Diody LED
(21 418)Zasada działania diody led
Diody są elementami półprzewodnikowymi, których budowa oparta jest na wykorzystaniu złącza p-n. Charakteryzuje się ono praktycznie zerowym oporem w momencie, kiedy jest ono spolaryzowane w kierunku przewodzenia - pod warunkiem przekroczenia niewielkiej wartości napięcia nazywanego napięciem dyfuzyjnym. W przypadku polaryzacji złącza p-n w kierunku zaporowym, stawia ono niemal nieskończenie wielki opór, a niewielka wartość prądu, która jest w stanie przedostać się przez złącze spolaryzowane zaporowo nazywana jest prądem wstecznym lub prądem unoszenia. Opisana właściwość złącza p-n określana jest jako niesymetryczne przewodzenie prądu. Wśród wszystkich typów tych elementów jednym z najpowszechniejszych są diody elektroluminescencyjne, znane też jako diody LED (ang. Light-Emiting Diode).
Charakterystyka diody led
Dioda LED (Light-emitting diode), jako półprzewodnikowy element optoelektroniczny emitujący światło, znajduje szerokie zastosowanie w elektronice. Element ten zawiera w swojej strukturze złącze „p-n”, czyli złącze dwóch półprzewodników niesamoistnych o różniących się od siebie typach przewodnictwa (p-katoda, n-anoda). Dioda LED, po doprowadzeniu prądu, w wyniku zjawiska elektroluminescencji emituje światło w zakresie widzialnym, podczerwieni (IR) czy ultrafiolecie (UV). Zjawisko to opiera się na rekombinacji elektronów z dziurami elektronowymi, co skutkuje uwalnianiem energii w postaci fotonów (elektroluminescencja). Kolor światła jest zależny od materiału użytego do wytworzenia półprzewodnika. Może to być m.ni. arsenek galu, fosforek galu czy arsenofosforek galu. Dioda tego rodzaju charakteryzuje się wysoką sprawnością, długą żywotnością i wysoką wartością luminancji. Wiele z nich wyróżnia się także niskim poborem prądu, choć np. diody COB (Chip on Board) są w tym względzie wyjątkiem. Wśród zastosowań można wymienić sygnalizację np. obecności zasilania czy działanie urządzenia, oświetlenie specjalne do sklepów lub uliczne oraz wiele innych. Przy selekcji należy kierować się głównymi parametrami diod – skutecznością świetlną, mocą czy maksymalnym prądem. Kluczowy jest prąd znamionowy. Warto wziąć pod uwagę również kolor diody czy sposób montażu.
Zastosowanie diod ledDiody LED są coraz powszechniej występującym źródłem światła, które wykorzystuje się m.in. do sygnalizacji, np. w postaci lampek kontrolnych, jako poszczególne piksele w różnego rodzaju wyświetlaczach, ale także jako źródła światła, które wypierają tradycyjne żarówki czy halogeny, nawet zastępując standardowe oświetlenie w motoryzacji, w tym tzw. xenony. Jest to spowodowane przede wszystkim ich dużą trwałością oraz niskim poborem prądu, ale także wysoką sprawnością, niskim napięciem zasilania, małymi stratami energetycznymi oraz niewielkimi wymiarami przy dużej wartości luminacji.
Budowa diody led
Diody elektroluminescencyjne, jak sama nazwa wskazuje, działają w oparciu o zjawisko luminescencji. W przeciwieństwie do zwykłych żarówek, w której świecenie powoduje rozgrzany do wysokiej temperatury żarnik, w diodach LED energia prądu elektrycznego jest bezpośrednio przekształcana na światło, a w zasadzie na energię w postaci kwantów promieniowania elektromagnetycznego. Diody LED mogą emitować, oprócz światła widzialnego o różnej barwie, promieniowanie podczerwone lub nadfioletowe. Konkretne diody emitują promieniowanie elektromagnetyczne o wąskim zakresie długości fali, co oznacza, że świecą jednym, zdefiniowanym kolorem. Barwa świecenia diody zależna jest od rodzaju półprzewodnika, a konkretnie od materiału półprzewodnikowego, jaki został wykorzystany do zbudowania jej złącza.
Światło o barwie białej to suma wszystkich kolorów widzianych ludzkim okiem, zsumowanych razem, zatem zbudowanie diody, która świeci światłem o takiej barwie, wymaga specjalnych rozwiązań. Jednym z nich jest umieszczenie w jednej obudowie trzech diod, o barwach czerwonej, zielonej oraz niebieskiej, co przy odpowiednio dobranej intensywności świecenia każdej z nich, pozwala na otrzymanie barwy białej. Wadą tego rozwiązania jest wysoka cena, natomiast zaletą, posiadanie przez tego typu diod dużej wydajności świetlnej. W innym rozwiązaniu wykorzystuje się diody emitujące światło nadfioletowe oraz luminofor, który pobudzony tego typu światłem świeci na biało. To rozwiązanie jest tańsze, jednak diody wykorzystujące opisane zjawisko posiadają mniejszą wydajność. Problemem w tym przypadku jest także całkowite wyeliminowanie szkodliwego dla zdrowia promieniowania UV. Ostatnia metoda to wykorzystanie diody niebieskiej oraz żółtego luminoforu. Luminofor jest pobudzany promieniowaniem LED i emituje światło o innej długości fali (światło żółte). Proporcja promieniowania pochodzącego od LED i z luminoforu determinuje postrzegany przez człowieka kolor światła. W ten sposób można uzyskać światło ciepłe lub zimne, a zależy to od użycia konkretnego typu luminoforu.
Wybór diody LED
Diody można spotkać w wielu różnych obudowach i dostępne są zarówno do montażu powierzchniowego (SMD), jak i przewlekanego (THT). Pierwszy z tych sposobów jest szeroko stosowany głównie w niewielkich rozmiarów elektronice, ale nie tylko. Przykładem mogą tutaj być diody kontrolne, montowane na płytkach rozwojowych mikrokontrolerów, diody powiadomień w smartfonach oraz kontrolki w różnych sprzętach gospodarstwa domowego, a nawet w urządzeniach przemysłowych.
Podłączenie diod LED a napięcie przewodzenia i zasilanie
W przypadku podłączenia LED w układzie należy zwrócić uwagę na kilka aspektów. Jednym z najważniejszych jest ograniczenie prądu, jaki będzie płynął przez diodę, co jest kluczowe, aby nie doprowadzić do jej przegrzania i spalenia. Można to zrobić rezystorem podłączonym szeregowo, którego wartość oporu powinna być dobrana w zależności od napięcia zasilania oraz natężenia prądu, jakie ma przez diodę płynąć. Obliczyć to można korzystając z prawa Ohma, mówiącego o tym, że natężenie prądu płynące przez przewodnik jest proporcjonalne do napięcia panującego między jego końcami oraz odwrotnie proporcjonalne do oporu tego przewodnika. Zapisując to w postaci wzoru matematycznego, otrzymujemy R = U/I, napięciem zasilania pomniejszonym o spadek napięcia na diodzie, podanym w voltach [V], a I - wybranym natężeniem prądu podawanym w amperach [A]. R jest natomiast poszukiwaną wartością rezystancji opornika podawaną w omach [Ω]. Im większa wartość natężenie prądu płynącego przez diodę, tym intensywniej będzie ona świecić. Zależność ta jest w dużym zakresie prądu liniowa, trzeba mieć jednak na uwadze wartość prądu znamionowego diody, która nie powinna być przekraczana. Może to spowodować jej trwałe uszkodzenie w wyniku wytworzenia się na niej zbyt dużej ilości ciepła. Jeżeli użytkownik ma zamiar korzystać z większej liczby diod połączonych szeregowo, warto zaznajomić się z tematem zasilana takich układów za pomocą źródła prądu o stałej wartości natężenia, np. w postaci odpowiedniego zasilacza. Pozwala to na przepływ prądu o takiej samej wartości natężenia poprzez wszystkie diody, która nie zmieni się nawet w przypadku zwarcia na wyprowadzeniach którejś bądź kilku z nich. Tego typu rozwiązanie stosuje się m.in. w coraz popularniejszych taśmach LED, służących jako oświetlenie bądź dekoracja wnętrz.
Moc diody led
W zależności od zastosowania oraz oczekiwań, często należy dobrać również moc diody, której jednostka podawana jest w watach [W] oraz jej jasność, która podawana jest w lumenach [lm] lub kandelach [cd]. Diody służące np. jako kontrolki nie będą potrzebowały dużej mocy i jasności świecenia, jednak te najmocniejsze diody do zastosowań oświetleniowych np. w latarkach lub służące jako oświetlenie pomieszczeń, będą musiały owe parametry posiadać znacznie wyższe.
Diody led elektroluminescencyjne
Oczywiście wybierając diodę elektroluminescencyjną, warto zwrócić uwagę również na jej obudowę, wymiary czy kąt świecenia, który może być bardzo wąski, np. 10°, ale również bardzo szeroki, sięgając nawet 175°. Czasami nie bez znaczenia może być również kolor soczewki diody. W tym przypadku najlepiej zwrócić uwagę na długość emitowanej fali.
Diody led w ofercie TME
Hurtownia elektroniczna TME ma w swojej ofercie diody LED w szerokim zakresie typów i parametrów. W filtrach wyszukiwarki można wybrać rodzaj diody, kolor świecenia, napięcie pracy czy maksymalny prąd zasilający (od 1 mA do nawet 6000 mA). TME oferuje zarówno pojedyncze elementy, jak i gotowe źródła światła w postaci taśm, listw i modułów. Przy doborze warto także sprawdzić wariant montażu – THT lub SMD.
Magazyn:
