كيف يتم ترتيب المصابيح والعمل

تستخدم أجهزة أشباه الموصلات التي ينبعث منها الضوء على نطاق واسع في أنظمة الإضاءة وكمؤشرات للتيار الكهربائي. تتعلق الأجهزة الإلكترونية التي تعمل تحت الجهد المطبق.

نظرًا لأن قيمتها ليست ذات أهمية ، فإن هذه المصادر تنتمي إلى أجهزة الجهد المنخفض ولديها درجة عالية من الأمان من حيث تأثير التيار الكهربائي على جسم الإنسان. تزداد مخاطر الإصابات عندما تستخدم مصادر زيادة الجهد ، على سبيل المثال ، شبكة منزلية منزلية ، والتي تتطلب إدراج إمدادات طاقة خاصة في الدائرة ، لإلقاء الضوء عليها.

ميزة مميزة في تصميم LED هي قوة ميكانيكية أعلى للإسكان من تلك الموجودة في مصابيح Ilyich والمصابيح الفلورية. مع التشغيل السليم ، فإنها تعمل لفترة طويلة وموثوق بها. مواردها أعلى 100 مرة من شعيراتها المتوهجة ، حيث تصل إلى مائة ألف ساعة.

ومع ذلك ، فإن هذا المؤشر هو سمة لتصاميم المؤشر. تستخدم مصادر الطاقة العالية التيارات العالية للإضاءة ، ويتم تقليل عمر الخدمة بمقدار 2-5 مرات.

جهاز LED

يتكون مؤشر LED التقليدي في علبة إبوكسي بقطر 5 مم واثنين من يؤدي الاتصال للاتصال دوائر التيار الكهربائي: الأنود والكاثود. بصريا أنها تختلف في الطول. بالنسبة للجهاز الجديد بدون قطع جهات الاتصال ، يكون الكاثود أقصر.

هناك قاعدة بسيطة تساعد على تذكر هذا الموقف: تبدأ كلتا الكلمتين بالحرف "K":

• الكاثود.

• باختصار.

عند قطع أرجل LED ، يمكن تحديد الأنود من خلال تطبيق 1.5 فولت من الجهد من بطارية إصبع بسيطة إلى جهات الاتصال: يظهر الضوء عندما تتزامن الأقطاب.

الضوء المنبعث من الكريستال الفردي النشط لأشباه الموصلات له شكل متوازي مستطيل الشكل. يتم وضعه بالقرب من عاكس مكافئ مصنوع من سبائك الألومنيوم ومثبت على ركيزة بخصائص غير موصلة.

في نهاية علبة شفافة شفافة مصنوعة من مواد البوليمرية ، هناك عدسة تركز أشعة الضوء. إنها ، مع العاكس ، تشكل نظامًا ضوئيًا يشكل زاوية تدفق الإشعاع. إنه يتميز بنمط الاتجاهية لمصباح LED.

إنه يميز انحراف الضوء من المحور الهندسي للبنية الكلية إلى الجانبين ، مما يؤدي إلى زيادة في الانتثار. تحدث هذه الظاهرة بسبب ظهور انتهاكات صغيرة للتكنولوجيا أثناء الإنتاج ، بالإضافة إلى شيخوخة المواد البصرية أثناء التشغيل وبعض العوامل الأخرى.

قد يوجد حزام من الألومنيوم أو النحاس في الجزء السفلي من العلبة ، يعمل كرادار لإزالة الحرارة المتولدة أثناء مرور التيار الكهربائي.

مبدأ التصميم هذا واسع الانتشار. على أساسها ، يتم إنشاء مصادر ضوء أشباه الموصلات الأخرى أيضًا باستخدام أشكال أخرى من العناصر الهيكلية.

مبادئ انبعاث الضوء

يتم توصيل تقاطع أشباه الموصلات من نوع p-n بمصدر جهد ثابت وفقًا لقطبية المحطات.

داخل طبقة التلامس للمواد p-and n-type ، في إطار عملها ، تبدأ حركة الإلكترونات والثقوب الحرة المشحونة سلبًا ، والتي لها علامة شحن موجبة. يتم توجيه هذه الجزيئات نحو أقطابها.

في طبقة الانتقال ، إعادة تجميع الرسوم. تنتقل الإلكترونات من شريط التوصيل إلى شريط التكافؤ ، متغلبًا على مستوى فيرمي.

بسبب هذا ، يتم إطلاق جزء من طاقتهم مع إطلاق موجات الضوء من مختلف الأطياف والسطوع. يعتمد تردد الموجة واستنساخ اللون على نوع المواد المختلطة التي صنعت منها تقاطع p-n.

لإشعاع الضوء داخل المنطقة النشطة لأشباه الموصلات ، يجب استيفاء شرطين:

1. يجب أن تكون مساحة المنطقة المحرمة المعروضة في المنطقة النشطة قريبة من طاقة الكميات المنبعثة داخل نطاق التردد المرئي للعين البشرية ؛

2. يجب أن تكون نقاوة مواد بلورات أشباه الموصلات عالية ، ويكون الحد الأدنى لعدد العيوب التي تؤثر على عملية إعادة التركيب.

يتم حل هذه المشكلة التقنية الصعبة بعدة طرق. إحداها هي إنشاء عدة طبقات من الوصلات p-n عند تكوين هيكل متباين معقد.

تأثير درجة الحرارة

مع زيادة مستوى الجهد المصدر ، يزداد التيار عبر طبقة أشباه الموصلات ويزيد التلألؤ: يزداد عدد الشحنات لكل وحدة وقت إلى منطقة إعادة التركيب. في الوقت نفسه ، يتم تسخين العناصر الحاملة للتيار. قيمته أمر بالغ الأهمية للمواد الموصلات الحالية الداخلية وجوهر تقاطع pn. درجات الحرارة المفرطة يمكن أن تلحق الضرر بهم ، وتدميرها.

داخل المصابيح ، تمر طاقة التيار الكهربائي إلى الضوء مباشرة ، دون عمليات غير ضرورية: لا تشبه المصابيح ذات الشعيرات المتوهجة. في هذه الحالة ، يتم تشكيل الحد الأدنى من خسائر الطاقة المفيدة بسبب انخفاض تسخين العناصر الموصلة.

بسبب هذا ، يتم إنشاء كفاءة عالية من هذه المصادر. ولكن ، لا يمكن استخدامها إلا عندما يكون الهيكل نفسه محميًا ، محجوبًا من التدفئة الخارجية.

ميزات تأثيرات الإضاءة

عند إعادة تركيب الثقوب والإلكترونات في تركيبات مختلفة من مواد الوصلات pn ، يتم إنشاء انبعاث ضوء غير متكافئ. من المعتاد وصفها بمعلمة العائد الكمومي - عدد الكميات الخفيفة المستخرجة لزوج واحد من الشحنات المعاد تجميعها.

يتم تشكيله ويحدث على مستويين من LED:

1. داخل تقاطع أشباه الموصلات نفسها - الداخلية ؛

2. في تصميم الصمام بأكمله ككل - الخارجية.

في المستوى الأول ، يمكن أن يصل العائد الكمّي للبلورات المفردة المنفذة بشكل صحيح إلى قيمة قريبة من 100٪. ولكن لضمان هذا المؤشر ، يجب إنشاء تيارات كبيرة وتبديد قوي للحرارة.

داخل المصدر نفسه ، في المستوى الثاني ، جزء من الضوء مبعثر وتمتصه عناصر هيكلية ، مما يقلل من كفاءة الإشعاع الكلية. الحد الأقصى لقيمة الغلة الكمية أقل بكثير. بالنسبة لمصابيح LED التي تنبعث من طيف أحمر ، لا تصل إلى أكثر من 55٪ ، بينما في اللون الأزرق تنخفض أكثر - تصل إلى 35٪.

أنواع انتقال الضوء اللون

المصابيح الحديثة تنبعث منها:

• الأصفر:

• الأخضر.

• أحمر.

• الأزرق.

• الأزرق.

• ضوء أبيض.

الطيف الأصفر والأصفر والأحمر

يعتمد تقاطع pn على فوسفيدات الغاليوم و الزرنيخيد. تم تطبيق هذه التقنية في أواخر الستينيات من القرن الماضي لمؤشرات الأجهزة الإلكترونية ولوحات التحكم في معدات النقل واللوحات الإعلانية.

تجاوزت أجهزة الإخراج الضوئي هذه على الفور مصادر الضوء الرئيسية في ذلك الوقت - المصابيح المتوهجة وتجاوزتها في الموثوقية والموارد والسلامة.

الطيف الأزرق

إن بواعث الأطياف الأزرق والأزرق والأخضر ، خاصةً ، لم تنجح في التنفيذ العملي لفترة طويلة بسبب صعوبات الحل المعقد لمشكلتين تقنيتين:

1. الحجم المحدود للمنطقة المحرمة التي تتم فيها عملية إعادة التركيب ؛

2. متطلبات عالية لمحتوى الشوائب.

في كل خطوة من خطوات زيادة سطوع الطيف الأزرق ، كانت هناك حاجة إلى زيادة في طاقة الكوانتا بسبب التوسع في عرض المنطقة المحرمة.

تم حل المشكلة بإدراج كربيد السيليكون SiC أو nitrides في مادة أشباه الموصلات. ولكن ، تبين أن تطورات المجموعة الأولى كانت منخفضة الكفاءة وعائد صغير من الإشعاع الكمومي لزوج واحد من الشحنات المعاد تجميعها.

ساعد إدراج المحاليل الصلبة سيلينيد الزنك في تقاطع أشباه الموصلات على زيادة العائد الكم. ولكن ، كانت هذه المصابيح مقاومة كهربائية عالية عند التقاطع.نتيجة لذلك ، كانت محمومة وسرعان ما احترقت ، والهياكل المعقدة في صناعة إزالة الحرارة بالنسبة لهم لم تعمل بشكل فعال.

لأول مرة ، تم إنشاء LED الأزرق باستخدام أفلام رقيقة من نيتريد الغاليوم المترسبة على الركيزة الياقوت.

الطيف الأبيض

للحصول عليها ، استخدم واحدة من ثلاث تقنيات مطورة:

1. خلط الألوان وفقا لطريقة RGB.

2. تطبيق ثلاث طبقات من الفوسفور الأحمر والأخضر والأزرق على الصمام فوق البنفسجي ؛

3. طلاء LED الأزرق مع طبقات من الفوسفور الأصفر والأخضر والأخضر والأحمر.

في الطريقة الأولى ، توضع ثلاث بلورات مفردة على مصفوفة واحدة في آن واحد ، كل منها ينبعث منها طيف RGB. نظرًا لتصميم النظام البصري القائم على العدسات ، يتم خلط هذه الألوان والإخراج الناتج هو لون أبيض كلي.

بطريقة بديلة ، يحدث خلط الألوان بسبب التشعيع المتتابع مع الأشعة فوق البنفسجية لطبقات الفسفور المكونة الثلاثة.

ميزات تقنية الطيف الأبيض

تقنية RGB

يسمح لك بـ:

• إشراك مجموعات مختلفة من البلورات المفردة في خوارزمية التحكم في الإضاءة ، وربطها بالتناوب يدويًا أو مع برنامج آلي ؛

• تسبب ظلال الألوان المختلفة التي تتغير مع مرور الوقت ؛

• إنشاء أنظمة الإضاءة مذهلة للدعاية.

مثال بسيط على هذا التنفيذ هو لون أكاليل عيد الميلاد. الخوارزميات المماثلة تستخدم على نطاق واسع من قبل المصممين.

عيوب RGB LEDs هي:

• لون غير متجانس من بقعة الضوء في الوسط والحواف ؛

• تسخين غير متساوي وإزالة الحرارة من سطح المصفوفة ، مما يؤدي إلى معدلات تقادم مختلفة من الوصلات p-n ، مما يؤثر على توازن اللون ، وتغيير الجودة الكلية للطيف الأبيض.

هذه العيوب ناتجة عن اختلاف ترتيب البلورات المفردة على سطح القاعدة. من الصعب إصلاحها وتكوينها. نظرًا لهذه التكنولوجيا ، تعد طرز RGB من بين أكثر التصميمات تعقيدًا وأعلى تكلفة.

المصابيح مع الفوسفور

إنها أبسط من حيث التصميم ، وأرخص في التصنيع ، وأكثر اقتصادا عند تحويلها إلى وحدات إشعاعية من التدفق الضوئي.

تتميز عيوبها:

• في طبقة الفوسفور توجد خسائر في الطاقة الضوئية ، مما يقلل من ناتج الضوء ؛

• تعقيد التكنولوجيا لتطبيق طبقة فوسفور موحدة يؤثر على جودة درجة حرارة اللون ؛

• يتمتع الفوسفور بعمر افتراضي أقصر من عمر المصباح نفسه وأعماره أسرع أثناء الاستخدام.

ملامح المصابيح من تصاميم مختلفة

يتم إنشاء نماذج الفوسفور ومنتجات RGB لمختلف التطبيقات الصناعية والمحلية.

طرق التغذية

يستهلك مؤشر LED الخاص بالإصدارات ذات الكتلة الأولى حوالي 15 مللي أمبير عند التشغيل من قيمة أقل قليلاً من فولتين من الجهد الثابت. المنتجات الحديثة لها خصائص محسّنة: حتى أربعة فولتات و 50 مللي أمبير.

تعمل مصابيح LED الخاصة بالإضاءة بنفس الجهد الكهربائي ، ولكنها تستهلك بالفعل عدة مئات من مللي أمبير. يعمل المصنعون الآن بنشاط على تطوير وتصميم أجهزة حتى 1 أ.

من أجل زيادة كفاءة إخراج الضوء ، يتم إنشاء وحدات LED يمكنها استخدام مصدر جهد متسلسل لكل عنصر. في هذه الحالة ، تزيد قيمتها إلى 12 أو 24 فولت.

عند تطبيق الجهد على الصمام ، يجب أن تؤخذ القطبية في الاعتبار. عندما يتم كسره ، لا يمر التيار ولن يكون هناك توهج. إذا تم استخدام إشارة جيبية متناوبة ، فإن التوهج يحدث فقط عندما تمر موجة نصف موجبة. علاوة على ذلك ، تتغير قوتها أيضًا تناسبيًا وفقًا لقانون ظهور الحجم الحالي المقابل مع الاتجاه القطبي.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه من خلال الجهد العكسي ، من الممكن حدوث انهيار في مفرق أشباه الموصلات. يحدث عند تجاوز 5 فولت على بلورة واحدة.

أساليب الإدارة

لضبط سطوع الضوء المنبعث ، يتم استخدام إحدى طريقتي التحكم:

1. حجم الجهد المتصل ؛

2. باستخدام تعديل عرض النبضة - PWM.

الطريقة الأولى بسيطة ولكنها غير فعالة. عندما ينخفض ​​مستوى الجهد دون عتبة معينة ، يمكن لمصباح LED ببساطة الخروج.

تعمل طريقة PWM على التخلص من هذه الظاهرة ، لكنها أكثر تعقيدًا في التنفيذ التقني. لا يتم توفير التيار الذي يمر عبر تقاطع أشباه الموصلات في البلورة المفردة من خلال شكل ثابت ، ولكن بتردد عالي نابض بقيمة تتراوح بين عدة مئات إلى ألف هيرتز.

عن طريق تغيير عرض النبضات والإيقاف المؤقت بينهما (تسمى العملية التشكيل) ، يتم ضبط سطوع التوهج على نطاق واسع. يتم تنفيذ هذه التيارات عبر بلورات مفردة بواسطة وحدات تحكم قابلة للبرمجة خاصة مع خوارزميات معقدة.

طيف الانبعاثات

تواتر الإشعاع الخارج من الصمام يكمن في منطقة ضيقة للغاية. ويسمى أحادي اللون. إنها تختلف اختلافًا جذريًا عن طيف الموجات المنبعثة من الشمس أو خيوط المصابيح المتوهجة العادية.

هناك الكثير من النقاش حول تأثير هذه الإضاءة على العين البشرية. ومع ذلك ، فإن نتائج التحليلات العلمية الجادة لهذه المسألة غير معروفة لنا.

إنتاج

في تصنيع LEDs ، يتم استخدام خط تلقائي فقط ، تعمل فيه أجهزة الروبوت وفقًا لتقنية مصممة مسبقًا.

العمل اليدوي المادي للشخص مستبعد تمامًا من عملية الإنتاج.

يقوم المتخصصون المدربون بالتحكم فقط في المسار الصحيح للتكنولوجيا.

تحليل جودة المنتجات هو أيضا مسؤوليتهم.