LED คืออะไร หลักการทำงาน ประเภท และลักษณะสำคัญ

ไฟ LED กำลังเปลี่ยนหลอดไส้อย่างรวดเร็ว จากเกือบทุกพื้นที่ซึ่งตำแหน่งของพวกเขาดูไม่สั่นคลอน ข้อได้เปรียบทางการแข่งขันขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าน่าเชื่อถือ: ต้นทุนต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน และที่สำคัญที่สุดคือประสิทธิภาพที่สูงขึ้น หากสำหรับหลอดไฟไม่เกิน 5% ผู้ผลิต LED บางรายประกาศการเปลี่ยนแปลงเป็นแสงอย่างน้อย 60% ของไฟฟ้าที่ใช้ไป ความจริงของข้อความเหล่านี้ยังคงอยู่ในจิตสำนึกของนักการตลาด แต่การพัฒนาอย่างรวดเร็วของคุณสมบัติผู้บริโภคขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์นั้นไม่ต้องสงสัยเลย

LED คืออะไรและทำงานอย่างไร

ไดโอดเปล่งแสง (LED, LED) เป็นแบบทั่วไป เซมิคอนดักเตอร์ไดโอด, ทำบนพื้นฐานของคริสตัล:

• แกลเลียม arsenide, อินเดียมฟอสไฟด์หรือสังกะสีซีลีไนด์ - สำหรับตัวปล่อยของช่วงแสง
• แกลเลียมไนไตรด์ - สำหรับอุปกรณ์ของส่วนอัลตราไวโอเลต
• ตะกั่วซัลไฟด์ - สำหรับองค์ประกอบที่เปล่งแสงในช่วงอินฟราเรด

การเลือกใช้วัสดุเหล่านี้เกิดจากการที่จุดต่อ p-n ของไดโอดที่ทำจากพวกมันจะเปล่งแสงเมื่อใช้แรงดันไปข้างหน้า สำหรับไดโอดซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียมธรรมดา คุณสมบัตินี้แสดงออกมาได้ค่อนข้างอ่อน - แทบไม่มีการเรืองแสงเลย

การปล่อย LED ไม่เกี่ยวข้องกับระดับความร้อนขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ แต่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่งในระหว่างการรวมตัวของประจุพาหะ (อิเล็กตรอนและรู) แสงที่ปล่อยออกมาจึงเป็นสีเดียว

คุณสมบัติของรังสีดังกล่าวเป็นสเปกตรัมที่แคบมากและเป็นการยากที่จะเลือกสีที่ต้องการด้วยฟิลเตอร์แสง และสีเรืองแสงบางสี (ขาว น้ำเงิน) ด้วยหลักการผลิตนี้ก็ไม่อาจบรรลุได้ ดังนั้น ในปัจจุบัน เทคโนโลยีจึงแพร่หลายโดยที่พื้นผิวด้านนอกของ LED ถูกปกคลุมด้วยสารเรืองแสง และการเรืองแสงของมันเริ่มต้นจากการแผ่รังสี p-n junction (ซึ่งสามารถมองเห็นได้หรืออยู่ในช่วง UV)

อุปกรณ์ LED

เดิมที LED ถูกจัดเรียงในลักษณะเดียวกับไดโอดทั่วไป - ทางแยก p-n และเอาต์พุตสองช่อง เฉพาะตัวเรือนทำจากสารประกอบโปร่งใสหรือโลหะที่มีหน้าต่างโปร่งใสสำหรับสังเกตการเรืองแสง แต่พวกเขาเรียนรู้ที่จะฝังองค์ประกอบเพิ่มเติมลงในเปลือกของอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น, ตัวต้านทาน - เพื่อเปิด LED เข้าไปในวงจรของแรงดันไฟที่ต้องการ (12 V, 220 V) โดยไม่ต้องใช้ท่อภายนอก หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีตัวแบ่งเพื่อสร้างองค์ประกอบที่เปล่งแสงวาบวับ นอกจากนี้ ตัวเรือนเริ่มเคลือบด้วยสารเรืองแสง ซึ่งจะเรืองแสงเมื่อจุดเชื่อมต่อ p-n ติดไฟ ซึ่งเป็นวิธีที่จะขยายขีดความสามารถของ LED ได้

แนวโน้มของการเปลี่ยนไปใช้องค์ประกอบวิทยุไร้สารตะกั่วไม่ได้ผ่านพ้นไฟ LED อุปกรณ์ SMD กำลังจับตลาดแสงสว่างอย่างรวดเร็ว ด้วยข้อได้เปรียบในด้านเทคโนโลยีการผลิต องค์ประกอบดังกล่าวไม่มีข้อสรุป ชุมทาง P-n ติดตั้งอยู่บนฐานเซรามิก เติมด้วยสารประกอบและเคลือบด้วยสารเรืองแสง แรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้ผ่านแผ่นสัมผัส

ปัจจุบัน อุปกรณ์ให้แสงสว่างเริ่มติดตั้ง LED ที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยี COB สาระสำคัญของมันคือจุดเชื่อมต่อ p-n หลายจุด (ตั้งแต่ 2-3 ถึงหลายร้อย) ถูกติดตั้งบนจานเดียวซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นเมทริกซ์ จากด้านบนทุกอย่างจะอยู่ในกล่องเดียว (หรือสร้างโมดูล SMD) และเคลือบด้วยสารเรืองแสง เทคโนโลยีนี้มีโอกาสที่ดี แต่ไม่น่าจะมาแทนที่ SD เวอร์ชันอื่นได้อย่างสมบูรณ์

LED ชนิดใดที่มีอยู่และใช้งานที่ไหน

LED ของช่วงแสงถูกใช้เป็นองค์ประกอบการแสดงผลและเป็นอุปกรณ์ให้แสงสว่าง ความเชี่ยวชาญพิเศษแต่ละอย่างมีข้อกำหนดของตนเอง

ไฟ LED แสดงสถานะ

งานของไฟ LED แสดงสถานะคือการแสดงสถานะของอุปกรณ์ (แหล่งจ่ายไฟ สัญญาณเตือน การทำงานของเซ็นเซอร์ ฯลฯ) ในบริเวณนี้ ไฟ LED ที่มีการเรืองแสงทางแยก p-n ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ห้ามใช้อุปกรณ์ที่มีสารเรืองแสง แต่มีประเด็นไม่มากที่นี่ความสว่างของแสงไม่ได้อยู่ที่เดิม ลำดับความสำคัญคือความคมชัดและมุมมองที่กว้าง LED เอาต์พุต (รูจริง) ใช้กับแผงหน้าปัด LED เอาต์พุตและ SMD ใช้กับแผง

ไฟ LEDs

ในทางตรงกันข้ามองค์ประกอบที่มีสารเรืองแสงส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการให้แสง วิธีนี้ช่วยให้คุณได้แสงที่เพียงพอและสีที่ใกล้เคียงกับธรรมชาติ LED นำออกจากบริเวณนี้ถูกบีบอัดโดยองค์ประกอบ SMD COB LEDs ใช้กันอย่างแพร่หลาย

ในหมวดหมู่ที่แยกต่างหาก เราสามารถแยกแยะอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อส่งสัญญาณในช่วงแสงหรืออินฟราเรด ตัวอย่างเช่น สำหรับรีโมทคอนโทรลสำหรับเครื่องใช้ในครัวเรือนหรืออุปกรณ์รักษาความปลอดภัย และองค์ประกอบของช่วง UV สามารถนำมาใช้สำหรับแหล่งกำเนิดรังสีอัลตราไวโอเลตขนาดกะทัดรัด (เครื่องตรวจจับสกุลเงิน วัสดุชีวภาพ ฯลฯ)

ลักษณะสำคัญของ LEDs

เช่นเดียวกับไดโอดอื่น ๆ LED มีลักษณะทั่วไปของ "ไดโอด" จำกัด พารามิเตอร์ส่วนเกินซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์:

• กระแสไฟไปข้างหน้าสูงสุดที่อนุญาต
• แรงดันไปข้างหน้าสูงสุดที่อนุญาต
• แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่อนุญาต

ลักษณะที่เหลือเป็นของอักขระ "LED" เฉพาะ

สีเรืองแสง

สีเรืองแสง - พารามิเตอร์นี้กำหนดลักษณะของ LED ของช่วงแสง ในอุปกรณ์แสงสว่าง ในกรณีส่วนใหญ่ สีขาวมีความแตกต่างกัน อุณหภูมิแสง. ตัวบ่งชี้สามารถมีสีที่มองเห็นได้

ความยาวคลื่น

พารามิเตอร์นี้ซ้ำกับพารามิเตอร์ก่อนหน้าในระดับหนึ่ง แต่มีข้อแม้สองประการ:

• อุปกรณ์ในช่วง IR และ UV ไม่มีสีที่มองเห็นได้ ดังนั้นสำหรับพวกเขา คุณลักษณะนี้จึงเป็นสิ่งเดียวที่กำหนดลักษณะสเปกตรัมของรังสี
• พารามิเตอร์นี้ใช้ได้กับ LED ที่มีการปล่อยโดยตรงมากกว่า - องค์ประกอบที่มีสารเรืองแสงในแถบกว้าง ดังนั้นความยาวคลื่นของพวกมันจึงไม่สามารถระบุได้อย่างชัดเจน (สีขาวมีความยาวคลื่นเท่าใด)

ดังนั้นความยาวคลื่นของคลื่นที่ปล่อยออกมาจึงเป็นตัวเลขที่ค่อนข้างให้ข้อมูล

การบริโภคในปัจจุบัน

กระแสไฟที่ใช้คือกระแสไฟในการทำงานที่ความสว่างของรังสีจะเหมาะสมที่สุด หากเกินเล็กน้อย อุปกรณ์จะไม่ล้มเหลวอย่างรวดเร็ว และนี่คือความแตกต่างจากค่าสูงสุดที่อนุญาต การลดปริมาณรังสีก็เป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาเช่นกัน - ความเข้มของรังสีจะลดลง

พลัง

การใช้พลังงาน - ทุกอย่างง่ายที่นี่ ที่กระแสตรงเป็นเพียงผลคูณของกระแสไฟฟ้าที่ใช้ไปและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ผู้ผลิตเทคโนโลยีแสงสว่างทำให้เกิดความสับสนในแนวคิดนี้โดยการระบุพลังงานที่เท่ากันบนบรรจุภัณฑ์เป็นจำนวนมาก - พลังของหลอดไส้ ฟลักซ์การส่องสว่างซึ่งเท่ากับฟลักซ์ของหลอดไฟที่กำหนด

มุมทึบที่มองเห็นได้

มุมทึบที่ปรากฏชัดจะแสดงได้ง่ายที่สุดในรูปกรวยที่เล็ดลอดออกมาจากจุดศูนย์กลางของแหล่งกำเนิดแสง พารามิเตอร์นี้เท่ากับมุมเปิดของกรวยนี้ สำหรับไฟ LED แสดงสถานะ จะกำหนดว่าจะมองเห็นสัญญาณเตือนจากภายนอกอย่างไร สำหรับองค์ประกอบแสง ฟลักซ์การส่องสว่างจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบนั้น

ความเข้มแสงสูงสุด

ความเข้มของการส่องสว่างสูงสุดในลักษณะทางเทคนิคของอุปกรณ์จะแสดงเป็นแคนเดลา แต่ในทางปฏิบัติ มันกลับกลายเป็นว่าสะดวกกว่าในการใช้งานด้วยแนวคิดของฟลักซ์การส่องสว่าง ฟลักซ์การส่องสว่าง (เป็นลูเมน) เท่ากับผลคูณของความเข้มการส่องสว่าง (ในแคนเดลา) และมุมทึบที่ปรากฏไฟ LED สองดวงที่มีความเข้มการส่องสว่างเท่ากันจะให้แสงสว่างที่แตกต่างกันในมุมที่ต่างกัน ยิ่งมุมมีขนาดใหญ่เท่าใด ฟลักซ์การส่องสว่างก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นจึงสะดวกกว่าสำหรับการคำนวณระบบไฟส่องสว่าง

แรงดันตก

แรงดันตกไปข้างหน้าคือแรงดันไฟที่ตกคร่อม LED เมื่อเปิดอยู่ เมื่อรู้แล้ว เราสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการได้ เช่น เพื่อเปิดห่วงโซ่แบบอนุกรมขององค์ประกอบที่เปล่งแสง

วิธีค้นหาแรงดันไฟ LED ที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ

วิธีที่ง่ายที่สุดในการค้นหาแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยของ LED คือการดูเอกสารอ้างอิง แต่ถ้าคุณเจออุปกรณ์ที่ไม่ทราบที่มาโดยไม่ทำเครื่องหมาย คุณสามารถเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานที่ปรับได้ และเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจากศูนย์ได้อย่างราบรื่น ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ไฟ LED จะกะพริบสว่าง นี่คือแรงดันใช้งานขององค์ประกอบ มีบางสิ่งที่ควรคำนึงถึงเมื่อทำการตรวจสอบนี้:

• อุปกรณ์ที่ทดสอบอาจมีตัวต้านทานในตัวและออกแบบมาสำหรับแรงดันสูงเพียงพอ (สูงถึง 220 V) - ไม่ใช่ทุกแหล่งพลังงานที่มีช่วงการปรับดังกล่าว
• รังสี LED อาจอยู่นอกส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม (UV หรือ IR) - จากนั้นช่วงเวลาของการจุดระเบิดไม่สามารถระบุได้ด้วยสายตา (แม้ว่าในบางกรณีการเรืองแสงของอุปกรณ์ IR สามารถมองเห็นได้ผ่านกล้องสมาร์ทโฟน)
• จำเป็นต้องเชื่อมต่อองค์ประกอบกับแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ด้วยการปฏิบัติตามขั้วอย่างเข้มงวด มิฉะนั้น จะเป็นเรื่องง่ายที่จะปิดการใช้งาน LED ด้วยแรงดันย้อนกลับที่เกินความสามารถของอุปกรณ์

หากไม่มีความมั่นใจในการรู้พินเอาต์ขององค์ประกอบ จะดีกว่าที่จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็น 3 ... 3.5 V หากไฟ LED ไม่สว่างขึ้น ให้ถอดแรงดันออก เปลี่ยนการเชื่อมต่อของเสาต้นทางแล้วทำซ้ำ ขั้นตอน.

วิธีการกำหนดขั้วของ LED

มีหลายวิธีในการกำหนดขั้วของตัวนำ

1. สำหรับองค์ประกอบไร้สารตะกั่ว (รวมถึง COB) ขั้วของแรงดันไฟที่จ่ายจะถูกระบุโดยตรงบนเคส - ด้วยสัญลักษณ์หรือกระแสน้ำบนเปลือก
2. เนื่องจาก LED มีจุดต่อ p-n ปกติจึงสามารถเรียกด้วยมัลติมิเตอร์ในโหมดทดสอบไดโอดได้ ผู้ทดสอบบางคนมีแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เพียงพอที่จะให้แสง LED จากนั้นจึงควบคุมความถูกต้องของการเชื่อมต่อได้ด้วยการเรืองแสงขององค์ประกอบ
3. อุปกรณ์บางตัวที่ผลิตโดย CCCP ในกล่องโลหะมีกุญแจ (ส่วนที่ยื่นออกมา) ในบริเวณแคโทด
4. สำหรับองค์ประกอบเอาต์พุต เอาต์พุตแคโทดจะยาวขึ้น บนพื้นฐานนี้ เป็นไปได้ที่จะกำหนดพินเอาต์สำหรับองค์ประกอบที่ไม่ได้บัดกรีเท่านั้น สายไฟ LED ที่ใช้แล้วจะสั้นลงและโค้งงอเพื่อติดตั้งไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม
5. สุดท้าย หาที่ตั้ง แอโนดและแคโทด อาจใช้วิธีเดียวกับการกำหนดแรงดันไฟ LED การเรืองแสงจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อเปิดองค์ประกอบอย่างถูกต้อง - แคโทดเป็นลบของแหล่งกำเนิด, ขั้วบวกถึงบวก

การพัฒนาเทคโนโลยีไม่หยุดนิ่ง เมื่อสองสามทศวรรษก่อน LED เป็นของเล่นราคาแพงสำหรับการทดลองในห้องปฏิบัติการ ตอนนี้มันยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตที่ไม่มีเขา จะเกิดอะไรขึ้นต่อไป - เวลาจะบอก

บทความที่คล้ายกัน: