LED'ler nasıl düzenlenir ve çalışır

Işık yayan yarı iletken cihazlar, aydınlatma sistemleri için ve elektrik akımının göstergeleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulanan voltaj altında çalışan elektronik cihazlarla ilgilidir.

Değeri önemsiz olduğundan, bu tür kaynaklar düşük voltajlı cihazlara aittir, elektrik akımının insan vücudu üzerindeki etkisi konusunda artan bir güvenlik derecesine sahiptirler. Artan voltaj kaynakları, örneğin, devreye özel güç kaynaklarının dahil edilmesini gerektiren bir ev ev ağı kullanıldığında, yaralanma riskleri artar.

LED tasarımının ayırt edici bir özelliği, muhafazanın Illich ve floresan lambalardan daha yüksek mekanik mukavemeti. Doğru çalışma ile uzun ve güvenilir çalışırlar. Kaynakları akkor filamentlerden 100 kat daha yüksektir ve yüz bin saate ulaşır.

Ancak, bu gösterge gösterge tasarımları için karakteristiktir. Yüksek güç kaynakları aydınlatma için yüksek akım kullanır ve servis ömrü 2-5 kat azalır.

LED cihazı

5 mm çapında ve elektrik akımı devrelerine bağlantı için iki kontak kablosuna sahip bir epoksi kutuda geleneksel bir gösterge LED'i yapılır: anot ve katot. Görsel olarak uzunlukları farklıdır. Kesilmiş kontakları olmayan yeni bir cihaz için katot daha kısadır.

Basit bir kural bu konumu hatırlamaya yardımcı olur: her iki kelime de “K” harfiyle başlar:

• katot;

• kısaca.

LED'in bacakları kesildiğinde, anot, basit bir parmak pilinden temas noktalarına 1,5 volt voltaj uygulanarak belirlenebilir: kutuplar çakıştığında ışık görünür.

Bir yarı iletkenin ışık yayan aktif tek kristali, dikdörtgen paralel bir şekle sahiptir. Alüminyum alaşımından yapılmış parabolik bir reflektörün yanına yerleştirilir ve iletken olmayan özelliklere sahip bir alt tabaka üzerine monte edilir.

Polimerik malzemelerden yapılmış şeffaf şeffaf bir kasanın sonunda ışık ışınlarına odaklanan bir lens vardır. Reflektör ile birlikte radyasyon akısının açısını oluşturan optik bir sistem oluşturur. LED'in yönelim modeli ile karakterizedir.

Işığın, genel yapının geometrik ekseninden yanlara doğru sapmasını karakterize eder, bu da saçılmada bir artışa yol açar. Bu fenomen, üretim sırasında küçük teknoloji ihlallerinin yanı sıra operasyon sırasında optik malzemelerin eskimesi ve diğer bazı faktörlerden kaynaklanmaktadır.

Muhafazanın altına, elektrik akımının geçişi sırasında üretilen ısıyı uzaklaştırmak için bir radyatör görevi gören bir alüminyum veya pirinç kayış yerleştirilebilir.

Bu tasarım prensibi yaygındır. Temel olarak, diğer yapısal elemanlar kullanılarak diğer yarı iletken ışık kaynakları da oluşturulur.

Işık emisyonu prensipleri

P-n tipi yarı iletken bağlantısı, terminallerin polaritesine uygun olarak sabit bir voltaj kaynağına bağlanır.

P ve n tipi maddelerin temas tabakasının içinde, etkisi altında, pozitif bir yük işareti olan serbest negatif yüklü elektronların ve deliklerin hareketi başlar. Bu parçacıklar kutuplarına doğru yönlendirilir.

Geçiş katmanında, yükler yeniden birleşir. Elektronlar iletim bandından değerlik bandına geçerek Fermi seviyesinin üstesinden gelir.

Bu nedenle, enerjilerinin bir kısmı çeşitli spektrumlarda ve parlaklıkta ışık dalgalarının salınması ile serbest bırakılır. Dalga frekansı ve renk üretimi, yapıldığı karışık malzemelerin türüne bağlıdır p-n kavşağı.

Yarıiletkenin aktif bölgesi içindeki ışığın radyasyonu için iki koşulun karşılanması gerekir:

1. aktif bölgede genişlik yasak bölge alanı insan gözü için görünür frekans aralığı içinde yayılan kuant enerji yakın olmalıdır;

2. Yarı iletken kristalin malzemelerinin saflığı yüksek olmalı ve rekombinasyon sürecini etkileyen kusurların sayısı mümkün olan en düşüktür.

Bu zor teknik problem çeşitli şekillerde çözülmektedir. Bunlardan biri, karmaşık bir heteroyapı oluştuğunda birkaç p-n birleşim katmanının oluşturulmasıdır.

Sıcaklık etkisi

Kaynak voltaj seviyesi arttıkça, yarı iletken tabakadan geçen akım artar ve lüminesans artar: birim zaman başına artan şarj sayısı rekombinasyon bölgesine girer. Aynı zamanda, akım taşıyan elemanlar ısıtılır. Değeri, dahili akım iletkenlerinin malzemesi ve pn bağlantısının maddesi için kritiktir. Aşırı sıcaklıklar onlara zarar verebilir, onları yok edebilir.

LED'lerin içinde, elektrik akımının enerjisi gereksiz işlemler olmadan doğrudan ışığa geçer: akkor filamanlı lambalarda olduğu gibi. Bu durumda, iletken elemanların düşük ısınması nedeniyle minimum yararlı güç kaybı oluşur.

Bu nedenle, bu kaynakların yüksek verimliliği yaratılır. Ancak, sadece yapının kendisinin korunduğu, harici ısınmadan engellendiği yerlerde kullanılabilirler.

Aydınlatma efektlerinin özellikleri

Pn birleşim maddelerinin farklı bileşimlerinde deliklerin ve elektronların rekombinasyonu üzerine, eşit olmayan ışık emisyonu oluşur. Kuantum verimi parametresi ile karakterize etmek gelenekseldir - tek bir birleştirilmiş bir çift yük için çıkarılan ışık miktarı.

LED'in iki seviyesinde oluşur ve oluşur:

1. yarı iletken kavşak içinde - iç;

2. bir bütün olarak tüm LED tasarımında - harici.

Birinci seviyede, doğru şekilde yürütülen tek kristallerin kuantum verimi% 100'e yakın bir değere ulaşabilir. Ancak, bu göstergeyi sağlamak için büyük akımlar ve güçlü ısı dağılımı oluşturmak gerekir.

Kaynağın içinde, ikinci seviyede, ışığın bir kısmı, genel radyasyon verimliliğini azaltan yapısal elemanlar tarafından saçılır ve emilir. Kuantum veriminin maksimum değeri çok daha azdır. Kırmızı bir spektrum yayan LED'ler için% 55'ten fazla olmamakla birlikte, mavi için% 35'e kadar daha da azalır.

Renkli ışık geçirgenliği türleri

Modern LED'ler yayar:

• sarı:

• yeşil;

• kırmızı;

• mavi;

• mavi;

• beyaz ışık.

Sarı yeşil, sarı ve kırmızı spektrum

PN kavşağı galyum fosfidlere ve arsenitlere dayanır. Bu teknoloji, 60'lı yılların sonlarında elektronik cihazların ve ulaşım ekipmanlarının, panoların kontrol panellerinin göstergeleri için uygulandı.

Bu tür ışık çıkış aygıtları, o zamanın ana ışık kaynaklarını aştı - akkor lambalar ve bunları güvenilirlik, kaynak ve güvenlik açısından aştı.

Mavi spektrum

Mavi, mavi-yeşil ve özellikle beyaz spektrumların yayıcıları, iki teknik sorunun karmaşık çözümünün zorlukları nedeniyle uzun süre pratik uygulamalara borç vermediler:

1. rekombinasyonun yapıldığı yasak bölgenin sınırlı boyutu;

2. safsızlık içeriği için yüksek gereksinimleri.

Mavi spektrumun parlaklığını arttırmanın her adımı için, yasak bölgenin genişliğinin genişlemesi nedeniyle kuanta enerjisinde bir artış gerekliydi.

Sorun, yarı iletken maddeye silikon karbid SiC veya nitrürlerin eklenmesi ile çözüldü. Ancak, ilk grubun gelişmelerinin, birleştirilmiş bir çift yük için çok düşük verimlilik ve küçük bir kuantum radyasyon verimi olduğu ortaya çıktı.

Yarı iletken birleşme noktasına çinko selenid katı çözeltilerinin dahil edilmesi kuantum veriminin artmasına yardımcı oldu. Ancak, bu tür LED'lerin kavşakta yüksek bir elektrik direnci vardı.Bu nedenle, aşırı ısındılar ve hızlı bir şekilde yandılar ve onlar için ısı giderme imalatındaki karmaşık yapılar etkili bir şekilde çalışmadı.

İlk kez, bir safir substrat üzerine biriktirilmiş ince galyum nitrür filmleri kullanılarak mavi bir LED oluşturuldu.

Beyaz spektrum

Bunu elde etmek için üç gelişmiş teknolojiden birini kullanın:

1. renk RGB yöntemine göre karıştırma;

2. ultraviyole LED'e üç kat kırmızı, yeşil ve mavi fosfor uygulanması;

3. Mavi LED'in sarı-yeşil ve yeşil-kırmızı fosfor tabakalarıyla kaplanması.

İlk yöntemde, her biri kendi RGB spektrumunu yayan tek bir matrise aynı anda üç tek kristal yerleştirilir. Lens tabanlı optik sistemin tasarımı nedeniyle, bu renkler karıştırılır ve elde edilen çıktı toplam beyaz bir renk tonudur.

Alternatif bir yöntemde, üç bileşenli fosfor tabakasının ultraviyole radyasyonu ile ardışık ışınlama nedeniyle renk karıştırma meydana gelir.

Beyaz spektrum teknolojisinin özellikleri

RGB tekniği

Şunları yapmanızı sağlar:

• aydınlatma kontrol algoritmasında tek tek kristallerin çeşitli kombinasyonlarını içerir, bunları dönüşümlü olarak manuel olarak veya otomatik bir programla bağlar;

• zamanla değişen çeşitli renk tonlarına neden olur;

• reklam için muhteşem aydınlatma sistemleri oluşturmak.

Böyle bir uygulamanın basit bir örneği renk noel çelenk. Benzer algoritmalar tasarımcılar tarafından da yaygın olarak kullanılmaktadır.

RGB LED'lerin dezavantajları şunlardır:

• merkezdeki ve kenarlardaki ışık noktasının heterojen rengi;

• matris yüzeyinden eşit olmayan ısıtma ve ısı giderme, p-n bağlantılarının farklı yaşlanma oranlarına yol açar, renk dengelemesini etkiler, beyaz spektrumun genel kalitesini değiştirir.

Bu dezavantajlara, taban yüzeyinde farklı kristallerin farklı düzenlenmesi neden olur. Düzeltilmesi ve yapılandırılması zordur. Bu teknoloji sayesinde RGB modelleri en karmaşık ve pahalı tasarımlar arasındadır.

Fosforlu LED'ler

Tasarımları daha basittir, üretimi daha ucuzdur, ışık akısının radyasyon birimlerine dönüştürüldüğünde daha ekonomiktir.

Dezavantajları ile karakterizedir:

• fosfor tabakasında ışık çıkışını azaltan ışık enerjisi kayıpları vardır;

• homojen bir fosfor tabakası uygulama teknolojisinin karmaşıklığı renk sıcaklığı kalitesini etkiler;

• Fosfor LED'in kendisinden daha kısa bir ömre sahiptir ve kullanım sırasında daha hızlı yaşlanır.

Farklı tasarımların LED'lerinin özellikleri

Fosfor modelleri ve RGB ürünleri çeşitli endüstriyel ve evsel uygulamalar için yaratılmıştır.

Beslenme Yöntemleri

İlk kütlenin gösterge LED'i, iki voltluk sabit voltajdan biraz daha düşük bir değerden güç alındığında yaklaşık 15 mA tüketilir. Modern ürünler gelişmiş özelliklere sahiptir: dört volta kadar ve 50 mA.

Aydınlatma için LED'ler aynı voltajla çalışır, ancak zaten birkaç yüz miliamper tüketir. Üreticiler artık 1 A'ya kadar olan cihazları aktif olarak geliştiriyor ve tasarlıyor.

Işık çıkışının verimliliğini artırmak için, her bir eleman için sıralı bir voltaj kaynağı kullanabilen LED modülleri oluşturulur. Bu durumda, değeri 12 veya 24 volta yükselir.

LED'e voltaj uygularken, polarite dikkate alınmalıdır. Kırıldığında, akım geçmez ve parlama olmaz. Alternatif bir sinüzoidal sinyal kullanılırsa, ışıma yalnızca pozitif bir yarım dalga iletildiğinde ortaya çıkar. Dahası, mukavemeti aynı zamanda kutupsal doğrultuda karşılık gelen akım büyüklüğünün ortaya çıkması yasasına göre orantılı olarak değişir.

Ters voltajla, yarı iletken bağlantısının bir arızasının mümkün olduğu akılda tutulmalıdır. Tek bir kristal üzerinde 5 volt aşıldığında ortaya çıkar.

Yönetim yöntemleri

Yayılan ışığın parlaklığını ayarlamak için iki kontrol yönteminden biri kullanılır:

1. bağlı voltajın büyüklüğü;

2. kullanma Darbe Genişlik Modülasyonu - PWM.

İlk yöntem basit ama verimsiz. Voltaj seviyesi belirli bir eşiğin altına düştüğünde LED basitçe sönebilir.

PWM yöntemi bu fenomeni ortadan kaldırır, ancak teknik uygulamada çok daha karmaşıktır. Tek kristalin yarı iletken birleşiminden geçen akım, sabit bir şekil tarafından değil, birkaç yüz ila bin hertz değerinde bir darbeli yüksek frekans tarafından sağlanır.

Palsların genişliğini ve aralarındaki duraklamaları değiştirerek (işleme modülasyon denir), ışıltı parlaklığı geniş bir aralıkta ayarlanır. Bu akımların tek kristaller aracılığıyla oluşumu, karmaşık algoritmalara sahip özel programlanabilir kontrol üniteleri tarafından gerçekleştirilir.

Emisyon spektrumu

LED'den çıkan radyasyonun frekansı çok dar bir bölgede yer alır. Buna tek renkli denir. Temel olarak Güneş'ten yayılan dalgaların spektrumundan veya sıradan ampullerin akkor filamanlarından farklıdır.

Bu aydınlatmanın insan gözü üzerindeki etkisi hakkında çok fazla tartışma var. Ancak, bu konunun ciddi bilimsel analizlerinin sonuçları bizim için bilinmemektedir.

üretim

LED'lerin üretiminde, robot makinelerinin önceden tasarlanmış bir teknolojiye göre çalıştığı yalnızca otomatik bir hat kullanılır.

Bir kişinin fiziksel el emeği üretim sürecinden tamamen çıkarılır.

Eğitimli uzmanlar yalnızca doğru teknoloji akışı üzerinde kontrol yaparlar.

Ürünlerin kalitesinin analizi de onların sorumluluğundadır.