Temos:
- Įvadas
- Šviesos diodo veikimas
- Laidumo įtampa atsižvelgiant į šviesos diodo spalvą
- Kontrolės metodai
- Daugiaspalviai šviesos diodai
Įvadas:
Šviesos diodas yra dažniausiai naudojamas puslaidininkinis komponentas, skleidžiantis šviesą. LED reiškia: šviesos diodą ir reiškia: šviesos diodą. Po jo išradimo 1962 m. šviesos diodas daugiausia buvo naudojamas kaip indikatoriaus lemputė ir signalo perdavimui. Nuo 90-ųjų pabaigos technologijų raida leido gaminti šviesos diodus, kurie tarnauja kaip šviesos šaltinis kasdieniam naudojimui. Automobilių technologijoje šviesos diodai dažnai naudojami kaip prietaisų apšvietimas (prietaisų skydelyje), išorinis (galiniai žibintai) arba pagrindinis apšvietimas (priekiniuose žibintuose) dėl šių pranašumų, palyginti su kaitrinėmis ir halogeninėmis lempomis:
- mažos energijos sąnaudos: esant tokiam pačiam šviesos intensyvumui, lyginant su kitų tipų lempomis, LED sunaudoja žymiai mažiau energijos. Šviesos diodas pasižymi labai dideliu efektyvumu iki 80%;
- sauga: kaitrinėms lempoms reikia maždaug 200 ms, kad įkaitintų kaitrinį siūlą ir skleistų šviesą. Šviesos diodui nereikia įšilimo fazės, o tai reiškia, kad šviesos diodas greičiau pasiekia šviesos intensyvumą (mažiau nei per 1 milisekundę). Kai šviesos diodas naudojamas kaip stabdžių žibintas, stabdymas pastebimas anksčiau ir turi teigiamos įtakos stabdymo laikui;
- mažas šilumos vystymasis: kadangi šviesos diodai beveik neįkaista, lempų korpusus galima padaryti mažesnius ir naudoti pigesnes medžiagas, kurios yra mažiau atsparios šiluminiam įtempimui;
- ilga eksploatavimo trukmė: šviesos diodas veikia maždaug visą automobilio eksploatavimo laiką. Jei paaiškėja, kad šviesos diodai yra sugedę, priežastis dažnai gali būti ieškoma kitur, pavyzdžiui, spausdinimo kelio lūžis arba netinkamas valdymas. Šviesos diodo ryškumas gali sumažėti per tam tikrą degimo valandų skaičių.
Žemiau esančiame paveikslėlyje pavaizduotas diodo simbolis su papildomu tekstu virš „anodo“ ir „katodo“ pusių. Šviesos diodo simbolis beveik identiškas diodo simboliui, tačiau pridėtos dvi aukštyn nukreiptos rodyklės, kurios nurodo šviesos spinduliavimą. Srovės kryptis, kaip ir diodo atveju, yra rodyklės kryptimi. Vertikalus smūgis yra atvirkštinė kryptis. Jei srovė teka per šviesos diodą rodyklės kryptimi, jis užsidegs. Ir atvirkščiai, jis bus užblokuotas ir todėl neužsidega.
Šviesos diodo veikimas:
Kaip ir „įprastas“ diodas, šviesos diodas susideda iš dviejų puslaidininkių sluoksnių:
- neigiamame sluoksnyje (n sluoksnyje) yra elektronų perteklius;
- teigiamas sluoksnis (p sluoksnis) turi elektronų trūkumą.
Elektronų trūkumas p-sluoksnyje gali būti vertinamas kaip teigiamų skylių perteklius. P-n sandūroje (išsekimo sluoksnyje) elektronų perteklius n sluoksnyje užpildys p sluoksnio tarpus. Kol kas neteka srovė, todėl np sandūroje įkrovimas yra neutralus.
Kad srovė tekėtų per diodą, pirmiausia reikia įveikti vidinę išeikvojimo zonos įtampą. Tai vadinamoji diodo difuzijos įtampa arba slenkstinė įtampa. Padidinus įtampą, elektronų srovė galės tekėti iš n sluoksnio į p sluoksnį. Tačiau išsekimo sluoksnyje dalis šių elektronų yra užfiksuoti skylių. Šie elektronai dalį savo energijos išskiria šviesos blyksnių pavidalu. Sukurta šviesa gali išeiti per ploną p sluoksnį. Šviesos intensyvumą lemia srovė: kuo stipresnė srovė, tuo šviesa intensyvesnė.
Valentinių elektronų šokinėjimas iš neigiamo į teigiamą sluoksnį suteikia šviesą, kurią skleidžia diodas.
Laidininko įtampa atsižvelgiant į šviesos diodo spalvą:
LED yra trijų spalvų: raudona, žalia ir mėlyna. Su šiomis trimis pagrindinėmis spalvomis jas maišant galima gauti kitas spalvas. n ir p sluoksnių medžiagų sudėtis lemia energijos kiekį elektronuose ir skylėse.
- Mažos energijos elektronai mažiau energijos paverčia šviesos spinduliuote nei didelės energijos elektronas;
- Raudona šviesa turi mažiau energijos nei mėlyna;
- Raudoną sukuria mažos energijos elektronai, o mėlyną – didelės energijos elektronai.
Negalima gaminti baltų šviesos diodų. Pridėjus papildomą fluorescencinį sluoksnį prie mėlynos šviesos diodo, dalis mėlynos šviesos paverčiama geltona šviesa. Mėlynos ir geltonos šviesos mišinį žmogaus akis suvokia kaip baltą šviesą. Reguliuodami šios geltonos ir mėlynos šviesos maišymo santykį, galite skleisti šiltą arba šaltą baltą šviesą.
Charakteristikoje matome įtampą, kuri susidaro išeikvojimo zonoje ir todėl yra atitinkamos spalvos šviesos diodo laidumo įtampa. Kai srovė siunčiama per šviesos diodą, yra beveik pastovus įtampos kritimas.
Kontrolės metodai:
Automobilių technikoje galime naudoti šviesos diodus su a serijos rezistorius arba nuosekliose grandinėse, kad pasiektume norimą valdymo įtampą.
LED su serijiniu rezistoriumi:
Jei prijungtume šviesos diodą tiesiai prie akumuliatoriaus pliuso ir minuso, šviesos diodas iš karto sugestų. Visada turi būti vienas serijos rezistorius dedamas nuosekliai su šviesos diodu.
Serijinio rezistoriaus vertę lemia du veiksniai: srovė ir maitinimo įtampa. Kai pasiekiama 1,5 volto darbinė įtampa, užsidega raudonas šviesos diodas ir per jį teka maždaug 20 mA.
Tiekiama maitinimo įtampa priklauso nuo pritaikymo. Automobilių pramonėje tai gali būti 5, bet taip pat 12 arba 24 voltai. Reikiamą varžą galima nustatyti naudojant Omo dėsnį. Iš maitinimo įtampos atimkite darbinę įtampą ir padalinkite ją iš srovės.
- Esant 5 voltų maitinimo įtampai, raudonam šviesos diodui reikės serijinio (5–1,5) / 0,02 = 175 omų rezistoriaus.
- su 12 voltų maitinimo įtampa ir raudonu šviesos diodu: (12 – 1,5) / 0,02 = 525 omai (vienu koeficientu didesnė varža).
Mes dažniausiai susiduriame su šviesos diodais su serijiniais rezistoriais modernizuotame LED apšvietime (retrofituoti). Greitas įjungimo ir išjungimo laikas bei šviesos diodo ryškumas gali būti priežastis pakeisti kaitrines lempas šviesos diodais. Jūs neprivalote to daryti dėl energijos vartojimo efektyvumo, nes serijinis rezistorius taip pat sukelia galios nuostolius, kurie kai kuriais atvejais yra tokie pat dideli, kaip originalios lempos galios išsklaidymas.
LED jungimas nuosekliai:
Jungiant šviesos diodus nuosekliai, nereikia serijinio rezistoriaus arba nuoseklaus rezistoriaus su maža varžos verte. Pačių šviesos diodų vidinė varža užtikrina, kad maitinimo įtampa būtų paskirstyta tarp nuosekliosios grandinės šviesos diodų. Kuo daugiau šviesos diodų dedama nuosekliai, tuo mažesnis serijinis rezistorius gali būti pagamintas. Paveiksle šeši šviesos diodai yra sujungti nuosekliai, o dvi eilutės yra sujungtos lygiagrečiai.
Nuosekliai sujungti šviesos diodai yra galinių žibintų blokuose arba trečiųjų stabdžių žibintų blokuose. Tai automobilių technikoje dažnai naudojamas valdymo metodas.
Sureguliuokite šviesos intensyvumą:
Mikrovaldikliu galime valdyti šviesos diodo valdymą impulsu. Mes tai vadiname: Impulso pločio moduliacija (PWM).
Darbo ciklas nustato laiką, per kurį šviesos diodas įjungiamas. Keičiant įjungimo ir išjungimo impulsus nuo 3,3 iki 0 voltų dideliu greičiu, šviesos diodas užsidega mažesniu ryškumu.
Šis valdymo būdas yra toks pat, kai lemputė turi keletą funkcijų, pavyzdžiui:
- 50% ryškumas įjungus apšvietimą;
- 100% ryški šviesa su įjungta stabdžių lempute.
Praktiškai su „Arduino“ galite eksperimentuoti su „Arduino“ šviesos diodų PWM valdymu arba išoriškai prijungtais šviesos diodais (su serijiniais rezistoriais).
Daugiaspalviai šviesos diodai:
Visos spalvos gali būti sudarytos iš trijų pagrindinių spalvų: raudona, žalia ir mėlyna. Tai gali būti naudinga sujungus du ar tris šviesos diodus. Žemiau pateikti trys principai, naudojami norint gauti kelias spalvas per elektros grandinę.
Dviejų spalvų šviesos diodas:
Diagramoje pavaizduoti du lygiagrečiai sujungti šviesos diodai atbuline ir pirmyn kryptimis. Srovės kryptis lemia, kuris šviesos diodas šviečia: žalias (viršuje) ar raudonas (apačioje) Poliškumas pakeičiamas išorine grandine arba ECU.
Trispalvis LED:
Šioje diagramoje taip pat rodomi du lygiagrečiai sujungti šviesos diodai. Grandinėje maitinimo įtampa gali būti tiekiama vienam iš dviejų šviesos diodų (žaliam arba raudonam) arba abiem tuo pačiu metu. Tokiu atveju spalvos susimaišo ir raudonas bei žalias šviesos diodas tampa geltonas.
RGB šviesos diodas:
Naudojant RGB šviesos diodus, trys šviesos diodai, kurių kiekvienas turi savo spalvą, yra viename korpuse. Spalvas galima valdyti atskirai. Norint valdyti RGB šviesos diodą, reikalingi trys PWM valdikliai, kurie sukuria reguliuojamą įjungimo/išjungimo santykį kiekviename maitinimo kontakte. Be skirtingų spalvų, galima reguliuoti ir šviesos intensyvumą.
Kitame paveikslėlyje matome tris šviesos diodus, kurių kiekvienas turi savo anodo jungtį (A1–A3) ir bendrą katodą.
