حول استخدام المصابيح ، جهاز LED ، وكيفية إضاءة LED

الجميع على دراية بمصابيح LED الآن: مصابيح LED ومصابيح LED وشرائط وأكثر من ذلك بكثير. بفضل جهود المطورين ، ظهرت أجهزة غريبة تمامًا ، على سبيل المثال ، فوهة على صنبور ماء.

في الخارج ، إنها عبارة عن أسطوانة بلاستيكية شفافة: يتم سكب الماء البارد - داخل الفوهة التي يضيء فيها مؤشر LED أزرق ، أصبحت أكثر دفئًا - تحولت إلى اللون الأصفر ، وحتى إذا كانت المياه ساخنة جدًا ، فإن الفوهة تتحول إلى اللون الأحمر. محتوى التعبئة الداخلية غير معروف ، ولكن حقيقة أن المصابيح تستخدم كعناصر تنبعث منها واضحة.

تم تطوير أول مصباح LED في جامعة إلينوي في عام 1962. في عام 1990 ، وُلدت مصابيح LED ساطعة ورائعة في وقت لاحق.

يشبه مؤشر LED نفسه إلى حد كبير الصمام الثنائي المعدل ، فقط عندما يمر تيار مباشر من خلاله ، تبدأ بلورة أشباه الموصلات في التوهج. الاسم الإنجليزي الخاص بمصابيح LED هو الصمام الثنائي الباعث للضوء ، والذي يمكن ترجمته حرفيًا باعتباره الصمام الثنائي الباعث للضوء.

للحصول على أطوال موجية مختلفة من الإشعاع (اللون) ، تتم إضافة العديد من المنشطات إلى أشباه الموصلات. تؤدي إضافة الألمنيوم والهيليوم والإنديوم والفوسفور إلى ظهور البلورات من الألوان من الأحمر إلى الأصفر. للحصول على توهج من الأزرق إلى الأخضر ، يتم تخدير البلورات بجزيئات النيتروجين أو الغاليوم أو الإنديوم.

في الوقت الحاضر ، المصابيح البيضاء هي على الأرجح الأكثر شيوعا. في الأساس ، هذه منتجات لإنشاء الإضاءة ، من المصابيح الكهربائية ، والهدايا التذكارية إلى الأضواء الخطيرة للتثبيت على الأسطح واجهات المباني. ولكن فيما يلي تفاصيل مثيرة للاهتمام: في الطبيعة ، لا توجد مواد أشباه الموصلات يمكن أن تتوهج باللون الأبيض.

كيف تكون هنا؟ ساعدت الأشعة فوق البنفسجية على الخروج من هذا الموقف: يتم تغطية بلورة "الأشعة فوق البنفسجية" بطبقة من الفوسفور ، تقريبًا نفس الشيء الذي حدث في مصابيح الفلورسنت ، ونتيجة لذلك يضيء LED باللون الأبيض.

ولكن هناك أيضا بعض الكمين. كما في المصابيح الفلورية ، يفقد الفوسفور خواصه بمرور الوقت ، ويصبح التوهج ضعيفًا. ومع ذلك ، من أجل حدوث مثل هذا التآكل ، يجب أن يضيء مصباح LED بشكل مستمر لمدة عام على الأقل ، وربما أكثر. لذلك مع تشغيل وإيقاف التشغيل الدوري ، فإن عمر خدمة هذه الأجهزة كبير جدًا.

في البداية ، كانت مصابيح LED مخصصة للإشارة إلى الأجهزة ، حيث استبدلت المصابيح المتوهجة المصغرة. الفوائد هنا لا يمكن إنكارها. هذا استهلاك منخفض للطاقة ، جهد كهربي منخفض ، وأيضًا متانة عالية: لمبة الإضاءة المتوهجة لا تزيد عن عمر الخدمة لأكثر من ألف ساعة ، في حين أن هذه المعلمة تصل إلى عشرات الآلاف من المصابيح.

تزعم بعض المصادر أن LED يمكن أن يعمل بشكل مستمر حتى 11 عامًا! ولكن في بعض الأجهزة ، من أجل استبدال المصباح الكهربائي ، يتعين على المرء اللجوء إلى تفكيك كبير للحالة ولوحة العرض بأكملها. هنا مطرقة وإزميل وبعض الأم الأخرى تساعد بالكامل.

المعلمة المميزة لمصابيح LED هي مجموعة متنوعة من الألوان ، مما يلغي الحاجة إلى المرشحات. بالمقارنة مع المصابيح المتوهجة المصابيح الصمام تمتلك قوة ميكانيكية متزايدة ، مما يجعل من السهل تحمل أحمال الاهتزاز والصدمات. ضمن حدود معقولة ، بالطبع.

جهاز LED

تم إنتاج المصابيح الأولى في صناديق معدنية مع نافذة شفافة. كما تحسنت التكنولوجيا ، بدأ بدن مصنوع بالكامل من البلاستيك.يتوافق لون البلاستيك ، كقاعدة عامة ، مع لون التوهج ، ولكن الحالات الشفافة شائعة جدًا أيضًا. ما لون هذا اللمعان LED ، لا يمكن اكتشافه إلا بعد إدراجه.

نفس ديود المعدل التقليديالصمام لديه دبابيس الأنود والكاثود. لذلك ، عند الاتصال ، لاحظ قطبية. إن إخراج الأنود ، كقاعدة عامة ، أطول بقليل من الكاثود ، ولكن هذا لا يزال مؤشر ضوئي جديد. إذا كانت الأرجل مشذبة بالفعل ، فيمكن تحديد الاستنتاجات بواسطة المتر المتعدد "المثل": مع قطبية الاتصال الصحيحة ، يضيء مصباح LED قليلاً.

في الاتجاه المعاكس ، يجب أن يظهر الجهاز مقاومة كبيرة ، مفتوحة تقريبًا ، كما هو الحال مع الصمام الثنائي المعدل المعدل. يوضح الشكل 1 الترتيب الداخلي لمصباح LED في غلاف شفاف.

الشكل 1. الهيكل الداخلي لل LED في حالة شفافة

كيفية إضاءة الصمام

في كثير من الأحيان ، يسأل هواة الراديو الهواة السؤال التالي: "ما الجهد المطلوب لإضاءة LED؟". هنا يمكنك رؤية التشابه مع المصابيح المتوهجة. هذا المصباح هو 220 فولت ، وهذا المصباح هو 12. في حالة استخدام LED ، لا يمكن القول أن هذا المصباح هو 5V ، وهذا المصباح هو 12V. السؤال هو ، لماذا؟

والحقيقة هي أن الصمام هو جهاز حالي: يتم تشغيل المقاوم الذي يحد من التيار في سلسلة معها ، كما هو مبين في الشكل 2.

الشكل 2 مخطط الأسلاك LED من خلال المقاوم الحد الحالي

من السهل أن نرى أن LED متصل بمصدر تيار مستمر مع قطبية صحيحة: يتم توصيل القطب الموجب إلى القطب الموجب للبطارية ، والكاثود عبر المقاوم المحدد ، على التوالي ، إلى السالب. وبطبيعة الحال ، يمكن أيضًا تضمين المقاوم المحدد في تمزق إخراج الأنود ، لأن الدائرة مسلسلة!

يظهر مصدر التيار المستمر في الشكل كخلية كلفانية بجهد لا يزيد عن واحد ونصف فولت. في الواقع ، يمكن أن تكون بطارية من خلايا بجهد 12 ... 24V ، مع تضمين مناسب ، حتى شبكة إضاءة AC بقدرة 220V. الشيء الرئيسي هو الحد من التيار المباشر من خلال الصمام على المستوى المذكور في الوثائق التقنية. لمعظم المصابيح الحديثة ، هذا التيار هو 20ma.

لكن من الصواب هنا أن ندلي بتصريح صغير حول مسألة الجهد الكهربائي LED. والحقيقة هي أنه في الوقت الحاضر ، لغرض تصغير المعدات الإلكترونية ، تم إنشاء إنتاج LEDs بمقاوم مقاوم متكامل مدمج في الهيكل. هذا التكامل يسمح لنا أن نقول أن هذا الصمام لديه الجهد العمل من 12V ، وهذا واحد هو فقط 5.

من خلال هذه العلامة ، يمكنك رؤية علامات الأسعار على رفوف أسواق الراديو. صحيح ، مثل هذه الأجهزة ليست شائعة ، وبالتالي ، لا ينبغي لأحد أن ينسى المقاوم الحد.

هناك أيضًا فئة من المصابيح مصممة لجهد تشغيل معين. هذه هي ما يسمى بمصابيح LED الوامضة التي تحتوي على مولد مدمج بداخله ، مما يجعل وميض الكريستال عند تردد معين. محاولات تغيير التردد الوامض بمساعدة المكثفات الخارجية والحيل الأخرى محكوم عليها بالفشل. على الرغم من أن بعض التغيير في التردد يمكن تحقيقه عن طريق تغيير الجهد الكهربائي.

لذلك ، يتم إنتاج مصابيح LED الوامضة خصيصًا لجهد معين: الجهد العالي 3 ... 14V ، والجهد المنخفض 1.8 ... 5V. في الوقت نفسه ، غاب المقاوم المقاوم للمصابيح LED وامض الجهد المنخفض. هنا تحتاج إلى إظهار أقصى قدر من الاهتمام. لكن العودة إلى المصابيح المعتادة.

لذلك ، قيل بالفعل أن التيار المباشر لمعظم المصابيح هو 20 مللي أمبير. من الممكن تقليل أقل قليلاً (فقط سوف ينخفض ​​السطوع ، وسيكون اللون مختلفًا قليلاً عن المتوقع) ، ولكن الكثير غير مرغوب فيه بدرجة كبيرة. هذه هي القيمة الحالية التي تهدف إلى توفير المقاوم الحد المبين في الشكل 2.

من أجل حساب قيمة المقاومة لهذا المقاوم ، يجب أن تعرف معلمتين.أولاً ، هو جهد تزويد الدائرة (انتبه ، إنه مخطط ، وليس مصباح LED واحد) ، وثانياً ، انخفاض جهد مباشر على LED.

يتم تحديد هذا الانخفاض المباشر في الوثائق الفنية ، وبالنسبة لمعظم أنواع المصابيح ، يتراوح مداها بين 1.8 ... 3.6V (لكل نوع خاص به ، ولكن في الغالب 2V). سيكون هذا هو انخفاض الجهد المباشر على الصمام في تيار 20 مللي أمبير. باستخدام هذه البيانات ، يكون من السهل جدًا حساب مقاومة المقاوم المحدد. لتوضيح مصدرها ، يمكنك استخدام المخطط البسيط الموضح في الشكل 3.

الشكل 3مخطط اتصال الصمام

من الواضح أن المقاوم R1 و LED HL1 المتصل بالسلسلة هما مقسم جهد. من المعروف أيضًا أن انخفاض الجهد المباشر على LED وفقًا للبيانات المرجعية هو 2 فولت تمامًا. هنا لدينا مثل هذا الصمام الجيد.

بعد ذلك ، مع الجهد الكهربائي للجهد 12 فولت ، سيكون انخفاض الجهد عبر المقاوم R1 هو 12V - 2V = 10V. وبالتالي ، وفقًا لقانون أوم ، من السهل حساب مقاومة المقاوم الذي سيكون فيه التيار من خلال الصمام 20 مللي أمبير: R = U / I = 10V / 20mA = 0.5KΩ.

صيغة لحساب المقاوم الحد:

كل شيء واضح وبسيط هنا. يوجد في البسط جهد التيار الكهربائي وانخفاض الجهد المباشر على LED. يحتوي المقام على التيار المطلوب من خلال مؤشر LED مضروبًا بعامل الموثوقية 0.75. في الميكانيكا ، وهذا ما يسمى هامش السلامة.

في حالة توصيل عدة مصابيح LED بشكل متسلسل ، فإن انخفاض الجهد عليها يزيد ببساطة ويتم استبداله بالصيغة الموضحة أعلاه. بطبيعة الحال ، في هذه الحالة ، تصبح المقاومة R في هذه الحالة أقل من لمبة LED واحدة.

وبطبيعة الحال ، يتم إطلاق بعض السلطة على المقاوم. حتى لا يحترق المقاوم على الفور أو بمرور الوقت ، يتم حساب قوته عادةً بواسطة الصيغة:

جميع الكميات لها بعد نظام SI: الجهد في فولت ، المقاومة في أوم ، الطاقة بالواط.

غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى طرق مختلفة لتوصيل LEDs ، وربطها بمصادر الطاقة المختلفة ، ولكن سيتم مناقشة ذلك في استمرار المقال.

انظر أيضا: كيفية توصيل الشريط الصمام لامدادات الطاقة

بوريس الأديشين