Из чего состоит светодиод: Принцип работы светодиода и его устройство

Содержание

Подробное устройство и принцип работы светодиода

С момента открытия красного светодиода (1962 г.) развитие твердотельных источников света не останавливалось ни на миг. Каждое десятилетие отмечалось научными достижениями и открывало для ученых новые горизонты. В 1993 году, когда японским ученым удалось получить синий свет, а затем и белый, развитие светодиодов перешло на новый уровень. Перед физиками всего мира стала новая задача, суть которой заключалась в использовании светодиодного освещения в качестве основного.

В наше время можно сделать первые выводы, свидетельствующие об успехах становления светодиодного освещения и продолжающейся модернизации светодиода. На прилавках магазинов появились светильники со светодиодами, изготовленными по технологии COB, COG, SMD, filament.

Как устроен каждый из перечисленных видов, и какие физические процессы вынуждают полупроводниковый кристалл светиться?

Что такое светодиод?

Перед разбором устройства и принципа работы, кратко рассмотрим, что светодиод из себя представляет.

Светодиод – это полупроводниковый компонент с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании электрического тока в прямом направлении.

В отличие от нити накала и люминесцентных источников света, испускаемый свет светодиодом лежит в небольшом диапазоне спектра. То есть кристалл светоизлучающего диода испускает конкретный цвет (в случае со светодиодами видимого спектра). Для получения определенного спектра излучения в светодиодах используют специальный химический состав полупроводников и люминофора.

Устройство, конструкция и технологические отличия

Существует много признаков, по которым можно классифицировать светодиоды на группы. Одним из них является технологическое отличие и небольшое различие в устройстве, которое вызвано особенностью электрических параметров и будущей сферой применения светодиода.

DIP

Цилиндрический корпус из эпоксидной смолы с двумя выводами стал первым конструктивом для светоизлучающего кристалла. Закругленный цветной или прозрачный цилиндр служит линзой, формируя направленный пучок света. Выводы вставляются в отверстия печатной платы (DIP) и с помощью пайки обеспечивают электрический контакт.

Излучающий кристалл располагается на катоде, который имеет форму флажка, и соединяется с анодом тончайшим проводом. Существуют модели с двумя и тремя кристаллами разного цвета в одном корпусе с количеством выводов от двух до четырёх. Кроме этого, внутри корпуса может быть встроен микрочип, управляющий очередностью свечения кристаллов либо задающий чистоту его мигания.

Светодиоды в DIP корпусе относятся к слаботочным, используется в подсветке, системах индикации и гирляндах.

В попытках нарастить световой поток, появился аналог с усовершенствованным устройством в DIP корпусе с четырьмя выводами, известный как «пиранья». Однако увеличенная светоотдача нивелировалась размерами светодиода и сильным нагревом кристалла, что ограничило область применения «пираньи». А с появлением SMD технологии их производство практически прекратилось.

SMD

Полупроводниковые приборы с креплением на поверхность печатной платы коренным образом отличаются от предшественников. Их появление расширило возможности конструирования систем освещения, позволило снизить габариты светильника и полностью автоматизировать монтаж. Сегодня SMD-светодиод – это самый востребованный компонент, используемый для построения источников света любых форматов.

Основа корпуса, на которую крепится кристалл, является хорошим проводником тепла, что в разы улучшило отвод тепла от светоизлучающего кристалла. В устройстве белых светодиодов между полупроводником и линзой присутствует слой люминофора для задания нужной цветовой температуры и нейтрализации ультрафиолета. В SMD-компонентах с широким углом излучения линза отсутствует, а сам светодиод имеет форму параллелепипеда.

COB

Chip-On-Board – одно из новейших практических достижений, которое в ближайшем будущем займет лидерство по производству белых светодиодов в искусственном освещении. Отличительная черта устройства светодиодов по технологии COB заключается в следующем: на алюминиевую основу (подложку) через диэлектрический клей крепят десятки кристаллов без корпуса и подложки, а затем полученную матрицу покрывают общим слоем люминофора. В результате получается источник света с равномерным распределением светового потока, исключающий появление теней.

Разновидностью COB является Chip-On-Glass (COG), которая подразумевает размещение множества мелких кристаллов на поверхности из стекла. В частности, широко известны филаментные лампы на 220 В, в которых излучающим элементом служит стеклянный стержень со светодиодами, покрытыми люминофором.

Принцип работы светодиода

Несмотря на рассмотренные технологические особенности, работа всех светодиодов базируется на общем принципе действия излучающего элемента. Преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разным типом проводимости. Материал с n­-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с p-проводимостью – дырками. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности.

В момент подачи прямого напряжения начинается движение электронов и дырок к p-n-переходу. Заряженные частицы преодолевают барьер и начинают рекомбинировать, в результате чего протекает электрический ток. Процесс рекомбинации дырки и электрона в зоне p-n-перехода сопровождается выделением энергии в виде фотона.

Вообще, данное физическое явление применимо ко всем полупроводниковым диодам. Но в большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Чтобы заставить элементарную частицу двигаться в диапазоне 400-700 нм ученым пришлось провести немало экспериментов с подбором подходящих химических элементов. В результате появились новые соединения: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы, каждая из которых характеризуется своей длиной волны, а значит, и цветом излучения.

Кроме полезного света, испускаемого светодиодом, на p-n-переходе выделяется некоторое количество теплоты, которая снижает эффективность полупроводникового прибора. Поэтому в конструкции мощных светодиодов должна быть продумана возможность реализации эффективного отвода тепла.

Устройство светодиода и принцип действия

Светодиод сокращённо (СД), светоизлучающий диод (СИД), light emitting diode сокращённо LED – это полупроводниковое устройство, которое способно создавать световое излучение различной интенсивности при подключении его в прямом направлении к электрическому току.

Светодиод: устройство.

Основа светодиода – полупроводниковый кристалл. Кристалл размещается на металлическое основание катод, который также является отражателем.

Кристалл соединяется тонкой проволокой с анодным выводом. Вся конструкция помещается в корпус колбу нужной формы, верхняя часть колбы состоит из рассеивающей или собирающей линзы. От формы линзы зависит угол рассеивания светового потока, чем более плоская линза, тем шире угол рассеивания и наоборот, чем выпуклей линза, тем уже световой поток.

Для изготовления кристалла светодиода могут, используются такие  полупроводниковые материалы как арсенид галлия, алюминия галлия арсенид, галлия фосфид, галлия арсенид-фосфид, кремний и пр.

В зависимости от материала, из которого сделан кристалл, светодиод может излучать заданный спектр свечения.

Все светодиоды можно поделить на два основных типа:

Индикаторные – маломощные светодиоды используются как индикаторы в различных приборах (см. рис. сверху).

Осветительные – более мощные светодиоды, используются в осветительных приборах.

Типы осветительных диодов:

  • SMD.
  • HP – высокой яркости.
  • HP – высокой мощности.

Устройство осветительного светодиода.

Светодиод: принцип действия.

Принцип действия светодиода основан на так называемом p-n (электронно-дырочном) переходе.

Светодиод включает в себя полупроводниковый p-n переход, где материал — n обогащён отрицательными носителями заряда (приобретают дополнительные электроны), а материал – p положительными носителями заряда (приобретают «дырки» места, где отсутствуют электроны на орбитах атомов).

Когда в диоде возникает электрическое поле, электроны из материала — n и дырки из материала – p, устремляются к p – n переходу, где электроны инжектируются в – p материал.

При подаче отрицательного напряжения со стороны – n проходит ток в материал – p (прямое смещение).

При переходе из – n в – p избыточные электроны рекомбинируют с «дырками» при этом выделяется энергия из элементарных частиц фотонов и светодиод испускает свечение.

Обозначение светодиода в электрических схемах.

Светодиод может работать только при пропускании через него тока в прямом направлении (анод положительный потенциал относительно катода).

Недопустимо подключение светодиода обратной полярностью к источнику напряжения, светодиоды обычно имеют невысокое обратное пробивное напряжение, поэтому если в схеме возможно обратное напряжение светодиод нужно дополнительно защитить параллельно подключённым обычным диодом.

Подключать светодиод к источнику напряжения можно только через ограничитель тока, например через последовательно подключённый резистор.

Некоторые диоды могут иметь встроенную в корпус токоограничивающую цепь.

Для мощных светодиодов также применяются схемы, с широтно импульсной модуляцией которые могут поддерживать среднее значение тока на заданном уровне.

При пропускании через светодиод тока превышающего предельно допустимые параметры, светодиод мгновенно перегревается и выходит из строя.

Преимущества применения светодиодов в качестве источников света.

Высокая светоотдача до 146 люмен на ватт.

Современные светодиоды имеют широкий спектр свечения от 2700 К (теплый белый) до 6500 К (холодный белый).

Низкая инерционность, светодиод включается сразу на полную яркость.

Угол излучения от 15 до 180 градусов.

Механическая прочность и вибростойкость.

Светодиоды не чувствительны к низким температурам.

Продолжительный срок службы светодиодов, некоторые светодиоды могут работать до 100000 часов.

На продолжительность службы светодиодов не влияет количество циклов включения-выключения, в отличие от газоразрядных ламп и ламп накаливания.

Экологичность – в отличие от люминесцентных ламп для производства светодиодов не используются опасные материалы, такие как ртуть и фосфор.

Недостатки светодиодов.

При недостаточном отводе тепла у мощных светодиодов происходит деградация и падение яркости кристалла.

Светодиоды чувствительны к перепадам напряжения, повышенное напряжение приводит к перегреву светодиода и сокращает срок его службы.

Применение светодиодов.

Современные мощные светодиоды применяются в промышленном и бытовом освещении, светодиоды используются в качестве источников света в лампах, фонарях, светильниках, светодиодных лентах.

Светодиоды применяются в подсветке жидкокристаллических экранов телевизоров, мониторов, мобильных телефонов.

Маломощные светодиоды применяются в качестве индикаторов для бытовых и промышленных приборов, используются в панелях управления и пр.

Поделиться в соц. сетях

Светодиоды. Устройство, технологии изготовления, параметры и свойства. Достоинства и недостатки

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.

Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод («минус»), а другой — анод («плюс»).

Светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного светодиода серии Luxeon, выпускаемой компанией Lumileds, схематически изображена на рисунке.

Принцип работы светодиода заключается в следующем: свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя

Светодиод хорош тем, что в нём, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5-10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

Плох светодиод только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2-3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

Светодиоды. Общие сведения, виды, применение.. Информация — Диод КМВ

Светодиод – это полупроводниковый элемент, преобразующий электрический ток в световое излучение. Принцип работы светодиода основан на люминесценции. Светодиод имеет два вывода – плюс и минус. Плюс подается на анод, минус – на катод. Поэтому при подключении светодиодов необходимо соблюдать полярность.


Условное обозначение светодиодов на схеме

 

Общепринятое обозначение светодиода LED  (англ. Light-emitting diode), что означает светоизлучающий диод или светодиод – СИД (СД).

Светодиод состоит из полупроводникового кристалла, закрепленного на подложке из меди и алюминия, корпуса с контактными выводами и оптической системы.

Цвет свечения определяется длиной световой волны, испускаемой кристаллом светодиода, и зависит от химического состава полупроводника. В настоящее время производятся светодиоды видимого, ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов.

Существует несколько типов светодиодов:

  • DIP – светодиоды – первые массовые светодиоды. Кристалл установлен в корпус с линзой. Имеют два контакта. В основном используются в световых табло.


Конструкция диодов DIP LED

 

  • Светодиоды «пиранья» или Superflux LED имеют аналогичную конструкцию, но не два, а четыре вывода.


Конструкция диодов Superflux LED

 

  • SMD – светодиоды (англ. surface mounted device) изготавливаются по технологии поверхностного монтажа (ТМП). Чип монтируется на поверхность платы через керамическую подложку, что обеспечивает малые габариты и хороший теплоотвод. SMD – светодиоды являются самыми распространенными.


Конструкция диодов SMD LED

 

  • COB – технология (англ. Chip-On-Board) – чип кристалла или нескольких кристаллов монтируются на плату без керамической подложки и поклываются слоем люминофора, что обеспечивает высокую надежность, компактность и теплоотвод.


Конструкция диодов COB LED

 

Нанесение поверх кристалла люминофора позволяет получить любое свечение светодиода.


Способы нанесения люминофора. При традиционном способе люминофор наносится прямо на кристалл светодиода.

 

Люминофор – это вещество, обладающее люминисценцией – способностью преобразовывать поглащаемую энергию в световое излучение. Термин «люминофор» происходит от латинского lumen – свет и греческого phoros — несущий. В светодиодном производстве распространены следующие люминофоры: иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), легированный трехвалентным церием, и силикаты щелочно-земельных металлов, легированные европием. Например, синий светодиод, покрытый желтым люминофором будет светиться белым.

Основные достоинства светодиодов:

  • высокие светотехнические характеристики;
  • низкое потребление электроэнергии;
  • большой срок службы;
  • компактность и легкость монтажа;
  • широкий температурный диапазон применения;
  • механическая прочность;
  • экологичность;
  • доступность и цена.

Благодаря своим достоинствам, светодиоды широко применяются в различных областях: в наружной и интерьерной рекламе (короба, буквы, светодиодные табло, «Бегущие строки», видеоэкраны, уникальные световые эффекты и дизайнерские решения), в архитектурной подсветке, в бытовом, офисном и промышленном освещении, ландшафтном освещении, подсветке витрин, интерьерной подсветке, праздничной иллюминации, при производстве LED — экранов мониторов и телевизоров, в приборостроении в качестве индикаторов, в дорожных знаках, декоративной подсветке, в световых и новогодних украшениях.

Все о светодиодах

Все о светодиодах в освещении

В последнее время наблюдается рост интереса к светодиодам, и, причем быстрее, чем рост области их применения. Похоже, что производителям и потребителям, продавцам и покупателям не совсем понятны тенденции в этой области. И лишь одни дизайнеры в рядах пионеров, — смело используют уникальный потенциал светодиодов. Ушло то время, когда светодиодами занимались только ученые в лабораториях.

До того, как будем говорить о применении светодиодов и их преимуществах, а так же об их недостатках, давайте коснемся темы о том, что же представляют собой светодиоды:
Что такое светодиоды?

Светодиодами называют полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования электрического тока в световое (электромагнитное излучение видимой части спектра) излучение. В отношении названия: «светодиод» и аббревиатура «LED» (light emitting diode, — англ.) — это одно и то же.

Из чего состоят светодиоды?
Светодиод представляет собой полупроводниковый кристалл с оптической системой и контактными выводами, и вся эта конструкция облачена в корпус. Нынешние светодиоды почти не похожи на те, что раньше применялись исключительно для индикации.

В чем преимущество светодиодов?

В отличие от классической лампы (люминесцентной или накаливания), светодиодом преобразование электрического тока в световое излучение происходит почти без выделения тепла, а это значить, что КПД светодиода очень высокий. Это свойство делает его незаменимым при использовании в ряде приложений. Помимо этого, свет, вырабатываемый светодиодом, ценен с дизайнерской точки зрения, так как он [свет] относится к узкой части видимого спектра, а значить более чистый.
В сравнении с лампой накаливания, срок службы у светодиода будет примерно в 100 раз больше, а в сравнении с люминесцентной лампой — в 10 раз. Помимо этого, светодиоды весьма прочны и исключительно надежны.

Светодиоды относятся к низковольтным приборам.
Светодиоды, используемые для освещения, рассчитаны на напряжение12 или 24 вольта, хотя сегодня уже есть аналоги ламп и на 220 вольт, где в корпусе лампы установлены понижающие драйвера.
Светодиод работает от постоянного тока, поэтому необходимо соблюдать полярность при подключении, в противном случае прибор не будет работать или выйдет из строя. Обычно на корпусе светодиодного модуля указывается рабочее напряжение. Яркость излучения светодиода обуславливается диаграммой направленности и осевой силой светового потока. Обычно параметры цвета определяются координатами цветности, т. наз., цветовой температурой и длинной волны света например от 2700 Кельвинов (теплый белый свет) и до 6500 Кельвинов (Это холодный белый свет)

Допустимо ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиода становится управляемой. Незначительно изменить цветовую температуру светодиода можно при помощи специальных приборов диммирования , причем, это не идет, ни в какое сравнение с аналогичным смещением для обычных ламп накаливания.

Что обуславливает срок службы светодиода?

Есть мнение, что светодиоды весьма долговечны. Однако это не совсем верно. Скорость наступления старости светодиодов зависит от того, насколько сильно они нагреваются, а это, в свою очередь, зависит от того, какой силы ток через них пропускается. Поэтому срок службы у светодиодов большой мощности короче, чем у светодиодов небольшой мощности, и составляет у первых 20-50 тыс. часов. Очевидный признак старения светодиодов — это уменьшение яркости. Если яркость снизилась более чем на 30%, светодиод стоит поменять на новый.

Вредно ли светодиодное излучение для человеческого глаза?

Свойство света излучаемым светодиодом очень схоже со свойством света, излучаемым люминесцентной лампой, то есть свет близок к монохроматическому, — это и есть главное отличие от лампы накаливания или солнца. Насколько это хорошо или плохо, точно неизвестно, — в этой области серьезных исследований не производилось. Нет так же данных о вредном воздействии на человека света, излучаемого светодиодами. Будем надеяться, что в ближайшем будущем мы получим ответ на этом вопрос.
Где наиболее целесообразно применять светодиодное освещение?
Применение светодиодов возможно практически везде. Применение светодиодов в дизайнерском освещении и светодинамических устройствах оказалось незаменимым, благодаря их чистому цвету. Светодиодное освещение наиболее целесообразно в условиях жесткой экономии электроэнергии, и при высоких требованиях к электробезопасности.

Что такое светодиод. Краткое описание

В двух словах, светодиод (LED) представляет собой полупроводниковое устройство, излучающее свет при прохождении через него электрического тока. Свет возникает, когда частицы, несущие ток (известные как электроны и дырки) объединяются в полупроводниковом материале в зоне p-n перехода.

Поскольку свет генерируется в твердом полупроводниковом материале, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин твердотельное освещение, которое также включает в себя органические светодиоды (OLED), отличает эту технологию освещения от других источников света, таких как лампы накаливания, галогенные лампы, флуоресцентные лампы.

Различные цвета светодиодов

Внутри полупроводникового материала светодиода электроны и дырки находятся в энергетических зонах. Ширина запрещенной зоны определяет энергию фотонов (частиц света), излучаемых светодиодом.

Энергия фотона определяет длину волны испускаемого света и, следовательно, его цвет. Различные полупроводниковые материалы с различными запрещенными зонами создают разные цвета света. Точная длина волны (цвет) могут быть настроены путем изменения состава светоизлучающей или активной области.

Светодиоды состоят из соединений полупроводниковых элементов из III и V группы периодической таблицы химических элементов Менделеева. Примерами таких материалов, которые обычно используются в производстве светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs) и фосфид галлия (GaP).

До середины 90-х годов светодиоды имели ограниченный диапазон цветов, в частности, коммерческие синие и белые светодиоды не существовали. Разработка светодиодов на основе нитрида галлия (GaN) завершила палитру цветов и открыла множество новых устройств.

Основные материалы, используемые при изготовлении светодиодов

Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства светодиодов, являются:

  • InGaN: синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости
  • AlGaInP: желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости
  • AlGaAs: красные и инфракрасные светодиоды
  • GaP: желтые и зеленые светодиоды

Подключение светодиодов

Как уже было сказано выше, светодиоды имеют различные цвета и рабочие напряжения. Важной характеристикой светодиода является его номинальный ток. В зависимости от рабочего напряжения нам необходимо рассчитать резистор для светодиода, чтобы избежать повреждения светодиода большим током.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

В электронных устройствах с напряжением питания 5 вольт для большинства маломощных светодиодов, как правило, резистора сопротивлением около 220 Ом вполне достаточно.

Светодиоды имеют полярность. Поэтому, чтобы светодиод светился, его анод должен быть соединен с плюсом источника питания, а катод с минусом. Обычно у светодиода ножка анода длиннее, чем ножка катода. К тому же, со стороны катода корпус светодиода скошен.

Не следует беспокоиться при ошибке в полярности подключения. Со светодиодом ничего не случиться, просто он не будет светиться. За исключением особого случая, когда вы подали очень большое напряжение.

