Как действа светодиодът: принцип на работа, устройство и функции

Много потребители искат да научат повече за светодиодите на устройството, за принципа на работа на тези електрически устройства, както и за техните технологични характеристики. Това се дължи на популяризирането на LED осветлението като цяло. Такива елементи са полупроводникови продукти с електрон-дупчен преход, който позволява образуването на оптично излъчване.

Как се появи специфичната технология на осветлението?

Преди да се разгледа принципът на действие на светодиодите, се предлага да се проучи информация за начина, по който са създадени. Първото съобщение за възможността за излъчване на светлина през твърд диод принадлежи на един британски експериментатор. Той се връща през 1907 г., когато описва процеса на електролуминесценция.

Експериментите се повтарят в руската лаборатория, но след това те не придават голямо значение. През 1961 г. първата LED технология е патентована от служители на американска компания. Оттогава процесите на развитие са подобрени. И след известно време беше възможно да се освободи елемент с висока яркост за използване в телекомуникационния сектор.

За основните физични свойства

За да се разбере принципът на работа на светодиода, е необходимо да се разбере, че всеки елемент е полупроводников диод, който преобразува електричеството директно в светлинно излъчване. Когато през него преминава постоянен ток, електроните се прехвърлят в определена област. В процеса на преместване се получава преход към друго енергийно ниво с освобождаването на голямо количество светлинно лъчение.

За да се получат различни цветови ефекти, в полупроводниковия материал се въвеждат активиращи вещества. Най-често се използва монохроматично излъчване. При тази опция за всеки диод се използва определена дължина на вълната. Цветовата схема на блясъка може да се контролира.

Най-важните характеристики

Като се има предвид подробното устройство и принципа на работа на светодиода, трябва да се отбележат някои особености. Инструменталната радиация зависи пряко от ъгъла на излъчване, което зависи от дизайна. Определено влияние върху интензивността на радиацията имат:

• материал, използван директно за защита на кристала;
• монтиран обектив.

Полупроводниковото устройство може да излъчва не само тясно насочена, но и дифузна светлина. Температурата на околната среда може да повлияе на свойствата на светодиодите. Яркостта им зависи от това. Когато температурата се повиши, светлината става по-слаба и при по-ниски температури - по-ярка. В това отношение обхватът на действие е от особено значение.

Високи изисквания са поставени върху продукти, предназначени за външна употреба. Той трябва да функционира правилно със значителни колебания в температурата. Яркостта на светлината по време на работа не трябва да се променя значително. Съвременните решения позволяват нормален блясък, независимо от околната температура.

Принципът на действие на светодиода се основава на високоскоростно действие. Радиацията се появява в рамките на няколко секунди след директно излагане на електрическия ток директно на полупроводника. Произведените устройства могат да имат технологични различия, от които зависи от обхвата на приложение.

Светодиоди тип DIP

Полупроводниковите елементи от тази категория принадлежат към продукти с ниска мощност, така че те се използват главно за допълнително осветление. Обикновено те се определят като индикатори или основни източници в гирляндите. С появата на по-напреднали технологии, тяхното производство е значително намалено.

Принципът на работа на светодиода с ниска мощност е сравнително прост. Тялото е с цилиндрична форма. Изработен е от епоксидна смола. Вътре в интериора има специални находки платка. Заоблен цилиндър ви позволява да създадете посока светлинен поток.

На катода се поставя излъчващ елемент във формата на кристал, който прилича на малък флаг. Свързан е с анода с помощта на ултрафин проводник. Има продукти с два или три кристала с различни цветове наведнъж. Ако е необходимо, в корпуса се въвежда контролен чип, който е необходим за контролиране на сиянието.

За да се увеличи нивото на светлинния поток в такива светодиоди, те започнаха да правят четири изхода вместо два. Обаче в този случай нагряването на кристала нараства значително, което води до ограничаване на възможния обхват на приложение.

Светодиоди тип SMD

Такива елементи имат по-широка цел, която е свързана с основните характеристики. Принципът на работа на този тип светодиоди ви позволява да организирате осветлението на различни формати. Полупроводникови устройства с фиксирана печатна платка имат компактни размери, така че могат да се използват дори и в най-малките лампи.

Основната част на кутията, на която кристалът е фиксиран, има висока топлопроводимост, поради което топлоотвеждането е ефективно. Обикновено между обектива и основния елемент се побира фосфорен слой, който осигурява възможност за неутрализиране на UV светлината, както и за задаване на специфична цветова температура. В продукти с дифузно облъчване лещата не е инсталирана. Самият елемент е оформен като паралелепипед.

Светодиоди тип COB

Подобни елементи започнаха да се използват и за лампи и лампи LED с висока мощност. Принципът на действие на продуктите остава същият, но десетки кристали са прикрепени към алуминиевата основа в този случай с помощта на диелектричен адхезивен състав. Получената матрица се обработва от един слой фосфор, което води до светлинен източник с равномерно разпределение на основния поток.

Една от разновидностите на технологията е вариантът с разпределението на голям брой кристали върху стъклената повърхност. Съгласно тази схема се произвеждат лампи с нажежаема жичка, в които централното стъкло, покрито с малки светодиоди и обработено с фосфор, действа като основен източник.

RGB технология

Принципът на работа на RGB-LED се базира на оптичния ефект, който позволява да се получат различни цветови нюанси в резултат на смесването на трите основни компонента на палитрата. Три кристала са монтирани на една и съща матрица наведнъж. За да се адаптират към различни условия, има няколко модификации на продуктите. Те са направени с общ катод или анод, а понякога и без такива (с шест основни извода).

Най-често светлинните технологии се използват за проектиране на билбордове, декориране на сгради, рамкиране на мостове, архитектурни паметници и други структури. Принципът на работа на многоцветния светодиод е идентичен. Въпреки това, конструктивните характеристики увеличават крайната цена на продуктите и усложняват схемата на свързване към електрическата мрежа.

Основни технически спецификации

Има няколко параметъра, които характеризират светодиодите.

1. Яркостта се изразява в единици светлинен интензитет. Тя е пропорционална на количеството електрически ток, преминаващ през полупроводниковия елемент. С нарастването на напрежението нивото на яркост се повишава.
2. Токът може да бъде пулсиращ или постоянен. Тя може да варира в широки граници. Индикаторните устройства могат да имат ток само 20 mA и единични вата - 300-400 mA.
3. Дължината на вълната влияе на цветовата гама. Неговите измервания се правят в нанометри. При необходимост границите на вълните се свързват с базовите компоненти на палитрата.

Цветният спектър на излъченото лъчение се променя с въвеждането на химически активни вещества в полупроводниковия материал.

Принципът на водача за светодиодите

За да се получи стабилизиран ток се използва специално устройство, което се избира, като се вземат предвид следните параметри:

• определена сила;
• напрежение директно на изхода;
• номинален ток.

Инсталираните драйвери могат да бъдат линейни или импулсни. Първият от тях е предназначен да осигури плавно стабилизиране на електрическия ток при променливо входно напрежение. Импулсните устройства образуват високочестотни натискания в изходния канал. Те имат висока ефективност.

Има също така и регулируеми драйвери, които осигуряват възможност за регулиране на яркостта на светодиодите. През деня интензивността на лъчението може да бъде намалена до известна степен, което спестява живота на полупроводниковите продукти и електрическата енергия.

Интересни въпроси

Сега принципът на работа на светодиодите стана ясен, но много потребители задават различни въпроси по тази тема.

1. Какви параметри влияят на срока на експлоатация на полупроводниково устройство? Има изявление, че светодиодите са трайни, но това не е напълно вярно. С висока сила на тока по време на работа, температурата се увеличава, така че по-мощните устройства се сриват по-бързо.
2. Пренасянето на цветовете на светодиодите се влошава с времето? По време на продължителна експлоатация на устройствата възниква известна промяна в сянката, но към момента няма стандарти, които да позволяват това количествено.
3. Уредите вредни ли са за човешкото око? Всяка информация за отрицателните ефекти на полупроводниковите елементи по това време липсва.
4. Защо е необходимо да се стабилизира електрическият ток, преминаващ през светодиодното устройство? Дори малки промени в напрежението могат да доведат до колебания в яркостта.
5. Как можете да получите бяла светлина? Има три основни варианта. Първата включва смесване на компонентите на палитрата, използвайки RGB технология. Вторият вариант включва прилагане на три фосфора директно към повърхността на полупроводниково устройство, излъчващо поток от светлина в ултравиолетовия обхват. При третия метод фосфорът се прилага към синия елемент.

В заключение

В рамките на статията е възможно да се проучи подробно принципът на действие на светодиода. За „манекените“ (хората, които не разбират съвременната технология на светодиодите), това вероятно ще бъде ценен инструмент. Той съдържа най-пълната информация за структурата и функционирането на съвременните осветителни системи, които са изключително популярни.