Диод led: Led светодиоды

как устроен, принцип работы, применение — Asutpp

Светоизлучающий диод, называемый сокращенно LED (от light-emitting diode), подобно выпрямительному диоду, использует явления, происходящие на p-n-переходе. Однако выбор материала позволяет не столько обеспечить хорошую проводимость тока в одном направлении, сколько преобразовать энергию тока в световую энергию. Явление преобразования энергии тока в световую энергию называется электролюминесценцией.

Как устроен светодиод?

Светодиоды, как и все полупроводниковые диоды, состоят из полупроводников p-типа и n-типа, соединенных вместе. Полупроводниковые материалы названы в честь доминирующих носителей тока в соответствующем типе материала. В n-типе доминирующими носителями тока являются электроны, которые несут отрицательный — отрицательный заряд, отсюда и название n-типа. В p-типе доминирующими носителями являются дырки, которые несут положительный заряд — положительный, отсюда и название p.

Зонная теория твердых тел утверждает, что валентные электроны, получившие энергию, соответствующую зоне проводимости, оставляют состояние со свободной энергией в валентной зоне. Это позволяет этому состоянию быть занятым другими электронами с энергией в зоне валентного уровня. Это явление можно описать как движение положительных носителей тока — т.е. дырок (рис. 1.).

Рис. 1. Образование свободных электронно-дырочных пар в естественных полупроводниках

В собственном полупроводнике количество электронов и дырок одинаково — каждый валентный электрон, который получает энергию из зоны проводимости, оставляет дырку в зоне проводимости. Количество электронов или дырок увеличивается при добавлении соответствующих легирующих добавок для «подпитки» одного типа носителей тока.

Если соединить p- и n-полупроводник, то в результате явления диффузии электроны из n-полупроводника «переходят» в p-полупроводник и дырки в обратном направлении.

Затем в области перехода электроны и дырки с обеих сторон объединяются. Это в конечном итоге приводит к пространственному распределению заряда на переходе — с повышенной концентрацией отрицательного заряда на стороне p-полупроводника и положительного заряда на стороне n-полупроводника — противоположно типичному распределению носителей в полупроводнике. Такое пространственное распределение заряда достигает насыщенного состояния и образует барьер, препятствующий дальнейшему движению заряда (рис. 2.).

Рис. 2. Схема распределения электрического заряда на p-n переходе в диоде

Если к n-стороне полупроводника приложено отрицательное напряжение, а к p-стороне — положительное, внешнее электрическое поле заставляет электроны на n-стороне двигаться к барьеру, как и дырки на p-стороне. При достижении барьера электроны и дырки объединяются — электроны с энергией в диапазоне зоны проводимости переходят в диапазон энергии валентной зоны, испуская избыточную энергию в виде электромагнитного излучения. Это явление называется радиационной рекомбинацией.

Принцип работы светодиода

Световое излучение светодиода можно представить так, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Схема работы светодиода. Белые точки символизируют дырки, а черные — электроны. Комбинация электронов и дырок на переходе приводит к испусканию фотонов.

Энергетическое расстояние между валентной полосой и полосой проводимости называется энергетическим зазором (шириной запрещенной зоны) и обычно обозначается символом E_g. Когда электрон переходит в более низкое энергетическое состояние, он может испускать избыточную энергию в виде электромагнитного излучения, или он может передать часть этой энергии кристаллической решетке путем увеличения тепловых колебаний. Полупроводники, в которых электроны практически всю свою избыточную энергию излучают в виде электромагнитного излучения, используются для изготовления светодиодов.

Электроны испускают электромагнитное излучение порциями, называемыми фотонами. Энергия фотонов зависит от частоты электромагнитного излучения. Связь между энергией фотона и частотой выражается формулой Планка:

E_f = h * f,

где E_f — энергия фотона, h — постоянная Планка, f — частота фотона.

Когда свет испускается в результате радиационной рекомбинации, энергия фотона приблизительно равна энергии ширины запрещенной зоны E_g.

Цвет света, который мы наблюдаем, напрямую зависит от частоты фотонов. Таким образом, цвет света, излучаемого диодом, зависит от величины энергии E_g материала диода.

