Come funziona il LED: il principio di funzionamento, il dispositivo e le caratteristiche

Molti consumatori vogliono saperne di più sui LED del dispositivo, il principio di funzionamento di questi dispositivi elettrici e le loro caratteristiche tecnologiche. Ciò è dovuto alla diffusione dell'illuminazione a LED in generale. Tali elementi sono prodotti semiconduttori con una transizione elettrone-foro, che consente la formazione di radiazioni ottiche.

Come è apparsa la specifica tecnologia di illuminazione?

Prima di considerare il principio di funzionamento dei LED, si propone di esaminare le informazioni su come sono stati creati. Il primo messaggio sulla possibilità di emissione di luce attraverso un diodo a stato solido appartiene a uno sperimentatore britannico. Lo fece nel 1907, quando descrisse il processo di elettroluminescenza.

Gli esperimenti sono stati ripetuti nel laboratorio russo, ma poi non hanno dato molta importanza. Nel 1961, la prima tecnologia a LED fu brevettata dai dipendenti di un'azienda americana. Da allora, i processi di sviluppo sono stati migliorati. E dopo un po 'di tempo, è stato possibile rilasciare un elemento ad alta luminosità per l'utilizzo nel settore delle telecomunicazioni.

Informazioni sulle proprietà fisiche di base

Per capire il principio di funzionamento del LED, è necessario capire che ogni elemento è un diodo a semiconduttore che converte l'elettricità direttamente in radiazione luminosa. Quando passa una corrente continua, gli elettroni vengono trasferiti in un'area specifica. Nel processo di spostamento, si verifica una transizione verso un altro livello di energia con il rilascio di una grande quantità di radiazione luminosa.

Per ottenere effetti cromatici diversi, le sostanze attivanti vengono introdotte nel materiale semiconduttore. La radiazione monocromatica è più comunemente usata. Con questa opzione, viene utilizzata una lunghezza d'onda specifica per ciascun diodo. La combinazione di colori del bagliore può essere controllata.

Le caratteristiche più importanti

Considerando il dispositivo dettagliato e il principio di funzionamento del LED, è opportuno notare alcune caratteristiche. La radiazione dello strumento dipende direttamente dall'angolo di radiazione, che dipende dal design. Una certa influenza sull'intensità delle radiazioni ha:

• materiale utilizzato direttamente per proteggere il cristallo;
• obiettivo montato

Un dispositivo a semiconduttore è in grado di emettere non solo la luce diretta, ma anche la luce diretta. La temperatura dell'ambiente può influenzare le proprietà dei LED. La loro luminosità dipende da questo. Quando la temperatura aumenta, il bagliore diventa più fioco, e alle temperature più basse - più luminoso. A questo proposito, l'ambito di applicazione è di particolare importanza.

Le richieste elevate sono poste su prodotti destinati all'uso esterno. Dovrebbe funzionare correttamente con notevoli fluttuazioni di temperatura. La luminosità della luce durante il funzionamento non dovrebbe cambiare in modo significativo. Le soluzioni moderne consentono un bagliore normale, indipendentemente dalla temperatura ambiente.

Il principio di funzionamento del LED si basa sull'azione ad alta velocità. La radiazione appare entro pochi secondi dopo l'esposizione diretta della corrente elettrica direttamente al semiconduttore. I dispositivi fabbricati possono presentare differenze tecnologiche, da cui dipenderà dallo scopo dell'applicazione.

LED tipo DIP

Gli elementi a semiconduttore di questa categoria appartengono a prodotti a bassa corrente, quindi vengono utilizzati principalmente per l'illuminazione aggiuntiva. Di solito sono impostati come indicatori o fonti principali nelle ghirlande. Con l'avvento di tecnologie più avanzate, la loro produzione è stata significativamente ridotta.

Il principio di funzionamento del LED a bassa potenza è relativamente semplice. Il corpo è di forma cilindrica. È fatto di resina epossidica. Nell'interno ci sono risultati speciali inseriti in circuito. Il cilindro arrotondato consente di creare un direzionale flusso luminoso.

Un elemento radiante a forma di cristallo è posto sul catodo, che assomiglia a una piccola bandiera. È collegato all'anodo con l'aiuto di un filo ultrafine. Ci sono prodotti con due o tre cristalli che hanno colori diversi contemporaneamente. Se necessario, viene introdotto un chip di controllo nell'alloggiamento, necessario per il controllo della luminosità.

Per aumentare il livello del flusso luminoso in tali LED, hanno iniziato a produrre quattro uscite anziché due. Tuttavia, in questo caso, il riscaldamento del cristallo è aumentato in modo significativo, il che ha portato alla limitazione del possibile ambito di applicazione.

LED di tipo SMD

Tali elementi hanno uno scopo più ampio, che è associato alle caratteristiche principali. Il principio di funzionamento di questo tipo di LED consente di organizzare l'illuminazione di vari formati. I dispositivi a semiconduttore con un circuito stampato fisso hanno dimensioni compatte, in modo che possano essere utilizzati anche nelle lampade più piccole.

