Когда же ножки светодиода обрезаны, то анод можно определить подачей на контакты напряжения 1,5 вольта от простой пальчиковой батарейки: свет появляется при совпадении полярностей.

Светоизлучающий активный монокристалл полупроводника имеет вид прямоугольного параллелепипеда. Он размещён около светоотражающего рефлектора параболической формы из алюминиевого сплава и смонтирован на подложке с нетокопроводящими свойствами.

На окончании светового прозрачного корпуса из полимерных материалов расположена линза, фокусирующая световые лучи. Она совместно с рефлектором образует оптическую систему, формирующую угол потока излучения. Его характеризуют диаграммой направленности светодиода.

Она характеризует отклонение света от геометрической оси общей конструкции в стороны, что приводит к увеличению рассеивания. Такое явление возникает из-за появления при производстве небольших нарушений технологии, а также старения оптических материалов во время эксплуатации и некоторых других факторов.

Внизу корпуса может быть расположен алюминиевый или латунный поясок, служащий радиатором для отвода тепла, выделяемого при прохождении электрического тока.

Этот принцип конструкции широко распространен. На его основе создают и другие полупроводниковые источники света, использующие иные формы структурных элементов.

Принципы излучения света

Полупроводниковый переход p-n типа подключают к источнику постоянного напряжения в соответствии с полярностью выводов.

Внутри контактного слоя веществ p- и n-типов под его действием начинается движение свободных отрицательно заряженных электронов и дырок, которые обладают положительным знаком заряда. Эти частицы направляются к притягивающим их полюсам.

В переходном слое заряды рекомбинируют. Электроны проходят из зоны проводимости в валентную, преодолевая уровень Ферми.

За счет этого часть их энергии освобождается с выделением световых волн различного спектра и яркости. Частота волны и цветопередача зависят от вида смешанных материалов, из которых сделан p-n переход.

Для излучения света внутри активной зоны полупроводника требуется соблюсти два условия:

1. пространство запрещенной зоны по ширине в активной области должно быть близко к энергии излучаемых квантов внутри видимого человеческому глазу диапазона частот;

2. чистоту материалов полупроводникового кристалла необходимо обеспечивать высокую, а количество дефектов, влияющих на процесс рекомбинации — минимально возможным.

Эта сложная техническая задача решается несколькими путями. Один из них — создание нескольких слоев p-n переходов, когда образуется сложная гетероструктура.

Влияние температуры

При увеличении уровня напряжения источника сила тока через полупроводниковый слой возрастает и свечение увеличивается: в зону рекомбинации поступает повышенное количество зарядов за единицу времени. Одновременно происходит нагрев токоведущих элементов. Его величина критична для материала внутренних тоководов и вещества p-n перехода. Излишняя температура способна их повредить, разрушить.

Внутри светодиодов энергия электрического тока переходит в световую непосредственно, без излишних процессов: не так, как у ламп с нитями накаливания. При этом образуются минимальные потери полезной мощности, обусловленные низким нагреванием токопроводящих элементов.

За счет этого создается высокая экономичность этих источников. Но, их можно применять только там, где сама конструкция защищена, блокирована от внешнего нагрева.

Особенности световых эффектов

При рекомбинации дырок и электронов в разных составах веществ p-n перехода создается неодинаковое излучение света. Его принято характеризовать параметром квантового выхода — количеством выделенных световых квантов для единичной рекомбинированной пары зарядов.

Он формируется и происходит на двух уровнях светодиода:

1. внутри самого полупроводникового перехода — внутренний;

2. в конструкции всего светодиода в целом — внешний.

На первом уровне квантовый выход у правильно выполненных монокристаллов может достигать величины, близкой к 100%. Но, для обеспечения этого показателя требуется создавать большие токи и мощный отвод тепла.

Внутри самого источника на втором уровне часть света рассеивается и поглощается элементами конструкции, чем снижает общую эффективность излучения. Максимальное значение квантового выхода здесь намного меньше. У светодиодов, испускающих красный спектр, оно достигает не более 55%, а у синих снижается еще больше — до 35%.