Для светодиодов используются другие материалы, чем для выпрямительных диодов. Кремний и германий имеют слишком низкое значение E_g и, кроме того, передают часть энергии, потерянной при переходе в валентную зону, кристаллической решетке.

Примеры материалов, используемых для изготовления светодиодов, и цвета излучаемого ими света приведены в таблице:

Схема конструкции светодиода показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема конструкции светодиода

Светоизлучающим элементом является светодиодный чип — т.е. светодиод, задача термопрокладки — отводить выделяемое тепло, а задача линзы — соответствующим образом фокусировать свет, излучаемый светодиодом.

Применение светодиодов

Ширина запрещенной зоны является характеристикой материала диода — именно поэтому диоды по своей природе испускают монохроматическое излучение. Изобретение в начале 1990-х годов диода с синей подсветкой и, соответственно, способность диодов создавать любой цвет света положили начало эпохе светодиодов. Значительное снижение стоимости производства светодиодных источников света в последние годы (например, светодиодные «лампочки» за последние пять лет стали дешевле почти в десять раз) означает, что светодиоды становятся доминирующим источником света практически во всех областях.

Белый свет от светодиодных источников обычно получают тремя способами:

1. Три светодиода разного цвета помещаются в один корпус, чтобы в сумме получить белый свет. Этот тип диодов называется RGB. Если к этому типу диодов подключить регулятор, позволяющий регулировать ток, проходящий через отдельные диоды, то можно получить различные цвета света.
2. Светодиод, излучающий ультрафиолет, покрыт трехцветным люминофором, который преобразует ультрафиолетовое излучение в белый свет.
3. Синий светоизлучающий диод покрыт люминофором, который при возбуждении синим светом излучает желтый свет. При смешивании синего и желтого света получается белый свет.

Основными преимуществами светодиодов являются их эффективность, долговечность — светодиоды могут проработать до 100 000 часов, а также универсальность.

Эффективность источников света описывается величиной, называемой световой отдачей. Световая отдача, обозначаемая буквой , определяет общую мощность полученного света по отношению к мощности электрического тока, который этот свет производит. Она выражается формулой:

η = Ф / P

где Ф — световой поток, а P — мощность электрического тока, потребляемого источником, создающим поток. Световой поток — это величина, характеризующая мощность излучаемого света, а его единицей является люмен (лм). Световая отдача измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Сравнение световой отдачи различных источников света показано в таблице:

Как видно из таблицы, диоды значительно превосходят по эффективности традиционные источники света: лампы накаливания, галогенные или люминесцентные лампы (флуоресцентные трубки). Диодам уступают более дорогие натриевые и металлогалогенные лампы, в которых свет излучается в результате разрядов, возникающих в парах металлов. Эти источники используются для освещения улиц, спортивных залов и стадионов.

Универсальность светодиодов также является важным преимуществом. Мощность светодиодных источников варьируется от нескольких милливатт до нескольких десятков ватт. Они используются в качестве всех типов индикаторных лампочек в различных типах электрических и электронных устройств. Например: лампочки — индикаторы работы электрических и электронных устройств, индикаторы заряда батареи и т.д.

Светодиоды начали вытеснять традиционные источники света в подсветке ЖК-экранов телевизоров и ноутбуков несколько лет назад, что позволило уменьшить их толщину. Следующим шагом в развитии технологии стало использование органических соединений для производства светодиодов и появление технологии OLED и ее последующих вариантов (AMOLED, Super AMOLED). Дисплеи, изготовленные с использованием технологии OLED, очень тонкие, поскольку не требуют подсветки, так как диоды генерируют свет самостоятельно. Этот тип дисплея сначала получил широкое распространение в смартфонах, а затем в телевизионных экранах.

В данной статье представлены лишь некоторые из областей применения светодиодной технологии. Практически везде, где используются источники света, можно встретить светодиоды. К вышеперечисленным преимуществам этих светодиодов можно добавить, что они начинают светить сразу после включения, достаточно устойчивы к частоте включений, устойчивы к ударам и влиянию атмосферы, а также могут быть использованы для получения практически любого цвета света.

