Quant a l’ús de LEDs, dispositiu LED, com encendre un LED

Tothom està familiaritzat amb els LED ara: llums LED, llums LED, cintes i molt més. Gràcies a l’esforç dels desenvolupadors, aparegueren dispositius absolutament exòtics, per exemple, una boquilla en una aixeta d’aigua.

A l’exterior, és un cilindre de plàstic transparent: s’hi aboca aigua freda: un LED blau s’il·lumina a l’interior de la boquilla, s’ha fet més càlid: el groc s’ha il·luminat i, fins i tot si l’aigua està massa calenta, la boquilla es torna vermella. Es desconeix el contingut de l’ompliment intern, però el fet que els LED s’utilitzin com a elements emissors és evident.

El primer LED es va desenvolupar a la Universitat d'Illinois l'any 1962. El 1990 van néixer els LED lluminosos i posteriors de superbrigador.

El propi LED és molt semblant a un díode rectificador convencional, només quan un corrent directe hi passa, el cristall de semiconductor comença a brillar. El nom anglès per a LEDs és díode emissor de llum, o LED, que literalment es pot traduir com a díode emissor de llum.

Per obtenir diferents longituds d'ona de la radiació (color), s'afegeixen diversos dopants al semiconductor. L’addició d’alumini, heli, indi, fòsfor fa que el cristall emeti colors del vermell al groc. Per obtenir un resplendor del blau al verd, els cristalls estan dopats amb partícules de nitrogen, gali o indi.

Avui en dia, els LED blancs són probablement els més habituals. Es tracta bàsicament de productes per a la il·luminació, des de llanternes, souvenirs fins a focus importants per a la instal·lació a cobertes i façanes dels edificis. Però aquí hi ha un detall interessant: a la natura, no hi ha cap material semiconductor que pugui brillar en blanc.

Com ser aquí? La radiació ultraviolada va ajudar a sortir d’aquesta situació: el cristall “ultraviolat” està recobert d’una capa de fòsfor, aproximadament la mateixa que es va fer a les làmpades fluorescents, com a conseqüència del que el LED s’encén de color blanc.

Però també hi ha alguna emboscada. Com en les làmpades fluorescents, el fòsfor perd les propietats amb el pas del temps, la resplendor es debilita. Tanmateix, perquè es produeixi tal desgast, el LED ha de brillar contínuament durant almenys un any, i potser encara més. Així doncs, amb l’encesa i apagada periòdica, la vida útil d’aquests dispositius és bastant gran.

Inicialment, els LED estaven destinats principalment a indicadors, substituïen les làmpades incandescents en miniatura. Els avantatges aquí són innegables. Es tracta d’un baix consum d’energia, de baixa tensió i també d’una alta durabilitat: una làmpada incandescent té una vida útil no superior a mil hores, mentre que els LED tenen aquest paràmetre en desenes de milers.

Algunes fonts afirmen que el LED pot funcionar contínuament fins a 11 anys. Però en alguns dispositius, per substituir una bombeta, cal recórrer a un important desmuntatge de la caixa i del panell de visualització complet. Aquí un martell, un cisell i alguna altra mare ajuden íntegrament.

Un paràmetre distintiu dels LED és una varietat de colors, que permet prescindir de l’ús de filtres de llum. En comparació amb les làmpades incandescents Bombetes LED Tenen una resistència mecànica més gran, cosa que facilita la tolerància de les vibracions i les càrregues de xoc. Dins uns límits raonables, per descomptat.

Dispositiu LED

Els primers LED es van produir en estoigs de metall amb una finestra transparent. A mesura que la tecnologia millorava, el casc va començar a ser completament de plàstic.El color del plàstic, per regla general, correspon al color de la resplendor, però també són molt freqüents els casos transparents. Quin color brilla aquest LED només es pot esbrinar després de la seva inclusió.

Igual que diode rectificador convencionalEl LED té dos pins anòdics i càtodes. Per tant, en connectar, observeu la polaritat. La sortida de l’ànode, per regla general, és lleugerament més llarga que el càtode, però no deixa de ser un nou LED. Si les potes ja estan retallades, les conclusions es poden determinar pel multímetre "proverbial": amb la correcta polaritat de la connexió, el LED s'il·lumina una mica.

En sentit contrari, el dispositiu hauria de mostrar una gran resistència, gairebé oberta, com és el cas d’un díode rectificador convencional. La disposició interna del LED en una carcassa transparent es mostra a la figura 1.

Figura 1. L’estructura interna del LED en una caixa transparent

Com encendre un LED

Molt sovint, els aficionats a la ràdio fan a la pregunta: “Quin voltatge es necessita per encendre un LED?”. Aquí podeu veure l’analogia amb les làmpades incandescents. Aquesta làmpada és per a 220V, i aquesta per a 12. En el cas d’utilitzar un LED, no es pot dir que aquest LED sigui de 5V i aquest de 12V. La pregunta és, per què?

El fet és que el LED és un dispositiu actual: s'encén una resistència de limitació de corrent en sèrie, que es mostra a la figura 2.

Figura 2 Esquema de cablejat LED mitjançant una resistència de límit de corrent

És fàcil veure que el LED està connectat a una font de corrent continu amb la polaritat correcta: l’ànode està connectat al pol positiu de la bateria i al càtode mitjançant la resistència limitant, respectivament, al negatiu. Naturalment, la resistència limitant també es pot incloure en el trencament de la sortida de l’ànode, perquè el circuit és serial!

La font de corrent continu de la figura es mostra com una cel·la galvànica amb un voltatge de no més d’un volt i mig. De fet, pot ser una bateria de cèl·lules amb un voltatge de 12 ... 24V, i amb una correcta inclusió, fins i tot una xarxa d’il·luminació de CA de 220V. El més important és limitar la corrent directa mitjançant el LED al nivell indicat a la documentació tècnica. Per a la majoria de LEDs moderns, aquest corrent és de 20mA.

Però aquí encerta fer un petit comentari sobre el problema de la tensió LED. El fet és que actualment, amb l’objectiu de la miniaturització d’equips electrònics, s’ha establert la producció de leds amb una resistència limitadora integrada integrada a la carcassa. Aquesta integració ens permet dir que aquest LED té una tensió de treball de 12V, i aquesta només és de 5.

Amb aquesta marca es poden veure les etiquetes de preus als prestatges dels mercats de ràdio. És cert que aquests dispositius no són habituals, per tant, no s’ha d’oblidar de la resistència limitant.

També hi ha una categoria de leds dissenyats per a una tensió de funcionament específica. Es tracta dels anomenats LED intermitents que contenen un generador integrat al seu interior, cosa que fa que el cristall parpellegi a una freqüència determinada. Els intents de canviar la freqüència de parpelleig amb l'ajuda de condensadors externs i altres trucs estan condemnats al fracàs. Tot i que es pot aconseguir algun canvi de freqüència variant la tensió de subministrament.

Així doncs, els leds intermitents es produeixen específicament per a un voltatge determinat: alta tensió de 3 ... 14V i baixa tensió 1,8 ... 5V. Al mateix temps, no hi ha la resistència limitadora incorporada per a LEDs intermitents de baixa tensió. Aquí cal mostrar la màxima atenció. Però tornem als LED habituals.

Així doncs, ja s’ha dit que el corrent directe de la majoria de leds és de 20 mil·límetres. Es pot fer una mica menys (només baixarà la brillantor i el color serà una mica diferent del previst), però més no és desitjable. És aquest valor actual que pretén proporcionar la resistència limitant mostrada a la figura 2.

Per calcular el valor de resistència d’aquesta resistència, heu de conèixer dos paràmetres.En primer lloc, es tracta de la tensió d’alimentació del circuit (cal parar atenció, es tracta d’ESQUEMES, ni d’un sol LED) i, segon, d’una baixada de tensió directa del LED.

Aquesta baixada directa s’especifica a la documentació tècnica i, per a la majoria de tipus de LED, es troba en l’interval d’1,8 ... 3,6 V (per a cada tipus propi, però molt sovint de 2V). Aquesta serà la caiguda de tensió directa del LED a un corrent de 20 mA. Amb aquestes dades, és molt senzill calcular la resistència de la resistència limitant. Per deixar clar d’on prové, podeu utilitzar el senzill diagrama que es mostra a la figura 3.

Figura 3Esquema de connexió LED

És obvi que la resistència R1 i el LED HL1 connectats en sèrie són un divisor de tensió. També se sap que una caiguda de tensió directa al LED segons les dades de referència és exactament de 2V. Aquí tenim un LED tan bo.

Aleshores, amb una tensió d’alimentació de 12V, la caiguda de tensió a la resistència R1 serà de 12V - 2V = 10V. Per tant, segons la llei d’Ohm, és fàcil calcular la resistència de la resistència a la qual el corrent a través del LED serà de 20mA: R = U / I = 10V / 20mA = 0,5KΩ.

Fórmula per calcular la resistència limitant:

Aquí tot és clar i senzill. En el numerador hi ha la tensió d’alimentació i una caiguda de tensió directa del LED. El denominador conté el corrent necessari mitjançant el LED multiplicat per un factor de fiabilitat de 0,75. En mecànica, això es diu marge de seguretat.

En el cas que es connecten diversos leds en sèrie, la caiguda de tensió sobre ells simplement es suma i es substitueix en la fórmula anterior. Naturalment, en aquest cas, la resistència R en aquest cas es fa menor que per un sol LED.

Naturalment, s’allibera una mica d’energia a la resistència. Perquè la resistència no es cremi immediatament o amb el pas del temps, la seva potència es calcula normalment mitjançant la fórmula:

Totes les quantitats tenen la dimensió del sistema SI: tensió en volts, resistència en ohms, potència en watts.

Molt sovint es necessita diverses maneres de connectar LEDs, de connectar-los a diverses fonts d’energia, però això es tractarà en la continuació de l’article.

Vegeu també Com connectar la tira LED a l’alimentació

Boris Aladyshkin