Светодиодная лампа устройство и принцип работы. Светодиодная лампа: устройство, принцип работы, виды и характеристики — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроена светодиодная лампа и как она работает. Какие бывают виды светодиодных ламп. Каковы основные технические характеристики LED-ламп. Каковы преимущества и недостатки светодиодных ламп. Как правильно выбрать светодиодную лампу.

Содержание

Устройство светодиодной лампы

Светодиодная лампа имеет следующую конструкцию:

Цоколь для подключения к патрону
Корпус, обычно из пластика или алюминия
Драйвер (преобразователь напряжения)
Печатная плата со светодиодами
Радиатор для отвода тепла
Рассеиватель света (колба)

Ключевым элементом являются светодиоды — полупроводниковые приборы, излучающие свет при прохождении через них электрического тока. Драйвер преобразует переменное напряжение сети в постоянный ток нужных параметров для питания светодиодов.

Принцип работы светодиодной лампы

Принцип работы светодиодной лампы заключается в следующем:

Переменное напряжение 220В поступает на драйвер
Драйвер преобразует его в постоянный ток с нужными параметрами

Ток подается на светодиоды
В полупроводниковых кристаллах светодиодов происходит электролюминесценция — преобразование электрической энергии в световую
Излучаемый свет рассеивается через колбу

Таким образом, светодиоды генерируют световой поток при минимальных затратах электроэнергии.

Виды светодиодных ламп

Светодиодные лампы различаются по следующим параметрам:

По форме колбы:

Грушевидные (A60) — классическая форма
Свечеобразные (C35, C37)
Шарообразные (G45, G95)
Рефлекторные (R50, R63)
Трубчатые (T8)

По типу цоколя:

E27 — стандартный большой цоколь
E14 — миньон
GU10 — штырьковый
G13 — для люминесцентных ламп

По цветовой температуре:

Теплый белый (2700-3000К)
Нейтральный белый (4000-4500К)

Холодный белый (6000-6500К)

По мощности:

Маломощные (до 10 Вт)
Средней мощности (10-20 Вт)
Мощные (более 20 Вт)

Выбор конкретного вида зависит от назначения и места установки лампы.

Технические характеристики светодиодных ламп

Основные технические параметры LED-ламп:

Мощность (Вт) — потребляемая электрическая мощность
Световой поток (лм) — количество излучаемого света
Световая отдача (лм/Вт) — эффективность преобразования электроэнергии в свет
Цветовая температура (К) — оттенок белого света
Индекс цветопередачи (CRI) — качество передачи цветов
Угол рассеивания (°) — ширина светового пучка
Срок службы (часов) — время работы до снижения светового потока на 30%

Чем выше световая отдача и индекс цветопередачи, тем качественнее и эффективнее лампа.

Преимущества и недостатки светодиодных ламп

Преимущества LED-ламп:

Высокая энергоэффективность (до 150 лм/Вт)
Длительный срок службы (до 50000 часов)
Отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения
Мгновенное включение на полную яркость
Широкий диапазон цветовых температур
Компактные размеры
Экологичность (отсутствие ртути и других вредных веществ)

Недостатки светодиодных ламп:

Относительно высокая стоимость
Чувствительность к перегреву
Возможное мерцание при использовании некачественных драйверов
Необходимость использования специальных диммеров

Однако преимущества светодиодных ламп значительно перевешивают их недостатки.

Как правильно выбрать светодиодную лампу

При выборе LED-лампы следует учитывать:

Тип цоколя — должен соответствовать патрону
Мощность и световой поток — для замены ламп накаливания
Цветовую температуру — теплый свет для жилых помещений, холодный для офисов

Индекс цветопередачи — не менее 80 для комфортного освещения
Угол рассеивания — широкий для общего освещения, узкий для акцентного
Качество изготовления — от проверенных производителей
Наличие сертификатов качества и безопасности

Обращайте внимание на соотношение цены и характеристик. Слишком дешевые лампы часто имеют низкое качество и малый срок службы.

Область применения светодиодных ламп

Благодаря своим преимуществам, светодиодные лампы широко применяются:

В бытовом освещении квартир и домов
В офисном и промышленном освещении
В уличном и архитектурном освещении
В декоративной подсветке
В автомобильных фарах и сигнальных огнях
В экранах и дисплеях
В медицинском оборудовании

Область применения LED-технологий постоянно расширяется по мере совершенствования светодиодов и снижения их стоимости.

Часто задаваемые вопросы о светодиодных лампах

Почему перегорают светодиодные лампочки?

Основные причины преждевременного выхода из строя LED-ламп:

Перегрев из-за плохого теплоотвода
Некачественный драйвер
Скачки напряжения в электросети
Использование в закрытых светильниках без вентиляции
Частое включение/выключение

Для увеличения срока службы выбирайте качественные лампы от проверенных производителей и обеспечивайте им нормальные условия эксплуатации.

Можно ли использовать светодиодные лампы с диммером?

Не все LED-лампы совместимы с диммерами. Для регулировки яркости нужны специальные диммируемые модели. Обычные светодиодные лампы при подключении к диммеру могут мерцать или выйти из строя. Перед покупкой убедитесь, что на упаковке указана совместимость с диммерами.

Вредно ли светодиодное освещение для глаз?

Качественные светодиодные лампы не вредны для зрения при правильном использовании. Они не излучают ультрафиолет и инфракрасные лучи. Однако слишком яркий и холодный свет может вызывать дискомфорт. Выбирайте лампы с комфортной цветовой температурой (2700-4000К) и не используйте слишком мощные источники света.

