Categories: Articles destacats » Electricistes novells
Nombre de visualitzacions: 205275
Comentaris sobre l'article: 9
Quant als LED de Dummies
No m'agraden molt les fórmules. Com qualsevol persona normal :) Em provoquen mal de cap i ganes de llançar alguna cosa a la paret. Tota la meva vida vaig intentar estar lluny d'ells. I va resultar. Però ara em vaig interessar pels leds i em vaig adonar: no hi ha lloc per arribar. Per obtenir el resultat desitjat, heu d’entendre el seu funcionament. Lentament, al llarg dels passos, vaig començar a recórrer la selva de lumen, candela i esteradians. Gradualment, es va començar a formar una imatge al meu cap. I al mateix temps lamentar-ho bé, per què no hi havia ningú que ho expliqués amb un llenguatge senzill i accessible? Tant de temps perdut ... Intentaré estalviar-vos d'un mal de cap i explicar-vos el més accessible possible - què és un LED i com funciona. Bé, alhora explicaré un parell de lleis d’òptica :)
L’article està dedicat a aquells que es confonen en watts-candela-lumens-suites. I, de fet, als LED. Escrit per una tetera avançada per a principiants :)
LED regular
No importa la forma de girar, primer hauràs de tocar les lleis de l'electricitat ordinària. En exemples il·lustratius, és clar: tots ho sabem - què és de 220 volts - això és el que pot colpejar correctament si no observeu les precaucions de seguretat. Quan compreu un aparell elèctric, per exemple, una planxa, el passaport diu a quina tensió està dissenyat. Normalment això és de 220 volts. Però en el mateix passaport també s’indiquen aquests paràmetres: una tensió alterna amb una freqüència de 50 hertz. Per què els fabricants indiquen obstinadament aquests paràmetres?
Agafeu qualsevol passaport tècnic per a un aparell elèctric i mireu-ho diu que la tensió d'alimentació hauria de ser de ~ 220 volts, 50 Hz. Vegem què és. Un "~" indica que la tensió ha de ser variable. En un sistema elèctric automobilístic, per exemple, la tensió és constant. I, amb una bateria tipus finger, és permanent. La diferència és simple (una tensió constant té un plus i un menys), una variable no. Per què no? Tot és molt senzill. A les xarxes de CA, el plus i el mínim canvien de lloc constantment. El mateix contacte és un avantatge o un menys. Amb quina freqüència? Però, per això, hi ha un altre valor: 50 Hz.
Què és Hz? Es tracta d’un wobble per segon. És a dir, a la nostra xarxa domèstica, a més de canvis menys de cinquanta vegades per segon. I ara, quin és l’ús pràctic d’aquest coneixement, quin tipus de rodament té al LED?
Anem bé. Suposem que teniu una bombeta de 220 volts de 100 watts a les mans. Si la connecteu a una xarxa elèctrica, s'il·luminaran per a tots els seus cent vatios. I si no necessitem aquests 100 watts? Necessiteu, per exemple, 50? Això ens ajudarà DIODE.
Si dividim la paraula "LED" en els seus components, obtenim "llum" i "díode". És a dir, es tracta d’un díode regular, que també brilla.
Un díode és un dispositiu que es compara millor, per exemple, amb una vàlvula o un mugró en una roda del cotxe. Allà es pot bombar aire, i enrere - el mugró no deixa. Un díode ordinari sembla una bóta negra amb dos pins - més i menys. Aquí el podem utilitzar per a experiments pràctics que ajuden a molts a arreglar el material. Per descomptat, és perillós començar experiments immediatament amb 220 volts, però amb una cura adequada no passarà res dolent. No obstant això, tots els experiments que realitzeu pel vostre perill i perill :)
Mireu el tema: El dispositiu i principi de funcionament d'un díode semiconductor
Necessitem una bombeta de la nevera per a 220v, 15 watts. Per ella, heu de trobar un cartutx adequat i traieu-ne dos fils. Aleshores, necessitem qualsevol díode que es pugui obtenir, per exemple, des de qualsevol TV defectuós o gravador de cintes. Com més gran sigui, millor. No cal que en prengueu de petites (220 volts al cap i a la fi). Prop seu hi sol haver una designació en forma de triangle.
