Jun 162015
 
diode12

Светодиодите или light emitting diodes (LEDs) са най-широко разпространените и най-използваните от всички видове полупроводникови диоди днес. Те излъчват в доста тясна честотна лента видима светлина с различни дължини на вълната, както и инфрачервени и лазерни лъчи. LED са специфичен тип диоди с PN преход, изработени от много тънък слой силно легирани полупроводникови сплави. Когато електроните на полупроводника рекомбинират с дупките от валентната зона, се освобождава достатъчно енергия за отделянето на фотони емитиращи тесен светлинен спектър. Тогава може да се каже, че LED са полупроводников „апарат“, който преобразува електрическата енергия в светлинна енергия. Цветът зависи от дължината на вълната, а тя, от ширината на забранената зона на полупроводника:

Image128

 

където:  λ е дължината на светлинната вълна;

h – константа на Планк;

DW3 – широчината на забранената зона на полупроводника.

Важна особеност на светодиодите е тяхната малка инертност – от 10ns до 1ns. Това позволява на светодиодите да работят в импулсен режим при 100MHz, освен това се явява и едно от най-големите предимства на LED лампите пред CFL лампите, при които максималния светлинен поток се получава с известно закъснение.

Конструкцията на LED се различава твърде много от тази на един нормален диод. PN прехода е заобиколен от прозрачна твърда пластмаса с полусферична форма предпазваща светодиода от вибрации и удари. Всъщност, за изненада, самия LED не излъчва кой знае колко светлина, затова прозрачния корпус на диода, който впрочем може да бъде и от епоксидна смола, е конструиран по такъв начин, че фотоните излъчвани от LED да бъдат отразени от повърхността на основата, към която е прикрепен диода и фокусирани нагоре през куполовидния връх на светодиода. С тази цел тялото на диода е създадено с формата на леща за постигане на концентрация и по-висока яркост на върха на LED.

LED1

Въпреки това, голяма част от светодиодите не са направени с полусферична форма. Много LED са направени с цилиндрична конструкция с плоска горна част, други са с правоъгълна форма или дори със стреловидна форма. При някои приложения се налага светодиода да е в метален корпус.

LED в метален корпус

За разлика от обикновените лампи с нажежаема жичка, които генерират големи количества топлина съпътстващи светенето, LED генерират студена светлина, което води до висока ефективност, близо 5 пъти по-висока, защото по-голямата част от светлината се излъчва във видимия спектър. От друга страна, тъй като светодиодите са полупроводникови елементи, те могат да бъдат изключително малки и издръжливи и да осигурят много по-дълъг живот на лампата, част от която са.

Как LEDs светят с различни цветове? За разлика от обикновените диоди, които са направени от германий или силиций, светодиодите са изработени от екзотични полупроводникови материали като галиев арсенид, галиев фосфит, галиев арсенид-фосфит, силиконов карбид, галиев индиев нитрит, всички смесени в различни съотношения, за да се получи светлина с различна дължина на вълната, а оттам и различен цвят. Основната P-тип добавка в производството на LED е галий (Ga, химичен елемент с атомен номер 31) , а основната N-тип добавка е арсен (As, химичен елемент с атомен номер 33), химическото съединение е GaAs със кристална структура. Различните съединения излъчват светлина в различна част от светлинния спектър и следователно създават различни нива на интензивност на светлината. От цвета на излъчваната светлина обикновено зависи и оцветяването на корпуса на светодиода.

green LED

Това се прави, от една страна за да се засили излъчвания цвят светлина, а от друга, за да се различават светодиодите, когато не светят. LED са достъпни във широка гама от цветове, като най-разпространени са червен, жълт, кехлибарен и зелен.

red LED

По-новите цветове светодиоди са сини и бели, които днес също много се използват. За да бъдем по-конкретни в началото на деветдесетте години на миналия век, Исама Акасаки и Хироши Амано от университета в Нагоя, както и Судзи Накамура независимо от тях, откриват евтин син светодиод, за което през 2014г. получават Нобелова награда по физика.

blue LED

Скоро след откриването им тези светодиоди са били доста по-скъпи от останалите, поради по-високите производствени разходи, обусловени от необходимостта от смесване на два или повече химически елемента в точно съотношение помежду им и от цената на самите съставки.

В първата колона на таблицата са дадени дължините на вълните в нанометри, които обуславят излъчвания цвят.2012427165557140

 

В горната част на таблицата за получаване на тъмночервена светлина се използва споменатия по-горе галиев арсенид. Проблемът при него е, че излъчва част от светлината си в инфрачервената част на спектъра. Когато такъв LED се използва за телевизионни дистанционни управления, композита се оставя в този вид, но ако искаме излъчваната светлина да е във видимата част на спектъра добавяме фосфор.

Съотношението между различните химически елементи – полупроводници и излъчваната от техните съединения цвят светлина е следното:

– галиев арсенид – инфрачервено

инфрачервен LED

Инфрачервен LED диод

– галиев арсенид фосфат – червено до оранжево (в зависимост от съотношението)

– алуминиев галиев арсенид фосфат – високоярко червено, оранжевочервено, оранжево, до тъмно жълто

-галиев фосфат – червено, жълто и зелено

-алуминиев галиев фосфат – зелено

– галиев нитрит – зелено, смарагдово зелено

– галиев индиев нитит – синьо, синьозелено, ултравиолетово

– силикон карбид – синьо лазурно

– цинк селенид – яркосиньо

-алуминий галиев нитрид – ултравиолетово

Подобно на конвенционалните диоди с PN преход, LED са токозависими устройства, но зависят и от пада на напрежение върху тях. Напрежението, при което започва производството на светлина е около 1.2V за стандартен червен светодиод и стига до около 3.6V за син светодиод. Конкретния пад на напрежението зависи от различните добавки в производството на LED. Светодиодите са нелинейни елементи, както се вижда и от волт-амперната им характеристика. Нека разгледаме стойностите на напрежението при ток 20mA. Тъй като LED е вид диод, V-A характеристики имат вид, както при другите диоди, но в зависимост от цвета могат да се различават за всеки цвят. Прави впечатление, че при малки изменения на напрежението се получават големи изменения на тока през прехода. Обратното също е вярно – напрежението върху прехода остава почти постоянно при големи изменения на тока, който протича през него.

diode12Светодиодите имат няколко основни характеристики, които са:

  • максимална разсейвана мощност – обикновено е в mW, но вече има мощни светодиоди, разсейващи десетки ватове;
LED 50W

Мощен LED диод с разсейвана мощност 50W

  • Това е мощността, която LED може да разсее без повреда и зависи от полупроводниковата сплав и от корпуса на светодиода;
  • светлинна интензивност – в mcd (миликандели), зависи от вида и свойствата на полупроводниковия материал и от качеството на лещата пред LED;
  • максимален продължителен ток в права посока – посочва се в mA и представлява максималния ток, който преминава през прехода продължително време без да предизвика повреди в светодиода;
  • максимален пиков (импулсен) ток в права посока – също в mA. Важно е да се посочи, освен неговата големина, какво е времето, през което минава през светодиода, както и времето на пауза преди повторното му протичане, т.е. коефициент на запълване на импулсите;
  • напрежение в права посока – определя се във V (волтове) това е падът на напрежение между двата извода на светодиода, когато през него протича ток с определена стойност;
  • максимално напрежение в обратна посока – при включване на светодиода в обратна посока на практика през него не протича ток, но ако се превиши параметъра максимално напрежение в обратна посока – светодиода изгаря;
  • цвят на светене.

В следващата част на статията, посветена на светодиодите, ще разгледаме схемите на свързване, използването на токоограничители за светодиоди, както и светодиоди с повече от един цвят на светене.

 

 

 

 

Jan 032014
 

Светодиодните ленти навлизат толкова бързо и масово в нашето ежедневие, че вече едва ли има човек, който да не ги е виждал някъде. Най-често LED лентите се използват за интериорно дизайнерско осветление на жилища, заведения и барове, умело скрити в окачени тавани, зад первази и други елементи на вътрешното обзавеждане. Тъй като са много фини и гъвкави, могат да се вкарат в съвсем тесни улеи, канали и детайли. Най-добър ефект се получава, когато самата светодиодна лента е скрита, а се вижда само светлината, която излъчва, отразена от определен детайл на обзавеждането или фасадата. led-strip

Много хора използват LED лентите за ефектна украса на аквариуми, в кухненската мебел над мивки, зад корнизи и др.  Тъй като обикновено са на 12 V постоянно напрежение, все по-масово се монтират в купето на автомобила, или за ефектно подчертаване на някои негови контури. LED car

Употребяват се за подчертаване на контура на яхти, туристически корабчета или презокеански лайнери и фериботи. LED ship

При съвременната урбанизация на градовете се използват в уличния екстериор, както и  за вътрешно осветление на басейни или джакузита зад водонепроницаемо стъкло. Приложение имат дори в църквите и в храмовете на различни религии.LED cathedral

Любителите на излетите, туристите и риболовците, практикуващи своето хоби далеч сред природата, ги използват като основен източник на светлина вечер, свързвайки ги направо към акумулатора на колата или караваната. По-мащабните им приложения включват  атрактивно осветяване на цели мостове, архитектурни орнаменти и контури на сгради, поставянето им под стрехите на къщи по цялото им протежение.strip-home-rgb

Много ефективно се използват при указателни надписи и табели, знаци и т.н. Разбира се, намират широко приложение в рекламните светещи надписи и светещи фигури например на чаша кафе, пица, wi-fi, open non stop, bar, casino. Евтини и подходящи са за  коледни украси вкъщи или на улицата, за осветяване на витрини и щандове в златарски магазини, фоайета на киносалони, сцени, дискотеки, LED stage

театри, амфитеатри, изложбени зали и много други.LED aplication

Употребата на LED ленти в момента се увеличава в геометрична прогресия, защото са икономични, имат поне 4-5 пъти по-ниска консумирана мощност от обикновените лампи с нажежаема жичка, издържат на вибрации и удари, някои модели са влагозащитени чрез силиконово покритие. Имат различни цветове, като основните са син, зелен, жълт, червен, топло бял и студено бял. Има също така ленти RGB (red, green, blue), led-strip-RGB

които могат да сменят цветовете си. Различните видове светодиодни ленти са с различен брой диоди на линеен метър. Има разновидности с 60 светодиода на метър и 120 светодиода на метър, като тези със 120 диода светят по-ярко. Също така има два модела LED ленти: SMD3528 и SMD5050. Първите използват светодиоди тип SMD3528, които са малко по-слаби като светлинен поток от LED SMD5050. Светодиодите от втория тип са по-мощни, дават по-голям светлинен поток, но са и по-скъпи. LED strip colored

Лентите се продават на линеен метър, като могат да се режат през три диода. За да създадете ефектно осветление чрез LED ленти в домашни условия е необходимо да се снабдите със захранване за LED осветление, при което на входа влиза 220 V променливо напрежение, а на изхода  получавате 12 V постоянно напрежение. Трябва да изберете захранването по мощност, съответстваща на светодиодната лента. За нарастващата им популярност съществено влияние оказва фактът, че светодиодните ленти вече са на много приемливи цени и монтажът им е съвсем простичък , така че всичко вече зависи от вашата фантазия и креативност.