устройство, принцип работы, виды, характеристики

Среди владельцев частных домов, дач и квартир все чаще и чаще в обиходе используется светодиодная лампа. Это самые новые виды осветительных приборов, которые привнесли принципиально новые варианты эксплуатации электрооборудования. Они относятся к категории энергосберегающих лампочек, но помимо этого обладают и другими весомыми преимуществами. Далее мы более детально разберемся в устройстве и принципах работы светодиодных ламп.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться в принципиальных отличиях светодиодной лампы, как электрического оборудования, в сравнении с другими приборами, следует детально рассмотреть ее конструктивные особенности и назначение каждого из элементов.

Рис. 1. Конструкция светодиодной лампы

Конструктивно led лампочка состоит из:

Светодиодов – в старых моделях присутствовал только один кристалл, излучавший свет, однако эта технология имела ряд сложностей, поэтому современные модели включают несколько единиц или целую матрицу.
Колбы или рассеивателя – может изготавливаться из стекла или полимера. Предназначен для боле плавного перераспределения светового потока от точечных источников в окружающее пространство.

Стабилизатора тока или драйвера – предназначен для преобразования поступающей на контакты диодной лампочки электрической величины, не зависимо от уровня напряжения и мощности, в строго установленную величину электротока.
Цоколя – предназначен для соединения светодиодных ламп с электрической сетью. Чаще всего используются стандартные цоколя E и G, реже бывают другие конструкции.

Дополнительно лампа содержит полимерный или металлический корпус. Однако в led светильниках может быть встроенная матрица, и она монтируется в светодиодный прожектор напрямую.

Принцип действия светодиодной лампы заключается в такой последовательности передачи электрической энергии:

При помещении электролампы в патрон и подаче на нее переменного напряжения сети светодиодный источник получает питание.

Рисунок 2. Принцип действия светодиодной лампы

Как видите на рисунке 2, переменное напряжение сети в светодиодной лампе изначально поступает на выпрямительный мост, где преобразуется в выпрямленное. Конденсатор, установленный после моста дополнительно сглаживает пульсации.
Выпрямленное напряжение переходит далее от выпрямительного устройства на микроконтроллер, контролирующий величину вырабатываемого электротока.
Затем питание поступает на импульсный трансформатор, который и выдает электрическое напряжение непосредственно к источнику освещения.
При достижении нужного уровня электротока происходит свечение светодиодов.

В данном примере приведен принцип действия и конструкция светодиодной лампы с гальванической развязкой. Это более дорогой, но и более надежный способ предохранить человека от поражения электротоком. На практике случаются и более дешевые светодиодные лампы, их продукция использует более дешевые платы драйвера или способы преобразования, которые не обеспечивают должного уровня безопасности и продолжительности эксплуатации.

Виды

На сегодняшний день производители светодиодных ламп предоставляют потребителям довольно широкий выбор разнообразных моделей, призванных удовлетворить потребности даже самых требовательных покупателей. Поэтому выделяют несколько параметров, по которым и различают виды светодиодных ламп:

тип цоколя;
форма колбы и самой лампы;
напряжение питания;
тип светодиодов и способ их размещения;
световое излучение – мощность и теплота.

У светодиодных ламп часто встречается цоколь для патронов E27 – стандартный вариант, используемый в люстрах для освещения помещения и т.д. Также часто встречаются модели E14 с диаметром цоколя 14мм, их еще называют миньонами. В некоторых вариантах встречаются штырьковые цоколи G13, G5, GU10, MR – это варианты под современные софиты и специализированные плафоны в люстрах.

Рис. 3. Типы цоколей

Значительно реже встречаются светодиодные лампочки с цоколем B или H, как специализированные варианты для узкопрофильного оборудования.

Если рассматривать вопрос о форме, то можно выделить такие виды:

грушеобразная – классический вариант, может использовать как матовый рассеиватель, так и прозрачную колбу, в некоторых моделях совмещается полупрозрачный и непрозрачный корпус;
грибовидная – используется в точечных светильниках, так как поверхность, излучающая световой поток сравнивается с корпусом софита;
кукуруза – длинная модель с цилиндрическим расположением светодоидов, прекрасно подходит для горизонтального расположения в плафонах, прожекторах уличного освещения и т.д.;
свеча – декоративная светодиодная лампа, устанавливаемая в настольные лампы, ночники или подсветки.

Как частные варианты вы можете встретить и другие формы, однако здесь мы рассмотрели наиболее популярные из них.

Рис. 4. Форма светодиодных ламп

По напряжению питания светодиодные лампы подразделяются на те, которые подключаются к бытовой сети 220В, и те, которым требуется низкое напряжение постоянного тока – 24В, 12В.

В зависимости от типа светодиодов, выделяют лампочки с монокристаллическими панелями, где обеспечивается точечное освещение за счет единственного кристалла. Но такие варианты сегодня редко встречаются, чаще используются 8 – 10 и более небольших кристаллов, которые могут отличаться габаритами для разных моделей. Особенно хорошо их видно на светодиодных лентах или лампах с прозрачным стеклом. Но некоторые энергосберегающие технологии используют светодиодные нити в газовой смеси.

Рис. 5. По типу светодиодов

Яркость свечения определяется мощностью светодиодной лампы, чем выше мощность, тем более ярко она будет светить. Для бытовых помещений подойдут модели от 3 до 10Вт, производственным потребуется уже около 20Вт, в уличные светильники устанавливают от 30 до 100Вт. Температуру свечения можно выбрать любую, в зависимости от поставленных задач – от теплой до холодной.

