ما هو LED ، مبدأ التشغيل ، الأنواع والخصائص الرئيسية

تحل المصابيح بسرعة محل المصابيح المتوهجة من جميع المناطق تقريبًا حيث بدت مواقفهم ثابتة. أثبتت المزايا التنافسية لعناصر أشباه الموصلات أنها مقنعة: التكلفة المنخفضة ، وعمر الخدمة الطويل ، والأهم من ذلك ، الكفاءة العالية. إذا لم تتجاوز المصابيح 5 ٪ ، فإن بعض مصنعي LED يعلنون التحول إلى ضوء بنسبة 60 ٪ على الأقل من الكهرباء المستهلكة. تظل صحة هذه البيانات في ضمير المسوقين ، لكن التطور السريع لخصائص المستهلك لعناصر أشباه الموصلات لا شك فيه.

ما هو LED وكيف يعمل

الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED ، LED) تقليدي الصمام الثنائي أشباه الموصلاتمصنوعة على أساس بلورات:

• زرنيخيد الغاليوم أو فوسفيد الإنديوم أو سيلينيد الزنك - لبواعث النطاق البصري ؛
• نيتريد الغاليوم - لأجهزة قسم الأشعة فوق البنفسجية ؛
• كبريتيد الرصاص - للعناصر المنبعثة في نطاق الأشعة تحت الحمراء.

يرجع اختيار هذه المواد إلى حقيقة أن الوصلة p-n للديودات المصنوعة منها تصدر ضوءًا عند تطبيق جهد أمامي. بالنسبة لثنائيات السيليكون أو الجرمانيوم العادية ، يتم التعبير عن هذه الخاصية بشكل ضعيف للغاية - لا يوجد توهج عمليًا.

لا يرتبط انبعاث LED بدرجة تسخين عنصر أشباه الموصلات ، فهو ناتج عن انتقال الإلكترونات من مستوى طاقة إلى آخر أثناء إعادة تركيب حاملات الشحنة (الإلكترونات والثقوب). الضوء المنبعث نتيجة لذلك يكون أحادي اللون.

ميزة هذا الإشعاع هي طيف ضيق للغاية ، ومن الصعب تحديد اللون المطلوب باستخدام مرشحات الضوء. وبعض ألوان التوهج (الأبيض والأزرق) مع مبدأ التصنيع هذا غير قابلة للتحقيق. لذلك ، في الوقت الحالي ، هناك تقنية منتشرة على نطاق واسع يتم فيها تغطية السطح الخارجي لمصباح LED بالفوسفور ، ويبدأ توهجه بإشعاع تقاطع p-n (الذي يمكن أن يكون مرئيًا أو يقع في نطاق الأشعة فوق البنفسجية).

جهاز LED

تم ترتيب LED في الأصل بنفس طريقة الصمام الثنائي التقليدي - تقاطع p-n ومخرجان. فقط العلبة مصنوعة من مركب شفاف أو مصنوعة من المعدن مع نافذة شفافة لمراقبة التوهج. لكنهم تعلموا تضمين عناصر إضافية في غلاف الجهاز. فمثلا، المقاومات - لتشغيل الصمام في دائرة الجهد المطلوب (12 فولت ، 220 فولت) بدون أنابيب خارجية. أو مولد مع مقسم لإنشاء عناصر انبعاث للضوء الوامض. أيضًا ، بدأت العلبة مغطاة بالفوسفور ، الذي يضيء عند اشتعال الوصلة p-n - هكذا كان من الممكن توسيع قدرات LED.

لم يتجاوز الاتجاه نحو الانتقال إلى عناصر الراديو التي لا تحتوي على الرصاص مصابيح LED. تستحوذ أجهزة SMD بسرعة على سوق الإضاءة ، مع مزايا في تكنولوجيا الإنتاج. هذه العناصر ليس لها استنتاجات. الوصلة P-n مثبتة على قاعدة خزفية ، مملوءة بمركب ومغلفة بالفوسفور. يتم تطبيق الجهد من خلال وسادات التلامس.

حاليًا ، تم تجهيز أجهزة الإضاءة بمصابيح LED مصنعة باستخدام تقنية COB. جوهرها هو أن عدة تقاطعات p-n (من 2-3 إلى مئات) مثبتة على لوحة واحدة ، متصلة بمصفوفة. من الأعلى ، يتم وضع كل شيء في علبة واحدة (أو يتم تشكيل وحدة SMD) ومغطاة بالفوسفور. تتمتع هذه التقنية بآفاق كبيرة ، لكن من غير المرجح أن تحل محل الإصدارات الأخرى من SD تمامًا.

ما هي أنواع مصابيح LED الموجودة وأين يتم استخدامها

تُستخدم مصابيح LED للنطاق البصري كعناصر عرض وكأجهزة إضاءة. كل تخصص له متطلباته الخاصة.

مؤشرات LED

تتمثل مهمة مؤشر LED في إظهار حالة الجهاز (مصدر الطاقة ، والإنذار ، وتشغيل المستشعر ، وما إلى ذلك). في هذه المنطقة ، يتم استخدام مصابيح LED مع توهج تقاطع pn على نطاق واسع. لا يحظر استخدام الأجهزة التي تحتوي على الفوسفور ، لكن لا فائدة من ذلك.هنا ، سطوع التوهج ليس في المقام الأول. الأولوية هي التباين وزاوية الرؤية الواسعة. تُستخدم مصابيح LED للإخراج (الفتحة الحقيقية) على لوحات العدادات ، وتُستخدم مصابيح LED للإخراج و SMD على اللوحات.

مصابيح LED للإضاءة

بالنسبة للإضاءة ، على العكس من ذلك ، يتم استخدام العناصر التي تحتوي على الفوسفور بشكل أساسي. يتيح لك ذلك الحصول على ما يكفي من ناتج الضوء والألوان القريبة من الطبيعة. يتم ضغط مصابيح LED الخارجية من هذه المنطقة عمليًا بواسطة عناصر SMD. تستخدم مصابيح LED COB على نطاق واسع.

في فئة منفصلة ، يمكننا التمييز بين الأجهزة المصممة لنقل الإشارات في النطاق البصري أو نطاق الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال ، لأجهزة التحكم عن بعد للأجهزة المنزلية أو لأجهزة الأمان. ويمكن استخدام عناصر نطاق الأشعة فوق البنفسجية لمصادر الأشعة فوق البنفسجية المدمجة (كاشفات العملات والمواد البيولوجية وما إلى ذلك).

الخصائص الرئيسية لمصابيح LED

مثل أي الصمام الثنائي ، فإن LED لها خصائص "الصمام الثنائي" العامة. معلمات الحد التي يؤدي فائضها إلى فشل الجهاز:

• أقصى تيار أمامي مسموح به ؛
• أقصى جهد أمامي مسموح به ؛
• أقصى جهد عكسي مسموح به.

الخصائص المتبقية لها طابع "LED" محدد.

توهج اللون

لون التوهج - تميز هذه المعلمة مصابيح LED للنطاق البصري. في تركيبات الإضاءة ، في معظم الحالات ، يكون اللون الأبيض مختلفًا درجة حرارة الضوء. يمكن أن تحتوي المؤشرات على أي من الألوان المرئية.

الطول الموجي

تكرر هذه المعلمة إلى حد ما المعامل السابق ، ولكن مع تحذيرين:

• الأجهزة في نطاقات الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية ليس لها لون مرئي ، وبالتالي فإن هذه الخاصية هي الوحيدة التي تميز طيف الإشعاع ؛
• هذه المعلمة قابلة للتطبيق بشكل أكبر على مصابيح LED ذات الانبعاث المباشر - العناصر التي ينبعث منها الفوسفور في نطاق عريض ، لذلك لا يمكن تمييز طولها الموجي بشكل لا لبس فيه (ما هو الطول الموجي الذي يمكن أن يكون للون الأبيض؟).

لذلك ، فإن الطول الموجي للموجة المنبعثة هو رقم إعلامي إلى حد ما.

الاستهلاك الحالي

التيار المستهلك هو تيار التشغيل الذي يكون فيه سطوع الإشعاع هو الأمثل. إذا تم تجاوزه قليلاً ، فلن يفشل الجهاز بسرعة - وهذا هو اختلافه عن الحد الأقصى المسموح به. كما أن تقليلها غير مرغوب فيه - ستنخفض كثافة الإشعاع.

قوة

استهلاك الطاقة - كل شيء بسيط هنا. في التيار المباشر ، إنه ببساطة نتاج التيار المستهلك والجهد المطبق. يُدخل مصنعو تكنولوجيا الإضاءة التباسًا في هذا المفهوم من خلال الإشارة إلى القوة المكافئة على العبوة بأعداد كبيرة - قوة المصباح المتوهج ، الذي يكون تدفقه الضوئي مساويًا لتدفق مصباح معين.

زاوية صلبة مرئية

يتم تمثيل الزاوية الصلبة الظاهرة بسهولة على أنها مخروط منبثق من مركز مصدر الضوء. هذه المعلمة تساوي زاوية فتح هذا المخروط. بالنسبة لمؤشر LED ، فإنه يحدد كيفية رؤية الإنذار من الخارج. بالنسبة لعناصر الإضاءة ، يعتمد التدفق الضوئي عليها.

شدة الضوء القصوى

يشار إلى شدة الإضاءة القصوى في الخصائص التقنية للجهاز في الشموع. ولكن من الناحية العملية ، اتضح أنه من الأنسب العمل بمفهوم التدفق الضوئي. التدفق الضوئي (باللومن) يساوي ناتج شدة الإضاءة (في الشمعة) والزاوية الصلبة الظاهرة.يوفر مصباحان LED بنفس شدة الإضاءة إضاءة مختلفة بزوايا مختلفة. كلما كانت الزاوية أكبر ، زاد تدفق الضوء. لذلك فهو أكثر ملاءمة لحساب أنظمة الإضاءة.

انخفاض الجهد

انخفاض الجهد إلى الأمام هو الجهد الذي ينخفض ​​عبر مؤشر LED عندما يكون قيد التشغيل. بمعرفة ذلك ، يمكن للمرء حساب الجهد المطلوب ، على سبيل المثال ، لفتح سلسلة سلسلة من العناصر الباعثة للضوء.

كيف تعرف الجهد الذي تم تصنيف LED له

أسهل طريقة لمعرفة الجهد الاسمي لمصباح LED هي الرجوع إلى الأدبيات المرجعية. ولكن إذا صادفت جهازًا مجهول المصدر بدون علامات ، فيمكنك توصيله بمصدر طاقة قابل للتعديل ورفع الجهد بسلاسة من الصفر. عند جهد معين ، سيومض المصباح بشكل ساطع. هذا هو جهد التشغيل للعنصر. هناك بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار عند إجراء هذا الفحص:

• يمكن أن يكون الجهاز قيد الاختبار مزودًا بمقاوم مدمج ومصمم لجهد عالٍ بدرجة كافية (حتى 220 فولت) - لا يحتوي كل مصدر طاقة على نطاق ضبط كهذا ؛
• قد يقع إشعاع LED خارج الجزء المرئي من الطيف (الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء) - ثم لا يمكن تحديد لحظة الاشتعال بصريًا (على الرغم من إمكانية رؤية وهج جهاز الأشعة تحت الحمراء في بعض الحالات من خلال كاميرا الهاتف الذكي) ؛
• من الضروري توصيل العنصر بمصدر جهد ثابت مع التقيد الصارم بالقطبية ، وإلا فمن السهل تعطيل LED بجهد عكسي يتجاوز قدرات الجهاز.

إذا لم تكن هناك ثقة في معرفة pinout للعنصر ، فمن الأفضل رفع الجهد إلى 3 ... 3.5 V ، إذا لم يضيء LED ، قم بإزالة الجهد ، وقم بتغيير اتصال أعمدة المصدر وكرر إجراء.

كيفية تحديد قطبية LED

هناك عدة طرق لتحديد قطبية الخيوط.

1. بالنسبة للعناصر الخالية من الرصاص (بما في ذلك COB) ، تتم الإشارة إلى قطبية جهد الإمداد مباشرة على العلبة - عن طريق الرموز أو المد والجزر على الغلاف.
2. نظرًا لأن LED يحتوي على تقاطع p-n منتظم ، يمكن استدعاؤه بمقياس متعدد في وضع اختبار الصمام الثنائي. تحتوي بعض أجهزة الاختبار على جهد قياس كافٍ لإضاءة LED. ثم يمكن التحكم بصريًا في صحة الاتصال من خلال توهج العنصر.
3. بعض الأجهزة المصنعة بواسطة CCCP في علبة معدنية تحتوي على مفتاح (نتوء) في منطقة الكاثود.
4. بالنسبة لعناصر الإخراج ، يكون خرج الكاثود أطول. على هذا الأساس ، من الممكن تحديد pinout للعناصر غير الملحومة فقط. يتم تقصير خيوط LED المستخدمة وثنيها للتركيب بأي شكل من الأشكال.
5. أخيرًا ، اكتشف الموقع الأنود والكاثود ربما نفس الطريقة لتحديد جهد الصمام. لن يكون التوهج ممكنًا إلا عندما يتم تشغيل العنصر بشكل صحيح - الكاثود إلى ناقص المصدر ، والأنود إلى الموجب.

تطوير التكنولوجيا لا يزال قائما. حتى عقود قليلة ماضية ، كان LED لعبة باهظة الثمن للتجارب المعملية. من الصعب الآن تخيل الحياة بدونه. ماذا سيحدث في المرة القادمة - سيخبرنا ذلك.

مقالات مماثلة: