LED diódy
(21 847)Princíp fungovania LED diódy
Diódy sú polovodičové prvky, ktorých konštrukcia je založená na použití P-N priechodu. Keď je polarizovaný v priepustnom smere, má prakticky nulový odpor za predpokladu, že je prekročená malá hodnota napätia nazývaná difúzne napätie. Keď je p-prechod polarizovaný v závernom smere, predstavuje takmer nekonečne malý odpor a malá hodnota prúdu, ktorá je schopná prejsť záporne polarizovaným priechodom, sa nazýva spätný prúd alebo záverný prúd. Opísaná vlastnosť p-n priechodu sa označuje ako asymetrické vedenie prúdu. Jedným z najbežnejších typov týchto prvkov sú elektroluminiscenčné diódy, známe aj ako LED diódy (ang. Light-Emitting Diode).
Charakteristika LED diódy
LED dióda (Light-emitting diode) ako polovodičový optoelektronický prvok vyžarujúci svetlo sa hojne využíva v elektronike. Tento prvok obsahuje vo svojej štruktúre "p-n" priechod, t. j. spojenie dvoch nesamostatných vodičov s rôznymi typmi vodivosti (p-katóda, n-anóda). LED dióda po pripojení prúdu vyžaruje svetlo vo viditeľnom, infračervenom (IR) alebo ultrafialovom (UV) pásme v dôsledku elektroluminiscenčného javu. Tento jav je založený na rekombinácii elektrónov s dierami, čo vedie k uvoľneniu energie vo forme fotónov (elektroluminiscencia). Farba svetla závisí od materiálu použitého na výrobu polovodiča. Môžu zahŕňať arzenid gália, fosfid gália alebo arzenfosfid gália. Tento typ diódy sa vyznačuje vysokou účinnosťou, dlhou životnosťou a vysokou hodnotou svietivosti. Mnohé z nich sa vyznačujú aj nízkou spotrebou prúdu, hoci diódy COB (Chip on Board) sú v tomto smere výnimkou. Medzi aplikácie patrí signalizácia, napr. prítomnosti energie alebo prevádzky, špeciálne osvetlenie obchodov alebo pouličné osvetlenie a mnohé ďalšie. Pri výbere diód sa treba riadiť hlavnými parametrami - svetelnou účinnosťou, výkonom alebo maximálnym prúdom. Kľúčový je menovitý prúd. Je tiež vhodné vziať do úvahy farbu diódy alebo spôsob montáže.
LED diódy sú čoraz bežnejším zdrojom svetla, ktorý sa okrem iného používa na signalizáciu, napr. vo forme kontrolných svetiel, ako jednotlivé pixely v rôznych typoch displejov, ale aj ako zdroj svetla, ktorý nahrádza tradičné žiarovky alebo halogény, dokonca nahrádza štandardné osvetlenie v automobilovom priemysle vrátane tzv. xenónov. Je to najmä vďaka ich vysokej životnosti a nízkej spotrebe energie, ale aj vysokej účinnosti, nízkemu napájaciemu napätiu, nízkym energetickým stratám a malým rozmerom s vysokou svietivosťou.
Konštrukcia LED diódy
Svetelné diódy, ako už názov napovedá, fungujú na základe luminiscenčného javu. Na rozdiel od žiarovky, kde svietenie spôsobuje vlákno zahriate na vysokú teplotu, v LED dióde sa energia elektrického prúdu priamo premieňa na svetlo a v skutočnosti na energiu vo forme kvánt elektromagnetického žiarenia. LED diódy môžu okrem viditeľného svetla rôznych farieb vyžarovať aj infračervené alebo ultrafialové žiarenie. Špecifické diódy vyžarujú elektromagnetické žiarenie v úzkom rozsahu vlnových dĺžok, čo znamená, že svietia jednou definovanou farbou. Farba diódy závisí od typu polovodiča, konkrétne od polovodičového materiálu použitého na jej priechod.
Biele svetlo je súčtom všetkých farieb, ktoré vidí ľudské oko, takže zostrojenie diódy, ktorá svieti takýmto svetlom, si vyžaduje špeciálne riešenia. Jedným z nich je umiestnenie troch diód, červenej, zelenej a modrej, v jednom puzdre, čo pri vhodne zvolenej intenzite svetla každej z nich umožňuje získať bielu farbu. Nevýhodou tohto riešenia je vysoká cena, ale výhodou je, že takéto diódy majú vysokú svetelnú účinnosť. Iné riešenie využíva diódy vyžarujúce ultrafialové svetlo a luminofor, ktorý po stimulácii týmto typom svetla svieti na bielo. Toto riešenie je lacnejšie, ale diódy využívajúce tento jav majú nižšiu účinnosť. Problémom je v tomto prípade aj úplná eliminácia škodlivého UV žiarenia. Poslednou metódou je použitie modrej diódy a žltého luminoforu. Luminofor je stimulovaný žiarením LED a vyžaruje svetlo s inou vlnovou dĺžkou (žlté svetlo). Pomer žiarenia vychádzajúceho z LED diódy a luminoforu určuje farbu svetla, ktorú človek vníma. Týmto spôsobom sa môže vytvárať teplé alebo studené svetlo, čo závisí od použitia konkrétneho typu luminoforu.
Výber LED diódy
Diódy možno nájsť v mnohých rôznych puzdrách a sú k dispozícii pre povrchovú montáž (SMD) aj otvorovú montáž (THT). Prvá z týchto metód je široko používaná najmä v malej elektronike, ale nielen v nej. Príkladom sú indikačné LED diódy namontované na vývojových doskách mikrokontrolérov, notifikačné LED diódy v smartfónoch a kontrolky v rôznych domácich spotrebičoch a dokonca aj v priemyselných zariadeniach.
Zapojenie LED diód, napätie v priepustnom smere a napájanie
Pri zapájaní LED diód do obvodu je potrebné zvážiť niekoľko aspektov. Jedným z najdôležitejších je obmedzenie prúdu, ktorý bude pretekať diódou, čo je veľmi dôležité, aby nedošlo k jej prehriatiu a spáleniu. To možno vykonať pomocou sériovo zapojeného rezistora, ktorého hodnota odporu by sa mala zvoliť v závislosti od napájacieho napätia a prúdu pretekajúceho diódou. To možno vypočítať pomocou Ohmovho zákona, ktorý hovorí, že prúd tečúci vodičom je úmerný napätiu medzi jeho koncami a nepriamo úmerný odporu vodiča. Ak to zapíšeme do matematického vzorca, dostaneme R = U/I, napájacie napätie mínus úbytok napätia na dióde, udávaný vo voltoch [V], a I - zvolený prúd udávaný v ampéroch [A]. je požadovaná hodnota odporu rezistora udávaná v ohmoch [Ω]. Čím vyššia je hodnota prúdu pretekajúceho diódou, tým intenzívnejšie svieti. Tento vzťah je lineárny vo veľkom rozsahu prúdov, ale nemal by sa prekročiť menovitý prúd diódy. To môže spôsobiť trvalé poškodenie diódy v dôsledku príliš veľkého tepla, ktoré sa na nej vytvára. Ak má používateľ v úmysle použiť väčší počet sériovo zapojených diód, je vhodné oboznámiť sa s problematikou napájania takýchto obvodov pomocou zdroja konštantného prúdu, napr. vo forme vhodného napájacieho zdroja. To umožňuje, aby cez všetky diódy tiekol prúd s rovnakou hodnotou, ktorá sa nezmení ani v prípade skratu na výstupe jednej alebo viacerých z nich. Tento typ riešenia sa okrem iného používa v čoraz populárnejších LED pásoch používaných ako osvetlenie alebo dekorácia interiéru.
Výkon LED diódy
V závislosti od použitia a očakávaní je často potrebné zvoliť výkon diódy, ktorý sa udáva vo wattoch [W] a jej jas, ktorý sa udáva v lumenoch [lm] alebo kandelách [cd]. Diódy používané napr. ako dopravné svetlá nebudú potrebovať vysoký výkon a jas, ale najvýkonnejšie diódy budú musieť mať na osvetlenie, napr. v baterkách alebo na osvetlenie miestností, tieto parametre oveľa vyššie.
Elektroluminiscenčné diódy
Samozrejme, pri výbere svetelnej diódy sa oplatí venovať pozornosť aj jej puzdru, rozmerom alebo uhlu svietenia, ktorý môže byť veľmi úzky, napríklad 10°, ale aj veľmi široký, dosahujúci až 175°. Niekedy môže byť dôležitá aj farba diódovej šošovky. V tomto prípade je najlepšie venovať pozornosť dĺžke vyžarovanej vlny.
LED diódy v ponuke TME
Veľkoobchod TME Electronics má vo svojej ponuke LED diódy v širokej škále typov a parametrov. Vo vyhľadávacích filtroch si môžete vybrať typ diódy, farbu svetla, prevádzkové napätie alebo maximálny napájací prúd (od 1 mA až po 6000 mA). TME ponúka jednotlivé komponenty aj hotové svetelné zdroje vo forme pásikov, líšt a modulov. Stojí za to skontrolovať aj variant montáže – THT alebo SMD.
Sklad:
