אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל LED בהיר במיוחד הוא הבסיס של תאורה חסכונית באנרגיה. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / תאורה רק לאחרונה, מחבר המאמר הזה היה עד לרוכל המפרסם נורת LED בקרון רכבת תחתית. "הנורות הסופר מוארות של הפנס הזה," צעק המוכר המפורסם על רעש של רכבת נוסעת, "צורכות מעט אנרגיה, מה שאומר שלא תצטרך להחליף סוללות לעתים קרובות." יש כנראה אמת פרסומית בדבריו: כולם יודעים על מנורות ליבון, אבל אם להזכיר מקור אור חדש ביסודו - אולי יתהו האם נוריות ה-LED הסופר-בהירות האלה באמת כל כך טובות, והאם פנס שנעשה על בסיסן ישרת כל כך מהימן אינו ידוע. למרות שהרבה מאוד אנשים מודעים למשימה כל כך טריוויאלית כמו שימוש ב-LED כמכשיר איתות אור. אפשר אפילו לומר שמבחינת השכיחות שלהם, נוריות LED רגילות יכולות בקלות להתחרות במנורות ליבון, ובחיי היומיום הן נפוצות מאוד היום - רק זכרו מתגים ביתיים עם חיווי אור, שנועדו למצוא אותם בחושך. נוריות איתות מודרניות (Light Emitting Diode) מיוצרות בכמויות עצומות, בעלות צבעי זוהר שונים, מה שמאוד נוח למכשירי איתות, ועיצובים שונים. אתה יכול לרכוש דגמים דו-צבעיים שמשנים את צבעם בצורה חלקה בהתאם ליחס אותות הכניסה, אתה יכול להבהב אותם כאשר מופעל מתח, אתה יכול לקבל אותם עם בסיס סטנדרטי להחלפת מנורות ליבון באביזרים לאותות. אבל איזה לד סטנדרטי הוא מקור אור במובן שאנו מבינים מקור אור? אחרי הכל, המקסימום לו זה מספיק הוא להאיר את תצוגת הגביש הנוזלי של טלפון נייד. לא קשה לדמיין שאדם יכול לחיות כרגיל לאור מקורות אור מוליכים למחצה, שהוא עושה עבודה יומיומית, קורא ספר, מנהל שיחות נעימות באווירה נעימה... האם תגיד פנטזיה? לא, זו רק המציאות של הזמן הנוכחי. התכונה של פליטת גלי אור מצמתי p-n היא תכונה בסיסית של כל המוליכים למחצה. אבל הם ניחנים ביכולת זו בדרגות שונות. לדוגמה, צומת סיליקון p-n המשמשים לייצור טרנזיסטורים ודיודות קונבנציונליות אינם מתאימים לחלוטין אפילו לנורות לד קונבנציונליות: הם פולטים מעט מאוד גלי אור. מוליכים למחצה המבוססים על תרכובות גליום (גליום פוספיד וגליום ארסניד) פולטים קרינה טובה בהרבה, ולכן על בסיסם מייצרים את נוריות הלד האדומות, הצהוב-הירוקה והירוקות המוכרות. יעילות האור של מכשירים אלה בשנות ה-60 של המאה הקודמת הייתה רק 1,5 lm/W. מעט מאוחר יותר, תוצאות מחקר אפשרו להגביר את יעילות הקרינה של מוליכים למחצה ל-10 lm/W. פיתוח טכנולוגיות לייצור גליום ניטריד הוביל להופעתם של נוריות LED כחולות. ועכשיו הגיע הזמן לחשוב על נוריות לד פולטות אור לבן. נורות לד לבנות הופיעו לראשונה בשוק העולמי בשנת 1998. מדדי היעילות של מקורות אור מוצק שהושגו עד כה אינם מרשימים: יעילות האור של דגימות LED מסחריות הפולטות בחלק האדום-צהוב של הספקטרום היא 65...75 lm/W, באזור הירוק - עד 85 lm/W, ובאזור הלבן זוהר עד 100 lm/W. דגימות מסחריות של אור לבן ביעילות של כ-150 lm/W בדרך, וזה לא הגבול. כלומר, בממוצע, במהלך 50 שנות קיומם של מקורות מצב מוצק, יעילותם עלתה בכמעט שני סדרי גודל. באופן כללי, תפוקת האור של לד "ממוצע מאוד" עם ספקטרום פליטה "לבן" כיום היא ברמה של תפוקת האור של מנורת פלורסנט טובה, והעלייה בתפוקת האור נמשכת. והעלות הגבוהה של ייצור מקורות מוצק משתלמת על ידי חיי שירות פנטסטיים - יותר מ-100000 שעות של פעולה רציפה ללא תקלות, כמו גם האמינות המכנית והאקלימית הגבוהה ביותר, פעולה ללא הפרעה בטמפרטורות נמוכות מאוד, היעדר של חומרים מזיקים כגון כספית, אפשרות להתאמת בהירות בסיסית ועמידה בדרישות בטיחות אש, בחלקן קרינה תרמית נמוכה, עלויות תחזוקה נמוכות. נכון, יש נסיבות שמכניסות קצת דיסוננס ל"שיר הניצחון" הזה על המשאבים הפנטסטיים של נוריות לד בהירות במיוחד. העובדה היא שדיודות פולטות אור נוטות "להזדקן" במהלך הפעולה, מה שמתבטא באובדן הפליטה שלהן, ולכן ביעילות הקרינה. עם זאת, יצרנים גלובליים בעלי מוניטין של נוריות LED בהירות במיוחד מבטיחים שמירה של 80% מהפליטה הראשונית שלהם במחצית מחיי השירות שלהם. בפורומים באינטרנט, מחבר המאמר נתקל בהצהרות קטגוריות על חיי השירות האמיתיים של מקורות LED בתוך 2...3 אלף שעות. זה יכול להיות נכון רק בשני מקרים: כאשר משתמשים במוצרים מייצור מפוקפק, הם יכולים למעשה לאבד עד 40% מיעילות הקרינה במהלך אותן 3000 שעות פעילות ממש, או כאשר נוריות ה-LED מופעלות בתנאי הפעלה גבוהים משמעותית מאלו של נומינליים. כעת בואו נכיר את הטכנולוגיות להפקת אור "מצב מוצק" לבן מפליטות "רב-צבעוניות" של נורות לד סטנדרטיות. כיום קיימות ארבע שיטות להפקת אור לבן, כולן נמצאות בשימוש פעיל בתעשיית "מצב מוצק". באיור. איור 1 מציג שיטה לערבוב צבעים שונים, כלומר שלישיית RGB הקלאסית, כלומר אדום, ירוק וכחול. בשבב אחד של מקור ה-LED, גבישים פולטי אור רב צבעוניים מסודרים מקרוב בתבנית פסיפס; האור שלהם ממוקד באמצעות עדשה כך שספקטרום הפליטה הכולל קרוב לזה של השמש. על ידי שליטה נפרדת בערוצים R, G ו-B, אתה יכול לקבל כל צבע (או גוון של צבע) של זוהר LED. החיסרון של שיטה זו ברור גם הוא: מדובר בעוצמת עבודה משמעותית (ולכן עלות גבוהה) של ייצור והצורך באיזון צבעים של ערוצי R, G, B, מאחר שללדים בצבעים שונים יש יעילות קרינה שונה. עם זאת, שיטה זו משמשת יותר ויותר ליצירת תצוגות פרסום חוצות צבעוניות.
העקרונות הבסיסיים של השיטה השנייה להפקת אור לבן שאולים מעקרונות הפעולה של מנורת פלורסנט. במקרה זה (ראה איור 2), מוחל זרחן מיוחד בשלושה צבעים על פני השטח הפנימיים של בית ה-LED הפולטים גלים בטווח ה-UV, שמתחיל לזהור באור לבן בהשפעת קרינה. בין חסרונות השיטה יש לציין את יעילות תפוקת האור הלא מאוד גבוהה שלה. מסיבה זו התבררו השיטה השלישית והרביעית כמתקדמות ביותר מבחינה טכנולוגית והרווחית ביותר מבחינה מסחרית. אבל הדבר המעניין ביותר הוא ששיטות אלו הן פיתוח לוגי של השיטה השנייה, כלומר הן משתמשות גם באפקט הזוהר.
הטכנולוגיה של השיטה השלישית מבוססת על שימוש ב-LED כחול, אך הגביש פולט האור כאן מוקף ברפלקטור קונסטרוקטיבי, עליו מוחל זרחן צהוב. לפיכך, כאשר צבעים מעורבבים, נוצר אור שהרכבו הספקטרלי קרוב מאוד ללבן, כפי שמוצג באיור. 3.
לשיטה הרביעית יש מעט הבדלים מהשלישית, ולמעשה, הפיתוח ההגיוני שלה מכוון לשיפור ההרכב הספקטרלי של האור הנפלט. שיטה זו מבוססת על אותו LED בצבע כחול, אותו רפלקטור עיצובי מסופק, אך שני סוגי זרחן כבר מיושמים עליו - עם צבעי זוהר ירוק ואדום (ראה איור 4).
הרוב המכריע של נורות LED מסחריות עם ספקטרום פליטה קרוב לאור לבן מיוצרים על בסיס טכנולוגיית הארה של זרחן יחיד וכפול. מסיבה זו, לאור מנורות לד כאלה יש גוון "מגניב" כחול-סגול קל. מה ניתן לומר על העלות של "אור מצב מוצק" ועל ההיתכנות הכלכלית של יישומו? כרגע, "אור במצב מוצק" הוא המקור היקר ביותר לאנרגיית אור, אם כמובן לוקחים בחשבון רק את העלות של "הפקת" יחידת אנרגיית אור. המחיר של 1 לומן של "אור במצב מוצק" עדיין גבוה פי 30...50 מהעלות של לומן 1 המיוצר על ידי מנורת ליבון קלאסית. כך למשל הספיק המחבר לרכוש מנורת LED בצריכת חשמל של 5 W ב-$15, בעוד שמנורת ליבון רגילה עם אותה תפוקת אור וצריכת חשמל של 60 W עולה קצת פחות מ-$1. חישוב נוסף מראה שמטריצה של 20 לדים בהירים במיוחד בעלות כוללת של 20$ קרובה בתפוקת האור למנורת הלוגן של 20W בעלות של 1$. אבל אל תמהרו להסיק מסקנות. בהשוואת חיי השירות של מנורות LED ומנורות ליבון קלאסיות, כמו גם את יעילותן הזוהרת, אנו יכולים לומר שהחיסכון ברור. רק שהחיסכון הזה הוא לא רגעי, אלא לטווח ארוך. לדברי מומחים, הדינמיקה של הפחתת עלות מקורות האור במצב מוצק לא תהיה מהירה כמו העלייה בתפוקת האור שלהם: העלות צפויה לרדת ב-20% בלבד עם הכפלה של יעילות השימוש. קידום מקורות הלד לשווקים מתרחש על פי התרחיש הבא: בתחילה הם שימשו כתאורה משנית (דקורטיבית), וכיום כבר פועלות באופן אקטיבי לביטול מנורות ליבון והלוגן. יצרני רכב כבר מפתחים באופן פעיל פנסי אור גבוה ונמוך המבוססים על נוריות LED לבנות. הישגי הפיתוח מרשימים: התקבל שטף אור של כ-1000 lm, המתאם למנורת קסנון סטנדרטית. עם מחווני כיוון לחו"ל, הכל הרבה יותר פשוט - הטכנולוגיות פותחו ומיושמות במהירות. באיור. איור 5 מציג פנס תעשייתי מסוג LED עם אלומה נמוכה בקוטר 106 מ"מ, העשוי מ-4 נורות לד בהירות במיוחד.
כעת נדבר על המאפיינים האופטיים של נוריות LED בהירות במיוחד ובפרט כיצד נתונים אלה מוצגים בתיעוד טכני. כל LED פולט שטף אור בכיוון, כלומר באופן לא אחיד בהתאם למיקומו ביחס למתבונן. לחלק מהנוריות יש כיווניות בולטת: הן זורחות כמו זרקורים קטנים. אחרים דומים למנורת ליבון עם רפלקטור - גלי אור כאן מתפשטים על פני מגזר מרחבי רחב למדי. אם יש צורך להבטיח אחידות של קרינה מרחבית, מכלול מבני של נורות לד המכוונות לכיוונים שונים מגיע לעזרה. המאפיין האופטי המרחבי העיקרי של LED הוא הכיווניות שלו. היצרנים מתארים את סוג הכיוון, ראשית, לפי זווית הקרינה, ושנית, לפי תבנית הקרינה. אם המאפיין הראשון הוא רק "מספר" חשוף, אז השני הוא גרף הרבה יותר אינפורמטיבי. סוג דפוס הקרינה חשוב ביותר למהנדס תכנון מערכת התאורה לדעת. באיור. איור 6 מציג את דפוס הקרינה האינפורמטיבי ביותר של LED לבן NSPW515BS, אשר מיוצר על ידי אחד מהמובילים בעולם בתעשיית LED - NICHIA. הצד הימני של התרשים הוא בקואורדינטות קוטביות, והצד השמאלי הוא בקואורדינטות קרטזיות. בגרפים כאלה, הטיעון הוא זווית הסיבוב ביחס לציר הראשי (קו הקרינה המקסימלית), והפונקציה היא כמות חסרת מימד. הגרף לאורך קו הפונקציה מנורמל לערך הקרינה המקסימלי, ועוצמת האור, הניתנת ב-mcd בערך מסוים של הזרם הקדמי של ה-LED, פועלת כערך המנרמל. בתבנית הקרינה, פרמטר זה מתאים ל"יחידה" חסרת מימד.
במקרים מסוימים, כאשר תבנית הקרינה רחבה מספיק (נוריות לד כאלה מיועדות בדרך כלל רק למטרות תאורה לא כיוונית), ערך שטף האור ניתן ב-lm, וזה מאוד נוח לחישוב תאורה בשיטות סטנדרטיות. כמו כן, חברות מספקות בתיעוד הטכני את סוג המאפיינים הספקטרליים של קרינת LED. בשביל מה? העובדה היא שטמפרטורת הצבע של האור משפיעה מאוד על מצבו הרגשי של האדם. עד כה, לתאורת LED היה דימוי של "קרה", "קודרת" ו"לא נוחה". עם זאת, לאחרונה הופיעו בשוק נוריות לבנים חמים המחקים את האור של מנורת ליבון. בפרט, נורות לד כאלה נמצאות גם במגוון המוצרים של NICHIA. ההבדל בין הקרינה של נוריות לבנים חמים לקרינה מהסוג הלבן מודגם בצורה הברורה ביותר באיור. 7, המציגה את הספקטרום של הנוריות המוזכרות.
הבה ננתח את הספקטרום המוצג. קרינת LED לבנה מקבלת "חיוור" על ידי שיא משרעת גבוה באזור ה"כחול" של הספקטרום, ובלד לבן חם הרכיב הכחול "מדוכא" על ידי הקרינה האינטנסיבית יותר של הזרחן הצהוב, אשר צובע את הקרינה בגוון "חם". מצד שני, יש צורך להעריך את הפרמטרים החשמליים של נוריות. זה מתואר בצורה הברורה ביותר על ידי מאפיין הזרם-מתח (VC), כלומר, התלות של הזרם העובר דרך הדיודה במתח המופעל עליה (איור 8). כאשר מופעל מתח הפוך (חוסם), כל דיודה, כולל נורית LED, אינה מוליכה זרם. אבל, בניגוד לדיודות מיישר, נוריות לא מאפשרות מתחים הפוכים גדולים. מתח ה-LED המרבי הסטנדרטי אינו עולה על 5V, לכן מומלץ להיזהר ב"היפוכי קוטביות".
הענף הישיר של מאפייני מתח הזרם של נורות LED שונה ממאפייני מתח הזרם של דיודות קונבנציונליות רק בערך של מתח הפתיחה וירידת המתח במצב פתוח. אם דיודות גרמניום נפתחות במתח של 0,1...0,2 וולט, דיודות סיליקון - ב-0,6...0,7 וולט, אז מתח הפתיחה של הנוריות נמצא בטווח של 1,2...2,9 וולט. לאחר הפתיחה, המתח על נוריות הלד עולה מעט עם הגדלת הזרם, מתייצב ברמה מסוימת כבר בזרם של כ-1 mA. מתוך איור. 8 גם מראה בבירור שההבדל בין מתח ההצתה של LED לבין העלייה הבלתי מבוקרת בזרם דרכו הוא רק 0,3 וולט. LED, כמו כל מוליך למחצה, לא יכול להעביר זרמים גדולים עד אינסוף - הוא פשוט יימס מחימום. לכן, יש צורך להשתמש בנטל ש"יכבה" את המתח העודף ויגביל את זרימת הזרם. מכיוון שנורות LED מופעלות על ידי מתח קבוע (או דופק), הנטל הפשוט ביותר הוא בעיקר התנגדות אקטיבית קונבנציונלית. ישנם גם סוגים מורכבים וחסכוניים יותר של נטלים המבוססים על מקורות זרם אלקטרוניים. מחבר: B. Semenov ראה מאמרים אחרים סעיף תאורה. תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה. חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה: עור מלאכותי לחיקוי מגע
15.04.2024 פסולת חתולים של Petgugu Global
15.04.2024 האטרקטיביות של גברים אכפתיים
14.04.2024
עוד חדשות מעניינות: ▪ אנשים עתיקים השתמשו בקעקועים לריפוי עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה
חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית: ▪ סעיף האתר עבודות חשמל. בחירת מאמרים ▪ מאמר Tuesok עבור פירות יער. טיפים למאסטר הבית ▪ מאמר איזה מיתוס הוליד את הביטוי הפופולרי שמשמעותו הלבשת חלונות? תשובה מפורטת ▪ המאמר של סטילו. אגדות, טיפוח, שיטות יישום ▪ מאמר כיצד לחבר את המנוע החשמלי. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל ▪ מאמר תכונות של הקמת מיקסרים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל כל השפות של דף זה בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר www.diagram.com.ua |