LEDs ersetzen schnell Glühlampen aus fast allen Bereichen, wo ihre Positionen unerschütterlich schienen. Als überzeugend erwiesen sich die Wettbewerbsvorteile von Halbleiterbauelementen: niedrige Kosten, lange Lebensdauer und vor allem höhere Effizienz. Wenn es bei Lampen 5% nicht überschreitet, dann erklären einige LED-Hersteller die Umwandlung in Licht von mindestens 60% des verbrauchten Stroms. Die Richtigkeit dieser Aussagen bleibt auf dem Gewissen der Vermarkter, aber die schnelle Entwicklung der Verbrauchereigenschaften von Halbleiterelementen steht außer Zweifel.
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Was ist eine LED und wie funktioniert sie?
Leuchtdiode (LED, LED) ist eine herkömmliche Halbleiterdiode, hergestellt auf der Basis von Kristallen:
- Galliumarsenid, Indiumphosphid oder Zinkselenid – für Emitter des optischen Bereichs;
- Galliumnitrid - für Geräte des UV-Bereichs;
- Bleisulfid - für Elemente, die im Infrarotbereich emittieren.
Die Wahl dieser Materialien beruht darauf, dass der p-n-Übergang von daraus hergestellten Dioden Licht emittiert, wenn eine Durchlassspannung angelegt wird. Bei gewöhnlichen Silizium- oder Germaniumdioden ist diese Eigenschaft sehr schwach ausgeprägt - es gibt praktisch kein Leuchten.
Die Emission der LED hängt nicht mit dem Grad der Erwärmung des Halbleiterelements zusammen, sondern wird durch den Übergang von Elektronen von einem Energieniveau in ein anderes während der Rekombination von Ladungsträgern (Elektronen und Löchern) verursacht. Das dadurch emittierte Licht ist monochromatisch.
Ein Merkmal einer solchen Strahlung ist ein sehr schmales Spektrum, und es ist schwierig, die gewünschte Farbe mit Lichtfiltern auszuwählen. Und einige Farben des Leuchtens (weiß, blau) sind mit diesem Herstellungsprinzip nicht erreichbar. Daher ist derzeit eine Technologie weit verbreitet, bei der die äußere Oberfläche der LED mit einem Leuchtstoff bedeckt ist und ihr Leuchten durch p-n-Übergangsstrahlung (die sichtbar sein kann oder im UV-Bereich liegen kann) initiiert wird.
LED-Gerät
Die LED war ursprünglich wie eine herkömmliche Diode aufgebaut - ein pn-Übergang und zwei Ausgänge. Einziges Gehäuse aus durchsichtiger Masse oder aus Metall mit durchsichtigem Sichtfenster zur Beobachtung des Glühens. Aber sie lernten, zusätzliche Elemente in die Hülle des Geräts einzubetten. Zum Beispiel, Widerstände - um die LED einzuschalten ohne externe Verrohrung in den Stromkreis der erforderlichen Spannung (12 V, 220 V) einspeisen. Oder ein Generator mit einem Teiler, um blinkende lichtemittierende Elemente zu erzeugen. Außerdem wurde das Gehäuse mit einem Leuchtstoff bedeckt, der leuchtet, wenn der pn-Übergang gezündet wird - so konnten die Fähigkeiten der LED erweitert werden.
Der Trend zum Übergang zu bleifreien Funkelementen ist auch an den LEDs nicht vorbeigegangen. SMD-Bauteile erobern mit rasanter Geschwindigkeit den Beleuchtungsmarkt, mit produktionstechnischen Vorteilen. Solche Elemente haben keine Schlussfolgerungen. Der P-n-Übergang ist auf einer Keramikbasis montiert, mit einer Verbindung gefüllt und mit einem Leuchtstoff beschichtet. Spannung wird über Kontaktpads angelegt.
Derzeit wurden Beleuchtungsgeräte mit LEDs ausgestattet, die in COB-Technologie hergestellt wurden. Seine Essenz besteht darin, dass mehrere (von 2-3 bis Hunderte) pn-Übergänge auf einer Platte montiert und zu einer Matrix verbunden sind. Von oben wird alles in einem einzigen Gehäuse platziert (oder ein SMD-Modul wird gebildet) und mit einem Leuchtstoff bedeckt. Diese Technologie hat große Aussichten, aber es ist unwahrscheinlich, dass sie andere SD-Versionen vollständig ersetzen wird.
Welche Arten von LEDs gibt es und wo werden sie eingesetzt?
LEDs des optischen Bereichs werden als Anzeigeelemente und als Leuchtmittel verwendet. Jede Spezialisierung hat ihre eigenen Anforderungen.
Anzeige-LEDs
Die Anzeige-LED hat die Aufgabe, den Status des Geräts anzuzeigen (Stromversorgung, Alarm, Sensorbetrieb usw.). In diesem Bereich werden LEDs mit p-n-Übergangsglühen weit verbreitet verwendet. Es ist nicht verboten, Geräte mit einem Leuchtstoff zu verwenden, aber es hat nicht viel Sinn.Dabei steht die Helligkeit des Leuchtens nicht an erster Stelle. Die Priorität liegt auf Kontrast und einem breiten Betrachtungswinkel. Ausgangs-LEDs (True Hole) werden auf Instrumententafeln verwendet, Ausgangs-LEDs und SMD werden auf Platinen verwendet.
Beleuchtung von LEDs
Zur Beleuchtung hingegen werden hauptsächlich Elemente mit einem Leuchtstoff verwendet. Dadurch erhalten Sie eine ausreichende Lichtleistung und naturnahe Farben. Lead-Out-LEDs aus diesem Bereich werden von SMD-Elementen praktisch verdrängt. COB-LEDs sind weit verbreitet.
In einer separaten Kategorie können wir Geräte zur Übertragung von Signalen im optischen oder infraroten Bereich unterscheiden. Zum Beispiel für Fernbedienungen für Haushaltsgeräte oder für Sicherheitsgeräte. Und Elemente des UV-Bereichs können für kompakte UV-Quellen (Detektoren für Währungen, biologische Materialien usw.) verwendet werden.
Hauptmerkmale von LEDs
Wie jede Diode hat eine LED allgemeine "Dioden"-Eigenschaften. Grenzparameter, deren Überschreitung zum Ausfall des Gerätes führt:
- maximal zulässiger Durchlassstrom;
- maximal zulässige Durchlassspannung;
- maximal zulässige Sperrspannung.
Die übrigen Merkmale haben einen spezifischen "LED"-Charakter.
Leuchtfarbe
Leuchtfarbe - dieser Parameter charakterisiert die LEDs des optischen Bereichs. In Beleuchtungskörpern, in den meisten Fällen, weiß mit unterschiedlichen Lichttemperatur. Die Indikatorfarben können jede der sichtbaren Farben haben.
Wellenlänge
Dieser Parameter dupliziert bis zu einem gewissen Grad den vorherigen, jedoch mit zwei Einschränkungen:
- Geräte im IR- und UV-Bereich haben keine sichtbare Farbe, daher ist diese Eigenschaft für sie die einzige, die das Strahlungsspektrum charakterisiert;
- Dieser Parameter gilt eher für LEDs mit direkter Emission - Elemente mit einem Leuchtstoff emittieren in einem breiten Band, sodass ihre Wellenlänge nicht eindeutig charakterisiert werden kann (welche Wellenlänge kann eine weiße Farbe haben?).
Daher ist die Wellenlänge der emittierten Welle eine ziemlich informative Zahl.
Derzeitiger Verbrauch
Der verbrauchte Strom ist der Betriebsstrom, bei dem die Helligkeit der Strahlung optimal ist. Wenn es leicht überschritten wird, fällt das Gerät nicht schnell aus - und dies ist der Unterschied zum maximal zulässigen Wert. Eine Reduzierung ist ebenfalls unerwünscht - die Strahlungsintensität sinkt.
Leistung
Stromverbrauch - hier ist alles einfach. Bei Gleichstrom ist es einfach das Produkt aus dem verbrauchten Strom und der angelegten Spannung. Hersteller von Beleuchtungstechnik verwirren dieses Konzept, indem sie auf der Verpackung in großer Zahl die äquivalente Leistung angeben - die Leistung einer Glühlampe, deren Lichtstrom gleich dem Lichtstrom einer bestimmten Lampe ist.
Sichtbarer Raumwinkel
Der scheinbare Raumwinkel lässt sich am einfachsten als Kegel darstellen, der vom Mittelpunkt der Lichtquelle ausgeht. Dieser Parameter ist gleich dem Öffnungswinkel dieses Kegels. Bei Anzeige-LEDs bestimmt es, wie der Alarm von außen gesehen wird. Bei Beleuchtungselementen hängt der Lichtstrom davon ab.
Maximale Lichtintensität
Die maximale Lichtstärke in den technischen Eigenschaften des Geräts ist in Candela angegeben. In der Praxis hat es sich aber als bequemer herausgestellt, mit dem Lichtstromkonzept zu arbeiten. Der Lichtstrom (in Lumen) ist gleich dem Produkt aus der Lichtstärke (in Candela) und dem scheinbaren Raumwinkel.Zwei LEDs mit gleicher Lichtstärke geben in unterschiedlichen Winkeln unterschiedliche Beleuchtung ab. Je größer der Winkel, desto größer der Lichtstrom. So ist es bequemer für die Berechnung von Beleuchtungssystemen.
Spannungsabfall
Durchlassspannungsabfall ist die Spannung, die über der LED abfällt, wenn sie eingeschaltet ist. Wenn man es kennt, kann man beispielsweise die Spannung berechnen, die erforderlich ist, um eine Reihenkette von lichtemittierenden Elementen zu öffnen.
So finden Sie heraus, für welche Spannung eine LED ausgelegt ist
Der einfachste Weg, die Nennspannung einer LED herauszufinden, ist die Referenzliteratur zu konsultieren. Wenn Sie jedoch ohne Markierung auf ein Gerät unbekannter Herkunft stoßen, können Sie es an eine einstellbare Stromquelle anschließen und die Spannung sanft von Null anheben. Ab einer bestimmten Spannung blinkt die LED hell. Dies ist die Betriebsspannung des Elements. Bei dieser Prüfung sind einige Dinge zu beachten:
- der Prüfling kann mit einem eingebauten Widerstand ausgestattet werden und ist für eine ausreichend hohe Spannung (bis 220 V) ausgelegt - nicht jede Stromquelle hat einen solchen Einstellbereich;
- LED-Strahlung kann außerhalb des sichtbaren Teils des Spektrums liegen (UV oder IR) - dann kann der Zündzeitpunkt nicht visuell bestimmt werden (obwohl das Leuchten eines IR-Geräts in einigen Fällen durch eine Smartphone-Kamera gesehen werden kann);
- Das Element muss unter strikter Beachtung der Polarität an eine Konstantspannungsquelle angeschlossen werden, da es sonst leicht ist, die LED mit einer Sperrspannung zu deaktivieren, die die Fähigkeiten des Geräts übersteigt.
Wenn Sie nicht sicher sind, die Pinbelegung des Elements zu kennen, ist es besser, die Spannung auf 3 ... 3,5 V zu erhöhen. Wenn die LED nicht aufleuchtet, entfernen Sie die Spannung, ändern Sie die Verbindung der Source-Pole und wiederholen Sie den Vorgang Verfahren.
So bestimmen Sie die Polarität einer LED
Es gibt mehrere Methoden, um die Polarität der Leitungen zu bestimmen.
- Bei bleifreien Elementen (einschließlich COB) ist die Polarität der Versorgungsspannung direkt auf dem Gehäuse angegeben - durch Symbole oder Gezeiten auf dem Gehäuse.
- Da die LED einen regulären p-n-Übergang hat, kann sie mit einem Multimeter im Diodentestmodus aufgerufen werden. Einige Tester haben eine Messspannung, die ausreicht, um die LED zum Leuchten zu bringen. Dann kann die Korrektheit der Verbindung visuell durch das Leuchten des Elements kontrolliert werden.
- Einige von CCCP hergestellte Geräte in einem Metallgehäuse hatten einen Schlüssel (Vorsprung) im Kathodenbereich.
- Bei Ausgangselementen ist der Kathodenausgang länger. Auf dieser Basis ist es möglich, die Pinbelegung nur für nicht gelötete Elemente zu bestimmen. Gebrauchte LED-Leitungen werden für die Montage beliebig gekürzt und gebogen.
- Finden Sie schließlich den Standort heraus Anode und Kathode vielleicht die gleiche Methode wie zur Bestimmung der Spannung der LED. Das Glühen ist nur möglich, wenn das Element richtig eingeschaltet ist - die Kathode an das Minus der Quelle, die Anode an das Plus.
Die technologische Entwicklung steht nicht still. Bis vor wenigen Jahrzehnten war die LED ein teures Spielzeug für Laborexperimente. Jetzt ist es schwer, sich ein Leben ohne ihn vorzustellen. Was als nächstes passieren wird - die Zeit wird es zeigen.
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