O LED lampicama za lutke

Ne volim formule. Kao i svaki normalan čovjek :) Uzrokuju me glavobolja i želja da nešto bacim u zid. Cijeli život pokušavao sam se držati podalje od njih. I pokazalo se. Ali sada sam se zainteresovao za LED-ove i shvatio - nigdje nema. Da biste postigli željeni rezultat, morate razumjeti kako to funkcionira. Polako, uz stepenice, počeo sam se probijati kroz džunglu lumena, kandela i steradijana. Postupno mi se u glavi počela oblikovati slika. I istodobno žaljenje - pa, zašto nije bilo nikoga da to objasni na jednostavnom dostupnom jeziku? Toliko vremena izgubljeno ... Pokušat ću te spasiti od glavobolje i objasniti mu što je moguće pristupačnije - što je LED i kako radi, Pa, u isto vrijeme ću objasniti nekoliko zakona optike :)

Članak je posvećen onima koji se zbune u apartmanima wande-candela-lumens. I doista u LED-ima. Napisao napredni čajnik za početnike :)

Redovna LED

Bez obzira kako rotirate, najprije ćete se morati dotaknuti zakona uobičajene električne energije. U ilustrativnim primjerima, naravno :) Svi znamo - što je 220 volti - to je ono što može pravilno udariti, ako ne poštujete sigurnosne mjere opreza. Kada kupite električni uređaj, na primjer, glačalo, u putovnici se kaže za koji je napon dizajniran. Obično je to 220 volti. Ali u istoj putovnici navedeni su i ovi parametri - naizmjenični napon s frekvencijom 50 hertza. Zašto proizvođači tvrdoglavo navode ove parametre za vas?

Uzmite bilo koju tehničku putovnicu za električni aparat i pogledajte - kaže da bi napon trebao biti ~ 220 volti, 50 Hz. Da vidimo što je to. "~" Označava da napon mora biti promjenjiv. Na primjer, u automobilskom električnom sustavu napon je konstantan. A s baterijom tipa prsta je trajna. Razlika je jednostavna - konstantan napon ima plus i minus - varijabla nema. Zašto ne? Sve je vrlo jednostavno. U izmjeničnim se mrežama plus i minus stalno mijenjaju. Isti kontakt je ili plus ili minus. Koliko često? Ali za to postoji još jedna vrijednost - 50 Hz.

Što je Hz? Ovo je jedno titranje u sekundi. To jest, u našoj kućnoj mreži, plus se mijenja minus pedeset puta u sekundi. A sada - kakva je praktična upotreba ovog znanja, kakav ležaj ima na LED-u?

Hajde da ispravimo. Pretpostavimo da u svojim rukama imate žarulju od 100 volti od 100 volti. Ako ga priključite u električnu mrežu - upalit će se za svih svojih sto vati. A ako nam ne treba tih 100 vata? Treba li vam, recimo, 50? U tome će nam pomoći DIODA.

Ako razbijemo riječ „LED“ na njene komponente, dobit ćemo „svjetlost“ i „dioda“. Odnosno, ovo je obična dioda, koja također svijetli.

Dioda je uređaj koji se najbolje uspoređuje, primjerice, s ventilom ili bradavicom u kotaču automobila. Tamo možete pumpati zrak, a natrag - bradavica ne pušta. Obična dioda izgleda poput crne cijevi s dvije pinove - plus i minus. Ovdje ga možemo koristiti za praktične eksperimente koji pomažu mnogima u popravljanju materijala. Naravno, opasno je odmah započeti eksperimente sa 220 volti, ali uz pravilnu njegu neće se dogoditi ništa loše. Ipak, svi eksperimenti koje izvodite na vlastitu odgovornost i rizik :)

Pogledajte temu: Uređaj i princip rada poluvodičke diode

Trebamo žarulju iz hladnjaka za 220 V, 15 vata. Za nju trebate pronaći odgovarajući uložak i ukloniti dvije žice iz njega. Tada nam treba bilo koja dioda koja se može dobiti, na primjer, s bilo kojeg neispravnog televizora ili magnetofona. Što je veća, to je bolje. Ne trebate uzeti vrlo male - napokon 220 volti. U blizini se obično nalazi oznaka u obliku trokuta.

Tada nam treba kabel za napajanje s utikačem, neke žice i lemljenje željeza, Za početak jednostavno spojite žarulju na mrežu i sjetite se kako svijetli. Zatim isključite i sastavite krug kao što je prikazano na lijevoj strani.

Ne zaboravite pažljivo izolirati sve spojeve električnom trakom. Uključite. Kao što vidite, žarulja sjaji puno gore. To nije iznenađujuće - ona sada prima samo polovicu napona koji joj treba - druga se dioda ne pokreće. Ako je vaše iskustvo uspjelo, a dioda je dovoljno velika - sada bilo koju žarulju možete učiniti vječnom.

Primjerice, 50-vatna svjetiljka svijetli u vašem hodniku i stalno gori. Uzmite 100 vata, uključite ga kroz diodu - zasvjetlit će poput 50 vata, ali neće izgorjeti. Postoji, međutim, jedno upozorenje - dioda mora biti 220V, a struja najmanje ampera. Najbolje je kupiti ga u trgovini radio dijelova.

Pa, otkad smo shvatili što je dioda, ima smisla prijeći na temu koja nas zanima - LED. LED, kao što je sada jasno, ima i plus i minus. To je, za njegov rad, potreban je konstantni izvor napona - baterija, baterija, napajanje. Napajanje mora značiti da daje konstantni napon (DC). Obično se na koricama bloka nalazi naljepnica ovog sadržaja.

Ulaz - ~ 220V 50HZ,

izlaz - 12 V, 0,5 A istosmjernog napona

To znači da takva jedinica može proizvesti konstantan napon od 12 volti i struju od 0,5 ampera.

Imajte na umu da je punjač za mobitele također izvor napajanja. Obično ima parametre od 5-6 volti, 0,2-0,5 A. Često ga je vrlo prikladno koristiti za napajanje LED-ova, jer punjač stabilizira struju. Ali o tome više kasnije u sljedećim člancima.

Za nas su važna dva parametra - radni napon LED i struja. Radni napon LED također se naziva "pad napona". U osnovi, ovaj izraz znači da će nakon LED-a napon u krugu biti manji za veličinu istog pada. To jest, ako opskrbimo LED diodom koja ima pad napona od 3 volta, tada će pojesti ta tri volta, a uređaj koji je spojen na nju nakon toga dobit će 3 volta manje. Ali najvažnije je naučiti da je za LED važna struja, a ne napon. Uzet će napon onoliko koliko mu treba, ali struje - koliko dajete. Odnosno, ako vaš izvor napajanja može dati 10 ampera, LED će se vršiti struja dok ne izgori. Logika je ovdje jednostavna - spojeni LED troši struju i počinje se zagrijavati. Što se jače zagrijava - više struje može proći kroz njega - širi se od zagrijavanja. Zajedno sa strujom povećava se i pad napona preko diode. I tako sve dok ne izgori u potpunosti - nitko nije ograničio struju. Ali to se mora učiniti koristeći element ograničavanja.

Imajte na umu da ako izvor napajanja ima izlazni napon jednak radnom naponu LED, nije potrebno ograničiti struju. To jest, ako imate, na primjer, bijeli LED i bateriju od 3,6 volti s mobitela - možete ga izravno povezati s ovom baterijom - ništa se neće dogoditi s LED-om. Rado bi zgrabio više struje - ali nema dovoljno napona. Tako je ćelija od 3,6 V idealan izvor napajanja za eksperimentiranje s bijelim i plavim LED-ima. Zašto samo s njima - o tome u drugim člancima.

Općenito, u seriji sa LED-om moramo staviti neku vrstu slavine i zaviti je na vrijednost koja nam je potrebna. U ulozi takve dizalice mogu biti različiti uređaji. Najjednostavniji od njih je otpornik.

Optički aspekti upotrebe LED dioda

Pretpostavimo da smo naučili kako spojiti LED i ograničiti njegovu struju. Postavlja se pitanje - koliko sjaji? Ovdje moramo malo zaroniti u optiku.

Među svojstvima LED dioda, posebno snažnih, često se navodi vrsta raspodjele svjetlosti. Obično je to takozvani Lambert LED. Nadalje, smatrat ćemo ga najrasprostranjenijim. Što ovaj pojam znači? LED "Lambert" svijetli u svim smjerovima jednako, bez obzira na smjer.Da je LED kuglica, svijetlila bi jednako u svim smjerovima - to je suština Lambertovog dijagrama. Da budemo jasni, sunce je izvor Lambertija.

Standardni LED dizajn je kristal, tanka ploča koja svijetli. Pogledajte kroz prozor prozor LED-a - i vidjet ćete ovaj kristal. Dolaze mu tanke žice kontakata. Ako spojite maštu, možete zamisliti svjetlost koja dolazi sa LED-a kao oblak u obliku sfere koji visi iznad nje. Svjetlost - to su male čestice koje se zovu fotoni. Dakle, kugla ispunjena fotonima visi iznad LED-a. I što više svjetlosti LED emitira, to je veća lopta, što dalje fotonski krafne lete, gurajući se i istiskujući jedni druge. Većina ih leti okomito prema ravnini kristala, tako da je maksimalni intenzitet svjetlosti LED dioda 90 stupnjeva u odnosu na ravninu kristala. Nadam se da će vam sada dijagrami koje daju proizvođači LED-a postati jasniji :) Da biste postali potpuno razumljivi, pogledajmo primjer.

Pretpostavimo da postoji LED, na čijem vrhu visi svjetlosna sfera promjera 1 metar (dobar LED! :)).

Donja je skala broj postotaka ovog metra, gornja je stupanj zračenja. U skladu s ovim dijagramom, najveći broj fotona je na najvišoj točki sa stupnjem 0 i rasponom od 1 metra. Izgleda čudno, ali jest. Manje čudno to počinje izgledati, ako se sjećate da je svjetlost val, nije za ništa što oni naznačuju valnu duljinu za karakteristike. U skladu s tim, naša svjetlosna sfera može se predstaviti kao elektromagnetsko polje s određenom gustoćom. Ali ovo je već džungla - idemo dalje :)

Polovični kut svjetline

Proizvođač obično naznačuje parametar kao što je dvostruki kut polovine svjetline. Što ovaj pojam znači? Kao što smo saznali, LED daje maksimalno svjetlo u sredini i na vrhu, to jest, kut je nula. U skladu s tim, što je udaljenije od središta, to je manje svjetla. Kut polovine svjetline je kada LED daje 100 konvencionalnih jedinica svjetla pri "0" stupnjeva, i, na primjer, na 30 stupnjeva (u odnosu na os "0") - 50. Kut polovine svjetline na slici I je intenzitet svjetla, Imax je maksimalni intenzitet svjetla. ImaxCos - pola snage svjetlosti. Zašto "dvostruko" - množimo stupnjeve po dva, LED također svijetli simetrično. Kao rezultat toga, dobivamo lijep isosceles trokut svjetlosti. Postoji svjetlost i izvan ovog trokuta, imamo kuglu svjetlosti, ali referentna točka karakteristike LED je polovina kuta.

Candela

Sada možemo razmotriti što je Candela. Candela je, na stari način, "svijeća". Sjećate se, govorili su - luster ili svjetiljka sa stotinu svijeća? U stara vremena bila je potrebna nekakva referentna točka. Dogovorili smo se da uzmemo svijeću potrebne debljine, zapalimo je i smatramo je standardnom, baš ovom kandelom. Danas, naravno, razmišljaju drugačije. Neću detaljno objašnjavati kako, to je izvan dosega članka. To je samo jedinica mjere za svjetlosni intenzitet, a zove se Candela. Njegova glavna značajka je uporaba usmjerenih izvora za mjerenje intenziteta svjetlosti. Zato su za 5 mm LED vrijednosti označene u svijećama, točnije, milicandelima (1 cd = 1000 mcd).

Vrijeme je da shvatimo kako se LED od 5 mm ili bilo koji drugi u plastičnom kućištu razlikuju od moćnih.

Dizajnerske karakteristike LED indikatora 5 mm

Kao što je gore spomenuto, LED je kristal koji emitira svjetlost. Razmislite o dizajnu LED-a u plastičnom kućištu od 5 mm. Pomnim pregledom otkrivaju se dvije važne stvari - objektiv i reflektor. LED kristal se postavlja u reflektorski uređaj LED. Ovaj reflektor postavlja početni kut raspršivanja. Tada svjetlost prolazi kroz epoksidno kućište. Dolazi do leće - i tada se počinje rasipati na stranama pod kutom, ovisno o dizajnu leće. U praksi - od 5 do LED dijagrama 160 stupnjeva.

Za označavanje svjetlosnog intenziteta takvih LED dioda koristi se samo kandela.LED-ovi s usmjerenim zračenjem emitiraju svjetlost u čvrstom kutu. Da biste razumjeli što je čvrst kut, dovoljno je zamisliti sljedeću sliku. Uzmete svjetiljku, uključite je i stavite u kantu za vatru do samog dna, a zatim je zatvorite poklopcem. Sukladno tome, svjetlost unutar ima oblik konusa u obliku naše kante. Konus omeđen poklopcem je punog kuta.

Pokušat ću jednostavnije objasniti značenje raspodjele svjetlosti. Pretpostavimo da je svjetlosni intenzitet našeg fenjera 1 kandela, to jest 1000 mikrokandela (da budemo figurativni, mikro kandele možemo smatrati fotonima :)) Ako idemo dalje po analogiji, imamo punu kantu mikrokandela. Ako želite, možete izračunati volumen kante - dobrodošli na geometriju :) Prema tome, ako kantu uzmemo dvostruko više - mikrokanali su na njoj ravnomjerno raspoređeni, tj. Neće je biti više :) U svim tim objašnjenjima možete pronaći odgovor na sveto pitanje - koliko njih LED diode potrebne su za zamjenu žarulje od 100 vata. O tome - dalje.

Dizajnerske karakteristike LED velike snage

Za razliku od LED indikatora, snažni nisu samo uređaj, već i marketinški proizvod. Danas između glavnih proizvođača postoji prava utrka za lumene - tko je više? I nikoga nije briga što se ovi lumeni i dalje moraju koristiti. Idemo redom.

Glavna razlika između moćnog LED i indikatorskog LED u svom čistom obliku je minimiziranje prepreka na izlazu svjetlosti iz kućišta LED. Stoga snažne LED diode imaju Lambertov dijagram. U šta se to vodi u praksi? Uključite LED i dobijete lijepu žarulju iznad nje. I što dalje činiti? Kako mogu osvijetliti površinu koja vam je potrebna? Morate koristiti razne optike ili reflektore, što neminovno dovodi do gubitaka, a samim tim i do smanjenog svjetlosnog toka. Stoga, ako kupite snažni LED, niste nabavili dobru optiku i dizajnirali posebno za njegov dizajn - radujete se rano - glavobolja još uvijek dolazi.

Iznošenje lumena koji vam trebaju na površinu koju želite osvijetliti nije lak zadatak.

lumen

Kao što ste već shvatili, kandele za ocjenu svjetlosnog intenziteta LED-ova velike snage nisu prikladne. Da biste to učinili, postoje lumeni - ovo je ukupna količina svjetlosti koju LED može dati kada je povezan s navedenim vrijednostima struje i napona. Sjećate se analogije vatrene kante? Ovdje se također uklapa. Pretpostavljamo da ako LED ima intenzitet svjetlosti od 100 lumena, tada će u našoj kanti biti 100 lumena.

Obična žarulja od 100 W također je Lambertov izvor. Prosječna svjetlosna snaga ove žarulje je 10-15 lumena po vati. Odnosno, 100 vata žarulje sa žarnom niti dat će nam, recimo, 1000 lumena. Dakle, za zamjenu 100-vatne svjetiljke s LED-ovima, trebate 10 komada po 100 lumena svaki. Je li to jednostavno? Ne, nažalost. Dolazimo do termina kao što je LUX.

luksuz

Luksuzan je omjer broja lumena i osvijetljenog područja. 1 lux je 1 lumen po kvadratnom metru. Recimo da imamo kvadratnu površinu s površinom od jednog metra. Sve je ravnomjerno osvijetljeno žaruljom koja se nalazi na određenoj udaljenosti, odozgo. Proizvođač je za ovu žarulju proglasio osvjetljenje od 100 lux. Uzmemo uređaj koji mjeri snagu svjetlosti i mjeri ga bilo gdje na našem trgu, trebali bismo dobiti 100 lumena. Ako je tako, proizvođač nas nije prevario.

Pročitajte i na ovu temu:Primjeri upotrebe LED-a