A bábuk LED-jeiről

Nem igazán szeretem a képleteket. Mint minden normális ember :) Fejfájást okoznak és vágyat arra, hogy valamit a falba dobjanak. Egész életemben próbáltam távol maradni tőlük. És kiderült. De most érdeklődtem a LED-ek iránt, és rájöttem - sehova sem lehet jutni. A kívánt eredmény eléréséhez meg kell értenie, hogyan működik. Lassan, a lépcső mentén, elkezdtem gurulni a lumen, a kandela és a steradian dzsungelén. Fokozatosan kép alakult ki a fejemben. És ugyanakkor sajnálom - nos, miért nem volt senki, aki magyarázatot adna egy egyszerűen elérhető nyelven? Olyan sok idő vesztegetett el ... Megpróbálom megmenteni a fejfájástól, és a lehető legjobban elérhetőnek magyarázom - mi a LED és hogyan működik?. Nos, ugyanakkor elmagyarázom az optika néhány törvényét :)

A cikk azoknak szól, akik zavarodnak a watt-kandelá-lumen-lakosztályokban. És valóban LED-ekben. Írta: fejlett teáskanna kezdőknek :)

Rendszeres LED

Nem számít, hogyan forog, először meg kell érintenie a rendes villamos energia törvényeit. Természetesen a szemléltető példákban: Mindannyian tudjuk - mi a 220 V - ez az, ami megfelelõen üthet, ha nem tartja be a biztonsági elõírásokat. Ha elektromos készüléket, például vasalót vásárol, az útlevél tartalmazza, hogy milyen feszültségre tervezték. Általában ez 220 volt. Ugyanebben az útlevélben ezeket a paramétereket szintén feltüntetik - váltakozó feszültség 50 Hz frekvenciával. Miért a gyártók makacsul jelezik ezeket a paramétereket az Ön számára?

Vegye ki az elektromos készülékek műszaki útleveleit és nézzen meg - mondja, hogy a tápfeszültségnek ~ 220 voltnak, 50 Hz-nek kell lennie. Lássuk mi az. A „~” azt jelzi, hogy a feszültségnek változtathatónak kell lennie. Például egy autóipari villamos rendszerben a feszültség állandó. És egy ujj típusú elemmel állandó. A különbség egyszerű - az állandó feszültség plusz és mínusz - a változó nem. Miért nem? Minden nagyon egyszerű. A váltóáramú hálózatokban a plusz és a mínusz folyamatosan változik. Ugyanaz az érintkező plusz vagy mínusz. Milyen gyakran? De ehhez van egy másik érték - 50 Hz.

Mi az a Hz? Ez másodpercenként egy hullámzó. Vagyis otthoni hálózatunkban plusz változások történnek másodpercenként ötvenszor. És most - mi a gyakorlati haszna ennek a tudásnak, milyen csapágya van a LED-en?

Rendben. Tegyük fel, hogy a kezedben van egy 220 voltos 100 wattos izzó. Ha csatlakoztatja egy elektromos hálózathoz - akkor az összes száz wattja felvillan. És ha nincs szükségünk erre a 100 wattra? Szüksége van, mondjuk 50-re? Ez segít nekünk a diéta.

Ha a „LED” szót alkotóelemeire bontjuk, akkor „fény” és „dióda” lesz. Vagyis ez egy szabályos dióda, amely szintén világít.

A dióda egy olyan eszköz, amelyet a legjobban lehet összehasonlítani például egy szeleppel vagy egy mellbimbóval az autókerékben. Itt pumpálhat levegőt, és vissza - a mellbimbó nem engedi. Egy közönséges dióda úgy néz ki, mint egy fekete hordó, két csapjal - plusz és mínusz. Itt felhasználhatjuk gyakorlati kísérletekhez, amelyek sokak számára segítik az anyag rögzítését. Természetesen veszélyes a 220 V-os azonnali kísérlet megkezdése, de megfelelő ellátással semmi rossz nem fog történni. Ennek ellenére az összes kísérlet, amelyet saját kockázatára és kockázatára végez :)

Nézd meg a témát: A félvezető dióda berendezése és működési elve

Kell egy villanykörte a hűtőszekrényből 220 V-os, 15 W-os teljesítményre. Neki meg kell találnia a megfelelő patront, és vegyen ki két vezetéket. Akkor szükségünk van minden olyan diódára, amelyet beszerezhet például bármilyen hibás TV-ről vagy magnóból. Minél nagyobb, annál jobb. Nem kell nagyon aprókat vennie - elvégre 220 volt. Közelében általában egy háromszög alakú jelölés található.

Akkor szükségünk van egy tápkábelre egy dugóval, néhány vezetékkel és forrasztópáka. Az induláshoz egyszerűen csatlakoztassa az izzót a hálózathoz, és emlékezzen rá, hogyan világít. Ezután válassza le és szerelje össze az áramkört a bal oldali ábra szerint.

Ne felejtsen el minden csatlakozást óvatosan szigetelni elektromos szalaggal. Csatlakoztassa. Mint láthatja, az izzó sokkal rosszabbul világít. Ez nem meglepő - most már csak a szükséges feszültség felét kapja - a második dióda nem indul el. Ha sikeres volt a tapasztalat, és a dióda elég nagy - akkor bármilyen izzóját gyakorlatilag örökké teheti.

Például egy 50 wattos lámpa világít a folyosón, és folyamatosan ég. Töltsön be 100 wattot, kapcsolja be a diódán keresztül - úgy világít, mint 50 watt, de nem ég ki. Van azonban egy figyelmeztetés - a diódának 220 V-os névleges névleges teljesítménynek kell lennie, és az áramerősség legalább amper. A legjobb, ha egyet vásárol egy rádióalkatrész-áruházban.

Nos, mivel kitaláltuk, mi a dióda, akkor érdemes továbbmenni a számunkra érdeklő témához - a LED-hez. A LED-nek, amint világossá vált, plusz és mínusz is van. Vagyis működéséhez állandó feszültségforrásra van szükség - elemre, elemre, tápegységre. A tápegységnek jeleznie kell, hogy állandó feszültséget (DC) táplál. Általában a blokk fedelén található egy ilyen tartalom matrica.

Bemenet - ~ 220 V 50Hz,

kimenet - 12v, 0,5 A DC

Ez azt jelenti, hogy egy ilyen egység állandó 12 V feszültséget és 0,5 A áramot képes előállítani.

Vegye figyelembe, hogy a mobiltelefonok töltője szintén tápegység. Általában 5-6 voltos paraméterekkel, 0,2-0,5 A. Ez gyakran nagyon kényelmes a LED-ek táplálására, mert töltő stabilálja az áramot. De erről bővebben a következő cikkekben.

Két paraméter fontos számunkra - a LED üzemi feszültsége és az áram. A LED üzemi feszültségét "feszültségesésnek" is hívják. Lényegében ez a kifejezés azt jelenti, hogy a LED után az áramkör feszültsége kisebb lesz ugyanazon csepp méretével. Vagyis ha táplálékot szolgáltatunk a LED-nek, amelynek feszültségcsökkenése 3 volt, akkor ezt a három voltot megemeli, és az utána csatlakoztatott eszköz 3 voltos kevesebb energiát fog kapni. De a legfontosabb megtanulni, hogy a LED-nek az áramerősség fontos, és nem a feszültség. A feszültséget annyit fogja venni, amennyire szüksége van, de az áramot - mennyit adsz. Vagyis ha az áramforrása 10 amperes áramot bocsát ki, akkor a LED addig áramot vesz igénybe, amíg kiég. A logika itt egyszerű - a csatlakoztatott LED áramot fogyaszt, és felmelegszik. Minél erősebben melegszik - annál több áram tud átjutni rajta - kiterjeszti a melegítést. Az árammal együtt a dióda közötti feszültségcsökkenés növekszik. És addig, amíg teljesen ki nem ég, senki sem korlátozta az áramot. De ezt a korlátozó elem használatával kell megtenni.

Vegye figyelembe, hogy ha az energiaforrás kimeneti feszültsége megegyezik a LED üzemi feszültségével, akkor az áramot nem szükséges korlátozni. Vagyis ha van egy fehér LED és egy 3,6 voltos akkumulátor egy mobiltelefonról - közvetlenül csatlakoztathatja ehhez az akkumulátorhoz - akkor nem lesz semmi LED. Örömmel megragadna több áramot - de nincs elég feszültség. Tehát a 3,6 V-os akkumulátor ideális energiaforrás a fehér és kék LED-ekkel történő kísérletezéshez. Miért csak velük - erről más cikkekben.

Általában véve, a LED-del sorban, egyfajta csapot kell becsavarni és csavarozni a szükséges értékre. Az ilyen daru szerepe különböző eszközök lehet. Ezek közül a legegyszerűbb ellenállás.

A LED-ek optikai szempontjai

Tegyük fel, hogy megtanultak egy LED csatlakoztatására és az áram korlátozására. Felmerül a kérdés - mennyire világít? Itt kell kissé belemerülnünk az optikába.

A LED-ek, különösen a nagy teljesítményű tulajdonságok között a fényeloszlás típusát gyakran jelzik. Általában ez az úgynevezett Lambert LED. Ezt tovább tekintjük a legelterjedtebbnek. Mit jelent ez a kifejezés? A "Lambert" LED minden irányba egyenletesen világít, iránytól függetlenül.Ha a LED gömb lenne, akkor minden irányba egyenlően világít - ez a Lambert-diagram lényege. Hogy világossá váljék, a nap Lambert eredete.

A szokásos LED kivitel egy kristály, egy vékony lemez, amely izzó. Nézze át a LED átlátszó ablakot - és látni fogja ezt a kristályt. Az érintkezők vékony vezetékei jönnek hozzá. Ha összekapcsolja a képzelettel, akkor elképzelheti a LED-ből származó fényt, mint egy gömb alakú felhőt, amely fölött lóg. Fény - ezeket apró részecskéknek nevezik, amelyek fotonok. Tehát egy fotonokkal töltött golyó lóg a LED felett. És minél több fényt bocsát ki a LED, annál nagyobb a golyó, annál távolabb kerülnek a fotonfánkok, kiszorítva és kiszorítva egymást. Legtöbbjük felfelé merőlegesen repül a kristály síkjára, tehát a LED-ek maximális fényerőssége 90 fok a kristály síkjához képest. Remélem, hogy a LED-gyártók által megadott diagramok világosabbá váltak az Ön számára :) Ha teljesen érthetővé akarjuk válni, nézzünk meg egy példát.

Tegyük fel, hogy van egy LED, amelynek tetején egy méter átmérõjû lóg ki az általa kibocsátott fénygömb (jó LED! :)).

Az alsó skála a mérő százaléka, a felső a sugárzás mértéke. E diagram szerint a legnagyobb fotonok száma a legmagasabb ponton van, 0-os fokkal és 1 méteres távolsággal. Furcsanak tűnik, de az. Kevésbé furcsa kezd kinézni, ha emlékszel arra, hogy a fény egy hullám, nem hiába, hogy a jellemzők hullámhosszát jelzik. Ennek megfelelően a fénygömbünket egy bizonyos sűrűségű elektromágneses mezőként ábrázolhatjuk. De ez már egy dzsungel - menjünk tovább :)

Fél fényerő

A gyártó általában olyan paramétert jelöl, mint például a kettős fényerő. Mit jelent ez a kifejezés? Amint rájöttünk, a LED maximális fényt nyújt a közepén és a tetején, azaz a szög nulla. Ennek megfelelően minél távolabb van a központtól, annál kevésbé lesz világos. A félig világító szög akkor fordul elő, amikor a LED 100 hagyományos fényegységet ad „0” fokon, és például 30 fokon (a „0” tengelyhez viszonyítva) - 50. A fél fényesség szöge az I. ábrán a fényerősség, Imax a maximális fényerősség. ImaxCos - a fényerő fele. Miért "dupla" - fokkal szorozva kettővel, a LED szintén szimmetrikusan világít. Ennek eredményeként kapunk egy szép egyenlő szárú háromszög fényt. Ezen a háromszögön kívül is van fény, van egy fénygömbünk, de a LED jellemzőinek referenciapontja a szög fele.

Candela

Most megfontolhatjuk, mi az a Candela. Candela a régi módon "gyertya". Emlékszel, szokták mondani: egy csillár vagy egy lámpa száz gyertyával? A régi időkben valamilyen referenciapontra volt szükség. Megállapodtunk abban, hogy veszünk a kívánt vastagságú gyertyát, meggyújtsuk és standardnak tekintjük, ez a nagyon gyertya. Manapság természetesen másképp gondolkodnak. Nem fogom részletesebben kifejteni, hogy ez hogyan esik túl a cikk hatályán. Ez csak a fényerősség mértékegysége, és Candela-nak hívják. Fő jellemzője az irányforrások használata a fényerősség mérésére. Éppen ezért az 5 mm-es LED-eknél az értékeket gyertyákban, pontosabban millikanevekben jelzik (1 cd = 1000 mcd).

Ideje kitalálni, hogy az 5 mm-es LED-ek vagy bármely más műanyag tokban különböznek a nagy teljesítményű LED-ektől.