Температура свечения

Преимущества и недостатки

Как мы уже отмечали ранее, такой тип осветительных приборов стал популярным за счет значительных преимуществ перед их ближайшими конкурентами. К преимуществам светодиодных ламп относят:

Продолжительный срок эксплуатации – от 10 до 100 тысяч часов, в сравнении с лампочкой накаливания, которая может обеспечить только 1 тысячу часов.
Куда более эффективная светоотдача – от 90 до 120Лм/Вт, лампы накаливания могут похвастаться лишь 5 – 8Лм/Вт, а люминесцентные светильники 25 – 50Лм/Вт.
Обладает широкой гаммой цветовых температур, что делает их использование комфортным для любых помещений и нужд, а RGB светодиодные ленты могут выдавать несколько вариантов цвета свечения.
Не боятся разгерметизации и нарушения целостности колбы, в отличии от устройств с нитью накаливания, галогенных ламп и других газосодержащих, будет с тем же успехом светить даже без наружного рассеивателя.
Широкий диапазон рабочих температур – светодиодные аналоги не теряют своих характеристик в промежутке от – 60 до + 60°С.
Устойчивы к незначительным отклонениям рабочего напряжения от номинального значения.
Не выделяют вредных веществ, в отличии от люминесцентных ламп, которые содержат ртуть.

К недостаткам светодиодных ламп следует отнести их относительно высокую себестоимость, но она с лихвой окупается рабочими параметрами и сроком эксплуатации. Также существуют ситуации, когда лампочки накаливания нельзя или нецелесообразно менять на светодиодные модели.

Технические характеристики

Перед выбором конкретного осветительного устройства необходимо определиться с его основными параметрами. Из всего многообразия, которое вам следует учитывать, мы выделим:

Мощность – определяет, сколько электрической энергии будет потребляться из сети при работе прибора. Показатель мощности важен как в части расчета за потребленную электроэнергию, так и в части количества получаемого света.
Спектр излучения – теплый в пределах 2700 – 3300 К, дневной от 3500 до 6000К, холодный – от 6000К. Этот параметр указывается на упаковке светодиодной лампы.
Коэффициент цветопередачи – на изделии маркируется буквами CRI или Ra. Показатель 100 является максимальным – это уровень естественного дневного света, чуть хуже – от 100 до 90 для рабочих зон, лабораторий и т.д. В пределах 90 – 80 обычные жилые помещения, менее 80 подойдут для коридоров, подвалов и некоторых складов.
Угол рассеивания и тип потока – могут характеризоваться направленным световым потоком или рассеянным.
Уровень светоотдачи – определяет эффективность каждого ватта переработанной электроэнергии по отношению к выработанному световому потоку.

Область применения

Если еще десять – двадцать лет тому назад светодиодные лампы были настоящей диковинкой, то сегодня они стали полноправными фаворитами рынка. Их можно встретить в самых различных сферах человеческой деятельности:

В освещении открытых территорий, площадок, парков;
Для освещения бытовых и производственных помещений;
Создания декоративной подсветки и украшения, как помещений, так и элементов ландшафта;
В пожароопасных зонах и особо влажных помещениях;
В автомобилях и механизации транспортных средств;
Для работы устройств сигнализации, телемеханики и управления.

Но и этот список не является окончательным, за счет развития и совершенствования технологий, светодиодные лампы продолжают расширять область применения.

FAQ

Почему перегорают светодиодные лампочки в ванной и на кухне? Включил свет на кухне. Небольшой хлопок и перегорела светодиодная лампочка. Заменил — работает. На второй день включаю в ванной, хлопок перегорела и там, заменил — не горит. Проверил индикаторной отверткой, в выключателе горит индикатор, а в патроне в ванной нет. Выключатель двухклавишный в ванную и на кухню. Помогите, пожалуйста, советом.
Подскажите по поводу нынешнего положения с освещением, – в патроне, где индикаторная отвертка показала отсутствие напряжения теперь лампочка не светиться даже после замены? Если это так, то налицо неисправности в электрической цепи на участке от выключателя непосредственно до самой лампы.
В перечень неисправностей следует отнести жилы кабеля, которые могли перегореть, в результате чего образовался разрыв в цепи, распределительная коробка, место подключения электропроводки к люстре, патрон. В любом из этих случаев причиной является плохой контакт, который создает “экстремальные условия” для светодиодов и приводит к их преждевременному перегоранию.
Если же контакт не нарушен и новая лампа нормально горит, возможны и другие причины:
– Превышение номинального напряжения – если лампа рассчитана максимум на 230 В, а в электрической цепи присутствует 245 В, то срок службы сократится.
– Не соответствует мощность лампы и условия эксплуатации по нагреву. Эта причина проявляется при монтаже в закрытый плафон, где лампочка перегревается, в случае использования некачественного радиатора.
– Низкое качество ламп – многие производители обеспечивают доступную цену за счет экономии на комплектующих элементах. В результате используется слабый драйвер, выдающий пульсирующий ток или устанавливаются самые дешевые светодиоды.
– При использовании выключателя с подсветкой, причиной может быть постоянное мерцание осветительного оборудования из-за шунтирования цепи контактов.
– Если светодиодные лампы питаются от пониженного напряжения, то проблемы могут быть и в блоке питания.

как работает, из чего состоит

На чтение 9 мин Просмотров 152 Опубликовано 12.06.2020 Обновлено 02.05.2021

Содержание

Принцип работы светодиодных ламп
Какие светодиоды используются
Как устроены такие лампы
Схема светодиодного драйвера
Виды сборки
Схема сборки конструкции
Низкокачественные китайские лампочки
Фирменные светодиодные лампы
Советы по выбору и подключению

Благодаря устройству светодиодной лампы на 220 вольт она потребляет значительно меньше энергии, чем лампа накаливания и прослужит в несколько раз дольше. На LED-лампу при покупке можно получить гарантию, поэтому не стоит спешить выкидывать чек и упаковку.

Светодиодная лампочка спроектирована так, чтобы на выходе напряжение с помощью драйвера понижалось до требуемых показателей. Обычно они не превышают 2-4 Вольта. Единственный недостаток этих устройств – цена. Но стоимость лампы окупается благодаря сроку службы.

Принцип работы светодиодных ламп

Несмотря на разный внешний вид светодиодных ламп, принцип работы у них общий. Ток подаётся через диоды, количество которых бывает разным в зависимости от мощности осветительного прибора. Цветовой спектр задаётся специальным составом, которым покрывается каждый кристалл.

Принцип работы лампочки LED.

LED-лампа это полупроводниковый элемент, преобразующий ток питания в свет. Для нужных показателей рассеивания и защиты диодов делается специальная колба (защитное рассеивающее стекло). Внешне изделие напоминает обычную лампу накаливания.

Какие светодиоды используются

Один из главных элементов, который входит в состав светодиодной лампы, это диод. Им называют полупроводниковый кристалл, состоящий из нескольких слоёв. Именно он служит для преображения подаваемого на лампу электричества в свет. Производят диод на основе чипа — кристалла с площадкой, к которой подключены проводники.

Чтобы получить белое свечение, чип необходимо покрыть желтым люминофором. При смешивании синего и желтого цвета образуется белый. Существует 4 типа светодиодов:

COB. При такой технологии производства чип монтируют в плату. Контакт получает надёжную защиту от окисления и чрезмерного нагрева. Также это положительно отражается на характеристиках свечения. Если такой чип выйдет из строя, отремонтировать схему нельзя. Это единственный недостаток технологии;
DIP. Схема состоит из кристалла, двух присоединённых проводников, линза расположена сверху. Такие осветительные приборы в большинстве случаев используют в качестве подсветки на рекламных табло и световых украшениях;
Диод SMD. Устанавливается на плоских поверхностях, что позволяет изготовить устройства разных форм. Отличается улучшенными характеристиками теплоотвода. Такие лампы можно использовать для любых источников света;
«Пиранья». Конструкция похожа на схему DIP. Но здесь имеются 4 вывода, что обеспечивает улучшение отвода образующегося тепла и делает технологию более надёжной. Широкое распространение «пиранья» получила в автомобильной промышленности.

Светодиод вида «пиранья» в прозрачном корпусе.

Как устроены такие лампы

В составе классической светодиодной лампочки присутствуют:

цоколь и несущий корпус;
блок питания;
рассеивающая линза из пластика;
драйвер;
чипы;
радиатор для отвода тепла;
печатная плата.

Конструкция светодиодной лампы.

Форма может быть стандартной, то есть округлой или цилиндрической. Для системы общего пользования рекомендуется выбирать светильники, чья цветовая температура находится на уровне 2700 К, 3500 К. В градации спектра допустимы любые значения. Подобные изделия часто используют, чтобы подчеркнуть элементы интерьера или рекламными агентствами, чтобы подсветить баннер.

Схема светодиодного драйвера

На рисунке ниже изображена упрощённая схема драйвера, который используется в лампах 220 В.

Схема драйвера.

Схема подразумевает использование только основных деталей. Здесь имеются 2 резистора – R1 и R2. К ним по встречно-параллельному принципу подключены диоды HL1 и HL2. Такое устройство обеспечивает схеме защиту от обратного выброса напряжения. При включении сигнал, поступающий на лампу, возрастает до 100 Гц. Напряжение 220 В подаётся через С1 (ограничительный конденсатор). Отсюда оно поступает на выпрямительный мост и чипы.

Виды сборки

Существует 2 основных разновидности сборки светодиодных ламп на 220 вольт:

с диодным мостом. В схему включены 4 диода. Мост трансформирует поступающий ток в пульсирующий. Проходя по чипам, синусоидальные волны изменяются, что провоцирует потерю полярности. В процессе сборки перед мостом к выходу нужно подключить конденсатор. Перед клеммой (минусовой) – сопротивление 100 Ом. Чтобы сгладить возможные перепады, ещё один конденсатор монтируют за мостом;
с резисторным сопротивлением. Сборка доступна даже неопытным мастерам. Для работы следует подготовить 2 резистора, а также цепочки с одинаковым количеством чипов, установленных последовательно с учетом полярности. Со стороны первого резистора полоса присоединяется катодом, второго – анодом. Светильник будет иметь мягкий свет за счет поочередного включения чипов. Такие устройства часто используются в качестве настольных ламп.

Схема сборки конструкции

Как будет работать светодиодная лампа напрямую зависит от производителя и цены изделия. Отличия можно заметить, если снять рассеиватель. В первую очередь стоит обратить внимание на качество пайки чипов, а также соединительных проводов. Дешевые лампочки служат меньше, чем качественные и дорогие.

Низкокачественные китайские лампочки

Приобретая лампочку не более чем за 3 доллара, не стоит рассчитывать на симметричное расположение светодиодов на плате. Это говорит о том, что пайка выполнялась вручную и на скорую руку, а провода подбирались с минимальным сечением. Надёжного драйвера здесь также не будет. Вместо него реализована бестрансформаторная схема с выпрямителем и конденсатором.

Схема китайской лампочки.

Если приходится проводить диагностику и после ремонтировать лампы подобного типа, следует обязательно придерживаться особой техники безопасности. Каждый элемент, который является составляющей одной цепи, может находиться под напряжением, опасным для человека. Если случайно дотронутся до одной из токоведущих частей, можно получить удар током. То же самое может произойти, если щуп мультиметра случайно соскользнёт и спровоцирует короткое замыкание.

Фирменные светодиодные лампы

Дорогие и качественные лампочки имеют приятный внешний вид, но это далеко не все преимущества. Качество элементной базы будет значительно выше, чем у китайского аналога, приобретённого по низкой цене. Установленный драйвер отличается сложным устройством. Один из способов его сборки подразумевает установку импульсного трансформатора, а также преобразователя тока, который в дальнейшем стабилизирует полученную нагрузку.

Качественная лампа LED.

Трансформатор может не устанавливаться. Основная нагрузка будет направлена на микросхему, стабилизирующую входное напряжение, которая:

имеет систему отрицательной обратной связи;
возможность диммирования;
поддерживает ток с заданной шириной импульса.

Схема без трансформатора.

Выбирая качественную светодиодную лампочку на 220 В с токовым драйвером, покупатель получает защищенное от помех и скачков в сети устройство, которое соответствует характеристикам, указанным в паспорте. Установленный здесь радиатор обеспечит быстрый теплоотвод. Эта лампочка будет служить более чем в 5 раз дольше дешевой китайской.

Советы по выбору и подключению

Выбирая светодиодную лампочку стоит учитывать не только мощность, но и вырабатываемый световой поток. Характеристики можно найти на упаковке. К примеру, лампа мощностью 60 Вт излучает поток 800 Лм, а на 100 Вт – 1600 Лм. Также рекомендуется учесть следующее:

цвет освещения. Перед покупкой определитесь, какая лампа нужна, с теплым или холодным оттенком. Лампочка накаливания имеет характеристики 2700-2800 К (теплые тона). Свечение с показателями 4000 К имеет белый цвет. Для дома рекомендуется подбирать теплые тона, так как они подчеркнут домашний уют;
частота включения и выключения. Частое включение может повлиять на срок службы лампочки. Она может перегореть из-за некачественной электронной схемы. Светодиодную лампу не стоит устанавливать в комнаты, в которых свет будет часто включаться и выключаться. Например, если нужна лампочка для санузла, стоит приобрести дорогую модель, так как дешевый аналог перегорит достаточно быстро;
совместимость с диммером. Диммер – это регулятор интенсивности света. Далеко не все лампы совместимы с этим устройством.

Температура свечения LED-лампочки.

Перед покупкой лампочки её нужно внимательно осмотреть и проверить на наличие видимых дефектов. Обратите внимание не радиатор, он не должен быть наборным. От этого зависит срок службы изделия. Если он будет покрыт термопластиком, это лучший из вариантов. В момент включения лампа не должна мерцать. Если глазу это незаметно, на неё следует посмотреть через камеру телефона. Мерцающую лампочку покупать не стоит.

Принцип работы светодиода — Инженерные знания

Здравствуйте, ребята, надеюсь, у вас все хорошо. В сегодняшнем уроке мы рассмотрим принцип работы светодиода . Полная форма светодиода — это светоизлучающий диод. Это диод, излучающий свет при подаче входного питания. Это полупроводниковые приборы и, как и другие диоды, имеют PN-переход. Свет, излучаемый диодом, зависит от энергии, необходимой для ширины запрещенной зоны полупроводникового материала. Для излучения белого света используется более одного слоя полупроводникового материала и может использоваться люминофор. Это время использовалось для общих целей в 1962, но их интенсивность света была меньше и они излучали инфракрасный свет.

Светодиоды, излучающие инфракрасный свет, используемые в схемах дистанционного управления, таких как пульт ЖК-дисплея и т. д. Используемые в настоящее время светодиоды излучают свет в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазоне длин волн. Старые типы светодиодов использовались в различных лампах накаливания небольшого размера, индикаторных лампах и 7-сегментных дисплеях. В настоящее время светодиоды, производящие свет высокой интенсивности, используются в зданиях и помещениях для освещения. У светодиодов есть многочисленные преимущества перед лампами накаливания, такие как меньшее энергопотребление, более длительный срок службы, меньшие габариты и т. д. Диоды используются в светофорах, камерах, различных медицинских инструментах. В сегодняшнем посте мы подробно рассмотрим его работу, приложения и некоторые другие связанные параметры. Итак, начнем с Принцип работы светодиода.

Принцип работы светодиода

LED обозначает светоизлучающий диод, и на рисунке ниже вы можете увидеть символ светодиода.
Работа светодиода очень проста, когда светодиод находится в условиях прямого смещения, электроны, находящиеся на стороне N диода, пересекают PN-переход и входят в область P, объединяются с дырками, существующими в этой области, и излучают свет.

Как мы обсуждали в учебнике об атоме, существуют две основные энергетические зоны: первая — это зона проводимости с большим количеством электронов, в данном случае это N-область.
Второй — это валентная зона, представляющая собой P-область диода и имеющая отверстия. Поэтому, когда электроны перемещаются из зоны высокой проводимости в валентную зону или соединяются с дырками, высвобождается энергия в виде света.
Тип излучаемого света зависит от типа запрещенной зоны и других связанных параметров.
Большая видимая область на одном листе полупроводникового вещества позволяет испускать фотоны в виде видимого света.
Эта процедура известна как электролюминесценция и описана на рисунке ниже.
Для поддержания длины волны излучаемого света в процессе добавляются многочисленные материалы. Цвет видимого света зависит от излучаемой длины волны.
Есть некоторые светоизлучающие диоды, которые излучают свет, который не встречается в спектре видимого света, но его длина волны больше и выходит в инфракрасной области спектра.

Полупроводниковые материалы для светодиодов

В старых светодиодах использовался GaAs, испускающий невидимое инфракрасное излучение.
Для производства видимого первого светодиода, излучающего видимый свет, используется галлий, фосфид арсенида (GaAsP) на подложке GaAs.
Для увеличения яркости этого светодиода в качестве подложки использован фосфид галлия (GaP), в результате чего были созданы красные светодиоды большой интенсивности и светодиоды оранжевого цвета.
Для получения бледно-зеленого света для излучения света использовался GaP.
Для излучения желтого света в светодиодах использовались чипы красного и зеленого цвета.
Впервые сверхяркие красные, желтые, зеленые и светоизлучающие диоды были созданы с использованием фосфида арсенида галлия-алюминия.

