LEDs estão substituindo rapidamente as lâmpadas incandescentes de quase todas as áreas onde suas posições pareciam inabaláveis. As vantagens competitivas dos elementos semicondutores provaram ser convincentes: baixo custo, longa vida útil e, mais importante, maior eficiência. Se para as lâmpadas não excedeu 5%, alguns fabricantes de LED declaram a transformação em luz de pelo menos 60% da eletricidade consumida. A veracidade dessas declarações permanece na consciência dos profissionais de marketing, mas o rápido desenvolvimento das propriedades do consumidor de elementos semicondutores está fora de dúvida.
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O que é um LED e como ele funciona
O diodo emissor de luz (LED, LED) é um diodo semicondutor, feito à base de cristais:
- arseneto de gálio, fosforeto de índio ou seleneto de zinco - para emissores da faixa óptica;
- nitreto de gálio - para dispositivos da seção ultravioleta;
- sulfeto de chumbo - para elementos que emitem na faixa de infravermelho.
A escolha desses materiais se deve ao fato de que a junção p-n dos diodos feitos a partir deles emite luz quando uma tensão direta é aplicada. Para diodos comuns de silício ou germânio, essa propriedade é expressa muito fracamente - praticamente não há brilho.
A emissão do LED não está relacionada ao grau de aquecimento do elemento semicondutor, é causada pela transição de elétrons de um nível de energia para outro durante a recombinação de portadores de carga (elétrons e lacunas). A luz emitida como resultado é monocromática.
Uma característica dessa radiação é um espectro muito estreito e é difícil selecionar a cor desejada com filtros de luz. E algumas cores do brilho (branco, azul) com esse princípio de fabricação são inatingíveis. Portanto, atualmente, é difundida uma tecnologia na qual a superfície externa do LED é coberta com um fósforo e seu brilho é iniciado pela radiação da junção p-n (que pode ser visível ou estar na faixa UV).
dispositivo LED
O LED foi originalmente organizado da mesma maneira que um diodo convencional - uma junção p-n e duas saídas. Único estojo feito de composto transparente ou de metal com janela transparente para observação do brilho. Mas eles aprenderam a incorporar elementos adicionais no shell do dispositivo. Por exemplo, resistores - para ligar o LED no circuito da tensão necessária (12 V, 220 V) sem tubulação externa. Ou um gerador com um divisor para criar elementos emissores de luz intermitente. Além disso, o gabinete começou a ser coberto com um fósforo, que brilha quando a junção p-n é acionada - foi assim que foi possível expandir as capacidades do LED.
A tendência para a transição para elementos de rádio sem fio não ultrapassou os LEDs. Os dispositivos SMD estão conquistando rapidamente o mercado de iluminação, com vantagens na tecnologia de produção. Tais elementos não têm conclusões. A junção P-n é montada em uma base cerâmica, preenchida com um composto e revestida com fósforo. A tensão é aplicada através de almofadas de contato.
Atualmente, os dispositivos de iluminação passaram a ser equipados com LEDs fabricados com tecnologia COB. Sua essência é que várias (de 2-3 a centenas) junções p-n são montadas em uma placa, conectadas em uma matriz. De cima, tudo é colocado em uma única caixa (ou um módulo SMD é formado) e coberto com um fósforo. Essa tecnologia tem grandes perspectivas, mas é improvável que substitua completamente outras versões do SD.
Que tipos de LEDs existem e onde são usados
Os LEDs da faixa óptica são usados como elementos de exibição e como dispositivos de iluminação. Cada especialização tem seus próprios requisitos.
LEDs indicadores
A função do LED indicador é mostrar o estado do dispositivo (alimentação, alarme, operação do sensor, etc.). Nesta área, LEDs com brilho de junção p-n são amplamente utilizados. Não é proibido usar dispositivos com fósforo, mas não faz muito sentido.Aqui, o brilho do brilho não está em primeiro lugar. A prioridade é o contraste e um amplo ângulo de visão. LEDs de saída (true hole) são usados em painéis de instrumentos, LEDs de saída e SMD são usados em placas.
LEDs de iluminação
Para iluminação, pelo contrário, são usados principalmente elementos com fósforo. Isso permite que você obtenha uma saída de luz suficiente e cores próximas do natural. Os LEDs de saída desta área são praticamente espremidos por elementos SMD. LEDs COB são amplamente utilizados.
Em uma categoria separada, podemos distinguir dispositivos projetados para transmitir sinais na faixa óptica ou infravermelha. Por exemplo, para controles remotos de eletrodomésticos ou dispositivos de segurança. E elementos da faixa UV podem ser usados para fontes ultravioleta compactas (detectores de moedas, materiais biológicos, etc.).
Principais características dos LEDs
Como qualquer diodo, o LED possui características gerais de "diodo". Parâmetros limite, cujo excesso leva à falha do dispositivo:
- corrente direta máxima permitida;
- tensão direta máxima permitida;
- tensão reversa máxima permitida.
As demais características são de um caractere "LED" específico.
Cor de brilho
Cor de brilho - este parâmetro caracteriza os LEDs da faixa óptica. Nas luminárias, na maioria dos casos, branco com diferentes temperatura da luz. Os indicadores podem ter qualquer uma das cores visíveis.
Comprimento de onda
Este parâmetro duplica até certo ponto o anterior, mas com duas ressalvas:
- os dispositivos nas faixas de IR e UV não possuem cor visível, portanto, para eles, essa característica é a única que caracteriza o espectro de radiação;
- este parâmetro é mais aplicável para LEDs com emissão direta - elementos com fósforo emitem em uma banda larga, de modo que seu comprimento de onda não pode ser caracterizado inequivocamente (que comprimento de onda pode ter uma cor branca?).
Portanto, o comprimento de onda da onda emitida é uma figura bastante informativa.
Consumo atual
A corrente consumida é a corrente de operação na qual o brilho da radiação é ótimo. Se for ligeiramente excedido, o dispositivo não falhará rapidamente - e essa é a diferença do máximo permitido. Reduzi-lo também é indesejável - a intensidade da radiação cairá.
Poder
Consumo de energia - tudo é simples aqui. Em corrente contínua, é simplesmente o produto da corrente consumida pela tensão aplicada. Os fabricantes de tecnologia de iluminação confundem esse conceito ao indicar a potência equivalente na embalagem em grandes números - a potência de uma lâmpada incandescente, cujo fluxo luminoso é igual ao fluxo de uma determinada lâmpada.
Ângulo sólido visível
O ângulo sólido aparente é mais facilmente representado como um cone que emana do centro da fonte de luz. Este parâmetro é igual ao ângulo de abertura deste cone. Para LEDs indicadores, determina como o alarme será visto do lado de fora. Para elementos de iluminação, o fluxo luminoso depende disso.
Intensidade máxima de luz
A intensidade luminosa máxima nas características técnicas do dispositivo é indicada em candelas. Mas na prática acabou sendo mais conveniente operar com o conceito de fluxo luminoso. O fluxo luminoso (em lúmens) é igual ao produto da intensidade luminosa (em candelas) e o ângulo sólido aparente.Dois LEDs com a mesma intensidade luminosa fornecem iluminação diferente em ângulos diferentes. Quanto maior o ângulo, maior o fluxo luminoso. Por isso, é mais conveniente para o cálculo de sistemas de iluminação.
Queda de voltagem
A queda de tensão direta é a tensão que cai no LED quando ele está ligado. Sabendo disso, pode-se calcular a tensão necessária, por exemplo, para abrir uma cadeia em série de elementos emissores de luz.
Como descobrir para qual voltagem um LED é classificado
A maneira mais fácil de descobrir a tensão nominal de um LED é consultar a literatura de referência. Mas se você encontrar um dispositivo de origem desconhecida sem marcação, poderá conectá-lo a uma fonte de alimentação ajustável e aumentar suavemente a tensão de zero. A uma certa tensão, o LED piscará com intensidade. Esta é a tensão de operação do elemento. Há algumas coisas a ter em mente ao fazer essa verificação:
- o dispositivo em teste pode ter um resistor embutido e é projetado para uma tensão suficientemente alta (até 220 V) - nem toda fonte de alimentação possui essa faixa de ajuste;
- A radiação do LED pode estar fora da parte visível do espectro (UV ou IR) - então o momento da ignição não pode ser determinado visualmente (embora o brilho de um dispositivo IR possa, em alguns casos, ser visto através de uma câmera de smartphone);
- é necessário conectar o elemento a uma fonte de tensão constante com estrita observância da polaridade, caso contrário, é fácil desativar o LED com uma tensão reversa que excede as capacidades do dispositivo.
Se não houver confiança em conhecer a pinagem do elemento, é melhor aumentar a tensão para 3 ... 3,5 V, se o LED não acender, retire a tensão, altere a conexão dos pólos da fonte e repita o procedimento procedimento.
Como determinar a polaridade de um LED
Existem vários métodos para determinar a polaridade dos fios.
- Para elementos sem fio (incluindo COB), a polaridade da tensão de alimentação é indicada diretamente na caixa - por símbolos ou marés na carcaça.
- Como o LED possui uma junção p-n regular, ele pode ser chamado com um multímetro no modo de teste de diodo. Alguns testadores têm uma tensão de medição suficiente para acender o LED. Então a exatidão da conexão pode ser controlada visualmente pelo brilho do elemento.
- Alguns dispositivos fabricados pela CCCP em caixa metálica possuíam uma chave (saliência) na área do cátodo.
- Para elementos de saída, a saída do cátodo é mais longa. Com base nisso, é possível determinar a pinagem apenas para elementos não soldados. Os cabos de LED usados são encurtados e dobrados para montagem de qualquer forma.
- Finalmente, descubra a localização ânodo e cátodo talvez o mesmo método para determinar a tensão do LED. O brilho só será possível quando o elemento estiver ligado corretamente - o cátodo para o menos da fonte, o ânodo para o positivo.
O desenvolvimento da tecnologia não pára. Até algumas décadas atrás, o LED era um brinquedo caro para experimentos de laboratório. Agora é difícil imaginar a vida sem ele. O que vai acontecer a seguir - o tempo dirá.
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