Что такое ламповая схемотехника и почему она до сих пор актуальна. Как работают электронные лампы. Какие бывают типы ламповых схем. Какие преимущества и недостатки у ламповой техники. Как собрать простой ламповый усилитель своими руками. На что обратить внимание при проектировании ламповых устройств.
Что такое ламповая схемотехника и почему она до сих пор актуальна
Ламповая схемотехника — это раздел электроники, изучающий принципы построения электронных устройств на основе электронных ламп. Несмотря на то, что транзисторы и микросхемы практически вытеснили лампы из большинства областей применения, ламповая техника до сих пор находит свое применение в некоторых сферах:
- Высококачественная аудиотехника (усилители, предусилители)
- Гитарные усилители
- Медицинское оборудование
- Мощные радиопередатчики
- Некоторые измерительные приборы
Почему же лампы до сих пор используются, несмотря на их недостатки? Дело в том, что ламповые устройства обладают рядом уникальных свойств, которые сложно или невозможно реализовать на транзисторах:
- Мягкое, «теплое» звучание в аудиотехнике
- Устойчивость к перегрузкам
- Простота схемотехники
- Высокая линейность характеристик
Принцип работы электронной лампы
Как работает электронная лампа? В основе ее функционирования лежит явление термоэлектронной эмиссии — испускание электронов нагретым металлом. Простейшая лампа — диод — состоит из двух электродов:
- Катод — нагреваемый электрод, испускающий электроны
- Анод — электрод, на который попадают электроны
При подаче положительного напряжения на анод относительно катода, между ними возникает электрический ток. Добавление управляющей сетки между катодом и анодом позволяет управлять этим током, что лежит в основе работы усилительных ламп.
Основные типы электронных ламп
Какие бывают типы электронных ламп? Наиболее распространены следующие виды:
- Диоды — простейшие лампы с двумя электродами
- Триоды — лампы с тремя электродами (катод, сетка, анод)
- Тетроды — четырехэлектродные лампы с дополнительной экранирующей сеткой
- Пентоды — пятиэлектродные лампы с тремя сетками
Каждый тип имеет свои особенности и области применения. Например, триоды обладают высокой линейностью и часто используются в аудиотехнике, а пентоды имеют высокий коэффициент усиления и применяются в радиопередатчиках.
Преимущества и недостатки ламповой техники
Ламповая схемотехника имеет ряд преимуществ по сравнению с транзисторной:
- Высокая линейность характеристик
- Устойчивость к перегрузкам
- Простота схемотехнических решений
- Уникальное «теплое» звучание в аудиотехнике
Однако у ламп есть и существенные недостатки:
- Большие габариты и вес
- Высокое энергопотребление
- Необходимость высоких напряжений питания
- Ограниченный срок службы
- Высокая стоимость
Именно эти недостатки привели к почти полному вытеснению ламп транзисторами в большинстве областей применения.
Основные схемотехнические решения в ламповой технике
Какие основные схемотехнические решения используются в ламповой технике? Рассмотрим наиболее распространенные:
- Каскады усиления напряжения (на триодах или пентодах)
- Фазоинверторы для раскачки двухтактных выходных каскадов
- Двухтактные выходные каскады (push-pull)
- Однотактные выходные каскады (single-ended)
- Катодные повторители для согласования высокоомных и низкоомных цепей
Каждая из этих схем имеет свои особенности и области применения. Например, однотактные выходные каскады обеспечивают высокую линейность, но имеют низкий КПД, а двухтактные позволяют получить большую выходную мощность.
Как собрать простой ламповый усилитель своими руками
Для начинающих радиолюбителей сборка лампового усилителя может стать отличным способом познакомиться с ламповой схемотехникой на практике. Рассмотрим основные этапы создания простого лампового усилителя:
- Выбор схемы (например, однотактный усилитель на триоде)
- Подбор компонентов (лампы, трансформаторы, резисторы, конденсаторы)
- Изготовление печатной платы или монтаж навесным способом
- Сборка блока питания (высоковольтного и накального)
- Монтаж компонентов
- Настройка и регулировка режимов работы ламп
При работе с ламповой техникой необходимо соблюдать технику безопасности из-за высоких напряжений! Начинающим рекомендуется начинать с простых проектов под руководством опытных радиолюбителей.
На что обратить внимание при проектировании ламповых устройств
При разработке ламповых устройств необходимо учитывать ряд важных факторов:
- Высокие напряжения питания (сотни вольт)
- Необходимость согласования высокоомных ламповых каскадов с низкоомной нагрузкой
- Выбор оптимальных режимов работы ламп
- Обеспечение стабильности параметров при нагреве
- Борьба с наводками и фоном переменного тока
Грамотный учет этих особенностей позволяет создавать качественные и надежные ламповые устройства.
Перспективы развития ламповой схемотехники
Какие перспективы у ламповой схемотехники в современном мире? Несмотря на почти полное вытеснение из массовой электроники, ламповая техника продолжает развиваться в некоторых нишевых областях:
- Высококачественная аудиотехника премиум-класса
- Профессиональные музыкальные усилители
- Специализированное медицинское и измерительное оборудование
- Мощные радиопередатчики
Развитие идет по пути совершенствования конструкции ламп, применения новых материалов, оптимизации схемотехнических решений. Вполне возможно, что уникальные свойства ламп еще долго будут востребованы в отдельных областях техники.
Ламповая схемотехника для начинающих
Switch to English sign up. Phone or email. Search posts Code pinned post 25 Sep at am. Как разобраться в Computer Science самостоятельно Существует два типа программистов: те, кто владеют компьютерными науками достаточно хорошо, чтобы совершать инновации, и те, кто вроде как что-то могут благодаря знанию пары-тройки высокоуровневых инструментов.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- С. Гаврилов: Искусство ламповой схемотехники
С. Гаврилов: Искусство ламповой схемотехники - Аналоговая схемотехника
- Радиоэлектроника / Ламповый усилитель своими руками.
Элементная база XXI века
- Ламповые УНЧ. Секреты схемотехники
- Искусство схемотехники, Просто о сложном, Гаврилов С.А., 2011
- Искусство схемотехники, Просто о сложном, Гаврилов С.А., 2011
- Схемотехника: 59 книг — скачать в fb2, txt на андроид или читать онлайн
- Практика схемотехники. Для начинающих?
Элементная база XXI векаПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Уроки для начинающих радиолюбителей Часть1
С. Гаврилов: Искусство ламповой схемотехники
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация.
Самостоятельное изучение схемотехники Электроника для начинающих Я решил написать ряд статей, которые должны помочь разобраться самостоятельно в предмете схемотехники. Первая часть вводная, в ней рассказывается об основных дисциплинах, которые стоит изучить для понимания принципов конструктирования и построения электрических схем. Если эта статья вам понравится, тема будет развиваться, внимание будет фокусироваться на нюансах и примерах.
Для старта в обучении требуется изучить три основные дисциплины : 1. Основы электротехники 2. Теоретические основы электроники 3. Теория автоматов Все на так страшно, как кажется на первый взгляд. Первый пункт необходим для понимания принципов работы с электричеством В этом предмете изучаются основы расчета электрических схем.
Второй пункт — то же самое, что и первый, но более углубленный. Здесь будут рассматриваться частные примеры основных электронных устройств, через их электрические схемы. Третий пункт — это очень важная дисциплина, которая рассматривает электрические схемы с точки зрения их логики работы.
Эта дисциплина является вводной частью в курс схемотехники и рассматривает основные логические элементы, принципы построения принципиальных схем, процессы происходящие в схемах и многое другое. Как изучать эти дисциплины?
Изучать их стоит по ВУЗовским учебникам, совмещаяя друг с другом. Уже после нескольких недель вы сможете сами разрабатывать простые логические схемы и понимать работу более сложных. Конечно, не стоит забывать и про практику, на нее нужно делать особый упор. Решайте задачи, изучайте электрические и принципиальные схемы.
Какие книги понадобятся в процессе обучения? Для изучения электротехники и электроники пойдет любой учебник для высших учебных заведений. Как пример А. Карпова Программное обеспечение : В ходе обучения весьма пригодяться программы такие как Electronic Workbench Старая программа для построения принципиальных электрических схем.
Для обучения вполне пойдет демо версия с ограниченным количеством допустимых элементов на листе. Программу можно использовать как для изучения курса теории автоматов, так и для проверки задач по электротехнике.
P-CAD Будет использоваться на завершающих этапах обучения для разводки элементов по печатной плате. На этом вводная часть заканчивается.
Если данная тема будет интересна хабраюзерам, я продолжу писать статьи на эту тему. Удачи вам в самообразовании. Источник бесперебойного питания на источнике бесперебойной подачи информации Читайте на Хабре.
Читают сейчас. Новое решение парадокса Ферми почему мы одиноки во Вселенной 34,6k Поделиться публикацией. Похожие публикации. PHP-программист для проекта. Медиабайер для онлайн-сервисов. Instapromo Studio Можно удаленно. Директор по маркетингу для продвижения SMM курса.
Все вакансии. Конечно интересно! НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь. P-Cad на первых порах будет сложноват, ведь вы не собираетесь учить проектировать сложные многослойные платы? А для построения несложных плат подойдёт бесплтаная программа SprintLayot для которой есть огромное количество библиотек, в том числе и с россискими элементами и старыми микросхемами.
Я ещё KiCAD-ом пользуюсь, по-моему он достаточно прост для освоения. Eagle Cad из той же оперы — бесплатный и кроссплатформенный. Disasm 13 апреля в 0. PCAD не рекомендую, он живет сейчас лишь за счет того, что куча специалистов уже его знают, а переучиваться конечно же не хотят.
