Ce sunt LED -urile și cum funcționează?
LED -urile, sau diodele care emit lumină, au schimbat modul în care ne gândim la iluminat, deoarece economisesc energie, durează mai mult și pot fi utilizate în mai multe moduri diferite.Spre deosebire de becurile de modă veche care fac lumină prin încălzirea unui fir, LED-urile creează lumină prin mișcarea unui curent electric printr-un material special numit semiconductor.Acest mod de a face lumină folosește mult mai puțină energie și nu devine la fel de fierbinte.Din cauza acestor beneficii, LED -urile sunt utilizate pentru orice, de la lumini minuscule în gadgeturi până la sisteme mari de iluminat din clădiri.Acestea vin în diferite tipuri și culori, fiecare potrivit pentru utilizări diferite.Învățarea modului în care LED -urile funcționează și de ce sunt mai bune decât luminile tradiționale ne ajută să vedem de ce devin atât de populare astăzi.
Catalog
Figura 1: LED -uri sau diode care emit lumină
Definiție și Operațiune de bază
LED -urile, sau diodele care emit lumină, sunt dispozitive care emit lumină atunci când un curent electric trece prin ele.Fiecare LED este compus din două materiale: un tip P cu multe găuri (purtători de încărcare pozitivă) și un tip N cu mulți electroni (transportatori de încărcare negativă).Când se aplică o tensiune înainte, electronii din regiunea de tip N câștigă energie și se deplasează spre regiunea de tip P.La joncțiunea P-N, electronii completează găurile, eliberând energia ca lumină.
Spre deosebire de sursele tradiționale de lumină, cum ar fi becurile incandescente care transformă energia electrică în căldură și apoi la lumină, LED -urile transformă energia electrică direct în lumină.Acest proces este mult mai eficient, producând mai puțină căldură și folosind mai puțină energie.În consecință, LED -urile sunt preferate pentru eficiența lor energetică și durata de viață lungă, necesitând înlocuitori mai puțin frecventi și oferind performanțe mai rezistente.
Tipuri de LED -uri
LED -uri de tip lămpi (plumb)
Figura 2: LED -uri de tip lampă (plumb)
LED -urile de tip lămpi (plumb) sunt un tip de bază de diode care emit lumină (LED -uri) cu picioarele metalice, numite și plumb, care conectează LED -ul la un circuit electric.Aceste LED -uri sunt de obicei acoperite de un bec mic de plastic colorat.Acest bec are câteva funcții.Răspândiește lumina mai uniformă, așa că nu strălucește într -o singură direcție.De asemenea, protejează părțile minuscule din interiorul LED -ului de daune și păstrează praful și umiditatea.
LED -urile cu plumb au un design simplu, ceea ce le face foarte utile și ușor de utilizat în multe proiecte electronice.Din cauza acestui design simplu, acestea sunt adesea folosite ca lumini indicatoare pentru a arăta dacă un dispozitiv este pornit sau oprit.De asemenea, le puteți găsi în afișaje digitale, precum cele de pe calculatoare și ceasuri, unde ajută la afișarea numerelor și a altor informații.
Pentru iluminarea decorativă, LED -urile cu plumb sunt favorite, deoarece sunt ușor de configurat și pot fi utilizate pentru a crea multe modele de iluminare diferite.Picioarele metalice fac simplu să le atașați la plăci de circuit sau să le conectați folosind panouri pentru testare.Acest lucru le face populare atât cu pasionații, cât și la ingineri profesioniști.Acestea vin în mai multe culori și dimensiuni, adăugându -le la utilitatea lor în configurații creative și practice de iluminare.
LED -uri de tip cip (montare la suprafață)
Figura 3: LED -uri de tip cip (montare la suprafață)
LED -urile de tip cip (montarea suprafeței) reprezintă o îmbunătățire modernă a tehnologiei LED, realizate pentru a fi atașate direct pe plăci de circuit imprimate (PCB).Sunt mult mai mici și mai eficiente decât LED -urile tradiționale de tip lămpi, ceea ce le face perfecte pentru dispozitive electronice mici, cum ar fi smartphone -uri, tablete și televizoare cu LED -uri.
Principalul beneficiu al LED -urilor de tip cip este dimensiunea și eficiența lor mică.Deoarece sunt compacte, pot fi plasate strâns pe PCB -uri.Acest lucru permite crearea de modele electronice complexe care fac multe lucruri diferite.Această plasare strânsă este foarte utilă pentru dispozitivele moderne care trebuie să funcționeze bine într -un spațiu mic.LED -urile de tip cip folosesc, de asemenea, energia mai bună.Acestea transformă mai multă energie electrică în lumină cu mai puțină căldură, ceea ce le face să dureze mai mult și să folosească mai puțină putere.Acest lucru este util mai ales în dispozitivele care rulează pe baterii, unde economisirea energiei este foarte importantă.
Tehnologia de montare a suprafeței (SMT) folosită pentru LED -urile de tip cip permite mașinilor să le plaseze rapid și precis pe plăcile de circuit.Acest lucru accelerează procesul de fabricație și scade costurile de producție.De asemenea, această metodă asigură că LED -urile sunt plasate în mod constant și în mod fiabil, ceea ce este important pentru ca dispozitivele să funcționeze corect și să dureze mult timp.
Ambele tipuri de LED -uri funcționează pe același principiu de bază: producerea de lumină atunci când un curent electric trece printr -un material special în interiorul lor.Alegerea dintre tipurile de lampă și LED -urile de tip cip depinde de cerințele proiectului, cum ar fi dimensiunea, eficiența și ușurința de integrare.
Lungimea de undă și culoarea
Culoarea unui LED este determinată de materialele utilizate pentru a -l face, care emit diferite culori de lumină atunci când electricitatea curge prin ele.Doi factori principali influențează culoarea unui LED:
Lungimea de undă maximă (λp)
Figura 4: Grafic care arată lungimea de undă maximă (λp) a unui LED
Lungimea de undă maximă (λp) este lungimea de undă la care un LED emite cea mai mare lumină.De exemplu, un LED roșu strălucește de obicei cel mai strălucitor la aproximativ 630 de nanometri.Aceasta înseamnă că LED -ul își produce cea mai puternică lumină roșie la această lungime de undă. Cunoașterea lungimii de undă de vârf este foarte utilă pentru diferite aplicații.Determină culoarea și luminozitatea luminii LED.Pentru a găsi lungimea de undă maximă, măsurăm spectrul de lumină al LED -ului și localizăm punctul în care lumina este cea mai intensă.De exemplu, în tehnologia ecranului, lungimea de undă exactă ajută la producerea culorilor potrivite.În luminile plantelor, lungimea de undă maximă ar trebui să se potrivească cu lungimile de undă pe care plantele le absorb cel mai bine pentru a le ajuta să crească mai bine.
Lungimea de undă maximă afectează, de asemenea, modul în care se fac LED -urile.Inginerii pot schimba materialele și designul LED -ului pentru a obține lungimea de undă de vârf dorită, ceea ce face ca LED -ul să funcționeze mai bine pentru utilizări specifice.Aceasta implică alegerea materialelor semiconductoare potrivite, deoarece aceste materiale determină energia și lungimea de undă a luminii emise.
Lungime de undă dominantă (λd)
Figura 5: Un grafic care prezintă lungimea de undă dominantă (λd) a unui LED
Lungimea de undă dominantă (λD) este o idee de bază în studiul culorii, mai ales atunci când înțelegeți cum ochii umani văd lumina din LED -uri și alte surse de lumină.Lungimea de undă dominantă este culoarea pe care oamenii o văd cel mai clar atunci când privesc o sursă de lumină, chiar dacă acea lumină este alcătuită din mai multe culori diferite.Această măsurare contează deoarece viziunea umană combină aceste culori multiple într -o singură culoare principală pe care o percepem.Când un LED emite lumină, de obicei face acest lucru într -o serie de culori.Aceste culori individuale se amestecă împreună, iar lungimea de undă dominantă este culoarea care iese în evidență cel mai mult la ochiul uman.Găsirea acestei culori nu este întotdeauna ușoară, deoarece depinde de amestecul specific și de rezistența diferitelor culori.Acest proces implică calcule detaliate care iau în considerare cât de sensibili sunt ochii umani în diferite părți ale spectrului de lumină.
Pentru a găsi lungimea de undă dominantă, un dispozitiv numit spectrometru este utilizat pentru a studia lumina din LED.Datele colectate arată cât de puternică este lumina la fiecare culoare.Aceste informații sunt apoi reprezentate pe o diagramă de cromatică, care este un grafic care reprezintă culori bazate pe viziunea umană.Lungimea de undă dominantă se găsește prin desenarea unei linii dintr -un punct alb central pe diagramă prin coordonatele sursei de lumină și extinderea acesteia la marginea graficului.Punctul în care această linie întâlnește marginea este lungimea de undă dominantă.
Cunoașterea lungimii de undă dominante este foarte utilă în câmpurile în care este necesară o culoare precisă, cum ar fi în tehnologia de afișare, proiectarea iluminatului și orice zonă în care este necesară o potrivire exactă a culorilor.Prin controlul lungimii de undă dominante, producătorii pot crea LED -uri care emit culori specifice potrivite în scopuri diferite, cum ar fi să ajute plantele să crească mai bine cu anumite culori deschise sau să producă culori luminoase și realiste pe ecrane.
Crearea luminii albe cu LED -uri
Figura 6: Două metode pentru crearea luminii albe cu LED -uri
Crearea luminii albe cu LED -uri implică două metode principale, fiecare cu propriile avantaje și utilizări.
O metodă implică combinarea LED -urilor roșii, verzi și albastre (RGB).Reglând cu atenție intensitatea acestor trei culori primare, ele pot fi amestecate pentru a crea lumină albă.Această tehnică este utilizată în mod obișnuit în dispozitivele care au nevoie de un control precis al culorii și o reprezentare exactă a culorilor, cum ar fi afișaje cu LED-uri cu culoare completă și iluminare decorativă.Deși această metodă oferă un control excelent asupra producției de culoare, este mai complexă și mai scumpă în comparație cu LED -ul albastru cu abordarea fosforului galben.Necesită circuite de control avansate și calibrare pentru a se asigura că culorile se amestecă corect pentru a produce lumină albă.
Cealaltă metodă folosește un LED albastru împerecheat cu o acoperire de fosfor galben.Când LED -ul albastru este pornit, acesta excită fosforul galben, făcându -l să emită lumină galbenă.Combinația dintre lumina albastră rămasă și lumina galbenă emisă produce lumină albă.Această metodă este populară, deoarece este simplă și rentabilă, ceea ce o face potrivită pentru o gamă largă de aplicații de iluminat.Cu toate acestea, uneori poate duce la o lumină albă cu o ușoară nuanță de albastru sau rece, care s -ar putea să nu fie ideală pentru fiecare situație.
Fiecare metodă este aleasă pe baza echilibrului dorit între cost, complexitate și calitatea culorii.Metoda LED RGB este selectată pentru aplicații care necesită o reglare precisă a culorilor și o ieșire de lumină de înaltă calitate, în timp ce LED-ul albastru cu metoda fosforului galben este adesea preferat pentru simplitatea și accesibilitatea sa.
Eficiența iluminatului LED
LED -urile folosesc mult mai puțină energie decât becurile incandescente tradiționale, economisind până la 90% din energie.Acestea produc lumină trecând un curent electric printr -un cip mic, luminând surse minuscule de lumină numite LED -uri.Spre deosebire de becurile incandescente, care produc lumină prin încălzirea unui filament până când strălucește, LED -urile generează lumină cu mult mai puțină energie.
LED -urile au piese numite chiuvete de căldură care ajută la tratarea căldurii pe care o fac.Aceste chiuvete de căldură iau și răspândesc căldura pentru a menține LED -urile să funcționeze bine.O bună gestionare a căldurii face ca LED -urile să dureze mai mult și le menține luminoase.Dacă căldura nu este manipulată bine, LED -urile se pot uza mai repede și pot deveni mai slabe.Cât durează LED -urile și cât de bine funcționează de cât de bune sunt și de cât de bine funcționează chiuvetele de căldură.
Durata de viață și degradarea
Durata de viață și defalcarea sunt puncte principale în înțelegerea performanței LED -urilor (diode cu emitere de lumină).Spre deosebire de becurile obișnuite, care de obicei se ard brusc, LED -urile devin încet mai slabe în timp.Acest proces de întunecare lent se numește deprecieri lumen.
Deprecierea lumenului se întâmplă deoarece materialele din interiorul LED -ului se uzează, determinându -l să producă mai puțin lumină.De obicei, măsurăm viața unui LED până la punctul în care luminozitatea sa a scăzut la 70% din nivelul inițial.De exemplu, dacă un LED începe de la 1000 de lumeni, viața sa utilă este luată în considerare atunci când luminozitatea sa scade la 700 de lumeni.
Mai multe lucruri pot provoca deprecierea lumenului în LED -uri, cum ar fi temperatura, stresul electric și calitatea materialelor utilizate pentru a le face.Temperaturile ridicate pot accelera purtarea pieselor LED, ceea ce le face să se întunece mai repede.În mod similar, stresul electric, la fel ca prea mult curent sau tensiune, poate scurta viața unui LED provocând daune suplimentare părților sale interne.
Calitatea materialelor utilizate pentru a face LED -uri afectează foarte mult cât durează.LED -urile realizate cu materiale și metode de construcție mai bune tind să dureze mai mult și să se întunece mai lent.Pe de altă parte, LED -urile de calitate inferioară pot scădea mai rapid și au o viață utilă mai scurtă.
Deprecierea lumenului se întâmplă atunci când LED -urile pierd luminozitatea în timp.Acest lucru poate fi cauzat de mai mulți factori principali:
• Căldura excesivă poate deteriora părțile interne ale LED -ului.Chiuvetele de căldură ajută la gestionarea acestei călduri, dar dacă nu funcționează bine, piesele LED pot fi rănite.
• Curenții și tensiunile electrice ridicate pot purta componentele din interiorul LED -ului.Această uzură poate face LED -ul mai puțin luminos.
• Materialele utilizate în LED -uri, în special cele albe, se pot degrada în timp.Această defalcare a materialului duce, de asemenea, la o pierdere a luminozității.
• Condițiile de mediu precum umiditatea și praful pot afecta LED -urile.Umiditatea poate provoca rugină sau scurtcircuitul pieselor, iar praful poate bloca lumina sau poate interfera cu funcționarea LED-ului.
Aplicații de LED -uri
LED -urile, sau diodele care emit ușor, au schimbat foarte mult industria de iluminat, deoarece sunt versatile și eficiente.Pot fi utilizate în mai multe feluri, de la becuri obișnuite până la corpuri încorporate.Unul dintre principalele beneficii ale LED -urilor este dimensiunea lor mică, care permite proiecte de iluminat creativ și inovator.Acest lucru face ca LED-urile să fie perfecte atât pentru înlocuirea becurilor tradiționale, cât și pentru a fi încorporate în corpuri personalizate, oferind soluții de iluminat de lungă durată și de economisire a energiei.
În soluțiile de iluminare hibridă, LED -urile sunt combinate cu modele tradiționale de iluminat.Aceste sisteme au adesea piese LED înlocuibile în cadrul unor corpuri special concepute, ceea ce face ușor de menținut și actualizat -le.Această combinație ia cele mai bune părți ale tehnologiilor de iluminat vechi și noi, îmbunătățind experiența generală a utilizatorului.
LED -urile pot fi utilizate în multe locuri diferite, de la case la setări industriale.Eficiența lor energetică este un mare avantaj, deoarece LED -urile folosesc mai puțină putere în comparație cu luminile tradiționale.Aceasta înseamnă facturi de energie mai mici și un impact mai mic asupra mediului.De asemenea, LED -urile durează mai mult, deci nu trebuie să fie înlocuite la fel de des, economisind timp și bani.
Managementul termic în LED -uri
Figura 7: Managementul termic în LED -uri
Gestionarea corectă a căldurii este foarte utilă pentru cât de bine funcționează LED -urile și cât durează.Când se folosesc LED -uri, acestea produc căldură.Dacă această căldură nu este gestionată bine, poate deteriora rapid LED -urile, ceea ce le face mai puțin eficiente și își scurtează viața.
O parte majoră a gestionării căldurii LED este radiatorul.Chiuvetele de căldură ajută prin înmuierea și răspândirea căldurii departe de conexiunea cipului LED cu placa de circuit, ceea ce o face mai rece.Cât de bine funcționează o chiuvetă de căldură depinde foarte mult de ceea ce este făcut și de designul acesteia.
Materiale precum aluminiu și cupru sunt adesea utilizate pentru chiuvete de căldură, deoarece pot îndepărta căldura eficientă.De asemenea, proiectarea chiuvetei de căldură include de obicei caracteristici precum aripioare, care cresc suprafața care poate elibera căldură.Această suprafață mai mare ajută la radiatorul de căldură să răspândească căldura din LED, menținând mai răcoroasă LED -ul și asigurându -vă că funcționează bine mult timp.
Diferențele dintre LED și iluminatul tradițional
LED -urile oferă mai multe avantaje față de iluminarea tradițională incandescentă și CFL (lampă fluorescentă compactă), în special în direcția luminii și în gama de culori:
• Iluminare direcțională: LED -urile emit lumină într -o direcție specifică, ideală pentru nevoile de iluminare vizate, cum ar fi lămpile de citire sau lumina reflectoarelor.În schimb, becurile incandescente și CFL emit lumină și căldură în toate direcțiile, necesitând adesea reflectoare sau nuanțe pentru a focaliza lumina, ceea ce duce la risipa de energie.
• Opțiuni de culoare: LED -urile oferă o gamă largă de culori, inclusiv chihlimbar, roșu, verde și albastru.Lumina albă poate fi creată prin amestecarea diferitelor LED-uri colorate (de exemplu, roșu, verde și albastru) sau folosind LED-uri acoperite cu fosfor, care emit lumină albă atunci când lumina albastră sau ultravioletă trece prin fosfor.Această gamă largă de culori permite LED-urilor să răspundă diverselor nevoi de iluminare, de la iluminare caldă și confortabilă până la iluminare strălucitoare, asemănătoare zilei.
Cum funcționează LED -urile?
Figura 8: Structura unui LED
LED -urile (diode care emit lumină) funcționează ca diode și dau lumină atunci când sunt părtinitoare înainte.În această configurație, partea negativă (catod) este conectată la terminalul negativ al unei surse de putere, iar partea pozitivă (anod) este conectată la terminalul pozitiv.Acest aranjament permite electronilor din regiunea N să câștige energie și să se îndrepte spre regiunea P.Când acești electroni traversează joncțiunea și întâlnesc găuri în regiunea P, ele eliberează energia ca lumină.
Culoarea luminii Emite un LED depinde de materialele semiconductoare utilizate.De exemplu, arsenida de galiu produce lumină infraroșie, în timp ce fosfura de galiu poate produce lumină verde sau roșie.Aceste diferențe de culoare provin din diferitele niveluri de energie ale materialelor, care decid lungimea de undă a luminii derulate.
Un LED este construit cu un cadru de plumb, adesea numit nicovală, care este conectat la terminalul catodului.Acest cadru deține materialul semiconductor.Regiunea P a semiconductorului este plasată lângă suprafață pentru a se asigura că mai multă lumină iese din LED în loc să fie prinsă în interior.Acest design ajută la creșterea luminozității și eficacității LED -ului.
Concluzie
LED -urile au multe avantaje față de luminile tradiționale.Ei folosesc mai puțină energie, durează mai mult și oferă o calitate mai bună a luminii.LED -urile funcționează prin mutarea electronilor printr -un semiconductor, transformând direct energia electrică în lumină cu foarte puțină căldură.Acestea pot produce culori diferite pe baza materialelor utilizate, iar diferitele modele ale LED -urilor de tip de lampă și tip de cip le fac și mai utile.Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, LED -urile continuă să se îmbunătățească, oferind mai multe beneficii și fiind utilizate în mai multe moduri.Înțelegând modul în care LED -urile funcționează și beneficiile lor, este clar de ce devin alegerea preferată pentru iluminarea în casele noastre, birourile și nu numai.
Întrebări frecvente [FAQ]
1. Cum funcționează afișarea LED?
Un afișaj LED funcționează folosind multe lumini mici numite diode cu emisie de lumină (LED-uri).Aceste lumini minuscule strălucesc în diferite culori pentru a crea imagini și text.Circuitele electronice controlează aceste lumini, pornind și oprit rapid pentru a arăta imaginile și modelele dorite.
2. Care sunt cele două lucruri principale LED -uri folosite?
LED -urile sunt utilizate în principal pentru iluminare și afișaje.Pentru iluminat, acestea oferă lumină strălucitoare și de economisire a energiei pentru case, străzi și vehicule.Pentru afișaje, acestea sunt utilizate pe ecrane pentru televizoare, calculatoare și panouri publicitare.
3. Care este principiul LED și munca sa?
Principiul unui LED se bazează pe un proces numit electroluminescență.Când un curent electric curge prin materialul LED -ului, acesta dă lumină.Acest lucru se întâmplă deoarece energia electrică face ca electronii să se combine cu alte particule, eliberând energia ca lumină.
4. De ce sunt importante LED -urile?
LED -urile contează pentru că economisesc energie, durează mult timp și sunt bune pentru mediu.Ei folosesc mai puțină energie electrică decât luminile tradiționale și au o viață mult mai lungă, astfel încât nu trebuie să fie înlocuite la fel de des.
5. Care sunt avantajele LED -urilor?
Avantajele LED -urilor includ utilizarea mai mică de energie, a avea o durată de viață mai lungă, a fi mai durabilă, a avea dimensiuni mai mici și a porni și a opri mai repede.De asemenea, produc mai puțină căldură și vin în multe culori, ceea ce le face utile în scopuri diferite.