Виды цветовой передачи света

Современные светодиоды излучают:

Желто-зеленый, желтый и красный спектр

В основе p-n перехода используются фосфиды и арсениды галлия. Эта технология была реализована в конце 60-х годов для индикаторов электронных приборов и панелей управления транспортной техники, рекламных щитов.

Такие устройства по светоотдаче сразу обогнали основные источники света того времени — лампы накаливания и превзошли их по надежности, ресурсу и безопасности.

Голубой спектр

Излучатели синего, сине-зеленого и особенно белого спектров долго не поддавались практической реализации из-за трудностей комплексного решения двух технических задач:

1. ограниченных размеров запрещенной зоны, в которой осуществляется рекомбинация;

2. высоких требований к содержанию примесей.

Для каждой ступени повышения яркости синего спектра требовалось увеличение энергии квантов за счет расширения ширины запретной зоны.

Вопрос удалось разрешить включением в вещество полупроводника карбидов кремния SiC или нитридов. Но, у разработок первой группы оказался слишком низкий КПД и маленький выход излучения квантов для одной рекомбинированной пары зарядов.

Повысить квантовый выход помогло включение в полупроводниковый переход твердых растворов на основе селенида цинка. Но, такие светодиоды обладали повышенным электрическим сопротивлением на переходе. За счет этого они перегревались и быстро перегорали, а сложные в изготовлении конструкции отвода тепла для них эффективно не работали.

Впервые светодиод голубого свечения удалось создать при использовании тонких пленок из нитрида галлия, наносимых на сапфировую подложку.

Белый спектр

Для его получения используют одну из трех разработанных технологий:

1. смешивание цветов по методике RGB;

2. нанесение трех слоев из красного, зеленого и голубого люминофора на светодиод ультрафиолетового диапазона;

3. покрытие голубого светодиода слоями желто-зеленого и зелено-красного люминофора.

При первом способе на единой матрице размещают сразу три монокристалла, каждый из которых излучает свой спектр RGB. За счет конструкции оптической системы на основе линзы эти цвета смешивают и получают на выходе суммарный белый оттенок.

У альтернативного метода смешение цветов происходит за счет последовательного облучения ультрафиолетовым излучением трех составляющих слоев люминофора.

Особенности технологий белого спектра

Методика RGB

задействовать в алгоритме управления освещением различные комбинации монокристаллов, подключая их поочередно вручную или автоматизированной программой;

вызывать различные цветовые оттенки, меняющиеся по времени;

создавать эффектные осветительные комплексы для рекламы.

Простым примером такой реализации служат цветовые елочные гирлянды. Подобные алгоритмы также широко используют дизайнеры.

Недостатками светодиодов RGB конструкции являются:

неоднородный цвет светового пятна по центру и краям;

неравномерный нагрев и отвод тепла с поверхности матрицы, ведущий к разным скоростям старения p-n переходов, влияющий на балансировку цветов, изменению суммарного качества белого спектра.

Эти недостатки вызваны разным расположением монокристаллов на базовой поверхности. Они сложно устраняются и настраиваются. За счет подобной технологии RGB модели относятся к наиболее сложным и дорогим разработкам.

Светодиоды с люминофором

Они проще в конструкции, дешевле в производстве, экономичнее при пересчетах на излучение единицы светового потока.

Для них характерны недостатки:

в слое люминофора происходят потери световой энергии, которые понижают светоотдачу;

сложность технологии нанесения равномерного слоя люминофора влияет на качество цветовой температуры;

люминофор обладает меньшим ресурсом, чем сам светодиод и быстрее стареет при эксплуатации.

Особенности светодиодов разных конструкций

Модели с люминофором и RGB-изделия создаются для разного промышленного и бытового применения.

Способы питания

Индикаторный светодиод первых массовых выпусков потреблял около 15 мА при питании от чуть меньшей величины, чем два вольта постоянного напряжения. Современные изделия имеют повышенные характеристики: до четырех вольт и 50 мА.

Светодиоды для освещения питаются таким же напряжением, но потребляют уже несколько сотен миллиампер. Производители сейчас активно разрабатывают и проектируют устройства до 1 А.

С целью повышения эффективности светоотдачи создаются светодиодные модули, которые могут использовать последовательную подачу напряжения на каждый элемент. В таком случае его величина возрастает до 12 либо 24 вольт.

При подаче напряжения на светодиод требуется учитывать полярность. Когда она нарушена, то ток не проходит и свечения не будет. Если же используется переменный синусоидальный сигнал, то свечение происходит только при прохождении положительной полуволны. Причем его сила так же пропорционально меняется по закону появления соответствующей величины тока с полярным направлением.

Следует учитывать, что при обратном напряжении возможен пробой полупроводникового перехода. Он происходит при превышении 5 вольт на одном монокристалле.

Способы управления

Для регулировки яркости излучаемого света применяют один из двух методов управления:

1. величиной подключаемого напряжения;

Первый способ простой, но неэффективный. При снижении уровня напряжения ниже определённого порога светодиод может просто потухнуть.

Метод же ШИМ исключает подобное явление, но он значительно сложнее в технической реализации. Ток, пропускаемый через полупроводниковый переход монокристалла, подается не постоянной формой, а импульсной высокой частоты со значением от нескольких сотен до тысячи герц.

За счет изменения ширины импульсов и пауз между ними (процесс называют модуляцией) осуществляется регулировка яркости свечения в широких пределах. Формированием этих токов через монокристаллы занимаются специальные программируемые управляющие блоки со сложными алгоритмами.

Спектр излучения

Частота выходящего из светодиода излучения лежит в очень узкой области. Ее называют монохроматической. Она кардинальным образом отличается от спектра волн, исходящего от Солнца или нитей накаливания обычных осветительных ламп.

О влиянии такого освещения на человеческий глаз ведется много дискуссий. Однако, результаты серьезных научных анализов этого вопроса нам неизвестны.

Производство

При изготовлении светодиодов используется только автоматическая линия, в которой работают станки-роботы по заранее спроектированной технологии.

Физический ручной труд человека полностью исключен из производственного процесса.

Подготовленные специалисты осуществляют только контроль за правильным протеканием технологии.

Анализ качества выпускаемой продукции тоже входит в их обязанности.

Источник

Как работает светодиод?

xxx: Почему светодиоды светятся?

yyy: Там два полупроводника, один с электронной, другой с дырочной проводимостью, при прохождении электрического тока через p-n переход, электроны и дырки рекомбинируют с испусканием фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой)

yyy: Ну представь две деревни, в одной больше девочек, в другой больше мальчиков, между деревнями поле. Чем теплее становится на улице, тем больше мальчиков бегает в поле и рекомбинирует с девочками с испусканием фотонов радости и счастья. Вот также примерно работает светодиод

— как работает трансформатор?

у меня завтра экзамен по этому дерьму и я ничерта не понимаю

а можно так весь курс ТОЭ пожалуйста

C таким интенсивным сексом у вас вся пшеница сгорит!

Рекомбинация — исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда в среде с выделением энергии. Те девочки и мальчики после контакта убиваются. Нет повести печальнее на свете, чем повесть о Ромео и Джульете

У меня была история подобная)

— Как работает роутер?

— Короче, в коробочке сидит добрый волшебник и раздает всем интернет.

Из-за чего происходит переход электронов на другой уровень?

Эх, вот порекомбинировать с какой-нибудь деревенской девочкой и поиспускать фотоны радости и счастья.

Когда то я писал диплом по кремниевым лавинным фотодиодам, это было не самое веселое времяпровождение, и это не самое веселое воспоминание

Ещё с постулатов Бора в лицее мне было интересно, почему излучаются конкретно фотоны? Обязательны ли безмассовые частицы? Передатчики взаимодействия?

В обоих объяснениях ничего не понял, но во втором больше знакомых слов

То чувство, когда и первое объяснение понял

Елочка своими руками

Итак. проектирование. рисуем, что хочется увидеть в конечном результате.

У меня это вышло примерно так. плата с адресными светодиодами. рассеиватель, напечатанный на 3д принтере, коробочка из дерева, куда будут прятаться все «потроха», кнопочка, что бы менять режимы елочки.

Используем адресные светодиоды WS2812. со схемой все очень просто: диоды последовательно, около каждого диода конденсатор 0,1мкФ.

Платы заказываем в китае. выходит около 2 долларов за штуку. по схеме 190 конденсаторов и 190 светодиодов. а так как я сразу делаю 5 штук, то паять придется около 1000 светодиодов и 1000 конденсаторов. в ручную это сделать ппц как сложно, тем более, что светодиоды стоят на расстоянии 1,5 мм между собой. Благо у меня есть шайтан машина для таких работ.

Пайка конденсаторов. расставляем без видеозрения (а нафига оно надо тут?) расставляет 190 кондеров около 2 минут

Ой. забыл показать как паяльную пасту наносят. вместе с платами был куплен трафарет под эту плату. он позволяет нанести пасту за почти мнгновенно и сразу на все площадки куда надо. выглядит это так:

далее плату в печку и начинаем расставлять светодиоды. тут уже включаем видео-зрение, так как площадки особо не правильно нарисованы и прям надо точно точно поставить светодиоды. расстановка около 3-4 минут.

ну и плата управления спаяна вручную, так как контроллеры в коробочке, резисторы и кондеры россыпью. обвязка у контроллера самая минимальная: 2 кондера и резистор. плюс 1 резистор на кнопку и 1 резистор на управление лентой

далее корпус. так как у меня есть еще и 3д фрезер, то делаем на нем. материал хотел взять дуб, но цены на него не гуманные. купил в Леруа пару щитов бука для декоративной отделки батарей. или как-то так это называется. листы толщиной 18мм и длиной 500 мм.

пишем управляющую программу и запускаем в станок

получилось очень плохо. сколы. поверхность не очень. станок мой особо для этого не предназначен. но на попробовать хватит.

Далее рисуем эскизы двух деталей и ищем исполнителя в интернете. буквально 30 минут, 3 обзвона, засылаем эскизы, ждем цену. Хочется тут передать привет Александру, который очень быстро изготовил данные детальки. цена комплекта вышла 800 руб.

Сами эскизы (кто найдет пропущенный размер?):

Остался процесс печати рассеивателя. но тут я видео не снимал. что-то забыл. но это не самая интересная часть. попробовал несколько геометрий, остановился на одной. единственное, что через пластик все рано видно «пиксели» светодиодов. что бы еще немного «размыть» пришлось добавить рассеиватель для светодиодных светильников и его вкладывать в напечатанный рассеиватель. вот такой:

ну и далее сборка. и как все это выглядит

Ну а теперь как все это работает (почти все взял из лампы гайвера):

Ну и пока я не раздал все елочки на подарки, у меня вот такое новогоднее настроение:

Подводя итог, обошлось все это на каждую елочку:

5. контроллеры, кнопочки, разъемы usb у меня были. хз сколько стоит.

7. pla около 100 руб.

Электроника МК-33: до LCD.

Этот калькулятор я купил года два или три назад, и даже не проверяя кинул в шкаф. И вот теперь пришло время рассказать о нём.

Этот калькулятор является переименованным «Электроника С3-33», который был призван заменить на рынке неудачный С3-27.

МК 33 может выполнять 4 арифметических действия, считать корень, выполнять операции с процентами. Так же он умеет сохранять значения в память.

Разбирается калькулятор очень просто, нажатием защёлки и выдёргиванием основания из-под лицевой панели. Клавиатура у него плёночная, дешёвая в производстве и не разборная. К сожалению, у моего экземпляра не работает несколько рядов клавиш, скорее всего оксидная плёнка на контактах. Может быть ещё через 2 года я решусь починить это, как знать?

Обратная сторона лицевой панели, видно как крепится защитный щиток дисплея. На самом деле я был удивлён, тем что большая часть «стекла» закрыта чёрным пластиком, на пластике точно не экономили.

Дисплей собран на 9 светоизлучающих диодных сборках, как гласит брошюра. LED ( Light-emitting diode) или светодиоды по нашему. Может отображать 8 знаков числа и вроде-бы знак минус, к сожалению забыл проверить.

Так он выглядит во включенном состоянии.

Рулят этим всем великолепием две микросхемы, КР145ИК16 (Арифметическое устройство, занимается опросом клавиатуры и вычислениями) и К145КТ3П (Токовый ключ, зажигает дисплей). Рядом на дочерней плате припаяна плата питания.

Питаться калькулятор умеет как от сети, так и от 3 элементов Д-0.1 или Д.-0.125. Но их больше не производят, а фабричную замену найти достаточно трудно. По крайней мере я не нашёл.

Мой экземпляр выпущен в 1989 году и не имеет крышки батарейного отсека, потерялась за его долгую жизнь. По примерным прикидкам такие калькуляторы выпускались с начала 70х до начала 90х.

В целом калькулятор ощущается дёшево, но надёжно. Это такая машинка которую не жалко носить с собой каждый день и давать в долг попользоваться.

Ремонт светодиодной лампочки

Сегодня у дочери в комнате стала тускло светить светодиодная лампочка, а до этого стала моргать другая точно такая же. Вот такого плана:

Во второй лампочке пробило светодиод. К сожалению, идея поста пришла позже, поэтому фото не сделал. По скольку светодиодов 16 и они соединены последовательно (пробой на одном выводит из строя всю схему), было решено выпаять светодиод и шунтировать контакты кусочком медного провода. Лампочка также заработала. Также на фото видно что по сравнению со старой лампой тут производитель спрятал перегревающийся резистор и завальцевал плату, наверное чтобы не ремонтировали 🙂

Разбирая свои радиолюбительские залежи, нашел новенький в упаковке советский светодиод красного свечения АЛ102.

Эти маленькие радиодетали советская промышленность серийно разработала в начале 70-х годов 20 века, справочные материалы о тогдашних светодиодах публиковались в технических книжках, но увидеть такую экзотику вживую радиолюбителям не представлялось возможным.

В начале 80-х годов в магазинах, торгующих радиодеталями, они появились в продаже по запредельным для того времени ценам. Один такой светодиод стоил около 15 советских рублей, по сегодняшним временам это была бы цена не менее полутора тысяч!!

Корпус у АЛ102 маленький, чуть больше спичечной головки. Выполнен диод был из металла, на торце корпуса была маленькая пластиковая линза, из под которой и излучал маломощный полупроводниковый кристалл светодиода.

Светил АЛ102 очень слабо, в зависимости от буквы обозначения, это мог быть красный, зелёный или желтый цвет свечения.

Вот свечение в паре сантиметров от газетной страницы в полной темноте. По освещенному пятну, которое было не больше трех сантиметров в диаметре, можно оценить, как слаб был свет первых «ледов»:

Но уже в середине 80-х годов прошлого столетия советская электронная промышленность сильно продвинулась вперёд в деле выпуска массовых светодиодов. На смену старичку АЛ102 появились более современные, яркие и дешёвые светодиоды типа АЛ307БМ. Они выпускались уже полностью в пластмассовых корпусах, были чуть крупнее светодиода АЛ102, а цены на них начинались уже примерно с 70 демократичных советских копеек. По такой цене подобные радиодетали уже можно было покупать, и самостоятельно использовать их. Разумеется, не для освещения, а для цепей индикации. Цвет свечения различных АЛ307 также был только красный, зелёный или желтый. Но светили они в разы и десятки раз ярче, чем первые советские светодиоды АЛ102. Также вследствие удешевления светодиоды типа АЛ307БМ советская промышленность стала широко использовать в самой различной аппаратуре для световой индикации режимов работы. Наступала эпоха массового применения светодиодов.

Источник