Kas yra šviesos diodas - išsamus charakteristikų ir tipų aprašymas

Šviesos diodų yra visur: namuose, automobiliuose, telefonuose. Juos galima naudoti prietaisų ekranams pašviesinti arba kurti energiją taupančius šviesos šaltinius. Dabar jis yra nepakeičiamas šviesos šaltinis. Pažvelkime į pagrindinių tipų šviesos diodų įrenginį ir technines charakteristikas.

Kas yra šviesos diodas

Šviesos diodas (iš angl. Light Emitting Diode, arba LED) - kietakūnis elektrinis dirbtinės šviesos šaltinis, pagamintas iš p ir n laidumo puslaidininkinių medžiagų. Naudojant įvairius metodus - kaukės nusodinimą, ėsdinimą, epitaksinį nusodinimą ir t. t. - sukuriama p-n sandūra.

P tipo puslaidininkinėje medžiagoje srovės nešikliai yra "skylės" - puslaidininkio kristalo atomai, kuriuos dopinguojant specialiais metalais atsiranda elektronų trūkumas. N-medžiagose nešikliai yra pertekliniai elektronai kristale.

"Skylė" iš tikrųjų yra stacionari. Jo teigiamas krūvis lygus elektrono krūviui. Elektronas, "peršokdamas" iš vieno atomo išorinės orbitos į kaimyninio atomo išorinę orbitą, perkelia "skylę" priešinga kryptimi.

Kaip tai veikia arba kas šviečia šviesos diodų indikatoriuje

Elektros srovę, pasireiškiančią priešpriešiniu elektros krūvio nešėjų - "skylių" - teigiamų "dalelių" ir elektronų - neigiamų "dalelių" srautu, galima sukelti prie p-n sandūros prijungus tam tikro dydžio ir poliškumo pastovią įtampą. Kai šie srautai susitinka p-n sandūroje, jie rekombinuoja arba susijungia. Į "skylę" patenka padidėjusios energijos laisvas elektronas ir ji išnyksta.

Šviesą skleidžiančio diodo principinė schema.

Dešinėje pusėje yra laisvaisiais elektronais "praturtinta" n puslaidininkio kristalo dalis, o kairėje - p puslaidininkio dalis su teigiamomis "dalelėmis" - "skylutėmis".

Energija išsiskiria kaip šviesos kvantai. Jie yra išspinduliuojami, t. y. išspinduliuojami iš kristalo galo. Kvantų srautas patenka į reflektorių. Jo poliruotas paviršius atspindi šviesą norima kryptimi. Pageidaujamos krypties šviesos srauto modelis formuojamas dėl specialios paviršiaus konfigūracijos.

Šviesos generavimo p-n sandūroje schema.

Įtampa jungčiai įjungti į diodo anodą tiekiama "+", o į katodą - "-".

Dizainas

Diodo struktūra vertikaliajame pjūvyje.

Žalsva spalva rodo šilumą sugeriančią pagrindo dalį. Pilkos spalvos trapecijos vaizduoja aliuminio apskrito reflektoriaus skerspjūvius. Mėlynos spalvos centre yra šviesos diodo lustas su aukso arba sidabro spalvos laidais, prilituotais prie anodo ir katodo kontaktų.

Šviesos diodų tipai

Šviesos diodai - gana "jaunas" prietaisas. Galutinė jų klasifikacija dar nenustatyta. Todėl daugelis žinomų gamintojų naudoja savo padalijimo sistemas.

Pagal vieną iš jų šviesos diodai pagal paskirtį grupuojami taip:

1. Rodiklis.
2. Šviečiantis.

Indikaciniai šviesos diodai pagal jų grupavimą skirstomi į šiuos tipus.

DIP diodai .

Ši santrumpa kilusi iš "Dual In-line Package" arba "dvigubos eilės paketas". Dažniausiai korpusai yra cilindrai, tačiau pasitaiko ir lygiagretainiai. Apatiniame gale yra vieliniai ašiniai laidai, lygiagretūs pagrindinei korpuso simetrijos ašiai. Katodo laidas yra trumpesnis už anodo laidą.

DIP šviesos diodo vaizdas virš spausdintinės plokštės, rodantis litavimą į metalizuotas skylutes.

Skirstymas į tipus pagal korpuso skersmenį ir lęšį viršutinėje dalyje. Skersmuo svyruoja nuo 2-3 mm iki 20 mm ir daugiau. Švytėjimo spalva - bet kokia spalva, yra keletas baltų atspalvių.

Vieno tipo žibintuvėliai mirksi 2 spalvomis ir turi 3 išvadus.

Šiaudinė skrybėlė.

Pažodinis šiaudinės skrybėlės arba skrybėlės su kraštine vertimas. Kai taikoma LED diodams – Korpusas atrodo kaip kepurė su užapvalinta viršūne.

DIP šviesos diodo variantas, vadinamas "šiaudine skrybėle" arba "šiaudine skrybėle".

Matomi skirtingo ilgio laidai, trumpasis yra katodas. Taip pat matomi montavimo aukščio ribotuvai. Po lęšiu yra kristalas su geltonu fosforu.

"Super Flux" "Piranija"

Tiesioginis vertimas - super srautas. Piranija į rusų kalbą verčiama kaip piranija. Pavadinimas "Piranha" kilęs iš metalinių siaurų juostelių formos gnybtų. Šviesos diodas buvo gaminamas su įspaudais, kurių laidų galai buvo nupjauti, kad būtų lengviau pritvirtinti skyles plokštėje. Taip atsirado aštrūs plėšrios žuvies dantys.

Ant kaiščių įspaustos petys - ribotuvai, kuriais nustatomas korpuso aukštis virš plokštės. Tai leido korpusą aušinti oru iš apačios. Pasyvaus aušinimo kristalai yra viršutiniuose kaiščių galuose.

Į korpusą įdėjus 2 arba 3 lustus, šviesos srautas buvo padidintas. Dėl to šis diodas yra vienas ryškiausių šviesos diodų.

"Piranha LED" permatomame dėkle.

Matote kristalą, kurį "uždengia" lęšis, ir kūginius smeigtukus - tvirtinimo aukščio formuotojus.

SMD

Surface Mounted Device santrumpa, verčiama į Paviršinio montavimo įrenginys. Tai stačiakampiai plastikiniai arba keraminiai korpusai. Gnybtai yra korpuso apačioje ir šone - kontaktinių kaladėlių pavidalo.

Dažniausiai šviečia, bet esant mažam galingumui gali ir rodyti. Galimybės svyruoja nuo mW (milivatų) iki W. Liuminescencija - bet kokios spalvos ar atspalvio balta šviesa.

Taip pat skaitykite: SMD LED charakteristikos

OLED

Be kietakūnių šviesos diodų, pagamintų iš puslaidininkinių metalų - silicio, germanio, galio arsenido ir t. t., yra grupė šviesos diodų, pagamintų iš organinių junginių plėvelių. Jie vadinami organiniais arba OLED - organiniais šviesos diodais.

Kaip ir puslaidininkiniai diodai, jie spinduliuoja šviesą, tačiau ne iš kietojo kūno, o iš plonų plėvelių. Kol kas daugiausia naudojama kuriant nespalvotus ekranus. Dabartiniai spalvotų OLED plėvelių trūkumai yra skirtinga skirtingų spalvų liuminescencijos plėvelių veikimo trukmė. Mažiausiai - apie 12-15 tūkst. valandų.

Patobulinti tokie šviesos diodai bus plačiai naudojami mobiliuosiuose telefonuose, automobilių ir laivų GPS navigatoriuose, naktiniuose taikikliuose, naktinės medžioklės ir šaudymo prietaisuose ir kt.

Vaizdo įrašas - apžvalga: QLED, OLED ir LCD (IPS) palyginimas.

Gijos

2012-2013 m. pasirodė neįprasti šviesos diodai, vadinami "Filament". Iš esmės tai yra COB matricos ilgų 2-3 skersmens ir 15-30 mm ilgio cilindrų pavidalo. Ant stiklo arba safyro cilindro priklijuota 28-30 mėlynų kristalų su kelių raudonų kristalų intarpais. Jie sujungiami grandinėmis ir, patikrinus, ar tinkamai veikia, užpildomi geltonuoju fosforu.

