как работают вещи

 ак работают вещи: статьи и обзоры

√лавна€ | ‘орум |  ак работают вещи | «наки | Ёнциклопеди€ |  аталог сайтов |  арта | —татистика | ѕодписка





































”х ты!
а вы знаете, что такое јбракадабра? подсмотреть







Rambler's Top100




 ак работают вещи: статьиЁлектроникаЁлектронные компоненты

 ак работает светодиод


”стройства дл€ освещени€ с помощью светодиодов последние годы наступают победным маршем. Ќа прилавках магазинов большой выбор китайских светодиодных фонариков, по цене не на много превышающих стоимость вход€щих в них батареек, которые свет€т €рче и долше чем их аналоги с лампочками внутри. «а счет чего светодиод оказалс€ в столь выигрышном положении?

ƒл€ тех, кто не в курсе: светодиод Ч это такой полупроводниковый прибор, в котором электрический ток преобразуетс€ непосредственно в световое излучение. ƒиод - то есть ток пропускать он способен только в одном направлении (см. статью  ак работает диод)  стати, по-английски светодиод называетс€ light emitting diode, или LED.

—ветодиод состоит из полупроводникового кристалла на токонепровод€щей подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. ƒл€ повышени€ жизнестойкости пространство между кристаллом и пластиковой линзой заполнено прозрачным силиконом. јлюминиева€ основа служит дл€ отвода избыточного тепла.  оторого, надо сказать, выдел€етс€ совсем небольшое количество.







—вечение в полупроводниковом кристалле возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. ќбласть p-n-перехода, образуетс€ контактом двух полупроводников с разными типами проводимости. ƒл€ этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примес€ми: по одну сторону акцепторными, по другую Ч донорскими.

„тобы p-n-переход стал излучать свет, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. ¬о-вторых, полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинаци€ происходит без излучени€. „тобы соблюсти оба услови€, зачастую одного р-п-перехода в кристалле оказываетс€ недостаточно, и производители вынуждены идти на изготавление многослойных полупроводниковых структур, так называемых гетероструктур.

ќчевидно, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит €рче, поскольку чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. ќднако, из-за внутреннего сопротивлени€ полупроводника и p-n-перехода диод нагреваетс€ и при большом токе может сгореть - расплав€тс€ подвод€щие провода или будет пережжен сам полупроводник.

¬ отличие от ламп накаливани€, электрический ток в светодиодах преобразуетс€ непосредственно в световое излучение, при небольшом количестве потерь на нагревание. ¬ результате светодиоды на несколько пор€дков более экономичны и незаменимы в тех приборах, где нагревание недопустимо. ќсобенностью светодиода €вл€етс€ излучение в узкой части спектра. «а это он полюбилс€ дизайнерам дл€ изготовлени€ световой рекламы и декорировани€ помещений. ”‘- и » -излучени€, как правило, в светодиодах отсутствуют. —ветодиод обладает высокой механической прочностью и надежностью. —рок службы светодиода достигает 100 тыс€ч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливани€, и в 5 Ч 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Ќаконец, светодиод Ч низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

≈динственный недостаток технологии - высока€ стоимость. Ќа данный момент цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем люмена излученного лампой накаливани€. ¬прочем производители прогнозируют снижение этого показател€ в ближайшие годы в 10 раз.

—ветодиоды на основе фосфида и арсенида галли€, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной област€х спектра были разработаны еще в 60-х - 70-х годах прошлого столети€. »х примен€ли в световых индикаторах, табло, приборных панел€х автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. ѕо светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливани€. ѕо долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. ƒолго не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета. ÷вет светодиода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника и легирующих примесей. „ем Ђсинееї светодиод, тем выше энерги€ квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

√олубые светодиоды удалось изготовить на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны Ч карбида кремни€, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. ќднако, у светодиодов на основе SiC оказалс€ слишком мал  ѕƒ и низок квантовый выход излучени€ (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). ” светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивлени€ и оказались недолговечны. ѕервый голубой светодиод удалось изготовить на основе пленок нитрида галли€ на сапфировой(!) подложке.

 вантовый выход Ч это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. –азличают внутренний и внешний квантовый выход. ¬нутренний Ч в самом p-n-переходе, внешний Ч дл€ прибора в целом (ведь свет может тер€тьс€ Ђпо дорогеї Ч поглощатьс€, рассеиватьс€). ¬нутренний квантовый выход дл€ хороших кристаллов с хорошим тепло-отводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода дл€ красных светодиодов составл€ет 55%, а дд€ синих Ч 35%. ¬нешний квантовый выход Ч одна из основных характеристик эффективности светодиода.

Ѕелый света от светодиодов можно получить несколькими способами. ѕервый Ч смешать цвета по технологии RGB. Ќа одной матрице плотно размещаютс€ красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешиваетс€ при помощи оптической системы, например линзы. ¬ результате получаетс€ белый свет. ¬торой способ заключаетс€ в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наноситс€ три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. ѕо принципу люминесцентной лампы. “ретий способ - это когда желто-зеленый или зелено-красный люминофор нанос€тс€ на голубой светодиод. ѕри этом два или три излучени€ смешиваютс€, образу€ белый или близкий к белому свет.

” каждого способа есть свои достоинства и недостатки. “ехнологи€ RGB в принципе позвол€ет не только получить белый цвет, но и перемещатьс€ по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. ѕолучаетс€ целый осветительный комплекс, которым можно управл€ть вручную или посредством программы. “акие эффекты широко используютс€ дизайнерами и производител€ми елочных гирл€нд и аналогичных устройств.  роме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Ќедостатком системы €вл€етс€ неодинаковый цвет в центре светового п€тна и по кра€м.  роме этого, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваютс€ по-разному, и, соответственно, по-разному измен€етс€ их цвет в процессе старени€ Ч суммарные цветова€ температура и цвет Ђплывутї за врем€ эксплуатации. Ёто непри€тное €вление достаточно сложно и дорого скомпенсировать. Ѕелые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позвол€ют получить хороший белый цвет. Ќедостатки их: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразовани€ света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесени€ люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих Ч люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод.

ѕромышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы Ч у них разные области применени€. ќбычный светодиод, примен€емый дл€ индикации, потребл€ет от 2 до 4 ¬ посто€нного напр€жени€ при токе до 50 мј. —ветодиод, который используетс€ дл€ освещени€, потребл€ет такое же напр€жение, но ток выше Ч от нескольких сотен мј до 1 ј в проекте. ¬ светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напр€жение оказываетс€ более высоким (обычно 12 или 24 ¬).

ѕри подключении светодиода необходимо соблюдать пол€рность, иначе прибор может выйти из стро€. Ќапр€жение пробо€ обычно составл€ет более 5 ¬ дл€ одного светодиода. яркость светодиода характеризуетс€ световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. —уществующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. ÷вет, как обычно, определ€етс€ координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучени€.

яркость светодиодов регулируетс€ не за счет снижени€ напр€жени€ питани€, а так называемым методом широтно-импульсной модул€ции (Ў»ћ). ƒл€ этого необходим специальный управл€ющий блок. ћетод Ў»ћ заключаетс€ в том, что на светодиод подаетс€ не посто€нный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составл€ть сотни или тыс€чи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может измен€тьс€. —редн€€ €ркость светодиода становитс€ управл€емой, в то же врем€ светодиод не гаснет.

—ветодиоды достаточно долговечны, однако срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных. ¬прочем, и он составл€ет в насто€щее врем€ 20 Ч 50 тыс€ч часов. —тарение выражаетс€ в первую очередь в уменьшении €ркости и с изменением цвета.

—пектр излучени€ светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливани€. —ерьезных исследований на вли€ние такого освещение на зрение никогда не проводилось.


¬иктор јлексеев, интернет-проект " ак работают вещи"





—мотри также:
 ак устроен стеклопакет
 ак работает лазер
 ак образуетс€ радуга?
 ак работает глаз
 ак работает диод
 ак работает транзистор
ѕочему небо - голубое, а рассветы - красные?
 ак работает солнечна€ батаре€
—олнце. —правочные данные.
 ак работает нейтронна€ бомба


Loading...


Ќовые статьи на сайтах портала:
 ак организм сжигает жир?
     ак работают вещи: статьи„еловекќрганизм человека /
 ак создали свет€щиес€ растени€?
     ак работают вещи: статьи“ехнологииЌовые технологии /
 ак светитс€ светл€чок?
     ак работают вещи: статьићир вокруг∆ивотный мир /
 ак работает большой адронный коллайдер
     ак работают вещи: статьи“ехнологии»сследование мира /
 ак нестандартно использовать вилку?
     ак работают вещи: статьи“вой дом—воими руками /
 ак вилка покорила мир?
    ѕроисхождение знаковѕроисхождение традиций«астольные /
 ак работает дополненна€ реальность?
     ак работают вещи: статьи“ехнологииЌовые технологии /


Ќовые комментарии:

  √остева€ книга:
clydegr11 : Browse over 500 000 of the bes...
johnniefs3 : Teen Girsl Pussy Pics. Hot gal...
careyvw18 : Sexy teen photo galleries htt...
mattiebb2 : New sexy website is available ...
Legenda7 : –Т–Р–°–Ш–Ы–Ш–°–Ђ–Э–Ю –°–І–Р–°...
julianua69 : Scandal porn galleries, daily ...
Flintdooring : For cells growing in denial di...
hermanjo16 : Hot teen pics http://latina.p...
hermanbh60 : Dirty Porn Photos, daily updat...





© 2008-2011 ¬сЄ, права защищены.
»нтернет-журнал "как работают вещи"
¬опросы и предложени€ ждем по адресу ashestopalov@yandex.ru

√лавна€ |  ак работают вещи | «наки | Ёнциклопеди€
 аталог сайтов |  арта | ¬се статьи раздела | —татистика | Ќовости
јвторы | јвторам