kategorier: Utvalgte artikler » Begynnerelektrikere
Antall visninger: 205275
Kommentarer til artikkelen: 9
Om lysdioder for Dummies
Jeg liker egentlig ikke formler. Som enhver normal person :) De får meg hodepine og et ønske om å kaste noe i veggen. Hele livet prøvde jeg å holde meg borte fra dem. Og det viste seg. Men nå ble jeg interessert i lysdioder og innså - det kommer ingen vei. For å få ønsket resultat, må du forstå hvordan det fungerer. Sakte, langs trinnene, begynte jeg å vade gjennom jungelen av lumen, candela og steradian. Etter hvert begynte det å danne seg et bilde i hodet mitt. Og samtidig beklage - vel, hvorfor var det ingen som forklarte det på et enkelt tilgjengelig språk? Så mye tid bortkastet ... Jeg skal prøve å redde deg fra hodepine og forklare den så tilgjengelig som mulig - hva er en LED og hvordan fungerer den. Vel, på samme tid skal jeg forklare et par optikklover :)
Artikkelen er viet til de som blir forvirret i watt-candela-lumen-suiter. Og faktisk i lysdioder. Skrevet av en avansert tekanne for nybegynnere :)
Vanlig LED
Uansett hvordan du roterer, vil du først måtte berøre lovene om vanlig strøm. I illustrerende eksempler, selvfølgelig :) Vi vet alle - hva er 220 volt - det er dette som kan treffe ordentlig, hvis du ikke overholder sikkerhetsregler. Når du kjøper et elektrisk apparat, for eksempel et strykejern, sier passet hvilken spenning det er designet for. Vanligvis er dette 220 volt. Men i samme pass er disse parametrene også indikert - en vekslende spenning med en frekvens på 50 hertz. Hvorfor indikerer produsenter hardnakket disse parameterne for deg?
Hent teknisk pass for et elektrisk apparat og se - det står at forsyningsspenningen skal være ~ 220 volt, 50 Hz. La oss se hva det er. En “~” indikerer at spenningen må være variabel. I et elektrisk bilsystem, for eksempel, er spenningen konstant. Og med et fingertypebatteri er det permanent. Forskjellen er enkel - en konstant spenning har et pluss og et minus - en variabel gjør det ikke. Hvorfor ikke? Alt er veldig enkelt. I AC-nettverk skifter pluss og minus stadig steder. Den samme kontakten er enten et pluss eller et minus. Hvor ofte? Men for dette er det en annen verdi - 50 Hz.
Hva er Hz? Dette er en vingle per sekund. Det vil si i hjemmenettverket vårt, pluss endringer minus femti ganger per sekund. Og nå - hva er den praktiske bruken av denne kunnskapen, hva slags peiling har den på LED?
La oss få det til. Anta at du har en 220 volt 100 watt pære i hendene. Hvis du kobler det til et elektrisk nettverk - vil det lyse opp for hundre watt. Og hvis vi ikke trenger disse 100 wattene? Trenger du, si 50? Dette vil hjelpe oss DIODE.
Hvis vi bryter ordet “LED” i dets komponenter, får vi “lys” og “diode”. Det vil si at dette er en vanlig diode, som også gløder.
En diode er en enhet som best sammenlignes, for eksempel med en ventil eller brystvorte i et bilhjul. Der kan du pumpe luft, og tilbake - brystvorten lar ikke være. En vanlig diode ser ut som en svart tønne med to pinner - pluss og minus. Her kan vi bruke det til praktiske eksperimenter som hjelper mange til å fikse materialet. Selvfølgelig er det farlig å starte eksperimenter umiddelbart med 220 volt, men med riktig pleie vil ingenting dårlig skje. Likevel, alle eksperimentene du utfører på egen risiko og risikerer :)
Se på emnet: Enheten og prinsippet for drift av en halvlederdiode
Vi trenger en lyspære fra kjøleskapet for 220v, 15 watt. For henne må du finne en passende patron og fjerne to ledninger fra den. Da trenger vi hvilken som helst diode som kan fås fra for eksempel defekte TV- eller båndopptakere. Jo større den er, jo bedre. Du trenger ikke å ta veldig små - tross alt 220 volt. I nærheten av det er det vanligvis en betegnelse i form av en trekant.