Aleshores, necessitarem un cable d’alimentació amb un connector, una sèrie de cables i soldadura. Per començar, simplement connecteu la bombeta a la xarxa i recordeu com brilla. A continuació, desconnecteu i munteu el circuit com es mostra a l'esquerra.
No oblideu aïllar amb cura totes les juntes amb cinta elèctrica. Connecteu-ho. Com podeu veure, la bombeta brilla molt pitjor. Això no és sorprenent: ara només rep la meitat de la tensió que necessita, el segon díode no es posa en marxa. Si la vostra experiència va ser un èxit i el díode és prou gran, ja podeu fer que qualsevol de les vostres bombetes sigui pràcticament eterna.
Per exemple, un llum de 50 watts brilla al passadís i s’encén constantment. Tireu 100 watts, engegueu-lo a través del díode, brillarà com 50 watts, però no es cremarà. Hi ha, però, una advertència: el díode ha de ser nominal per a 220V i el corrent és, com a mínim, amperes. El millor és comprar-ne una a una botiga de peces de ràdio.
Doncs bé, ja que vam esbrinar què és un díode, té sentit anar al tema que ens interessa: el LED. El LED, com ara està clar, també té un avantatge i un menys. És a dir, per al seu funcionament es necessita una font de tensió constant: una pila, una bateria, una font d’alimentació. La font d'alimentació ha d'indicar que subministra tensió constant (corrent continu). Normalment a la portada del bloc hi ha un adhesiu d’aquest contingut.
Entrada - ~ 220V 50HZ,
sortida - 12v, 0,5 A CC
Això significa que aquesta unitat pot produir una tensió constant de 12 volts i un corrent de 0,5 amperis.
Tingueu en compte que el carregador de telèfons mòbils també és una font d'alimentació. Normalment té paràmetres de 5-6 volts 0,2-0,5 A. Sovint és molt convenient utilitzar-lo per alimentar els LED, ja que carregador estabilitza el corrent. Però més informació sobre això més endavant en els articles següents.
Ens són importants dos paràmetres: el voltatge de funcionament del LED i el corrent. El voltatge de funcionament del LED també s’anomena “caiguda de tensió”. En essència, aquest terme significa que després del LED, la tensió al circuit serà menor per la mida d’aquesta mateixa caiguda. És a dir, si subministrem energia al LED, que té una caiguda de tensió de 3 volts, es menjarà aquests tres volts i el dispositiu connectat a ell després d’aquest obtindrà 3 volts menys. Però el més important a aprendre és que el corrent és important per al LED, no per la tensió. Ell prendrà el voltatge tant com necessiti, però el corrent, quant et donis. És a dir, si la vostra font d’energia pot emetre 10 amperis, el LED es prendrà al corrent fins que s’encengui. La lògica és senzilla: el LED connectat consumeix corrent i comença a escalfar-se. Com més calent s'escalfa, més corrent hi pot passar, s'expandeix a partir de la calefacció. Junt amb el corrent augmenta la caiguda de tensió a través del díode. I fins que no es crema completament, ningú no ha limitat el corrent. Però això s’ha de fer mitjançant l’element limitant.
Tingueu en compte que si la font d’alimentació té una tensió de sortida igual a la tensió de funcionament del LED, no cal limitar el corrent. És a dir, si teniu, per exemple, un LED blanc i una bateria de 3,6 volts des d’un telèfon mòbil - podeu connectar-lo directament a aquesta bateria - no passarà res del LED. Estaria encantat d’agafar més corrent, però no hi ha prou tensió. De manera que la bateria de 3,6 V és una font d’alimentació ideal per experimentar amb LEDs blancs i blaus. Per què només amb ells, sobre això, en altres articles.
En general, en sèrie amb el LED, hem de posar una espècie d’aixeta i cargolar-la al valor que necessitem. En el paper d'aquesta grua poden ser diferents dispositius. El més senzill és un resistor.
Aspectes òptics de l’ús de LEDs
Suposem que hem après com connectar un LED i limitar el seu corrent. Sorgeix la pregunta: quant brilla? Aquí hem de submergir-nos una mica en òptica.
Entre les propietats dels LED, especialment potents, sovint s’indica el tipus de distribució de la llum. Normalment aquest és l'anomenat LED Lambert. Més endavant, la considerarem com la més estesa. Què vol dir aquest terme? El LED "Lambert" brilla en totes les direccions per igual, independentment de la direcció.Si el LED fos una bola, brillaria igualment en totes les direccions, aquesta és l’essència del diagrama de Lambert. Per deixar-ho clar, el sol és una font lambertiana.
El disseny estàndard del LED és un cristall, una placa fina que brilla. Mireu per la finestra transparent del LED - i veureu aquest cristall. Li arriben prims cables de contactes. Si connecteu la imaginació, podeu imaginar la llum procedent del LED com un núvol en forma d’esfera penjat al damunt. Llum: aquestes són petites partícules anomenades fotons. Per tant, una bola plena de fotons penja per sobre del LED. I com més llum emeti el LED, més gran és la bola, més lluny es mouen els bunyols de fotons, empenyent-se i agafant-se els uns als altres. La majoria volen cap amunt, perpendicular al pla del cristall, de manera que la intensitat màxima de llum dels LED és de 90 graus en relació amb el pla del cristall. Espero que ara els diagrames donats pels fabricants de LED us siguin més clars :) Per ser completament comprensibles, mirem un exemple.
Suposem que hi ha un LED, a la part superior del qual penja una esfera de llum emesa per ell amb un diàmetre d’1 metre (bon LED! :)).
L’escala inferior és el nombre per cent d’aquest mesurador, la superior és el grau de radiació. D'acord amb aquest diagrama, el major nombre de fotons es troba en el punt més alt amb un grau de 0 i un abast d'1 metre. Sembla estrany, però ho és. Menys estrany comença a semblar, si recorda que la llum és una ona, no és per res que indiquen la longitud d’ona de les característiques. En conseqüència, la nostra esfera de llum es pot representar com un camp electromagnètic amb una certa densitat. Però això ja és una selva - seguim endavant :)
Angle de mitja brillantor
El fabricant sol indicar un paràmetre com ara un doble angle de mitja brillantor. Què vol dir aquest terme? Tal com vam esbrinar, el LED dóna la màxima llum al centre i a la part superior, és a dir, l’angle és zero. Per tant, com més lluny del centre, menys llum. L’angle de mitja brillantor és quan el LED proporciona 100 unitats de llum convencionals a “0” graus i, per exemple, a 30 graus (respecte a l’eix “0”) - 50. L’angle de mitja brillantor de la figura I és la intensitat de llum, Imax és la intensitat màxima de llum. ImaxCos: la meitat del poder de la llum. Per què "doble" - multiplicem graus per dos, el LED també brilla simètricament. Com a resultat, obtenim un bon triangle de llum isòsceles. També hi ha llum fora d’aquest triangle, tenim una bola de llum, però el punt de referència de la característica del LED és la meitat de l’angle.
Candela
Ara podem considerar què és Candela. Candela és, a l'antiga manera, una "espelma". Recordeu, solien dir: un candelabre o una làmpada amb cent espelmes? Antigament, calia algun tipus de referència. Vam acordar prendre una espelma del gruix necessari, encendre-la i considerar-la un estàndard, aquesta candela. Avui en dia, per descomptat, pensen diferent. No explicaré amb detall com, això queda fora de l’àmbit de l’article. És només una unitat de mesura per a la intensitat lluminosa i es diu Candela. La seva característica principal és l'ús de fonts direccionals per mesurar la intensitat de llum. És per això que per a leds de 5 mm els valors estan indicats en espelmes, més precisament, a mil·landres (1 cd = 1000 mcd).
Ha arribat el moment de descobrir com es diferencien dels LEDs de 5 mm o de qualsevol altra caixa en un plàstic.
Característiques de disseny dels LED indicadors de 5 mm
Com s'ha esmentat anteriorment, un LED és un cristall emissor de llum. Considereu el disseny del LED en una caixa de plàstic de 5 mm. Un examen proper revela dues coses importants: la lent i el reflector. El cristall LED es col·loca al dispositiu reflector del LED. Aquest reflector estableix l'angle de dispersió inicial. A continuació, la llum passa per una caixa epoxi. Arriba a la lent, i després comença a dissipar-se pels costats en un angle, segons el disseny de la lent. A la pràctica: de 5 a diagrama LED a 160 graus.
Per indicar la intensitat lluminosa d’aquests LED, només s’utilitza candela.Els LED amb emissió direccional emeten llum en un angle sòlid. Per comprendre què és un angle sòlid, n’hi ha prou d’imaginar la imatge següent. Agafeu una llanterna, la enceneu i la poseu a la galleda de foc fins a la part inferior, després la tanqueu amb una tapa. La llum que hi ha a l’interior, en conseqüència, té la forma d’un con en forma del nostre cub. Aquest con delimitat per una tapa és un angle sòlid.
Intentaré explicar el sentit de la distribució de la llum més senzillament. Suposem que la intensitat lluminosa de la nostra llanterna és d’1 candela, és a dir, de 1000 micro-candeletes (per ser més figuratives, les micro espelmes es poden considerar fotons :)) Si anem més enllà per analogia, tenim un cubell complet de micro-lampades. Si ho desitgeu, podeu calcular el volum de la cullera - benvingut a la geometria :) En conseqüència, si agafem el cubell dues vegades més - les micro-lampadines es reparteixen uniformement al mateix, és a dir, no hi haurà més :) En totes aquestes explicacions, podeu trobar la resposta a la pregunta sagrada - quantes. Es necessiten LEDs per substituir una bombeta de 100 watts. Sobre això - més enllà.
Característiques de disseny dels LED d'alta potència
A diferència dels LED indicadors, els potents no només són un dispositiu, sinó també un producte de màrqueting. Avui, entre els principals fabricants, hi ha una autèntica carrera per a lúmens: qui és més? I a ningú li importa que encara s’hagin d’utilitzar aquests lumens. Anem en ordre.
La principal diferència entre un LED potent i un LED indicador en la seva forma pura és minimitzar els obstacles a la sortida de llum del carcassa del LED. Per tant, els potents LED tenen un diagrama de Lambert. Què comporta això a la pràctica? Engegueu el LED i a sobre hi ha una bonica bombeta. I què fer després? Com poden il·luminar la superfície que necessiteu? Cal utilitzar diverses òptiques o reflectors, cosa que inevitablement comporta pèrdues i, per tant, una disminució del flux lluminós. Per tant, si, després d’haver comprat un poderós LED, no heu adquirit una bona òptica i dissenyat específicament per al seu disseny –alegreu-vos d’hora–, encara falta el mal de cap.
El fet de proporcionar els lumens que necessiteu a la superfície que voleu il·luminar no és una tasca fàcil.
Lumen
Com ja heu entès, les espelmes per avaluar la intensitat lluminosa dels LED d’alta potència no són adequades. Per això, hi ha lumens: aquesta és la quantitat total de llum que pot donar el LED quan es connecta amb els valors de corrent i tensió especificats. Recordeu l’analogia del cub de foc? Aquí també hi encaixa. Assumim que si el LED té una intensitat lumínica de 100 lúmens, al nostre cub hi haurà 100 lúmens.
Una bombeta de 100 W ordinària també és una font Lambert. La producció de llum mitjana d’aquesta bombeta és de 10-15 lumens per watt. És a dir, 100 watts de llum incandescent ens donaran, per exemple, 1000 lumens. Així doncs, per substituir una làmpada de 100 watts per LED, necessiteu 10 peces de 100 lúmens cadascuna. És senzill? No, desgraciadament. Arribem a un terme com LUX.
Suite
El luxe és la relació entre el nombre de lumens i la zona il·luminada. 1 lux és d'1 lumen per metre quadrat. Diguem que tenim una superfície quadrada amb una superfície d’un metre. Tot està il·luminat de manera uniforme per una bombeta situada a una certa distància pura de dalt. Per a aquesta bombeta, el fabricant va declarar una il·luminació de 100 lux. Agafem un dispositiu que mesura la potència de la llum i la mesurem a qualsevol lloc de la nostra plaça, hauríem d’aconseguir 100 lúmens. Si és així, el fabricant no ens va enganyar.
Llegiu també sobre aquest tema:Exemples d’ús de LED
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: