I LED stanno rapidamente sostituendo le lampadine a incandescenza da quasi tutte le aree in cui le loro posizioni sembravano irremovibili. I vantaggi competitivi degli elementi a semiconduttore si sono rivelati convincenti: basso costo, lunga durata e, soprattutto, maggiore efficienza. Se per le lampade non supera il 5%, allora alcuni produttori di LED dichiarano la trasformazione in luce di almeno il 60% dell'elettricità consumata. La veridicità di queste affermazioni rimane nella coscienza dei marketer, ma il rapido sviluppo delle proprietà di consumo degli elementi semiconduttori è fuori dubbio.
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Cos'è un LED e come funziona
Il diodo a emissione di luce (LED, LED) è un convenzionale diodo a semiconduttore, realizzato sulla base di cristalli:
- arseniuro di gallio, fosfuro di indio o seleniuro di zinco - per emettitori della gamma ottica;
- nitruro di gallio - per dispositivi della sezione ultravioletta;
- solfuro di piombo - per elementi che emettono nella gamma degli infrarossi.
La scelta di questi materiali è dovuta al fatto che la giunzione p-n dei diodi realizzati da essi emette luce quando viene applicata una tensione diretta. Per i normali diodi al silicio o al germanio, questa proprietà è espressa in modo molto debole: praticamente non c'è bagliore.
L'emissione del LED non è correlata al grado di riscaldamento dell'elemento semiconduttore, è causata dal passaggio di elettroni da un livello di energia all'altro durante la ricombinazione dei portatori di carica (elettroni e lacune). La luce emessa di conseguenza è monocromatica.
Una caratteristica di tale radiazione è uno spettro molto stretto ed è difficile selezionare il colore desiderato con filtri luminosi. E alcuni colori del bagliore (bianco, blu) con questo principio di fabbricazione sono irraggiungibili. Pertanto, al momento, è diffusa una tecnologia in cui la superficie esterna del LED è ricoperta da un fosforo e il suo bagliore è attivato dalla radiazione di giunzione p-n (che può essere visibile o trovarsi nella gamma UV).
Dispositivo LED
Il LED era originariamente disposto allo stesso modo di un diodo convenzionale: una giunzione p-n e due uscite. Unica custodia in composto trasparente o in metallo con una finestra trasparente per osservare il bagliore. Ma hanno imparato a incorporare elementi aggiuntivi nel guscio del dispositivo. Per esempio, resistori - per accendere il LED nel circuito della tensione richiesta (12 V, 220 V) senza tubazioni esterne. Oppure un generatore con un divisore per creare elementi emettitori di luce lampeggiante. Inoltre, il case ha iniziato a essere coperto con un fosforo, che si illumina quando viene accesa la giunzione p-n: è così che è stato possibile espandere le capacità del LED.
La tendenza al passaggio agli elementi radio leadless non ha aggirato i LED. I dispositivi SMD stanno conquistando rapidamente il mercato dell'illuminazione, con vantaggi nella tecnologia di produzione. Tali elementi non hanno conclusioni. La giunzione P-n è montata su una base in ceramica, riempita con un composto e rivestita con un fosforo. La tensione viene applicata tramite piazzole di contatto.
Attualmente, i dispositivi di illuminazione hanno iniziato a essere dotati di LED realizzati utilizzando la tecnologia COB. La sua essenza è che diverse giunzioni p-n (da 2-3 a centinaia) sono montate su una piastra, collegate in una matrice. Dall'alto, tutto viene riposto in un unico case (o si forma un modulo SMD) e ricoperto di fosforo. Questa tecnologia ha grandi prospettive, ma è improbabile che sostituirà completamente altre versioni di SD.
Quali tipi di LED esistono e dove vengono utilizzati
I LED della gamma ottica sono utilizzati come elementi di visualizzazione e come dispositivi di illuminazione. Ogni specializzazione ha i suoi requisiti.
Indicatori LED
Il compito del LED indicatore è quello di mostrare lo stato del dispositivo (alimentazione, allarme, funzionamento del sensore, ecc.). In quest'area, sono ampiamente utilizzati LED con giunzione p-n bagliore. Non è vietato utilizzare dispositivi con un fosforo, ma non ha molto senso.Qui, la luminosità del bagliore non è al primo posto. La priorità è il contrasto e un ampio angolo di visione. I LED di uscita (true hole) vengono utilizzati sui quadri strumenti, i LED di uscita e gli SMD vengono utilizzati sulle schede.
Illuminazione a LED
Per l'illuminazione, invece, si utilizzano principalmente elementi con un fosforo. Ciò consente di ottenere un'emissione di luce sufficiente e colori vicini al naturale. I LED in uscita da quest'area sono praticamente spremuti dagli elementi SMD. I LED COB sono ampiamente utilizzati.
In una categoria a parte, possiamo distinguere i dispositivi progettati per trasmettere segnali nella gamma ottica o infrarossa. Ad esempio per telecomandi per elettrodomestici o per dispositivi di sicurezza. E gli elementi della gamma UV possono essere utilizzati per sorgenti ultraviolette compatte (rilevatori per valute, materiali biologici, ecc.).
Principali caratteristiche dei LED
Come ogni diodo, il LED ha caratteristiche generali di "diodo". Parametri limite, il cui eccesso porta al guasto del dispositivo:
- corrente diretta massima consentita;
- tensione diretta massima consentita;
- tensione inversa massima consentita.
Le restanti caratteristiche sono di uno specifico carattere "LED".
Colore brillante
Colore bagliore: questo parametro caratterizza i LED della gamma ottica. Negli apparecchi di illuminazione, nella maggior parte dei casi, bianchi con diversi temperatura della luce. Gli indicatori possono avere uno qualsiasi dei colori visibili.
Lunghezza d'onda
Questo parametro duplica in una certa misura il precedente, ma con due avvertimenti:
- i dispositivi nelle gamme IR e UV non hanno colore visibile, quindi per loro questa caratteristica è l'unica che caratterizza lo spettro di radiazione;
- questo parametro è più applicabile per i LED con emissione diretta - elementi con un fosforo emettono in una banda larga, quindi la loro lunghezza d'onda non può essere caratterizzata in modo univoco (che lunghezza d'onda può avere un colore bianco?).
Pertanto, la lunghezza d'onda dell'onda emessa è una cifra abbastanza informativa.
Consumo attuale
La corrente consumata è la corrente di esercizio alla quale la luminosità della radiazione è ottimale. Se viene leggermente superato, il dispositivo non si guasterà rapidamente e questa è la sua differenza dal massimo consentito. Anche ridurlo è indesiderabile: l'intensità della radiazione diminuirà.
Potenza
Consumo di energia: qui tutto è semplice. In corrente continua, è semplicemente il prodotto della corrente consumata e della tensione applicata. I produttori di tecnologia di illuminazione introducono confusione in questo concetto indicando in gran numero la potenza equivalente sulla confezione: la potenza di una lampada a incandescenza, il cui flusso luminoso è uguale al flusso di una determinata lampada.
Angolo solido visibile
L'apparente angolo solido è più facilmente rappresentato come un cono che emana dal centro della sorgente luminosa. Questo parametro è uguale all'angolo di apertura di questo cono. Per i LED di segnalazione, determina come l'allarme sarà visto dall'esterno. Per gli elementi di illuminazione, il flusso luminoso dipende da questo.
Massima intensità luminosa
L'intensità luminosa massima nelle caratteristiche tecniche del dispositivo è indicata in candele. Ma in pratica si è rivelato più conveniente operare con il concetto di flusso luminoso. Il flusso luminoso (in lumen) è uguale al prodotto dell'intensità luminosa (in candela) e dell'angolo solido apparente.Due LED con la stessa intensità luminosa danno un'illuminazione diversa a diverse angolazioni. Maggiore è l'angolo, maggiore è il flusso luminoso. Quindi è più conveniente per il calcolo dei sistemi di illuminazione.
Caduta di tensione
La caduta di tensione diretta è la tensione che scende attraverso il LED quando è acceso. Conoscendolo, si può calcolare la tensione necessaria, ad esempio, per aprire una catena in serie di elementi emettitori di luce.
Come scoprire per quale tensione è classificato un LED
Il modo più semplice per conoscere la tensione nominale di un LED è consultare la letteratura di riferimento. Ma se ti imbatti in un dispositivo di origine sconosciuta senza contrassegno, puoi collegarlo a una fonte di alimentazione regolabile e aumentare senza problemi la tensione da zero. Ad una certa tensione, il LED lampeggerà intensamente. Questa è la tensione di esercizio dell'elemento. Ci sono alcune cose da tenere a mente quando si esegue questo controllo:
- il dispositivo in prova può essere con un resistore integrato ed è progettato per una tensione sufficientemente alta (fino a 220 V) - non tutte le fonti di alimentazione hanno un tale intervallo di regolazione;
- La radiazione LED può trovarsi al di fuori della parte visibile dello spettro (UV o IR) - quindi il momento di accensione non può essere determinato visivamente (sebbene il bagliore di un dispositivo IR possa in alcuni casi essere visto attraverso la fotocamera di uno smartphone);
- è necessario collegare l'elemento a una fonte di tensione costante rispettando rigorosamente la polarità, altrimenti è facile disabilitare il LED con una tensione inversa che supera le capacità del dispositivo.
Se non si ha fiducia nel conoscere la piedinatura dell'elemento, è meglio aumentare la tensione a 3 ... 3,5 V, se il LED non si accende, togliere la tensione, cambiare il collegamento dei poli della sorgente e ripetere l'operazione procedura.
Come determinare la polarità di un LED
Esistono diversi metodi per determinare la polarità dei conduttori.
- Per gli elementi leadless (compreso il COB), la polarità della tensione di alimentazione è indicata direttamente sulla custodia, tramite simboli o maree sul guscio.
- Poiché il LED ha una giunzione p-n regolare, può essere chiamato con un multimetro in modalità test diodi. Alcuni tester hanno una tensione di misura sufficiente per accendere il LED. Quindi la correttezza della connessione può essere controllata visivamente dal bagliore dell'elemento.
- Alcuni dispositivi prodotti da CCCP in una custodia di metallo avevano una chiave (sporgenza) nell'area del catodo.
- Per gli elementi di uscita, l'uscita del catodo è più lunga. Su questa base è possibile determinare la piedinatura solo per elementi non saldati. I cavi LED usati sono accorciati e piegati per il montaggio in qualsiasi modo.
- Infine, scopri la posizione anodo e catodo forse lo stesso metodo utilizzato per determinare la tensione del LED. Il bagliore sarà possibile solo quando l'elemento è acceso correttamente: il catodo al meno della sorgente, l'anodo al più.
Lo sviluppo tecnologico non si ferma. Fino a pochi decenni fa, il LED era un giocattolo costoso per esperimenti di laboratorio. Ora è difficile immaginare la vita senza di lui. Cosa accadrà dopo, il tempo lo dirà.
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