La parte di base del case, su cui è fissato il cristallo, ha un'alta conduttività termica, quindi la rimozione del calore è efficiente. Di solito tra la lente e l'elemento principale si adatta lo strato di fosforo, che fornisce la capacità di neutralizzare la luce UV, oltre a impostare una temperatura di colore specifica. Nei prodotti con radiazioni diffuse non è installata la lente. L'elemento stesso ha la forma di un parallelepipedo.

LED di tipo COB

Elementi simili cominciarono ad essere usati per lampadine e lampade con LED ad alta potenza. Il principio di funzionamento dei prodotti rimane lo stesso, ma dozzine di cristalli sono attaccati alla base di alluminio in questo caso con l'aiuto di una composizione adesiva dielettrica. La matrice risultante viene elaborata da un singolo strato di fosforo, risultante in una sorgente di luce con una distribuzione uniforme del flusso principale.

Una delle varietà di tecnologia è la variante con la distribuzione di un gran numero di cristalli sulla superficie del vetro. Secondo questo schema, vengono prodotte lampade a filamento, in cui il nucleo centrale di vetro, coperto da piccoli LED e trattato con fosforo, funge da sorgente di base.

Tecnologia RGB

Il principio di funzionamento del LED RGB si basa sull'effetto ottico, che consente di ottenere una varietà di sfumature di colore come risultato del mescolamento dei tre componenti principali della tavolozza. Tre cristalli sono installati sulla stessa matrice in una sola volta. Per adattarsi alle diverse condizioni, ci sono diverse modifiche dei prodotti. Sono fatti con un catodo o un anodo comune, e talvolta senza tale (con sei conclusioni principali).

Molto spesso, la tecnologia della luce viene utilizzata per progettare cartelloni pubblicitari, decorare edifici, incorniciare ponti, monumenti architettonici e altre strutture. Il principio di funzionamento di un LED multicolore è identico. Tuttavia, le caratteristiche del design aumentano il costo finale dei prodotti e complicano lo schema di connessione alla rete elettrica.

Principali specifiche tecniche

Ci sono diversi parametri che caratterizzano i LED.

1. La luminosità è espressa in unità di intensità luminosa. È proporzionale alla quantità di corrente elettrica che passa attraverso l'elemento semiconduttore. All'aumentare della tensione, il livello di luminosità aumenta.
2. La corrente può essere pulsante o costante. Può variare ampiamente. I dispositivi indicatori possono avere una corrente di soli 20 mA e controparti da singolo watt - 300-400 mA.
3. La lunghezza d'onda influenza la gamma di colori. Le sue misure sono fatte in nanometri. I contorni dell'onda sono mappati ai componenti di base della tavolozza secondo necessità.

Lo spettro dei colori della radiazione emessa cambia con l'introduzione di sostanze chimicamente attive nel materiale semiconduttore.

Il principio del driver per LED

Per ottenere una corrente stabilizzata, viene utilizzato un dispositivo speciale, che viene selezionato tenendo conto dei seguenti parametri:

• un certo potere;
• tensione direttamente all'uscita;
• corrente nominale.

I driver installati possono essere lineari o pulsati. I primi sono progettati per garantire la regolare stabilizzazione della corrente elettrica a una tensione di ingresso variabile. I dispositivi ad impulsi formano spinte ad alta frequenza nel canale di uscita. Hanno un'alta efficienza.

Ci sono anche driver dimmerabili che forniscono la possibilità di regolare la luminosità dei LED. Durante il giorno, l'intensità della radiazione può essere leggermente ridotta, risparmiando così la vita dei prodotti a semiconduttore e dell'energia elettrica.

Domande di interesse

Ora il principio di funzionamento dei LED è diventato chiaro, ma molti utenti fanno varie domande su questo argomento.

1. Quali parametri influiscono sulla durata di un dispositivo a semiconduttore? C'è una dichiarazione che i LED sono durevoli, ma questo non è del tutto vero. Con una forza di corrente elevata durante il funzionamento, la temperatura aumenta, quindi i dispositivi più potenti falliscono più velocemente.
2. La trasmissione dei colori dei LED si deteriora nel tempo? Durante il funzionamento a lungo termine dei dispositivi, si verifica un certo cambiamento nell'ombra, ma al momento non ci sono standard che consentano di quantificarlo.
3. I dispositivi sono dannosi per l'occhio umano? Non sono disponibili informazioni sugli effetti negativi degli elementi dei semiconduttori in questo momento.
4. Perché è necessario stabilizzare la corrente elettrica che passa attraverso il dispositivo LED? Anche piccoli cambiamenti di tensione possono portare a fluttuazioni di luminosità.
5. Come puoi ottenere la luce bianca? Ci sono tre opzioni principali. Il primo consiste nel mescolare i componenti di una tavolozza utilizzando la tecnologia RGB. La seconda opzione consiste nell'applicare tre fosfori direttamente sulla superficie di un dispositivo a semiconduttore, emettendo un flusso di luce nella gamma degli ultravioletti. Nel terzo metodo, il fosforo viene applicato all'elemento blu.

In conclusione

Nell'ambito dell'articolo, è stato possibile esaminare in dettaglio il principio di funzionamento del LED. Per i "manichini" (persone che non capiscono la moderna tecnologia dei LED), probabilmente sarà uno strumento prezioso. Contiene le informazioni più complete riguardanti la struttura e il funzionamento dei moderni sistemi di illuminazione, che sono molto popolari.