Què és un LED: una descripció detallada de les característiques i tipus
Els LED estan a tot arreu: a les cases, cotxes, telèfons. Amb la seva ajuda, es proporciona una il·luminació brillant de les pantalles de gadgets, es produeixen fonts d'il·luminació econòmiques. Ara són fonts de llum indispensables. Considereu el dispositiu i les característiques tècniques dels principals tipus de LED.
Què és un LED
Un LED (de l'anglès Light Emitting Diode, o LED) és una font elèctrica d'estat sòlid de llum artificial feta de materials semiconductors de conductivitat p i n. Utilitzant diverses tecnologies: deposició mitjançant màscares, gravat, deposició epitaxial, etc., s'obté una unió p-n.
En un material semiconductor de tipus p, els portadors de corrent són "forats": àtoms d'un cristall semiconductor, en els quals, en dopar-se amb metalls especials, creen una escassetat d'electrons. En n-materials, els portadors són electrons en excés al cristall.
El "forat" està pràcticament immòbil. Té una càrrega positiva igual a la càrrega d'un electró. L'electró, "saltant" de l'òrbita exterior d'un àtom a l'òrbita exterior del veí, mou el "forat" en sentit contrari.
El principi de funcionament o el que brilla al LED
En connectar una tensió constant d'una certa magnitud i polaritat a la unió p-n, provoquen un corrent elèctric a la unió en forma de contraflux de portadors de càrrega elèctrica - "forats" - "partícules" positives i electrons - negatius. Quan aquests corrents es troben en una unió p-n, es recombinen o es fusionen. Un electró lliure amb energia augmentada entra al "forat" i desapareix.
A la dreta hi ha la part n-semiconductor del cristall, "enriquit" amb electrons lliures, a l'esquerra hi ha la part p-semiconductor amb "partícules" positives - "forats".
L'energia s'allibera en forma de quants de llum. S'emeten, és a dir. emesa des de l'extrem del cristall. El flux de quanta colpeja el reflector. La seva superfície polida reflecteix la llum en la direcció correcta. Una configuració especial de la superfície forma el patró direccional requerit del flux de llum.
La tensió per alimentar la transició s'aplica "+" - a l'ànode del díode i "-" - al càtode.
Disseny
El substrat que elimina la calor està representat en color lila. Trapezis grisos: seccions d'un reflector-reflector de configuració anular d'alumini.Al centre blau hi ha un xip de cristall LED amb cables d'or o plata connectats soldats als terminals de l'ànode i el càtode.
Tipus de LED
Els LED són dispositius força "joves". La seva classificació final encara no s'ha desenvolupat. Per tant, molts fabricants coneguts utilitzen els seus propis sistemes de subdivisió.
Segons un d'ells, els LED s'agrupen segons la seva finalitat de la següent manera:
- Indicador.
- Il·luminació.
Els indicadors del seu grup es divideixen en els tipus següents.
Díodes DIP
L'abreviatura deriva de Dual In-line Package o "doble col·locació en línia". Normalment les caixes són cilindres, però també hi ha paral·lelepípedes. A l'extrem inferior hi ha cables axials paral·lels a l'eix principal de simetria del cos. La sortida del càtode és més curta que l'ànode.
La divisió en tipus, segons el diàmetre de la caixa i la lent a l'extrem superior. Diàmetres de 2-3 a 20 mm i més. Color brillant: qualsevol, diversos tons de blanc.
Un dels tipus - intermitent en 2 colors, té 3 sortides.
Barret de palla
La traducció literal és un barret de palla o bryl. Aplicació als LED – el cos és com un barret amb la part superior arrodonida.
Són visibles cables de diferents longituds, el curt és el càtode. Els limitadors d'alçada d'instal·lació també són visibles. Sota la lent hi ha un cristall amb un fòsfor groc.
Piranya Super Flux
Traducció directa - superflow. Piranha - traducció al rus - piranha. El nom del LED es va deure a les peculiaritats dels cables metàl·lics en forma de tires estretes. Per simplificar la instal·lació als forats de la placa de circuit imprès, es van tallar les cantonades als extrems dels pins durant l'estampació. Així van resultar les "dents" afilades d'un peix depredador.
A la sortida, les "espatlles" estan estampades: limitadors que estableixen l'alçada de la caixa per sobre del tauler. Així que es va obrir la caixa per refredar l'aire des de baix. Els cristalls per a la refrigeració passiva es van col·locar als extrems superiors dels cables.
En col·locar 2 o 3 fitxes a la caixa, augmentaven el flux de llum. I el díode va caure en el grup dels súper brillants.
Es pot veure un cristall "cobert" per una lent i formadors de cables estrets de l'alçada de la instal·lació.
smd
Abreviatura de Surface Mounted Device, traduïda de l'anglès: un dispositiu instal·lat a la superfície. Semblen caixes rectangulars fetes de plàstic o ceràmica. Conclusions: des de sota i al costat de la caixa en forma de coixinets.
Molt sovint - il·luminació, però amb poca potència, també poden ser indicadors. Potències de mW (miliwatt) a W. La resplendor és qualsevol color o ombra de llum blanca.
Llegeix també: Característiques dels LED SMD
OLED
A més dels LED d'estat sòlid basats en metalls semiconductors: silici, germani, arsenur de gal·li, etc., hi ha un grup de LED sobre pel·lícules de compostos orgànics. S'anomenen LED orgànics o OLED - Díode emissor de llum orgànic.
També, com els díodes semiconductors, emeten llum, però no amb una estructura sòlida, sinó amb pel·lícules primes. Mentre que l'aplicació principal es troba en el desenvolupament de pantalles d'un sol color. Els desavantatges existents de les pel·lícules OLED en color són els diferents temps de funcionament de les pel·lícules de diferents colors brillants. Com a mínim, això és d'unes 12-15 mil hores.
Després de la millora, aquests LED s'utilitzaran àmpliament en telèfons mòbils, navegadors GPS d'automòbils i vaixells, miradors nocturns i dispositius per a la caça i el tir nocturn, etc.
Revisió de vídeo: comparació de QLED, OLED i LCD (IPS).
Filament
El 2012-2013Van aparèixer LED inusuals, que van anomenar Filament. De fet, es tracta de matrius COB en forma de cilindres llargs amb un diàmetre de 2-3 i una longitud de 15-30 mm. S'enganxen 28-30 cristalls blaus intercalats amb uns quants de vermells sobre un cilindre de vidre o safir. Estan connectats en cadenes en sèrie i, després de comprovar la funcionalitat, s'omplen amb un fòsfor groc.
Aquesta tecnologia per a la fabricació de mòduls de filament s'anomena Chip-On-Glass o COG.
Les matrius COG preparades es col·loquen als accessoris de les làmpades incandescents convencionals, s'instal·len a la base i es col·loquen en un matràs de vidre o plàstic. Per refredar els LED, el matràs s'omple d'heli.
Potència de la làmpada: de 2-3 a 10-12 watts. El flux lluminós correspon a l'eficiència lluminosa dels LED convencionals de 80-100 lm/W.
El resultat és una làmpada incandescent LED retrofit. La làmpada sovint es coneix incorrectament com a làmpada incandescent LED.
El terme retrofit prové de l'anglès. modernització - modernització o modificació. Es tracta de noves fonts de llum en habitatges de dimensions tradicionals.
Les xifres anteriors són diferents en potència i fabricants làmpades LED de filament. En un matràs de vidre amb una base E27, els mòduls COL de filament es fixen als accessoris de filament.
Tipus d'estrella de PCB
L'abreviatura de LED d'aquest tipus deriva de la frase anglesa Printed Circuit Board. La seva traducció és placa de circuit imprès.
Placa de díodes de tipus estrella PCB. El fabricant és l'empresa nord-americana CREE, model de díode XML. El rectangle groc és la matriu COB del díode de potència.
El tauler està fet d'un metall que condueix bé la calor, com l'alumini. La configuració de la placa és una estrella de 6 raigs.La matriu de LED COB està muntada de fàbrica al centre del tauler estrella. El tauler està pintat de negre per millorar la dissipació de calor passiva que genera un potent dispositiu emissor de llum de treball.
6 "estrelles" a l'esquerra: díodes de diferent potència i tons de llum blanca. Els dos inferiors són elements més potents amb grans cercles de fòsfor groc. A la dreta hi ha una columna de 4 peces. – díodes per a muntatge pla a la superfície de pastilles d'una placa de circuit imprès.
Dibuix dimensional d'un potent LED pla sobre un tauler d'estrella. L'alçada de l'estructura és de 6,6 mm, el diàmetre del cos del díode amb cables plans és de 8 mm, la mida del tauler Star és de 22 mm.
Matriu LED COB
Si diverses desenes de cristalls semiconductors blaus s'enganxen amb cola dielèctrica sobre un substrat termoconductor fet d'un cristall de silici o safir artificial, connectat per conductors en grups paral·lels en sèrie i ple d'un fòsfor groc a la part superior, obtenim un mòdul LED. això matriu COB. L'abreviatura deriva de la frase anglesa Chip-On-Board. Es tradueix com "cristalls a la pissarra".
Les matrius COB utilitzen xips LED sense paquet sense substrats. L'allotjament és extremadament ajustat. Aquesta tecnologia produeix una part important de LED d'alta potència, inclosos centenars de cristalls. Un bon dissipador de calor refrigerat per ventilador, de vegades amb tubs de calor, us permet aconseguir una potència de 150-200 W o més en un cas.La matriu proporciona un flux direccional amb un angle de dispersió de 100-150 graus a un nivell de 0,7 del màxim de radiació.
Classificació de tipus
Els tipus de LED inclouen:
- LEDs individuals en un sol xip d'alta potència (matriu COB);
- parell de LED en un paquet - els díodes indicadors parpellegen alternativament en dos colors, per exemple, vermell i groc;
- triplets o tríades d'emissors de tres colors primaris - vermell, verd i blau o RGB: Vermell - Vermell, Verd - Verd, Blau - Blau.
Si en un LED de tres cristalls hi ha cristalls del mateix color brillant, tenim un LED súper brillant. Amb diferents colors de llum de cristall, obtenim una tríada RGB o un dispositiu emissor de llum controlat multicolor.
SMD és una abreviatura de la frase anglesa Surface Mounted Device, un dispositiu de muntatge en superfície. S'utilitza per automatitzar la col·locació i la soldadura de components electrònics en plaques de circuits impresos, incl. i LED. S'utilitza en cintes, regles, mòduls i plaques de circuits impresos convencionals.
Els colors principals també inclouen un parell de colors YB: groc, groc i blau, blau. Hi ha altres combinacions de colors que donen blanc quan es barregen.
Potents LED COB
Els models grans tenen forats de muntatge a les cantonades de la caixa. Els models més petits es solden a la placa de circuit imprès.
A més de les característiques habituals dels LED, els models potents afegeixen diversos paràmetres addicionals:
- potència nominal, W;
- mida de l'encenall, mm;
- corrent nominal de funcionament del cristall o de la matriu;
- vida útil associada a les normes L 70, L80, etc.
LED de baixa potència
Pel que fa al consum d'energia, es tracta de LEDs de 0,05 a 0,5 W, corrent de funcionament - 20-60 mA (potència mitjana - 0,5-3 W, corrent 0,1-0,7 A, gran - més de 3 W, corrent 1 A i més) .
Estructuralment, els LED de baixa potència inclouen diversos grups d'emissors de llum LED:
- Els LED en els casos SMD són normals i súper brillants;
- Díodes DIP en caixes cilíndriques: per al muntatge en forats de plaques de circuit imprès;
- en estoigs tipus piranha - per muntar en forats.
A la imatge, els LED de dalt a baix:
- En paquets DIP cilíndrics: amb cables flexibles per soldar als forats de la placa.
- En casos de tipus piranha, també són Superflux, soldant pels forats.
- En casos amb cables planars per al muntatge en plaques de contacte de plaques de circuits impresos d'una i dues cares o en "pous" de plaques multicapa.
Característiques dels LED
Els LED es descriuen per molts paràmetres. El més important d'ells:
- intensitat de la llum i eficiència energètica - Lm i Lm / W;
- l'angle de divergència del flux de llum a nivells de 0,5 o 0,7 graus - per als normals de 120 a 140 graus, per als models indicadors - de 15 a 45 graus;
- potència consumida durant el funcionament, W - petit - fins a 0,5, mitjà - 0,5-3, gran - més de 3;
- corrent de funcionament a través del díode, mA o A;
- color o ombra de llum blanca Temperatura de colors, graus Kelvin, K - de 2000-2500 K - blanc càlid i fins a 6500-9500 K - blanc fred.
Hi ha altres característiques, però s'utilitzen amb menys freqüència. Per exemple, la característica de tensió actual, característica I-V d'un LED és una corba de corrent a través d'una unió en funció de la tensió de funcionament que se li aplica. S'utilitza en els càlculs elèctrics del mode de funcionament del LED.
Dimensions
Les dimensions del LED estan determinades per les dimensions de la seva carcassa.Per a casos SMD: longitud, amplada, gruix. Els dos primers valors estan incrustats a la designació, per exemple, SMD2835, on dos parells de números tenen una amplada de 2,8 mm i una llargada de 3,5 mm. El gruix de la caixa s'ha de treure de la descripció o passaport del díode.
Per als díodes DIP cilíndrics, les característiques importants són el diàmetre de la caixa i la seva alçada amb una lent. En aquest cas, cal tenir en compte la longitud dels cables i les recomanacions del fabricant per doblegar-los abans de la instal·lació.
Longitud d'ona
Una característica dels LED com la longitud d'ona s'utilitza molt poques vegades. Sovint s'anomena el color de la resplendor.
| Tons de color | Longitud d'ona, nm |
|---|---|
| infrarojos (invisibles) | 760-880 |
| vermell | 620-760 |
| taronja | 585-620 |
| groc | 575-585 |
| groc-verd | 555-575 |
| verd | 510-555 |
| blau | 480-510 |
| blau | 450-480 |
| violeta | 390-450 |
| UV (invisible) | 10-390 |
La longitud d'ona de la resplendor del díode es mesura en nanòmetres - nm. No sempre s'indica a les dades del passaport del producte.
Denominació i marcatge de color
Cada fabricant té la seva pròpia marca de LED. Per exemple, a la designació del LED - LED-WW-SMD5050, els seus elements alfabètics i numèrics es descodifiquen:
- LED - LED;
- WW - color brillant Blanc càlid - blanc càlid 2700-3500 K;
- SMD - paquet de muntatge superficial;
- 5050 - dimensions del cos en dècimes de mil·límetre - 5,0 × 5,0.
Variants d'abreviatures per a tons de llum blanca:
- DW - Dia Blanc - dia blanc (4000-5000 K);
- W - Blanc, blanc pur (6000-8000 K);
- CW o WC - Cool White - blanc fred (8000-10 000 K);
- WSC - White Super Cool - blanc super fred, temperatura de color 15.000 K amb un to blavós característic;
- NW - Blanc neutre - blanc neutre - 5000 K.
Hi ha altres designacions per a LED i colors, el sistema encara no s'ha estandarditzat completament, de manera que els fabricants utilitzen diferents valors numèrics i noms per als tons de llum blanca.
Imatge gràfica i alfabètica del diagrama
L'ànode, també conegut com el plus del LED, es mostra com un triangle als circuits elèctrics. Càtode (menys) - un guió transversal.
Taula de voltatges LED
Perquè el LED proporcioni durant el funcionament totes les característiques especificades pel seu disseny i tecnologia de fabricació, cal que tingui una font d'alimentació calculada. Per exemple, apliqueu una tensió al seu ànode i càtode, que serà lleugerament superior a la tensió directa de la unió p-n. L'excés de tensió s'ha de "apagar" en sèrie resistència inclosa. La resistència s'anomena resistència limitadora de corrent. Serveix per evitar l'excés de corrent a través de la unió p-n.
El LED té dos cables de contacte: l'ànode i el càtode, el càtode és més curt que l'ànode. Si la longitud és la mateixa, aleshores definir Podeu utilitzar-los amb una bateria de dit. Si hi ha llum, tens un ànode davant teu.
Taula. Tensió directa de la unió p-n del LED de colors.
| Color brillant | Tensió de funcionament, directa, V |
|---|---|
| blanc | 3,5 |
| vermell | 1,63–2,03 |
| taronja | 2,03–2,1 |
| groc | 2,1–2,18 |
| verd | 1,9–4,0 |
| blau | 2,48–3,7 |
| violeta | 2,76–4 |
| infrarojos | fins a 1,9 |
| UV | 3,1–4,4 |
Llegeix també: Com esbrinar quants volts un LED
Aplicació de leds
L'abast dels LED està en constant expansió. Inicialment, s'utilitzaven com a indicadors de llum en circuits d'encesa o funcionament d'equips electrònics.Per exemple, encendre l'emissor, canviar a potència augmentada o reduïda, etc. Podrien arreglar l'activació automàtica, per exemple, quan apareix un senyal de trucada o per cridar l'atenció. Es van utilitzar LED intermitents o d'un sol color: vermell, groc, verd, blau.
Els LED DIP súper brillants de mida petita es van connectar en cadenes paral·leles en sèrie i s'alimentaven directament des d'una xarxa de 220 V. Col·locant aquests grups de díodes en sèrie en un tub de PVC flexible transparent i omplint-los amb un segellador transparent, vam aconseguir "neó flexible"- un torniquet lluminós". Es pot col·locar al costat de la piscina, al voral del camí, decorar el terrat de la casa o un arbre al jardí.
L'arribada de plaques flexibles multicapa i paquets SMD per al muntatge en superfície ha donat lloc a la creació de plaques flexibles. tires LED.
Inicialment, aquests eren mitjans de decoració d'interiors. L'augment de la potència dels díodes SMD i la densitat de la seva col·locació a la placa va permetre començar a utilitzar tires LED, primer per a la il·luminació auxiliar i després per a la il·luminació principal. L'augment del grau de protecció contra la pols i la humitat de les cintes va portar a la seva utilització per a il·luminació decorativa i, després, per a la il·luminació principal en condicions de carrer.
Al mateix temps, s'estaven desenvolupant làmpades LED per substituir les làmpades incandescents a les làmpades: aplics, canelobres i llums de taula. Van aparèixer les làmpades d'adaptació: anàlegs complets de les làmpades incandescents i els tubs fluorescents en termes de forma, mida de bombeta i tensió d'alimentació. S'ha iniciat la substitució gradual de les làmpades incandescents per retrofits LED. Al mateix temps, es va aturar la producció de LN: al principi 100 W o més, després 75, 60, etc.
El desenvolupament de potents LED individuals, especialment en el paquet Emitter o PCB Star, ha contribuït a l'aparició de llanternes amb bateria incorporada. La brillantor i la durada de la resplendor després d'un cicle de càrrega van ser diverses vegades més grans que els models anteriors.
Excel·lent controlabilitat dels LED per mitjans electrònics - controladors i dimmers - dimmers, permetien l'ús de potents focus en la il·luminació lluminosa de carrers i places de ciutats i pobles de qualsevol regió del país.
Tipus de tira LED RGB, RGBW i RGBWW va permetre no només obtenir potents corrents de llum blanca, sinó també canviar la seva tonalitat blanca en una àmplia gamma de groguencs càlids a blaus i blaus freds.
La controlabilitat de les noves fonts de llum permet utilitzar-les àmpliament en publicitat il·luminada: "línies rastrejadores", pantalles de llum, pantalles d'informació, etc. Utilitzeu aquestes fonts de llum de color blanc i brillant a la publicitat de façanes i als terrats: lletres i dibuixos plans i tridimensionals, noms de marques, imatges de marques comercials i molt més.
I tots aquests dissenys funcionen molt més que els seus homòlegs en làmpades convencionals, gairebé no requereixen manteniment i consumeixen moltes vegades menys electricitat. Les característiques tècniques dels LED i dels equips d'il·luminació creixen constantment. El cost dels LED està disminuint i l'aplicació s'amplia.