Da trenger vi en strømledning med en plugg, noen ledninger og loddejern. For å komme i gang, kobler du bare lyspæren til nettverket og husker hvordan den lyser. Koble deretter fra og sett sammen kretsen som vist til venstre.
Ikke glem å isolere alle ledd nøye med elektrisk tape. Koble til. Som du ser lyser lyspæren mye verre. Dette er ikke overraskende - hun får nå bare halvparten av spenningen hun trenger - den andre dioden starter ikke opp. Hvis opplevelsen din var en suksess, og dioden er stor nok - kan du nå gjøre noen av pærene dine praktisk talt evige.
For eksempel lyser en 50-watts lampe i gangen din og brenner stadig ut. Ta 100 watt, slå den gjennom dioden - den vil skinne som 50 watt, men den vil ikke brenne ut. Det er imidlertid ett forbehold - dioden må vurderes til 220V, og strømmen er minst ampere. Det er best å kjøpe en i en radiodel butikk.
Vel, siden vi fant ut hva en diode er, er det fornuftig å gå til temaet som er interessant for oss - LED. Som den nå er klar, har LED også et pluss og et minus. Det vil si at det er behov for en konstant spenningskilde - et batteri, et batteri, en strømforsyning. Strømforsyningen må indikere at den leverer konstant spenning (DC). Vanligvis på forsiden av blokken er det et klistremerke av dette innholdet.
Inngang - ~ 220V 50 HZ,
utgang - 12V, 0,5 A DC
Dette betyr at en slik enhet kan produsere en konstant spenning på 12 volt og en strøm på 0,5 ampere.
Merk at laderen til mobiltelefoner også er strømforsyning. Den har vanligvis parametere på 5-6 volt, 0,2-0,5 A. Det er ofte veldig praktisk å bruke den til å tømme lysdiodene, fordi lader stabiliserer strømmen. Men mer om dette senere i de følgende artiklene.
To parametre er viktige for oss - driftsspenningen til LED og strømmen. Driftsspenningen til LED kalles også "spenningsfall". I hovedsak betyr dette begrepet at spenningen i kretsen etter lysdioden vil være mindre på størrelse med det samme fallet. Det vil si at hvis vi leverer strøm til LED, som har et spenningsfall på 3 volt, vil den spise disse tre voltene, og enheten som er koblet til den etter dette vil få 3 volt mindre. Men det viktigste å lære er at strømmen er viktig for LED, ikke spenningen. Han vil ta spenningen så mye han trenger, men strømmen - hvor mye du gir. Det vil si at hvis strømkilden din kan gi ut 10 ampere, vil lysdioden ta strøm inntil den brenner ut. Logikken her er enkel - den tilkoblede LED forbruker strøm og begynner å varme opp. Jo sterkere den varmer opp - jo mer strøm kan passere gjennom den - den utvides fra oppvarming. Sammen med strømmen øker spenningsfallet over dioden. Og slik til det brenner helt ut - ingen har begrenset strømmen. Men dette må gjøres ved å bruke det begrensende elementet.
Merk at hvis strømkilden har en utgangsspenning lik driftsspenningen til LED, er det ikke nødvendig å begrense strømmen. Det vil si at hvis du for eksempel har en hvit LED og et 3,6 volt batteri fra en mobiltelefon - du kan koble den direkte til dette batteriet - vil det ikke være noe LED. Han tar gjerne mer strøm - men det er ikke nok spenning. Så 3,6 V-batteriet er en ideell strømkilde for å eksperimentere med hvite og blå LED-er. Hvorfor bare med dem - om dette i andre artikler.
Generelt sett må vi i serie med LED sette et slags trykk og skru den til verdien vi trenger. I rollen som en slik kran kan være forskjellige enheter. Den enkleste av dem er en motstand.
Optiske aspekter ved bruk av lysdioder
Anta at vi lærte hvordan du kobler til en LED og begrenser strømmen. Spørsmålet melder seg - hvor mye skinner det? Her må vi kaste litt ut i optikken.
Blant egenskapene til LED-er, spesielt kraftige, indikeres ofte lysdistribusjonen. Vanligvis er dette den såkalte Lambert LED. Videre vil vi betrakte det som det mest utbredte. Hva betyr dette begrepet? LED-lampen "Lambert" lyser i alle retninger likt, uavhengig av retning.Hvis LED var en ball, ville den skinne like i alle retninger - dette er essensen i Lambert-diagrammet. For å gjøre det klart, er solen en lambertsk kilde.
Standard LED-design er en krystall, en tynn plate som lyser. Se gjennom det gjennomsiktige vinduet på LED - så ser du denne krystallen. Tynne ledninger med kontakter kommer til ham. Hvis du kobler fantasien, kan du forestille deg lyset som kommer fra LED-en som en kuleformet sky som henger over den. Lys - dette er små partikler som kalles fotoner. Så, en ball fylt med fotoner henger over LED-en. Og jo mer lys LED avgir, jo større ball, jo lenger flyr foton-donuts, skyver og presser hverandre ut. De fleste av dem flyr oppover vinkelrett på krystallets plan, så den maksimale lysintensiteten til lysdioder er 90 grader i forhold til krystallets plan. Jeg håper at nå har diagrammer gitt av LED-produsentene blitt tydeligere for deg :) For å bli helt forståelige, la oss se på et eksempel.
La oss anta at det er en LED, på toppen henger en lysfære som sendes ut av den med en diameter på 1 meter (god LED! :)).
Den nedre skalaen er antall prosent av denne måleren, den øvre er graden av stråling. I samsvar med dette skjemaet er det største antall fotoner på det høyeste punktet med en grad av 0 og et område på 1 meter. Det ser rart ut, men det er det. Mindre rart det begynner å se ut, hvis du husker at lys er en bølge, er det ikke for ingenting at de indikerer bølgelengden for egenskapene. Følgelig kan lyssfæren vår representeres som et elektromagnetisk felt med en viss tetthet. Men dette er allerede en jungel - la oss gå videre :)
Halv lysstyrkevinkel
Produsenten indikerer vanligvis en parameter som en dobbel vinkel på halv lysstyrke. Hva betyr dette begrepet? Som vi fant ut, gir LED maksimal lys i midten og øverst, det vil si at vinkelen er null. Følgelig, jo lenger fra sentrum, jo mindre lys. Den halve lysstyrkevinkelen er når LED gir 100 konvensjonelle lysenheter ved “0” grader, og for eksempel ved 30 grader (i forhold til “0” -aksen) - 50. Halve lysstyrkevinkelen i figur I er lysintensiteten, Imax er den maksimale lysintensiteten. ImaxCos - halvparten av lysets kraft. Hvorfor "doble" - vi multipliserer grader med to, LED lyser også symmetrisk. Som et resultat får vi en fin isosceles trekant av lys. Det er også lys utenfor denne trekanten, vi har en lysball, men referansepunktet for LED-karakteristikken er halve vinkelen.
Candela
Nå kan vi vurdere hva Candela er. Candela er på gamlemåten et "stearinlys." Husker de pleide å si - en lysekrone eller en lampe med hundre lys? I gamle dager var det nødvendig med et slags referansepunkt. Vi ble enige om å ta et stearinlys med ønsket tykkelse, tenne det og betrakte det som en standard, nettopp denne candelaen. Nå for tiden tenker de selvfølgelig annerledes. Jeg vil ikke forklare i detalj hvordan dette er utenfor artikkelen. Det er bare en måleenhet for lysintensitet, og det kalles Candela. Hovedtrekket er bruken av retningsbestemte kilder for å måle lysintensitet. Derfor er verdiene for 5 mm lysdioder indikert i stearinlys, mer presist, millicandels (1 cd = 1000 mcd).
Det er på tide å finne ut hvordan 5 mm LED eller annet i en plastkasse skiller seg fra kraftige.
Designfunksjoner på indikator 5 mm LED
Som nevnt ovenfor, er en LED en lysemitterende krystall. Vurder utformingen av LED i en 5 mm plastkasse. En nærmere undersøkelse avslører to viktige ting - linsen og reflektoren. LED-krystallen er plassert i reflektorenheten til LED-en. Denne reflektoren stiller den første spredningsvinkelen. Så passerer lys gjennom et epoksyhus. Den kommer til linsen - og begynner deretter å forsvinne på sidene i en vinkel avhengig av linsens design. I praksis - fra 5 til LED-diagrammet 160 grader.
For å indikere lysintensiteten til slike lysdioder, brukes bare candela.Lysdioder med retningsutslipp sender lys ut i solid vinkel. For å forstå hva en solid vinkel er, er det nok å forestille seg bildet nedenfor. Du tar en lommelykt, slår den på og legger den i brannbøtten helt til bunnen, og lukker den deretter med et lokk. Lyset inni har følgelig form som en kjegle i form av bøtta vår. Denne kjeglen avgrenset av et lokk er en solid vinkel.
Jeg skal prøve å forklare betydningen av lysfordeling enklere. Anta at den lysende intensiteten til lykten vår er 1 candela, det vil si 1000 mikrokandeler (for å være mer figurative, kan mikrokandelas betraktes som fotoner :)) Hvis vi går videre i analogi, har vi en full bøtte med mikrokandeler. Hvis du ønsker det, kan du beregne bøttens volum - velkommen til geometrien :) Følgelig, hvis vi tar bøtta dobbelt så mye - er mikrokandellene fordelt jevnt på den, det vil si at det ikke vil være mer :) I alle disse forklaringene kan du finne svaret på det hellige spørsmålet - hvor mange LED er nødvendig for å erstatte en 100-watts pære. Om det - videre.
Designfunksjoner på LED-lys med høy effekt
I motsetning til indikatorlysdioder er kraftige ikke bare en enhet, men også et markedsføringsprodukt. I dag er det mellom store produsenter et skikkelig løp for lumen - hvem er mer? Og ingen bryr seg om at disse lumenene fremdeles må brukes. La oss gå i orden.
Hovedforskjellen mellom en kraftig LED og en indikator-LED i sin rene form er å minimere eventuelle hindringer for lysutgang fra LED-huset. Derfor har kraftige LED-er et Lambert-diagram. Hva fører dette til i praksis? Du slår på LED og får en fin lyspære over den. Og hva skal jeg gjøre videre? Hvordan kan de belyse overflaten du trenger? Du må bruke forskjellige optikk eller reflekser, som uunngåelig fører til tap, og derfor en reduksjon i lysstrøm. Derfor, hvis du ikke har kjøpt en kraftig LED, ikke har skaffet deg god optikk, og designet spesielt for dens design - gleder du deg tidlig - er hodepinen fremdeles å komme.
Å levere lumen du trenger til overflaten du vil tenne er ikke en enkel oppgave.
lumen
Som du allerede har forstått, er ikke lysekroner for å evaluere lysintensiteten til lysdioder med høy effekt ikke egnet. For å gjøre dette er det lumen - dette er den totale mengden lys som LED-en kan gi når den er koblet til de angitte strøm- og spenningsverdiene. Husker du brannbøtte-analogien? Her passer hun også. Vi antar at hvis LED har en lysintensitet på 100 lumen, så i bøtta vår vil det være 100 lumen.
En vanlig W-lyspære er også en Lambert-kilde. Gjennomsnittlig lyseffekt på denne pæren er 10-15 lumen per watt. Det vil si at 100 watt glødelys vil gi oss, for eksempel, 1000 lumen. Så for å erstatte en 100-watts lampe med LED, trenger du 10 stykker av 100 lumen hver. Er det så enkelt? Nei, dessverre. Vi kommer til et begrep som LUX.
luksus
Luksus er forholdet mellom antall lumen og det opplyste området. 1 lux er 1 lumen per kvadratmeter. La oss si at vi har en firkantet overflate med et område på en meter. Det hele er jevnt opplyst av en pære som ligger i en viss avstand fra oven. For denne lyspæren erklærte produsenten en belysning på 100 lux. Vi tar en enhet som måler lysets kraft og måler den hvor som helst på plassen vår, vi skal få 100 lumen. I så fall lurte produsenten oss ikke.
Les også om dette emnet:Eksempler på LED-bruk
Se også på elektrohomepro.com
: