Viskas, ką reikia žinoti apie šviesos diodus: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Šviesos diodas yra elektroninis prietaisas, skleidžiantis šviesą, kai per jį praeina srovė. Šviesos diodai yra maži, ypač efektyvūs, ryškūs, pigūs, elektroniniai komponentai. Žmonės mano, kad šviesos diodai yra tik įprasti šviesą skleidžiantys komponentai ir linkę nepastebėti įdomių šviesos diodų faktų ir savybių. Šioje pamokoje aš jus išmokysiu „Viskas, ką reikia žinoti apie šviesos diodus“, įskaitant jų veikimo, srovės ir galios rodiklius, konstrukcijas, tipus, šviesos diodų rezistorių skaičiuoklę, naudojimą, testavimą ir paprastą LED grandinę.

Štai nuoroda į nemokamą „LED rezistorių skaičiuoklės“„Android“programą: LED rezistorių skaičiuoklė. Ši programa padeda apskaičiuoti reikiamą rezistoriaus vertę, reikalingą šviesos diodui.

Šviesos diodų istorija

Kapitonas Henry Joseph Round buvo vienas iš ankstyvųjų radijo pradininkų ir gavo 117 patentų. Jis pirmasis pranešė apie diodo elektroliuminescencijos stebėjimą, dėl kurio buvo atrastas šviesos diodas. Vladimirovičius Losevas stebėjo šviesos sklidimą iš karborundo taškų kontaktinių sankryžų. Dirbdamas radijo techniku, jis pastebėjo, kad radijo imtuvuose naudojami krištolo diodai skleidžia šviesą, kai pro juos praeina srovė. 1927 m. Losevas Rusijos žurnale paskelbė išsamią informaciją apie savo darbą su šviesos diodais. Po poros metų Nickas Holonyakas, jaunesnysis, 1962 m. Išrado pirmąjį matomo spektro (raudoną) šviesos diodą, dirbdamas konsultaciniu mokslininku „General Electric Company“laboratorijoje Sirakūzuose, Niujorke.

Dalių sąrašas:

• Įvairių spalvų šviesos diodai - „AliExpress“
• RGB šviesos diodai - „AliExpress“
• IR šviesos diodai - „AliExpress“

1 žingsnis: Sudėtis ir darbas

VAIZDAS:

1. Švelninti šviesos diodą.
2. Šviesos diodo elektrodų vaizdas iš viršaus. (didesnis- katodas, mažesnis- anodas).
3. Šviesos diodo anodo ir katodo vaizdas. (LED perpjauta per pusę).
4. Šviesos diodų anodas ir katodas pašalinami iš plastiko korpuso.

Sudėtis

Dažniausiai šviesos diodus sudaro gallis (Ga), arsenas (As) ir fosforas (P). Šiuolaikiniai šviesos diodai yra ne tik „GaAsP“tipai - gausu ir kitų puslaidininkių! Šie puslaidininkiai taip pat naudojami įvairiuose kituose elektroniniuose komponentuose.

Dirba

Šviesos diodas yra „P-N Junction“diodas, skleidžiantis šviesą. Kai šviesos diodas yra nukreiptas į priekį, jis skleidžia šviesą, o ne šilumą, kurią sukuria įprastas diodas. Kai P-N sankryža yra įstrižai į priekį, šviesos diodo atveju kai kurios skylės susijungia su N-regiono elektronais, o kai kurios iš N- su P-srities skylėmis. Kiekviena rekombinacija skleidžia šviesą arba fotonus.

Šviesos diodai turi poliškumą ir todėl neveikia, jei jie yra sujungti atvirkštiniu poslinkiu. Lengviausias būdas patikrinti įprastų šviesos diodų poliškumą yra laikyti LED prie akies. Pamatysite, kad yra du elektrodai. Storesnis yra katodas (-). Šviesa sklinda iš katodo. Plonesnis elektrodas yra anodas (+). [Nors šis poliškumo tikrinimo metodas neveiks kai kuriems šviesos diodams, pvz., Didelio efektyvumo šviesos diodams ir pan., Kai yra priešingai]. Paprastai šviesos diodai gaminami taip, kad skiriasi katodo ir anodo laidų ilgis. Dėl šios priežasties šviesos diodai gaminami naudojant anodo (+) laidą ilgiau nei katodo (-) laidas. Taip pat lengviau nustatyti poliškumą. Pastaba: kai kurie gamintojai abu elektrodų laidus laiko vienodo ilgio. Norėdami išbandyti poliškumą, turėsite naudoti multimetrą.

2 žingsnis: dabartiniai ir galios reitingai, Haitzo įstatymas

VAIZDAS: LED simbolis

Įprasti IR šviesos diodai gali veikti iki ~ 1,5 V, bet įprasti raudoni šviesos diodai turi turėti ~ 1,8 V, bendri žalieji šviesos diodai - apie 2 V, o paprasti mėlynos ir baltos spalvos šviesos diodai (kurie, žinoma, yra mėlyni su fosforo danga), turi turėti gerą 3 V įtampą.

Šviesos diodai neturi „įtampos“; jie yra varomi srovės. Ryškumas yra maždaug proporcingas srovei, o ne tiesiogiai proporcingas įtampai. Esant bet kokiai konkrečiai srovei, jie turės priekinę įtampą, tačiau tai yra antrinė srovė, kuri yra pagrindinis veiksnys, kurį reikia kontroliuoti.

Dabartiniai reitingai

Dabartiniai šviesos diodų įvertinimai taip pat yra panašūs Įtampos įvertinimas. Šviesos diodai paprastai turi standartinę srovės vertę. Daugumai šviesos diodų reikia apie 5–25 mA. Šviesos diodo reikalaujama srovė kartais priklauso nuo šviesos diodo spalvos. Jei tiekiate perteklinę srovę, šviesos diodas sudegs ir bus sugadintas. Kita vertus, jei tiekiate labai mažą srovę, šviesos diodas nesuteiks didžiausios galios. Šiuolaikiniai itin ryškūs raudoni/žali šviesos diodai gali duoti priimtiną išvestį (naudoti būsenai ir pan.) Net 1 mA

Galios reitingai

Šviesos diodai gali turėti skirtingus galios rodiklius, priklausomai nuo jų tipo, konstrukcijos ir srovės įvertinimo ir tt. Šviesos diodai taip pat tiekiami „didelės galios LED“paketuose. Šviesos diodai yra mažiau efektyvūs nei įprastos lemputės, tokios kaip CFL ir kaitrinės lemputės.

Haitzo dėsnis

Jame teigiama, kad kiekvieną dešimtmetį kaina už liumeną (skleidžiamos naudingos šviesos vienetą) sumažėja 10 kartų, o vienam LED paketui sukuriamas šviesos kiekis padidėja 20 kartų tam tikram šviesos bangos ilgiui (spalvai). Tai laikoma šviesos diodų atitikmeniu Moore'o įstatymui, kuriame teigiama, kad tranzistorių skaičius tam tikrame integriniame grandyne padvigubėja kas 18–24 mėnesius. Abu įstatymai remiasi puslaidininkinių įtaisų gamybos proceso optimizavimu.

3 žingsnis: statykite

VAIZDAS:

1. Pagrindinis LED.
2. Kupolo šviesos diodas.
3. SMD LED (didelis).
4. SMD šviesos diodas (mažas).
5. Ekrano šviesos diodas naudojamas 7 segmentų ekrane.

Šviesos diodai gaminami įvairių formų ir dydžių. Plastikinio lęšio spalva dažnai sutampa su tikra skleidžiamos šviesos spalva, bet ne visada. Pavyzdžiui, purpurinis plastikas dažnai naudojamas infraraudonųjų spindulių šviesos diodams, o dauguma mėlynų prietaisų turi bespalvius korpusus. Šiuolaikiniai didelės galios šviesos diodai, tokie kaip apšvietimui ir foniniam apšvietimui, paprastai yra ant paviršiaus montuojamų įrenginių (SMD) paketuose. Kai kurie šviesos diodai turi išsklaidytus plastikinius lęšius.

Pagrindinis LED

Pagrindinis šviesos diodas yra vienas iš plačiausiai naudojamų šviesos diodų. Dėl savo populiarumo jo kaina yra palyginti pigesnė nei kitų šviesos diodų. Tai atrodo labai paprasta, o dizainas yra labai paprastas.

Kupolo šviesos diodas

Tai yra šviesos diodo tipas, kuris yra panašus į „kupolą“. Ši forma per daug padidina plotą, į kurį sklinda šviesa. Kitaip tariant, šviesos diodo šviesos spinduliavimo kampas (apskritimas) yra didesnis nei pagrindinis šviesos diodas. Paprastai tai kontroliuojama pagal tai, kiek jie atstato šviesos skleidėją nuo kupolo. Techniniai lapai beveik visada suteikia „pusės galios kampą“(kampą nuo ašies, kurioje matote tik pusę ryškumo). Jei norite daug platesnio išmetimo kampo, galite nupjauti kupolą naudodami „dremel“įrankį. Jei jums tai rūpi, galą galite paduoti ar nušlifuoti, bet tai nėra būtina. Kuo labiau priartinsite prie išmetimo įtaiso, tuo platesnis kampas. Tačiau būkite atsargūs ir nepjaukite per arti, nes ten yra maža viela, kurios paprastai nematyti akimis. Nors šio tipo šviesos diodai yra šiek tiek brangesni nei pagrindinis LED.

SMD šviesos diodas

Šio tipo šviesos diodai paprastai yra labai maži. SMD reiškia ant paviršiaus montuojamą įrenginį. Ir kaip rodo jo pavadinimas, šis šviesos diodas yra lituojamas ant PCB paviršiaus, skirtingai nuo įprastų „skylių“komponentų. Šiuos šviesos diodus paprastai lituoja mašinos (tikslūs litavimo robotai) ir juos labai sunku lituoti rankomis (nors SMD šviesos diodų litavimas rankomis nėra neįmanomas). Jei norite rankiniu būdu lituoti SMD šviesos diodus, jums tereikia lituoklio su smulkiu galu, šiek tiek plono lituoklio, ryškios šviesos ir galbūt didinamojo stiklo bei gerų ir tikslių litavimo įgūdžių.

Rodyti LED

Šio tipo šviesos diodai dažniausiai naudojami ekranuose, nes jie yra plokšti.

4 žingsnis: tipai

VAIZDAS:

1. Kupolo šviesos diodai.
2. IR šviesos diodai.
3. 7 segmentų ekrano šviesos diodas
4. Trijų spalvų šviesos diodas (keičiantis spalvą).

Spalvotas LED

Spalvoti ir balti šviesos diodai dažniausiai naudojami indikatoriuose, lempose, apšvietimo įrangoje ir kt. Tai yra vienas iš dažniausiai naudojamų šviesos diodų.

Spalvos keitimo šviesos diodas („Tri/Bi Color LED“)

Šio tipo šviesos dioduose šviesos diodo skleidžiama spalva pasikeičia per tam tikrą laiką. Į šį LED indikatorių įterpta maža integruota grandinė (IC), skirta valdyti laiko vėlavimą tarp įvairių spalvų perjungimo. „Tri/bicolor“šviesos diodai nekeičia spalvos, jie iš tikrųjų yra du atskiri šviesos diodai (dažnai raudoni ir žali) vienoje pakuotėje. Jūs pasukate vieną ar kitą, kad gautumėte dvi spalvas, o abi - trečią.

Infraraudonųjų spindulių (IR) šviesos diodas

Šio tipo šviesos diodai spinduliuoja infraraudonuosius spindulius. Šių infraraudonųjų spindulių žmogaus akis nemato. Šio tipo šviesos diodai paprastai veikia 38KHz perdavimo dažniu. Dizaineris moduliuoja šviesos diodą, kad imtuvas galėtų jį atskirti nuo kitų IR šaltinių. Šviesos diodai taip pat yra moduliuojami labai žemu dažniu, kad būtų rodomas tik mirksintis šviesos diodas, ir dažnai yra moduliuojami santykinai aukštais dažniais su skirtingu veikimo ciklu, kad būtų veiksmingai kontroliuojamas jų ryškumas. Tada kai kurie yra moduliuojami daug aukštesniais dažniais, kad būtų siunčiami duomenys (pvz., Naudojami pluošto optikoje). Jis daugiausia naudojamas nuotolinio valdymo ir mažo nuotolio ryšio įrenginiuose. Galite išbandyti IR šviesos diodą, žiūrėdami jį po fotoaparatu, kol šviesos diodas teka srove. Kitaip tariant, fotoaparatai gali aptikti šviesos diodų skleidžiamus IR spindulius. Fotoaparatai, kuriuose nėra IR blokų filtro, paprastai gali gana gerai matyti šalia IR (ir paprastai yra pigūs fotoaparatai, ypač apsaugos kameros). Tačiau reikia paminėti, kad net kai kurios mobiliųjų telefonų kameros dėl savo IR bloko filtro visai nemato IR šviesos diodų.

7 segmentų ekrano šviesos diodas

7 segmentų ekrano šviesos diodas yra šviesos diodas, susidedantis iš 7 ekrano šviesos diodų, sujungtų aštuonių pavidalu. Jis naudojamas skaičiuotuvuose, ekranuose ir pan. Panašus šviesos diodas taip pat naudojamas abėcėlėms rodyti.

UV šviesos diodas

UV šviesos diodai skleidžia ultravioletinius šviesos spindulius. Šie spinduliai gali būti naudojami įvairiais būdais, tokiais kaip sterilizavimas, vandens valymas ir kt.

5 žingsnis: rezistorių skaičiuoklė šviesos diodams

VAIZDAI:

1. Įvairūs rezistoriai ir šviesos diodas.
2. LED atsparumo skaičiuoklės programos logotipas.

Taigi dažniausiai užduodamas klausimas apie šviesos diodus yra tinkamas rezistorius, kurį reikia naudoti kartu. Priežastis, dėl kurios rezistorius naudojamas kartu su šviesos diodais, yra apsaugoti juos nuo perteklinės srovės, kuri gali sudeginti ir sugadinti šviesos diodą. Tačiau pasirinkti tinkamą šviesos diodą nėra taip paprasta. Kodėl? Na, jei pasirinksite labai didelį pasipriešinimą, šviesos diodas neišskiria didžiausios šviesos. Ir jei jūsų atsparumas yra mažas, yra tikimybė, kad šviesos diodas bus sugadintas.

Taigi buvo išrasta paprasta formulė:

Varža = (šaltinio įtampa - LED įtampa) / (LED srovė / 1000)

*Atminkite, kad šviesos diodų srovė yra miliamperiais (mA)

Kad būtų lengviau apskaičiuoti, galite naudoti šią nemokamą „Android“programos LED atsparumo skaičiuoklę. Tai programa, sukurta specialiai šiam „Instructable“. Prie šios programos bus pridėtos kitos funkcijos ir daugiau su elektronika susijusių funkcijų bei skaičiuotuvų. Programėlę sukūrė „BluBot Technologies“. Galite patikrinti jo instrukcijas ir susisiekti su juo per savo „Orangeboard“@Nathan Neal Dmello. Jis taip pat vykdo įvairius kitus projektus kurdamas programas, svetaines, kompiuterines programas ir tt Galite susisiekti su juo per jo svetainę.

6 žingsnis: Naudojimas

VAIZDAS:

1. Televizoriaus nuotolinio valdymo pultas be mygtuko paspaudimo.
2. Televizoriaus nuotolinio valdymo pultas su nuspaustu mygtuku ir aptinkama IR LED blykstė.
3. „Dome“šviesos diodų juostelė iš avarinio žibintuvėlio.
4. Išmaniojo telefono fotoaparato LED blykstė.
5. Nešiojamojo kompiuterio maitinimo indikatoriai.

Šviesos diodai naudojami visur. Nuo telefono blykstės, automobilių muzikos sistemos, sodo žibintų ir televizoriaus ekrano. Iš esmės jų prisitaikymo pobūdis ir efektyvumas suteikė jiems vietą daugelyje elektroninių prietaisų.

Kai kurie iš labiausiai žinomų naudojimo būdų yra šie:

1. Apšvietimas.
2. Rodo.
3. Rodikliai.
4. Dekoratyviniai žibintai ir objektai.
5. Nuotolinio valdymo pultas.
6. Sterilizacija.
7. Vandens valymas.
8. Odontologija ir kitos medicinos programos.

7 žingsnis: bandymas ir grandinė

VAIZDAS:

1. Multimetras naudojamas šviesos diodams patikrinti.
2. Paprasta grandinė naudojant LED.

Testavimas

Klasikinis greitas spalvų, ryškumo ir poliškumo testeris yra tik 3 V ličio monetos elementas (pvz., CR2032). Žinoma, trumpam palieskite žemesnės įtampos šviesos diodus, kitaip jie gali perkaisti!

Kai kuriuos šviesos diodus galima išbandyti iš eilės ir patikrinti, ar jie veikia tinkamai, naudojant multimetrą ir atlikdami šiuos veiksmus:

1. Nustatykite multimetro ratuką į „Continuity“funkciją.
2. Dabar prijunkite šviesos diodo anodą (+) prie multimetro raudonos/teigiamos/(+) zondo ir prijunkite šviesos diodo katodą (-) prie juodo/neigiamo/(-) multimetro zondo.
3. Jei šviesos diodas veikia, multimetras pradės skleisti pyptelėjimą. Ir vertė bus rodoma multimetro ekrane. Be to, šviesos diodas turėtų užsidegti.

*Šviesos diodo bandymas naudojant multimetro tęstinumo funkciją paprastai neveiks, nes dauguma multimetrų atsparumo ir tęstinumo bandymams naudoja tik žemą, mažesnę nei 1 V įtampą. Jei taip, multimetras neskleidžia nuolatinio pyptelėjimo; tai gali padaryti vieną trumpą pyptelėjimą. Daugelis multimetrų turi diodų tikrinimo funkciją, pažymėtą diodo simboliu, kuris diodui taikomas iki 2 V. Tai patikimai parodys daugelio šviesos diodų poliškumą, bet nebūtinai mėlynos ir baltos spalvos šviesos diodus su aukšta priekine įtampa.

Taip pat galite išbandyti šviesos diodą ir bet kurį kitą komponentą naudodami šią grandinę:- Elektroninis jutiklio komponentų testeris

Grandinė

Tai yra viena iš paprasčiausių ir universaliausių grandinių, kuriose galite rasti šviesos diodą. Priežastis, dėl kurios ši grandinė yra puiki pradžia, yra ta, kad ji taip pat gali patikrinti kitų elektroninių komponentų ar elektroninių jutiklių veikimą. Taip pat galite peržiūrėti išsamią mokymo programą, kuri padės jums sukurti šią grandinę: Elektroninis jutiklio komponentų testeris

Technikos konkurso antroji vieta

Antrasis prizas „Mokyk tai! Konkursą remia „Dremel“