Εισαγωγή στο LED
Ένα LED ή Η δίοδος εκπομπής φωτός είναι μια απλή δίοδος σύνδεσης PN , κατασκευασμένο από υλικό με μεγαλύτερο ενεργειακό φράγμα. Καθώς η τροφοδοσία δίνεται στη σύνδεση LED, τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας. Όταν το ηλεκτρόνιο χάνει ενέργεια και επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση, εκπέμπεται ένα φωτόνιο. Αυτό το εκπεμπόμενο φως βρίσκεται στη ζώνη συχνοτήτων του ορατού εύρους συχνοτήτων του φωτός.
LED
Αυτή η απλή δίοδος εκπέμπει φως όταν η σύνδεση p-n προκαλείται από τάση τόσο χαμηλή όσο 1 volt. Τα περισσότερα LED λειτουργούν μεταξύ 1,5 και 2 βολτ, αλλά οι τύποι υψηλής φωτεινότητας, ειδικά οι λευκοί, μπλε και ροζ, απαιτούν 3 βολτ για μέγιστη φωτεινότητα. Το ρεύμα μέσω της λυχνίας LED πρέπει να περιορίζεται σε 20 -30 milliere αμπέρ, διαφορετικά η συσκευή θα καεί. Τα λευκά και μπλε LED μπορούν να αντέξουν έως και 40 milliere ρεύμα.
Δίοδος εκπομπής φωτός - LED
Το LED έχει ένα ημιαγωγό τσιπ που αποτελείται από ένωση Gallium το οποίο έχει την ιδιότητα της εκπομπής φωτονίων από την επίδραση του ρεύματος. Το τσιπ συνδέεται σε δύο ακροδέκτες για παροχή τάσης τροφοδοσίας. Ολόκληρο το συγκρότημα είναι ενθυλακωμένο σε εποξειδική θήκη με τους ακροδέκτες να προεξέχουν. Το μακρύ καλώδιο του LED είναι θετικό, ενώ το μικρό καλώδιο είναι αρνητικό. Αρχικά, ο ημιαγωγός που χρησιμοποιήθηκε στο LED ήταν το Gallium Arsenide Phosphate (GaAsP), ενώ το Gallium Aluminium Aeresnide (GaAlAs) χρησιμοποιείται τώρα σε ημέρες με έντονα φωτεινά LED. Τα μπλε και λευκά LED χρησιμοποιούν Indium Gallium Nitride (InGaN), ενώ τα πολύχρωμα LED χρησιμοποιούν διαφορετικούς συνδυασμούς υλικών για την παραγωγή διαφορετικών χρωμάτων. Το λευκό LED περιέχει ένα μπλε τσιπ με λευκό ανόργανο φωσφόρο. Όταν το μπλε φως χτυπήσει το φωσφόρο, θα εκπέμπεται λευκό φως.
Τα LED εκπέμπουν φως με βάση τον Ηλεκτροφωταύγεια. Το υλικό ημιαγωγού στο LED έχει περιοχές τύπου P και Ν τύπου. Η περιοχή p φέρει θετικό φορτίο φέρει που ονομάζονται Holes ενώ η περιοχή Ν απελευθερώνει ηλεκτρόνια. Το υλικό που εκπέμπει φωτονία τοποθετείται ανάμεσα στα στρώματα Ρ και Ν. Όταν εφαρμόζεται μια διαφορά δυναμικού μεταξύ των στρωμάτων Ρ και Ν, τα ηλεκτρόνια από το στρώμα Ν κινούνται προς το ενεργό υλικό και συνδυάζονται με οπές. Αυτό απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή φωτός από το ενεργό υλικό. Με βάση τον τύπο του ενεργού υλικού, θα παράγονται διαφορετικά χρώματα.