Лучше Altium Designer. Впрочем, разобраться не помешает и с тем, и с другим — там все относительно понятно. Причем даже не обязательно паять самому. Можно взять какой нибудь простой DeveloperKit например с ПЛИС — может быть даже поначалу рисовать схемы в каком нибудь Altera Quartus — компилируешь, прошиваешь, пробуешь.
Не работает — меняешь схему, компилируешь, пробуешь. И так далее. Самый простой developerkit можно даже самому сделать — есть описания на marsohod.
Menjoy 13 апреля в 0. Тема будет интересна многим, как в сопровождение учебе, так и для саморазвития другим хабраюзерам. Особенно интересна тема разводки печатных плат : Принципы и т. Похожая ситуация, курс ТОЭ абсолютно не запомнился, ибо лекции писались в диком темпе и в основном одни формулы, ни о какой логике в схемотехнике и речи не было.
ТОЭ и логические схемы не особо связаны, о цифровой схемотехнике вам должны рассказать на старших курсах. Ага, понятно. Так или иначе, но некоторые вопросы в ТОЭ для меня до сих пор являются открытыми :.
А по теме статьи — очень буду ждать продолжения. Avart 13 апреля в 0. Я учился по лекциям, а этот учебник у нас шел, как сопроводительный. Думаю, что он имеет место быть. Хороший учебник. Один из немногих, которые я прочел от корки до корки. От себя порекомендую книгу: У.
Титце, К. Старая, но написана очень понятно. Касаемо P-CAD — он разве еще поддерживается? Лучше сразу его использовать, так как он современнее и главное его трасировщик поддерживает многослойные платы для пикада тогда была найдена самосборка с этим трассировщиком. Danov 13 апреля в 0. В прошлом веке и сам по нему учился и студентов учил. Но для сегодняшнего дня, пожалуй, в нем много места уделено аналоговым схемам и очень мало цифровым.
Но книжка очень нравилась. В отличие от других рекомендованных вузом учебников там был минимум формул и максимум практики.
Все очень понятно, доступно. Со слов моих преподавателей, программу расширили, но основа осталась та же и переход с п-када на него достаточно прост. Думаю, что в учебных целях — он самое то.
Это не так. Альтиум — это продолжение линейки protel dxp. P-CAD к нему не имеет отношения. Еще М. А мне кажется, что не стоит советовать новичкам такие вещи, как Бессонов. ИМХО там слишком много теории, через которую будет очень сложно продираться, особенно начинающему.
Основы вполне можно изучить по статьям в интернете, большинство из которых позволяют сделать что-то полезное сразу после прочтения. Я и сам сейчас увлекаюсь электроникой, и могу точно сказать, что из двухсеместрового курса ТОЭ в универе сейчас помню и применяю на практике только базовые вещи, которые можно изучить всего за пару вечеров за кружкой чая по грамотным статьям. Во-первых, есть отличный ресурс — www. Там полно статей по электронике и есть форум, где всегда можно что-то спросить : В частности, вот серия статей для совсем начинающих: radiokot.
Там тоже есть раздел для начинающих. Если брать именно 8-битные контроллеры от Atmel, то есть довольно неплохой туториал: www. А вообще по авркам есть мега-комьюнити www.
Книжки по контроллерам по крайней мере, наши я бы читать не советовал, так как они в большинстве своём тупо копипастят даташит. Lockdog 13 апреля в 0. Fedotov 13 апреля в 0. Классная тема. Автор, развивайте!
С. Гаврилов: Искусство ламповой схемотехники
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Самостоятельное изучение схемотехники Электроника для начинающих Я решил написать ряд статей, которые должны помочь разобраться самостоятельно в предмете схемотехники. Первая часть вводная, в ней рассказывается об основных дисциплинах, которые стоит изучить для понимания принципов конструктирования и построения электрических схем. Если эта статья вам понравится, тема будет развиваться, внимание будет фокусироваться на нюансах и примерах.
Радиоэлектроника и схемотехника Приведены принципиальные схемы ламповых и транзисторных усилителей мощности Схемы для начинающих.
Аналоговая схемотехника
Честно говоря, я не очень люблю термин «чайник», по мне лучше говорить «начинающий», но здесь все зависит от того кто как себя сам позиционирует. Здесь я планирую рассмотреть самые основы схемотехники, ее азы, причем ограничиваться просто публикацией различных схем не собираюсь. Несмотря на то, что схемотехника рассматривает все устройства как «черные ящики», то есть, игнорируя физические процессы, определяющие принцип их работы, для введения в схемотехнику, считаю необходимым уделять внимание рассмотрению принципов работы отдельных компонентов, их элементарных сочетаний, однако, делать это буду без излишнего «фанатизма». Дело в том, что помимо достаточно сложных радиоэлементов, к которым относятся, например, всевозможные микросхемы, внутреннее устройство которых мы рассматривать не будем начинающим это сложно схемотехника использует различные дискретные элементы — диоды, резисторы, стабилитроны и пр. Хочу отметить две основные задачи схемотехники: построение схемы какого либо устройства на базе отдельных элементов, анализ работы того или иного изделия на основе работы его составных частей.
Кстати, поскольку любое, даже самое сложное устройство, может быть приведено к достаточно простым комбинациям электрических электронных компонентов настоятельно рекомендую начинающим схемотехникам уделить должное внимание вопросам функционирования именно элементарных узлов. Должен заметить, что схемотехника — направление достаточно сложное, требует специальных знаний в целом ряде смежных областей, однако, начинающим может хватить элементарного владения основными законами электротехники — Ома и Кирхгофа , тем более, что задачу подготовки инженеров — разработчиков электронной аппаратуры не ставлю. Менее всего претендуя на создание всеобъемливающего пособия по схемотехнике, надеюсь, что предлагаемые статьи будут полезны для начинающих, желающих приобрести первоначальные знания о разработке, анализе различных схем.
Радиоэлектроника / Ламповый усилитель своими руками. Элементная база XXI века
Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве. Справочник бесплатно. Параметры радиодеталей бесплатно.
Даташиты бесплатно.
Занимательная электроника. Электронные устройства, управляемые компьютерами, и не только.
Ламповые УНЧ. Секреты схемотехники
Цель проекта RadioStorage РадиоСторейдж — популяризация радиоэлектроники и радио-хобби, познакомить людей с этим увлекательным и полезным направлением творчества. Здесь собран большой архив принципиальных схем и статей по радиоэлектронике и схемотехнике, эти материалы будут полезны как начинающим радиолюбителям, так и профессионалам. Приведены принципиальные схемы ламповых и транзисторных усилителей мощности УМЗЧ , УНЧ на микросхемах, радиомикрофонов и приемопередатчиков радиостанций и трансиверов , устройств на микроконтроллерах и дискретной логике, схемы стабилизаторов напряжения и источников питания, блоков защиты и систем бесперебойного питания Отдельного внимания заслуживает раздел с программами по радиоэлектронике. Вы узнаете как своими руками изготовить металлоискатель или несложный радиоприемник, собрать стабилизатор напряжения или лабораторный блок питания, смастерить самодельную радиоэлектронную игрушку и удивить интересным устройством своих друзей и близких.
Искусство схемотехники, Просто о сложном, Гаврилов С.А., 2011
Контакты Contact us Abuse Nashol. Искусство схемотехники, Просто о сложном, Гаврилов С. Скачать Еще скачать Смотреть. Купить бумажную книгу Купить электронную книгу. Найти похожие материалы на других сайтах. Книга является путеводителем для радиолюбителя и начинающего разработчика в мир создания электронных схем на полупроводниковых элементах. Выдержан принцип пошагового рассмотрения — от простого к сложному. Радиолюбителям эта уникальная книга поможет перейти от слепого копирования схем к созданию собственных конструкций.
Секреты схемотехники» Михаил Адаменко в Минске с доставкой по Беларуси почтой. Купить книгу «Ламповые УНЧ. Электроника для начинающих.
Искусство схемотехники, Просто о сложном, Гаврилов С.А., 2011
Конструирование высокоскоростных цифровых устройств. Начальный курс черной магии. Книга предназначена для радиолюбителей, интересующихся вопросами конструирования высококачественных ламповых усилителей низкой частоты.
Есть такой замечательный персонаж в фильме «Карнавальная ночь», который долго и нудно рассуждает на тему «Есть ли жизнь на марсе, нет ли жизни на марсе
Схемотехника: 59 книг — скачать в fb2, txt на андроид или читать онлайн
ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Основы радиоэлектроники. Часть 1.
Электроника НиТ. Добавил: brayton Дата: , Комментариев: Название: Электроника НиТ. Гололобов В.
Это простой в понимании и максимально наглядный самоучитель для тех, кто хочет научиться разбираться в радиоэлектронике.
Практика схемотехники. Для начинающих?
Компания Bob Carver — одна из самых молодых на рынке High End техники, чего нельзя сказать о ее основателях. Эти два немолодых господина в течение пяти лет работали вместе в компании Sunfire. Покинув ее, они решили продолжить свою совместную деятельность, организовав, ни много ни мало, компанию, производящую лучшую в США аудиотехнику.
Боб Карвер — опытный изобретатель, посвятивший свою жизнь созданию звуковоспроизводящей аппаратуры, в компании он является главным разработчиком и генератором идей. Его партнер — Боб Фарелли — одним из первых начал успешно развивать направление домашних систем автоматизации, а в новом проекте он занимается коммерцией, организацией производства, продажами и маркетингом.
Поиск работы, карьера Управление, подбор персонала Маркетинг, PR, реклама
Обзоры и тесты ламповых предусилителей
Германская компания Octave Audio была основана в 1968 году Карлом Хайнцем Хофманном и первоначально производила трансформаторы. В 2000 году бизнес возглавил его сын, Андреас Хофманн; с тех пор компания носит нынешнее название. Мы тестируем ее топовую систему Jubilee.
Читать далее
Хотя эти аппараты и называются юбилейными, выпускаются они достаточно давно и серийно. И они старшие во всем модельном ряду производителя
Читать далее
Топовый трехкомпонентный усилитель компании Octave демонстрирует не только состояние современных ламповых технологий, но и настоящие козыри: 66 кг веса и 400 Вт мощности.
На каждый моноблок, разумеется!
Читать далее
Я не буду делать вступление слишком продолжительным, так как обзор достаточно длинный сам по себе. Я неоднократно встречался с Андреасом Хофманном в Мюнхене на High-End-выставке; впервые это случилось лет пять-шесть назад. Каждый раз мы обменивались рукопожатием, я слушал чарующий, отлично поставленный голос господина Хофманна, и мы расставались. Ни на секунду я не мог представить себе, что когда-нибудь буду рецензировать его самое выдающееся творение – предусилитель Preamp из линейки Jubilee.
Читать далее
Эти ламповые компоненты – предусилитель HP 700 SE и моноблоки MRE 220 компании Octave – словно сошли со страниц волшебной сказки. Но это не ворожба доброй феи, а плод здравомыслия и глубокого понимания сути.
Читать далее
Читать далее
Ламповые усилители Octave в моих тестах уже бывали, и всегда с результатами лучше средних. На Octave Phono Module я засматривался несколько лет, однако возможности получить аппарат на тест не было.
С чем был связан интерес? Не стану скрывать, техника этого производителя мне нравится — за ее гармоничное сочетание ламповой природы с честным и чистым звуком без заметной окраски. А также за то, что Phono Module аппарат исключительный — полных аналогов ему я в принципе не встречал. Не секрет, что наборно-модульные предусилители существуют, как и отдельные опции типа плат фонокорректора, однако реализация у Octave не похожа ни на что другое.
Читать далее
Линейка создавалась в соответствии с двумя принципами. Первый — натуральное аудиофильское звучание, достижимое благодаря комбинации тщательно подобранных ламп и транзисторов, процессорным технологиям, хорошим комплектующим и фирменным разработкам. Второй принцип — оригинальный дизайн, когда ламповая техника способна вписаться в современный интерьер, а не выглядеть разновидностью камина.
Читать далее
Звучание усилителей PrimaLuna можно подстраивать под свой вкус или сообразуясь с жанром проигрываемой музыки. Один из способов — выбор между триодным или ультралинейным пентодным режимами у PrimaLuna DiaLogue Premium Poweramplifier.
И оба они дают превосходные результаты.
Читать далее
Если говорить о системной совместимости и жанровой всеядности, это самый универсальный тандем в линейке PrimaLuna, который мы слушали.
Читать далее
Это очень серьезные взрослые компоненты, и я бы не посоветовал их новичку с несформированными представлениями о своем звуке. Также я бы не стал слушать на такой системе издания непонятного качества — все недостатки будут откровенно слышны и заметны. Эти усилители могут стать отличной основой для серьезной системы взрослого, состоявшегося и понимающего аудиофила и меломана, ценящего звук, но умеющего слушать музыку.
Читать далее
Тонкая схема светодиодного освещения
В августе прошлого года Министерство энергетики США объявило первого победителя в продолжающемся конкурсе по поощрению более эффективного освещения — Bright Tomorrow Lighting Prize, или L Prize. Министерство энергетики присудило компании Philips Lighting North America 10 миллионов долларов США за разработку лампы, которая по размеру и яркости эквивалентна стандартной 60-ваттной лампе накаливания, но служит как минимум в 25 раз дольше и потребляет менее 10 Вт.
Несмотря на то, что лампы с почти такой же эффективностью доступны уже более года, отмеченная наградами конструкция только сейчас поступила в продажу. Подобно подсветке современных мобильных телефонов и компьютерных мониторов, в этих лампах используются светодиоды для генерации белого света. Они отличаются долгим сроком службы, приятными цветами и, самое главное, феноменальной энергоэффективностью.
Не пора ли выбросить лампы накаливания, которые все еще прячутся в ваших светильниках, и даже компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), на которые вы перешли, и заменить их светодиодными суперсветильниками? Поскольку затраты часто колеблются в районе 25 долларов за штуку, немногие домовладельцы спешат сделать такой решительный шаг. Но цены падают, а производительность быстро улучшается. Так что ясно, что день, когда светодиодные лампы будут доминировать в освещении как жилых домов, так и предприятий, не за горами.
Почему светодиодные лампы лучше, и что делает их такими сложными в разработке? Вы можете себе представить, что ответы будут зависеть от тонкостей физики твердотельных полупроводников, которые управляют светодиодами высокой яркости.
Они делают, но только до определенного момента. Практичность этих новых фонарей также зависит от более приземленной части пакета, которую часто упускают из виду: схемы, необходимой для их управления. Здесь я объясню, какие требования предъявляются к этой схеме и почему разработка соответствующей электроники может быть сложной задачей, хотя и не такой, которая должна замедлить внедрение этой фантастической новой формы освещения.
Нравится вам это или нет, лампы накаливания — вымирающий вид. Австралия и Европейский союз начали постепенно отказываться от традиционных ламп накаливания в 2009 году. Соединенные Штаты неуверенно движутся в том же направлении, а Китай намерен отказаться от ламп накаливания к 2016 году. Причина проста: устаревшие лампочки тратят впустую огромное количество электроэнергии.
Целых 90 % энергии, которую вы вкладываете в обычную лампу накаливания, уходит на тепло, а не на свет. Стандартная лампа мощностью 60 Вт генерирует около 850 люменов света, что составляет около 14 люменов на ватт.
Галогенные лампы (более сложный вид ламп накаливания с более высокой температурой нити накала) могут обеспечить около 20 лм/Вт. КЛЛ значительно более эффективны, производя около 60 лм/Вт, но у них есть и другие проблемы.
Часто жалуются, что их нельзя затемнить. (По правде говоря, некоторые из них могут быть затемнены, но их диапазон обычно ограничен.) Кроме того, КЛЛ медленно загораются, а поскольку их лампы содержат пары ртути, они представляют опасность для окружающей среды. Даже при наличии возможностей для переработки миллионы таких лампочек ежегодно попадают на свалки.
Светодиодные лампы не имеют ни одного из этих недостатков, и они гораздо более эффективны, некоторые предлагают более 100 лм/Вт. Эти номинально белые лампы на самом деле содержат синие светодиоды, а также люминофорное покрытие, которое преобразует излучаемый ими свет с узкой длиной волны в то, что человеческий глаз воспринимает как белый. Подбирая подходящее сочетание люминофорных материалов, дизайнеры могут устанавливать тон света от холодного до теплого, в зависимости от того, какое применение они имеют в виду.
Помимо высокой энергоэффективности наиболее привлекательным качеством светодиодных светильников является их долговечность. То, как долго они прослужат, зависит от того, как они спроектированы и работают, но большинство из них будут работать в течение 25 000 часов или более, сохраняя при этом не менее 70 % их первоначального светового потока. И многие производители заявляют о сроке службы 35 000 часов. Таким образом, если вы используете светодиодную лампу по 10 часов в день, вы можете ожидать, что она прослужит от 7 до почти 10 лет. Это далеко от стандартной лампы накаливания, которая в среднем гаснет примерно через 1000 часов использования. Он также превосходит КЛЛ, срок службы которых обычно составляет от 6000 до 10 000 часов.
Такой долгий срок службы снижает одну из скрытых затрат на освещение, особенно для коммерческих и промышленных пользователей: расходы на техническое обслуживание и замену. Это, а также экономия энергии, которая накапливается, объясняет, почему крупные пользователи были первыми пользователями.
Например, в городе Лос-Анджелес в настоящее время проводится замена 140 000 натриевых уличных фонарей высокого давления на светодиоды. Крупные ритейлеры, такие как Walmart и McDonald’s, также в некоторых местах переходят на светодиодное освещение. На самом деле, единственное, что сдерживает такие предприятия, — это высокие первоначальные затраты и перспектива того, что технология светодиодного освещения вскоре улучшится и станет еще выгоднее.
Один недостаток светодиода, однако, заключается в том, что, в отличие от лампы накаливания, он не может работать прямо от электросети. Рабочее напряжение стандартного светодиода белого света обычно находится в диапазоне от 3 до 3,6 вольт, что примерно соответствует напряжению литий-ионной батареи в вашем мобильном телефоне. Хотя это упрощает использование светодиодов в мобильных устройствах, большинство осветительных приборов получают питание от сети. Таким образом, требуется схема преобразования для преобразования сетевого напряжения переменного тока в форму, которая может управлять отдельными светодиодами.
Необходимая схема аналогична схеме зарядного устройства для мобильного телефона или адаптера для ноутбука, но с некоторыми ключевыми отличиями. Во-первых, поскольку светодиоды могут работать много лет, силовая электроника, управляющая ими, должна либо прослужить столько же, либо быть сконфигурирована так, чтобы можно было легко заменить любую подверженную сбоям схему. Кроме того, поскольку приводная электроника часто должна быть встроена в ввинчивающийся источник света, схема должна быть очень компактной. Он также должен быть энергоэффективным, потому что любые потери в электронике привода увеличивают общую мощность, которая должна потребляться от настенной розетки. Наконец, что довольно неожиданно, схема привода должна выдерживать относительно высокие рабочие температуры.
Последнее утверждение требует пояснений. Как я уже отмечал, лампы накаливания превращают только 10 процентов потребляемой ими электроэнергии в свет, а остальная часть расходуется впустую в виде тепла.
Светодиоды преобразуют около 50 процентов поступающей к ним энергии в свет, что делает их гораздо более эффективными. Но есть одна сложность: лампы накаливания излучают отработанное тепло в окружающее пространство в виде инфракрасных волн, тогда как светодиоды излучают только видимый свет. Кроме того, керамические основания ввинчивающихся светодиодных ламп выполняют роль изоляторов. Таким образом, их отработанное тепло, каким бы скромным оно ни было, имеет тенденцию оставаться в источнике. Это означает проблемы по нескольким причинам.
Во-первых, нагрев вызывает повышение температуры светодиодов, и в данном случае чем горячее, тем лучше. Светоотдача падает по мере увеличения температуры лампы (прямо противоположно тому, что происходит с люминесцентными лампами). Хуже того, высокие температуры сокращают срок службы светодиодов. Другая проблема заключается в том, что по мере нагрева схемы привода различные электронные компоненты, особенно электролитические конденсаторы, изнашиваются быстрее.
Разработчики систем решают эти проблемы с помощью металлического радиатора, позволяющего конвекции отводить тепло в окружающую среду. Другой способ — избежать образования большего количества отработанного тепла, чем это абсолютно необходимо, за счет разработки высокоэффективной схемы привода.
Хотя к отдельным светодиодам иногда подключаются специализированные схемы, чаще всего один комплект приводной электроники питает несколько светодиодов, соединенных вместе. Действительно, некоторые производители светодиодов монтируют массив светодиодов в интегрированном корпусе для достижения более высокой светоотдачи, хотя также распространены одиночные светодиоды с высокой выходной мощностью.
Изображение: Эмили Купер
Служба внутренних дел: Светодиодные лампы содержат набор высокотехнологичных компонентов. Общий пример, показанный здесь, включает в себя массив светодиодов белого света и электронную схему для их управления, все упаковано в компактный ввинчивающийся блок.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.
В большинстве случаев отдельные светодиоды в каждой группе соединены последовательно. Такое их подключение гарантирует, что через каждый из них будет протекать одинаковая величина тока, даже если существуют незначительные различия в их электрических характеристиках. И это именно то, что вам нужно, потому что ток привода определяет их светоотдачу и цвет. Поэтому вам нужно сделать все возможное, чтобы поддерживать заданный текущий уровень.
В большинстве электронных устройств нет необходимости в постоянном токе. Микропроцессор, например, принимает фиксированное напряжение и, в зависимости от того, какую задачу он выполняет, потребляет больше или меньше тока. Однако вы не можете просто подать фиксированное напряжение на светодиод и ожидать, что через него пройдет определенное количество тока. Это связано с тем, что напряжение на диоде зависит от температуры, а также от величины потребляемого им тока. Кроме того, между светодиодами могут быть значительные производственные различия, не говоря уже о различиях между аналогичными устройствами от разных поставщиков.
Однако часто нецелесообразно соединять все необходимые светодиоды в одну большую последовательно соединенную цепочку. Для желаемого количества света вам может понадобиться столько светодиодов, что напряжение для их питания станет чрезмерным, если вы подключите их все последовательно. Очевидным решением является ограничение количества светодиодов в каждой цепочке и, при необходимости, параллельное питание нескольких цепочек.
Это просто, если каждая цепочка имеет собственную схему привода, но если несколько цепочек используют один и тот же источник питания, жизнь усложняется. Во-первых, параллельное подключение светодиодов требует, чтобы компоненты были хорошо согласованы, иначе ток (и светоотдача) в каждой цепочке не будут одинаковыми. И есть опасность, что один светодиод выйдет из строя и перекроет поток электричества через цепочку, в которой он находится, как то, что досадно часто случалось со старомодными лампочками для рождественской елки. Это плохо, конечно, потому что вся струна темнеет.
Кроме того, он посылает больше тока в параллельные струны, что увеличивает их температуру и может повредить их, если ток слишком велик. Однако дизайнеры могут избежать таких каскадных отказов, соединив светодиоды в параллельных цепочках. В этом случае единственная точка отказа повлияет только на несколько других светодиодов.
В идеале, однако, каждая последовательно соединенная цепочка должна иметь собственный регулируемый драйвер, обеспечивающий необходимое количество тока. Производители светодиодов тщательно документируют величину тока, необходимого для данного светового потока, поэтому нетрудно решить, какой ток обеспечить. Напряжение, необходимое для поддержания этого уровня тока, может варьироваться, скажем, от 3 до 3,6 вольт. Так, если, например, в одной лампе последовательно соединены восемь светодиодов, схема управления для нее должна обеспечивать требуемый уровень тока при напряжении в диапазоне от 24 до примерно 29 В.вольт.
Электроника привода должна включать в себя два основных функциональных элемента: схему преобразования мощности (по сути, транзисторный переключатель, который быстро включается и выключается) и схему датчика, которая отслеживает средний ток через светодиоды и обеспечивает сигнал обратной связи для регулирования пропорции времени, в течение которого переключатель преобразования мощности остается включенным.
Во многих случаях для изменения напряжения и изоляции светодиода от высоковольтной сети используется трансформатор. В таких конструкциях сигнал обратной связи часто передается оптическим путем от сенсорной электроники к схеме преобразования мощности, чтобы не нарушать электрическую изоляцию между этими двумя каскадами.
Разработать все это достаточно просто для инженеров, разбирающихся в разработке импульсных источников питания, таких как зарядные устройства для мобильных телефонов или настольные компьютеры. Тем не менее, одна надвигающаяся проблема со светодиодным освещением заключается в том, что оно обещает сделать импульсные источники питания еще более распространенными, чем сейчас. Это отлично подходит для таких компаний, как On Semiconductor, в которой я работаю, базирующаяся в Фениксе, которая создает микросхемы для использования в таких расходных материалах. Но это может стать головной болью для электроэнергетических компаний, если не будут приняты дополнительные меры для обеспечения того, чтобы эти источники питания были безопасными для сети.
Позволь мне объяснить.
Величина тока, потребляемого обычной лампой накаливания в любой момент времени, пропорциональна приложенному к ней напряжению. Поскольку величина этого переменного напряжения колеблется, ток, протекающий через лампочку, колеблется вместе с затраченной энергией. В результате энергия, вырабатываемая местной коммунальной компанией, плавно поступает в лампочку, где она преобразуется в свет и тепло.
Однако многие электрические нагрузки содержат конденсаторы или катушки индуктивности, которые могут накапливать энергию и, таким образом, изменять то, как устройство потребляет ток из электрической сети. Значительная емкость или индуктивность будут смещать синхронизацию колебаний напряжения и тока, позволяя энергии течь туда и обратно между нагрузкой и сетью. Другой проблемой является генерация гармоник основной частоты сети.
Энергетические компании могут справиться с этими перебоями, но тем не менее они создают проблемы. Вот почему регулирующие органы пытаются ограничить проблемы, которые может создать светодиодное освещение.
Обычный показатель для оценки называется коэффициентом мощности, который варьируется от 0 (когда энергия просто течет туда-сюда, не потребляясь) до 1 (когда вся энергия плавно поступает в нагрузку). В Соединенных Штатах, например, любая светодиодная лампа, потребляющая более 5 Вт, или любой осветительный прибор на основе светодиодов, предназначенный для бытового использования, должен иметь коэффициент мощности выше 0,7, чтобы соответствовать рейтингу Energy Star. А светодиодные светильники, предназначенные для коммерческого использования, должны иметь коэффициент мощности более 0,9.пройти квалификацию.
Внедрение светодиодов для общего освещения, несомненно, будет как эволюционным, так и революционным. С одной стороны, многие люди будут постепенно переходить на светодиоды, используя лампы, которые они всегда использовали, и просто покупая замену своим ввертным лампам накаливания и компактным люминесцентным лампам. С другой стороны, светодиоды предоставляют дизайнерам способы создания гораздо более инновационных форм освещения, которые используют преимущества длительного срока службы, направленности и тонкой масштабируемости света, которые предлагают светодиоды.
Дизайнерам освещения для дома и бизнеса потребуется время, чтобы открыть для себя возможности, но как только они это сделают, фантастические новые виды освещения, несомненно, начнут освещать наши дома и офисы. И если схемы, управляющие ими, построены правильно, эти фонари окажутся такими же надежными, как и привлекательными.
Первоначально эта статья вышла в печати под названием «За рулем света 21-го века».
Об авторе
Берни Вейр, менеджер по приложениям и маркетингу компании On Semiconductor, получил степень по электроэнергетике в Технологическом институте Роуз-Халман. Он начал работать с электроникой, управляющей светодиодными лампами, в начале 2000-х годов, но только в последние несколько лет технические разработки и отраслевая стандартизация светодиодного освещения объединились, говорит он.
О фотографе
Для получения дополнительной информации о рентгеновских снимках в этой статье см. предысторию «Проникновение в суть».
Основные схемы.
Лампа и клетка Основные схемы. Лампа и ячейка
| стр. 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||
Они создают простую петлю для прохождения тока.
