Alles, was Sie über LEDs wissen müssen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Eine Leuchtdiode ist ein elektronisches Gerät, das Licht emittiert, wenn Strom durch sie geleitet wird. LEDs sind kleine, extrem effiziente, helle, billige elektronische Bauteile. Die Leute denken, dass LEDs nur gewöhnliche lichtemittierende Komponenten sind und neigen dazu, die interessanten Fakten und Funktionen von LEDs zu übersehen. In diesem anweisbaren lehre ich Ihnen "Alles, was Sie über LEDs wissen müssen", einschließlich ihrer Arbeits-, Strom- und Leistungswerte, Builds, Typen, Widerstandsrechner für LEDs, Anwendungen, Tests und eine einfache LED-Schaltung.

Hier ist ein Link zur kostenlosen Android-App „LED-Widerstandsrechner“: LED-Widerstandsrechner. Diese App hilft Ihnen, den für eine LED erforderlichen Widerstandswert zu berechnen.

Geschichte der LED

Captain Henry Joseph Round war einer der frühen Pioniere des Radios und erhielt 117 Patente. Er war der erste, der über die Beobachtung der Elektrolumineszenz einer Diode berichtete, was zur Entdeckung der Leuchtdiode führte. Vladimirovich Losev beobachtete die Lichtemission von Carborundum-Punktkontaktverbindungen. Während seiner Arbeit als Funktechniker bemerkte er, dass Kristalldioden in Funkempfängern Licht aussendeten, wenn Strom durch sie geleitet wurde. 1927 veröffentlichte Losev in einer russischen Zeitschrift Einzelheiten über seine Arbeit an Leuchtdioden. Ein paar Jahre später erfand Nick Holonyak, Jr. 1962 die erste LED mit sichtbarem Spektrum (rot), während er als beratender Wissenschaftler in einem Labor der General Electric Company in Syracuse, New York, arbeitete.

Liste der Einzelteile:

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Schritt 1: Zusammensetzung & Arbeit

BILD:

1. Dremeln einer LED.
2. Draufsicht auf die Elektroden der LED. (größer – Kathode, kleiner – Anode).
3. Nahaufnahme von Anode und Kathode von LED. (LED in zwei Hälften geschnitten).
4. Anode und Kathode der LED aus Kunststoffschale entfernt.

Komposition

Die gängigsten LEDs bestehen aus Gallium (Ga), Arsen (As) und Phosphor (P). Moderne LEDs sind nicht nur GaAsP-Typen - andere Halbleiter-Gebräue gibt es im Überfluss! Diese Halbleiter werden auch in verschiedenen anderen elektronischen Komponenten verwendet.

Arbeiten

Eine LED ist eine P-N-Übergangsdiode, die Licht emittiert. Wenn sich eine LED in Durchlassrichtung befindet, emittiert sie Licht anstelle der von einer normalen Diode erzeugten Wärme. Wenn der P-N-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, verbinden sich im Fall einer LED einige der Löcher mit den Elektronen der N-Region und einige der Elektronen von N verbinden sich mit Löchern aus der P-Region. Jede Rekombination strahlt Licht oder Photonen aus.

LEDs haben eine Polarität und funktionieren daher nicht, wenn sie in Sperrrichtung angeschlossen sind. Die einfachste Methode, die Polarität einer gemeinsamen LED zu überprüfen, besteht darin, die LED nah an Ihr Auge zu halten. Sie werden sehen, dass es zwei Elektroden gibt. Die dickere ist die Kathode(-). Licht wird von der Kathode emittiert. Die dünnere Elektrode ist die Anode (+). [Obwohl diese Methode der Polaritätsprüfung bei einigen LEDs wie Hochleistungs-LEDs usw. nicht funktioniert, wo das Gegenteil der Fall ist]. Im Allgemeinen werden LEDs so hergestellt, dass die Länge der Zuleitungen von Kathode und Anode unterschiedlich ist. Aus diesem Grund werden LEDs mit einem längeren Anodenkabel (+) als einem Kathodenkabel (-) hergestellt. Dies erleichtert auch die Bestimmung der Polarität. Hinweis: Einige Hersteller halten beide Elektrodenleitungen gleich lang. Um die Polarität zu testen, müssen Sie ein Multimeter verwenden.

Schritt 2: Strom- und Leistungsbewertungen, Haitz'sches Gesetz

BILD: LED-Symbol

Herkömmliche IR-LEDs können bis zu ~ 1,5 V arbeiten, aber gängige rote LEDs benötigen ~ 1,8 V, gängige grüne LEDs benötigen ~ 2 V und gängige blaue und weiße LEDs (die natürlich blau mit einer Phosphorbeschichtung sind) benötigen gute 3 V.

LEDs haben keine "Spannungsbewertung"; sie sind stromgetrieben. Die Helligkeit ist ungefähr proportional zum Strom und nicht direkt proportional zur Spannung. Bei jedem bestimmten Strom haben sie eine Durchlassspannung, die jedoch sekundär zum Strom ist, der der Hauptfaktor ist, der gesteuert werden muss.

Aktuelle Bewertungen

Die Stromwerte von LEDs sind ähnlich wie die Spannungswerte. LEDs haben im Allgemeinen eine Standardstromstärke. Die meisten LEDs benötigen etwa 5-25 mA. Der von einer LED benötigte Strom hängt manchmal von der Farbe der LED ab. Wenn Sie zu viel Strom liefern, brennt die LED und wird beschädigt. Auf der anderen Seite erzeugt die LED nicht ihre maximale Leistung, wenn Sie sehr geringen Strom liefern. Moderne ultrahelle rot/grüne LEDs können eine akzeptable Leistung (für Statusverwendung usw.) mit nur 1 mA liefern

Nennleistung

LEDs können je nach Typ, Bauart und Stromstärke usw. unterschiedliche Nennleistungen aufweisen. LEDs sind auch in 'High Power LED'-Paketen erhältlich. LEDs sind weniger ineffizient als herkömmliche Glühbirnen wie CFLs und Glühbirnen.

Haitzsches Gesetz

Es besagt, dass jedes Jahrzehnt die Kosten pro Lumen (Einheit des emittierten Nutzlichts) um den Faktor 10 sinken und die pro LED-Package erzeugte Lichtmenge um den Faktor 20 steigt, für eine gegebene Wellenlänge (Farbe) des Lichts. Sie gilt als LED-Gegenstück zum Mooreschen Gesetz, das besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren in einer bestimmten integrierten Schaltung alle 18 bis 24 Monate verdoppelt. Beide Gesetze beruhen auf der Prozessoptimierung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen.

Schritt 3: Erstellen

BILD:

1. Basis-LED.
2. Kuppel-LED.
3. SMD-LED (groß).
4. SMD-LED (klein).
5. Anzeige-LED in 7-Segment-Anzeige verwendet.

LEDs werden in einer Vielzahl von Formen und Größen hergestellt. Die Farbe der Kunststofflinse entspricht oft der tatsächlichen Farbe des emittierten Lichts, jedoch nicht immer. Lila Kunststoff wird beispielsweise häufig für Infrarot-LEDs verwendet, und die meisten blauen Geräte haben farblose Gehäuse. Moderne Hochleistungs-LEDs, wie sie für Beleuchtung und Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, finden sich im Allgemeinen in SMD-Gehäusen (Surface Mount Devices). Einige LEDs haben diffuse Kunststofflinsen.

Basis-LED

Die Basis-LED ist eine der am weitesten verbreiteten LEDs. Aufgrund seiner Popularität ist sein Preis im Vergleich zu anderen LEDs relativ billiger. Es sieht sehr einfach aus und das Design ist sehr einfach.

Kuppel-LED

Dies ist eine Art von LED, die wie eine 'Kuppel' geformt ist. Diese Form soll den Bereich vergrößern, in den das Licht übertragen wird. Mit anderen Worten, der Emissionswinkel (Umfang) des Lichts von der LED ist größer als bei der Basis-LED. Dies wird im Allgemeinen dadurch gesteuert, wie weit der Lichtsender von der Kuppel entfernt ist. Die Datenblätter geben Ihnen fast immer einen "Winkel halber Leistung" (der Winkel außerhalb der Achse, bei dem Sie nur die halbe Helligkeit sehen). Wenn Sie einen viel größeren Abstrahlwinkel wünschen, können Sie die Kuppel mit einem Dremel-Werkzeug abschneiden. Wenn es Ihnen wichtig ist, können Sie das Ende dann feilen oder polieren, aber es ist nicht notwendig. Je näher Sie es am Emissionsgerät schneiden, desto breiter wird der Winkel. Aber pass auf, dass du nicht zu nah schneidest, da sich darin ein winziger Draht befindet, der normalerweise mit dem Auge nicht zu sehen ist. Obwohl diese Art von LED etwas teurer ist als eine einfache LED.

SMD-LED

Diese Art von LED ist im Allgemeinen sehr klein. SMD bedeutet Surface Mounted Device. Und wie der Name schon sagt, wird diese LED im Gegensatz zu herkömmlichen „Through-Hole“-Komponenten auf die Oberfläche der Leiterplatte gelötet. Diese LEDs werden im Allgemeinen maschinell gelötet (Präzisionslötroboter) und sind extrem schwer von Hand zu löten (obwohl es nicht unmöglich ist, SMD-LEDs von Hand zu löten). Um SMD-LEDs von Hand zu löten, benötigen Sie nur einen Lötkolben mit feiner Spitze, etwas dünnes Lot, ein helles Licht und möglicherweise eine Lupe und einige gute und präzise Lötkenntnisse.

Anzeige-LED

Diese Art von LED wird hauptsächlich in Displays verwendet, da ihre Form flach ist.

Schritt 4: Typen

BILD:

1. Dome-LEDs.
2. IR-LEDs.
3. 7-Segment-Anzeige-LED
4. Dreifarbige LED (Farbwechsel-LED).

Farb-LED

Farbige und weiße LEDs werden hauptsächlich in Anzeigen, Lampen, Beleuchtungsgeräten usw. verwendet. Sie sind eine der am häufigsten verwendeten LEDs

Farbwechsel-LED (Tri/Bi Color LED)

Bei dieser Art von LED ändert sich die von der LED emittierte Farbe innerhalb einer bestimmten Zeit. Ein winziger integrierter Schaltkreis (IC) ist in diese LED eingebettet, um die Zeitverzögerung zwischen den Übergängen der verschiedenen Farben zu steuern. Tri/bicolor LEDs ändern ihre Farbe nicht, sie sind eigentlich zwei separate LEDs (oft eine rote und eine grüne) in einem Gehäuse. Sie drehen die eine oder andere, um zwei Farben zu erzeugen, und beide, um eine dritte zu machen.

Infrarot (IR) LED

Diese Art von LED strahlt Infrarotlichtstrahlen aus. Diese Infrarotstrahlen können vom menschlichen Auge nicht gesehen werden. Diese Art von LED arbeitet im Allgemeinen mit einer Übertragungsfrequenz von 38 KHz. Der Designer moduliert die LED, damit der Empfänger sie von anderen IR-Quellen unterscheiden kann. LEDs werden auch bei sehr niedrigen Frequenzen moduliert, um einfach eine blinkende LED anzuzeigen, und werden oft bei relativ hohen Frequenzen mit unterschiedlichem Tastverhältnis moduliert, um ihre Helligkeit effektiv zu steuern. Und dann werden einige mit viel höheren Frequenzen moduliert, um Daten zu senden (wie sie beispielsweise in Glasfasern verwendet werden). Es wird hauptsächlich in ferngesteuerten und Small Range-Kommunikationsgeräten verwendet. Sie können eine IR-LED testen, indem Sie sie unter einer Kamera betrachten, während ein Strom über die LED angelegt wird. Mit anderen Worten, Kameras können von der LED emittierte IR-Strahlen erkennen. Kameras, die keinen IR-Blockfilter haben, können im Allgemeinen nahe IR recht gut sehen (und sind in der Regel billige Kameras und insbesondere Sicherheitskameras). Es sollte jedoch erwähnt werden, dass selbst einige Handykameras IR-LEDs aufgrund ihres IR-Blockfilters überhaupt nicht gut sehen.

7-Segment-Anzeige-LED

Eine 7-Segment-Anzeige-LED ist eine LED, die aus 7 Anzeige-LEDs besteht, die in Form einer 8 verbunden sind. Sie wird in Taschenrechnern, Anzeigen usw. verwendet. Eine ähnliche LED wird auch zur Anzeige von Alphabeten verwendet.

UV-LED

UV-LEDs emittieren ultraviolette Lichtstrahlen. Diese Strahlen haben verschiedene Anwendungen wie Sterilisation, Wasserreinigung usw.

Schritt 5: Widerstandsrechner für LEDs

BILDER:

1. Diverse Widerstände und eine LED.
2. Logo der LED-Widerstandsrechner-App.

Die am häufigsten gestellte Frage zu LEDs ist also der geeignete Widerstand, der zusammen verwendet werden soll. Der Grund, warum ein Widerstand zusammen mit LEDs verwendet wird, besteht darin, sie vor Überstrom zu schützen, der die LED verbrennen und beschädigen kann. Aber die Wahl der richtigen LED ist nicht so einfach. Wieso den? Nun, wenn Sie einen sehr hohen Widerstand wählen, emittiert die LED nicht ihr maximales Licht. Und wenn Sie einen niedrigen Widerstand haben, besteht die Möglichkeit, dass die LED beschädigt wird.

Also wurde eine einfache Formel erfunden:

Widerstand = (Quellenspannung - LED-Spannung) / (LED-Strom / 1000)

*Denken Sie daran, dass der LED-Strom in Milliampere (mA) angegeben ist

Um diese Berechnung zu erleichtern, können Sie diese kostenlose Android App LED-Widerstandsrechner verwenden. Es ist eine App, die speziell für dieses Instructable entwickelt wurde. Diese App wird um weitere Funktionen und weitere elektronikbezogene Funktionen und Taschenrechner erweitert. Die App wurde von BluBot Technologies entwickelt. Sie können sich seine Instructables ansehen und ihn über sein Orangeboard @Nathan Neal Dmello kontaktieren. Er führt auch verschiedene andere Projekte bei der Entwicklung von Apps, Websites, Computerprogrammen usw. durch. Sie können ihn über seine Website kontaktieren.

Schritt 6: Verwendet

BILD:

1. TV-Fernbedienung ohne gedrückte Taste.
2. TV-Fernbedienung mit gedrückter Taste und IR-LED-Blitz erkannt.
3. Streifen von Dome-LEDs von einer Notfall-Taschenlampe.
4. LED-Blitz einer Smartphone-Kamera.
5. LED-Leistungsanzeigen eines Laptops.

LEDs werden überall verwendet. Von Ihrem Telefonblitz über die Musikanlage Ihres Autos, Ihre Gartenbeleuchtung bis hin zu Ihrem TV-Display. Grundsätzlich haben sie aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit und Effizienz einen Platz in den meisten elektronischen Geräten gefunden.

Einige der bekanntesten Anwendungen sind:

1. Beleuchtung.
2. Anzeigen.
3. Indikatoren.
4. Dekorative Lichter und Objekte.
5. Fernbedienung.
6. Sterilisation.
7. Reinigung von Wasser.
8. Zahnmedizin und andere medizinische Anwendungen.

Schritt 7: Testen & Schaltung

BILD:

1. Multimeter zum Testen von LEDs.
2. Einfache Schaltung mit LED.

Testen

Ein klassischer Schnelltester für Farbe, Helligkeit & Polarität ist lediglich eine 3V Lithium-Knopfzelle (z. B. CR2032). Berühren Sie die LEDs mit niedrigerer Spannung natürlich nur kurz, da sie sonst überhitzen!

Einige LEDs können mit einem Multimeter getestet werden, um zu überprüfen, ob sie ordnungsgemäß funktionieren, indem Sie die folgenden Schritte ausführen:

1. Stellen Sie den Drehknopf des Multimeters auf die Funktion 'Kontinuität'.
2. Verbinden Sie nun die Anode (+) der LED mit der ROTEN / positiven / (+) Sonde des Multimeters und verbinden Sie die Kathode (-) der LED mit der SCHWARZEN / negativen / (-) Sonde des Multimeters.
3. Wenn die LED funktioniert, beginnt das Multimeter einen „Beep“-Ton zu erzeugen. Auf dem Bildschirm des Multimeters wird ein Wert angezeigt. Außerdem sollte die LED leuchten.

*Das Testen einer LED mit der Durchgangsfunktion eines Multimeters funktioniert normalerweise nicht, da die meisten Multimeter nur eine niedrige Spannung von weniger als 1 V für die Widerstands- und Durchgangsprüfungen anlegen. Wenn dies der Fall ist, gibt das Multimeter keinen durchgehenden Piepton aus; es kann einen kurzen Piepton geben. Viele Multimeter verfügen über eine Diodentestfunktion, die durch ein Diodensymbol angezeigt wird und bis zu 2 V an der Diode anliegt. Dies sagt Ihnen zuverlässig die Polarität vieler LEDs, aber nicht unbedingt blauer und weißer LEDs mit hohen Durchlassspannungen.

Sie können die LED und jede andere Komponente auch mit Hilfe dieser Schaltung testen: - Elektronischer Sensorkomponententester

Schaltkreis

Dies ist eine der einfachsten und vielseitigsten Schaltungen, die eine LED verwendet. Der Grund, warum es eine großartige Schaltung ist, ist, dass sie auch die Funktion anderer elektronischer Komponenten oder elektronischer Sensoren überprüfen kann. Sie können sich auch ein detailliertes Tutorial ansehen, das Ihnen beim Erstellen dieser Schaltung hilft: Elektronischer Sensorkomponententester

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