Помимо простых светодиодов, существуют также RGB-светодиоды, которые могут отображать любой цвет, основанный на системе RGB. Светодиод RGB можно представить в виде отдельных трех светодиодов в одном корпусе: красный (R), зеленый (G), синий (B). Изменяя интенсивность свечения каждого из них, мы можем получить любой цвет.

У RGB светодиодов есть четыре вывода для подключения — по одному для каждого цвета (три вывода) и один для плюса (общий анод) или минуса (общий катод) питания.

Если у вас RGB светодиод с общим катодом, то схема подключения будет следующей:

Здесь мы видим, что три вывода подключаются через резисторы к источнику питания или к микроконтроллеру (например, Arduino), а четвертый вывод к минусу питания.

Если же у вас RGB светодиод с общим анодом, то схема подключения будет следующей:

Следует обратить внимание, что нужно подключать сопротивления к каждому цвету, поскольку светодиоды работают с меньшим напряжением, чем выход микроконтроллера. Обычно для светодиода красного цвета достаточно резистора сопротивлением 150-180 Ом и 75-100 Ом для зеленого и синего цвета.

Если у вас нет именно этих сопротивлений, то используйте большее сопротивление (это верно во всех случаях, когда сопротивление используется для защиты от перенапряжения — мы выбираем меньше напряжения, в пользу сохранения светодиода).

Строение SMD светодиода и его разновидности

Каждый производитель вносит свои корректировки в структуру светодиода: чтобы улучшить его производительность или снизить его цену. Последнее часто ведёт к потере в светоотдаче или ресурсе работы. 

Производители светодиодов

В продукции на полках магазинов светотехники чаще всего стоят светодиоды китайского производства. Несмотря на плохую репутацию китайских товаров, многие заводы успели заработать хорошую репутацию в производстве светодиодов. Они работают не хуже продукции таких известных производителей, как Samsung, Cree, Osram или Philips, а в цене намного более доступны. 

Например, китайский завод San`an Optoelectronics Co., Ltd. является одним из лидеров по производству светодиодов и светодиодной продукции в мире, многие украинские импортёры используют их продукцию в своих светильниках и лампах. 

 

Из не китайских производителей лидирует тайваньский завод Epistar. Его продукция дороже китайской, однако производительность светодиодов намного выше. Поскольку Epistar специализируется исключительно на светодиодах, их продукция постоянно совершенствуется. 

Однако, нередко встречаются и светодиоды малоизвестных китайских производителей, которые копируют светодиоды известных брендов или производят собственные, указывая завышенные характеристики. 

Узнать какие именно светодиоды стоят в лампочке или светильнике невооруженным глазом невозможно, но поддельные брендовые светодиоды и дешёвые китайские всегда отличаются производительностью и ресурсом работы.

Сравнение светодиодов разных производителей

Чтобы наглядно показать различие между светодиодами разных производителей, мы отправили на тестирование в фотометрическую лабораторию три прожектора с одинаковыми высокомощными светодиодами SMD2835, но эти светодиоды были произведены на разных заводах. 

В прожекторе Vestum используются светодиоды тайванского завода Epistar, а в прожекторе Lectris – китайского Sanan. Производитель светодиодов в прожекторе Vargo неизвестен. 

Для светодиода типа SMD2835 характерен световой поток от 55 до 65 Лм. Протестировав прожекторы, мы получили реальный показатель их светоотдачи, а разделив его на количество светодиодов в прожекторе, узнали сколько света даёт каждый из них. 

  Vestum Lectris  Vargo
Заявленный световой поток, Лм 900 900 900
Измеренный световой поток, Лм 892 720 436.5
Количество диодов, шт 13 13 12
Производитель светодиодов Epistar Sanan Unknown
Световой поток одного диода, Лм 68,6 55,4 36,3
Цена*, $ 4.13 2.94 2.95

*Указана розничная цена в долларах, в справочных целях

По результатам измерений можем увидеть, что светодиоды Epistar показывают самый лучший результат среди выбранных. Световой поток одного светодиода немного превышает диапазон в спецификации, однако отклонение находится в пределах допустимых 10%. Светоотдача светодиода Sanan находится на нижней границе диапазона, указанного в спецификации, но всё ещё ей соответствует. Неизвестные светодиоды из прожектора Vargo дают в два раза меньше света, чем должны, что также заметно по общему показателю светоотдачи этого прожектора.

Можем сделать вывод, что светодиоды Epistar наиболее производительные по результатам замеров. Sanan соответствуют спецификации, а неизвестные светодиоды показали себя хуже всего.

Светоизлучающий диод (LED) — Работа, конструкция и символ

Что такое свет?

Перед тем, как войти как работает светодиод, давайте сначала кратко рассмотрим сам свет. С древних времен человек получал свет от различных источники, такие как солнечные лучи, свечи и лампы.

В 1879 г., Томас Эдисон изобрел лампочку накаливания.В свете лампочка, через нить накала внутри лампочка.

Когда достаточно ток проходит через нить накала, она нагревается и излучает свет. Свет, излучаемый нитью, является результатом электрической энергии преобразуется в тепловую, которая, в свою очередь, превращается в световую энергию.

В отличие от света лампочка, в которой электрическая энергия сначала преобразуется в тепло энергия, электрическая энергия также может быть напрямую преобразована в световую энергию.

в светоизлучающем Диоды (светодиоды), через которые протекает электрическая энергия. непосредственно преобразуется в световую энергию.

Light — это разновидность энергия, которую может высвободить атом. Свет состоит из множества мелких частиц, называемых фотонами. Фотоны обладают энергией и импульс, но не масса.

Атомы являются основными строительные блоки материи.Каждый объект во вселенной состоит из атомов. Атомы состоят из мелких частиц, таких как электроны, протоны и нейтроны.

электронов отрицательно заряжены, протоны заряжены положительно, и нейтроны не имеют заряда.

Привлекательный сила между протонами и нейтронами заставляет их слипаться вместе, чтобы сформировать ядро.У нейтронов нет заряда. Следовательно общий заряд ядра положительный.

Отрицательно заряженные электроны всегда вращаются вокруг положительно заряженных ядро из-за электростатической силы притяжения между ними. Электроны вращаются вокруг ядра в разные орбиты или оболочки. Каждая орбита имеет разную энергию уровень.

Например, электроны, вращающиеся очень близко к ядру, имеют низкую энергию в то время как электроны, движущиеся дальше от ядра, обладают высокой энергией.

Электроны в нижнему энергетическому уровню требуется дополнительная энергия для прыжка на более высокий энергетический уровень. Эта дополнительная энергия может быть поставляется внешним источником.Когда электроны вращаются вокруг ядро получает энергию из внешнего источника, в которое они прыгают выше орбита или более высокий уровень энергии.

Электроны в более высокий уровень энергии не сохраняется надолго. После В течение короткого периода электроны возвращаются на более низкий энергетический уровень. Электроны, которые прыгают с более высокого уровня энергии на более низкий уровень энергии высвобождает энергию в виде фотона или светлый.В некоторых материалах эта потеря энергии высвобождается в основном в виде тепла. Электрон, теряющий большую энергию будет выпускать фотон с большей энергией.

Что такое свет Излучающий диод (светодиод)?

Светоизлучающий Диоды (светодиоды) — наиболее широко используемые полупроводники. диоды среди всех различных типов полупроводников диоды в наличии уже сегодня.Светодиоды излучают видимые свет или невидимый инфракрасный светится при смещении вперед. Светодиоды, которые излучают невидимые инфракрасный свет используется для дистанционного управления.

А светоизлучающий Диод (LED) — это оптическое полупроводниковое устройство, излучающее свет при напряжении применены. Другими словами, светодиод — это оптический полупроводниковое устройство, преобразующее электрическую энергию в Световая энергия.

Когда светится Диод (LED) с прямым смещением, свободный электроны в зоне проводимости рекомбинируют с дырками в валентная зона и высвобождает энергию в виде света.

Процесс излучающий свет в ответ на сильное электрическое поле или поток электрического ток называется электролюминесценцией.

Нормальный диод p-n перехода пропускает электрический ток только в одном направлении.Это позволяет электрический ток при прямом смещении и не позволяет электрический ток при обратном смещении. Таким образом, нормальный p-n переходной диод работает только в режиме прямого смещения.

вроде нормальный п-н переходные диоды, светодиоды тоже работают только в прямом смещении состояние. Для создания светодиода материал n-типа должен быть подключен к минусовой клемме АКБ и р-типа материал должен быть подключен к положительной клемме аккумулятор.Другими словами, материал n-типа должен быть отрицательно заряжен, и материал p-типа должен быть положительно заряженный.

Строительство Светодиод похож на обычный диод с p-n переходом, за исключением того, что галлий, фосфор и мышьяк используются для конструкция вместо кремниевых или германиевых материалов.

В нормальном п-н переходные диоды, кремний наиболее широко используется, потому что он менее чувствителен к температуре.Кроме того, это позволяет электрическое ток эффективно без каких-либо повреждений. В некоторых случаях, германий используется для создания диодов.

Однако кремний или германиевые диоды не излучают энергию в виде света. Вместо этого они излучают энергию в виде тепла. Таким образом, кремний или германий не используется для изготовления светодиодов.

Слои светодиода

A светоизлучающий Диод (LED) состоит из трех слоев: p-типа полупроводник Полупроводник n-типа и обедненный слой.Р-тип полупроводник и полупроводник n-типа разделены область истощения или истощающий слой.

Полупроводник P-типа

Когда трехвалентный примеси добавляются к собственному или чистому полупроводнику, Формируется полупроводник p-типа.

в р-типе полупроводник, дырки являются основными носителями заряда и свободными электроны являются неосновными носителями заряда.Таким образом, дыры несут большая часть электрического тока в полупроводнике p-типа.

Полупроводник N-типа

Когда пятивалентный примеси добавляются к собственному полупроводнику, n-тип полупроводник.

In n-типа полупроводник, свободные электроны являются основными носителями заряда а дырки — неосновные носители заряда.Таким образом, бесплатно электроны переносят большую часть электрического тока в n-типе полупроводник.

Слой или область истощения

Область истощения область между полупроводниками p-типа и n-типа где отсутствуют подвижные носители заряда (свободные электроны и дырки). настоящее время. Эта область действует как барьер для электрического тока. Он препятствует потоку электронов из полупроводника n-типа и истечение дырок из полупроводника p-типа.

Для преодоления барьер обедненного слоя, нам нужно приложить напряжение, которое больше, чем барьерный потенциал обедненного слоя.

Если применяется напряжение больше, чем барьерный потенциал обеднения слой, электрический ток начинает течь.

Как свет Излучающий диод (светодиод) работает?

Светоизлучающий Диод (LED) работает только в режиме прямого смещения.Когда свет Излучающий диод (LED) смещен в прямом направлении, свободные электроны с n-стороны, а отверстия со стороны p сдвинуты к соединение.

Когда свободные электроны достичь стыка или области истощения, некоторые из свободных электроны рекомбинируют с дырками в положительных ионах. Мы знать, что положительные ионы имеют меньше электронов, чем протоны.Следовательно, они готовы принимать электроны. Таким образом, свободные электроны рекомбинируют с дырками в обедненной области. Аналогичным образом дырки с p-стороны рекомбинируют с электронами. в области истощения.

Из-за рекомбинация свободных электронов и дырок в обеднении регион, ширина области истощения уменьшается. В результате больше заряда перевозчики пересекут р-н соединение.

Часть заряда носители со стороны p и n будут пересекать p-n переход прежде, чем они рекомбинируют в области истощения. Например, некоторые свободные электроны из полупроводника n-типа пересекают p-n переход и рекомбинирует с дырками в полупроводнике p-типа. В аналогичным образом дырки из полупроводника p-типа пересекают p-n переход и рекомбинирует со свободными электронами в n-типе полупроводник.

Таким образом, рекомбинация имеет место как в области истощения, так и в p-типе и Полупроводник n-типа.

Свободные электроны в зоне проводимости выделяет энергию в виде света прежде, чем они рекомбинируют с дырками в валентной зоне.

В кремнии и германиевые диоды, большая часть энергии выделяется в виде тепла и излучаемого света слишком мало.

Однако в такие материалы, как арсенид галлия и фосфид галлия, испускаемые фотоны обладают достаточной энергией, чтобы производить интенсивные видимый свет.

Как светодиод излучает свет?

При внешнем напряжение приложено к валентности электронов, они получают достаточную энергию и нарушают связь с родительским атомом.Валентные электроны, которые разрывы связи с родительским атомом называются свободными электронами.

Когда валентность электрон покинул родительский атом, они оставляют пустое место в валентная оболочка, на которой ушел валентный электрон. Этот пустой пространство в валентной оболочке называется дырой.

Уровень энергии все валентные электроны почти одинаковы.Группировка ассортимента уровней энергии всех валентных электронов называется валентная полоса.

Аналогичным образом уровень энергии всех свободных электронов практически одинаков. Группировка диапазона уровней энергии всех свободных электронов называется зоной проводимости.

Уровень энергии свободных электронов в зоне проводимости высока по сравнению с уровень энергии валентных электронов или дырок в валентных группа.Следовательно, свободным электронам в зоне проводимости необходимо теряют энергию, чтобы рекомбинировать с дырками в валентная полоса.

Свободные электроны в зоне проводимости не задерживаются надолго. После короткий период свободные электроны теряют энергию в виде свет и рекомбинировать с дырками в валентной зоне. Каждый рекомбинация носителей заряда будет излучать некоторую световую энергию.

Потеря энергии свободные электроны или интенсивность излучаемого света зависит от запрещенная зона или энергетическая щель между зоной проводимости и валентная полоса.

Полупроводник устройство с большим запрещенным зазором излучает свет высокой интенсивности тогда как полупроводниковый прибор с малой запрещенной зоной излучает свет низкой интенсивности.

Другими словами, яркость излучаемого света зависит от материала используется для построения светодиода и прямого тока через ВЕЛ.

В нормальном кремнии диоды, энергетическая щель между зоной проводимости и валентной полоса меньше. Следовательно, электроны падают только на короткое расстояние. В результате высвобождаются фотоны с низкой энергией.Эта низкая энергия фотоны имеют низкую частоту, невидимую для человеческого глаза.

В светодиодах энергия зазор между зоной проводимости и валентной зоной очень велик, поэтому свободные электроны в светодиодах имеют большую энергию, чем свободные электроны в кремниевых диодах. Следовательно, свободные электроны попадают в большое расстояние. В результате фотоны высоких энергий вышел.Эти фотоны высокой энергии имеют высокую частоту, которая виден человеческому глазу.

Эффективность генерация света в светодиодах увеличивается с увеличением инжектируемого ток и при понижении температуры.

В светоизлучающем диоды, свет возникает за счет процесса рекомбинации. Рекомбинация носителей заряда происходит только при условие прямого смещения.Следовательно, светодиоды работают только в прямом направлении. условие смещения.

Когда светоизлучающий диод обратносмещен, свободные электроны (большинство носители) с n-стороны и дырки (мажоритарные носители) с p-сторона удаляется от стыка. В результате ширина область истощения увеличивается и нет рекомбинации заряда носители бывают. Таким образом, свет не производится.

Если обратное смещение напряжение, приложенное к светодиоду, сильно увеличено, устройство может также быть поврежденным.

Все диоды излучают фотоны или свет, но не все диоды излучают видимый свет. В материал светодиода выбирается таким образом, чтобы длина волны выпущенных фотонов попадает в видимую область часть светового спектра.

Светоизлучающий диоды можно включать и выключать с очень высокой скоростью 1 нс

Светоизлучающий диод (LED) символ

Символ светодиода похож на обычный диод с p-n переходом, за исключением того, что он содержит стрелки, указывающие от диода, указывающие, что свет излучается диодом.

Доступно

светодиода в разных цветах. Наиболее распространенные цвета светодиодов: оранжевый, желтый, зеленый и красный.

Схема символ светодиода не отображает цвет света. В схематический символ одинаков для всех цветов светодиодов. Следовательно, это невозможно определить цвет светодиода по его символ.

светодиод строительство

Один из способов Используется для создания светодиода, чтобы нанести три полупроводниковых слоя. на подложке.Три полупроводниковых слоя, нанесенные на Подложка — полупроводник n-типа, полупроводник p-типа и активная область. Активная область находится между Полупроводниковые слои n-типа и p-типа.

Когда светодиод горит вперед смещенные, свободные электроны из полупроводников и дырок n-типа от полупроводника p-типа выталкиваются в сторону активного область.

Когда свободные электроны с n-стороны и дырки с p-стороны рекомбинируют с противоположным носители заряда (свободные электроны с дырками или дырки со свободными электронов) в активной области невидимый или видимый свет испускается.

In LED, большая часть носители заряда рекомбинируют в активной области. Таким образом, большинство свет излучается активной областью.Активная область также называется областью истощения.

Смещение светодиода

Безопасный форвард номинальное напряжение большинства светодиодов составляет от 1 В до 3 В и вперед номинальный ток от 200 мА до 100 мА.

Если напряжение применяется к светодиоду, находится в диапазоне от 1 В до 3 В, светодиод работает отлично потому что ток для приложенного напряжения находится в рабочий диапазон.Однако, если напряжение, приложенное к светодиоду, увеличился до значения более 3 вольт. Истощение область в светодиоде выходит из строя и электрический ток внезапно встает. Это внезапное повышение тока может разрушить устройство.

Чтобы избежать этого, мы нужно поставить резистор (R s ) последовательно со светодиодом. Резистор (R s ) должен быть помещен между источником напряжения (Vs) и светодиодом.

Резистор установлен между светодиодом и источником напряжения называется ограничением тока резистор. Этот резистор ограничивает дополнительный ток, который может разрушить светодиод. Таким образом, токоограничивающий резистор защищает светодиод. от повреждений.

Текущий текущий через светодиод математически записывается как

Где,

I F = Прямой ток

В S = Напряжение источника или напряжение питания

V D = падение напряжения на светодиоде

R S = резистор или токоограничивающий резистор

Падение напряжения — это количество напряжения, потраченного впустую, чтобы преодолеть область истощения барьер (который приводит к протеканию электрического тока).

Падение напряжения Светодиод составляет от 2 до 3 В, тогда как кремниевый или германиевый диод составляет 0,3 или 0,7 В.

Следовательно, чтобы для работы светодиода нам нужно подать большее напряжение, чем кремний или германиевые диоды.

Светоизлучающий диоды потребляют больше энергии, чем кремниевые или германиевые диоды, чтобы работать.

Выход характеристики светодиода

Сумма выходной свет, излучаемый светодиодом, прямо пропорционален количество прямого тока, протекающего через светодиод.Более чем прямой ток, тем больше излучаемый выходной свет. График прямого тока в зависимости от выходного света показан в фигура.

Светодиоды видимого диапазона и невидимые светодиоды

светодиода в основном делятся на два типа: видимые светодиоды и невидимые светодиоды.

Светодиод видимого диапазона тип светодиода, излучающего видимый свет.Эти светодиоды в основном используется для отображения или освещения, где используются светодиоды индивидуально без фотосенсоров.

Невидимый светодиод — это тип светодиода, излучающего невидимый свет (инфракрасный свет). Эти Светодиоды в основном используются с фотодатчиками, такими как фотодиоды.

Что определяет цвет светодиода?

Используемый материал для построения светодиода определяет его цвет.Другими словами, длина волны или цвет излучаемого света зависит от запрещенный зазор или энергетический зазор материала.

Разные материалы испускать разные цвета света.

Светодиоды из арсенида галлия излучают красный и инфракрасный свет.

Светодиоды из нитрида галлия излучают ярко-синий свет.

Светодиоды на иттриевом алюминиевом гранате излучают белый свет.

Светодиоды из фосфида галлия излучают красный, желтый и зеленый свет.

Светодиоды из нитрида галлия излучают ультрафиолетовый свет.

Светодиоды из фосфида алюминия-галлия излучают зеленый свет.

Преимущества Светодиод

  1. The яркость света, излучаемого светодиодами, зависит от силы тока протекает через светодиод. Следовательно, яркость светодиода может быть легко контролируется изменением силы тока.Это делает возможность работы светодиодных дисплеев в различных условиях окружающей среды условия освещения.
  2. Светодиоды потребляют мало энергии.
  3. Светодиоды
  4. очень дешевы и доступны.
  5. светодиодов имеют малый вес.
  6. Меньший размер.
  7. светодиодов имеют более длительный срок службы.
  8. светодиодов работает очень быстро.Их можно включать и выключать в очень меньше времени.
  9. Светодиоды
  10. не содержат токсичных материалов, таких как ртуть. в люминесцентных лампах.
  11. светодиодов могут излучать разные цвета света.

Недостатки светодиодов

  1. светодиодов нужно больше мощности для работы, чем обычные диоды с p-n переходом.
  2. Световая отдача светодиодов низкая.

Приложения светодиодов

      Различные применения светодиодов следующие

        1. Системы охранной сигнализации
        2. Калькуляторы
        3. Картинные телефоны
        4. Светофоры
        5. Вычислительные машины цифровые
        6. Мультиметры
        7. Микропроцессоры
        8. Цифровые часы
        9. Автомобильные тепловые лампы
        10. Вспышки для фотоаппарата
        11. Авиационное освещение

        Типы диодов

        различные типы диодов следующие:

        1. стабилитрон диод
        2. Лавинный диод
        3. Фотодиод
        4. Свет Излучающий диод
        5. Лазер диод
        6. Туннель диод
        7. Шоттки диод
        8. Варактор диод
        9. П-Н переходной диод

              Знакомство с светодиодами | Bridgelux, Inc.Светодиодное освещение

              Светодиодное освещение предлагает множество преимуществ по сравнению с традиционными источниками света, открывая новые способы использования света, которые раньше были невозможны. Поскольку технология продолжает революционизировать индустрию освещения, важно понимать, как работает светодиодный источник света.

              Как работает светодиод?

              LED расшифровывается как Light Emitting Diode, и этот источник света не следует путать с осветительной арматурой или светильником. Светодиод — это составная часть всего прибора. Светодиодное освещение также может называться твердотельным освещением (SSL), потому что светодиод представляет собой твердотельную технологию, аналогичную памяти в вашем компьютере.

              Светодиод

              состоит из четырех основных частей: кристалла, подложки, люминофора и линзы. Светодиодный кристалл представляет собой полупроводниковый прибор из нитрида галлия (GaN). Когда электрический ток проходит через кристалл, он излучает синий свет. Затем один или несколько штампов устанавливаются на подложку, обычно изготовленную из алюминия или керамики. Это упрощает интеграцию светодиода в приспособление и обеспечивает эффективный способ подачи питания на светодиод.

              Для общего освещения обычно желателен белый свет, а не синий.Для достижения желаемого цвета используется люминофор. Когда синий свет попадает на частицы люминофора, они светятся и излучают белый свет. Люминофор можно наносить непосредственно на кристалл или смешивать с материалом линзы, который обычно состоит из кремния или стекла. Линза извлекает и направляет свет, излучаемый матрицей.

              История двух кристаллов: конфигурации светодиодов

              Есть две стандартные конфигурации светодиода — излучатели и COB.

              Эмиттер — это одиночный кристалл, установленный на подложке.Эмиттер монтируется на печатной плате, которая затем устанавливается на радиатор. Эта печатная плата обеспечивает эмиттер электроэнергией, а также отводит тепло.

              Чтобы снизить стоимость и повысить однородность света, исследователи обнаружили, что подложку светодиода можно снять, а кристалл можно установить непосредственно на печатную плату. Эта конфигурация известна как массив микросхем на плате или COB.

              Четырехчастная гармония светильника

              Конфигурация светодиода — важная часть конструкции светильника.Типичная светодиодная система состоит из четырех компонентов: светодиодного источника света, оптики, радиатора и источника питания.

              Оптика размещается над светодиодом или вокруг него, помогая извлекать свет из кристалла и придавать рассеянному световому излучению заданную форму. Светодиод установлен на радиаторе, который отводит и рассеивает тепло для охлаждения светодиода.

              Для большинства светодиодных систем требуется источник питания постоянного тока. В здании обычно используется переменный ток (переменный ток), поэтому для преобразования переменного тока в постоянный используется источник питания.

              Крутой светодиод — это счастливый светодиод

              Важнейшим фактором при проектировании светодиодов является теплопередача. Когда вы подключаете к светодиоду электричество, часть этой энергии превращается в свет, а остальная — в тепло. По мере нагрева модуля его эффективность падает.

              Радиатор отводит тепло из массива в окружающий воздух, поэтому его конструкция важна. Если радиатор слишком мал для корпуса светодиода, он не будет рассеивать достаточно тепла, что снижает эффективность и яркость светодиода.Светильник должен быть спроектирован с учетом тепловых требований светодиода, сохраняя светодиод холодным.

              О компании Bridgelux

              В Bridgelux мы специализируемся на высокопроизводительных массивах COB с простыми вариантами интеграции. Узнайте больше о том, как мы можем помочь вам решить ваши потребности в освещении с помощью наших услуг по дизайну.

              Основы работы с светодиодными диодами

              | Типы, цвета и применение светодиодов

              Light Emitting Diode или просто LED — один из наиболее часто используемых источников света в наши дни.Будь то фары вашего автомобиля (или дневные ходовые огни) или освещение гостиной дома, применения светодиодов бесчисленны.

              В отличие от (почти) устаревших ламп накаливания, светодиоды (и люминесцентные лампы) нуждаются в специальной цепи для их работы. Их просто называют драйверами светодиодов (или балластом в случае люминесцентных ламп).

              Поскольку светодиоды неизбежны в нашей жизни, заинтересованным людям (инженерам, разработчикам драйверов и т. Д.) Будет полезно познакомиться с основами работы со светоизлучающими диодами.Эта статья представляет собой краткое руководство по светодиодам, которое включает в себя краткое введение, электрические обозначения светодиода, типы, конструкцию, характеристики, драйверы светодиодов и многое другое.

              ПРИМЕЧАНИЕ: Существует более простая версия этой статьи «Светодиод — светоизлучающий диод», которая дает более простой обзор светодиода, не вдаваясь в технические детали.

              Введение

              Двумя наиболее значительными полупроводниковыми источниками излучения света, широко используемыми в различных приложениях, являются ЛАЗЕРНЫЕ диоды и светодиоды.Принцип работы ЛАЗЕРНЫХ диодов основан на вынужденном излучении, тогда как у светодиодов — на спонтанном излучении.

              Светоизлучающие диоды

              — наиболее распространенный источник света, доступный в электронных компонентах. Например, они широко используются для отображения времени и многих других типов данных на экранах определенных устройств отображения. Светодиоды — это опто-полупроводниковые устройства, которые легко преобразуют электрический ток в освещение (или свет). Площадь светодиода обычно очень мала, и при разработке его диаграммы направленности можно использовать множество интегрированных оптических компонентов.Его главное преимущество — низкая стоимость изготовления и более длительный срок службы, чем у лазерного диода.

              Светодиод состоит из двух основных полупроводниковых элементов. Это положительно заряженные дырки P-типа и отрицательно заряженные электроны N-типа.

              Когда положительная сторона P диода подключена к источнику питания, а сторона N — к земле, считается, что соединение находится в прямом смещении, что позволяет электрическому току проходить через диод.Основные и неосновные носители заряда на стороне P и стороне N объединяются друг с другом и нейтрализуют носители заряда в обедненном слое на PN-переходе.

              Миграция электронов и дырок, в свою очередь, высвобождает некоторое количество фотонов, которые выделяют энергию в виде монохроматического света с постоянной длиной волны, обычно в нм, которая напоминает цвет светодиода. Цветовой спектр излучения светодиодов обычно чрезвычайно узок.

              В общем, это может быть определено как определенный конкретный диапазон длин волн в электромагнитном спектре.Выбор цвета излучения светодиода довольно ограничен из-за природы полупроводника, используемого в производстве. Обычно доступные цвета светодиодов — красный, зеленый, синий, желтый, желтый и белый.

              Свет красного, синего и зеленого цветов можно легко комбинировать для получения белого света с ограниченной яркостью. Рабочее напряжение красного, зеленого, желтого и желтого цветов составляет около 1,8 вольт. Фактический диапазон рабочего напряжения светодиода можно определить по напряжению пробоя полупроводникового материала, используемого в конструкции светодиода.Цвет излучаемого в светодиодах света определяется полупроводниковыми материалами, которые образуют PN-переход диода.

              Это происходит из-за различий в структуре запрещенной зоны полупроводниковых материалов, и поэтому разное количество фотонов испускается с разными частотами. Однако длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов на стыке, а интенсивность света зависит от количества мощности или энергии, подаваемой через диод. Выходную длину волны можно поддерживать с помощью составных полупроводников, чтобы можно было наблюдать требуемый цвет, обеспечивая выход в видимом диапазоне.

              Свет можно производить и управлять с помощью электронных средств различными способами. В светодиодах свет создается за счет электролюминесценции, которая представляет собой твердотельный процесс. При определенных условиях получения света твердотельные процедуры могут производить когерентный свет, как и в лазерных диодах.

              Типы светодиодов

              Светодиоды можно условно разделить на две основные категории светодиодов. Их

              • Светодиоды видимого диапазона
              • Невидимые светодиоды

              Светодиоды видимого диапазона в основном используются для переключателей, оптических дисплеев и для освещения без использования каких-либо фотодатчиков.Невидимые светодиоды используются в приложениях, включая оптические переключатели, анализ и оптическую связь и т. Д. С использованием фотодатчиков.

              Эффективность

              Рейтинг светодиодов определяется по световой отдаче. Он определяется как отношение светового потока к входной электрической мощности, подаваемой на диод, и может выражаться в люменах на ватт. Световой поток представляет собой реакцию глаза на световые волны различной длины.

              Цвет Длина волны (нм) Типичная эффективность (лм / Вт) Типичная эффективность (Вт / Вт)
              Красный 620-645 72 0.39
              Зеленый 520-550 93 0,15
              Синий 460 — 490 37 0,35
              Голубой 490-520 75 0,26
              Красный — оранжевый 610-620 98 0,29

              Светодиодная конструкция

              Структура и конструкция светоизлучающих диодов сильно отличаются от обычных полупроводниковых сигнальных диодов.Свет будет излучаться светодиодом, когда его PN-переход смещен в прямом направлении. PN-переход покрыт прозрачным твердым пластиковым корпусом полусферической формы из эпоксидной смолы, который защищает светодиод от атмосферных возмущений, вибраций и тепловых ударов. PN-переход формируется с использованием материалов с наименьшей шириной запрещенной зоны, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия, нитрид галлия-индия, нитрид алюминия-галлия, карбид кремния и т. Д.

              На самом деле светодиодный переход не излучает много света, поэтому корпус из эпоксидной смолы построен таким образом, что фотоны света, излучаемые переходом, отражаются от окружающей основы подложки и фокусируются через куполообразную вершину Светодиод, который сам по себе действует как линза, концентрирующая большее количество света.

              Это причина, по которой излучаемый свет кажется самым ярким в верхней части светодиода.

              Обычно светоизлучающие диоды, излучающие красный свет, построены на подложке из арсенида галлия, а диоды, излучающие зеленый / желтый / оранжевый свет, являются фиктивными на подложке из фосфида галлия. Для излучения красного цвета слой N-типа легирован теллуром (Te), а слой P-типа легирован цинком. Контактные слои сформированы из алюминия на стороне P и олова на стороне N соответственно.

              Светодиоды предназначены для обеспечения максимальной рекомбинации носителей заряда на поверхности PN-перехода следующими способами.

              • При увеличении концентрации легирования подложки электроны дополнительных неосновных носителей заряда перемещаются к вершине структуры, рекомбинируют и излучают свет на поверхности светодиода.
              • Путем увеличения диффузионной длины носителей заряда, т. Е. L = √ Dτ, где D — коэффициент диффузии, а τ — время жизни носителей заряда.При превышении критического значения будет вероятность повторного поглощения выпущенных фотонов устройством.

              Когда диод подключен с прямым смещением, носители заряда приобретают достаточное количество энергии, чтобы преодолеть барьерный потенциал, существующий в PN-переходе. Когда применяется прямое смещение, неосновные носители заряда как P — типа, так и N — типа инжектируются через переход и рекомбинируют с основными носителями. Эта рекомбинация основных и неосновных носителей заряда может быть излучательной или безызлучательной.Излучательная рекомбинация излучает свет, а безызлучательная рекомбинация дает тепло.

              Органические светодиоды (OLED)

              В органических светодиодах сложный полупроводниковый материал, используемый при разработке светодиода, является органическим по своей природе. Органический полупроводниковый материал является электропроводным в какой-то части или во всей молекуле за счет сопряженного электрона; в результате это органический полупроводник. Материал может находиться в кристаллической фазе или в полимерных молекулах.Его преимущества заключаются в тонкой структуре, меньшей стоимости, низком напряжении для вождения, отличной диаграмме направленности, высокой яркости, максимальном контрасте и интенсивности.

              Цвета светодиодов

              В отличие от обычных полупроводников, сигнальных диодов, которые используются для переключения схем, выпрямителей и схем силовой электроники, изготовленных из кремниевых или германиевых полупроводниковых материалов, светоизлучающие диоды изготавливаются из сложных полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, Карбид кремния и нитрид галлия-индия смешиваются вместе в разных соотношениях, чтобы получить уникальную отличительную длину волны цвета.

              Различные полупроводниковые соединения излучают свет в определенных областях видимого светового спектра и, следовательно, производят свет с разными уровнями интенсивности. Выбор полупроводникового материала, используемого при производстве светодиода, будет определять длину волны излучения фотонов и результирующий цвет излучаемого света.

              Диаграмма направленности

              Он определяется как угол излучения света по отношению к излучающей поверхности. Максимальное количество мощности, интенсивности или энергии будет получено в перпендикулярном направлении с излучающей поверхностью.Угол излучения света зависит от излучаемого цвета и обычно колеблется от 80 ° до 110 °.

              Цвет Длина волны (нм) Падение напряжения (В) Полупроводниковый материал
              Инфракрасный > 760 Арсенид галлия
              Алюминий Арсенид галлия
              Красный 610-760 1.6 — 2,0 Алюминий, арсенид галлия
              Фосфид арсенида галлия
              Алюминий Галлий Фосфид индия
              Фосфид галлия
              Оранжевый 590-610 2,0 — 2,1 Фосфид арсенида галлия
              Алюминий Галлий Фосфид индия
              Фосфид галлия
              Желтый 570-590 2.1 — 2,2 Фосфид арсенида галлия
              Алюминий Галлий Фосфид индия
              Фосфид галлия
              Зеленый 500 — 570 1,9 — 4,0 Галлий фосфид индия
              Алюминий Галлий Фосфид индия
              Алюминий фосфид галлия
              Нитрид индия-галлия
              Синий 450-500 2.5 — 3,7 Селенид цинка
              Нитрид индия-галлия
              Карбид кремния
              Кремний
              Фиолетовый 400 — 450 2,8 — 4,0 Нитрид индия и галлия
              Фиолетовый несколько типов 2,4 — 3,7 Двойные синие / красные светодиоды
              Синий с красным люминофором
              Белый с фиолетовым пластиком
              ультрафиолет 3.1-4,4 Алмаз
              Нитрид бора
              Нитрид алюминия
              Нитрид алюминия-галлия
              Алюминий галлий Нитрид индия
              Розовый несколько типов 3,3 Синий с люминофором
              Желтый с красным, оранжевым или розовым фосфором
              Белый с розовым пигментом
              Белый Широкий спектр 3.5 Синий / УФ-диод с желтым люминофором

              Цвет света, излучаемого светодиодом, не определяется цветом пластикового корпуса, на котором расположен светодиод. Кожух используется как для усиления светового излучения, так и для обозначения его цвета, когда он не работает от источника питания. В последние годы также доступны синие и белые светодиоды, но они дороже обычных стандартных цветных светодиодов из-за производственных затрат на смешивание двух или более дополнительных цветов в точном соотношении в полупроводниковом соединении.

              Общие характеристики источников света

              Ток привода против светового выхода

              При высоких значениях прямого тока возбуждения температура PN-перехода полупроводника увеличивается из-за значительного рассеивания мощности. Такое повышение температуры на переходе приводит к снижению эффективности излучательной рекомбинации. В результате плотность тока еще больше увеличивается; внутреннее последовательное сопротивление будет иметь тенденцию к снижению светоизлучающей эффективности любого источника света.

              Квантовая эффективность

              Квантовая эффективность любого источника света определяется как отношение скорости излучательной рекомбинации, которая излучает свет, к общей скорости рекомбинации, и выражается как:

              η = Rr / Rt

              Скорость переключения

              Скорость переключения источника света похожа на то, как быстро источник света может включаться и выключаться с помощью приложенного электрического питания для создания соответствующего шаблона оптического выхода. Светодиоды имеют более низкую скорость переключения, чем обычные ЛАЗЕРНЫЕ диоды.

              Спектральная длина волны

              Пиковая спектральная длина волны определяется как длина волны, при которой генерируется максимальная интенсивность света. Он определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в производстве светодиодов.

              Спектральная ширина

              Спектральная ширина источника света определяется как диапазон длин волн, в котором источник света излучает свет. Источник света должен излучать свет в пределах более узкой спектральной ширины.

              Вольт-амперные характеристики светодиода

              Перед тем, как излучать свет из любого светоизлучающего диода, через него должен протекать ток, поскольку светодиод — это устройство, зависящее от тока, а его выходная сила света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод.

              Светоизлучающий диод должен быть подключен к источнику питания с прямым смещением, и его ток должен ограничиваться с помощью резистора, подключенного последовательно, чтобы защитить его от избыточного тока. Светодиод не следует подключать напрямую к батарее или источнику питания, потому что через него будет протекать избыточный ток, и светодиод может повредиться.

              Каждый светодиод имеет собственное индивидуальное прямое падение напряжения вдоль PN перехода, и этот параметр определяется полупроводниковым материалом, используемым при производстве светодиода для заданного количества тока прямой проводимости, обычно для прямого тока около 20 мА.

              При низких прямых напряжениях в управляющем токе диода преобладает ток безызлучательной рекомбинации из-за рекомбинации носителей заряда по длине светодиодного кристалла. При более высоких прямых напряжениях в управляющем токе диода преобладает ток радиационной диффузии.

              Даже при более высоких напряжениях, чем обычно, ток диода ограничен последовательным сопротивлением. Диод никогда не должен достигать обратного напряжения пробоя на короткое время, так как это может привести к необратимому повреждению диода.На рисунке ниже показаны ВАХ светодиодов разного цвета.

              Расчет сопротивления серии светодиодов

              Светоизлучающий диод хорошо работает, когда он включен последовательно с сопротивлением, в результате прямой ток, необходимый для светодиода, обеспечивается напряжением питания через комбинацию. Значение сопротивления последовательного резистора можно рассчитать по следующей формуле. Обычно прямой ток нормального светодиода составляет 20 мА.

              Многоцветный светодиод

              На рынке доступно большое количество светодиодов разной формы и размера, разного цвета и разной интенсивности светового потока. Красный светодиоды арсенида фосфида галлия диаметром 5 мм являются наиболее часто используемыми светодиодами, и их производство очень дешево. В настоящее время производятся светодиоды с многоцветным излучением, и они доступны во многих корпусах, большинство из которых представляют собой два-три светодиода в одном корпусе.

              Двухцветные светодиоды

              Двухцветные светодиоды представляют собой тип светодиодов, похожих на одноцветные светодиоды, только с одним дополнительным светодиодным чипом, заключенным в корпус. Двухцветные светодиоды могут иметь два или три вывода для подключения; это зависит от используемого метода. Обычно два вывода светодиода подключаются обратно параллельно. Анод одного светодиода соединен с катодом другого светодиода и наоборот. Когда питание подается на любой из анодов, светится только один светодиод.Мы также можем включить оба светодиода одновременно с динамическим переключением на высокой скорости.

              Трехцветный светодиод

              Обычно трехпроводный светодиод имеет общий катодный вывод, к которому оба других светодиодных чипа подключены внутри. Должен быть включен один или два светодиода, необходимо заземлить общий катод. Токоограничивающие резисторы подключены к обоим анодам для индивидуального управления током.

              Для одно- или двухцветной светодиодной подсветки необходимо подключать питание к любому из анодов по отдельности или одновременно.Эти трехцветные светодиоды состоят из одиночных КРАСНЫХ и ЗЕЛЕНЫХ светодиодных чипов, подключенных к одному и тому же катоду. Этот тип диодов генерирует дополнительные оттенки основных цветов за счет включения двух светодиодов при разных соотношениях прямого тока.

              Схемы драйверов светодиодов

              Интегральные схемы Для управления светодиодами могут использоваться как комбинационные, так и последовательные схемы. Светодиоды можно включать и выключать с помощью интегральных схем. Выходные каскады логических вентилей TTL или CMOS могут использоваться для управления светодиодами в качестве переключателей в двух режимах конфигурации.Это режимы конфигурации источника и приемника.

              Выходной ток, выдаваемый интегральными схемами в конфигурации режима стока, может составлять около 50 мА, а в конфигурации режима источника прямой ток может составлять около 30 мА. Однако ток, подаваемый светоизлучающим диодом, должен ограничиваться последовательно подключенным резистором.

              Управление светодиодом с помощью транзистора

              Вместо использования интегральных схем, светодиоды можно управлять с помощью дискретных компонентов, таких как биполярные транзисторы PNP и NPN.Дискретные компоненты могут использоваться для управления более чем одним светодиодом, как в больших структурах светодиодной матрицы.

              Меньшее количество приложений использует в своей работе только один светодиод. Переходные транзисторы используются для управления током через несколько светодиодов таким образом, что прямой ток, управляемый светодиодом, составляет около 10-20 мА. Если для управления светодиодом используется транзистор NPN, то последовательный резистор действует как источник тока. Если для управления светодиодами используется транзистор PNP, то последовательный резистор действует как приемник тока.

              Приложения, такие как массив подсветки экрана, уличные фонари или в качестве замены люминесцентной лампы или лампы накаливания, для большинства приложений требуется более одного светодиода. Как правило, параллельное управление несколькими одиночными светодиодами вызывает неравномерное распределение тока между светодиодами; даже в этом случае все светодиоды рассчитаны на одинаковое прямое падение напряжения.

              Если один светодиод не может управлять последовательными светодиодами, это можно решить, установив параллельные стабилитроны или кремниевые выпрямители (SCR) на каждом отдельном светодиоде последовательно.SCR — разумный выбор, потому что они рассеивают меньше энергии, если они должны работать вокруг вышедшего из строя светодиода.

              В случае параллельной комбинации включение отдельного драйвера для каждой строки дороже, чем использование нескольких драйверов с соответствующей выходной мощностью.

              Управление интенсивностью света светодиода с помощью ШИМ

              Интенсивность света, излучаемого светодиодом, регулируется протекающим через него током. Поскольку ток через него меняется, яркость света можно регулировать.Если через диод пропускается большой ток, светодиодный свет светится намного лучше, чем обычно.

              Если ток превышает максимальное значение, интенсивность света еще больше возрастает и светодиод рассеивает тепло. Предел прямого тока, установленный для проектирования светодиода, составляет от 10 до 40 мА. Когда требуемый ток очень меньше, может быть вероятность выключения светодиода.

              В таких случаях для управления яркостью света и током, требуемым светодиодами, используется процесс, известный как широтно-импульсная модуляция, для многократного включения и выключения светодиода в зависимости от требуемой интенсивности света.Устройства линейного управления рассеивают избыточную энергию в виде тепла, в результате для передачи необходимого количества мощности используются драйверы ШИМ, поскольку они не передают мощность вообще.

              Прежде всего, чтобы подавать импульсы ШИМ в схемы светодиодов, в первую очередь требуется генератор ШИМ. Есть разное количество генераторов ШИМ.

              Светодиодные дисплеи

              Одноцветные, двухцветные, многоцветные и несколько других светодиодов объединены в один корпус.Их можно использовать как подсветку, полосы и гистограммы. Одним из важнейших требований цифровых устройств отображения является визуальный числовой дисплей. Типичный пример такого единого пакета из нескольких светодиодов виден на семисегментных дисплеях.

              Семисегментный дисплей, как следует из названия, состоит из семи светодиодов в одном корпусе дисплея. Его можно использовать для отображения информации.

              Отображаемая информация может быть в виде цифровых данных, состоящих из цифр, букв, знаков, а также буквенно-цифровых знаков.Семисегментный дисплей обычно имеет восемь комбинаций входных соединений, по одному для каждого светодиода, а оставшийся — это общая точка подключения для всех внутренних светодиодов.

              Если катоды всех светодиодов соединены вместе и путем подачи логического ВЫСОКОГО сигнала, то загораются отдельные сегменты. Таким же образом, если аноды всех светодиодов соединены вместе и путем подачи логического сигнала НИЗКОГО, то отдельные сегменты подсвечиваются.

              Светодиодные преимущества, недостатки и области применения

              Преимущества

              • Малый размер микросхемы и низкая стоимость
              • Длительный срок службы
              • Высокая энергоэффективность
              • Низкая температура
              • Гибкость конструкции
              • Много цветов
              • Экологичный
              • Высокая скорость переключения
              • Высокая сила света
              • Предназначен для фокусировки света в определенном направлении
              • Менее подвержены повреждениям
              • Меньше излучаемого тепла
              • Повышенная устойчивость к перепадам температур и вибрации
              • Отсутствие УФ-лучей

              Недостатки

              • Зависимость выходной мощности излучения и длины волны светодиода от температуры окружающей среды.
              • Чувствительность к повреждениям повышенным напряжением и / или током.
              • Теоретический общий КПД достигается только в особых холодных или импульсных условиях.

              Приложения

              • В автомобилях и велосипедных фарах
              • В светофоре Указатели, знаки и сигналы
              • На платах отображения данных
              • В медицине и игрушках
              • Невизуальные приложения
              • Лампочки и многое другое
              • Пульт дистанционного управления

              Как делаются светодиоды? | Светодиодные расходные материалы Sitler

              Кажется, что количество типов и разновидностей светодиодов растет с каждым днем, но сегодня мы возвращаемся к основам.Мы собрались здесь сегодня, чтобы ответить на постоянно задаваемый вопрос: «Как делаются светодиоды?» Мы кратко ознакомим вас с ключевыми различиями между светодиодными лампами и традиционными лампами, из каких материалов создается светоизлучающий диод, как эти материалы сконструированы и, наконец, как они связаны друг с другом для создания наиболее энергоэффективного свет на рынке!

              Справочная информация: светодиоды против традиционных источников света

              Светодиодное освещение, лампы накаливания и люминесцентные лампы не только по-разному спроектированы, но и по-разному создают свет.Традиционное освещение создает свет, прикрепляя провода к источнику энергии. Когда провода нагреваются, они излучают свет. Светодиоды создают свет за счет электронного возбуждения, а не тепла. Вот почему светодиоды потребляют меньше энергии и выделяют меньше тепла, поскольку тепло не является основным компонентом в создании света.

              Светодиодные материалы

              Светодиод означает светоизлучающий диод. Поэтому светодиодные фонари состоят из небольших диодов. Каждый диод создан из полупроводникового материала. Один из слоев полупроводникового материала будет иметь избыток электронов, один слой будет обеднен электронами.Эта разница в электронных уровнях позволяет электронам переходить из одного слоя в другой, создавая свет посредством электронного возбуждения, упомянутого выше.

              Чтобы еще больше разложить его, сам полупроводниковый материал сделан из кристаллического материала и нуждается в примесях, чтобы проводить электричество. Однако эти примеси добавляются к полупроводниковому материалу позже в процессе производства.

              Однако не следует принимать эти примеси за дефекты полупроводникового материала.Они не уменьшают ценность диода, а увеличивают ее! Добавление этих примесей в полупроводник называется легированием, и это важный материал, используемый при производстве светодиодов. Наиболее часто добавляемые примеси — это цинк и азот.

              Наконец, для питания диодов необходимо добавить электрические провода. Соединения золота и серебра часто используются в проводах светодиодов, так как они хорошо справляются с пайкой и хорошо нагреваются. Наконец, диоды заключены в прозрачный пластик, а не стекло, как традиционные лампы, что делает их прочными и долговечными.

              Дизайн светодиодов

              При разработке светодиодных светильников допускается немного больше творчества. В зависимости от применения света, цветовая температура, яркость и эффективность определяются до начала производства. Эти атрибуты определяются в зависимости от размера диода, используемого полупроводникового материала, типов добавляемых примесей и толщины диодных слоев.

              Производство: как создаются светодиоды

              Производство светодиодов — дело тонкое и сложное, но мы постараемся подвести итоги.Прежде всего, должен быть изготовлен полупроводниковый материал. Это называется полупроводниковой пластиной. Полупроводниковый материал «выращивается» в высокотемпературной камере высокого давления. Такие элементы, как галлий, мышьяк и / или фосфор, очищаются и смешиваются вместе в камере, которая затем превращается в концентрированный раствор. После того, как элементы смешаны, стержень помещается в раствор и медленно вытаскивается. По мере вытягивания раствор кристаллизуется на конце стержня, образуя длинный цилиндрический слиток кристалла.

              Затем этот материал нарезают на полупроводниковые пластины и по существу шлифуют, как если бы вы шлифовали стол, пока поверхность не станет гладкой. Затем его окунают в раствор различных растворителей для тщательной очистки от грязи, пыли или органических материалов.

              На следующем этапе процесса к пластине добавляются дополнительные слои полупроводникового материала. Это один из способов добавления примесей или легирующих добавок.

              Затем на полупроводнике определяются металлические контакты.Это определяется на этапе проектирования и учитывает, будет ли диод использоваться отдельно или с другими.

              Наконец, диоды устанавливаются на соответствующий корпус, присоединяются провода, а затем все помещается в пластик. Вот так делают светодиоды!

              Узнайте больше о светодиодах с Sitler’s!

              Если у вас есть дополнительные вопросы о светодиодах, посетите страницу часто задаваемых вопросов или наш блог о том, что такое светодиоды! Позвоните нам сегодня по телефону (319) -519-0039, чтобы начать свое путешествие в мир светодиодов!

              Опубликовано в Основы светодиодного освещения

              Что такое светодиод?

              Кажется, что в наши дни все светится светодиодом.Но что такое светодиоды и почему они так популярны? Давайте взглянем.

              LED или светодиоды — это особый тип диодов, преобразующих электрическую энергию в свет. По сути, это крошечные лампочки, которые можно использовать в электрической цепи. Два из многих преимуществ светодиодов по сравнению с традиционными лампочками заключаются в том, что они требуют гораздо меньше энергии для зажигания и более энергоэффективны, что означает, что они превращают большую часть энергии, которая проходит через них, в свет и меньше — в тепло.

              Как работают светодиоды?

              Если вы когда-нибудь смотрели на светодиод, то могли заметить, что «выводы» или ножки бывают двух разной длины. Более длинная ветвь — это положительная сторона светодиода, называемая «анодом», а более короткая ветвь — это отрицательная сторона, называемая «катодом».

              Внутри светодиода ток может течь только от анода (положительная сторона) к катоду (отрицательная сторона) и никогда в обратном направлении. Это означает, что если подключить обратную схему, светодиод не загорится.Фактически, задний светодиод может помешать правильной работе всей схемы, блокируя прохождение тока через эту точку. Первое, что вы должны попробовать, если светодиод не загорается при включении в цепь, это перевернуть его.

              Да будет свет

              Яркость светодиода напрямую зависит от того, сколько тока он потребляет. Это означает, что сверхяркие светодиоды разряжают батареи намного быстрее, чем более тусклые светодиоды. К счастью, яркость светодиода можно регулировать, контролируя, сколько тока проходит через него.Фактически, управление током с помощью светодиода важно по нескольким причинам.

              При прямом подключении к источнику тока светодиод будет пытаться рассеять столько энергии, сколько ему позволено потреблять. Когда для светодиода имеется слишком большой ток, он перегорает и умирает. По этой причине важно ограничить количество тока, протекающего через светодиод.

              Сопротивляйтесь силе

              Для управления мощностью, протекающей через светодиод, решающее значение имеют резисторы.Резисторы ограничивают поток электронов в цепи и предотвращают попытки светодиода потреблять слишком большой ток. Мы углубимся в резисторы в другом посте, но пока важно знать, что базовый шаблон для схемы светодиода включает в себя последовательное подключение источника питания, резистора и светодиода, как показано ниже.

              Некоторая базовая математика может использоваться для определения наилучшего номинала резистора, но для целей этого обсуждения и для большинства светодиодов 330 Ом — хорошее место для начала.Таким образом, вот удобная блок-схема, которая поможет вам разработать схему светодиода и выбрать правильное значение резистора методом проб и ошибок.

              Самая простая схема

              Самый простой способ зажечь светодиод — это подключить его к батарейке типа «таблетка». Этот метод работает без резистора, потому что батарейки типа «таблетка» не вырабатывают достаточно энергии, чтобы повредить светодиод. Это отличный способ продемонстрировать важность правильного размещения светодиода в цепи — если он расположен обратной стороной, светодиод не загорится.Просто поместите длинный конец светодиода (положительная сторона) напротив «+» стороны батареи и поместите короткий конец светодиода (отрицательная сторона) напротив «-» стороны батареи, и ваш светодиод загорится. вверх.

              Чтобы узнать больше о светодиодах, ознакомьтесь с нашим руководством по светоизлучающим диодам.

              Хотите узнать, как производятся светодиоды? Несколько лет назад у нас была возможность посетить завод по производству светодиодов.

              Основное руководство по принципу работы светодиодного освещения — Сложные проценты

              Нажмите для увеличения

              Рождество уже не за горами, и празднуете ли вы его или нет, возможно, вы уже заметили, что рождественские огни начинают появляться, украшая дома и рождественские елки.Как на самом деле работают эти огни и как заставить их воспроизводить такое множество цветов? Этот рисунок показывает химию.

              LED означает светодиоды, они бывают разных цветов, от красного и оранжевого до синего и фиолетового. Хотя они могут показаться маленькими, они содержат в себе серьезную научную информацию — на самом деле, Нобелевская премия по физике 2014 года досталась ученым, которые работали над открытием того, как создавать эффективные синие светодиоды. Прежде чем мы это обсудим, давайте начнем с основ.

              Имеет смысл начать с объяснения того, как светодиоды вообще могут производить свет. Светодиоды изготовлены из полупроводниковых материалов, материалов, которые в одних условиях проводят электричество, а в других нет. В светодиодах можно использовать несколько различных полупроводниковых материалов, но многие из них основаны на галлии, например нитрид галлия и фосфид галлия.

              Светодиоды

              состоят из двух слоев полупроводникового материала. Слои «легированы» примесями, то есть примешиваются к ним атомы элементов, отличных от тех, которые изначально были в полупроводниковом материале.Это легирование может создавать различные типы слоев: слои p-типа и слои n-типа. Слой n-типа имеет избыток электронов, тогда как слой p-типа имеет недостаточное количество электронов и, как таковой, имеет так называемые электронные «дырки»: положения в атомах, где электрон мог бы находиться, но не т.

              Когда к светодиоду подается ток, электроны в слое n-типа и электронные «дырки» в слое p-типа перемещаются в активный слой между ними. Когда электроны и электронные «дырки» объединяются, выделяется энергия, и это видно как видимый свет.Хотя это объясняет, как создается свет, мы должны более внимательно присмотреться к происходящему, чтобы объяснить, как можно получить разные цвета.

              Цвета, получаемые от светодиодов, определяются используемыми полупроводниковыми материалами. Как вы можете видеть на рисунке, для всех цветов используется не один материал, а целый ряд возможностей. Используя разные материалы и добавляя различные примеси к этим материалам, мы можем изменить размер запрещенной зоны, то есть размер разницы энергий между слоем n-типа и слоем p-типа.Чем больше ширина запрещенной зоны, тем короче длина волны света, излучаемого светодиодом. Таким образом, для красного светодиода требуется относительно небольшая запрещенная зона. Для синих светодиодов необходима большая ширина запрещенной зоны.

              Светодиоды с меньшей шириной запрещенной зоны было легче производить, но производство светодиодов с небольшой шириной запрещенной зоны, необходимой для получения синего света, оказалось более проблематичным. Это было важно, потому что красный, зеленый и синий светодиоды были необходимы для получения белого света. В начале 1990-х ученые наконец-то разработали, как производить синие светодиоды с использованием нитрида галлия, и были удостоены Нобелевской премии 2014 года за свою работу.

              Сегодня светодиоды используются не только в рождественских огнях, но и во многих обычных лампочках. У них много преимуществ перед традиционными лампами: они служат дольше по сравнению с обычными лампами (до 100 000 часов по сравнению с 1 000 часов для ламп накаливания), и они более энергоэффективны, требуя меньше энергии для излучения того же количества света. Благодаря светодиодам счет за электричество для этого дома, покрытого рождественскими огнями от крыши до фундамента, не так высок, как мог бы быть!

              Понравились этот пост и рисунок? Подумайте о поддержке сложного процента на Patreon и получайте предварительные просмотры предстоящих публикаций и многое другое!

              Изображение в этой статье находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Международная лицензия. См. Рекомендации по использованию содержания сайта.

              Ссылки и дополнительная литература

              Что такое L.E.D Lights? — ActiveDark.com — Яркие идеи!

              Что такое L.E.D?

              L.E.D. — это общепринятое сокращение для «светоизлучающих диодов». L.E.D. представляет собой полупроводниковое устройство, излучающее свет при прохождении через него электрического тока.

              Как работают L.E.Ds?

              An L.E.D. состоит из чипа из полупроводникового материала, обработанного для создания структуры, называемой p-n (положительно-отрицательный) переход. При подключении к источнику питания электрический ток течет со стороны р (анод) на сторону n (катод), но не в обратном направлении. Носители заряда (электроны и электронные дырки) стекают в переход от электродов. Когда электрон встречает дыру, он попадает на более низкий энергетический уровень и выделяет энергию в виде фотона (света).

              Когда были Л.E.Ds изобрели?

              L.E.D. были впервые разработаны в 1960-х годах, но до недавнего времени использовались только в индикаторных приложениях. Электронная промышленность уже несколько десятилетий использует светодиодную технологию в качестве световых индикаторов для различных электронных устройств. В последние годы светодиодная технология достигла такой степени, что стала жизнеспособной для общего освещения и получила широкое признание в качестве основного портативного источника света.

              Как светодиоды излучают разные цвета?

              Конкретная длина волны или цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, из которых изготовлен диод.Красные светодиоды созданы на основе арсенида алюминия-галлия (AlGaAs). Синие светодиоды изготовлены из нитрида индия-галлия (InGaN), а зеленые — из фосфида алюминия-галлия (AlGaP). «Белый» свет создается путем комбинирования света от красного, зеленого и синего (RGB) светодиодов или путем покрытия синего светодиода желтым люминофором.

              Где используются светосигнальные лампы в осветительной промышленности?

              Светильники

              L.E.D обычно используются в приложениях для эстетического, светового или специального освещения, включая архитектурную подсветку.Например, на большинстве светофоров и выходных знаков теперь используется L.E.D. технологии. Светильники L.E.D также часто встречаются практически во всей домашней электронике, игрушках и новинках. Рождественские огни становятся популярными в L.E.D. Во многих сотовых телефонах и портативной электронике используются светодиоды из-за их легкости, ограниченного потребления энергии и отсутствия нагрева. Лампы L.E.D сделали портативное освещение и освещение с батарейным питанием намного более доступным для производителя, что привело к усовершенствованию таких продуктов, как лампы с батарейным питанием, фонарики, световые палочки и даже новые забавные приложения, такие как зажигание спортивных мячей и беспламенных свечей!

              У Л.E.D. всегда использовались в освещении общего освещения?

              Нет. Ранние попытки применить светодиоды для общего освещения потерпели неудачу, потому что они не соответствовали требованиям к световому потоку или цвету. В настоящее время технология продвинулась до такой степени, что использование светодиодов для общего освещения стало жизнеспособным. Эксперты в области освещения начинают лучше понимать, как извлечь выгоду из этой технологии.

              Каковы преимущества использования L.E.D. огни?

              Л.Лампы E.D. приносят несколько преимуществ в светотехническую промышленность, включая высокую эффективность и долговечность, а благодаря более длительному сроку службы по сравнению с другими лампами значительно сокращается необходимое техническое обслуживание. Это означает экономию энергии, экономию на обслуживании и общее снижение стоимости владения в течение всего срока службы продукта.

              Нужно ли заменить L.E.D. диоды?

              L.