Úvod do LED
LED nebo Light Emitting Diode je jednoduchá přechodová dioda PN , vyrobený z materiálu s větší energetickou bariérou. Když je dodáváno LED spojení, elektrony se pohybují z valenčního pásma do vodivého pásma. Když elektron ztratí energii a spadne zpět do původního stavu, je emitován foton. Toto emitované světlo je ve frekvenčním pásmu viditelného frekvenčního rozsahu světla.
VEDENÝ
Tato jednoduchá dioda vyzařuje světlo, když je její p-n přechod předpjatý napětím tak nízkým, jako je 1 volt. Většina LED diod pracuje mezi 1,5 volty a 2 volty, ale vysoce jasné typy, zejména bílé, modré a růžové diody, vyžadují pro maximální jas 3 volty. Proud procházející LED by měl být omezen na 20 - 30 miliampérů, jinak bude zařízení spáleno. Bílé a modré LED diody mohou tolerovat proud až 40 miliampérů.
Světelná dioda - LED
LED má polovodičový čip vyrobený ze sloučeniny gália, která má vlastnost emise fotonů vlivem proudu. Čip je připojen k dvěma svorkám pro zajištění napájecího napětí. Celá sestava je zapouzdřena v epoxidovém pouzdře s vyčnívajícími terminály. Dlouhý vodič LED je kladný, zatímco krátký vodič záporný. Původně byl polovodičem použitým v LED dioda gallium arsenid fosfát (GaAsP), zatímco gallium aluminium aeresnid (GaAlAs) se dnes používá dny ve vysoce jasných LED diodách. Modré a bílé LED diody používají Nitium Gallium Nitride (InGaN), zatímco vícebarevné LED diody používají k výrobě různých barev různé kombinace materiálů. Bílá LED obsahuje modrý čip s bílým anorganickým fosforem. Když modré světlo zasáhne fosfor, bude vyzařováno bílé světlo.
LED diody vyzařují světlo na základě elektroluminiscence. Polovodičový materiál v LED má oblasti typu P i N. Oblast p nese kladný náboj, který se nazývá Díry, zatímco oblast N uvolňuje elektrony. Materiál emitující fotony je vložen mezi P a N vrstvu. Když je aplikován rozdíl potenciálů mezi P a N vrstvami, elektrony z N vrstvy se pohybují směrem k aktivnímu materiálu a kombinují se s otvory. Tím se uvolňuje energie ve formě světla z aktivního materiálu. Na základě typu aktivního materiálu budou vyrobeny různé barvy.
8 typů LED diod a materiál v nich použitý
1. Arsenid hlinitý galium - infračervená LED
2. Arsenid hlinitý galium, fosfid galium arsenid, fosfid galium - červená LED
3. Fosfid hlinitý a galium, nitrid galia - zelená LED
4. Aluminium Gallium Phosphide, Gallium Arsenide Phosphide, Gallium Phosphide - Yellow LED
5. Fosfid india a hliníku galium - oranžová LED
6. Nitrid india gália, karbid křemíku, safír, selenid zinečnatý - modrá LED
7. Nitrid galium na bázi nitridu galia - bílá LED
8. Nitrid gália india, nitrid hliníku gália - ultrafialová LED
8 parametrů LED
1. Světelný tok - Jedná se o množství energie z LED a měří se v lumenech (lm) nebo Milli lumenech (mlm)
2. Světelná intenzita - Jedná se o světelný tok pokrývající plochu a měří se pomocí Candela (cd). Jas LED závisí na intenzitě světla.
3. Světelná účinnost - Udává světlo ve vztahu k použitému napětí. Jeho jednotka je lumen na watt (lm w).
4. Dopředné napětí (Vf) - jedná se o pokles napětí na LED. Pohybuje se od 1,8 V v červené LED do 2,2 V v zelené a žluté LED. V modré a bílé LED je to 3,2 voltu.
5. Dopředný proud (If) - Je to maximální proud povolený prostřednictvím LED. Pohybuje se od 10 mA do 20 mA v běžné LED, zatímco 20 mA až 40 mA v bílé a modré LED. Vysoce jasné 1W LED diody vyžadují proud 100 - 350 milli ampérů.
6. Pozorovací úhel - nazývá se také úhel mimo osu. Je to pokles světelné intenzity na hodnotu poloviční osy. Výsledkem je plný jas v plném stavu. Vysoce jasné LED diody LED mají úzký pozorovací úhel, takže světlo bude zaostřeno do paprsku.
7. Úroveň energie - Úroveň energie ve světelném výstupu závisí na aplikovaném napětí a náboji v elektronech polovodiče. Úroveň energie je E = qV, kde q je náboj v elektronech a V je aplikované napětí. q je typicky -1,6 × 1019 Joule.
8. Příkon LED - Je to dopředné napětí vynásobené dopředným proudem. Pokud LED proudí nadměrný proud, sníží se jeho životnost. K omezení proudu přes LED se tedy používá sériový rezistor, obvykle 470 ohmů až 1K.
LED rezistor lze zvolit pomocí vzorce Vs - Vf / If. Kde Vs je vstupní napětí, Vf je dopředné napětí LED a If je dopředný proud LED.
Potřeba napájení střídavým proudem pro řízení LED
U aplikací s nízkým výkonem, například v mobilních telefonech, je možné použít stejnosměrné napájení pro LED. U aplikací velkého rozsahu, jako jsou semafory využívající LED, je však ve skutečnosti nepohodlné používat DC. Důvodem je, že jak se zvyšuje vzdálenost, přenos stejnosměrného proudu přispívá k dalším ztrátám, a také je poměrně levné používat zařízení pro převod DC-DC. Ve výsledku je vhodnější použít střídavé napájení pro špičkové aplikace, jako je rozsvícení velkého počtu LED.
Kondenzátor jako omezovač střídavého napětí
Kondenzátor má vlastnost bránit se změně aplikovaného napětí tím, že odebírá nebo dodává proud z obvodu, jak se nabíjejí nebo vybíjejí. Proud přes kondenzátor je uveden jako
I = CdV / dt
Kde C je kapacita, dV / dt označuje změnu napětí. I je náboj mezi deskami za jednotku času nebo proud.
Proud přes kondenzátor je reakcí proti změně napětí. Proto je pro vysoké okamžité napětí proud nulový. Jinými slovy, napětí zaostává za proudem o 90 stupňů. Díky této vlastnosti je kondenzátor použitelný jako reduktor napětí pro napájení střídavým proudem. To však závisí na kapacitní hodnotě a frekvenci. Čím vyšší je frekvence a kapacita, tím menší je reaktance.
Aplikace zahrnující použití střídavého proudu k řízení LED
LED nebo světlo emitující diody lze ovládat přímo ze síťového napájení jednoduše kombinací kondenzátoru a rezistoru. Hlavní napájecí zdroj střídavého proudu 220 V se pomocí transformátoru převádí na nízkonapěťové střídavé napětí. Kondenzátor se používá jako omezovač napětí, kde jako rezistor je omezovač proudu. Diody s vysokým PIV (1000 V) se používají k ochraně LED před vysokým napětím.
Normálně je pokles napětí na bílé LED asi 1,5V. LED diody jsou zapojeny ve dvou sériově paralelních kombinacích. Pokud je v každé kombinaci použito 12 LED, pokles napětí v kombinaci LED je kolem 30V. Rezistor funguje jako omezovač proudu a poskytuje pokles napětí přibližně 30V. Díky kombinaci kondenzátoru a rezistoru je tedy možné řídit řadu LED diod. Hodnota odporu závisí na počtu použitých LED diod. Vzhledem k tomu, že hodnota LED je 15 mA, bude proud skrz každou LED 15 mA a celkový proud skrz dvě sady LED kombinace bude 30 mA, což způsobí pokles napětí o 30 V na 1k rezistoru.
Doufám, že máte představu o konceptu LED napájeného ze sítě, pokud se na toto téma něco zeptá nebo o koncepci elektrických a elektronických projektů, nechte níže v komentáři.
