Los LED están reemplazando rápidamente a las bombillas incandescentes de casi todas las áreas donde sus posiciones parecían inquebrantables. Las ventajas competitivas de los elementos semiconductores resultaron convincentes: bajo costo, larga vida útil y, lo que es más importante, mayor eficiencia. Si para las lámparas no supera el 5%, entonces algunos fabricantes de LED declaran la transformación en luz de al menos el 60% de la electricidad consumida. La veracidad de estas declaraciones permanece en la conciencia de los especialistas en marketing, pero el rápido desarrollo de las propiedades de consumo de los elementos semiconductores está fuera de toda duda.
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¿Qué es un LED y cómo funciona?
El diodo emisor de luz (LED, LED) es un diodo semiconductor, hecho a base de cristales:
- arseniuro de galio, fosfuro de indio o seleniuro de zinc - para emisores del rango óptico;
- nitruro de galio - para dispositivos de la sección ultravioleta;
- sulfuro de plomo: para elementos que emiten en el rango infrarrojo.
La elección de estos materiales se debe al hecho de que la unión p-n de los diodos fabricados con ellos emite luz cuando se aplica un voltaje directo. Para los diodos ordinarios de silicio o germanio, esta propiedad se expresa muy débilmente: prácticamente no hay brillo.
La emisión del LED no está relacionada con el grado de calentamiento del elemento semiconductor, es causada por la transición de electrones de un nivel de energía a otro durante la recombinación de los portadores de carga (electrones y huecos). La luz emitida como resultado es monocromática.
Una característica de dicha radiación es un espectro muy estrecho y es difícil seleccionar el color deseado con filtros de luz. Y algunos colores del resplandor (blanco, azul) con este principio de fabricación son inalcanzables. Por lo tanto, en la actualidad, está muy extendida una tecnología en la que la superficie exterior del LED se cubre con un fósforo y su brillo se inicia mediante la radiación de la unión p-n (que puede ser visible o estar en el rango UV).
dispositivo LED
El LED se dispuso originalmente de la misma manera que un diodo convencional: una unión p-n y dos salidas. Único estuche fabricado en compuesto transparente o fabricado en metal con ventana transparente para observar el resplandor. Pero aprendieron a incrustar elementos adicionales en la carcasa del dispositivo. Por ejemplo, resistencias - para encender el LED en el circuito del voltaje requerido (12 V, 220 V) sin tubería externa. O un generador con un divisor para crear elementos emisores de luz intermitente. Además, la carcasa comenzó a cubrirse con un fósforo, que brilla cuando se enciende la unión p-n; así es como fue posible expandir las capacidades del LED.
La tendencia hacia la transición a elementos de radio sin cables no ha pasado por alto los LED. Los dispositivos SMD están conquistando rápidamente el mercado de la iluminación, con ventajas en la tecnología de producción. Tales elementos no tienen conclusiones. La unión P-n se monta sobre una base de cerámica, se rellena con un compuesto y se recubre con fósforo. El voltaje se aplica a través de almohadillas de contacto.
Actualmente, los dispositivos de iluminación comenzaron a equiparse con LED fabricados con tecnología COB. Su esencia es que varias uniones p-n (de 2-3 a cientos) están montadas en una placa, conectadas en una matriz. Desde arriba, todo se coloca en una sola caja (o se forma un módulo SMD) y se cubre con un fósforo. Esta tecnología tiene grandes perspectivas, pero es poco probable que reemplace por completo a otras versiones de SD.
Qué tipos de LED existen y dónde se utilizan
Los LED de la gama óptica se utilizan como elementos de visualización y como dispositivos de iluminación. Cada especialización tiene sus propios requisitos.
Indicadores LED
La función del indicador LED es mostrar el estado del dispositivo (alimentación, alarma, funcionamiento del sensor, etc.). En esta área, los LED con brillo de unión p-n son ampliamente utilizados. No está prohibido usar dispositivos con fósforo, pero no tiene mucho sentido.Aquí, el brillo del resplandor no está en primer lugar. La prioridad es el contraste y un amplio ángulo de visión. Los LED de salida (agujero verdadero) se usan en los paneles de instrumentos, los LED de salida y SMD se usan en las placas.
Iluminación LED
Para la iluminación, por el contrario, se utilizan principalmente elementos con fósforo. Esto le permite obtener suficiente salida de luz y colores que son casi naturales. Los LED de salida de esta área están prácticamente exprimidos por los elementos SMD. Los LED COB son ampliamente utilizados.
En una categoría separada, podemos distinguir dispositivos diseñados para transmitir señales en el rango óptico o infrarrojo. Por ejemplo, para mandos a distancia de electrodomésticos o para dispositivos de seguridad. Y se pueden utilizar elementos de la gama UV para fuentes compactas de ultravioleta (detectores para monedas, materiales biológicos, etc.).
Principales características de los LED
Como cualquier diodo, el LED tiene características generales de "diodo". Parámetros límite, cuyo exceso conduce a la falla del dispositivo:
- corriente directa máxima permitida;
- tensión directa máxima permitida;
- Voltaje inverso máximo permitido.
El resto de características son de carácter específico "LED".
color brillante
Color de brillo: este parámetro caracteriza los LED de la gama óptica. En luminarias, en la mayoría de los casos, de color blanco con diferentes temperatura de la luz. Los indicadores pueden tener cualquiera de los colores visibles.
Longitud de onda
Este parámetro hasta cierto punto duplica al anterior, pero con dos salvedades:
- los dispositivos en los rangos IR y UV no tienen color visible, por lo que para ellos esta característica es la única que caracteriza el espectro de radiación;
- este parámetro es más aplicable a los LED con emisión directa: los elementos con fósforo emiten en una banda ancha, por lo que su longitud de onda no se puede caracterizar sin ambigüedades (¿qué longitud de onda puede tener un color blanco?).
Por lo tanto, la longitud de onda de la onda emitida es una cifra bastante informativa.
Consumo actual
La corriente consumida es la corriente de funcionamiento en la que el brillo de la radiación es óptimo. Si se supera ligeramente, el dispositivo no fallará rápidamente, y esta es su diferencia con el máximo permitido. Reducirlo tampoco es deseable: la intensidad de la radiación disminuirá.
Energía
Consumo de energía: aquí todo es simple. En corriente continua, es simplemente el producto de la corriente consumida y el voltaje aplicado. Los fabricantes de tecnología de iluminación introducen confusión en este concepto al indicar la potencia equivalente en el paquete en grandes números: la potencia de una lámpara incandescente, cuyo flujo luminoso es igual al flujo de una lámpara dada.
Ángulo sólido visible
El ángulo sólido aparente se representa más fácilmente como un cono que emana del centro de la fuente de luz. Este parámetro es igual al ángulo de apertura de este cono. Para indicadores LED, determina cómo se verá la alarma desde el exterior. Para los elementos de iluminación, el flujo luminoso depende de ello.
Máxima intensidad de luz
La intensidad luminosa máxima en las características técnicas del dispositivo se indica en candelas. Pero en la práctica resultó más conveniente operar con el concepto de flujo luminoso. El flujo luminoso (en lúmenes) es igual al producto de la intensidad luminosa (en candela) y el ángulo sólido aparente.Dos LED con la misma intensidad luminosa dan una iluminación diferente en diferentes ángulos. Cuanto mayor sea el ángulo, mayor será el flujo luminoso. Por lo tanto, es más conveniente para el cálculo de los sistemas de iluminación.
caída de tensión
La caída de voltaje directo es el voltaje que cae en el LED cuando está encendido. Sabiéndolo, uno puede calcular el voltaje requerido, por ejemplo, para abrir una cadena en serie de elementos emisores de luz.
Cómo saber para qué voltaje está clasificado un LED
La forma más fácil de averiguar el voltaje nominal de un LED es consultar la literatura de referencia. Pero si encuentra un dispositivo de origen desconocido sin marcar, puede conectarlo a una fuente de alimentación ajustable y aumentar suavemente el voltaje desde cero. A cierto voltaje, el LED parpadeará intensamente. Este es el voltaje de operación del elemento. Hay algunas cosas a tener en cuenta al hacer esta verificación:
- el dispositivo bajo prueba puede tener una resistencia incorporada y está diseñado para un voltaje suficientemente alto (hasta 220 V); no todas las fuentes de alimentación tienen ese rango de ajuste;
- La radiación LED puede estar fuera de la parte visible del espectro (UV o IR); entonces, el momento de la ignición no se puede determinar visualmente (aunque el brillo de un dispositivo IR se puede ver en algunos casos a través de la cámara de un teléfono inteligente);
- es necesario conectar el elemento a una fuente de voltaje constante con estricta observancia de la polaridad, de lo contrario, es fácil desactivar el LED con un voltaje inverso que excede las capacidades del dispositivo.
Si no hay confianza en saber el pinout del elemento, es mejor subir el voltaje a 3 ... 3.5 V, si el LED no enciende, quite el voltaje, cambie la conexión de los polos de la fuente y repita el procedimiento.
Cómo determinar la polaridad de un LED
Existen varios métodos para determinar la polaridad de los cables.
- Para elementos sin plomo (incluido COB), la polaridad del voltaje de suministro se indica directamente en la caja, mediante símbolos o mareas en la carcasa.
- Dado que el LED tiene una unión p-n regular, se puede llamar con un multímetro en modo de prueba de diodos. Algunos probadores tienen un voltaje de medición suficiente para encender el LED. Luego, la corrección de la conexión se puede controlar visualmente mediante el brillo del elemento.
- Algunos dispositivos fabricados por CCCP en una caja de metal tenían una llave (saliente) en el área del cátodo.
- Para los elementos de salida, la salida del cátodo es más larga. Sobre esta base, es posible determinar el pinout solo para elementos no soldados. Los cables LED usados se acortan y doblan para poder montarlos de cualquier forma.
- Por último, averigüe la ubicación. ánodo y cátodo quizás el mismo método que para determinar el voltaje del LED. El brillo será posible solo cuando el elemento se encienda correctamente: el cátodo al menos de la fuente, el ánodo al más.
El desarrollo tecnológico no se detiene. Hasta hace unas décadas, el LED era un juguete caro para experimentos de laboratorio. Ahora es difícil imaginar la vida sin él. ¿Qué pasará después? El tiempo lo dirá.
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