Što su LED -ove i kako rade?
LED diode ili diode koje emitiraju svjetlost promijenile su način na koji razmišljamo o osvjetljenju jer štede energiju, traju duže i mogu se koristiti na mnogo različitih načina.Za razliku od staromodnih žarulja koje čine svjetlost zagrijavanjem žice, LED-ove stvaraju svjetlost pomicanjem električne struje kroz poseban materijal koji se zove poluvodič.Ovakav način izrade svjetla koristi mnogo manje energije i ne postaje vruć.Zbog ovih prednosti, LED se koriste za sve, od sitnih svjetala u uređajima do velikih rasvjetnih sustava u zgradama.Dolaze u raznim vrstama i bojama, a svaka je pogodna za različite namjene.Učenje kako funkcioniraju LED -ove i zašto su bolji od tradicionalnih svjetla pomaže nam da vidimo zašto danas postaju toliko popularni.
Katalog
Slika 1: LED ili svjetlost emitiraju diode
Definicija i osnovna operacija
LED diode ili diode koje emitiraju svjetlost uređaji su uređaji koji emitiraju svjetlost kada električna struja prođe kroz njih.Svaki LED sastoji se od dva materijala: p-tip s mnogim rupama (pozitivni nosači naboja) i N-tipa s mnogim elektronima (nosači negativnih naboja).Kada se primijeni napon prema naprijed, elektroni iz N-tipa dobivaju energiju i kreću se prema regiji P-tipa.Na P-N spoju elektroni ispunjavaju rupe, oslobađajući energiju kao svjetlost.
Za razliku od tradicionalnih izvora svjetlosti, poput žarulja sa žarnom niti koji pretvaraju električnu energiju u toplinu, a zatim svjetlost, LED -ove pretvaraju električnu energiju izravno u svjetlost.Ovaj je postupak mnogo učinkovitiji, stvarajući manje topline i koristeći manje energije.Slijedom toga, LED su preferirane zbog svoje energetske učinkovitosti i dugog životnog vijeka, što zahtijeva rjeđe zamjene i nude čvršće performanse.
Vrste LED -a
LED diode tipa svjetiljke (olovo)
Slika 2: LED -ove tipa svjetiljke (olovo)
LED -ovi tipa svjetiljke (olovo) osnovna su vrsta dioda koje emitiraju svjetlost (LED) s metalnim nogama, koje se nazivaju i vodi, koji spajaju LED u električni krug.Ove LED -ove obično su prekrivene malom, obojenom plastičnom žaruljom.Ova žarulja ima nekoliko funkcija.Rasprava svjetlost ravnomjernije, tako da ne blista u samo jednom smjeru.Također štiti sitne dijelove unutar LED -a od oštećenja i čuva prašinu i vlagu.
Olovni LED diode imaju jednostavan dizajn, što ih čini vrlo korisnim i jednostavnim za upotrebu u mnogim elektroničkim projektima.Zbog ovog jednostavnog dizajna često se koriste kao indikatorska svjetla za prikaz je li uređaj uključen ili isključen.Možete ih pronaći i na digitalnim zaslonima, poput onih na kalkulatorima i satovima, gdje pomažu u prikazivanju brojeva i drugih informacija.
Za ukrasnu rasvjetu, vodeće LED su omiljene jer ih je lako postaviti i mogu se koristiti za stvaranje mnogo različitih uzoraka rasvjete.Metalne noge čine ih jednostavnim pričvrstiti ih na pločice ili ih povezati pomoću ploča za testiranje.To ih čini popularnima i kod hobista i profesionalnih inženjera.Dolaze u mnogim bojama i veličinama, dodajući svoju korisnost u kreativnim i praktičnim postavkama rasvjete.
LED diode tipa čipa (površinski nosač)
Slika 3: LED diode tipa čipa (površinski nosač)
LED diode tipa čipova (površinski nosač) moderno su poboljšanje LED tehnologije, izrađene da se pričvršćuju izravno na ploče s tiskanim krugovima (PCB).Mnogo su manji i učinkovitiji od tradicionalnih LED -ova tipa svjetiljke, što ih čini savršenim za male elektroničke uređaje poput pametnih telefona, tableta i LED televizora.
Glavna prednost LED -ova tipa čipa je njihova mala veličina i učinkovitost.Budući da su kompaktni, mogu se staviti blizu PCB -a.To omogućava stvaranje složenih elektroničkih dizajna koji rade mnogo različitih stvari.Ovaj bliski plasman vrlo je koristan za moderne uređaje koji trebaju dobro raditi u malom prostoru.LED diode tipa čip također koriste energiju bolje.Oni više električne energije pretvaraju u svjetlost s manje topline, što ih čini duže i koriste manje snage.To je posebno korisno u uređajima koji se bave baterijama, gdje je ušteda energije vrlo važna.
Tehnologija površinskog nosača (SMT) koja se koristi za LED -ove tipa čipova omogućava strojevima da ih brzo i precizno postave na pločice.To ubrzava proces proizvodnje i smanjuje troškove proizvodnje.Također, ova metoda osigurava da se LED -ovi postavljaju dosljedno i pouzdano, što je važno da uređaji rade pravilno i traju dugo.
Obje vrste LED diode djeluju na istom osnovnom principu: stvarajući svjetlost kada električna struja prolazi kroz poseban materijal unutar njih.Izbor između LED -a tipa svjetiljke i čip tipa ovisi o zahtjevima projekta kao što su veličina, učinkovitost i jednostavnost integracije.
Valna duljina i boja
Boju LED -a određuje se materijalima koji se koriste za izradu, a koji emitiraju različite boje svjetlosti kada struja prođe kroz njih.Dva glavna faktora utječu na boju LED -a:
Vrhunska valna duljina (λp)
Slika 4: Grafikon koji prikazuje vršnu valnu duljinu (λp) LED -a
Vrhunska valna duljina (λp) je valna duljina na kojoj LED emitira najviše svjetla.Na primjer, crveni LED obično sjaji najsjajnije na oko 630 nanometara.To znači da LED proizvodi svoje najjače crveno svjetlo na ovoj valnoj duljini. Znanje vršne valne duljine vrlo je korisno za različite primjene.Određuje boju i svjetlinu LED svjetlosti.Da bismo pronašli vršnu valnu duljinu, mjerimo LED -ov svjetlosni spektar i pronalazimo točku gdje je svjetlost najintenzivnija.Na primjer, u tehnologiji zaslona točna valna duljina pomaže u proizvodnji pravih boja.U biljnim svjetlima vršna valna duljina trebala bi odgovarati valnim duljinama koje biljke najbolje upijaju kako bi im pomogle da bolje rastu.
Vrhunska valna duljina također utječe na to kako se izrađuju LED.Inženjeri mogu promijeniti materijale i dizajn LED -a kako bi dobili željenu vršnu valnu duljinu, što LED radi bolje za određene uporabe.To uključuje odabir pravih poluvodičkih materijala jer ti materijali određuju energiju i valnu duljinu emitirane svjetlosti.
Dominantna valna duljina (λd)
Slika 5: Grafikon koji prikazuje dominantnu valnu duljinu (λd) LED
Dominantna valna duljina (λd) osnovna je ideja u proučavanju boje, posebno kada razumijete kako ljudske oči vide svjetlost iz LED -ova i drugih izvora svjetlosti.Dominantna valna duljina je boja koju ljudi najjasnije vide kada gledaju izvor svjetlosti, čak i ako se ta svjetlost sastoji od nekoliko različitih boja.Ovo je mjerenje važno jer ljudski vid kombinira te više boja u jednu glavnu boju koju opažamo.Kad LED emitira svjetlost, to obično čini kroz niz boja.Te se pojedinačne boje miješaju, a dominantna valna duljina je boja koja se najviše ističe ljudskom oku.Pronalaženje ove boje nije uvijek lako jer ovisi o specifičnoj mješavini i snazi različitih boja.Ovaj postupak uključuje detaljne proračune koji uzimaju u obzir koliko su osjetljive ljudske oči na različite dijelove svjetlosnog spektra.
Da biste pronašli dominantnu valnu duljinu, za proučavanje svjetla iz LED -a koristi se uređaj koji se zove spektrometar.Prikupljeni podaci pokazuju koliko je svjetlost jaka u svakoj boji.Te se informacije zatim prikazuju na dijagramu kromatičnosti, koji je grafikon koji predstavlja boje na temelju ljudskog vida.Dominantna valna duljina nalazi se crtanjem crte iz središnje bijele točke na dijagramu kroz koordinate izvora svjetlosti i proširujući je do ruba grafikona.Točka gdje se ova linija susreće s rubom je dominantna valna duljina.
Poznavanje dominantne valne duljine vrlo je korisno u poljima u kojima je potrebna precizna boja, poput tehnologije zaslona, dizajna rasvjete i bilo kojeg područja u kojem je potrebno točno podudaranje boja.Kontrolirajući dominantnu valnu duljinu, proizvođači mogu stvoriti LED -ove koje emitiraju određene boje pogodne za različite svrhe, poput pomaganja biljkama da bolje rastu s određenim svijetlim bojama ili stvaraju svijetle i realne boje na ekranima.
Stvaranje bijele svjetlosti s LED -ovima
Slika 6: Dvije metode za stvaranje bijelog svjetla s LED -ovima
Stvaranje bijelog svjetla s LED -ovima uključuje dvije glavne metode, svaka s vlastitim prednostima i uporabom.
Jedna metoda uključuje kombiniranje crvenih, zelenih i plavih (RGB) LED -ova.Pažljivim podešavanjem intenziteta ove tri osnovne boje mogu se miješati kako bi stvorili bijelo svjetlo.Ova se tehnika obično koristi u uređajima koji trebaju precizno kontrolu boja i točan prikaz boja, poput LED zaslona u boji i ukrasne rasvjete.Iako ova metoda nudi izvrsnu kontrolu nad izlazom u boji, složenija je i skuplja u usporedbi s plavim LED sa žutim fosfornim pristupom.Zahtijeva napredne upravljačke krugove i kalibraciju kako bi se osiguralo da boje ispravno miješaju kako bi se dobila bijela svjetlost.
Druga metoda koristi plavi LED uparen sa žutim fosfornim premazom.Kad je plavi LED uključen, on uzbuđuje žuti fosfor, čineći ga emitiranje žutog svjetla.Kombinacija preostale plave svjetlosti i emitirane žute svjetlosti stvara bijelu svjetlost.Ova je metoda popularna jer je jednostavna i isplativa, što je čini prikladnim za širok raspon rasvjetnih aplikacija.Međutim, to ponekad može rezultirati bijelom svjetlošću s laganim plavim ili hladnim nijansama, što možda nije idealno za svaku situaciju.
Svaka se metoda odabire na temelju željene ravnoteže između troškova, složenosti i kvalitete boje.LED metoda RGB odabrana je za aplikacije koje zahtijevaju precizno podešavanje boja i visokokvalitetni svjetlosni izlaz, dok se plava LED s žutom fosfornom metodom često preferira zbog svoje jednostavnosti i pristupačnosti.
Učinkovitost LED rasvjete
LED koriste mnogo manje energije od tradicionalnih žarulja sa žarnom niti, štedeći do 90% energije.Proizvode svjetlost prolazeći električnom strujom kroz mali čip, osvjetljavajući sitne izvore svjetlosti koji se nazivaju LED.Za razliku od žarulja sa žarnom niti, koje proizvode svjetlost zagrijavanjem niti dok ne svijetli, LED -ove stvaraju svjetlost s mnogo manje energije.
LED -ove imaju dijelove zvane hladnjaci koji pomažu u rješavanju topline koju izrađuju.Ovi hladnjaci uzimaju i rašire toplinu kako bi LED -i dobro funkcionirali.Dobro upravljanje toplinom čini LED -ove duže i održavaju ih svijetlim.Ako se toplina ne obradi dobro, LED -ove se mogu brže istrošiti i postati svednija.Koliko dugo traju LED -ove i koliko dobro rade ovise o tome koliko su dobri i koliko dobro funkcioniraju njihovi hladnjaci.
Životni vijek i degradacija
Život i raspad glavne su točke u razumijevanju LED -a (emitirajuće diode) performanse.Za razliku od običnih žarulja, koje se obično izgaraju, LED -ove s vremenom polako postaju zatamnjene.Ovaj postupak sporog zatamnjenja naziva se amortizacija lumena.
Amortizacija lumena događa se jer materijali unutar LED -a troše, uzrokujući da stvara manje svjetla.Obično mjerimo život LED -a do točke u kojoj je njegova svjetlina pala na 70% njegove izvorne razine.Na primjer, ako LED započne s 1000 lumena, njegov se korisni vijek razmatra kada njegova svjetlina padne na 700 lumena.
Nekoliko stvari može uzrokovati amortizaciju lumena u LED -ovima, poput temperature, električnog stresa i kvalitete materijala koji se koriste za izradu.Visoke temperature mogu ubrzati nošenje iz LED dijelova, čineći ih bržim.Slično tome, električni stres, poput previše struje ili napona, može skratiti život LED -a uzrokujući dodatna oštećenja njegovih unutarnjih dijelova.
Kvaliteta materijala koji se koriste za izradu LED -a također uvelike utječe na to koliko dugo traju.LED -ove napravljene s boljim materijalima i metodama konstrukcije imaju tendenciju duže i slabo sporije.S druge strane, LED niže kvalitete mogu se brže prigušiti i imati kraći vijek trajanja.
Amortizacija lumena događa se kada LED s vremenom izgube svjetlinu.To može uzrokovati nekoliko glavnih čimbenika:
• Prekomjerna toplina može oštetiti unutarnje dijelove LED -a.Broadni sudoperi pomažu u upravljanju ovom toplinom, ali ako ne rade dobro, LED dijelovi mogu biti naštećeni.
• Visoke električne struje i naponi mogu istrošiti komponente unutar LED -a.Ovo habanje može učiniti LED manje svijetlim.
• Materijali koji se koriste u LED -ovima, posebno bijelim, mogu se degradirati s vremenom.Ovaj slom materijala također dovodi do gubitka svjetline.
• Uvjeti okoliša poput vlage i prašine mogu utjecati na LED -ove.Vlaga može uzrokovati da dijelovi hrđe ili kratki spoj, a prašina može blokirati svjetlo ili ometati rad LED-a.
Primjene LED -a
LED diode, ili diode koje emitiraju svjetlost, mnogo su promijenile industriju rasvjete jer su svestrane i učinkovite.Mogu se koristiti na mnogo načina, od običnih žarulja do ugrađenih čvora.Jedna od glavnih prednosti LED -ova je njihova mala veličina, koja omogućava kreativni i inovativni dizajn rasvjete.To LED-ove čini savršenim i za zamjenu tradicionalnih žarulja i ugradnju u prilagođene čvora, pružajući dugotrajna rješenja za rasvjetu i uštedu energije.
U otopinama hibridne rasvjete LED su kombinirane s tradicionalnim dizajnom rasvjete.Ovi sustavi često imaju zamjenjive LED dijelove unutar posebno dizajniranih čvora, što ih olakšava održavanje i nadogradnju.Ova kombinacija uzima najbolje dijelove stare i nove tehnologije rasvjete, poboljšavajući cjelokupno korisničko iskustvo.
LED -ove se mogu koristiti na mnogim različitim mjestima, od kuća do industrijskih postavki.Njihova energetska učinkovitost je velika prednost jer LED koriste manje snage u usporedbi s tradicionalnim svjetlima.To znači niže račune za energiju i manji utjecaj na okoliš.Također, LED -ovi traju duže, tako da ih ne treba zamijeniti tako često, štedeći vrijeme i novac.
Toplinsko upravljanje u LED -ovima
Slika 7: Toplinsko upravljanje u LED -ovima
Pravilno upravljanje toplinom vrlo je korisno koliko dobro funkcioniraju LED -ove i koliko dugo traju.Kad se koriste LED -ove, proizvode toplinu.Ako se ovom toplinom ne upravlja dobro, može brzo oštetiti LED -ove, što ih čini manje učinkovitim i skraćujući svoj život.
Glavni dio upravljanja LED toplinom je hladnjak.Brauro -sudoperi pomažu utapanjem i raširivanjem topline od veze LED čipa s pločom, čineći je hladnijim.Koliko dobro funkcionira hladnjak, puno ovisi o tome od čega je izrađen i njegovom dizajnu.
Materijali poput aluminija i bakra često se koriste za hladnjake, jer mogu učinkovito odmicati toplinu.Također, dizajn hladnjaka obično uključuje značajke poput peraja, koje povećavaju površinu koja može oslobađati toplinu.Ova veća površina pomaže hladnjaku da raširi toplinu s LED -a, održavajući LED hladnije i pazeći da dugo dobro funkcionira.
Razlike između LED i tradicionalne rasvjete
LED diode nude nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalnu rasvjetu sa žarnom niti i CFL (kompaktna fluorescentna svjetiljka), posebno u rasponu laganog smjera i boje:
• Usmjereno osvjetljenje: LED emitiraju svjetlost u određenom smjeru, idealno za ciljane potrebe za osvjetljenjem poput čitanja svjetiljki ili reflektora.Suprotno tome, žarulje sa žarnom niti i CFL emitiraju svjetlost i toplinu u svim smjerovima, a često zahtijevaju reflektore ili nijanse da usredotoče svjetlost, što rezultira energetskim gubitkom.
• Opcije boja: LED -ove pružaju širok raspon boja, uključujući jantarni, crveni, zeleni i plavi.Bijelo svjetlo može se stvoriti miješanjem različitih obojenih LED-ova (npr. Crvene, zelene i plave) ili pomoću LED-ova prekrivenih fosforom koje emitiraju bijelu svjetlost kada plava ili ultraljubičasto svjetlo prolazi kroz fosfor.Ovaj široki raspon boja omogućuje LED-ovima da zadovolje različite potrebe rasvjete, od tople, ugodne rasvjete do svijetlog osvjetljenja poput dnevnog svjetla.
Kako funkcioniraju LED -ove?
Slika 8: Struktura LED -a
LED diode (diode koje emitiraju svjetlost) djeluju poput dioda i daju svjetlost kada su pristrane naprijed.U ovom je postavku negativna strana (katoda) spojena na negativni terminal izvora napajanja, a pozitivna strana (anoda) spojena je na pozitivni terminal.Ovaj raspored omogućava elektrone iz N-regije dobivaju energiju i kreću se prema P-regiji.Kad ti elektroni prelaze spoj i ispune rupe u P-regiji, oni oslobađaju energiju kao svjetlost.
Boja svjetlosti koje LED emitira ovisi o korištenim poluvodičkim materijalima.Na primjer, galijski arsenid proizvodi infracrveno svjetlo, dok galijski fosfid može proizvesti zeleno ili crveno svjetlo.Te razlike u boji dolaze iz različitih energetskih razina materijala, koje odlučuju valnu duljinu dane svjetlosti.
LED je izgrađen s olovnim okvirom, koji se često naziva i nakov, koji je povezan s katodnim terminalom.Ovaj okvir drži poluvodički materijal.P-regija poluvodiča postavljena je blizu površine kako bi se osiguralo da više svjetla izlazi iz LED-a, umjesto da je unutra zarobljeno.Ovaj dizajn pomaže povećati svjetlinu i učinkovitost LED -a.
Zaključak
LED diode imaju mnogo prednosti u odnosu na tradicionalna svjetla.Koriste manje energije, traju duže i pružaju bolju kvalitetu svjetlosti.LED -ovi djeluju pomicanjem elektrona kroz poluvodič, izravno pretvarajući električnu energiju u svjetlost s vrlo malo topline.Oni mogu proizvesti različite boje na temelju korištenih materijala, a različiti dizajni LED -ova tipa svjetiljke i čip -tipa čine ih još korisnijim.Kako se tehnologija poboljšava, LED postaju sve bolji, nudeći više prednosti i koriste se na više načina.Razumijevanjem kako LED -ovi djeluju i njihove koristi, jasno je zašto postaju preferirani izbor za osvjetljenje u našim domovima, uredima i šire.
Često postavljana pitanja [FAQ]
1. Kako funkcionira LED zaslon?
LED zaslon funkcionira pomoću mnogih malih svjetala nazvanih diodama koje emitiraju svjetlost (LED).Ova sićušna svjetla blistaju u različitim bojama kako bi stvorile slike i tekst.Elektronski krugovi kontroliraju ta svjetla, brzo ih uključe i isključuju kako bi prikazali željene slike i uzorke.
2. Za koje se dvije glavne stvari koriste?
LED -ove se uglavnom koriste za rasvjetu i zaslone.Za rasvjetu nude svijetlo i svjetlo za uštedu energije za kuće, ulice i vozila.Za zaslone se koriste na ekranima za televizore, računala i panoi.
3. Koji je princip LED -a i njegovog rada?
Načelo LED -a temelji se na procesu zvanom elektroluminiscencija.Kad električna struja teče kroz LED -ov materijal, ona daje svjetlost.To se događa jer električna energija uzrokuje da se elektroni kombiniraju s drugim česticama, oslobađajući energiju kao svjetlost.
4. Zašto su LED -ove važne?
LED su važne jer štede energiju, traju dugo i dobri su za okoliš.Koriste manje električne energije od tradicionalnih svjetala i imaju mnogo duži život, tako da ih ne treba zamijeniti tako često.
5. Koje su prednosti LED -a?
Prednosti LED -ova uključuju korištenje manje energije, dulji životni vijek, trajniji je, manji manji i brže se uključi i isključuje.Oni također proizvode manje topline i dolaze u mnogim bojama, što ih čini korisnim u različite svrhe.