Lysdioder
(20 440)Led-diodens funktionsprincip
Dioder är halvledarkomponenter vars uppbyggnad baseras på användandet av p-n-övergången. Den kännetecknas av praktiskt sett noll motstånd när den är polariserad i ledningsriktningen - under förutsättningen att ett litet spänningsvärde av diffusionsspänningen överskrids. Vid polarisering av p-n-övergången i spärriktningen gör den ett nästan oändligt motstånd och det lilla strömvärdet som kan ta sig igenom spärrskiktet kallas för backström. Den beskrivna egenskapen hos p-n-övergången kallas för asymmetrisk konduktivitet. Bland alla typer av dessa komponenter utgörs en av de populäraste av elektroluminescenta dioder som även är kända som LED-dioder (eng. Light-Emiting Diode).
Egenskaper av led-dioder
LED-diod (Light-emitting diode) som en halvledarkomponent som avger ljus har ett brett användningsområde inom elektroniken. Komponenter innehåller en ”p-n” övergång i sin struktur, dvs. en övergång mellan två intriniska halvledare med olika konduktivitetstyper (p-katod, n-anod). LED-dioden när strömsatt avger synligt ljus, infrarött ljus (IR) eller ultraviolett ljus (UV) till följd av elektroluminescens. Fenomenet grundar sig på rekombination av elektroner med elektronhål vilket resulterar i frigöring av energi i form av fotoner (elektroluminescens). Ljusets färg är beroende av det material som använts för tillverkning av halvledaren. Det kan vara bl.a. galliumarsenid, galliumfosfid eller galliumarsenidfosfid. Denna typ av diod kännetecknas av en hög verkningsgrad, lång livslängd och ett högt luminansvärde. Många av dem urskiljer sig också med en liten strömförbrukning med undantag för ex. COB-dioder (Chip on Board). Bland deras användningar kan man nämna signalering av ex. aktiv strömförsörjning eller drift av enheten, specialbelysning till butiker eller gator med flera. Val sker efter de viktigaste parametrarna - ljusutbyte, effekt eller maximal ström. Märkström har avgörande betydelse. Det är också värt att ta diodens färg eller monteringssätt i beaktande.
Användning av LED-dioder LED-dioderna är en ljuskälla som används allt oftare bl.a. för signalering i form av ex. kontrollampor, som enskilda pixlar i olika sorters displayer samt som ljuskällor som tränger ut traditionella glödlampor och till och med ersätter standardbelysningen inom biltekniken, inkl. sk. xenonlampor. Orsaken till detta är framför allt deras höga hållbarhet samt en låg strömförbrukning och hög verkningsgrad, låg matarspänning, små energiförluster och mått vid ett högt luminansvärde.
LED-diodens uppbyggnad
De elektroluminescenta dioderna, som namnet tyder, fungerar baserat på luminescensfenomenet. I motsatsen till vanliga glödlampor där ljus produceras av en upphettad glödtråd, i LED-dioderna omvandlas den elektriska strömmens energi direkt till ljus och rättare sagt till energi i form av kvanta av elektromagnetisk strålning. LEd-dioderna kan förutom synligt ljus med olika färg också avge infraröd eller ultraviolett strålning. Vissa dioder avger elektromagnetisk strålning med en smal våglängdsintervall vilket innebär att de lyser med en definierad färg. Diodens ljusfärg beror på typ av halvledare och rättare sagt halvledarmaterial som använts för att bygga upp dess kontaktdon.
Ljus med vit färg är summan av alla färger som iakttas av människans öga och som summerats tillsammans. Det krävs alltså speciallösningar för att bygga upp en diod som lyser med ljus med sådan färg. En av lösningarna är att placera tre dioder med röd, grön och blå färg i ett hölje vilket vid rätt vald ljusintensitet hos varje diod skapar vit färg. Nackdelen med denna lösning utgörs av ett högt pris medan fördelen är det höga ljusutbytet hos denna typ av dioder. I en annan lösning används dioder som producerar ultraviolett ljus och ett lysämne som efter aktivering med UV-ljus lyser vitt. Denna lösning är billigare men dioder som använder detta fenomen har en mindre effektivitet. Problemet i detta fall är att eliminera den hälsoskadliga UV-strålningen. Den senaste metoden innebär användning av en blå diod och ett gult lysämne. Lysämnen aktiveras av LED-strålningen och producerar ljus med en annan våglängd (gult ljus). Proportionen mellan strålningen som kommer från LED och lysämnet determinerar den ljusfärg som uppfattas av människan. På det viset kan man få varmt eller kallt ljus vilket beror på användning av en viss lysämnestyp.
Val av LED-diod
Dioder finns i olika kapslingar och är tillgängliga för yt- (SMD) och hålmontering (THT). Den första metoden används frekvent främst i elektroniken med små mått men inte bara det. Ett exempel på detta är kontrolldioder vilka monteras på mikrokontrollers utvecklingskort, indikeringsdioder i smarta telefoner samt kontrollampor i olika hushållsapparater och även industriella anordningar.
Anslutning av LED-dioder kontra framspänning och strömförsörjning
Vid anslutning av LED-dioder i en krets ska man beakta några aspekter. En av de viktigaste är begränsning av strömmen som flyter igenom dioden så att den inte överhettas och bränns. Detta kan göras med ett seriekopplat motstånd vars motståndsvärde ska väljas i förhållande till mataspänning och ström som ska flyta igenom dioden. Detta kan räknas ut med hjälp av Ohms lag som säger att den elektriska strömmen som i ledaren är proportionell mot spänningen mellan dess ändar samt omvänt proportionell mot ledarens resistans. När vi skriver detta i form av en matematisk formel får vi R = U/I, där U står för matarspänning minskad med spänningsfall i dioden som anges i volt [V], och I för - vald strömstyrka som anges i ampere [A]. R är det eftersökta resistansvärdet av motståndet som anges i ohm [Ω]. Ju högre ström flyter genom dioden desto intensivare lyser dioden. Förhållandet är linjärt inom ett stort strömområde men man måste ta hänsyn till diodens märkström som ej bör överskridas. Det kan orsaka bestående skada till följd av en för stor värmeutveckling. Om användaren tänker använda ett större antal seriekopplade dioder är värt att bekanta sig med strömmatning av sådana kretsar med hjälp av en strömkälla med ett konstant strömvärde, ex. i form av ett lämpligt nätaggregat. Detta medför att ström med samma strömstyrka flyter igenom alla dioderna och den ändras inte även vid kortslutning i terminalerna av någon eller några dioder. Denna lösning används bl.a. i allt populärare LED-strips vilka används som belysning eller dekoration.
LED-diodens effekt
Beroende på användning eller förväntningar måste man ofta välja diodens effekt vars måttenhet är watt [W] samt dess ljusstyrka som anges i lumen [lm] eller Candela [cd]. Dioder som används ex. som kontrollampor behöver inte någon stor effekt eller ljusstyrka men starkare dioder för belysningsapplikationer ex. i ficklampor eller som rumsbelysning måste ha mycket högre parametrar.
Elektroluminsecenta LED-dioder
Självklart när man väljer en elektroluminescent diod är det värt att titta på dess hölje, mått eller ljusvinkel som kan vara väldigt smal, ex. 10° men även mycket bred upp till så mycket som 175°. Ibland spelar diodens linsfärg en stor roll. I detta fall är det värt att uppmärksamma våglängden.
LED-dioder i TMEs sortiment
Elektronikgrossisten TME har ett brett urval av LED-diods typer och parametrar i sitt sortiment. I sökmotorns filter kan man välja diodtyp, ljusfärg, arbetsspänning eller maximal matarström (från 1 mA till 6000 mA). TME erbjuder både enstaka komponenter och färdig ljuskällor i form av strips, lister och moduler. Vid val är det värt att kontrollera monteringsvariant – THT eller SMD.
Lager:
