Inleiding tot LED
Een LED of Light Emitting Diode is een eenvoudige PN-junctiediode , gemaakt van materiaal met grotere energiebarrière. Terwijl de voeding wordt gegeven aan de LED-junctie, verplaatsen de elektronen zich van de valentieband naar de geleidingsband. Wanneer het elektron energie verliest en terugvalt naar zijn oorspronkelijke staat, wordt een foton uitgezonden. Dit uitgezonden licht bevindt zich in de frequentieband van het zichtbare frequentiebereik van licht.
LED
Deze eenvoudige diode zendt licht uit wanneer de p-n-overgang wordt voorgespannen door een spanning van slechts 1 volt. De meeste LED's werken tussen 1,5 volt en 2 volt, maar de zeer heldere typen, met name de witte, blauwe en roze LED's, hebben 3 volt nodig om maximale helderheid te geven. De stroom door de LED moet worden beperkt tot 20 - 30 milli ampère, anders wordt het apparaat verbrand. Witte en blauwe LED's kunnen tot 40 milli ampère stroom verdragen.
Lichtgevende diode - LED
De LED heeft een halfgeleiderchip die is gemaakt van een galliumverbinding die de eigenschap heeft fotonen uit te zenden onder invloed van stroom. De chip is verbonden met twee aansluitklemmen voor het leveren van voedingsspanning. Het geheel is ingekapseld in een epoxyhuls met de aansluitingen naar buiten. De lange kabel van de LED is positief, terwijl de korte kabel negatief is. Oorspronkelijk was de halfgeleider die in de LED werd gebruikt Gallium Arsenide Phosphate (GaAsP), terwijl Gallium Aluminium Aeresnide (GaAlAs) tegenwoordig wordt gebruikt in zeer heldere LED's. Blauwe en witte LED's gebruiken Indium Gallium Nitride (InGaN), terwijl de meerkleurige LED's verschillende materiaalcombinaties gebruiken om verschillende kleuren te produceren. De witte LED bevat een blauwe chip met witte anorganische fosfor. Wanneer het blauwe licht de fosfor raakt, wordt wit licht uitgezonden.
LED's zenden licht uit op basis van de elektroluminescentie. Het halfgeleidermateriaal in de LED heeft zowel P-type als N-type gebieden. Het p-gebied draagt positieve ladingen die gaten worden genoemd, terwijl het N-gebied elektronen vrijgeeft. Het foton-emitterende materiaal is ingeklemd tussen de P- en N-lagen. Wanneer een potentiaalverschil wordt aangebracht tussen de P- en N-lagen, bewegen de elektronen van de N-laag naar het actieve materiaal en combineren ze met gaten. Hierdoor komt energie vrij in de vorm van licht uit het actieve materiaal. Op basis van het type actieve stof worden verschillende kleuren geproduceerd.
8 soorten leds en het materiaal dat erin wordt gebruikt
1. Aluminium Gallium Arsenide - Infrarood LED
2. Aluminium Gallium Arsenide, Gallium Arsenide Fosfide, Gallium Fosfide - Rode LED
3. Aluminium Gallium Fosfide, Gallium Nitride - Groene LED
4. Aluminiumgalliumfosfide, Galliumarsenidefosfide, Galliumfosfide - Gele LED
5. Aluminiumgalliumindiumfosfide - Oranje LED
6. Indiumgalliumnitride, siliciumcarbide, saffier, zinkselenide - Blauwe LED
7. Op galliumnitride gebaseerde indium galliumnitride - Witte LED
8. Indium Gallium Nitride, Aluminium Gallium Nitride - Ultraviolette LED
8 LED-parameters
1. Lichtstroom - Het is de hoeveelheid energie van de LED en wordt gemeten in Lumen (lm) of Milli lumen (mlm)
2. Lichtsterkte - Het is de lichtstroom die een gebied bestrijkt en wordt gemeten in termen van Candela (cd). De helderheid van LED is afhankelijk van de lichtsterkte.
3. Lichtrendement - Het geeft het licht aan in verhouding tot de toegepaste spanning. De eenheid is lumen per watt (lm w).
4. Voorwaartse spanning (Vf) - Het is de spanningsval over de LED. Het varieert van 1,8 volt in rode LED tot 2,2 volt in groene en gele LED's. In blauwe en witte LED's is dit 3,2 volt.
5. Voorwaartse stroom (If) - Dit is de maximaal toegestane stroom door de LED. Het varieert van 10 mA tot 20 mA bij gewone LED's, terwijl 20 mA tot 40 mA bij witte en blauwe LED's. De hoge heldere 1 watt LED's hebben een stroomsterkte van 100 - 350 milli ampère nodig.
6. Kijkhoek - Dit wordt ook wel hoek buiten de as genoemd. Het is de lichtintensiteit die terugloopt tot de halve aswaarde. Dit resulteert in volledige helderheid in volledige conditie. De high-bright type LEDS's hebben een smalle kijkhoek zodat het licht in een straal wordt gefocust.
7. Energieniveau - Het energieniveau in de lichtopbrengst hangt af van de toegepaste spanning en de lading in de elektronen van de halfgeleider. Het energieniveau is E = qV waarbij q de lading in de elektronen is en V de aangelegde spanning. q is typisch -1,6 × 1019 joule.
8. Wattage van LED - Het is de voorwaartse spanning vermenigvuldigd met de voorwaartse stroom. Als er te veel stroom door de led loopt, wordt de levensduur verkort. Dus een serieweerstand, typisch 470 ohm tot 1K, wordt gebruikt om de stroom door de LED te beperken.
De LED-weerstand kan worden geselecteerd met behulp van de formule Vs - Vf / If. Waar Vs de ingangsspanning is, Vf is de voorwaartse spanning van LED en If is de voorwaartse stroom van LED.
Noodzaak van AC-voeding voor het aansturen van LED
Voor toepassingen met een laag vermogen, zoals in mobiele telefoons, is het mogelijk om een LED-lamp met gelijkstroomvoeding te gebruiken. Voor grootschalige toepassingen zoals verkeerslichten met LED's is het echter onhandig om gelijkstroom te gebruiken. Dit komt omdat naarmate de afstand toeneemt, DC-vermogensoverdracht bijdraagt aan meer verliezen en het ook vrij goedkoop is om apparaten te gebruiken voor DC-DC-conversie. Als gevolg hiervan is het geschikter om AC-voeding te gebruiken voor hoogwaardige toepassingen zoals het gloeien van een groot aantal LED's.
Condensator als AC-spanningsbegrenzer
De condensator heeft de eigenschap de verandering in aangelegde spanning tegen te gaan door stroom uit het circuit te trekken of te leveren, terwijl ze worden opgeladen of ontladen. De stroom over de condensator wordt gegeven als
Ik = CdV / dt
Waar C capaciteit is, geeft dV / dt verandering in spanning aan. Ik is de lading tussen de platen per tijdseenheid of de stroom.
De stroom door een condensator is een reactie op de spanningsverandering. Daarom is voor een hoge momentane spanning de stroom nul. Met andere woorden, de spanning loopt 90 graden achter op de stroom. Deze eigenschap van de condensator maakt hem bruikbaar als spanningsreductiemiddel voor wisselstroomvoeding. Dit hangt echter af van de capaciteitswaarde en de frequentie. Hoe hoger de frequentie en de capaciteit, hoe lager de reactantie.
Toepassing waarbij gebruik wordt gemaakt van wisselstroom om LED aan te sturen
LED of Light Emitting Diodes kunnen direct worden bediend via AC-netvoeding door simpelweg de combinatie van een condensator en een weerstand te gebruiken. De wisselstroomvoeding van 220V wordt met behulp van een transformator omgezet naar laagspanningswisselstroom. De condensator wordt gebruikt als spanningsbegrenzer terwijl de weerstand de stroombegrenzer is. De diodes met hoge PIV (1000V) worden gebruikt om de leds te beschermen tegen hoogspanning.
Normaal gesproken is de spanningsval over een witte led ongeveer 1,5 V. De leds zijn in twee serie-parallelle combinaties geschakeld. Als in elke combinatie 12 LED's worden gebruikt, is de spanningsval over de LED-combinatie ongeveer 30V. De weerstand werkt als stroombegrenzer en zorgt voor een spanningsval van circa 30V. Zo is het met de combinatie van een condensator en de weerstand mogelijk om een serie leds aan te sturen. De waarde van de weerstand is afhankelijk van het aantal gebruikte LED's. Aangezien de LED-classificatie 15mA is, zal de stroom door elke LED 15mA zijn en de totale stroom door de twee sets LED-combinaties zal 30mA zijn, wat een spanningsval van 30V over de 1k-weerstand veroorzaakt.
Ik hoop dat je een idee hebt gekregen over het concept van op het lichtnet werkende LED als je verder nog katernen hebt over dit onderwerp of over het concept van de elektrische en elektronische projecten, laat de opmerkingen hieronder achter.
