на 2024/07/29 529

Какви са светодиодите и как работят?

Светодиодите или светлинните излъчващи диоди са променили начина, по който мислим за осветлението, защото спестяват енергия, продължават по -дълго и могат да се използват по много различни начини.За разлика от старомодните крушки, които правят светлина чрез загряване на тел, светодиодите създават светлина, като преместват електрически ток през специален материал, наречен полупроводник.Този начин на създаване на светлина използва много по -малко енергия и не става толкова горещо.Поради тези предимства светодиодите се използват за всичко - от малки светлини в джаджи до големи осветителни системи в сгради.Те се предлагат в различни видове и цветове, всеки подходящ за различни приложения.Научаването как работят светодиодите и защо те са по -добри от традиционните светлини ни помага да видим защо те стават толкова популярни днес.

Каталог

Фигура 1: светодиоди или светлинни излъчващи диоди

Определение и основна работа

Светодиодите или диодите, излъчващи светлина, са устройства, които излъчват светлина, когато през тях преминава електрически ток.Всеки светодиод е съставен от два материала: P-тип с много дупки (положителни носители на заряд) и N-тип с много електрони (отрицателни носители на заряд).Когато се прилага напречно напрежение, електроните от N-тип регион натрупват енергия и се придвижват към P-тип областта.На P-N кръстовището електроните попълват дупките, освобождавайки енергия като светлина.

За разлика от традиционните източници на светлина, като крушки с нажежаема жичка, които превръщат електрическата енергия в топлина и след това светлина, светодиодите преобразуват електрическата енергия директно в светлина.Този процес е много по -ефективен, произвежда по -малко топлина и използва по -малко енергия.Следователно светодиодите са предпочитани за тяхната енергийна ефективност и дълъг живот, като изискват по -рядко замествания и предлагат по -здрави показатели.

Видове светодиоди

Светодиоди от типа лампа (олово)

Фигура 2: светодиоди от типа на лампата (олово)

Светодиодите от типа лампа (олово) са основен тип светлинни излъчващи диоди (светодиоди) с метални крака, наричани още проводници, които свързват светодиода към електрическа верига.Тези светодиоди обикновено са покрити от малка, цветна пластмасова крушка.Тази крушка има няколко функции.Той разпространява светлината по -равномерно, така че не свети само в една посока.Той също така предпазва малките части вътре в светодиода от повреда и предпазва праха и влагата.

Водените светодиоди имат прост дизайн, което ги прави много полезни и лесни за използване в много електронни проекти.Поради този пряк дизайн, те често се използват като индикаторни светлини, за да се покажат дали устройството е включено или изключено.Можете също така да ги намерите в цифрови дисплеи, като тези на калкулатори и часовници, където те помагат да се покажат номера и друга информация.

За декоративно осветление оловните светодиоди са любими, тъй като те са лесни за настройка и могат да се използват за създаване на много различни модели на осветление.Металните крака правят лесно да ги прикрепяте към дъски за вериги или да ги свържете с помощта на табла за тестване.Това ги прави популярни както на любителите, така и на професионалните инженери.Те се предлагат в много цветове и размери, добавяйки към своята полезност в творчески и практически настройки за осветление.

Светодиоди от типа чип (повърхностно монтиране)

Фигура 3: светодиоди от типа чип (повърхностно монтиране)

Светодиодите от тип чип (повърхностно монтиране) са модерно подобрение на LED технологията, направено да бъде прикрепено директно върху печатни платки (PCBs).Те са много по -малки и по -ефективни от традиционните светодиоди от типа лампи, което ги прави идеални за малки електронни устройства като смартфони, таблети и LED телевизори.

Основното предимство на светодиодите от тип чип е техният малък размер и ефективност.Тъй като са компактни, те могат да бъдат поставени близо до PCB.Това позволява създаването на сложни електронни дизайни, които правят много различни неща.Това близко разположение е много полезно за съвременните устройства, които трябва да работят добре в малко пространство.Светодиодите от тип чип също използват енергия по -добре.Те превръщат повече електричество в светлина с по -малко топлина, което ги кара да издържат по -дълго и използват по -малко мощност.Това е особено полезно в устройства, които работят на батерии, където спестяването на енергия е много важно.