8 τύποι LED και το υλικό που χρησιμοποιείται σε αυτά
1. Αλουμίνιο Gallium Arsenide - Υπέρυθρες LED
2. Αλουμίνιο Gallium Arsenide, Gallium Arsenide Phosphide, Gallium Phosphide - Red LED
3. Φωσφίδιο αργιλίου γαλλίου, νιτρίδιο γαλλίου - πράσινο LED
4. Φωσφίδιο αργιλίου γαλλίου, φωσφίδιο αρσενιδίου γαλλίου, φωσφίδιο γαλλίου - κίτρινο LED
5. Αλουμίνιο Γάλλιο φωσφίδιο ίνδιο - πορτοκαλί LED
6. Indium Gallium Nitride, Silicon Carbide, Sapphire, Zinc Selenide - Blue LED
7. Indium Gallium Nitride με βάση το νάτριο Gallium - Λευκό LED
8. Indium Gallium Nitride, Aluminium Gallium Nitride - Υπεριώδες LED
8 παράμετροι LED
1. Φωτεινή ροή - Είναι η ποσότητα ενέργειας από το LED και μετριέται σε Lumen (lm) ή Milli lumen (mlm)
2. Φωτεινή ένταση - Είναι η φωτεινή ροή που καλύπτει μια περιοχή και μετριέται σε όρους Candela (cd). Η φωτεινότητα των LED εξαρτάται από τη φωτεινή ένταση.
3. Φωτεινή αποτελεσματικότητα - Δείχνει το φως σε σχέση με την τάση που εφαρμόζεται. Η μονάδα του είναι lumen ανά watt (lm w).
4. Μπροστινή τάση (Vf) - Είναι η πτώση τάσης στα LED. Κυμαίνεται από 1,8 βολτ σε κόκκινο LED έως 2,2 βολτ σε πράσινο και κίτρινο LED. Σε μπλε και λευκά LED, είναι 3,2 βολτ.
5. Προώθηση ρεύματος (Εάν) - Είναι το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα μέσω του LED. Κυμαίνεται από 10 mA έως 20mA σε συνηθισμένο LED, ενώ 20mA έως 40 mA σε λευκό και μπλε LED. Τα LED υψηλής φωτεινότητας 1 watt απαιτούν ρεύμα 100 - 350 milliere.
6. Γωνία θέασης - Ονομάζεται επίσης Γωνία εκτός άξονα. Είναι η φωτεινή ένταση που μειώνεται στην τιμή του μισού άξονα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα πλήρη φωτεινότητα σε πλήρη κατάσταση. Τα LED υψηλής φωτεινότητας τύπου έχουν στενή γωνία θέασης έτσι ώστε το φως να εστιάζεται σε μια δέσμη.
7. Επίπεδο ενέργειας - Το επίπεδο ενέργειας στην έξοδο φωτός εξαρτάται από την τάση που εφαρμόζεται και το φορτίο στα ηλεκτρόνια του ημιαγωγού. Το επίπεδο ενέργειας είναι E = qV όπου q είναι το φορτίο στα ηλεκτρόνια και V είναι η εφαρμοζόμενη τάση. Το q είναι συνήθως -1,6 × 1019 Joule.
8. Wattage of LED - Είναι η τάση προς τα εμπρός πολλαπλασιαζόμενη με το ρεύμα προώθησης. Εάν το υπερβολικό ρεύμα ρέει μέσω του LED, η διάρκεια ζωής του θα μειωθεί. Έτσι, μια αντίσταση σειράς, συνήθως 470 ohms έως 1K χρησιμοποιείται για τον περιορισμό του ρεύματος μέσω του LED.
Η αντίσταση LED μπορεί να επιλεγεί χρησιμοποιώντας τον τύπο Vs - Vf / If. Όπου Vs είναι η τάση εισόδου, το Vf είναι η μπροστινή τάση του LED και εάν είναι το μπροστινό ρεύμα του LED.
Ανάγκη τροφοδοσίας AC για οδήγηση LED
Για εφαρμογές με χαμηλή ισχύ, όπως σε κινητά τηλέφωνα, είναι δυνατή η χρήση τροφοδοσίας DC για LED. Ωστόσο, για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας όπως τα φώτα κυκλοφορίας που χρησιμοποιούν LED, είναι πραγματικά άβολο να χρησιμοποιείτε DC. Αυτό συμβαίνει επειδή καθώς αυξάνεται η απόσταση, η μετάδοση ισχύος DC συμβάλλει σε περισσότερες απώλειες και επίσης είναι πολύ φθηνή η χρήση συσκευών για μετατροπή DC-DC. Ως αποτέλεσμα, είναι πιο κατάλληλο να χρησιμοποιείτε τροφοδοσία AC για εφαρμογές υψηλού επιπέδου, όπως λάμψη μεγάλου αριθμού LED.
Ο πυκνωτής ως περιοριστής τάσης AC
Ο πυκνωτής έχει μια ιδιότητα να αντιτίθεται στη μεταβολή της εφαρμοζόμενης τάσης αντλώντας ή τροφοδοτώντας ρεύμα από το κύκλωμα, καθώς φορτίζουν ή εκφορτώνουν. Το ρεύμα απέναντι στον πυκνωτή δίνεται ως
I = CdV / dt
Όπου το C είναι χωρητικότητα, το dV / dt υποδηλώνει αλλαγή τάσης. Είμαι η χρέωση μεταξύ των πινακίδων ανά μονάδα χρόνου ή του ρεύματος.
Το ρεύμα μέσω ενός πυκνωτή είναι μια αντίδραση ενάντια στην αλλαγή τάσης. Επομένως, για υψηλή στιγμιαία τάση, το ρεύμα είναι μηδέν. Με άλλα λόγια, η τάση υστερεί στο ρεύμα κατά 90 μοίρες. Αυτή η ιδιότητα του πυκνωτή το καθιστά χρησιμοποιήσιμο ως μειωτή τάσης για τροφοδοσία AC. Ωστόσο, αυτό εξαρτάται από την τιμή χωρητικότητας και τη συχνότητα. Όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα και η χωρητικότητα, τόσο μικρότερη είναι η αντίδραση.
Εφαρμογή που περιλαμβάνει χρήση εναλλασσόμενου ρεύματος για οδήγηση LED
Οι δίοδοι LED ή εκπομπής φωτός μπορούν να λειτουργούν απευθείας μέσω τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος απλά χρησιμοποιώντας το συνδυασμό ενός πυκνωτή και μιας αντίστασης. Η κύρια τροφοδοσία AC των 220V μετατρέπεται σε AC χαμηλής τάσης χρησιμοποιώντας μετασχηματιστή. Ο πυκνωτής χρησιμοποιείται ως περιοριστής τάσης όπου ως αντίσταση είναι ο τρέχων περιοριστής. Οι δίοδοι με υψηλό PIV (1000V) χρησιμοποιούνται για την προστασία των LED από την υψηλή τάση.
Κανονικά η πτώση τάσης σε ένα λευκό led είναι περίπου 1,5V. Τα LED συνδέονται σε δύο συνδυασμούς παράλληλων σειρών. Εάν χρησιμοποιούνται 12 LED σε κάθε συνδυασμό, η πτώση τάσης στον συνδυασμό LED είναι περίπου 30V. Η αντίσταση λειτουργεί ως περιοριστής ρεύματος και παρέχει πτώση τάσης περίπου 30V. Έτσι, με το συνδυασμό ενός πυκνωτή και της αντίστασης, είναι δυνατή η οδήγηση μιας σειράς LED. Η τιμή της αντίστασης εξαρτάται από τον αριθμό των LED που χρησιμοποιούνται. Δεδομένου ότι η βαθμολογία LED είναι στα 15mA, το ρεύμα μέσω κάθε LED θα είναι 15mA και το συνολικό ρεύμα μέσω των δύο σετ συνδυασμού LED θα είναι 30mA, προκαλώντας πτώση τάσης 30V σε όλη την αντίσταση 1k.
Ελπίζω να έχετε μια ιδέα σχετικά με την έννοια των LED που λειτουργούν με ρεύμα, εάν επιπλέον ζητηθεί σχετικά με αυτό το θέμα ή σχετικά με την έννοια των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών έργων, αφήστε την ενότητα σχολίων παρακάτω.
