kategória: Najlepšie články » Začiatočníci elektrikári
Počet zobrazení: 205275
Komentáre k článku: 9
O LED diódach pre Dummies
Nemám rád vzorce. Ako každý normálny človek :) Spôsobujú mi bolesti hlavy a túžbu niečo hodiť do steny. Celý svoj život som sa ich snažil zdržiavať. A ukázalo sa. Ale teraz som sa začal zaujímať o LED a uvedomil som si - nikam sa nikam nedostane. Ak chcete dosiahnuť požadovaný výsledok, musíte pochopiť, ako to funguje. Pomaly som sa po schodoch začal brodiť džungľou lúmenu, kandely a steradiánov. V mojej hlave sa postupne začal tvoriť obraz. A zároveň ľutujem - no, prečo nebol nikto, kto by to vysvetlil jednoduchým prístupným jazykom? Toľko premárneného času ... Pokúsim sa ťa zachrániť pred bolesťou hlavy a vysvetliť to čo najprístupnejšie - čo je LED a ako to funguje, Zároveň vám vysvetlím niekoľko zákonov optiky :)
Článok je venovaný tým, ktorí sú zmätení v apartmánoch watts-candela-lumens-suite. A skutočne v LED. Napísal pokročilý čajník pre začiatočníkov :)
Bežná LED
Bez ohľadu na to, ako rotujete, musíte sa najskôr dotknúť zákonov o bežnej elektrine. Na ilustračných príkladoch samozrejme všetci vieme - čo je 220 voltov - to je to, čo môže správne zasiahnuť, ak nerešpektujete bezpečnostné opatrenia. Keď kupujete elektrický spotrebič, napríklad žehličku, cestovný pas hovorí, na aké napätie je určený. Zvyčajne je to 220 voltov. V rovnakom pase sú však uvedené aj tieto parametre - striedavé napätie s frekvenciou 50 Hz. Prečo výrobcovia tvrdohlavo uvádzajú tieto parametre?
Zoberte akýkoľvek technický pas pre elektrický spotrebič a pozrite sa - hovorí, že napájacie napätie by malo byť ~ 220 voltov, 50 Hz. Pozrime sa, čo to je. Symbol „~“ znamená, že napätie musí byť variabilné. Napríklad v automobilovom elektrickom systéme je napätie konštantné. A s batériou typu prst je trvalá. Rozdiel je jednoduchý - konštantné napätie má plus a mínus - premenná nie. Prečo nie? Všetko je veľmi jednoduché. V sieťach AC sa plus a mínus neustále menia. Rovnaký kontakt je plus alebo mínus. Ako často? Ale na tento účel existuje ďalšia hodnota - 50 Hz.
Čo je Hz? Toto je jeden zvlnenie za sekundu. To znamená v našej domácej sieti plus zmeny mínus päťdesiatkrát za sekundu. A teraz - aké je praktické využitie týchto poznatkov, aký vplyv má na LED?
Poďme na to. Predpokladajme, že máte v rukách 220 voltovú 100 wattovú žiarovku. Ak ho zapojíte do elektrickej siete - rozsvieti sa všetkých sto wattov. A ak nepotrebujeme týchto 100 wattov? Potrebujete napríklad 50? Pomôže nám to DIODE.
Ak rozdelíme slovo „LED“ na jeho komponenty, dostaneme „svetlo“ a „diódu“. To znamená, že je to bežná dióda, ktorá tiež svieti.
Dióda je zariadenie, ktoré sa najlepšie porovnáva napríklad s ventilom alebo vsuvkou v kolese automobilu. Tam môžete čerpať vzduch a späť - bradavka to nedovolí. Bežná dióda vyzerá ako čierna hlaveň s dvoma kolíkmi - plus a mínus. Tu ho môžeme použiť na praktické experimenty, ktoré mnohým pomôžu opraviť materiál. Samozrejme je nebezpečné začať experimentovať okamžite s napätím 220 voltov, ale pri náležitej starostlivosti sa nič zlé nestane. Napriek tomu všetky experimenty, ktoré robíte na vlastné nebezpečenstvo a riziko :)
Pozrite sa na tému: Zariadenie a princíp činnosti polovodičovej diódy
Potrebujeme žiarovku z chladničky na 220 V, 15 W. Pre ňu musíte nájsť vhodnú kazetu a odstrániť z nej dva káble. Potom potrebujeme akúkoľvek diódu, ktorú je možné získať napríklad z akejkoľvek chybnej televízie alebo magnetofónu. Čím je väčší, tým lepší. Nemusíte brať veľmi malé - koniec koncov 220 V. V blízkosti je zvyčajne označenie v tvare trojuholníka.
