Светодиод для чайников

 Светодиодный свет для чайников
Я не очень люблю формулы. Как и любой нормальный человек :) Они вызывают у  меня головную боль и желание кинуть что-нибудь в стену. Всю жизнь я старался держаться от них подальше. И ведь получалось. Но вот я заинтересовался
светодиодами и понял - никуда не денешься. Чтобы получить нужный результат - нужно понимать - как это работает. Потихоньку, по шажку, начал я продираться сквозь дебри люмен, кандел, стерадиан. Постепенно в голове начала
формироваться какая-то картинка. А заодно сожаление - ну почему некому это было объяснить простым доступным языком ? Столько времени впустую... Попробую уберечь вас от головной боли и максимально доступно объяснить - что
такое светодиод и как он работает. Ну и заодно пару законов оптики растолкую :)
Статья посвящена тем, кто путается в ваттах-канделах-люменах-люксах. Да и вообще в светодиодах. Написано продвинутым чайником для чайников начинающих :)
 
Обычный светодиод
Первым полупроводником в истории был Иван Сусанин.
 
   Как ни верти, а придется вначале коснуться законов обычного электричества. В наглядных примерах, конечно :) Все мы знаем - что такое 220 вольт - это то, что может как следует стукнуть, если не соблюдать меры предосторожности. Когда вы покупаете электроприбор, например, утюг - в паспорте написано, на какое напряжение он рассчитан. Обычно это 220 вольт. Но в этом же паспорте еще указаны такие параметры - переменное
напряжение с частотой 50 герц. Зачем-то же производители упорно указывают эти параметры для вас ? Возьмите в руки любой технический паспорт на электроприбор и посмотрите - там указано, что напряжение питания должно быть - ~ 220 вольт, 50 Гц. Давайте разберемся - что это такое.
Значок "~" означает, что напряжение должно быть переменным. В автомобильной бортовой сети, например, напряжение постоянное. И у пальчиковой батарейки оно постоянное. Разница простая - у постоянного напряжения есть плюс и минус - у переменного нет. А почему нет ? Все очень просто. В сети с переменным напряжением плюс и минус постоянно меняются местами. Один и тот же контакт - то плюс, то минус. Как часто ? А вот для этого и существует еще одно значение - 50 Гц. Что такое Гц ? Это одно колебание в секунду. То есть в нашей домашней сети плюс меняется с минусом пятьдесят раз в секунду. А теперь - какая практическая польза от этих знаний, какое это имеет оношение к светодиоду? Давайте разбираться. Предположим, у вас в руках лампочка на 220 вольт 100 ватт. Если вы ее включите в электрическую сеть - она засветится на все свои сто ватт. А если нам не нужны эти 100 ватт ? А нужно, скажем, 50 Вт ?  В этом нам поможет ДИОД. 
 
   Если разбить слово "светодиод" на составляющие, то мы получим "свето" и "диод". То есть это обычный диод, который еще и светится. Диод - это такой прибор, который лучше всего сравнить, например, с клапаном или ниппелем в автоколесе. Туда вы можете закачать воздух, а обратно -  ниппель не пускает.  Обычный диод выглядит как черный бочонок с двумя выводами - плюсом и минусом. Вот его мы и можем использовать для  практических опытов, которые многим помогают закрепить материал. Конечно, опасно начинать опыты сразу с 220 вольтами, но при должной осторожности ничего страшного не произойдет. Тем не менее, все опыты вы проводите на свой страх и риск :) Нам понадобится лампочка от холодильника на 220в, 15 Вт. Для нее нужно найти подходящий патрон и вывести из него два провода. Затем нам понадобится любой диод, который можно добыть, например, из любого неисправного телевизора или магнитофона. Чем больше он будет размером - тем лучше. Совсем маленькие брать не надо - 220 вольт все-таки. Возле него обычно есть обозначение в виде треугольника.
   Затем нам понадобится сетевой шнур с вилкой, некоторое количество проводов и паяльник. Для начала просто подсоедините лампочку к сети и запомните - как она светится. Затем отсоедините и соберите цепь по схеме слева. Не забудьте тщательно заизолировать изолентой все соединения. Включайте в розетку. Как видите, лампочка  светит гораздо хуже. Это и неудивительно - она теперь получает только половину нужного ей напряжения - вторую диод не пускает. Если опыт у вас удался, а диод достаточно большой - вы теперь можете сделать любую свою лампочку пратически вечной. Например, светит у вас в коридоре лампа на 50 ватт и постоянно перегорает. Возьмите 100 ваттную, включите ее через диод - светить она будет как 50 ватт, зато не будет перегорать. Есть, правда, один нюанс - диод должен быть расчитан на 220в и ток не менее ампера. Лучше всего купить такой в магазине радиодеталей.  
 
    Ну, раз мы разобрались с тем, что такое диод, есть смысл перейти к интересующей нас теме - светодиоду. У светодиода, как теперь понятно, тоже есть плюс и минус.  То есть для его работы нужен источник постоянного напряжения - аккумулятор, батарейка, блок питания. На блоке питания должно быть указано, что он выдает постоянное напряжение (DC). Обычно на крышке блока есть наклейка такого содержания. 
Input - ~220V 50HZ,  
output - 12v, 0, 5 A DC 
Это значит, что такой блок может выдать постоянное  напряжение 12 вольт и ток 0, 5 ампера.
Отметим, что зарядное устройство для сотовых телефонов - это тоже блок питания. Оно обычно имеет параметры 5-6 вольт, 0, 2-0, 5 А. Зачастую его очень удобно использовать для питания светодиодов, потому что зарядное устройство стабилизирует ток. Но об этом позже, в следующих статьях. 
 
   Нам важны два параметра - рабочее напряжение светодиода и ток. Рабочее напряжение светодиода называют еще "падением напряжения". В сущности, этот термин обозначает, что после светодиода напряжение в цепи будет меньше на размер этого самого падения. То есть если мы подадим питание на светодиод, у которого падение напряжения 3 вольта, то он эти три вольта сьест, и включенному после него в эту же цепь
прибору достанется на 3 вольта меньше. Но самое главное, что нужно усвоить - светодиоду важен ток, а не напряжение. Напряжения он возьмет столько, сколько ему нужно, а вот тока - сколько дадите. То есть если ваш источник питания может выдать 10 ампер - светодиод будет брать ток,  пока не сгорит. Логика тут простая - подключенный светодиод потребляет ток и начинает греться. Чем сильнее он греется - тем больше тока через него может пройти - он же от нагрева расширяется. Вместе с током растет падение напряжения на диоде. И так пока не сгорит совсем - ток-то никто не ограничил. А делать это надо обязательно, используя ограничивающий элемент.  
   Отметим, что если источник питания имеет выходное напряжение, равное рабочему напряжению светодиода - ток ограничивать необязательно. То есть если у вас есть, например, белый светодиод и аккумулятор на 3, 6 вольт от сотового телефона - можете прямо к этому аккумулятору и подключить - ничего светодиоду не будет. Он и рад бы побольше тока хапнуть - а напряжения не хватает. Так что аккумулятор от сотового на 3, 6 в - идеальный источник питания для экспериментов с белыми и синими светодиодами. Почему только с ними - об этом в других статьях.
В общем, последовательно со светодиодом нам нужно  поставить этакий кран и закрутить его на нужное нам значение. В роли такого крана могут выступать разные приборы. Самый простой из них - резистор. 
 
Оптические аспекты использования светодиодов "Существует достаточно света для тех, кто хочет видеть, и достаточно мрака для тех, кто не хочет"
Б. Паскаль
  
   Предположим, мы научились подключать светодиод и ограничивать его ток. Встает вопрос - а насколько сильно он светит ? Тут нам придется  немного окунуться в оптику.
   В числе свойств светодиодов, особенно мощных, часто указывается тип распределения света. Обычно это так называмая Ламбертовская
диаграмма. Дальше мы ее и будем рассматривать как самую распостраненную. Что этот термин обозначает ?
"Ламбертовский" светодиод светит во все стороны одинаково, независимо от направления. Если бы светодиод был
шариком, он бы во все стороны светил одинаково - вот суть диаграммы Ламберта. Чтобы было понятно- солнце - это
ламбертиановский источник.  Стандартная конструкция светодиода - кристалл, тонкая пластинка, которая светится.
Посмотрите в прозрачное окошко светодиода - и вы этот кристалл увидите. К нему идут тоненькие проволочки
контактов. Если подключить воображение, то можно представить свет, идущий от светодиода, как сферообразное
облако, висящее над ним. Свет - это же маленькие частички, называемые фотонами. Значит,   над светодиодом висит
шарик, наполненный фотонами. И чем больше света испускает светодиод - тем больше шарик, тем дальше летят
фотончики, толкая и вытесняя друг друга. Больше всего их летит вверх перпендикулярно плоскости кристалла,
поэтому максимальная сила света светодиодов - 90 градусов относительно плоскости кристалла.  Надеюсь, теперь вам
стали более понятны диаграммы, которые приводят производители светодиодов :) Чтобы стали совсем уж понятны -
давайте рассмотрим пример.
   Примем, что есть светодиод, вверху которого висит излучаемая
им световая сфера диаметром 1 метр (хор-роший светодиод ! :)).
Нижняя шкала - это количество процентов от этого метра, верхняя - градус излучения. В
соответствии с этой диаграммой больше всего фотонов - на оси с градусом 0. Чем дальше
отклонение от оси и чем больше расстояние от кристалла - тем меньше плотность фотонов.
Нужно также не забывать, что свет - это волна, не зря же для характеристик указывают длину
волны. Соответственно, нашу световую сферу можно представить как электромагнитное поле с
определенной плотностью.  Но это уже дебри - пойдем дальше :) 
 
Угол половинной яркости
   Производитель обычно указывает такой параметр, как двойной угол половинной яркости. Что означает этот термин ? Как мы выяснили, максимум
света светодиод дает в центре, то есть угол равен нулю. Соответственно, чем дальше от центра, тем меньше света. Угол половинной яркости - это
когда на "0" градусов светодиод дает 100 условных единиц света, а, например, на 30 градусах (относительно оси "0") - 50. На рисунке I - сила света,
Imax - максимальная сила света. ImaxCos - половина силы света. Почему "двойной" - умножаем градусы
на два, светодиод же симметрично светит. В итоге мы получаем симпатичный равнобедренный
треугольник света. За пределами этого треугольника тоже свет есть, у нас же шарик света, но точка
отсчета для характеристики светодиода - это половинный угол.  
 
Продолжение следует






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.