Як працуе святлодыёд: прынцып працы

У перакладзе з ангельскага скарачэнне LED даслоўна азначае «дыёд, які выпраменьвае святло». Гэта паўправадніковай прылада, здольнае трансфармаваць электрычны ток у светлавое выпраменьванне. Гэта простае прыстасаванне, канструкцыя якога даволі моцна адрозніваецца ад звыклых нам вырабаў для асвятлення (лямпы напальвання, разрадныя, люмінесцэнтныя лямпы і т. Д.).

Як працуе святлодыёд, будзе цікава даведацца кожнаму. Гэты прыбор не мае першапачаткова ненадзейных далікатных элементаў канструкцыі і шкляной колбы (у адрозненне ад іншых лямпаў). Кошт дыёдаў настолькі малая, што ненашмат адрозніваецца ад батарэек, якія служаць іх крыніцай харчавання. Папулярнасць падобных вырабаў тлумачыцца шэрагам фактараў, у тым ліку і іх канструкцыяй.

Гісторыя ўзнікнення

Разглядаючы пытанне, чаму працуюць святлодыёды, варта вывучыць гісторыю іх узнікнення. Упершыню падобнае прылада была створана ў 1962 г. навукоўцам Н. Холоньяком. Гэта быў манахромны дыёд чырвонага святлення. Ён меў шэраг недахопаў, але сама тэхналогія была прызнана перспектыўнай.

Праз 10 гадоў пасля стварэння чырвонага дыёда з'явіліся зялёныя і жоўтыя разнавіднасці. Іх ўжывалі ў якасці індыкатараў ў многіх электронных прыборах. Інтэнсіўнасць светлавога патоку дыёдаў дзякуючы навуковым распрацоўкам пастаянна ўзрастала. У 90-х гадах быў створаны асвятляльнік з эфектыўнасцю патоку 1 люмен.

У 1993 годзе С. Накамура стварыў першы сіні дыёд, які характарызаваўся высокай яркасцю. З гэтага моманту стала магчымым ствараць любы колер спектру (у тым ліку белы). Тэхналогіі нястомна развіваліся.

Пры злучэнні сіняга і ультрафіялетавага тыпу дыёдаў атрымліваецца белы люминофорный асвятляльнік. Яны сталі паступова выцясняць лямпы напальвання. Да 2005 году выпускаліся дыёды з магутнасцю светлавога патоку да 100 лм і нават вышэй. Сталі вырабляць белыя асвятляльныя прыборы з рознымі адценнямі (цёплыя, халодныя).

прылада святлодыёда

Каб зразумець, як працуе кропкавы святлодыёд, неабходна падрабязна разгледзець яго прыладу. Гэты асвятляльны прыбор, на думку прадстаўнікоў Асацыяцыі развіцця оптаэлектронных індустрыі і дэпартамента энергетыкі, у хуткім часе стане самым запатрабаваным крыніцай асвятлення ў звычайных дамах, офісах, установах.

Святлодыёд мае асновай паўправадніковы крышталь. Ён прапускае электрычны ток толькі ў адзін бок. Крышталь размешчаны на асаблівай падкладцы. Яна не праводзіць ток. Корпус абараняе крышталь ад знешніх уздзеянняў. Ён мае выхады ў выглядзе кантактаў, а таксама аптычную сістэму.

Каб павысіць працягласць эксплуатацыі прыбора, прастора паміж пластыкавай лінзай і самім крышталем запоўнілі празрыстым сіліконавым кампанентам. Каб адводзіць залішняе цяпло, прымяняецца алюмініевая аснова. Гэта звычайнае прылада сучаснага дыёда. Пры працы ён вылучае адносна невялікае колькасць цеплыні. Гэта таксама з'яўляецца перавагай прыбора.

Прынцып працы

Разглядаючы, як працуе святлодыёд, неабходна паглыбіцца ў асноўны прынцып працы падобных прылад. Прыбор прадстаўленага тыпу мае адзін электронна-дзіркаваты пераход. Гэта звязана з розным прынцыпам праводнасці кампанентаў асвятляльнікі. Адзін паўправаднік мае лішак электронаў, а другі - лішак дзірак.

Пры дапамозе працэсу легіравання дзіркаваты матэрыял ўзбагачаецца носьбітамі адмоўнага зарада. Калі ў месцы узбагачэння паўправаднікоў супрацьлеглымі зарадамі прыкласці ток, атрымаецца прамое зрушэнне. Праз пераход гэтых двух матэрыялаў пабяжыць электрычнасць.

Пры гэтым у корпусе дыёда адбываецца сплаўленне носьбітаў зарадаў з розным электрычным статусам. Калі дзіркі і электроны сутыкаюцца, вылучаецца пэўную колькасць энергіі. Гэта квант светлавога патоку. Яго называюць фатонам.

колер святлодыёда

Пры стварэнні дыёдаў прымяняюцца розныя паўправадніковыя матэрыялы. Гэта вызначае колер, які выпускае пры працы прадстаўленае прылада. Розныя матэрыялы здольныя пасылаць у прастору хвалі рознай даўжыні. Гэта дазваляе чалавечаму воку ўбачыць той ці іншы колер бачнага спектру.

Вывучаючы пытанне, як працуе святлодыёд, варта разгледзець матэрыялы паўправаднікоў. Раней у падобных мэтах ўжываліся фасфід Галіі, патройныя злучэння GaAsP, AlGaAs. Пры гэтым прыбор мог пасылаць у прастору чырвоны, жоўта-зялёны светлавы струмень.

Прадстаўленая тэхналогія цяпер ужываецца толькі для індыкатарных прылад. Сёння для такіх вырабаў выкарыстоўваюць алюміній індый-галій (AllnGaP) і індый-нітрыд Галіі (InGaN). Яны вытрымліваюць даволі высокі ўзровень які праходзіць току, высокія паказчыкі вільготнасці і нагрэву. Магчымая камбінацыя святлодыёдаў розных тыпаў.

змешванне кветак

Сучасныя дыёдныя стужкі могуць выдаваць розныя адценні светлавога патоку. Адзін прыбор можа вырабляць манатонны колер. Пры стварэнні многокристального прылады магчыма атрымаць велізарная колькасць розных адценняў. Падобна маніторы тэлевізара ці кампутара, дыёд можа стварыць любы колер пры дапамозе мадэлі RGB (расшыфроўваецца як чырвоны, зялёны, сіні).

Гэта просты прынцып, які дазваляе зразумець, як працуюць RGB-святлодыёды. Пры дапамозе гэтай тэхналогіі можна ствараць і белае асвятленне. Для гэтага ўсе тры колеры змешваюцца ў роўнай прапорцыі.

Аднак, акрамя прадстаўленай тэхналогіі, можна атрымаць белае свячэнне пры злучэнні дыёда караткахвалевага выпраменьвання (ультрафіялетавае, сіні) разам з жоўтым пакрыццём люминофорного тыпу. Пры камбінацыі фатонаў жоўтага і сіняга колеру ў выніку атрымліваецца белае свячэнне.

вытворчасць

Каб зразумець, ад колькіх вольт працуюць святлодыёды, неабходна разгледзець вытворчасць гэтых прылад. У першую чаргу варта адзначыць, што прыборы з матрыцай тыпу RGB каштуюць даражэй, чым люминоформы. Прычым апошнія дазваляюць дамагчыся асвятлення высокай якасці.

Недахопам люмінафораў з'яўляецца меншая святлоаддача, а таксама розная афарбоўка (тэмпература) патоку. Гэта прылада старэе хутчэй, чым святлодыёд. Таму ў продаж паступаюць асвятляльныя прыборы абодвух прынцыпаў працы. Для стварэння індыкатараў вырабляюцца дыёды з спажываннем 2-4 У напружання пастаяннага тыпу (пры току 50 ма).

Для стварэння паўнавартаснага асвятлення неабходныя прылады з такім жа спажываннем напружання, але больш высокім узроўнем току - да 1 А. Калі ў адным модулі дыёды падключыць паслядоўна, сумарная напружанне будзе дасягаць 12 ці 24 В.

ўзмацненне яркасці

Разглядаючы пытанне, ад якога напружання працуюць святлодыёды, варта сказаць пра падвышэнне яркасці прадстаўленых прылад. Магутнасць такіх прыбораў дасягае 60 мВт. Калі падобныя дыёды ўсталяваць у сярэдні па габарытах корпус, светлавых элементаў спатрэбіцца ўсталяваць 15-20 шт.

Дыёды з узмоцненай яркасцю святлення могуць несці ў сабе магутнасць да 240 Вт. Каб забяспечыць нармальную падсвятленне, падобных элементаў спатрэбіцца 4-8 шт. У продажы прадстаўлены прылады, здольныя паўнавартасна асвятляць памяшкання, вонкавую рэкламу, вітрыны і т. Д. Некаторыя стужкі ствараюцца для выканання падсвятлення сярэдняй або малой інтэнсіўнасці.

Для падлучэння прадстаўленага абсталявання ўжываюць блокі кіравання адпаведнай магутнасці. Для каляровых стужак магчыма ўжываць кантралёры, кіраўнікі не толькі інтэнсіўнасцю асвятлення, але і якія задаюць адценні і рэжымы працы прылады.

кіраванне свячэннем

Існуе вялікая колькасць варыянтаў прадстаўленага абсталявання. Ёсць святлодыёды, якія працуюць ад батарэек (напрыклад, у ліхтарыках), запитанные ў стацыянарную сетку. Іх ужываюць як для ўнутранай, так і знешняй працы. У залежнасці ад умоў прымянення падбіраецца адпаведны клас абароны дыёда.

Каб адрэгуляваць яркасць святлення, напружанне харчавання не зніжаюць. Для памяншэння інтэнсіўнасці святлення прымяняецца шыротным-імпульсных мадуляцыя (ШІМ). У гэтым выпадку набываецца блок кіравання.

Прадстаўлены метад заключаецца ў падачы на дыёд імпульсна-мадуляванага току. Частата сігналу пры гэтым дасягае тысяч герц. Можа змяняцца шырыня імпульсаў і інтэрвалаў паўз. Пры гэтым можна кіраваць свячэннем прыбора. Дыёд у гэтым выпадку не патухне.

даўгавечнасць

Дыёды лічацца даўгавечнымі прыладамі. Гэта тлумачыцца іх канструкцыяй. Аднак калі не працуюць святлодыёды на лямпе, магчыма, тэрмін іх эксплуатацыі выйшаў. Гэта можна вызначыць па насычанасці святлення і змене колеру.

Таксама спецыялісты адзначаюць, што тэрмін эксплуатацыі маламагутных прылад значна працяглей. Але нават у самых яркіх стужках або лямпах дыёды гарантавана працуюць 20-50 тыс. Гадзін. Бо яны не маюць далікатных элементаў канструкцыі, механічныя ўздзеяння з большай верагоднасцю не вырабяць шкоды падобным асвятляльнікі.

Вывучыўшы, як працуе святлодыёд, можна зразумець прынцып прылады гэтага прыбора, а таксама яго эксплуатацыйныя характарыстыкі. Гэта абсталяванне лічыцца асвятляльнікі будучага пакалення.