Про диоды 1W LED Bulbs High power.

Лабораторная работа №2. Уж очень мне интересно было, как зависит «КПД» светодиода от тока, который через него проходит. Попытаюсь найти точку наивысшей эффективности. Ну и по традиции поделюсь своей поделкой. Полный разбор 1W LED Bulbs. Кому интересно, заходим.

Для начала посмотрим, в каком виде дошла посылка.

Стандартный пакет с пупыркой внутри.

Всё упаковано по высшему классу.

Кому интересно, все характеристики написаны на пакете.

Ровно 100шт. Получил давно. Больше трёх месяцев лежали без дела. Ковырялся в основном с лампочками. Дошло дело и до них. Решил построить график зависимости «яркости свечения» от тока и мощности на светодиоде. Было много вопросов по этому поводу. Решил ликвидировать пробел при помощи эксперимента.

В эксперименте мне будет помогать вот этот прибор, со встроенным люксометром. Позволяет измерять уровень освещённости до 4000 — 40000 Lux (±5,0%). Вот так он выглядит на официальном сайте.

А вот такой он в жизни.

Чтобы минимизировать погрешность, зашторим окна. Расстояние до светодиода около 30см. Эта величина на эксперимент не влияет, т.к. нам интересна зависимость, а не абсолютные значения. Люксометр показывает 3 Lux. На точность измерений световой фон в 3 Lux не повлияет. В качестве источника стабилизированного тока буду использовать Калибратор П321.

Калибратор тока П321 с ручным и программным управлением предназначен для применения в автоматизированных поверочных установках, а также, как самостоятельный прибор для поверки аналоговых и цифровых приборов на постоянном токе.

Принцип прост. Я подаю на светодиод образцовый ток с калибратора, при этом измеряю напряжение на светодиоде (т. к. при увеличении тока будет увеличиваться и напряжение) и освещённость. Все данные свёл в таблицу. Остальные данные в таблице – получены путём расчета (перемножением и делением измеренных величин). Это необходимо для получения более наглядных цифр.

>С помощью полученной таблицы и построю график зависимости «энергоэффективности» светодиода от той мощности (тока), которую через него пропустили. Многие догадывались о такой зависимости. Я оформил её в виде графика.

Как видим из графика, чем выше мощность, проходящая через светодиод, тем ниже «энергоэффективность». Если постараться сказать проще, чем меньше мощность от номинала, тем бОльшая мощность переходит в свет, а не в тепло. Я догадывался о такой зависимости. Вот теперь подтвердил при помощи измерений.

Если следовать логике эксперимента при замене светодиодов 1Вт в светодиодной лампочке на светодиоды 3Вт, она будет светить почти в 1,5 раза ярче при том же энергопотреблении! И греться будет меньше! (При прочих равных условиях).

На этом лабораторную работу можно считать оконченной. Работа проведена, вывод сделан. Перейдём к практическим занятиям.

При помощи этих светодиодов решил переделать светильник.

Лампочки уже испортились, а новые идут невысокого качества.

Взял фольгированный текстолит.

Травить плату не стал. Просто вырезал канавки (так быстрее).

Сверху плату покрыл краской из баллончика. Плату сделал так, чтобы можно было подключить как к электронному драйверу, так и к драйверу на кондёрах (при подпайке перемычек определённым образом).

Диоды с платой будут прижиматься к алюминиевому листу. Выпилил из того, что нашёл.

Припаял диоды. Перемычки поставил для подключения электронного драйвера по схеме.

Драйвер на 600мА, 9-12В.

Измерим ток и напряжение.Снимки получились не очень. Слабовато освещение, поэтому фокусируется плохо (извините).

Это по вторичке. 0,57А*9,55В=5,44Вт. Посмотрим, сколько потребляет от сети.

6,46Вт. Разница 1Вт, это берёт на себя драйвер.

Светильник решил подключить через кондёры, большАя мощность мне не нужна, а электронный драйвер приберегу для чего-нибудь более стоящего. А вот и схема.

Перемычки припаиваю по-другому.
Все диоды последовательно.

Плату для драйвера тоже изготовил из того, что было (по-быстрому)

Даже штырь для крепления был. Дроссель убирать не стал. Оставил для веса, иначе лампа будет падать.

Сделал по всем правилам электробезопасности. Ни одного элемента под напряжением наружу не выходит. Плата закреплена печатными проводниками внутрь.

Дополнительная информация

И, как обычно, посмотрим как светит.
Это светит лампочка на 40Вт. Естественно, все лампочки в равных условиях (выдержка на ручнике, расстояние до стены одинаковое).

Это мой светодиодный светильник. Фотоэкспонометр подсказывает, что светит ярче сороковки.

Расчётная мощность светильника 3,9Вт. Площадь алюминиевого листа 42,3см2. Получается 11см2 на Ватт. Почти не нагревается. Для сравнения, покупные светодиодные лампочки мощностью 1,3Вт имеют площадь 7см2 (5,5см2 на Ватт) на текстолите, работают полгода без поломок.

А в конце тем, кто любит отслеживать треки.

Дополнительная информация

Вот теперь всё.

Удачи!

Светодиодные переключатели, диммеры и контроллеры цвета

Магазин по

Открыть все |
Закрыть все

Фильтр

Окружающая среда/степень защиты IP

1. Сухое место (1)

Выходное напряжение

1. 5 В постоянного тока
   (1)

2. 12-24 В постоянного тока
   (7)

3. 12 В постоянного тока
   (1)

4. 24 В постоянного тока
   (1)

Тип дистанционного управления

1. Wi-Fi/мобильное устройство (1)

2. Wi-Fi/РЧ (1)

3. РФ (1)

4. Wi-Fi (3)

5. н/д (6)

Входное напряжение

1. 120 В переменного тока
   (2)

2. 5 В постоянного тока
   (1)

3. 9 В постоянного тока
   (1)

4. 12-24 В постоянного тока
   (8)

5. 100-277 В переменного тока
   (1)

Окружающая среда/класс защиты IP

1. Сухое место (14)

Класс 2

1. ДА (1)

Системы управления светодиодами, выключатели и диммеры

Управляйте статичным или меняющим цвет освещением с помощью различных элементов управления: проводных, удаленных или с помощью приложений. Системы и компоненты DMX обеспечивают комплексное управление либо как автономные системы, либо как часть сторонней системы управления. Обратитесь за помощью в нашу службу поддержки клиентов.

21 шт.

Сортировать по

Позиция
Имя Установить направление по убыванию

Показать

• 25
• 50
• 100
• Все

25
50
100
Все

1. Настенный контроллер DMX

   Настенные системы управления цветом DMX обеспечивают профессиональное управление изменяющим цвет светодиодным освещением RGB и RGBW в одной или нескольких независимых зонах.

2. Низковольтный диммер REIGN®

   Настенные светодиодные диммерные переключатели REIGN — это стильный компаньон для встроенной функции диммирования от драйверов без диммирования.

3. Контроллеры CASAMBI

4. Комплекты DMX

   Комплекты DMX Bundle — это идеальный стартовый пакет для управления вашей системой освещения.

5. Nicolaudie® STICK-KE2 Светодиодный контроллер DMX

   Элегантная сенсорная клавиатура позволяет выбирать режим изменения цвета, скорость и затемнение, а также может хранить до 200 пользовательских сцен освещения в 5 отдельных зонах.

6. Перестраиваемый белый контроллер DMX512

   Настенное настраиваемое управление белым светом на чувствительной к прикосновению стеклянной поверхности.

7. Переключатель датчика присутствия

   Обнаруживает движение в поле зрения датчика примерно на 90,5 фута Только функция включения/выключения.

8. Переключатель пассивного датчика

   Помашите рукой перед датчиком (в пределах ≤ 2,3 дюйма), чтобы активировать освещение; помашите еще раз, чтобы выключить освещение.

9. Переключатель датчика приближения

   Идеально подходит для шкафов и ящиков, переключатель выключен, когда датчик заблокирован или заблокирован. Затем он включается, когда датчик открыт.

10. Встроенный светодиодный диммер

    Этот простой в использовании светодиодный диммер позволяет регулировать яркость светодиодных ламп с помощью классической поворотной ручки без мерцания.

11. Встроенный светодиодный переключатель включения/выключения

    Светодиодный переключатель Inline On/Off использует простой переключатель включения/выключения для управления потоком энергии между источником питания и устройством.

12. Nicolaudie STICK-DE3 Светодиодный контроллер DMX

    Храните до 500 сцен в 10 отдельных зонах с полноцветным дисплеем.

13. Контроллер цвета ATTRIBUTE®

    Контроллер цвета ATTRIBUTE® для светодиодного освещения RGB и RGB(W) доступен по цене, универсален и прост в установке.

14. Nicolaudie STICK-GA2 Светодиодный контроллер DMX

    Гладкая, привлекательная, чувствительная к прикосновениям поверхность позволяет управлять и приглушать меняющие цвет лампы, а также приглушать одноцветные светодиодные лампы.

15. Система управления TOUCHDIAL™

    НОВЫЕ И РАСШИРЕННЫЕ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
    Новая система управления зонами TOUCHDIAL™ управляет одноцветным затемнением, настраиваемой белой и изменяющей цвет светодиодной подсветкой с помощью мобильного устройства и дополнительных элементов управления TOUCHDIAL.

16. Драйвер SWITCHEX® и диммер

    Драйвер светодиода и диммер объединены в одном корпусе. Упростите установку и сократите трудозатраты.

17. Настенные светодиодные диммеры REIGN®

    Эти низковольтные диммеры обеспечивают плавное затемнение от 100% до 1% без мерцания, гудения или скачков.

18. 4-канальный декодер DMX

    Преобразует сигнал DMX в сигнал управления ШИМ, используемый светодиодами RGB.

19. Nicolaudie Easy Stand Alone DMX LED Color Controller

    Это полностью настраиваемое управление цветом DMX для изменяющих цвет светодиодных ламп сочетает в себе сложное управление с простотой использования.

20. Переключатель включения/выключения инфракрасного светодиода

    Этот элегантный и низкопрофильный сенсорный переключатель 12–24 В предназначен для шкафов, шкафов и ящиков.

21. Светодиодный диммер LIGHTTOUCH™

    Имеет полностью сенсорный корпус для полного затемнения и управления включением/выключением.

21 Товар(ы)

Сортировать по

Позиция
Имя Установить направление по убыванию

Показать

• 25
• 50
• 100
• Все

25
50
100
Все

LED Diode Definition – конструкция, характеристики, области применения

• Задачи проектирования

Войти

Добро пожаловать!Войти в свой аккаунт

ваше имя пользователя

ваш пароль

Забыли пароль?

Создать учетную запись

Политика конфиденциальности

Регистрация

Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт

ваш адрес электронной почты

ваше имя пользователя

Пароль будет отправлен вам по электронной почте.

Политика конфиденциальности

Восстановление пароля

Восстановить пароль

ваш адрес электронной почты

Поиск

Изменено: 17 января 2022 г.

Категория Статьи

СОДЕРЖАНИЕ

Световой диод -тип Semiconductor Diode , что также и сами. оптоэлектронные компоненты. Типичная конструкция светодиода основана на «p-n полупроводниковом кристаллическом переходе » (подробнее о «p-n переходе» здесь ) . После поляризации светодиода положительным электрическим напряжением (прямое смещение), превышающим его пороговое значение напряжения, он начнет излучать электромагнитное излучение в видимом и инфракрасном спектре света.

Рис. 1. Символ светодиода

Конструкция светодиода

Цвет и длина волны светового излучения, излучаемого светодиодами, тесно связаны с полупроводниковым материалом, из которого они изготовлены. Обычно их изготавливают из соединений (бикомпонентных и многокомпонентных) химических элементов 3-й и 5-й групп таблицы Менделеева (например, GaAs, – арсенид галлия, GaP, – фосфид галлия, GaAsP).0086 – арсенофосфид галлия с правым легированием). Элементный состав диода подобран таким образом, чтобы полупроводниковая структура, полученная в процессе , позволяла излучать свет в желаемом спектральном диапазоне. «p-n-переходы» светодиодов с GaAs в основном изготавливаются с использованием диффузионного метода . Это обеспечивает высокую квантовую эффективность. Группа соединенных между собой диодов используется в различных типах дисплеев, например, в семисегментных индикаторах.

Светодиоды Разделение по цвету светового излучения

Плавное изменение длины волны сопровождается аналогичным изменением цвета. В таблице выше мы разместили диапазоны значений длины волны в порядке длины, чтобы улучшить представление о связи между длиной волны и цветом диода.

Светодиодные характеристики ток-напряжение

Характеристики светодиода показывают, что цвет диода влияет на мощность, потребляемую этим светодиодом. Светодиоды , излучающие инфракрасного цвета, потребляют наименьшее количество энергии, тогда как белый цвет потребляет больше всего.  Это связано с тем, что разные диоды имеют разные пороговые напряжения. Вы можете видеть это на характеристиках светодиода , показанных ниже.

Рис. 2. Группа вольт-амперных характеристик светодиодов, показывающая различия пороговых напряжений при разных цветах светодиодов

Прямое напряжение светодиода

Ассортимент качеств этого семейства светодиодов очень широк, и в настоящее время нет достойного подхода к их сужению и технологическому «приведению» к еще более явному и измеримому виду. Тем не менее, они несколько ограничены (сужены) и охватывают обычные значения путем деления светодиодов на классы, выбора цвета света, так как стандарт для вашей отрасли.

Прямое напряжение светодиода — это минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светиться из-за потока тока. Рекомендации по наиболее прямому току, характеризующему подтвержденный диод, видны из примечаний к каталогу, тем не менее, это сложно, особенно если мы не знаем источник диода, так как на светодиоде нет маркировки производителя. В среднем светодиоды будут иметь максимальный прямой ток 20-30 мА, однако многие обычные светодиоды (имеющие линзу) хорошо работают при токе менее 10 мА, многие обычно 2-3 мА. Прямое напряжение светодиода в диоде зависит от тона освещения и, следовательно, от материала, из которого он изготовлен.

Светодиод Принцип работы

Принцип работы светодиода основан на явлении электролюминесценции (выработка электромагнитного излучения под действием электрического поля). Электролюминесценция возникает в результате рекомбинации (аннигиляции) пары носителей (электронов и электронных дырок) в области «p-n перехода». В то время как электроны перетекают с более высокого на более низкий энергетический уровень, рассеивание мощности происходит в виде0085 тепло (безызлучательная рекомбинация – у полупроводников с n-косой энергетической щелью) или свет (излучательная рекомбинация – полупроводники с простой энергетической щелью). Во время этого потока энергия электрона преобразуется в квант электромагнитного излучения .

Гибкие светодиодные дисплеи

Динамичное развитие электроники, которое мы наблюдаем сегодня, было бы невозможно без одновременных исследований в междисциплинарной науке под названием нанотехнологии . Мы дошли до того, что нас уже не удивляют гибкие светодиодные экраны , используемые в телевизорах, мобильных телефонах, смарт-часах или даже в одежде.

Рис. 3. Источник: digitaltrends.com

Устройство в целом (электронная схема и компоненты) заключено в фольгу толщиной с бумагу и даже прозрачную . Быстрый рост технологии OLED также стал одной из причин дальнейшего развития и роста популярности гибкой электроники . Такие решения позволяют пользователям взаимодействовать с такими устройствами на их скручивание , сгибание или складывание в обеих плоскостях . В качестве преимуществ гибкого дисплея мы можем рассмотреть, например. более дешевый производственный процесс, эксплуатация, что может привести к конечной, более низкой цене в магазинах электроники в будущем.

Примеры разновидностей светодиодов

• Светодиод RGB (красный зеленый синий светодиод) – имеет три цвета в «одной коробке», что позволяет генерировать любой цвет,
• IR (Infrared) — излучает инфракрасное излучение, которое используется, например, при передаче данных, а также в старых моделях мобильных телефонов (некоторые из вас могут этого не помнить!),
• HB LED (High Brightness LED) – диоды с повышенной яркостью.