie. I dopóki nie wypali się całkowicie - nikt nie ograniczył prądu. Ale trzeba to zrobić, używając elementu ograniczającego.

Należy pamiętać, że jeśli źródło zasilania ma napięcie wyjściowe równe napięciu roboczemu diody LED, nie jest konieczne ograniczenie prądu. To znaczy, jeśli masz na przykład białą diodę LED i baterię 3,6 V z telefonu komórkowego - możesz podłączyć ją bezpośrednio do tej baterii - nic się nie stanie z diodą LED. Byłby szczęśliwy, gdyby pobierał więcej prądu - ale nie ma wystarczającego napięcia. Tak więc bateria komórkowa 3,6 V jest idealnym źródłem zasilania do eksperymentowania z białymi i niebieskimi diodami LED. Dlaczego tylko z nimi - o tym w innych artykułach.

Ogólnie rzecz biorąc, szeregowo z diodą LED musimy postawić rodzaj kurka i przykręcić go do potrzebnej wartości. W roli takiego żurawia mogą znajdować się różne urządzenia. Najprostszym z nich jest rezystor.

Optyczne aspekty korzystania z diod LED

Załóżmy, że nauczyliśmy się podłączać diodę LED i ograniczać jej prąd. Powstaje pytanie - ile świeci? Tutaj musimy trochę zanurzyć się w optykę.

Spośród właściwości diod LED, szczególnie mocnych, często wskazywany jest rodzaj rozkładu światła. Zwykle jest to tak zwana dioda Lambert. Ponadto uznamy to za najbardziej rozpowszechnione. Co oznacza ten termin? Dioda LED „Lambert” świeci jednakowo we wszystkich kierunkach, niezależnie od kierunku.Gdyby LED był kulą, świeciłby jednakowo we wszystkich kierunkach - taka jest istota schematu Lamberta. Aby to wyjaśnić, słońce jest lambertowskim źródłem.

Standardowa konstrukcja LED to kryształ, cienka płytka, która świeci. Spójrz przez przezroczyste okno diody LED - zobaczysz ten kryształ. Przychodzą do niego cienkie druty kontaktów. Jeśli połączysz wyobraźnię, możesz wyobrazić sobie światło pochodzące z diody LED jako wiszącą nad nią chmurę w kształcie kuli. Światło - są to małe cząstki zwane fotonami. Tak więc kula wypełniona fotonami wisi nad diodą LED. Im więcej światła emituje dioda LED, tym większa kula, tym bardziej latają pączki fotonów, wypychając się i wypychając. Większość z nich leci w górę prostopadle do płaszczyzny kryształu, więc maksymalna intensywność światła diod LED wynosi 90 stopni w stosunku do płaszczyzny kryształu. Mam nadzieję, że teraz diagramy podane przez producentów diod LED stały się dla was jaśniejsze :) Aby stać się całkowicie zrozumiałym, spójrzmy na przykład.

Załóżmy, że jest dioda LED, na której szczycie emitowana jest przez nią kula świetlna o średnicy 1 metra (dobra dioda! :)).

Niższa skala jest liczbą procentową tego miernika, górna to stopień promieniowania. Zgodnie z tym diagramem największa liczba fotonów znajduje się w najwyższym punkcie ze stopniem 0 i zakresem 1 metra. Wygląda dziwnie, ale tak jest. Mniej dziwne, że zaczyna wyglądać, jeśli pamiętasz, że światło jest falą, nie bez powodu wskazują one długość fali dla charakterystyk. Odpowiednio, nasza kula świetlna może być reprezentowana jako pole elektromagnetyczne o określonej gęstości. Ale to już dżungla - ruszajmy :)

Połowa kąta jasności

Producent zwykle wskazuje parametr, taki jak podwójny kąt połowy jasności. Co oznacza ten termin? Jak się dowiedzieliśmy, dioda LED daje maksymalne światło w środku i na górze, to znaczy kąt wynosi zero. W związku z tym im dalej od środka, tym mniej światła. Połowa kąta jasności występuje wtedy, gdy dioda LED emituje 100 konwencjonalnych jednostek światła przy „0” stopniach, a na przykład przy 30 stopniach (w stosunku do osi „0”) - 50. Połówkowy kąt jasności Na rysunku I to natężenie światła, Imax to maksymalne natężenie światła. ImaxCos - połowa mocy światła. Dlaczego „podwójnie” - mnożymy stopnie przez dwa, dioda LED świeci również symetrycznie. W rezultacie otrzymujemy ładny trójkąt równoramienny światła. Poza tym trójkątem jest także światło, mamy kulę światła, ale punktem odniesienia dla charakterystyki diody LED jest połowa kąta.

Candela

Teraz możemy rozważyć, czym jest Candela. Candela to po staremu „świeca”. Pamiętasz, jak mawiano - żyrandol lub lampa ze sto świecami? W dawnych czasach potrzebny był jakiś punkt odniesienia. Uzgodniliśmy, że weźmiemy świecę o wymaganej grubości, podpalimy i uznamy za standard, tę właśnie kandelę. W dzisiejszych czasach oczywiście myślą inaczej. Nie wyjaśnię szczegółowo, jak to wykracza poza zakres tego artykułu. To tylko jednostka miary światłości i nazywa się Candela. Jego główną cechą jest wykorzystanie źródeł kierunkowych do pomiaru natężenia światła. Dlatego w przypadku diod LED o średnicy 5 mm wartości są podawane w kandelach, a dokładniej w milikandelach (1 cd = 1000 mcd).

Czas dowiedzieć się, jak diody LED 5 mm lub inne w plastikowej obudowie różnią się od mocnych.

Cechy konstrukcyjne wskaźników LED 5 mm

Jak wspomniano powyżej, dioda LED to kryształ emitujący światło. Rozważ projekt diody LED w plastikowej skrzynce 5 mm. Dokładne badanie ujawnia dwie ważne rzeczy - soczewkę i reflektor. Kryształ LED jest umieszczony w urządzeniu odbłyśnika LED. Ten reflektor ustawia początkowy kąt rozproszenia. Następnie światło przechodzi przez obudowę epoksydową. Dochodzi do soczewki - a następnie zaczyna się rozpraszać po bokach pod kątem w zależności od konstrukcji obiektywu. W praktyce - od 5 do diody LED 160 stopni.

Aby wskazać natężenie światła takich diod LED, używana jest tylko kandela.Diody LED z kierunkową emisją emitują światło pod stałym kątem. Aby zrozumieć, co to jest kąt stały, wystarczy wyobrazić sobie następujący obraz. Weź latarkę, włącz ją i włóż do wiadra do samego dołu, a następnie zamknij pokrywką. Światło w środku ma zatem kształt stożka w kształcie naszego wiadra. Ten stożek ograniczony pokrywką jest stałym kątem.

Spróbuję wyjaśnić znaczenie rozkładu światła w prostszy sposób. Załóżmy, że natężenie światła naszej latarni wynosi 1 kandela, czyli 1000 mikrochandeli (aby być bardziej symbolicznymi, mikrokandel można uznać za fotony :)) Jeśli pójdziemy dalej przez analogię, mamy pełne wiadro mikrochandeli. Jeśli chcesz, możesz obliczyć objętość wiadra - witaj w geometrii :) W związku z tym, jeśli weźmiemy wiadro dwa razy więcej - mikrokanaliki są na nim równomiernie rozmieszczone, to znaczy, nie będzie już więcej :) We wszystkich tych wyjaśnieniach można znaleźć odpowiedź na święte pytanie - ile Diody LED są potrzebne do zastąpienia 100-watowej żarówki. O tym - dalej.

Cechy konstrukcyjne diod LED dużej mocy

W przeciwieństwie do diod LED, mocne to nie tylko urządzenie, ale także produkt marketingowy. Dziś między głównymi producentami istnieje prawdziwy wyścig o lumen - kto jest kimś więcej? I nikogo nie obchodzi, że te lumeny muszą być nadal używane. Chodźmy w porządku.

Główną różnicą między mocną diodą LED a diodą wskaźnikową w czystej postaci jest zminimalizowanie wszelkich przeszkód w wyjściu światła z obudowy LED. Dlatego mocne diody LED mają schemat Lamberta. Do czego to prowadzi w praktyce? Włączasz diodę LED i otrzymujesz ładną żarówkę nad nią. A co dalej? Jak mogą oświetlić potrzebną powierzchnię? Musisz użyć różnych elementów optycznych lub reflektorów, co nieuchronnie prowadzi do strat, a tym samym do zmniejszenia strumienia świetlnego. Dlatego, jeśli kupiłeś mocną diodę LED, nie nabyłeś dobrej optyki i zaprojektowałeś specjalnie dla jej projektu - cieszysz się wcześnie - ból głowy jeszcze nadejdzie.

Dostarczenie potrzebnych lumenów na powierzchnię, którą chcesz oświetlić, nie jest łatwym zadaniem.

Lumen

Jak już zrozumiałeś, świeczki do oceny natężenia światła diod LED dużej mocy nie są odpowiednie. Aby to zrobić, istnieją lumeny - jest to całkowita ilość światła, którą dioda LED może dać, gdy jest połączona z określonymi wartościami prądu i napięcia. Pamiętasz analogię wiadra ognia? Tutaj też pasuje. Zakładamy, że jeśli dioda LED ma natężenie światła 100 lumenów, wówczas w naszym wiaderku będzie 100 lumenów.

Zwykła żarówka o mocy 100 W jest również źródłem Lamberta. Średnia moc świetlna tej żarówki wynosi 10-15 lumenów na wat. Oznacza to, że 100 watów żarowego światła da nam, powiedzmy, 1000 lumenów. Aby więc wymienić 100-watową lampę na diody LED, potrzebujesz 10 sztuk po 100 lumenów każda. Czy to takie proste? Niestety nie. Dochodzimy do terminu takiego jak LUX.

Suite

Luksus to stosunek liczby lumenów do oświetlonego obszaru. 1 luks to 1 lumen na metr kwadratowy. Powiedzmy, że mamy kwadratową powierzchnię o powierzchni jednego metra. Wszystko jest równomiernie oświetlone przez żarówkę umieszczoną w pewnej odległości od góry. W przypadku tej żarówki producent zadeklarował oświetlenie 100 luksów. Bierzemy urządzenie, które mierzy moc światła i mierzymy go w dowolnym miejscu na naszym kwadracie, powinniśmy uzyskać 100 lumenów. Jeśli tak, producent nas nie oszukał.

Przeczytaj także na ten temat:Przykłady użycia LED