Az 5 mm-es LED-ek tervezési jellemzői

A fentiek szerint a LED fénykibocsátó kristály. Vegye figyelembe a LED kialakítását egy 5 mm-es műanyag tokban. A szoros vizsgálat két fontos dolgot tár fel - a lencsét és a reflektorot. A LED kristályt a LED reflektorjába helyezik. Ez a reflektor beállítja a kezdeti szórási szöget. Ezután a fény áthalad az epoxi házon. A lencsére esik, majd az oldalán szögben eloszlik, a lencse kivitelétől függően. A gyakorlatban - 5-től a 160-as LED-diagramig.

Az ilyen LED-ek fényerősségének jelölésére csak kandelát használnak.Az irányított emisszióval rendelkező LED-ek egyenletes szögben bocsátanak ki fényt. Ahhoz, hogy megértsük, mi a szilárd szög, elegendő a következő kép elképzelése. Vesz egy zseblámpát, kapcsolja be, és a tűzvödörbe egészen az aljára helyezze, majd fedéllel zárja be. A belső fény ennek megfelelően egy vödör alakú kúp alakú. Ez a fedél által határolt kúp egy szilárd szög.

Megpróbálom egyszerűbben magyarázni a fényeloszlás jelentését. Tegyük fel, hogy lámpásunk fényerőssége 1 kandela, azaz 1000 mikrokanál (hogy inkább ábrázoljuk, a mikroláncokat fotonoknak lehet tekinteni :)) Ha analógia útján haladunk tovább, akkor egy teljes vödör mikrochandel van. Ha szeretné, kiszámolhatja a vödör térfogatát - üdvözöljük a geometria :) Ennek megfelelően, ha kétszer annyit veszünk a vödörből - a mikrocserép egyenletesen oszlik el rajta, vagyis nem lesz több :) Mindezen magyarázatokban megtalálja a választ a szent kérdésre - hány LED-ekre van szükség a 100 wattos izzó cseréjéhez. Róla - tovább.

Nagy teljesítményű LED-ek tervezési jellemzői

A LED-ekkel ellentétben a nagyteljesítményű nem csak eszköz, hanem marketing termék is. Ma a nagy gyártók között valódi verseny zajlik a lumenekért - ki több? És senkit sem érdekel, hogy ezeket a lumeneket továbbra is használni kell. Menjünk sorrendbe.

A nagy teljesítményű LED és a tiszta formájú LED-ek közötti fő különbség az, hogy minimalizálják a fénynek a LED-házból történő kilépésének akadályait. Ezért az erős LED-eknek Lambert-diagramja van. Mire vezet ez a gyakorlatban? Bekapcsolja a LED-et, és egy szép izzó fölé kerül. És mit tegyen ezután? Hogyan megvilágíthatják a szükséges felületet? Különböző optikát vagy fényvisszaverőket kell használnia, amelyek elkerülhetetlenül veszteségeket és ennek következtében a fényáram csökkenését eredményezik. Ezért ha egy erős LED vásárlása után nem szerezte meg a jó optikát, és kifejezetten annak tervezésére tervezték - korán örülök - a fejfájás még nem jön.

A szükséges lumenek világítása a kívánt felületre nem könnyű feladat.

lumen

Mint már megértetted, a nagy teljesítményű LED-ek fényerősségének felmérésére szolgáló kandelák nem alkalmasak. Ehhez vannak lumenek - ez a teljes fénymennyiség, amelyet a LED adhat, ha a megadott áram- és feszültségértékekhez csatlakozik. Emlékszel a tűzvödör analógiájára? Ide is illik. Feltételezzük, hogy ha a LED fényereje 100 lumen, akkor a vödörünkben 100 lumen lesz.

A 100 W-os közönséges izzó szintén Lambert-forrás. Ennek az izzónak az átlagos fényteljesítménye 10-15 lumen / watt. Vagyis 100 W izzólámpa, mondjuk, 1000 lument eredményez. Tehát egy 100 wattos lámpa LED-ekre történő cseréjéhez 10 darab, 100 lumenes elemre van szüksége. Ez egyszerű? Nem, sajnos. Olyan kifejezésre jutunk, mint a LUX.

luxus

A luxus a lumenek számának és a megvilágított területnek a hányadosa. Az 1 lux négyzetméterenként 1 lumen. Tegyük fel, hogy négyzet alakú felülettel rendelkezik egy méter területtel. Mindezt egyenletesen világít egy izzó, amely fentről egy bizonyos távolságra helyezkedik el. A villanykörte esetében a gyártó 100 lux megvilágítást deklarált. Vegyünk egy eszközt, amely méri a fény erejét, és bárhol megmérjük a téren, 100 lument kell kapnunk. Ha igen, akkor a gyártó nem tévesztett be minket.

Olvassa el a témát is:LED-használati példák