Potom potrebujeme napájací kábel so zástrčkou, pár drôtov a spájkovačka, Ak chcete začať, jednoducho pripojte žiarovku k sieti a nezabudnite, ako svieti. Potom odpojte a zostavte obvod tak, ako je to znázornené vľavo.
Nezabudnite opatrne izolovať všetky spoje elektrickou páskou. Pripojte sa. Ako vidíte, žiarovka svieti oveľa horšie. To nie je prekvapujúce - teraz dostáva iba polovicu napätia, ktoré potrebuje - druhá dióda sa nespustí. Ak bola vaša skúsenosť úspešná a dióda je dostatočne veľká - teraz môžete niektorú zo svojich žiaroviek urobiť prakticky večnú.
Napríklad vo vašej chodbe žiari 50-wattová lampa a neustále horí. Vezmite 100 wattov, zapnite ho diódou - bude žiariť ako 50 wattov, ale nebude horieť. Existuje však jedno upozornenie - dióda musí byť dimenzovaná na 220 V a prúd musí byť najmenej ampér. Najlepšie je kúpiť si jeden v obchode s rádiovými súčiastkami.
Keďže sme prišli na to, čo je dióda, má zmysel ísť k téme, ktorá nás zaujíma - k LED. LED dióda, ako je teraz jasné, má plus a mínus. To znamená, že pre svoju činnosť je potrebný zdroj konštantného napätia - batéria, batéria, zdroj energie. Napájací zdroj musí naznačovať, že dodáva konštantné napätie (DC). Zvyčajne sa na obale bloku nachádza nálepka tohto obsahu.
Vstup - ~ 220V 50HZ,
výstup - 12 V, 0,5 A DC
To znamená, že takáto jednotka môže produkovať konštantné napätie 12 voltov a prúd 0,5 ampér.
Nabíjačka mobilných telefónov je tiež zdrojom napájania. Zvyčajne má parametre 5 - 6 voltov, 0,2 - 0,5 A. Často je veľmi vhodné použiť ho na napájanie LED, pretože nabíjačka stabilizuje prúd. Ale viac o tom neskôr v nasledujúcich článkoch.
Pre nás sú dôležité dva parametre - prevádzkové napätie LED a prúd. Prevádzkové napätie LED sa tiež nazýva „pokles napätia“. Tento výraz v podstate znamená, že po LED bude napätie v obvode menšie o veľkosť rovnakého poklesu. To znamená, že ak napájame LED, ktorá má pokles napätia 3 volty, potom bude jesť tieto tri volty a zariadenie, ktoré je k nemu pripojené, potom bude mať o 3 volty menej. Ale najdôležitejšie je naučiť sa, že prúd je dôležitý pre LED, nie pre napätie. Napätie zoberie toľko, koľko potrebuje, ale aktuálne - koľko dáte. To znamená, že ak váš zdroj napájania môže vydať 10 ampérov, bude LED svietiť, kým nevyhorí. Logika je tu jednoduchá - pripojená dióda LED spotrebováva prúd a začína sa zahrievať. Čím silnejšia sa zahrieva - tým viac to môže prechádzať prúd - rozširuje sa z vykurovania. Spolu s prúdom sa zvyšuje úbytok napätia cez diódu. A tak kým úplne nevyhorí - nikto neobmedzil súčasný prúd. Musí sa to však dosiahnuť pomocou obmedzujúceho prvku.
Pamätajte, že ak má zdroj energie výstupné napätie, ktoré sa rovná prevádzkovému napätiu LED, nie je potrebné obmedzovať prúd. To znamená, že ak máte napríklad bielu LED a 3,6 V batériu z mobilného telefónu - môžete ju pripojiť priamo k tejto batérii - s LED sa nič nestane. Bol by rád, keby sa chytil viac prúdu - ale nie je tu dostatok napätia. Batéria 3,6 V je teda ideálnym zdrojom energie pre experimentovanie s bielymi a modrými LED diódami. Prečo len s nimi - o tom v ďalších článkoch.
Všeobecne platí, že v sérii s diódami LED musíme dať druh kohútika a priskrutkovať ho na potrebnú hodnotu. V úlohe takéhoto žeriavu môžu byť rôzne zariadenia. Najjednoduchší z nich je odpor.
Optické aspekty používania LED
Predpokladajme, že sme sa naučili, ako pripojiť LED a obmedziť jej prúd. Vynára sa otázka - koľko to svieti? Tu sa musíme trochu ponoriť do optiky.