В начале 1990-х годов были созданы сверхъяркие светодиоды с использованием InGaAlP, излучающие оранжевый, красный и зеленый цвета света.

Смещение светодиода

Напряжение, необходимое для прямого смещения светодиода, больше, чем у диода, изготовленного из силикона.
Нормальное прямое смещение напряжения для светодиода составляет от 1,2 до 3,2 вольт в зависимости от используемого материала.
Напряжение для обратного смещения светодиода меньше, чем у диода, используемого для цепей выпрямителя, обычно от 3 до 10 вольт.
Излучаемый свет зависит от тока, используемого для прямого смещения светодиода. Вы можете видеть на схеме, обозначенной как (а).

График на рисунке показывает, что излучаемый свет прямо пропорционален току, необходимому для прямого смещения диода.
Приращение I _F увеличивает свет, излучаемый светодиодом.
Интенсивность света также зависит от температуры. На рисунке видно, что интенсивность жизни уменьшается с увеличением температуры.

Световое излучение светодиода

Светодиод, излучающий свет в определенном диапазоне длин волн, как показано на рисунке через спектральную кривую.
Кривая на графике (a) объясняет соотношение излучаемого света с длиной волны соответствующих видимых светодиодов.
График (b) для инфракрасного светодиода. Используемая единица длины волны (нм).
Стандартные пики излучения видимого красного светодиода составляют 660 (нм), пиковая длина волны желтого — 590 нм, зеленого — 540 нанометров и синего — 460 нанометров. Инфракрасный светодиод находится на 490 нм.

На рисунке ниже показана диаграмма направленности светодиодов малого размера.
Свет, излучаемый светодиодами, имеет направления, в отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп.
Диаграмма испускаемого излучения находится под углом 90 градусов к поверхности, из которой исходит излучение.
Это может быть очень за счет использования линзы, изменения формы излучающей поверхности и использования диффузионных пленок в заданном направлении.
Указанная диаграмма направленности имеет множество преимуществ для различных приложений, таких как сигнал светофора, где свет должен быть виден только определенным водителям.
На рисунке обозначено как (а) показан шаблон для светодиода в прямом направлении.
Используется в индикации панелей.

На рисунке, обозначенном как (b) показан шаблон для более широкого угла обзора, который используется во многих сверхъярких светодиодах.
С помощью этих двух шаблонов можно создать множество шаблонов длин волн светодиода.

Малогабаритный светодиод, используемый в различных индикаторах, показан на рисунке ниже. С небольшими светодиодами, используемыми в индикаторах, светодиоды большого размера используются для целей освещения из-за их большой эффективности и долговечности.
Обычный светодиод может излучать от пятидесяти до шестидесяти люменов на ватт, что почти в пять раз больше, чем у обычной лампы накаливания.
Различные конфигурации светодиодов показаны на рисунке ниже.

Спецификация светодиода

Спецификация инфракрасного светодиода TSMF1000 показана на рисунке ниже. Вы можете видеть, что значение максимального напряжения для обратного смещения составляет всего пять вольт, предельный ток для прямого смещения составляет сто миллиампер, а падение напряжения для прямого смещения составляет почти 1,3 вольта при значении тока прямого смещения в двадцать миллиампер.
На графике, обозначенном как (c), , вы можете заметить, что пиковая выходная мощность для этого диода приходится на длину волны 870 нм, а его диаграмма направленности показана на рисунке, обозначенном (d).

Применение светодиодов

Семисегментный дисплей

Обычные светоизлучающие диоды используются в различных индикаторных лампах на различных устройствах, от бытовых приборов до приборов, используемых в исследовательских целях.
Обычное устройство, в котором используется светодиод, представляет собой 7-сегментный дисплей. Расположение светодиодов для 10 десятичных цифр показано на рисунке ниже.
Путем прямого смещения определенной комбинации светодиодов мы можем получить каждую десятичную цифру и десятичную точку.
На соответствующем рисунке 2 показана схема конфигурации светодиодов первой категории с общим анодом и второй категории с общим катодом.

Обычно светодиоды, излучающие инфракрасное излучение, используются для телевизоров, DVD, доводчиков и т. д.
Инфракрасный луч передается через ИК-светодиод и обнаруживается приемником, установленным в телевизоре.

Например, для каждой кнопки пульта ДУ телевизора есть специальный код,
При нажатии любой кнопки пульта ДУ для смены канала вырабатывается специальный электрический кодированный сигнал, который передается на светодиод, который трансформируется в кодированный ИК световой сигнал.

Приемник, установленный в телевизоре, считывает сигнал кода и выполняет соответствующую задачу, которую вы отправляете на телевизор либо для изменения канала, либо для уровня громкости.
Эта особая конструкция используется для подсчета бейсбольных мячей, когда они по желобу подаются в коробку для доставки.
Когда каждый мяч движется по желобу, инфракрасный луч, испускаемый светодиодом, искажается.
Это воспринимается фотодиодом, и результирующее изменение тока обнаруживается схемой восприятия.
Электронная схема подсчитывает каждый раз, когда ИК-луч нарушается, определенное количество шаров проходит через желоб, срабатывает техника остановки, чтобы остановить движение шаров до тех пор, пока следующий незаполненный ящик не будет самопроизвольно перемещаться на место на конвейере.
Этот метод используется для подсчета и контроля упаковки многих других типов вещей.

Светодиоды высокой интенсивности

Светодиоды, которые генерируют большую мощность, чем обычные светодиоды, используются во многих приложениях, таких как светофоры, автомобильные фонари, внутреннее и наружное освещение, рекламные вывески и т. д.

Светодиоды в светофорах

Лампы накаливания в светофорах заменены на светодиоды. Светодиоды небольшого размера используются в виде матрицы для получения красного, зеленого и желтого света.
У светодиодов есть 2 преимущества перед лампами накаливания. Во-первых, светодиоды ярче, срок службы больше и потребляет меньше энергии почти на 90 процентов меньше, чем лампы накаливания.
собраны в массивы с линзами, которые усиливают и направляют излучаемый свет.
На рисунке ниже показана работа светофорной решетки с использованием красного светодиода
Для пояснения показана сравнительно меньшая плотность светодиодов.
Количество светодиодов и расстояние между ними при использовании в светофорах зависит от диаметра блока, категории линз, цвета и интенсивности излучаемого света.
При использовании подходящей плотности светодиодов и линз восьми- или двенадцатидюймовый светофор будет выглядеть как однотонная сфера.
В массиве светофоров используется параллельное и последовательное сочетание светодиодов. Комбинация последовательностей какое-то время не использовалась, так как если один светодиод поврежден или выключен, все остальные будут выключены.
Обладая преимуществом параллельной комбинации, у него есть недостаток, заключающийся в том, что требуется сопротивление, что делает его дорогостоящим.
Чтобы свести к минимуму использование ограничительных сопротивлений, используется последовательное и параллельное сочетание светодиодов, как показано на рисунке ниже.

Для максимального эффекта излучаемого света некоторые линзы светофоров имеют отражатели небольшого размера.
Оптическая линза также используется для покрытия передней стороны массива, чтобы обеспечить правильное направление света, излучаемого диодом. Эта линза также сводит к минимуму нежелательную дисперсию света.
На приведенном ниже рисунке показано использование линзы для правильного направления света на наблюдателя.

Определенное расположение схем светодиодов зависит от приложенного напряжения и цвета светодиода.
Для получения разных цветов светодиодов предусмотрено различное значение напряжения. Для красного светодиода требуется меньшее напряжение, и если мы перейдем от красного к синему цвету в спектре, необходимое напряжение для цветов увеличится.
Обычно для красного светодиода требуется два вольта, для синего светодиода требуется три-четыре вольта.
Обычно для светодиодов требуется от двадцати миллиампер до тридцати миллиампер тока, независимо от их желаемого напряжения.
На рисунке ниже показана общая кривая характеристик V-I для красного, желтого, зеленого и синего цветов.

Светодиодные дисплеи

В наружных и внутренних вывесках, досках объявлений и больших телевизорах используются светодиоды. Эти вывески могут иметь один или несколько цветов или полноцветные.
Полноцветные экраны имеют небольшие группы высокоинтенсивных зеленых, красных и синих светоизлучающих дидо, образующих пиксели.
Обычный экран состоит из тысяч красных, зеленых и синих пикселей или пикселей цвета RGB.
Сине-зеленый и красный являются основными цветами при слиянии друг с другом в разной концентрации, чем можно использовать для получения любого цвета, существующего в видимом диапазоне.
На рисунке ниже показан основной пиксель, созданный с использованием 3-х светодиодов.

Светоотдача от каждого из 3 диодов может быть изменена автономно путем изменения количества прямого тока.

принцип действия, конструктивные особенности

Освещение играет важную роль в жизни человека. Он может быть основным, акцентным, декоративным. Для создания подсветки используются различные источники света. Самыми современными, надежными и качественными приборами являются светодиодные лампы. Они имеют множество преимуществ перед классическими источниками света. Однако конструкция светодиодной лампочки сложнее.

Содержание

Принцип действия
Преимущества светодиодных ламп
Устройство светодиодных источников
Фирменная продукция
Продукция низкого качества
Устройства накаливания
Способы сборки
Рекомендации по проверке лампы при покупке

Принцип работы

Основой светодиода является кристалл два материала с разной проводимостью.

Светодиодные лампы
Принцип работы светодиодной лампы заключается в следующем: при подаче электрического тока происходит перенос частиц из одного полупроводника в другой, что сопровождается созданием частицы света — фотона. Оба полупроводника могут пропускать ток только в одном направлении, поэтому при подключении важна полярность. Во время подачи тока происходят и другие процессы. Часть энергии расходуется на выработку тепла.

Светодиоды изготавливаются из разных материалов, поэтому их спектр, сила потока, яркость также различаются. В настоящее время светодиоды перекрывают практически весь диапазон излучения.
Принцип работы светодиодной лампы
Светодиоды используются в самых разных областях: для создания освещения в доме, на производстве, в офисных помещениях. С их помощью производится рекламное, художественное и архитектурное освещение. Светодиоды можно найти в уличных фонарях.
Преимущества светодиодных ламп
Современные источники света должны быть экономичными, эффективными и безопасными. Этим характеристикам полностью соответствуют светодиоды. Для работы светоизлучающих диодов требуется небольшое количество энергии, но они обеспечивают яркое освещение с минимальным выделением тепла. Светодиодные источники света обладают пониженной чувствительностью к скачкам напряжения и имеют большое количество циклов включения и выключения. При подаче напряжения загораются сразу, времени на прогрев не требуется. Светодиоды для осветительных ламп выгодно отличаются от других источников света своим долгим сроком службы – до 50 000 часов.
Безопасность светодиодов заключается в отсутствии в них вредных компонентов. В колбе нет паров ртути и смеси инертных газов, поэтому они не требуют особых условий утилизации. Также светодиоды выполнены в прочном качественном корпусе. Приборы имеют низкий коэффициент пульсаций, поэтому безопасны для здоровья человека.

В продаже имеется широкий ассортимент светодиодных ламп. Они отличаются своими характеристиками, размерами, цветовой температурой, конструктивными особенностями. Светодиодные лампы изготавливаются разной формы – свеча, цилиндр, трубка и другие.
Недостатком, ограничивающим широкое применение светодиодных приборов, является высокая стоимость.
Устройство светодиодных источников
Конструкция светодиодной лампы
Общая конструкция ламп идентична, возможны небольшие отличия. Они сложнее с технической точки зрения, чем лампы накаливания. Чтобы узнать, из чего сделана лампочка, нужно ее разобрать, в то время как в классическом источнике света с нитью накала можно осмотреть внутренности через стеклянную колбу.
Из чего состоит светодиодная лампа:
Led. В светильнике установлены один или несколько светодиодов. Они отличаются мощностью, цветом свечения, размерами. Количество диодов в матрице может быть разным, рассчитанным на производстве для обеспечения оптимального уровня освещенности. Диоды припаиваются к алюминиевой или текстолитовой плате различных размеров и форм. Группы соединены друг с другом последовательно.
Водитель. Он используется для преобразования сетевого напряжения в значение, необходимое для работы светодиодов. Схемы драйверов бывают разные, чаще всего используются трансформаторные. По конструкции различают открытые и закрытые, которые устанавливаются непосредственно в корпус светильника. Дешевые китайские продукты часто содержат некачественные драйверы, которые малоэффективны и могут нанести вред здоровью.
Цоколь. На смену лампам накаливания пришли светодиодные лампы, поэтому устанавливать их следует точно так же. Выпускаются устройства со стандартными цоколями Е27 и Е14.
Корпус. Колба изготавливается из пластика или стекла. Полной герметичности не требуется, так как в составе нет вредных ртутных паров и газов.
Радиатор. Так как при работе выделяется определенное количество тепла, его необходимо отводить, чтобы не было перегрева. Алюминиевая пластина снижает негативное воздействие температуры, но этого может быть недостаточно. Поэтому дорогие качественные лампочки дополнительно комплектуются радиаторами.
Ассортимент продукции с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три категории — брендовые, низкокачественные и филаментные.
Фирменная продукция
Бренд Led Lamp
В устройство светодиодной лампы производства известной фирмы обязательно входят:
Рассеиватель полусферический. Может быть изготовлен из пластика или стекла.
Алюминиевая печатная плата с теплопроводной пастой.
Набор фишек.
Водитель. Состоит из импульсного трансформатора, микросхем, полярных конденсаторов, планарных элементов. Также является соединительным элементом между цоколем/цоколем и радиатором.
Основание плинтуса из полиэтилентерефталата.
Плинтус с резьбой необходимого диаметра, из никелированной латуни.
Качественное устройство должно иметь радиатор. Он объемный и окрашен белым полимером. Увеличивает массу и габариты лампочки, но является необходимым элементом для стабильной работы.
Продукция низкого качества
Китайская светодиодная лампа в разобранном виде
Неизвестные устройства обычно имеют низкую стоимость. Это связано с использованием некачественных материалов и отсутствием важных деталей — радиатора и драйвера. Вместо драйвера используется обычный блок питания, расположенный рядом со светодиодами. Роль радиатора играет корпус, в котором сделаны отверстия. Этот метод малоэффективен, поэтому дешевые лампочки быстро выходят из строя.
Плата крепится к корпусу с помощью специальной защелки. Основание и плата соединяются пайкой. Такое соединение не может обеспечить высокую надежность и длительную работу светодиодов.
Устройства накаливания
Светодиодная лампа накаливания
Внешне лампа накаливания выглядит как лампа накаливания. Его важной отличительной особенностью является то, что не требуется дополнительного отвода тепла. Эта светодиодная лампа состоит из нити накала и колбы.
Работает на светодиодных нитях. Их количество подбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне — такая конструкция называется нитью накала. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтого цвета. Тепло отводится через колбу со смесью газов внутри.
К недостаткам лампы накаливания можно отнести высокий коэффициент пульсаций. Частое моргание негативно влияет на зрение и психику человека, поэтому ведутся работы по модернизации конструкции светильника. Качественный драйвер должен входить в пластиковую кольцеобразную вставку между колбой и цоколем.
Методы сборки
Светодиодные лампы можно разделить на несколько категорий в зависимости от способа их сборки:
Dip (двойной рядный корпус). Это самая старая и простая конструкция. Представляет собой светодиод, расположенный в защитном цилиндрическом корпусе с двумя и более выводами. Они ярко светят, отличаются широкой цветовой гаммой и низким нагревом. Бывают одноцветные и разноцветные.
Светодиоды Piranha
Piranha. Эти устройства имеют высокий световой поток. Они прямоугольные с 4 выводами. По сравнению с предыдущими, пиранья прочно установлена на доске. Имеет свинцовую основу, повышающую теплопроводность. Работает в широком диапазоне температур.
для поверхностного монтажа. Это светодиоды мощностью 0,01 – 0,2 Вт, характеризующиеся наличием нескольких кристаллов на одной керамической подложке. Корпус покрыт люминофором. К недостаткам можно отнести невозможность ремонта. При выходе из строя хотя бы одного светодиода в группе придется менять всю плату.
КОБ. Одна из самых надежных технологий изготовления диодов. Полупроводниковый кристалл смонтирован на плате без корпуса и подложки и покрыт люминофором. Они характеризуются большой мощностью и небольшой площадью свечения.
Наиболее распространенной технологией является COB.
Рекомендации по проверке лампы при покупке
Радиаторы светодиодной лампы
При покупке светотехнического изделия его следует визуально осмотреть в магазине. Корпус должен быть без царапин и вмятин. Вы должны убедиться, что у вас есть радиатор. Он может быть монолитным или наборным.