LED e loro applicazioni. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante

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LEDo diodi emettitori di luce (LED, nella versione inglese LED - diodo a emissione di luce) - un dispositivo a semiconduttore che emette luce incoerente quando viene attraversato da una corrente elettrica. Il lavoro si basa sul fenomeno fisico della comparsa della radiazione luminosa quando una corrente elettrica passa attraverso una giunzione pn. Il colore del bagliore (la lunghezza d'onda massima dello spettro di emissione) è determinato dal tipo di materiali semiconduttori utilizzati che formano la giunzione pn.

dignità

1. I LED non hanno lampadine e filamenti di vetro, il che garantisce un'elevata resistenza meccanica e affidabilità (resistenza agli urti e alle vibrazioni)
2. L'assenza di riscaldamento e di alte tensioni garantisce un elevato livello di sicurezza elettrica e antincendio
3. Inertialess rende i LED indispensabili quando è richiesta l'alta velocità
4. Miniatura
5. Lunga durata (durata)
6. Alta efficienza,
7. Tensioni di alimentazione e consumo di corrente relativamente bassi, basso consumo energetico
8. Un gran numero di diversi colori di bagliore, direttività della radiazione
9. Intensità regolabile

Limitazioni

1. costo relativamente elevato. Il rapporto prezzo/lumen di una lampada a incandescenza convenzionale rispetto ai LED è di circa 100 volte
2. piccolo flusso luminoso da un elemento
3. degrado dei parametri LED nel tempo
4. aumento dei requisiti per la fonte di alimentazione

Aspetto e parametri principali

I LED hanno diversi parametri di base.

1. Tipo di caso
2. Corrente tipica (di lavoro).
3. Ridurre la tensione (di lavoro).
4. Colore della luminescenza (lunghezza d'onda, nm)
5. Angolo del fascio

Fondamentalmente il tipo di alloggiamento si riferisce al diametro e al colore della lampadina (lente). Come sai, un LED è un dispositivo a semiconduttore che deve essere alimentato con corrente. Quindi la corrente che dovrebbe essere utilizzata per alimentare un particolare LED è detta tipica. Allo stesso tempo, una certa tensione cade attraverso il LED. Il colore della radiazione è determinato sia dai materiali semiconduttori utilizzati che dalle impurità droganti. Gli elementi più importanti utilizzati nei LED sono: Alluminio (Al), Gallio (Ga), Indio (In), Fosforo (P), provocando un bagliore che va dal rosso al giallo. Indio (In), Gallio (Ga), Azoto (N) sono utilizzati per produrre luminescenza blu e verde. Inoltre, se al cristallo viene aggiunto un fosforo che provoca la luce blu (blu), otteniamo un LED bianco. L'angolo di radiazione è determinato anche dalle caratteristiche costruttive dei materiali, nonché dalla lampadina (lente) del LED.

Attualmente, i LED hanno trovato applicazione in un'ampia varietà di settori: luci a LED, illuminazione automobilistica, insegne pubblicitarie, pannelli e indicatori LED, ticker e semafori, ecc.

Schema di commutazione e calcolo dei parametri necessari:

Poiché il LED è un dispositivo a semiconduttore, la polarità deve essere rispettata quando è collegato al circuito. Il LED ha due uscite, una delle quali è il catodo ("meno") e l'altra è l'anodo ("più").

Il LED sarà acceso solo quando collegato direttamente, come mostrato in figura

Alla riaccensione, il LED non si accende. Inoltre, il guasto del LED è possibile a bassi valori consentiti della tensione inversa.

Le dipendenze tra corrente e tensione per la commutazione diretta (curva blu) e inversa (curva rossa) sono mostrate nella figura seguente. Non è difficile determinare che ciascun valore di tensione corrisponde al proprio valore di corrente che scorre attraverso il diodo. Maggiore è la tensione, maggiore è il valore della corrente (e maggiore è la luminosità). Per ciascun LED sono consentiti i valori della tensione di alimentazione Umax e Umaxrev (rispettivamente per commutazione diretta e inversa). Quando vengono applicate tensioni superiori a questi valori, si verifica un guasto elettrico a seguito del quale il LED si guasta. Esiste inoltre un valore minimo della tensione di alimentazione Umin al quale si accende il LED. L'intervallo delle tensioni di alimentazione compreso tra Umin e Umax è chiamato zona “di lavoro”, poiché è qui che opera il LED.

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1. C'è un LED, come collegarlo correttamente nel caso più semplice?

Per collegare correttamente il LED nel caso più semplice, è necessario collegarlo tramite un resistore limitatore di corrente.

esempio 1

È presente un LED con una tensione di esercizio di 3 volt e una corrente di esercizio di 20 mA. Deve essere collegato a una fonte di 5 volt.

Calcolare la resistenza del resistore di limitazione di corrente

R = Spegnimento / ILED
Uquenching = Upower - ULED
Consumo = 5 V
ULED = 3 V
ILED = 20 mA = 0.02 A
R \u5d (3-0.02) / 100 \u0.1d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

Cioè, devi prendere un resistore con una resistenza di 100 ohm

2. Come collegare più LED?

Colleghiamo più LED in serie o in parallelo, calcolando la resistenza richiesta.

Esempio 1.

Sono presenti LED con una tensione di esercizio di 3 volt e una corrente di esercizio di 20 mA. È necessario collegare 3 LED a una sorgente di 15 volt.

Facciamo il calcolo: 3 led a 3 volt = 9 volt, cioè basta una sorgente da 15 volt per accendere i led in serie

Il calcolo è simile all'esempio precedente.

R = Spegnimento / ILED
Uquenching = Upower - N * ULED
Consumo = 15 V
ULED = 3 V
ILED = 20 mA = 0.02 A
R \u15d (3-3 * 0.02) / 300 \u0.3d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

esempio 2

Lascia che ci siano LED con una tensione operativa di 3 volt e una corrente operativa di 20 mA. È necessario collegare 4 LED a una sorgente di 7 volt

Facciamo un calcolo: 4 LED per 3 volt \u12d 2 volt, il che significa che non abbiamo una tensione sufficiente per collegare i LED in serie, quindi li collegheremo in serie-parallelo. Dividiamoli in due gruppi di XNUMX LED. Ora dobbiamo calcolare i resistori di limitazione della corrente. Analogamente ai paragrafi precedenti, calcoliamo i resistori limitatori di corrente per ciascun ramo.

R = Spegnimento / ILED
Uquenching = Upower - N * ULED
Consumo = 7 V
ULED = 3 V
ILED = 20 mA = 0.02 A
R \u7d (2-3 * 0.02) / 50 \u0.05d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

Poiché i LED nei rami hanno gli stessi parametri, le resistenze nei rami sono le stesse.

esempio 3

Se ci sono LED di marche diverse, li combiniamo in modo tale che ogni ramo abbia LED di UN solo tipo (o con la stessa corrente di funzionamento). In questo caso non è necessario osservare le stesse tensioni, perché calcoliamo la nostra resistenza per ogni ramo.

Ad esempio, ci sono 5 diversi LED:
1a tensione rossa 3 volt 20 mA
2a tensione verde 2.5 volt 20 mA
3a tensione blu 3 volt 50 mA
4a tensione bianca 2.7 volt 50 mA
5a tensione gialla 3.5 volt 30 mA

Poiché dividiamo i LED in gruppi per corrente
1) 1° e 2°
2) 3° e 4°
3) 5°

calcoliamo le resistenze per ogni ramo

R = Spegnimento / ILED
Uquenching = Upower - (ULEDY + ULEDX + ...)
Consumo = 7 V
ULED1 = 3 V
ULED2 = 2.5 V
ILED = 20 mA = 0.02 A
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ohm = 0.075 kOhm

allo stesso modo
R2 = 26 Ohm
R3 = 117 Ohm

Allo stesso modo, puoi disporre un numero qualsiasi di LED

Avviso IMPORTANTE!

Quando si calcola la resistenza di limitazione della corrente, otteniamo valori numerici che non rientrano nella serie standard di resistenze, quindi selezioniamo un resistore con una resistenza leggermente superiore a quella calcolata.

3. Cosa succede se è presente una sorgente di tensione con una tensione di 3 volt (o inferiore) e un LED con una tensione di esercizio di 3 volt?

È accettabile (MA NON DESIDERATO) includere un LED in un circuito senza resistenza di limitazione della corrente. Gli svantaggi sono evidenti: la luminosità dipende dalla tensione di alimentazione. È preferibile utilizzare convertitori CC-CC (convertitori di aumento di tensione).

4. È possibile collegare più LED con la stessa tensione operativa di 3 volt in parallelo tra loro ad una sorgente di 3 volt (o meno)? Così si fa con le lanterne “cinesi”.

Ancora una volta, questo è accettabile nella pratica radioamatoriale. Svantaggi di tale inclusione: poiché i LED hanno una certa diffusione nei parametri, si osserverà la seguente immagine: alcuni si illumineranno più luminosi, mentre altri saranno più fiochi, il che non è esteticamente gradevole, che è ciò che vediamo nelle torce sopra. È preferibile utilizzare convertitori CC-CC (convertitori di aumento di tensione).

Avviso IMPORTANTE!

I circuiti sopra presentati non differiscono per l'elevata precisione dei parametri calcolati, ciò è dovuto al fatto che quando la corrente scorre attraverso il LED, viene generato calore in esso, che porta al riscaldamento della giunzione pn, alla presenza di corrente- la limitazione della resistenza riduce questo effetto, ma l'equilibrio viene stabilito a una corrente leggermente aumentata attraverso il LED . Pertanto, è consigliabile utilizzare stabilizzatori di corrente anziché stabilizzatori di tensione per garantire stabilità. Quando si utilizzano stabilizzatori di corrente, è possibile solo connettersi uno ramo di LED.

Autore: Sivent; Pubblicazione: cxem.net

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