Ši gijų technologija vadinama "Chip-On-Glass" arba COG.

Surenkamos COG matricos dedamos ant įprastinių kaitinamųjų lempų jungiamųjų detalių, montuojamos į pagrindą ir įdedamos į stiklinę arba plastikinę lemputę. Lemputė pripildyta helio, kad būtų aušinami šviesos diodai.

Šviestuvų galia yra nuo 2-3 iki 10-12 W. Šviesos srautas atitinka įprastinių šviesos diodų šviesos efektyvumą, kuris yra 80-100 Lm/W.

Rezultatas - kaitrinės lemputės modernizavimas naudojant šviesos diodus. Ši lempa dažnai neteisingai vadinama LED kaitinamąja lempa.

Terminas "modernizacija" kilęs iš žodžio "retrofit". Tai nauji šviesos šaltiniai tradicinių matmenų korpusuose.

Filamentinė LED lemputė baliono lemputėje.

Didelio galingumo kaitrinė lempa pailgoje lemputėje.

Aukščiau pateikti paveikslėliai rodo skirtingą galią ir gamintojus LED kaitinamosios lempos. Stiklinėje lemputėje su E27 cokoliu COL moduliai yra pritvirtinti prie kaitrinės lemputės laikiklio.

Tipo PCB žvaigždė

Šio tipo šviesos diodų santrumpa kilusi iš angliško žodžių junginio Printed Circuit Board. Tai reiškia spausdintinę plokštę.

PCB Star diodų plokštė.

PCB Star diodų plokštė. Gamintojas - JAV bendrovė CREE, modelis XML. Geltonas stačiakampis yra didelės galios diodo COB matrica.

Plokštė pagaminta iš gerai šilumą laidaus metalo, pvz., aliuminio. Plokštės konfigūracija yra 6 spindulių žvaigždė. COB šviesos diodų matrica gamykloje sumontuota žvaigždutės plokštės centre. Plokštė nudažyta juodai, kad padidėtų pasyvus šilumos išsklaidymas iš galingo veikiančio šviesos spinduliuotojo.

Galingi "PCB Star" tipo šviesos diodai.

Kairėje pusėje esančios 6 "žvaigždutės" - tai skirtingo galingumo ir atspalvių diodai, skleidžiantys baltą šviesą. Du apačioje esantys elementai yra galingesni, su dideliais geltonais fosforo apskritimais. Dešinėje - 4 stulpelių stulpelis. - Diodai, skirti plokštuminiam montavimui ant kontaktinių plokščių kontaktinių kaladėlių paviršiaus.

Didelės galios plokščiojo šviesos diodo ant žvaigždės formos spausdintinės plokštės matmenų brėžinys.

Didelės galios plokščiojo šviesos diodo matmenų brėžinys ant žvaigždinės plokštės. Konstrukcijos aukštis - 6,6 mm, diodo su plokščiais kaiščiais korpuso skersmuo - 8 mm, "Star" plokštės dydis - 22 mm.

COB-LED matrica

Jei ant šilumai laidaus dirbtinio safyro ar silicio kristalo pagrindo dielektriko klijais suklijuosime kelias dešimtis mėlynai švytinčių puslaidininkinių kristalų, sujungsime juos laidininkais nuosekliai-lygiagrečiomis grupėmis ir užpildysime viršų geltonu fosforu, gausime šviesos diodų modulį. Tai yra COB matrica. Ši santrumpa kilusi iš angliško žodžių junginio Chip-On-Board. Jis verčiamas kaip "kristalai ant lentos".

Apvali LED COB matrica, užpildyta geltonu fosforu. Palei "rėmelį" yra rudos spalvos kontaktiniai kilimėliai, skirti maitinimo ir (arba) valdymo grandinėms.

COB matricose naudojamas bešerdis LED lustas be pagrindo. Susitarimas yra labai tankus. Naudojant šią technologiją gaminama didelė dalis didelės galios šviesos diodų, įskaitant šimtus kristalų. Geras ventiliatorinis radiatorius, kartais naudojant šilumos vamzdelius, gali pasiekti 150-200 W ar daugiau galios viename korpuse. Matrica užtikrina kryptinį srautą, kurio sklaidos kampas yra 100-150 laipsnių, esant 0,7 didžiausio spinduliuotės lygio.

Tipinė klasifikacija

Šviesos diodų tipai gali būti:

• vieno lusto šviesos diodai vienoje didelės galios mikroschemoje (COB matricoje).
• šviesos diodų poros vienoje pakuotėje - pakaitomis mirksintys dviejų spalvų, pvz., raudonos ir geltonos, šviesos diodai.
• trijų pagrindinių spalvų spinduolių tripletų arba triadų. - raudona, žalia ir mėlyna arba RGB .Raudona, žalia, mėlyna.

Trijų lustų šviesos diodas SMD pakuotėje, skirtas montuoti ant PCB paviršiaus.

Jei trijų kristalų šviesos diodas turi tos pačios spalvos kristalus, turime itin ryškų šviesos diodą. Naudodami skirtingų spalvų kristalus turime RGB triadas arba įvairiaspalvius valdomus šviesos skleidimo prietaisus.

SMD yra ant paviršiaus montuojamo įrenginio santrumpa. Naudojamas elektroninių komponentų, įskaitant šviesos diodus, montavimui ir litavimui ant spausdintinių plokščių automatizuoti. Jis naudojamas juostelėms, juostelėms, moduliams ir įprastinėms spausdintinėms plokštėms.

Pagrindinės spalvos yra YB spalvų pora - geltona ir mėlyna. Yra kitų spalvų derinių, kuriuos sumaišius gaunama balta spalva.

Galingi COB šviesos diodai

Didesnių modelių korpuso kampuose yra tvirtinimo skylės. Mažesnius modelius galima montuoti lituojant ant spausdintinės plokštės.

Be įprastų šviesos diodų charakteristikų, didelės galios modeliai papildyti keliais papildomais parametrais:

• vardinė galia, W;
• drožlės dydis, mm;
• lusto arba matricos vardinė darbinė srovė;
• naudojimo trukmę, susijusią su L 70, L80 ir kt. standartais.

Mažos galios šviesos diodai

Pagal energijos suvartojimą šviesos diodai yra nuo 0,05 iki 0,5 W, darbinė srovė - 20-60 mA (vidutinė galia - 0,5-3 W, srovė 0,1-0,7 A, didelė - daugiau kaip 3 W, srovė 1 A ir daugiau).

Mažos galios šviesos diodų struktūrą sudaro kelios šviesos diodų šviesos skleidėjų grupės:

• SMD įprastiniai ir itin ryškūs šviesos diodai;
• DIP diodai cilindriniuose paketuose - montuojami į skyles plokštėje;
• piranijų pakuotėse - montuojami angose.

Mažos galios šviesos diodai skirtinguose korpusuose.

Paveikslėlyje pavaizduoti šviesos diodai iš viršaus į apačią:

1. Cilindriniai DIP korpusai - su lanksčiais vieliniais laidais, skirtais lituoti į plokštės skyles.
2. Piranijos tipo korpusuose, dar žinomuose kaip "Superflux", lituokite į skyles.
3. Plokštuminiuose išvadų korpusuose, skirtuose montuoti ant vienpusių ir dvipusių spausdintinių plokščių trinkelių arba laminuotų plokščių duobutėse.

Šviesos diodų savybės

Šviesos diodai apibūdinami keliais parametrais. Svarbiausi iš jų yra šie.

• šviesos intensyvumas ir energijos vartojimo efektyvumas - Lm ir Lm/W;
• šviesos srauto sklidimo kampas - 0,5 arba 0,7 laipsnio, laipsniai - įprastiniuose modeliuose nuo 120 iki 140 laipsnių, indikatoriniuose modeliuose - nuo 15 iki 45 laipsnių
• darbinė galia, W - maža - iki 0,5, vidutinė - 0,5-3, didelė - daugiau kaip 3;
• darbo srovė per diodą, mA arba A;
• baltos šviesos spalva arba atspalvis, spalvų temperatūraKelvinas, K - nuo 2000-2500 K - šilta balta ir iki 6500-9500 K - šalta balta.

Yra ir kitų specifikacijų, tačiau jos naudojamos rečiau. Pavyzdžiui, šviesos diodo voltamperinė charakteristika (VAR) - tai srovės, tekančios per sandūrą, priklausomybė nuo darbinės įtampos. Jis naudojamas elektriniams šviesos diodo darbo režimo skaičiavimams.

Matmenys .

Šviesos diodo matmenys priklauso nuo jo korpuso matmenų. SMD korpusų ilgis, plotis ir storis. Pirmieji du dydžiai yra įrašyti į žymenį, pavyzdžiui, SMD2835, kur dvi poros skaitmenų yra 2,8 mm - plotis ir 3,5 mm - ilgis. Korpuso storį galite sužinoti iš diodo aprašymo arba duomenų lapo.

Matmenys . SMD3528 и SMD2835. Pilkas kampas apačioje dešinėje yra katodą nurodantis raktas.

Cilindriniams DIP diodams svarbios šios charakteristikos: korpuso skersmuo ir jo aukštis su lęšiu. Būtina atsižvelgti į laidų ilgį ir gamintojo rekomendacijas dėl jų lenkimo prieš montuojant.

Bangos ilgis

Tokia šviesos diodų savybė kaip bangos ilgis naudojama labai retai. Dažniau vadinamas liuminescencijos bangos ilgiu.

Diodo bangos ilgis matuojamas nanometrais - nm. Tai ne visada nurodoma gaminio duomenų lape.

Ženklinimas ir spalvinis kodavimas

Kiekvienas gamintojas turi savo šviesos diodų ženklinimą. Pavyzdžiui, šviesos diodo pavadinime - LED-WW-SMD5050 - iššifruojami jo raidiniai ir skaitmeniniai elementai:

• LED - LED;
• WW - Warm White - šilta balta spalva 2700-3500 K;
• SMD - paviršinio montavimo korpusas;
• 5050 - pakuotės matmenys dešimtąja milimetro dalimi - 5,0 × 5,0.

Baltos šviesos atspalvių santrumpos:

• DW - dienos balta (4000-5000 K);
• W - balta, grynai balta (6000-8000 K);
• CW arba WC - šaltai balta (8000-10000 K);
• WSC - "White Super Cool" - itin šalta balta spalva, 15 000 K spalvinė temperatūra, būdingas melsvas atspalvis;
• NW - neutrali balta spalva - 5000 K.

Yra ir kitų šviesos diodų ir spalvų pavadinimų, ši sistema dar nėra visiškai standartizuota, todėl gamintojai naudoja skirtingas skaitmenines vertes ir baltos šviesos atspalvių pavadinimus.

Grafinis ir raidinis vaizdavimas schemoje

Anodas, dar vadinamas šviesos diodo pliusu, elektros schemose vaizduojamas trikampiu. Katodas (minusas) pažymėtas brūkšneliu.

LED AL307 išvaizda ir jo žymėjimas brėžiniuose ir schemose.

Dažnai naudojama santrumpa yra lotyniška santrumpa HL.

LED įtampos lentelė

Norint užtikrinti, kad šviesos diodas veiktų pagal visas jo konstrukcijos ir gamybos technologijos suteiktas charakteristikas, reikia užtikrinti projektinį maitinimą. Pavyzdžiui, į anodą ir katodą įjunkite įtampą, kuri bus šiek tiek didesnė už tiesioginę p-n sandūros įtampą. Įtampos perteklių reikia "panaikinti" nuosekliai sujungtu rezistoriumi. rezistorius. Rezistorius vadinamas srovę ribojančiu rezistoriumi. Jis naudojamas tam, kad srovė neviršytų p-n sandūros.

Šviesos diodas turi du kontaktinius kaiščius - anodą ir katodą, katodas yra trumpesnis už anodą. Jei ilgis vienodas, tuomet nustatyti juos priklijuokite nykščiu. Jei pasirodo šviesa, vadinasi, žiūrite į anodą.

Lentelė. Spalvoto šviesos diodo p-n sandūros tiesioginė įtampa.

Taip pat skaitykite: Kaip sužinoti, kiek voltų turi šviesos diodas

Šviesos diodų taikymas

Šviesos diodų taikymo sritys nuolat plečiasi. Iš pradžių jie buvo naudojami kaip šviesos indikatoriai komutacinėse grandinėse arba elektroninės įrangos veikimui. Pavyzdžiui, įjungiant siųstuvą, perjungiant didesnę ar mažesnę galią ir pan. Gali būti užrakintas automatinis įjungimas, pvz., pasirodžius skambučio signalui arba norint atkreipti dėmesį. Buvo naudojami mirksintys arba vienspalviai šviesos diodai - raudoni, geltoni, žali, mėlyni.

Nedidelio dydžio itin ryškūs DIP šviesos diodai buvo sujungti nuosekliomis ir lygiagrečiomis grandinėmis ir maitinami tiesiai iš 220 V elektros tinklo. Sudėję šias iš eilės einančias diodų grupes į permatomą PVC vamzdelį ir užsandarinę juos permatomu hermetiku, gavome "lankstus neonas" - švytintis "pluoštas". Jį galima kloti ant baseino krašto, kelio bortelio, papuošti namo stogą ar medį sode.

Naudojant lankstų neoną.

Atsiradus lanksčioms daugiasluoksnėms plokštėms ir SMD korpusams, skirtiems paviršiniam montavimui, atsirado lanksčių LED juostelės..

Iš pradžių jie buvo interjero puošybos priemonė. Didesnė SMD diodų galia ir jų tankis plokštėje leido pradėti naudoti LED juosteles iš pradžių pagalbiniam, o vėliau pagrindiniam apšvietimui. Padidėjus apsaugos nuo dulkių ir drėgmės laipsniui, juostelės pradėtos naudoti dekoratyviniam apšvietimui, o vėliau - pagrindiniam lauko apšvietimui.

Tuo pat metu buvo kuriamos LED lempos, kurios pakeitė kaitrines lempas šviestuvuose - sieniniuose šviestuvuose, šviestuvuose, staliniuose šviestuvuose. Atsirado modifikuojamos lempos - visiškai analogiškos kaitrinėms lempoms ir liuminescencinėms lempoms pagal formą, lemputės dydį ir maitinimo įtampą. Pradėtos palaipsniui keisti kaitrinės lempos LED šviestuvais. Tuo pat metu buvo nutraukta LL gamyba - iš pradžių 100 W ar daugiau, vėliau 75, 60 ir t. t.

Didelės galios pavienių šviesos diodų, ypač "Emitter" arba "PCB Star" pakuotės, kūrimas prisidėjo prie žibintuvėlių su įmontuotais akumuliatoriais atsiradimo. Švytėjimas ir švytėjimas po vieno įkrovimo ciklo buvo daug kartų didesnis nei anksčiau.

Puikus šviesos diodų valdymas elektroninėmis priemonėmis - valdikliai ir reguliatoriai - ryškumo valdiklius, leido naudoti galingus projektorius šviesos ir dinaminio apšvietimo būdu apšviečiant bet kurio šalies regiono miestų ir miestelių gatves ir aikštes.

Taikoma dekoratyviniam pastatų apšvietimui.

LED juostelės, pvz. RGB, RGBW ir RGBW leido ne tik išgauti galingą baltos šviesos srautą, bet ir keisti jo baltą spalvą plačiame diapazone nuo šiltos gelsvos iki melsvos ir šaltos mėlynos.

Dėl galimybės valdyti naujuosius šviesos šaltinius jie plačiai naudojami šviesos reklamoje - "vikšrinėse linijose", šviesos ekranuose, informaciniuose ekranuose ir pan. Šie ryškūs spalvoti ir balti šviesos šaltiniai naudojami fasadų ir stogų reklamai - plokščioms ir tūrinėms raidėms ir piešiniams, prekių ženklų pavadinimams, prekių ženklų atvaizdams ir kt.

Visos šios konstrukcijos veikia daug ilgiau nei įprastinių lempų analogai, beveik nereikalauja priežiūros ir sunaudoja daug kartų mažiau energijos. Šviesos diodų ir šviesos diodų specifikacijos nuolat didėja. Šviesos diodų kaina mažėja, o jų taikymo sritys plečiasi.