Einführung in LED
Eine LED oder Die Leuchtdiode ist eine einfache PN-Sperrschichtdiode , hergestellt aus Material mit größerer Energiebarriere. Wenn die Versorgung des LED-Übergangs erfolgt, bewegen sich die Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband. Wenn das Elektron Energie verliert und in seinen ursprünglichen Zustand zurückfällt, wird ein Photon emittiert. Dieses emittierte Licht liegt im Frequenzband des sichtbaren Lichtfrequenzbereichs.
LED
Diese einfache Diode emittiert Licht, wenn ihr pn-Übergang durch eine Spannung von nur 1 Volt vorgespannt ist. Die meisten LEDs arbeiten zwischen 1,5 Volt und 2 Volt, aber die hochhellen Typen, insbesondere die weißen, blauen und rosa LEDs, benötigen 3 Volt, um maximale Helligkeit zu erzielen. Der Strom durch die LED sollte auf 20 bis 30 Milliampere begrenzt sein, da sonst das Gerät verbrannt wird. Weiße und blaue LEDs können einen Strom von bis zu 40 Milliampere tolerieren.
Leuchtdiode - LED
Die LED hat einen Halbleiterchip aus Galliumverbindung, der die Eigenschaft der Photonenemission durch den Einfluss des Stroms besitzt. Der Chip ist zur Bereitstellung der Versorgungsspannung mit zwei Anschlussklemmen verbunden. Die gesamte Baugruppe ist in einem Epoxidgehäuse mit herausstehenden Anschlüssen eingekapselt. Die lange Leitung der LED ist positiv, während die kurze Leitung negativ ist. Ursprünglich war der in der LED verwendete Halbleiter Galliumarsenidphosphat (GaAsP), während Galliumaluminium-Aeresnid (GaAlAs) heutzutage in hochhellen LEDs verwendet wird. Blaue und weiße LEDs verwenden Indiumgalliumnitrid (InGaN), während die mehrfarbigen LEDs unterschiedliche Materialkombinationen verwenden, um unterschiedliche Farben zu erzeugen. Die weiße LED enthält einen blauen Chip mit weißem anorganischem Leuchtstoff. Wenn das blaue Licht auf den Leuchtstoff trifft, wird weißes Licht emittiert.
LEDs emittieren Licht basierend auf der Elektrolumineszenz. Das Halbleitermaterial in der LED weist sowohl Bereiche vom P-Typ als auch vom N-Typ auf. Die p-Region trägt positive Ladungsträger, die als Löcher bezeichnet werden, während die N-Region Elektronen freisetzt. Das Photonen emittierende Material ist zwischen den P- und N-Schichten angeordnet. Wenn eine Potentialdifferenz zwischen der P- und der N-Schicht angelegt wird, bewegen sich die Elektronen aus der N-Schicht in Richtung des aktiven Materials und verbinden sich mit Löchern. Dies setzt Energie in Form von Licht aus dem aktiven Material frei. Je nach Art des aktiven Materials werden unterschiedliche Farben erzeugt.
8 Arten von LEDs und das darin verwendete Material
1. Aluminiumgalliumarsenid - Infrarot-LED
2. Aluminiumgalliumarsenid, Galliumarsenidphosphid, Galliumphosphid - rote LED
3. Aluminiumgalliumphosphid, Galliumnitrid - Grüne LED
4. Aluminiumgalliumphosphid, Galliumarsenidphosphid, Galliumphosphid - gelbe LED
5. Aluminium Gallium Indiumphosphid - Orange LED
6. Indiumgalliumnitrid, Siliciumcarbid, Saphir, Zinkselenid - Blaue LED
7. Indiumgalliumnitrid auf Galliumnitridbasis - Weiße LED
8. Indiumgalliumnitrid, Aluminiumgalliumnitrid - UV-LED
8 LED-Parameter
1. Lichtstrom - Dies ist die Energiemenge der LED und wird in Lumen (lm) oder Millilumen (mlm) gemessen.
2. Lichtstärke - Dies ist der Lichtstrom, der eine Fläche abdeckt und in Candela (cd) gemessen wird. Die Helligkeit der LED hängt von der Lichtstärke ab.
3. Lichtausbeute - Zeigt das Licht in Bezug auf die angelegte Spannung an. Seine Einheit ist Lumen pro Watt (lm w).
4. Durchlassspannung (Vf) - Dies ist der Spannungsabfall an der LED. Sie reicht von 1,8 Volt in roter LED bis 2,2 Volt in grüner und gelber LED. In blauen und weißen LEDs beträgt sie 3,2 Volt.
5. Durchlassstrom (If) - Dies ist der maximal zulässige Strom durch die LED. Sie reicht von 10 mA bis 20 mA bei normalen LEDs und von 20 mA bis 40 mA bei weißen und blauen LEDs. Die hochhellen 1-Watt-LEDs benötigen 100 - 350 Milliampere Strom.
6. Betrachtungswinkel - Wird auch als Winkel außerhalb der Achse bezeichnet. Es ist der Lichtintensitätsabfall auf den Halbachsenwert. Dies führt zu voller Helligkeit bei vollem Zustand. Die hochhellen LEDs haben einen engen Betrachtungswinkel, so dass das Licht in einen Strahl fokussiert wird.
7. Energieniveau - Das Energieniveau in der Lichtleistung hängt von der angelegten Spannung und der Ladung in den Elektronen des Halbleiters ab. Das Energieniveau ist E = qV, wobei q die Ladung in den Elektronen und V die angelegte Spannung ist. q ist typischerweise -1,6 × 1019 Joule.
8. Leistung der LED - Dies ist die Durchlassspannung multipliziert mit dem Durchlassstrom. Wenn überschüssiger Strom durch die LED fließt, wird ihre Lebensdauer verkürzt. Daher wird ein Vorwiderstand, typischerweise 470 Ohm bis 1 K, verwendet, um den Strom durch die LED zu begrenzen.
Der LED-Widerstand kann mit der Formel Vs - Vf / If ausgewählt werden. Dabei ist Vs die Eingangsspannung, Vf die Durchlassspannung der LED und If der Durchlassstrom der LED.
Notwendigkeit einer Wechselstromversorgung zum Ansteuern der LED
Für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch, wie z. B. in Mobiltelefonen, kann die Gleichstromversorgung für eine LED verwendet werden. Für großtechnische Anwendungen wie Ampeln mit LEDs ist die Verwendung von Gleichstrom jedoch unpraktisch. Dies liegt daran, dass mit zunehmender Entfernung die Gleichstromübertragung zu mehr Verlusten beiträgt und es auch recht kostengünstig ist, Geräte für die DC-DC-Umwandlung zu verwenden. Infolgedessen ist es besser geeignet, eine Wechselstromversorgung für High-End-Anwendungen wie das Leuchten einer großen Anzahl von LEDs zu verwenden.
Kondensator als Wechselspannungsbegrenzer
Der Kondensator hat die Eigenschaft, der Änderung der angelegten Spannung entgegenzuwirken, indem er Strom aus der Schaltung zieht oder liefert, während diese sich laden oder entladen. Der Strom über dem Kondensator ist gegeben als
I = CdV / dt
Wenn C die Kapazität ist, bezeichnet dV / dt die Spannungsänderung. I ist die Ladung zwischen den Platten pro Zeiteinheit oder dem Strom.
Der Strom durch einen Kondensator ist eine Reaktion gegen die Spannungsänderung. Daher ist für eine hohe Momentanspannung der Strom Null. Mit anderen Worten, die Spannung liegt um 90 Grad hinter dem Strom. Diese Eigenschaft des Kondensators macht ihn als Spannungsreduzierer für die Wechselstromversorgung verwendbar. Dies hängt jedoch vom Kapazitätswert und der Frequenz ab. Je höher die Frequenz und die Kapazität, desto geringer ist die Reaktanz.
Anwendung unter Verwendung eines Wechselstromnetzes zum Ansteuern der LED
LED- oder Leuchtdioden können direkt über die Wechselstromversorgung betrieben werden, indem einfach eine Kombination aus Kondensator und Widerstand verwendet wird. Die Wechselstrom-Hauptversorgung von 220 V wird unter Verwendung eines Transformators in Niederspannungs-Wechselstrom umgewandelt. Der Kondensator wird als Spannungsbegrenzer verwendet, wobei der Widerstand der Strombegrenzer ist. Die Dioden mit hohem PIV (1000 V) dienen zum Schutz der LEDs vor Hochspannung.
Normalerweise beträgt der Spannungsabfall an einer weißen LED etwa 1,5 V. Die LEDs sind in zwei Serien-Parallel-Kombinationen geschaltet. Wenn in jeder Kombination 12 LEDs verwendet werden, beträgt der Spannungsabfall an der LED-Kombination etwa 30 V. Der Widerstand wirkt als Strombegrenzer und liefert einen Spannungsabfall von ca. 30V. Somit ist es mit der Kombination eines Kondensators und des Widerstands möglich, eine Reihe von LEDs anzusteuern. Der Wert des Widerstands hängt von der Anzahl der verwendeten LEDs ab. Da die LED-Nennleistung bei 15 mA liegt, beträgt der Strom durch jede LED 15 mA und der Gesamtstrom durch die beiden LED-Kombinationssätze 30 mA, was einen Spannungsabfall von 30 V über dem 1k-Widerstand verursacht.
Ich hoffe, Sie haben eine Vorstellung vom Konzept der netzbetriebenen LED, wenn Sie weitere Fragen zu diesem Thema oder zum Konzept der elektrischen und elektronischen Projekte haben. Lassen Sie den Kommentarbereich unten.
