Предметы:
- введение
- Работа светодиода
- Напряжение проводимости в зависимости от цвета светодиода
- Методы контроля
- Многоцветные светодиоды
Инлейдинг:
Светодиод — это широко используемый полупроводниковый компонент для излучения света. LED означает: Light Emitting Diode и означает: светоизлучающий диод. После своего изобретения в 1962 году светодиод в основном использовался в качестве индикатора и для передачи сигнала. С конца 90-х годов технологические разработки позволили производить светодиоды, которые служат источником света для повседневного использования. В автомобильной технике светодиоды часто используются в качестве освещения приборов (приборной панели), наружного освещения (задние фонари) или основного освещения (фары) благодаря следующим преимуществам по сравнению с лампами накаливания и галогенными лампами:
- низкое энергопотребление: при одинаковой интенсивности света по сравнению с другими типами ламп светодиод потребляет значительно меньше энергии. Светодиод имеет очень высокий КПД до 80%;
- безопасность: лампам накаливания требуется около 200 мс, чтобы нагреть нить накала и излучать свет. Светодиод не требует фазы прогрева, а это означает, что светодиод достигает своей интенсивности света быстрее (менее чем за 1 миллисекунду). Когда в качестве стоп-сигнала используется светодиод, торможение замечается раньше и положительно влияет на время остановки;
- низкое тепловыделение: поскольку светодиоды практически не нагреваются, корпуса ламп можно сделать меньше и использовать более дешевые материалы, менее устойчивые к тепловым нагрузкам;
- высокий срок службы: срок службы светодиода составляет примерно весь срок службы автомобиля. Если окажется, что светодиоды неисправны, то причину зачастую можно найти в другом месте, например, в обрыве пути печати или неправильном управлении. Яркость светодиода может уменьшаться при определенном количестве часов горения.
На изображении ниже показан символ диода с дополнительным текстом над сторонами «анод» и «катод». Символ светодиода практически идентичен символу диода, но добавлены две направленные вверх стрелки, обозначающие световое излучение. Направление тока, как и в случае с диодом, по направлению стрелки. Вертикальный ход имеет обратное направление. Если ток течет через светодиод в направлении стрелки, он загорится. И наоборот, он будет заблокирован и поэтому не загорится.
Работа светодиода:
Как и «обычный» диод, светодиод состоит из двух полупроводниковых слоев:
- отрицательный слой (n-слой) содержит избыток электронов;
- положительный слой (p-слой) имеет нехватку электронов.
Недостаток электронов в p-слое можно рассматривать как количество избыточных положительных дырок. В p-n-переходе (слое обеднения) избыток электронов в n-слое заполнит пробелы в p-слое. Ток еще не течет, поэтому заряд в np-переходе нейтральный.
Чтобы через диод протекал ток, сначала необходимо преодолеть внутреннее напряжение зоны обеднения. Это так называемое диффузионное напряжение или пороговое напряжение диода. Когда напряжение увеличивается, электронный ток сможет течь из n-слоя в p-слой. Однако в обедненном слое часть этих электронов захватывается дырками. Эти электроны выделяют часть своей энергии в виде вспышек света. Генерируемый свет может выйти через тонкий p-слой. Интенсивность света определяется силой тока: чем сильнее ток, тем интенсивнее свет.
Прыжок валентных электронов из отрицательного слоя в положительный обеспечивает свет, излучаемый диодом.
Напряжение проводника в зависимости от цвета светодиода:
Светодиод бывает трех цветов: красный, зеленый и синий. Смешивая эти три основных цвета, можно получить другие цвета. Состав материалов в слоях n и p определяет количество энергии электронов и дырок.
- Электроны с низкой энергией преобразуют меньше энергии в световое излучение, чем электрон с высокой энергией;
- Красный свет имеет меньше энергии, чем синий свет;
- Красный цвет создается электронами с низкой энергией, а синий — электронами с высокой энергией.
Белые светодиоды производить невозможно. Добавляя дополнительный флуоресцентный слой к синему светодиоду, часть синего света преобразуется в желтый свет. Смесь синего и желтого света воспринимается человеческим глазом как белый свет. Регулируя соотношение смешивания желтого и синего света, вы можете излучать теплый или холодный белый свет.
В характеристике мы видим напряжение, которое накапливается в зоне истощения и, следовательно, является напряжением проводимости соответствующего цветного светодиода. Когда ток подается через светодиод, происходит почти постоянное падение напряжения.
Методы управления:
В автомобильной технике мы можем использовать светодиоды с последовательный резистор или в последовательных цепях, чтобы добиться нужного управляющего напряжения.
Светодиод с последовательным резистором:
Если бы мы подключили светодиод напрямую к плюсу и минусу батареи, светодиод сразу же вышел бы из строя. Всегда должен быть один последовательный резистор ставить последовательно со светодиодом.
Номинал последовательного резистора определяется двумя факторами: током и напряжением питания. Красный светодиод загорается, как только достигается рабочее напряжение 1,5 Вольта и через него протекает примерно 20 мА.
Подаваемое напряжение питания зависит от применения. В автомобильной промышленности это может быть 5, а также 12 или 24 вольта. Требуемое сопротивление можно определить с помощью закона Ома. Вычтите рабочее напряжение из напряжения питания и разделите его на ток.
- При напряжении питания 5 Вольт для красного светодиода потребуется последовательный резистор сопротивлением (5 – 1,5)/0,02 = 175 Ом.
- при напряжении питания 12 Вольт и красном светодиоде: (12 – 1,5)/0,02 = 525 Ом (сопротивление на один коэффициент выше).
В основном мы встречаем светодиоды с последовательными резисторами в модернизированном светодиодном освещении (модернизация). Быстрое время включения и выключения, а также яркость светодиода могут стать причиной замены ламп накаливания на светодиоды. Вам не обязательно делать это из соображений энергоэффективности, поскольку последовательный резистор также вызывает потери мощности, которые в некоторых случаях столь же велики, как и рассеиваемая мощность исходной лампы.
Последовательное подключение светодиодов:
При последовательном соединении светодиодов последовательный резистор или последовательный резистор с низким значением сопротивления не требуются. Внутреннее сопротивление самих светодиодов обеспечивает распределение напряжения питания между светодиодами в последовательной цепи. Чем больше светодиодов размещено последовательно, тем меньшего размера можно сделать последовательный резистор. На рисунке шесть светодиодов соединены последовательно и два ряда – параллельно.
Последовательно соединенные светодиоды находятся в блоках задних фонарей или в блоках третьих стоп-сигналов. Это часто используемый метод управления в автомобильной технике.
Отрегулируйте интенсивность света:
С помощью микроконтроллера мы можем управлять импульсным управлением светодиодом. Мы называем это: Широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
Рабочий цикл определяет время, в которое активируется светодиод. При чередовании импульсов включения-выключения между 3,3 и 0 Вольт на высокой скорости светодиод загорается с меньшей яркостью.
Этот метод управления аналогичен лампочке с несколькими функциями, такими как:
- Яркость 50% при включенном освещении;
- 100% яркий свет при включенном стоп-сигнале.
В практической настройке с Arduino вы можете поэкспериментировать с ШИМ-управлением светодиодами на Arduino или внешними светодиодами (оснащенными последовательными резисторами).
Многоцветные светодиоды:
Все цвета могут быть составлены из трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Это можно эффективно использовать, объединив два или три светодиода. Ниже показаны три принципа, используемые для получения нескольких цветов с помощью электрической цепи.
Двухцветный светодиод:
На схеме показаны два светодиода, соединенные параллельно, с обратным и прямым направлением. Направление тока определяет, какой светодиод загорится: зеленый (сверху) или красный (снизу).Полярность меняется внешней цепью или ЭБУ.
Трехцветный светодиод:
На этой схеме также показаны два светодиода, соединенные параллельно. В схеме напряжение питания может быть подано на один из двух светодиодов (зеленый или красный) или на оба одновременно. В этом случае происходит смешение цветов и красный и зеленый светодиоды становятся желтыми.
RGB-светодиод:
В RGB-светодиодах три светодиода, каждый своего цвета, размещены в одном корпусе. Цветами можно управлять отдельно. Для управления светодиодом RGB требуются три элемента управления ШИМ, которые генерируют регулируемое соотношение включения/выключения на каждом выводе питания. Помимо различных цветов, также можно регулировать интенсивность света.
На следующем изображении мы видим три светодиода, каждый со своим анодным соединением (от A1 до A3) и общим катодом.
