Jak działa dioda LED: zasada działania, urządzenie i funkcje

Wielu konsumentów chce dowiedzieć się więcej na temat diod LED urządzenia, zasady działania tych urządzeń elektrycznych, a także ich cech technologicznych. Jest to spowodowane ogólnie popularyzacją oświetlenia LED. Takimi elementami są produkty półprzewodnikowe z przejściem elektron-dziura, które pozwala na tworzenie promieniowania optycznego.

Jak pojawiła się konkretna technologia oświetleniowa?

Przed rozważeniem zasady działania diod LED proponuje się zbadanie informacji o tym, w jaki sposób zostały stworzone. Pierwsza wiadomość o możliwości emisji światła przez diodę półprzewodnikową należy do jednego brytyjskiego eksperymentatora. Zrobił to w 1907 roku, kiedy opisał proces elektroluminescencyjny.

Eksperymenty powtórzono w rosyjskim laboratorium, ale nie przywiązywały one dużej wagi. W 1961 roku pierwsza technologia LED została opatentowana przez pracowników amerykańskiej firmy. Od tego czasu udoskonalono procesy rozwoju. Po pewnym czasie udało się uwolnić element o wysokiej jasności do wykorzystania w sektorze telekomunikacyjnym.

O podstawowych właściwościach fizycznych

Aby zrozumieć zasadę działania diody LED, należy zrozumieć, że każdy element jest diodą półprzewodnikową, która zamienia energię elektryczną bezpośrednio na promieniowanie świetlne. Kiedy przepływa przez nią prąd stały, elektrony są przenoszone do określonego obszaru. W procesie poruszania przejście do innego poziomu energii następuje wraz z uwolnieniem dużej ilości promieniowania świetlnego.

Aby uzyskać różne efekty kolorystyczne, substancje aktywujące wprowadza się do materiału półprzewodnikowego. Najpowszechniej stosowane jest promieniowanie monochromatyczne. W przypadku tej opcji dla każdej diody używana jest określona długość fali. Schemat kolorów blasku można kontrolować.

Najważniejsze funkcje

Biorąc pod uwagę szczegółowe urządzenie i zasadę działania diody LED, należy zauważyć pewne cechy. Promieniowanie przyrządu zależy bezpośrednio od kąta promieniowania, który zależy od projektu. Pewien wpływ na intensywność promieniowania ma:

• materiał użyty bezpośrednio do ochrony kryształu;
• zamontowany obiektyw.

Urządzenie półprzewodnikowe może emitować nie tylko wąsko skierowane, ale również rozproszone światło. Temperatura otoczenia może wpływać na właściwości diod LED. Ich jasność zależy od tego. Gdy temperatura wzrasta, blask staje się jaśniejszy, a przy niższych temperaturach jaśniejszy. W związku z tym zakres operacji ma szczególne znaczenie.

Wysokie wymagania stawiane są produktom przeznaczonym do użytku zewnętrznego. Powinno działać prawidłowo przy znacznych wahaniach temperatury. Jasność światła podczas pracy nie powinna się znacznie zmieniać. Nowoczesne rozwiązania pozwalają uzyskać normalne światło, niezależnie od temperatury otoczenia.

Zasada działania diody LED opiera się na działaniu z dużą prędkością. Promieniowanie pojawia się w ciągu kilku sekund po bezpośredniej ekspozycji prądu elektrycznego bezpośrednio na półprzewodnik. Wyprodukowane urządzenia mogą mieć różnice technologiczne, od których będzie zależał zakres zastosowania.

Diody LED typu DIP

Elementy półprzewodnikowe tej kategorii należą do produktów niskoprądowych, dlatego są wykorzystywane głównie do dodatkowego oświetlenia. Zwykle są one ustawione jako wskaźniki lub główne źródła girland. Wraz z pojawieniem się bardziej zaawansowanych technologii ich produkcja została znacznie ograniczona.

Zasada działania diody LED małej mocy jest stosunkowo prosta. Ciało ma kształt cylindryczny. Wykonany jest z żywicy epoksydowej. We wnętrzu umieszczono specjalne odkrycia Płytka drukowana. Zaokrąglony cylinder pozwala utworzyć kierunkowy strumień światła.

Element promieniujący w postaci kryształu jest umieszczony na katodzie, która przypomina małą flagę. Jest połączony z anodą za pomocą najdrobniejszego drutu. Istnieją produkty z dwoma lub trzema kryształami o różnych kolorach jednocześnie. W razie potrzeby do obudowy jest wprowadzany chip kontrolny, który jest niezbędny do kontrolowania poświaty.

Aby zwiększyć poziom strumienia świetlnego w takich diodach LED, zaczęli wytwarzać cztery wyjścia zamiast dwóch. Jednak w tym przypadku znacznie wzrosło ogrzewanie kryształu, co doprowadziło do ograniczenia możliwego zakresu zastosowania.

Diody LED typu SMD

Takie elementy mają szerszy cel, który jest związany z głównymi cechami. Zasada działania tego typu diod LED pozwala organizować oświetlenie różnych formatów. Urządzenia półprzewodnikowe ze stałą płytką drukowaną mają niewielkie wymiary, dzięki czemu można je stosować nawet w najmniejszych lampach.

Podstawowa część obudowy, na której zamocowany jest kryształ, ma wysoką przewodność cieplną, dlatego efektywne jest odprowadzanie ciepła. Zwykle pomiędzy soczewką a głównym elementem pasuje do warstwy luminoforu, która zapewnia możliwość neutralizacji światła UV, a także ustawienie określonej temperatury barwowej. W produktach z promieniowaniem rozproszonym obiektyw nie jest zainstalowany. Sam element ma kształt równoległościanu.

Diody typu COB

Podobne elementy zaczęto stosować do żarówek i lamp dioda LED wysokiej mocy. Zasada działania produktów pozostaje taka sama, ale w tym przypadku dziesiątki kryształów są przymocowane do aluminiowej podstawy za pomocą kleju dielektrycznego. Otrzymana matryca jest przetwarzana przez pojedynczą warstwę luminoforu, co daje źródło światła o równomiernym rozkładzie strumienia głównego.

Jedną z odmian technologii jest wariant z rozkładem dużej liczby kryształów na powierzchni szkła. Zgodnie z tym schematem wytwarzane są żarówki, w których centralny rdzeń szkła, pokryty małymi diodami LED i poddany działaniu fosforu, działa jako źródło podstawowe.

Technologia RGB

Zasada działania RGB-LED opiera się na efekcie optycznym, który pozwala uzyskać różnorodne odcienie kolorów w wyniku zmieszania trzech głównych składników palety. Trzy kryształy są zainstalowane na tej samej macierzy naraz. Aby dostosować się do różnych warunków, istnieje kilka modyfikacji produktów. Są one wykonane ze wspólnej katody lub anody, a czasami bez takich (z sześcioma głównymi wnioskami).

Najczęściej wykorzystuje się technologię świetlną do projektowania billboardów, dekorowania budynków, budowania mostów, obiektów architektonicznych i innych konstrukcji. Zasada działania wielokolorowej diody LED jest identyczna. Jednakże cechy konstrukcyjne zwiększają ostateczny koszt produktów i komplikują schemat połączenia z siecią elektryczną.

Główne specyfikacje techniczne

Istnieje kilka parametrów, które charakteryzują diody LED.

1. Jasność wyrażana jest w jednostkach światłości. Jest proporcjonalny do ilości prądu elektrycznego przepływającego przez element półprzewodnikowy. Wraz ze wzrostem napięcia wzrasta poziom jasności.
2. Prąd może pulsować lub być stały. Może się znacznie różnić. Urządzenia wskazujące mogą mieć prąd o wartości tylko 20 mA i jednostkowe watowe odpowiedniki - 300-400 mA.
3. Długość fali wpływa na gamę kolorów. Pomiary wykonywane są w nanometrach. Granice fal są mapowane do podstawowych komponentów palety w razie potrzeby.

Spektrum barw emitowanego promieniowania zmienia się wraz z wprowadzeniem chemicznie aktywnych substancji do materiału półprzewodnikowego.

Zasada działania sterownika dla diod LED

Aby uzyskać stabilizowany prąd, używane jest specjalne urządzenie, które jest wybierane z uwzględnieniem następujących parametrów:

• pewna moc;
• napięcie bezpośrednio na wyjściu;
• prąd znamionowy.

Zainstalowane sterowniki mogą być liniowe lub impulsowe. Pierwsze z nich są zaprojektowane w celu zapewnienia płynnej stabilizacji prądu elektrycznego przy zmiennym napięciu wejściowym. Urządzenia impulsowe tworzą popchnięcia o wysokiej częstotliwości w kanale wyjściowym. Mają wysoką wydajność.

Istnieją także sterowniki ściemniania, które zapewniają możliwość regulacji jasności diod LED. W ciągu dnia natężenie promieniowania może być nieco zmniejszone, co pozwala na zaoszczędzenie życia produktów półprzewodnikowych i energii elektrycznej.

Pytania interesujące

Teraz zasada działania diod LED stała się jasna, ale wielu użytkowników zadaje różne pytania na ten temat.

1. Jakie parametry wpływają na żywotność urządzenia półprzewodnikowego? Istnieje stwierdzenie, że diody LED są trwałe, ale nie jest to do końca prawdą. Przy dużej sile prądu podczas pracy temperatura wzrasta, więc bardziej wydajne urządzenia zawodzą szybciej.
2. Czy transmisja kolorów diod LED pogarsza się z czasem? Podczas długotrwałej pracy urządzeń zachodzi pewna zmiana odcienia, ale obecnie nie ma standardów, które pozwalałyby to określić ilościowo.
3. Czy urządzenia są szkodliwe dla ludzkiego oka? W tej chwili brakuje informacji o negatywnych skutkach elementów półprzewodnikowych.
4. Dlaczego konieczne jest ustabilizowanie prądu elektrycznego przechodzącego przez urządzenie LED? Nawet niewielkie zmiany napięcia mogą prowadzić do wahań jasności.
5. Jak uzyskać białe światło? Istnieją trzy główne opcje. Pierwszy polega na mieszaniu składników palety za pomocą technologii RGB. Druga opcja polega na zastosowaniu trzech luminoforów bezpośrednio na powierzchni urządzenia półprzewodnikowego, emitując strumień światła w zakresie ultrafioletowym. W trzecim sposobie luminofor jest nakładany na niebieski element.

Na zakończenie

W ramach tego artykułu można było szczegółowo zbadać zasadę działania diody LED. Dla "manekinów" (ludzi, którzy nie rozumieją nowoczesnej technologii LED), będzie to prawdopodobnie cenne narzędzie. Zawiera najbardziej kompletne informacje dotyczące struktury i działania nowoczesnych systemów oświetleniowych, które cieszą się dużą popularnością.