Технологията на повърхностното монтиране (SMT), използвана за светодиоди от тип чипс, позволява на машините да ги поставят бързо и точно на платки.Това ускорява производствения процес и намалява производствените разходи.Също така, този метод гарантира, че светодиодите са поставени последователно и надеждно, което е важно за устройствата да работят правилно и да продължат дълго време.

И двата типа светодиоди работят на един и същ основен принцип: производство на светлина, когато електрически ток преминава през специален материал вътре в тях.Изборът между типа лампа и светодиодите от типа чип зависи от изискванията на проекта като размер, ефективност и лекота на интеграция.

Дължина на вълната и цвят

Цветът на светодиод се определя от материалите, използвани за приготвянето му, които излъчват различни цветове на светлината, когато електричеството тече през тях.Два основни фактора влияят на цвета на светодиода:

Дължина на вълната (λP)

Фигура 4: Графика, показваща пиковата дължина на вълната (λp) на LED

Дължината на вълната (λP) е дължината на вълната, при която светодиодът излъчва най -много светлина.Например, червен светодиод обикновено свети най -ярко при около 630 нанометра.Това означава, че светодиодът произвежда най -силната си червена светлина при тази дължина на вълната. Познаването на дължината на вълната на върха е много полезно за различни приложения.Той определя цвета и яркостта на LED светлина.За да намерим пиковата дължина на вълната, измерваме светлинния спектър на светодиода и намираме точката, в която светлината е най -интензивна.Например, в екрана технологията, точната дължина на вълната на върха помага да се произвеждат правилните цветове.При растителните светлини дължината на върха на вълната трябва да съответства на дължините на вълните, които растенията абсорбират най -добре, за да им помогнат да растат по -добре.

Дължината на върха на вълната също влияе върху начина, по който се правят светодиоди.Инженерите могат да променят материалите и дизайна на светодиода, за да получат желаната дължина на вълната на върха, което прави LED работата по -добра за конкретни приложения.Това включва избор на правилните полупроводникови материали, тъй като тези материали определят енергията и дължината на вълната на излъчваната светлина.

Доминираща дължина на вълната (λD)

Фигура 5: Диаграма, показваща доминиращата дължина на вълната (λD) на LED

Доминиращата дължина на вълната (λD) е основна идея при изучаването на цвета, особено когато разбирате как човешките очи виждат светлина от светодиоди и други източници на светлина.Доминиращата дължина на вълната е цветът, който хората виждат най -ясно, когато гледат източник на светлина, дори ако тази светлина е съставена от няколко различни цвята.Това измерване има значение, защото човешкото зрение съчетава тези множество цветове в един основен цвят, който възприемаме.Когато LED излъчва светлина, това обикновено го прави в редица цветове.Тези индивидуални цветове се смесват заедно, а доминиращата дължина на вълната е цветът, който се откроява най -много от човешкото око.Намирането на този цвят не винаги е лесно, защото зависи от специфичната смес и здравината на различните цветове.Този процес включва подробни изчисления, които отчитат колко чувствителни са човешките очи към различните части на светлинния спектър.

За да се намери доминиращата дължина на вълната, устройство, наречено спектрометър, се използва за изследване на светлината от светодиода.Събраните данни показват колко силна е светлината на всеки цвят.След това тази информация се начертава на диаграма на хроматичност, която е диаграма, която представлява цветове, базирани на човешкото зрение.Доминиращата дължина на вълната се намира чрез изтегляне на линия от централна бяла точка на диаграмата през координатите на източника на светлина и разширяването й до ръба на диаграмата.Точката, в която тази линия отговаря на ръба, е доминиращата дължина на вълната.

Познаването на доминиращата дължина на вълната е много полезно в полета, където е необходим прецизен цвят, като например в технологията на дисплея, дизайна на осветлението и всяка област, където е необходимо точно съвпадение на цветовете.Чрез контролиране на доминиращата дължина на вълната, производителите могат да създават светодиоди, които излъчват специфични цветове, подходящи за различни цели, като да помогнат на растенията да растат по -добре с определени светлинни цветове или да произвеждат ярки и реалистични цветове на екраните.

Създаване на бяла светлина с светодиоди

Фигура 6: Два метода за създаване на бяла светлина с светодиоди

Създаването на бяла светлина с светодиоди включва два основни метода, всеки със собствени предимства и употреби.

Един метод включва комбиниране на светодиоди от червени, зелени и сини (RGB).Чрез внимателно регулиране на интензивността на тези три основни цвята, те могат да бъдат смесени, за да създадат бяла светлина.Тази техника обикновено се използва в устройства, които се нуждаят от прецизно управление на цветовете и точното представяне на цветовете, като пълноцветни LED дисплеи и декоративно осветление.Въпреки че този метод предлага отличен контрол върху изхода на цвета, той е по -сложен и скъп в сравнение със синия светодиод с подход на жълт фосфор.Той изисква усъвършенствани контролни вериги и калибриране, за да се гарантира правилно цветовете се смесват, за да се получи бяла светлина.

Другият метод използва син LED, сдвоен с жълто фосфорно покритие.Когато синьото светодиод е включен, той възбужда жълтия фосфор, което го прави да излъчва жълта светлина.Комбинацията от останалата синя светлина и излъчената жълта светлина произвежда бяла светлина.Този метод е популярен, тъй като е прост и рентабилен, което го прави подходящ за широк спектър от осветителни приложения.Въпреки това, понякога може да доведе до бяла светлина с лек син или хладен нюанс, който може да не е идеален за всяка ситуация.

Всеки метод се избира въз основа на желания баланс между разходите, сложността и качеството на цвета.Методът RGB LED е избран за приложения, които изискват прецизна цветна настройка и висококачествен изход на светлината, докато синьото светодиод с метода на жълт фосфор често е предпочитан заради неговата простота и достъпност.

Ефективност на LED осветление

Светодиодите използват много по -малко енергия от традиционните крушки с нажежаема жичка, спестявайки до 90% от енергията.Те произвеждат светлина, като преминават електрически ток през малък чип, запалвайки малки източници на светлина, наречени светодиоди.За разлика от крушките с нажежаема жичка, които произвеждат светлина чрез нагряване на нишка, докато свети, светодиодите генерират светлина с много по -малко енергия.

Светодиодите имат части, наречени радиатори, които помагат да се справят с топлината, която правят.Тези радиатори поемат и разпространяват топлината, за да поддържат светодиодите да работят добре.Доброто управление на топлината кара светодиодите да издържат по -дълго и ги поддържа ярки.Ако топлината не се обработва добре, светодиодите могат да се износят по -бързо и да станат по -добри.Колко дълго продължават светодиодите и колко добре работят, зависят от това колко са добри и колко добре работят техните радиатори.

Живот и деградация

Продължителността на живота и разпадането са основните точки за разбиране на LED (светлинна излъчваща диода) изпълнение.За разлика от обикновените луковици, които обикновено изгарят внезапно, водещите бавно стават по -слаби с течение на времето.Този бавен процес на затъмняване се нарича амортизация на лумена.

Амортизацията на лумена се случва, защото материалите вътре в светодиода се износват, което го кара да произвежда по -малко светлина.Обикновено измерваме живота на светодиода до момента, в който яркостта му е спаднала до 70% от първоначалното му ниво.Например, ако светодиодът започне от 1000 лумена, неговият полезен живот се разглежда, когато яркостта му падне до 700 лумена.

Няколко неща могат да причинят амортизация на лумена в светодиоди, като температура, електрически стрес и качество на материалите, използвани за тях.Високите температури могат да ускорят носенето на LED части, което ги прави по -бързо.По подобен начин електрическото напрежение, като твърде много ток или напрежение, може да съкрати живота на светодиода, като причини допълнителни щети на вътрешните му части.

Качеството на материалите, използвани за извършване на светодиоди, също влияе значително колко дълго продължават.Светодиодите, направени с по -добри материали и методи на строителство, са склонни да издържат по -дълго и затъмняват по -бавно.От друга страна, светодиодите с по -ниско качество могат да заглушават по -бързо и да имат по -кратък полезен живот.

Амортизацията на лумена се случва, когато светодиодите губят яркост във времето.Това може да бъде причинено от няколко основни фактора:

• Прекомерната топлина може да повреди вътрешните части на светодиода.Топлинните мивки помагат да се управлява тази топлина, но ако не работят добре, LED части могат да се повредят.

• Високите електрически токове и напрежения могат да износят компонентите вътре в светодиода.Това износване може да направи LED по -малко ярко.

• Материалите, използвани в светодиодите, особено белите, могат да се влошат с течение на времето.Това разбиване на материали също води до загуба на яркост.

• Условията на околната среда като влага и прах могат да повлияят на светодиодите.Влагата може да доведе до ръжда или късо съединение на частите, а прахът може да блокира светлината или да пречи на работата на светодиода.

Приложения на светодиоди

Светодиодите или светлинните излъчващи диоди са променили осветителната индустрия много, защото са универсални и ефективни.Те могат да се използват по много начини, от обикновени крушки до вградени тела.Едно от основните предимства на светодиодите е техният малък размер, който позволява творчески и иновативен дизайн на осветление.Това прави светодиодите идеални както за подмяна на традиционните крушки, така и за вградени в персонализирани приспособления, осигурявайки дълготрайни и енергийно спестяващи решения за осветление.

В хибридни разтвори за осветление светодиодите се комбинират с традиционните дизайни на осветление.Тези системи често имат сменяеми LED части в рамките на специално проектирани тела, което улеснява поддържането и надграждането им.Тази комбинация отнема най -добрите части както на старите, така и от новите технологии за осветление, подобрявайки цялостното потребителско изживяване.

Светодиодите могат да се използват на много различни места, от домове до индустриални условия.Тяхната енергийна ефективност е голямо предимство, тъй като светодиодите използват по -малко енергия в сравнение с традиционните светлини.Това означава по -ниски сметки за енергия и по -малко въздействие върху околната среда.Също така светодиодите издържат по -дълго, така че не е необходимо да се сменят толкова често, спестявайки време и пари.

Термично управление в светодиоди

Фигура 7: Термично управление в светодиоди

Правилното управление на топлината е много полезно за това колко добре работят светодиодите и колко дълго продължават.Когато се използват светодиоди, те произвеждат топлина.Ако тази топлина не се управлява добре, тя може бързо да навреди на светодиодите, което ги прави по -малко ефективни и съкращава живота им.

Основна част от управлението на LED топлина е радиаторът.Топлинните мивки помагат чрез накисване и разпръскване на топлината далеч от връзката на LED чипа с платката, което я прави по -хладно.Колко добре работи радиаторът зависи много от това, от което е направен и неговия дизайн.

Материали като алуминий и мед често се използват за радиаторни мивки, защото те могат да преместят топлината ефективно.Също така, дизайнът на радиаторите обикновено включва функции като перки, които увеличават повърхността, която може да освободи топлина.Тази по -голяма повърхност помага на радиатора да разнесе топлината от светодиода, като поддържа LED охладителя и се уверява, че работи добре за дълго време.

Разлики между LED и традиционно осветление

Светодиодите предлагат няколко предимства пред традиционното осветление на нажежаемата и CFL (компактна флуоресцентна лампа), особено в посока на светлината и цветовия обхват:

• Посочено осветление: Светодиодите излъчват светлина в определена посока, идеални за целенасочени нужди от осветление като лампи за четене или прожектори.За разлика от тях, нажежаемите и CFL крушките излъчват светлина и топлина във всички посоки, често изискващи отражатели или нюанси да фокусират светлината, което води до разхищение на енергия.

• Опции за цвят: Светодиодите осигуряват широка гама от цветове, включително кехлибар, червено, зелено и синьо.Бялата светлина може да бъде създадена чрез смесване на различни цветни светодиоди (например червено, зелено и синьо) или използване на светодиоди, покрити с фосфор, които излъчват бяла светлина, когато синята или ултравиолетовата светлина преминава през фосфора.Тази широка цветова гама позволява на светодиодите да отговарят на различни нужди от осветление, от топло, уютно осветление до ярко, подобно на дневна светлина осветление.

Как работят светодиодите?

Фигура 8: Структура на светодиод

Светодиодите (светлинни излъчващи диоди) работят като диоди и излъчват светлина, когато са предубедени напред.В тази настройка отрицателната страна (катод) е свързана към отрицателния терминал на източник на енергия, а положителната страна (анод) е свързана към положителния терминал.Това подреждане позволява на електроните от N-региона да придобиват енергия и да се придвижат към P-региона.Когато тези електрони пресичат кръстовището и срещат дупки в P-региона, те освобождават енергията като светлина.

Цветът на светлината, която се излъчва LED зависи от използваните полупроводникови материали.Например, галиев арсенид произвежда инфрачервена светлина, докато галий фосфидът може да произвежда зелена или червена светлина.Тези различия в цвета идват от различните енергийни нива на материалите, които решават дължината на вълната на раздалената светлина.

Светодиод е изграден с оловна рамка, често наричана наковалня, която е свързана към катодния терминал.Тази рамка държи полупроводниковия материал.P-регионът на полупроводника е поставен близо до повърхността, за да се гарантира, че по-голяма светлина излиза от светодиода, вместо да бъде хваната в капан вътре.Този дизайн помага да се увеличи яркостта и ефективността на светодиода.

Заключение

Светодиодите имат много предимства пред традиционните светлини.Те използват по -малко енергия, продължават по -дълго и осигуряват по -добро качество на светлината.Светодиодите работят, като движат електрони през полупроводник, директно превръщайки електрическата енергия в светлина с много малко топлина.Те могат да произвеждат различни цветове въз основа на използваните материали, а различните дизайни на типа лампа и светодиодите от тип чип ги правят още по -полезни.Тъй като технологията се подобрява, светодиодите продължават да се подобряват, предлагайки повече ползи и се използват по повече начини.Разбирайки как работят светодиодите и техните ползи, ясно е защо те се превръщат в предпочитания избор за осветление в нашите домове, офиси и извън него.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Как работи LED дисплея?

LED дисплей работи, като използва много малки светлини, наречени светлинни диоди (светодиоди).Тези малки светлини светят в различни цветове, за да създадат снимки и текст.Електронните схеми контролират тези светлини, като ги включват и изключват бързо, за да покажат желаните изображения и модели.

2. За какви основни неща се използват светодиоди?

Светодиодите се използват главно за осветление и дисплеи.За осветление те предлагат ярка и енергийна спестяваща светлина за домове, улици и превозни средства.За дисплеи те се използват в екрани за телевизори, компютри и билбордове.

3. Какъв е принципът на LED и неговата работа?

Принципът на светодиод се основава на процес, наречен електролуминесценция.Когато електрически ток тече през материала на светодиода, той отделя светлина.Това се случва, защото електрическата енергия кара електроните да се комбинират с други частици, освобождавайки енергия като светлина.

4. Защо светодиодите са важни?

Светодиодите имат значение, защото спестяват енергия, продължават дълго време и са полезни за околната среда.Те използват по -малко електричество от традиционните светлини и имат много по -дълъг живот, така че не е необходимо да се подменят толкова често.

5. Какви са предимствата на светодиодите?

Предимствата на светодиодите включват използване на по -малко енергия, с по -дълъг живот, по -издръжлив, с по -малък размер и включване и изключване по -бързо.Те също така произвеждат по -малко топлина и се предлагат в много цветове, което ги прави полезни за различни цели.