Medzi vlastnosťami diód LED, najmä výkonných, sa často uvádza typ distribúcie svetla. Zvyčajne sa jedná o tzv. Lambert LED. Ďalej ju budeme považovať za najrozšírenejšiu. Čo to znamená? "Lambert" LED svieti vo všetkých smeroch rovnako, bez ohľadu na smer.Keby LED bola loptička, svietila by rovnomerne vo všetkých smeroch - to je podstata Lambertovho diagramu. Aby to bolo jasné, slnko je lambertiánskym zdrojom.
Štandardný dizajn LED je krištáľ, tenká doska, ktorá svieti. Prezrite si priehľadné okno LED - a uvidíte tento kryštál. Prichádzajú k nemu tenké drôty kontaktov. Ak pripojíte fantáziu, viete si predstaviť svetlo vychádzajúce z LED ako oblak guľového tvaru visiaci nad ňou. Svetlo - to sú malé častice nazývané fotóny. Nad LED svieti guľa plná fotónov. Čím viac svetla LED vyžaruje, tým väčšia je guľa, čím ďalej fotonové šišky letí, tlačia sa a vytlačujú sa. Väčšina z nich letí nahor kolmo na rovinu kryštálu, takže maximálna intenzita svetla LED je 90 stupňov relatívne k rovine kryštálu. Dúfam, že diagramy, ktoré vám poskytli výrobcovia LED, sa vám teraz stali jasnejšími :) Aby sme boli úplne zrozumiteľní, pozrime sa na príklad.
Predpokladajme, že existuje LED, na ktorej vrchná časť vyžarovanej svetelnej gule visí s priemerom 1 meter (dobrá LED! :)).
Spodná stupnica predstavuje počet percent tohto metra, horná je stupňom žiarenia. Podľa tohto diagramu je najväčší počet fotónov v najvyššom bode so stupňom 0 a rozsahom 1 meter. Vyzerá to čudne, ale je to tak. Menej zvláštne to začína vyzerať, ak si pamätáte, že svetlo je vlna, nie je to pre nič za nič, čo by naznačovalo vlnovú dĺžku charakteristík. Podľa toho môže byť naša svetelná guľa reprezentovaná ako elektromagnetické pole s určitou hustotou. Ale to už je džungľa - poďme ďalej :)
Polovičný uhol jasu
Výrobca zvyčajne označuje parameter, ako je dvojitý uhol polovičného jasu. Čo to znamená? Ako sme zistili, LED dáva maximum svetla v strede a hore, to znamená, že uhol je nula. Čím ďalej od stredu, tým menej svetla. Uhol polovičného jasu je, keď LED dáva 100 konvenčných jednotiek svetla pri „0“ stupňoch a napríklad pri 30 stupňoch (vzhľadom na os „0“) - 50. Uhol polovičného jasu na obrázku I je intenzita svetla, Imax je maximálna intenzita svetla. ImaxCos - polovica energie svetla. Prečo „zdvojnásobiť“ - násobíme stupne dvoma, LED svieti tiež symetricky. Výsledkom je pekný rovnoramenný trojuholník svetla. Mimo tohto trojuholníka je tiež svetlo, máme guľku svetla, ale referenčný bod pre charakteristiku LED je polovičný uhol.
Candela
Teraz môžeme zvážiť, čo je Candela. Candela je starým spôsobom „sviečka“. Pamätáte si, ako hovorili - luster alebo lampa so sto sviečkami? V dávnych dobách bolo potrebné nejaký referenčný bod. Dohodli sme sa, že vezmeme sviečku požadovanej hrúbky, rozsvietime ju a budeme ju považovať za štandard, práve túto sviečku. Dnes samozrejme myslia inak. Nebudem podrobne vysvetľovať, ako to presahuje rámec tohto článku. Je to iba mierka intenzity svetla a nazýva sa Candela. Jej hlavným znakom je použitie smerových zdrojov na meranie intenzity svetla. Preto sú pre 5 mm LED uvedené hodnoty v sviečkach, presnejšie v milikandeloch (1 cd = 1 000 mcd).
Je na čase zistiť, ako sa 5 mm alebo iné LED v plastovom obale líšia od výkonných.
Dizajnové prvky 5 mm LED diód
Ako je uvedené vyššie, LED je kryštál emitujúci svetlo. Zvážte dizajn LED v 5 mm plastovom obale. Podrobné preskúmanie odhalí dve dôležité veci - šošovku a reflektor. Kryštál LED je umiestnený v reflektorovom zariadení LED. Tento reflektor nastavuje počiatočný uhol rozptylu. Potom svetlo prechádza cez epoxidové puzdro. Prichádza k šošovke - a potom sa začne rozptyľovať po stranách pod uhlom v závislosti od dizajnu šošovky. V praxi - od 5 do diagramu LED 160 stupňov.
Na označenie svetelnej intenzity takýchto LED sa používa iba kandela.LED diódy so smerovým vyžarovaním vyžarujú svetlo v pevnom uhle. Aby sme pochopili, čo je solídny uhol, stačí si predstaviť nasledujúci obrázok. Zoberiete baterku, zapnete ju a vložíte ju do ohnivého vedra úplne dole, potom ju zatvoríte vekom. Svetlo vnútri má podľa toho tvar kužeľa v tvare nášho vedra. Tento kužeľ ohraničený vekom je pevný uhol.
Pokúsim sa jednoduchšie vysvetliť význam distribúcie svetla. Povedzme, že svietivosť našej svietidla je 1 kandela, to znamená, 1 000 mikročlánkov (aby sme boli viac obrazní, mikrochainy sa môžu považovať za fotóny :)) Ak sa pozrieme ďalej analogicky, máme k dispozícii celú skupinu mikropáskov. Ak si želáte, môžete vypočítať objem vedra - vitajte v geometrii :) Ak teda vezmeme vedro dvakrát toľko - mikroplatne sú na ňom rovnomerne rozložené, to znamená, že už nebude viac :) Vo všetkých týchto vysvetleniach nájdete odpoveď na posvätnú otázku - koľko Na výmenu žiarovky s výkonom 100 W sú potrebné LED. O tom - ďalej.
Dizajnové vlastnosti vysokovýkonných LED diód
Na rozdiel od indikátorových diód LED nie sú výkonné len zariadenia, ale aj marketingový produkt. Dnes medzi hlavnými výrobcami existuje skutočná rasa pre lúmenov - kto je viac? Nikto sa nestará o to, že tieto lúmeny sa musia stále používať. Poďme do poriadku.
Hlavný rozdiel medzi výkonnou LED diódou a kontrolkou LED v jej čistej podobe je minimalizovať akékoľvek prekážky pre výstup svetla z puzdra LED. Preto majú výkonné LED diódy Lambertov diagram. Čo to v praxi vedie? Zapnete LED a získate nad ňou peknú žiarovku. A čo ďalej? Ako môžu osvetľovať povrch, ktorý potrebujete? Musíte použiť rôzne optiky alebo reflektory, čo nevyhnutne vedie k stratám, a teda k zníženiu svetelného toku. Preto, ak ste po zakúpení výkonnej LED diódy nezískali dobrú optiku a boli navrhnutí špeciálne pre svoj dizajn - radujete sa skoro - bolesť hlavy ešte len príde.
Dodanie lúmenov, ktoré potrebujete, na povrch, ktorý chcete osvetliť, nie je ľahká úloha.
lumen
Ako ste už pochopili, kandely na vyhodnotenie intenzity svetla vysokovýkonných diód LED nie sú vhodné. Na tento účel existujú lúmeny - toto je celkové množstvo svetla, ktoré môže LED vydať pri pripojení so stanovenými hodnotami prúdu a napätia. Pamätáte si analógiu vedra s ohňom? Tu tiež sedí. Predpokladáme, že ak má LED intenzitu svetla 100 lúmenov, potom v našom vedre bude 100 lúmenov.
100 W obyčajná žiarovka je tiež Lambertovým zdrojom. Priemerný svetelný výkon tejto žiarovky je 10 až 15 lúmenov na watt. To znamená, že 100 wattov žiarovky nám dá, povedzme, 1 000 lúmenov. Aby ste nahradili 100-wattovú lampu LED, potrebujete 10 kusov po 100 lúmenoch. Je to také jednoduché? Nie, bohužiaľ. Prichádzame k termínu ako LUX.
luxus
Luxus je pomer počtu lúmenov a osvetlenej plochy. 1 lux je 1 lúmen na meter štvorcový. Povedzme, že máme štvorcový povrch s plochou jedného metra. Všetko je rovnomerne osvetlené žiarovkou umiestnenou v určitej vzdialenosti odhora. Pre túto žiarovku výrobca vyhlásil osvetlenie 100 luxov. Berieme zariadenie, ktoré meria silu svetla a meria ho kdekoľvek na našom námestí, mali by sme dostať 100 lúmenov. Ak áno, výrobca nás klamal.
Prečítajte si tiež túto tému:Príklady použitia LED
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: