Sobre LEDs para manequins

Eu realmente não gosto de fórmulas. Como qualquer pessoa normal :) Eles me causam dor de cabeça e desejo de jogar algo contra a parede. Durante toda a minha vida tentei ficar longe deles. E acabou. Mas agora fiquei interessado em LEDs e percebi - não há como chegar a lugar nenhum. Para obter o resultado desejado, você precisa entender como ele funciona. Lentamente, ao longo dos degraus, comecei a percorrer a selva de lúmen, candela e esteradiana. Gradualmente, uma imagem começou a se formar na minha cabeça. E, ao mesmo tempo, arrependimento - bem, por que não havia ninguém para explicá-lo em uma linguagem simples e acessível? Tanto tempo perdido ... Vou tentar salvá-lo de uma dor de cabeça e explicá-lo o mais acessível possível - o que é um LED e como ele funciona. Bem, ao mesmo tempo, explicarei algumas leis da óptica :)

O artigo é dedicado àqueles que se confundem em suítes de watts-candela-lúmens. E de fato em LEDs. Escrito por um bule avançado para iniciantes :)

LED regular

Não importa como você gire, você primeiro terá que tocar nas leis da eletricidade comum. Em exemplos ilustrativos, é claro :) Todos nós sabemos - o que é 220 volts - é isso que pode atingir adequadamente, se você não observar as precauções de segurança. Quando você compra um aparelho elétrico, por exemplo, um ferro de passar, o passaporte diz para qual voltagem ele foi projetado. Geralmente isso é 220 volts. Mas no mesmo passaporte esses parâmetros também são indicados - uma tensão alternada com uma frequência de 50 hertz. Por que os fabricantes indicam teimosamente esses parâmetros para você?

Pegue qualquer passaporte técnico para um aparelho elétrico e veja - ele diz que a tensão de alimentação deve ser de ~ 220 volts, 50 Hz. Vamos ver o que é. Um "~" indica que a tensão deve ser variável. Em um sistema elétrico automotivo, por exemplo, a tensão é constante. E com uma bateria do tipo dedo, é permanente. A diferença é simples - uma tensão constante tem um sinal de mais e um sinal de menos - uma variável não. Porque não Tudo é muito simples. Nas redes CA, mais e menos estão mudando constantemente de lugar. O mesmo contato é um mais ou um menos. Quantas vezes? Mas para isso, há outro valor - 50 Hz.

O que é Hz? Esta é uma oscilação por segundo. Ou seja, em nossa rede doméstica, mais alterações menos cinquenta vezes por segundo. E agora - qual é o uso prático desse conhecimento, que tipo de rolamento ele possui no LED?

Vamos acertar. Suponha que você tenha uma lâmpada de 220 volts e 100 watts em suas mãos. Se você conectá-lo a uma rede elétrica - ele acenderá por todos os seus cem watts. E se não precisarmos desses 100 watts? Você precisa, digamos, 50? Isso nos ajudará a DIODO.

Se quebrarmos a palavra "LED" em seus componentes, obtemos "luz" e "diodo". Ou seja, este é um diodo regular, que também brilha.

Um diodo é um dispositivo que é melhor comparado, por exemplo, com uma válvula ou um bico na roda de um carro. Lá você pode bombear ar e voltar - o mamilo não deixa. Um diodo comum se parece com um barril preto com dois pinos - mais e menos. Aqui podemos usá-lo para experimentos práticos que ajudam muitos a consertar o material. Obviamente, é perigoso iniciar experimentos imediatamente com 220 volts, mas com o devido cuidado, nada de ruim acontecerá. No entanto, todas as experiências que você realiza por sua própria conta e risco :)

Veja o tópico: O dispositivo e o princípio de operação de um diodo semicondutor

Precisamos de uma lâmpada da geladeira para 220v, 15 watts. Para ela, você precisa encontrar um cartucho adequado e remover dois fios dele. Então precisamos de qualquer diodo que possa ser obtido, por exemplo, de qualquer TV ou gravador com defeito. Quanto maior, melhor. Você não precisa tomar muito pequenas - 220 volts, afinal. Perto dele, geralmente existe uma designação na forma de um triângulo.

Então precisamos de um cabo de força com plugue, alguns fios e ferro de solda. Para começar, basta conectar a lâmpada à rede e lembrar como ela brilha. Em seguida, desconecte e monte o circuito como mostrado à esquerda.

Não se esqueça de isolar cuidadosamente todas as juntas com fita isolante. Plug in. Como você pode ver, a lâmpada brilha muito pior. Isso não é surpreendente - agora ela recebe apenas metade da tensão que precisa - o segundo diodo não inicia. Se sua experiência foi um sucesso e o diodo é grande o suficiente - agora você pode tornar suas lâmpadas praticamente eternas.

Por exemplo, uma lâmpada de 50 watts brilha no seu corredor e queima constantemente. Pegue 100 watts, ligue-o através do diodo - ele brilhará como 50 watts, mas não queimará. Existe, no entanto, uma ressalva - o diodo deve ser classificado para 220V e a corrente é de pelo menos amperes. É melhor comprar um em uma loja de peças de rádio.

Bem, desde que descobrimos o que é um diodo, faz sentido ir ao tópico que nos interessa - o LED. O LED, como agora está claro, também possui um sinal de mais e um sinal de menos. Ou seja, para sua operação, é necessária uma fonte de tensão constante - uma bateria, uma bateria, uma fonte de alimentação. A fonte de alimentação deve indicar que está fornecendo tensão constante (CC). Geralmente, na capa do bloco, há um adesivo desse conteúdo.

Entrada - ~ 220V 50HZ,

saída - 12v, 0,5 A DC

Isso significa que essa unidade pode produzir uma tensão constante de 12 volts e uma corrente de 0,5 amperes.

Observe que o carregador para telefones celulares também é uma fonte de alimentação. Geralmente possui parâmetros de 5-6 volts, 0,2-0,5 A. Geralmente, é muito conveniente usá-lo para alimentar os LEDs, porque carregador estabiliza a corrente. Mas mais sobre isso mais adiante nos seguintes artigos.

Dois parâmetros são importantes para nós - a tensão operacional do LED e a corrente. A tensão de operação do LED também é chamada de "queda de tensão". Em essência, esse termo significa que, após o LED, a tensão no circuito será menor pelo tamanho dessa mesma queda. Ou seja, se fornecermos energia ao LED, que possui uma queda de tensão de 3 volts, ele consumirá esses três volts e o dispositivo conectado a ele depois disso terá 3 volts a menos. Mas a coisa mais importante a aprender é que a corrente é importante para o LED, não a tensão. Ele tomará a tensão quantas vezes precisar, mas a corrente - quanto você dá. Ou seja, se a sua fonte de energia puder consumir 10 amperes, o LED entrará em corrente até queimar. A lógica aqui é simples - o LED conectado consome corrente e começa a aquecer. Quanto mais forte ele aquece - mais corrente pode passar por ele - se expande do aquecimento. Juntamente com a corrente, a queda de tensão através do diodo aumenta. E assim, até que se esgote completamente - ninguém limitou a corrente. Mas isso deve ser feito, usando o elemento limitador.

Observe que, se a fonte de alimentação tiver uma tensão de saída igual à tensão de operação do LED, não é necessário limitar a corrente. Ou seja, se você possui, por exemplo, um LED branco e uma bateria de 3,6 volts de um telefone celular - você pode conectá-lo diretamente a essa bateria - nada acontecerá com o LED. Ele ficaria feliz em pegar mais corrente - mas não há tensão suficiente. Portanto, a bateria de célula de 3,6 V é uma fonte de energia ideal para experimentar com LEDs brancos e azuis. Por que apenas com eles - sobre isso em outros artigos.

Em geral, em série com o LED, precisamos colocar uma espécie de torneira e parafusá-la no valor que precisamos. No papel de tal guindaste pode haver dispositivos diferentes. O mais simples deles é um resistor.

Aspectos ópticos do uso de LEDs

Suponha que aprendemos como conectar um LED e limitar sua corrente. Surge a pergunta - quanto brilha? Aqui temos que mergulhar um pouco na óptica.

Entre as propriedades dos LEDs, especialmente os poderosos, o tipo de distribuição de luz é frequentemente indicado. Normalmente, este é o chamado LED Lambert. Além disso, vamos considerá-lo como o mais difundido. O que esse termo significa? O LED "Lambert" brilha em todas as direções igualmente, independentemente da direção.Se o LED fosse uma bola, brilharia igualmente em todas as direções - essa é a essência do diagrama de Lambert. Para deixar claro, o sol é uma fonte lambertiana.

O design padrão do LED é um cristal, uma placa fina que brilha. Olhe pela janela transparente do LED - e você verá este cristal. Fios finos de contatos chegam até ele. Se você conectar sua imaginação, poderá imaginar a luz que sai do LED como uma nuvem em forma de esfera pendurada acima dele. Luz - são pequenas partículas chamadas fótons. Então, uma bola cheia de fótons fica acima do LED. E quanto mais luz o LED emitir, maior será a bola, mais os donuts de fóton voarão, empurrando e afastando um ao outro. A maioria deles voa para cima perpendicular ao plano do cristal, então a intensidade máxima de luz dos LEDs é 90 graus em relação ao plano do cristal. Espero que agora os diagramas dados pelos fabricantes de LED tenham se tornado mais claros para você :) Para se tornar completamente compreensível, vamos dar um exemplo.

Vamos supor que exista um LED, no topo do qual uma esfera de luz emitida por ele trava com um diâmetro de 1 metro (bom LED! :)).

A escala mais baixa é o número de por cento deste medidor, a mais alta é o grau de radiação. De acordo com este diagrama, o maior número de fótons está no ponto mais alto, com um grau de 0 e um intervalo de 1 metro. Parece estranho, mas é. Menos estranho começa a parecer, se você se lembra que a luz é uma onda, não é à toa que eles indicam o comprimento de onda das características. Consequentemente, nossa esfera de luz pode ser representada como um campo eletromagnético com uma certa densidade. Mas isso já é uma selva - vamos seguir em frente :)

Meio ângulo de brilho

O fabricante geralmente indica um parâmetro como um ângulo duplo de meio brilho. O que esse termo significa? Como descobrimos, o LED fornece a luz máxima no centro e na parte superior, ou seja, o ângulo é zero. Por conseguinte, quanto mais longe do centro, menos luz. O ângulo de meio brilho é quando o LED fornece 100 unidades de luz convencionais em graus "0" e, por exemplo, em 30 graus (em relação ao eixo "0") - 50. O ângulo de meio brilho Na Figura I é a intensidade da luz, Imax é a intensidade máxima de luz. ImaxCos - metade do poder da luz. Por que "dobrar" - multiplicamos graus por dois, o LED também brilha simetricamente. Como resultado, obtemos um belo triângulo isósceles de luz. Também há luz fora deste triângulo, temos uma bola de luz, mas o ponto de referência para a característica do LED é metade do ângulo.

Candela

Agora podemos considerar o que é Candela. Candela é, à moda antiga, uma "vela". Lembre-se, eles costumavam dizer - um lustre ou uma lâmpada com cem velas? Antigamente, era necessário algum tipo de ponto de referência. Concordamos em pegar uma vela da espessura necessária, acendê-la e considerá-la um padrão, essa mesma candela. Hoje em dia, é claro, eles pensam de maneira diferente. Não explicarei em detalhes como isso está além do escopo do artigo. É apenas uma unidade de medida para intensidade luminosa, e se chama Candela. Sua principal característica é o uso de fontes direcionais para medir a intensidade da luz. Por isso, para LEDs de 5 mm, os valores são indicados em velas, mais precisamente em milicandels (1 cd = 1000 mcd).

É hora de descobrir como os LEDs de 5 mm ou qualquer outro em uma caixa de plástico diferem dos poderosos.

Recursos de design dos LEDs indicadores de 5 mm

Como mencionado acima, um LED é um cristal emissor de luz. Considere o design do LED em uma caixa de plástico de 5 mm. Um exame atento revela duas coisas importantes - a lente e o refletor. O cristal de LED é colocado no dispositivo refletor do LED. Este refletor define o ângulo de dispersão inicial. Então a luz passa através de uma caixa de epóxi. Ele trata da lente - e então começa a se dissipar nas laterais em ângulo, dependendo do design da lente. Na prática - de 5 para o diagrama de LED 160 graus.

Para indicar a intensidade luminosa de tais LEDs, apenas candela é usado.LEDs com emissão direcional emitem luz em um ângulo sólido. Para entender o que é um ângulo sólido, basta imaginar a figura a seguir. Você pega uma lanterna, acende-a e coloca-a no balde de fogo bem no fundo, depois fecha-a com uma tampa. A luz interior, portanto, tem a forma de um cone na forma de nosso balde. Este cone delimitado por uma tampa é um ângulo sólido.

Vou tentar explicar o significado da distribuição de luz de maneira mais simples. Suponha que a intensidade luminosa de nossa lanterna seja 1 candela, ou seja, 1000 microchandels (para ser mais figurativo, micro candelas podem ser considerados fótons :)) Se formos mais longe por analogia, teremos um balde cheio de microchandels. Se desejar, você pode calcular o volume do balde - bem-vindo à geometria :) Consequentemente, se pegarmos o balde duas vezes mais - os microchandels estão distribuídos uniformemente, ou seja, não haverá mais :) Em todas essas explicações, você pode encontrar a resposta para a pergunta sagrada - quantas São necessários LEDs para substituir uma lâmpada de 100 watts. Sobre isso - mais.

Recursos de design de LEDs de alta potência

Ao contrário dos LEDs indicadores, os poderosos não são apenas um dispositivo, mas também um produto de marketing. Hoje, entre os principais fabricantes, existe uma verdadeira corrida por lúmens - quem é mais? E ninguém se importa que esses lúmens ainda devam ser usados. Vamos em ordem.

A principal diferença entre um LED poderoso e um LED indicador em sua forma pura é minimizar quaisquer obstáculos à saída de luz da caixa do LED. Portanto, LEDs poderosos têm um diagrama de Lambert. O que isso leva na prática? Você liga o LED e obtém uma boa lâmpada acima dele. E o que fazer a seguir? Como eles podem iluminar a superfície que você precisa? Você precisa usar várias ópticas ou refletores, o que inevitavelmente leva a perdas e, portanto, a uma diminuição no fluxo luminoso. Portanto, se, ao comprar um LED poderoso, você não adquiriu boa ótica e foi projetado especificamente para seu design - você se alegra cedo - a dor de cabeça ainda está por vir.

Entregar os lúmens necessários para a superfície que você deseja iluminar não é uma tarefa fácil.

Lumen

Como você já entendeu, os candelas para avaliar a intensidade luminosa dos LEDs de alta potência não são adequados. Para fazer isso, existem lúmens - é a quantidade total de luz que o LED pode fornecer quando conectado aos valores de corrente e tensão especificados. Lembra da analogia do balde de fogo? Aqui ela também se encaixa. Assumimos que, se o LED tiver uma intensidade de luz de 100 lúmens, em nosso balde haverá 100 lúmens.

Uma lâmpada comum de 100 W também é uma fonte de Lambert. A potência média desta lâmpada é de 10 a 15 lúmens por watt. Ou seja, 100 watts de luz incandescente nos darão, digamos, 1000 lúmens. Portanto, para substituir uma lâmpada de 100 watts por LEDs, você precisa de 10 peças de 100 lúmens cada. Isso é simples? Infelizmente não. Chegamos a um termo como LUX.

Suíte

Luxo é a razão entre o número de lúmens e a área iluminada. 1 lux é 1 lúmen por metro quadrado. Digamos que temos uma superfície quadrada com uma área de um metro. Tudo é iluminado uniformemente por uma lâmpada localizada a uma certa distância, de cima. Para esta lâmpada, o fabricante declarou uma iluminação de 100 lux. Pegamos um dispositivo que mede o poder da luz e mede-o em qualquer lugar da nossa praça; devemos obter 100 lúmens. Nesse caso, o fabricante não nos enganou.

Leia também sobre este tópico:Exemplos de uso de LED