Viss, kas jums jāzina par gaismas diodēm: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Gaismas diode ir elektroniska ierīce, kas izstaro gaismu, kad caur to tiek novadīta strāva. Gaismas diodes ir mazas, ārkārtīgi efektīvas, spilgtas, lētas elektroniskas sastāvdaļas. Cilvēki domā, ka gaismas diodes ir tikai parastas gaismas izstarojošas sastāvdaļas un mēdz ignorēt LED interesantos faktus un iezīmes. Šajā pamācībā es jums iemācīšu “Viss, kas jums jāzina par gaismas diodēm”, kas ietver to darba, strāvas un jaudas vērtējumus, konstrukcijas, tipus, rezistoru kalkulatoru gaismas diodēm, lietojumus, testēšanu un vienkāršu LED shēmu.

Šeit ir saite uz bezmaksas android lietotni “LED rezistoru kalkulators”: LED rezistoru kalkulators. Šī lietotne palīdz aprēķināt atbilstošo LED pretestības vērtību.

LED vēsture

Kapteinis Henrijs Džozefs Rounds bija viens no radio pirmajiem pionieriem un saņēma 117 patentus. Viņš bija pirmais, kurš ziņoja par elektroluminiscences novērošanu no diodes, kā rezultātā tika atklāta gaismas diode. Vladimirovičs Losevs novēroja gaismas izstarojumu no karborunda punktu saskares punktiem. Radiotehniķa darba laikā viņš pamanīja, ka radio uztvērējos izmantotās kristāla diodes izstaro gaismu, kad caur tām tiek novadīta strāva. 1927. gadā Losevs krievu žurnālā publicēja informāciju par savu darbu pie gaismas diodēm. Pāris gadus vēlāk Niks Holonjaks jaunākais 1962. gadā, strādājot par konsultantu zinātnieku General Electric Company laboratorijā Sirakūzās, Ņujorkā, izgudroja pirmo redzamā spektra (sarkano) LED.

Detaļu saraksts:

• Dažādu krāsu gaismas diodes - AliExpress
• RGB gaismas diodes - AliExpress
• IR gaismas diodes - AliExpress

1. darbība: sastāvs un darbs

ATTĒLS:

1. LED atmešana.
2. Gaismas diodes elektrodu skats no augšas. (lielāks katods, mazāks anods).
3. LED anoda un katoda tuvplāns. (LED sagriezts uz pusēm).
4. LED anods un katods noņemti no plastmasas apvalka.

Sastāvs

Visbiežāk sastopamās gaismas diodes sastāv no gallija (Ga), arsēna (As) un fosfora (P). Mūsdienu gaismas diodes nav tikai GaAsP veidi - citu pusvadītāju pagatavojumu ir daudz! Šos pusvadītājus izmanto arī dažādās citās elektroniskās sastāvdaļās.

Darbojas

LED ir P-N savienojuma diode, kas izstaro gaismu. Kad gaismas diode ir priekšējā slīpumā, tā izstaro gaismu, nevis siltumu, ko rada normāla diode. Kad P-N krustojums ir priekšējā slīpumā, gaismas diodes gadījumā daži caurumi apvienojas ar N-reģiona elektroniem, bet daži elektroni no N- ar caurumu no P-apgabala. Katra rekombinācija izstaro gaismu vai fotonus.

Gaismas diodēm ir polaritāte, un tāpēc tās nedarbojas, ja tās ir savienotas pretējā virzienā. Vienkāršākais veids, kā pārbaudīt parasto gaismas diožu polaritāti, ir turēt gaismas diodi pie acs. Jūs redzēsit, ka ir divi elektrodi. Biezāks ir katods (-). No katoda tiek izstarota gaisma. Plānākais elektrods ir anods (+). [Lai gan šī polaritātes pārbaudes metode nedarbosies dažiem gaismas diodēm, piemēram, augstas efektivitātes gaismas diodēm utt., Ja ir pretēji]. Parasti gaismas diodes tiek ražotas tā, ka katoda un anoda vadu garums atšķiras. Sakarā ar to gaismas diodes tiek ražotas ar anoda (+) vadu, kas ir garāks par katoda (-) vadu. Tas arī atvieglo polaritātes noteikšanu. Piezīme. Daži ražotāji abus elektrodu vadus saglabā vienādā garumā. Lai pārbaudītu polaritāti, jums būs jāizmanto multimetrs.

2. solis: pašreizējie un jaudas vērtējumi, Haica likums

ATTĒLS: LED simbols

Parastās IR gaismas diodes var darboties līdz ~ 1,5 V, bet parastajām sarkanajām gaismas diodēm ir vajadzīgi ~ 1,8 V, parastajām zaļajām gaismas diodēm - aptuveni 2 V, bet parastajām zilās un baltās gaismas diodēm (kas, protams, ir zilas ar fosfora pārklājumu) ir nepieciešams labs 3 V spriegums.

Gaismas diodēm nav "sprieguma reitinga"; tās virza strāva. Spilgtums ir aptuveni proporcionāls strāvai un nav tieši proporcionāls spriegumam. Pie jebkuras konkrētas strāvas tiem būs spriegums uz priekšu, bet tas ir sekundārs pret strāvu, kas ir galvenais faktors, kas jākontrolē.

Pašreizējie vērtējumi

Arī pašreizējie gaismas diožu vērtējumi ir līdzīgi sprieguma vērtējumiem. Gaismas diodēm parasti ir standarta strāvas vērtējums. Lielākajai daļai gaismas diožu ir nepieciešami aptuveni 5-25 mA. Gaismas diodes nepieciešamā strāva dažreiz ir atkarīga no gaismas diodes krāsas. Ja jūs piegādājat pārmērīgu strāvu, gaismas diode iedegsies un tiks sabojāta. No otras puses, ja jūs piegādājat ļoti zemu strāvu, gaismas diode nesniegs maksimālo jaudu. Mūsdienu īpaši gaišās sarkanās/zaļās gaismas diodes var nodrošināt pieņemamu izvadi (izmantošanai statusā utt.) Jau no 1 mA

Jaudas vērtējumi

Gaismas diodēm var būt dažādi jaudas rādītāji atkarībā no to veida, uzbūves un pašreizējiem vērtējumiem utt. Gaismas diodes ir mazāk neefektīvas nekā parastās spuldzes, piemēram, CFL un kvēlspuldzes.

Haica likums

Tajā teikts, ka katru desmitgadi maksa par vienu lūmenu (izstarotās lietderīgās gaismas vienība) samazinās par 10 reizēm, un uz vienu LED paketi radītās gaismas daudzums palielinās par 20 reizes noteiktam gaismas viļņa garumam (krāsai). Tas tiek uzskatīts par LED ekvivalentu Mūra likumam, kas nosaka, ka tranzistoru skaits noteiktā integrālajā shēmā dubultojas ik pēc 18 līdz 24 mēnešiem. Abi likumi balstās uz pusvadītāju ierīču ražošanas procesa optimizāciju.

3. darbība. Veidojiet

ATTĒLS:

1. Pamata LED.
2. Kupola LED.
3. SMD LED (liels).
4. SMD LED (mazs).
5. Displeja LED, ko izmanto 7 segmentu displejā.

Gaismas diodes tiek ražotas dažādās formās un izmēros. Plastmasas lēcas krāsa bieži vien ir tāda pati kā faktiskā izstarotās gaismas krāsa, bet ne vienmēr. Piemēram, violetu plastmasu bieži izmanto infrasarkanajām gaismas diodēm, un lielākajai daļai zilo ierīču ir bezkrāsains korpuss. Mūsdienu lieljaudas gaismas diodes, piemēram, apgaismošanai un fona apgaismojumam, parasti atrodamas virsmas montāžas ierīču (SMD) komplektos. Dažām gaismas diodēm ir izkliedētas plastmasas lēcas.

Pamata LED

Pamata LED ir viena no visplašāk izmantotajām gaismas diodēm. Tā popularitātes dēļ tā cena ir salīdzinoši lētāka salīdzinājumā ar citām LED. Tas izskatās ļoti vienkārši, un dizains ir ļoti vienkāršs.

Kupola LED

Šis ir gaismas diodes veids, kas ir veidots kā “kupols”. Šī forma ir paredzēta, lai palielinātu apgabalu, uz kuru gaisma tiek pārraidīta. Citiem vārdiem sakot, gaismas diodes izstarojuma leņķis (apkārtmērs) ir lielāks nekā pamata gaismas diode. To parasti kontrolē tas, cik tālu tie novieto gaismas izstarotāju no kupola. Specifikācijas lapas gandrīz vienmēr sniedz jums “pusjaudas leņķi” (leņķis ārpus ass, pie kura redzat tikai pusi no spilgtuma). Ja vēlaties daudz plašāku emisijas leņķi, varat nogriezt kupolu ar dremel instrumentu. Ja jums tas rūp, jūs varat vīlēt vai pulēt galu, bet tas nav nepieciešams. Jo tuvāk to sagriežat emisijas ierīcei, jo plašāks leņķis. Bet esiet piesardzīgs, lai nenogrieztu pārāk tuvu, jo tur ir niecīga stieple, kuru parasti nevar redzēt ar aci. Lai gan šāda veida gaismas diodes ir nedaudz dārgākas nekā pamata LED.

SMD LED

Šāda veida gaismas diodes parasti ir ļoti mazas. SMD nozīmē uz virsmas montējamu ierīci. Un, kā norāda nosaukums, šī gaismas diode ir pielodēta uz PCB virsmas atšķirībā no parastajām caururbjošajām sastāvdaļām. Šīs gaismas diodes parasti lodē mašīnas (precīzi lodēšanas roboti), un tās ir ārkārtīgi grūti lodēt ar rokām (lai gan nav neiespējami lodēt SMD gaismas diodes ar rokām). Lai pasūtītu SMD gaismas diodes ar rokām, jums ir nepieciešams tikai lodāmurs ar smalku galu, kāds plāns lodmetāls, spilgta gaisma un, iespējams, palielināmais lukturis, kā arī dažas labas un precīzas lodēšanas prasmes.

Displeja LED

Šāda veida gaismas diodes galvenokārt izmanto displejos, jo tā forma ir plakana.

4. solis: veidi

ATTĒLS:

1. Doma gaismas diodes.
2. IR gaismas diodes.
3. 7 segmenta displeja gaismas diode
4. Trīskrāsu LED (krāsu maiņas LED).

Krāsu LED

Krāsainas un baltas gaismas diodes galvenokārt izmanto indikatoros, lampās, apgaismes iekārtās utt. Tie ir vieni no visbiežāk izmantotajiem gaismas diodēm

Krāsu maiņas LED (Tri/Bi Color LED)

Šāda veida LED gaismas diodes izstarotā krāsa mainās noteiktā laika periodā. Šajā gaismas diodē ir iestrādāta maza integrēta shēma (IC), lai kontrolētu laika aizturi starp dažādu krāsu pāreju. Trīs/divkrāsainas gaismas diodes nemaina krāsu, patiesībā tās ir divas atsevišķas gaismas diodes (bieži sarkana un zaļa) vienā iepakojumā. Jūs pagriežat vienu vai otru, lai iegūtu divas krāsas, un abas, lai iegūtu trešo.

Infrasarkanā (IR) gaismas diode

Šāda veida LED stari infrasarkanie gaismas stari. Cilvēka acs nevar redzēt šos infrasarkanos starus. Šāda veida gaismas diodes parasti darbojas ar 38KHz pārraides frekvenci. Dizaineris modulē LED kā veidu, kā uztvērējs to var diskriminēt no citiem IR avotiem. Gaismas diodes tiek modulētas arī ļoti zemās frekvencēs, lai vienkārši parādītu mirgojošu LED, un bieži tiek modulētas salīdzinoši augstās frekvencēs ar dažādu darbības ciklu, lai efektīvi kontrolētu to spilgtumu. Un tad daži tiek modulēti daudz augstākās frekvencēs, lai nosūtītu datus (piemēram, izmanto optiskās šķiedras). To galvenokārt izmanto tālvadības un maza diapazona sakaru ierīcēs. Jūs varat pārbaudīt IR gaismas diodi, apskatot to zem kameras, kamēr gaismas diodei tiek pievadīta strāva. Citiem vārdiem sakot, kameras var noteikt gaismas diodes izstarotos IR starus. Kameras, kurām nav infrasarkano staru filtra filtra, parasti var diezgan labi redzēt tuvu IS (un parasti tās ir lētas kameras un jo īpaši drošības kameras). Bet jāpiemin, ka pat dažas mobilo tālruņu kameras IR bloku filtra dēļ vispār neredz IR gaismas diodes.

7 segmenta displeja gaismas diode

Septiņu segmentu displeja gaismas diode ir gaismas diode, kas sastāv no 7 displeja gaismas diodēm, kas savienotas ar astoņu formu. To izmanto kalkulatoros, displejos utt. Līdzīgu gaismas diodi izmanto arī alfabētu parādīšanai.

UV LED

UV gaismas diodes izstaro ultravioletos gaismas starus. Šiem stariem ir dažādi pielietojumi, piemēram, sterilizācija, ūdens attīrīšana utt.

5. solis: rezistoru kalkulators gaismas diodēm

ATTĒLI:

1. Dažādi rezistori un LED.
2. LED pretestības kalkulatora lietotnes logotips.

Tātad visbiežāk uzdotais jautājums par gaismas diodēm ir atbilstošais rezistors, ko izmantot kopā. Iemesls, kāpēc rezistors tiek izmantots kopā ar gaismas diodēm, ir aizsargāt tos no pārmērīgas strāvas, kas var sadedzināt un sabojāt LED. Bet izvēlēties pareizo LED nav tik vienkārši. Kāpēc? Ja izvēlaties ļoti augstu pretestību, gaismas diode neizstaro maksimālo gaismu. Un, ja jums ir zema pretestība, pastāv iespēja, ka gaismas diode tiks sabojāta.

Tātad tika izgudrota vienkārša formula:

Pretestība = (avota spriegums - LED spriegums) / (LED strāva / 1000)

*Paturiet prātā, LED strāva ir miliampos (mA)

Lai atvieglotu šo aprēķinu, varat izmantot šo bezmaksas Android lietotnes LED pretestības kalkulatoru. Tā ir lietotne, kas īpaši izstrādāta šai instrukcijai. Šai lietotnei tiks pievienotas citas funkcijas un citas ar elektroniku saistītas funkcijas un kalkulatori. Lietotni izstrādāja BluBot Technologies. Jūs varat pārbaudīt viņa pamācības un sazināties ar viņu, izmantojot savu Orangeboard @Nathan Neal Dmello. Viņš arī uzņemas dažādus citus projektus, izstrādājot lietotnes, vietnes, datorprogrammas utt. Jūs varat sazināties ar viņu, izmantojot viņa vietni.

6. darbība: lietošana

ATTĒLS:

1. TV tālvadības pults bez pogas nospiešanas.
2. Televizora tālvadības pults ar nospiestu pogu un IR LED zibspuldze.
3. Dome LED sloksne no avārijas lukturīša.
4. Viedtālruņa kameras LED zibspuldze.
5. Klēpjdatora LED jaudas indikatori.

Gaismas diodes tiek izmantotas visur. No tālruņa zibspuldzes līdz automašīnu mūzikas sistēmai, dārza gaismām un televizora displejam. Būtībā to adaptīvais raksturs un efektivitāte ir devusi viņiem vietu lielākajā daļā elektronisko ierīču.

Daži no pazīstamākajiem lietojumiem ir:

1. Apgaismojums.
2. Displeji.
3. Rādītāji.
4. Dekoratīvās gaismas un priekšmeti.
5. Tālvadība.
6. Sterilizācija.
7. Ūdens attīrīšana.
8. Zobārstniecība un citas medicīnas lietojumprogrammas.

7. darbība: pārbaude un shēma

ATTĒLS:

1. Multimetrs, ko izmanto LED pārbaudei.
2. Vienkārša ķēde, izmantojot LED.

Testēšana

Klasisks ātrs krāsu, spilgtuma un polaritātes testeris ir tikai 3 V litija monētu šūna (piemēram, CR2032). Protams, pieskarieties tam tikai zemāka sprieguma gaismas diodēm, pretējā gadījumā tās var pārkarst!

Dažas gaismas diodes var pārbaudīt, lai pārbaudītu, vai tās darbojas pareizi, izmantojot multimetru, un veiciet tālāk norādītās darbības.

1. Iestatiet multimetra ciparnīcu uz funkciju 'Kontinuitāte'.
2. Tagad savienojiet gaismas diodes anodu (+) ar multimetra SARKANO/Pozitīvo/(+) zondi un savienojiet LED katodu (-) ar multimetra MELNO/Negatīvo/(-) zondi.
3. Ja gaismas diode darbojas, multimetrs sāks pīkstēt. Un vērtība parādīsies multimetra ekrānā. Turklāt gaismas diodei vajadzētu iedegties.

*Gaismas diodes pārbaude, izmantojot multimetra nepārtrauktības funkciju, parasti nedarbosies, jo vairums multimetru pretestības un nepārtrauktības testos izmanto tikai zemu spriegumu, mazāku par 1 V. Ja tas notiek, multimetrs neizdarīs nepārtrauktu pīkstienu; tas var atskanēt vienu īsu pīkstienu. Daudziem multimetriem ir diodes pārbaudes funkcija, kas apzīmēta ar diodes simbolu, kas visā diodei ir līdz 2 V. Tas droši pateiks daudzu gaismas diožu polaritāti, bet ne vienmēr zilās un baltās gaismas diodes ar augstu spriegumu uz priekšu.

Ar šīs shēmas palīdzību varat arī pārbaudīt LED un jebkuru citu komponentu:- elektronisko sensoru komponentu testeris

Ķēde

Šī ir viena no visvienkāršākajām un daudzpusīgākajām shēmām, kuras jūs varat atrast, kurās tiek izmantota LED. Iemesls, kāpēc tā ir lieliska ķēde, ir tas, ka tā var pārbaudīt arī citu elektronisko komponentu vai elektronisko sensoru darbību. Varat arī apskatīt detalizētu apmācību, kas palīdzēs jums izveidot šo shēmu: elektronisko sensoru komponentu testeris

Otrā vieta tehnikas konkursā

Otrā balva programmā Teach It! Konkursu sponsorē Dremel