Въведение

Видимите диоди, излъчващи светлина, се използват в големи количества като пилотни индикатори, цифрови устройства за показване и лентови дисплеи, както за битови приложения, така и за промишлено оборудване, това се дължи на големите им предимства, които са: незначително тегло и пространство, умерена цена и до известна степен малка инерция, която позволява да се визуализират не само две логически състояния, но и явления, чиито характеристики се променят прогресивно.

вземем предвид

Съкращението му идва от английски (Light Emitting Diode): Led.

Подобно на други дисплейни устройства, светодиодите могат да осигуряват червена, зелена и синя светлина. Материалът на Led се състои главно от полупроводникова комбинация.
GaP се използва в червени или зелени светодиоди, излъчващи светлина; GaAsP за червени, оранжеви или жълти излъчватели на светлина и GaAlAs за светодиоди с червена светлина. Материали като SiC, GaN, ZnSe и ZnS са използвани за сини излъчватели.

Физически принцип

Феноменът на излъчване на светлина се основава на лентовата теория, чрез която външно напрежение, приложено към директно поляризиран p-n преход, възбужда електроните, така че те да могат да пресичат енергийната лента, която разделя двете области.
Ако енергията е достатъчна, електроните излизат от материала под формата на фотони.
Всеки полупроводников материал има определени характеристики, които и следователно дължина на вълната на излъчваната светлина.

Материал Дължина на вълната Цвят
GaAs: Zn 9000 Е Инфрачервена
GaAsP.4 6600 Е червен
GaAsP.5 6100 Е Амбър
GaAsP.85: N 5900 Е Жълто
GaP: N 5600 Е Зелено

Таблица 1. Дължини на вълните на някои
Галиеви съединения

За разлика от лампите с нажежаема жичка, чиято работа е от определено напрежение, светодиодите работят от тока, който преминава през тях. Неговата връзка с източник с постоянно напрежение трябва да бъде защитена с ограничаващо съпротивление, ще видим някои примери по-късно.

Теория на лентата

В изолаторите долната по-малко енергийна лента (валентна лента) е пълна с вътрешните e на атомите, но горната лента (проводимостта) е празна и разделена от много широка забранена лента

10 eV), невъзможно да се премине с e-. В случай на проводници, проводимостта и валентните ленти се наслагват, така че всеки принос на енергия е достатъчен, за да предизвика изместване на електроните.
Между двата случая има полупроводници, чиято лентова структура е много подобна на изолаторите, но с тази разлика, че ширината на забранената лента е доста малка. Следователно полупроводниците са изолатори при нормални условия, но повишаването на температурата осигурява достатъчно енергия на електроните, така че, прескачайки забранената лента, те преминават към проводимата зона, оставяйки съответната празнина във валентната лента. (фигура 2)

В случай на LED диоди, електроните успяват да изскочат от структурата под формата на радиация, която ние възприемаме като светлина (фотони).

Състав на светодиодите

  • Red Led
Образуван от GaP, той се състои от p-n преход, получен чрез епитаксиален метод на растеж на кристала в течната му фаза, върху субстрат.
Източникът на светлина се състои от p-кристален слой заедно със ZnO комплекс, чиято максимална концентрация е ограничена, така че неговата яркост е наситена при висока плътност на тока. Този тип Led работи с ниска плътност на тока, предлагаща добра яркост, като се използва като дисплей в преносимо оборудване.

Съставеният от GaAsP се състои от p слой, получен чрез дифузия на Zn по време на растежа на кристал n на GaAsP, образуван върху GaAs подложка, по метода на епитаксиален растеж в газовата фаза.
Понастоящем се използват GaAlAs светодиоди поради тяхната по-голяма светимост.
Максималната радиация е при дължина на вълната 660 nm. (фигура 3)

  • Оранжево и жълто led
Те са съставени от GaAsP като техните червени братя, но в този случай, за да получим оранжева и жълта светлина, както и светлина с по-къса дължина на вълната, това, което правим, е да разширим ширината на „забранената лента“ чрез увеличаване на фосфора в полупроводника.
Производството му е същото като това, използвано за червени диоди, чрез епитаксиален растеж на кристала в газовата фаза, образуването на p-n прехода се извършва чрез дифузия на Zn.
Като важна новост в тези светодиоди, излъчващата зона се смесва с изоелектронен азотен уловител, за да се подобри производителността.
  • Зелено светодиодно
Зеленият светодиод е съставен от GaP. Методът на епитаксиален растеж на течна фаза на кристали се използва за образуване на p-n връзката.
Подобно на жълтите светодиоди, изоелектронният азотен капан също се използва за подобряване на производителността. Тъй като този тип Led има малка вероятност за фотонен преход, е важно да се подобри кристалността на слой n. Намаляването на примесите през дългия живот на носителите, подобряване на кристалността.
Максималното му излъчване се постига при дължина на вълната 555 nm

Критерии за подбор


1. Диодни размери и цвят

В момента светодиодите имат различни размери, форми и цветове. Разполагаме с кръгли, квадратни, правоъгълни, триъгълни светодиоди и с различни форми.
Основните цветове са червено, зелено и синьо, въпреки че можем да ги намерим оранжеви, жълти има дори бял светодиод.
Размерите на кръглите светодиоди са 3 мм, 5 мм, 10 мм и гигантски 20 мм. Тези с многоатомни форми обикновено имат приблизителни размери 5x5mm.

две. Зрителен ъгъл

Тази характеристика е важна, тъй като начинът на наблюдение на светодиода зависи от нея, т.е. практическото използване на проведеното устройство.
Когато Led е точен, излъчването на светлина следва закона на Ламбърт, той позволява да има относително голям зрителен ъгъл и светлинната точка може да се види от всички ъгли. (фигура 4)

Интензитетът на светлината по оста и яркостта са тясно свързани. Независимо дали Led е точков или дифузен, яркостта е пропорционална на излъчващата повърхност.
Ако Led е точен, точката ще бъде по-ярка, тъй като е твърде малка повърхност. При дифузьор интензитетът на оста е по-висок от точковия модел.

Консумацията зависи много от вида Led, който избираме:

Цвят Яркост Консумация Дължина на вълната Диаметър
червен 1,25 mcd 10 mA 660 нм 3 и 5 мм
Зелено, жълто Оранжево 8 mcd 10 mA 3 и 5 мм
Червено (висока яркост) 80 mcd 10 mA 625 нм 5 мм
Зелено (висока яркост) 50 mcd 10 mA 565 нм 5 мм
Хипер червено 3500 mcd 20 mA 660 нм 5 мм
Хипер червено 1600 mcd 20 mA 660 нм 5 мм
Hyper Green 300 mcd 20 mA 565 нм 5 мм
Дифузно синьо 1 gcf 60є 470 5 мм
червен Y. Зелено 40 mcd 20 mA 10 мм

Таблица 2. Характеристики на светодиодите.

Структура на Led


Светодиодите се образуват от полупроводниковия материал, който е увит в полупрозрачна или прозрачна пластмаса в зависимост от моделите. На фигурата можем да видим вътрешното разпределение.
Най-малкият вътрешен електрод е анодът, а най-големият е катодът.
Първите светодиоди са проектирани да позволят на максималното количество светлина да премине в посока, перпендикулярна на монтажната повърхност, по-късно те са проектирани да разсейват светлината в по-широка зона благодарение на увеличената светлинна мощност от светодиодите. (фигура 5)

Някои съображения


Ако приложеният ток е достатъчен за диода да влезе в проводимост, той ще излъчи определено количество светлина, което ще зависи от количеството ток и температурата на светодиода.

Осветеността ще се увеличи, докато увеличаваме интензитета, но ще трябва да вземем предвид максималната интензивност, която Led поддържа.

Преди да вмъкнем диод в сборка, ще трябва да имаме цвета на диода, за да знаем спада на напрежението, параметър, необходим за последващи изчисления:

Спад на волтажа

Таблица 3. Спад и напрежение на напрежението.

Основна схема в непрекъснато


Ограничителното съпротивление на фигура 6 може да бъде изчислено по формулата:

Ако изразим V във волта и I в милиампера, стойността на съпротивлението ще бъде директно изразена в килооми.
Трябва също така да вземем предвид разсейваната от съпротивлението топлина, тя се изчислява по закона на Джоул. (фигура 6)

Закон на Джоул:

Където Аз е интензивността, която ще премине през диода и R съпротивлението, изчислено в предишния раздел.

Асоциация Leds

  • Серия
Диодите могат да бъдат свързани последователно, стига сумата от спада на напрежението да е по-малка от захранващото напрежение.
Формулата, която трябва да се използва за изчисляване на ограничаващото съпротивление, е: V - NVled
R = ---------------
Аз Където N е броят на светодиодите, свързани последователно.
Вижте фигура 7 за нейната взаимовръзка.
  • Паралелно


За да свържете паралелно няколко светодиода, ще трябва само да изчислим стойността за един светодиод и след това ги поставяме както е показано на фигура 8.
В този случай трябва да се внимава с интензивността на захранването, която трябва да е по-голяма от сумата на всички светодиоди.

Да предположим, че захранващото напрежение е 12 волта и ще използваме червен светодиод, през който ще тече ток от 5 mA.
Ограничаващото съпротивление ще бъде:

Ще използваме нормализирано съпротивление (вижте нормализирания списък) на стойност 2K2, като при това съпротивление действителният ток, който ще циркулира, е 4,86 ​​mA. Стойност, най-близка до теоретичната.
Ще извършим изчисляването на мощността по закона на Джоул, като резултатът е, че P = 0,055 W, т.е. 55 mW; следователно, просто използвайте j ват (250 mW) 2K2 резистор последователно с LED диода.

Променлива верига


Ако искаме да свържем Led към променлива верига, ще трябва да вземем предвид, че при променлив ток има положителни и отрицателни напрежения, които се редуват в продължителност, която ще бъде половината от честотата, тази точка е важна, тъй като диодите имат една работеща напрежение в директна поляризация и друго в обратна поляризация и можем да го надвишим, за да не разрушим полупроводниковия преход.
За това имаме две възможности:

Състои се от поставяне на диод в опозиция на светодиода, така че когато светодиодът не е дирижиращ, диодът провежда и обратно, което предполага спад на напрежението от 0,7 волта в диода, ненадвишаващ 3 волта на пробив на светодиода.
С това избягваме разрушаване, когато то е обратно поляризирано, но ще трябва да ограничим напрежението и можем да постигнем това с последователно съпротивление, което ще изчислим с формулата, която използваме в раздела Основна непрекъсната верига.
Можем да изчислим мощността със закона на Джоул (фигура 9)

Нека изчислим малък практически пример:
Нека бъдем LED диод с спад на напрежението от 1,2 волта и максимален интензитет от 20 mA, който трябва да бъде свързан към променливо напрежение от 220 волта.

220 - Vdl1 220 - 1.2
R = ----------------- R = -------------- »22 K W
Idl1 10
Силата на

R1 = VR1 x Il1 = (220 -1,2) x 10 »3W

Недостатък на това решение е, че съпротивлението ще бъде много обемисто поради значителната му мощност.

За да избегнем поставяне на 3W резистор, можем да поставим кондензатор, който да се държи като резистор, когато е изправен пред променливо напрежение.
Както в предишната схема, ще трябва да ограничим интензивността на веригата, като пример ще използваме предишните данни.
В този случай Rs служи за ограничаване на интензитета, когато кондензаторът се разрежда, тъй като ще се получи значителен пик, който Led няма да поддържа, като максималната пикова стойност, която Led може да поддържа, имаме:
Ipeak = 220/1 »220 mA.
Следователно стойността на съпротивлението ще бъде:

220 V
RS = ------------ = 1 K VRS = 1K x 10 mA = 10V
220 mA

За да се изчисли стойността на кондензатора, ще се вземе предвид, че напрежението в кондензатора е 90 ° извън фазата по отношение на напрежението в резисторите и в диода, така че прилагайки Питагор (вижте фигурата) ще имаме:

VC = (220 2 - (VR + VLED) 2) 1/2 = (220 2 - (11.2) 2) 1/2 »219,7 V

Като интензитет на кондензатора Ic = 10 mA.
Капацитивното съпротивление ще бъде:
Приемане на нормализирана стойност Xc = 22 K W

219,7 V
XC = --------------- = 21.9K W
10 mA

Капацитетът на кондензатора ще бъде:

Можем да видим, че с това решение намаляваме стойността на съпротивлението, като го заместваме с кондензатор 150 nF, който има работно напрежение 400V, тъй като 220 е ефективен.
Като предимства имаме, че не е толкова обемист и след като сменим 3W резистор, няма да имаме толкова голямо разсейване на топлината (фигура 10).