Tutto quello che devi sapere sui LED: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Un diodo ad emissione luminosa è un dispositivo elettronico che emette luce quando viene attraversato da corrente. I LED sono componenti elettronici piccoli, estremamente efficienti, luminosi ed economici. Le persone pensano che i LED siano solo comuni componenti che emettono luce e tendono a trascurare i fatti e le caratteristiche interessanti dei LED. In questo tutorial ti insegnerò "Tutto ciò che devi sapere sui LED" che include il loro funzionamento, corrente e potenza nominale, build, tipi, calcolatore di resistori per LED, usi, test e un semplice circuito LED.

Ecco un collegamento all'app Android gratuita 'LED Resistor Calculator': LED Resistor Calculator. Questa app ti aiuta a calcolare il valore del resistore appropriato richiesto per un LED.

Storia del LED

Il capitano Henry Joseph Round è stato uno dei primi pionieri della radio e ha ricevuto 117 brevetti. Fu il primo a riportare l'osservazione dell'elettroluminescenza da un diodo, portando alla scoperta del diodo emettitore di luce. Vladimirovich Losev ha osservato l'emissione di luce dalle giunzioni di contatto del punto di carborundum. Nel corso del suo lavoro di tecnico radio, notò che i diodi a cristallo utilizzati nei ricevitori radio emettevano luce quando passava la corrente attraverso di essi. Nel 1927, Losev pubblicò dettagli in una rivista russa sul suo lavoro sui diodi emettitori di luce. Un paio di anni dopo Nick Holonyak, Jr. ha inventato il primo LED a spettro visibile (rosso) nel 1962 mentre lavorava come consulente scientifico in un laboratorio della General Electric Company a Syracuse, New York.

Elenco delle parti:

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• LED IR - AliExpress

Fase 1: Composizione e lavorazione

IMMAGINE:

1. Dremeling un LED.
2. Vista dall'alto degli Electode del LED. (catodo più grande, anodo più piccolo).
3. Primo piano di anodo e catodo di LED. (LED tagliato a metà).
4. Anodo e catodo del LED rimossi dal guscio di plastica.

Composizione

I LED più comuni sono costituiti da gallio (Ga), arsenico (As) e fosforo (P). I LED moderni non sono solo tipi GaAsP: abbondano anche altre miscele di semiconduttori! Questi semiconduttori sono utilizzati anche in vari altri componenti elettronici.

Lavorando

Un LED è un diodo a giunzione P-N che emette luce. Quando un LED è in polarizzazione diretta emette luce invece del calore generato da un normale diodo. Quando la giunzione P-N è in polarizzazione diretta, nel caso di un LED alcune lacune si combinano con gli elettroni della regione N e alcuni degli elettroni della regione N si combinano con le lacune della regione P. Ogni ricombinazione irradia luce o fotoni.

I LED hanno una polarità e quindi non funzionano se sono collegati in polarizzazione inversa. Il metodo più semplice per controllare la polarità del LED comune è tenere il LED vicino all'occhio. Vedrai che ci sono due elettrodi. Quello più spesso è il Catodo(-). La luce viene emessa dal catodo. L'elettrodo più sottile è l'anodo (+). [Sebbene questo metodo di controllo della polarità non funzioni per alcuni LED come i LED ad alta efficienza, ecc. dove è vero il contrario]. Generalmente i LED sono fabbricati in modo che la lunghezza dei cavi del catodo e dell'anodo differisca. A causa di ciò, i LED sono fabbricati con il cavo Anodo(+) più lungo del cavo Catodo(-). Ciò semplifica anche la determinazione della polarità. Nota: alcuni produttori mantengono entrambi i cavi degli elettrodi della stessa lunghezza. Per testare la polarità sarà necessario utilizzare un multimetro.

Passaggio 2: valori nominali di corrente e potenza, legge di Haitz

IMMAGINE: Simbolo LED

I LED IR comuni possono funzionare fino a ~ 1,5 V, ma i LED rossi comuni richiedono ~ 1,8 V, i LED verdi comuni richiedono ~ 2 V e i LED blu e bianchi comuni (che ovviamente sono blu con un rivestimento di fosforo) richiedono un buon 3 V.

I LED non hanno una "valutazione di tensione"; sono guidati dalla corrente. La luminosità è approssimativamente proporzionale alla corrente e non direttamente proporzionale alla tensione. A qualsiasi corrente particolare, avranno una tensione diretta, ma questa è secondaria alla corrente, che è il fattore principale che deve essere controllato.

Valutazioni attuali

Anche i valori di corrente dei LED sono simili. I valori di tensione. I LED hanno generalmente una corrente nominale standard. La maggior parte dei LED richiede circa 5-25 mA. La corrente richiesta da un LED a volte dipende dal Colore del LED. Se fornisci corrente in eccesso, il LED si brucerà e si danneggerà. D'altra parte, se fornisci una corrente molto bassa, il LED non produrrà la sua potenza massima. I moderni LED rossi/verdi ultraluminosi possono fornire un output accettabile (per l'uso dello stato, ecc.) con un minimo di 1 mA

Valutazioni di potenza

Un LED può avere varie potenze nominali a seconda del tipo, della struttura e della corrente nominale, ecc. I LED sono disponibili anche in pacchetti "LED ad alta potenza". I LED sono meno inefficaci delle lampadine convenzionali come CFL e lampadine a incandescenza.

Legge di Haitz

Essa afferma che ogni decennio, il costo per lumen (unità di luce utile emessa) diminuisce di un fattore 10 e la quantità di luce generata per pacchetto LED aumenta di un fattore 20, per una data lunghezza d'onda (colore) della luce. È considerato la controparte LED della legge di Moore, che afferma che il numero di transistor in un dato circuito integrato raddoppia ogni 18-24 mesi. Entrambe le leggi si basano sull'ottimizzazione del processo di produzione di dispositivi a semiconduttore.

Passaggio 3: costruire

IMMAGINE:

1. LED di base.
2. LED a cupola.
3. LED SMD (grande).
4. LED SMD (piccolo).
5. Display LED utilizzato nel display a 7 segmenti.

I LED sono prodotti in una varietà di forme e dimensioni. Il colore della lente di plastica è spesso lo stesso del colore effettivo della luce emessa, ma non sempre. Ad esempio, la plastica viola viene spesso utilizzata per i LED a infrarossi e la maggior parte dei dispositivi blu ha alloggiamenti incolori. I moderni LED ad alta potenza, come quelli utilizzati per l'illuminazione e la retroilluminazione, si trovano generalmente in contenitori per dispositivi a montaggio superficiale (SMD). Alcuni LED hanno lenti in plastica diffusa.

LED di base

Il LED di base è uno dei LED più utilizzati. A causa anche della sua popolarità, il suo prodotto è relativamente più economico rispetto ad altri LED. Sembra molto semplice e il design è molto semplice.

LED a cupola

Questo è un tipo di LED che ha la forma di una "cupola". Questa forma è progettata anche per aumentare l'area a cui viene trasmessa la luce. In altre parole l'angolo di emissione (circonferenza) della luce dal LED è maggiore del LED di base. Questo è generalmente controllato da quanto lontano posizionano l'emettitore di luce dalla cupola. I fogli delle specifiche ti danno quasi sempre un "angolo di metà potenza" (l'angolo fuori asse in cui vedi solo metà della luminosità). Se vuoi un angolo di emissione molto più ampio puoi tagliare la cupola con uno strumento Dremel. Se ti interessa, puoi limare o lucidare la fine, ma non è necessario. Più ti avvicini al dispositivo di emissione, più ampio sarà l'angolo che otterrai. Ma fai attenzione a non tagliare troppo vicino perché c'è un minuscolo filo che di solito non può essere visto a occhio nudo. Anche se questo tipo di LED è leggermente più costoso di un led di base.

LED SMD

Questo tipo di LED è generalmente di dimensioni molto ridotte. SMD significa dispositivo a montaggio superficiale. E come suggerisce il nome, questo LED è saldato sulla superficie del PCB a differenza dei componenti convenzionali "through-hole". Questi LED sono generalmente saldati da macchine (robot di saldatura precisi) e sono estremamente difficili da saldare a mano (sebbene non sia impossibile saldare a mano i LED SMD). Per saldare a mano i LED SMD hai solo bisogno di un saldatore a punta fine, della saldatura sottile, una luce brillante e possibilmente una lente d'ingrandimento e alcune abilità di saldatura buone e precise.

LED di visualizzazione

Questo tipo di LED viene utilizzato principalmente nei display in quanto la sua forma è piatta.

Passaggio 4: tipi

IMMAGINE:

1. LED a cupola.
2. LED IR.
3. LED display a 7 segmenti
4. LED tricolore (LED che cambia colore).

LED a colori

I LED colorati e bianchi sono utilizzati principalmente in indicatori, lampade, apparecchi di illuminazione, ecc. Sono uno dei LED più comunemente usati

LED che cambia colore (LED tri/bicolore)

In questo tipo di LED, il colore emesso dal LED cambia entro un determinato periodo di tempo. Un minuscolo circuito integrato (IC) è incorporato in questo LED per controllare il ritardo tra la transizione dei vari colori. I LED tri/bicolore non cambiano colore, sono in realtà due LED separati (spesso un rosso e uno verde) in un unico pacchetto. Giri l'uno o l'altro per produrre due colori ed entrambi per farne un terzo.

LED a infrarossi (IR)

Questo tipo di LED emette raggi infrarossi di luce. Questi raggi infrarossi non possono essere visti dall'occhio umano. Questo tipo di LED funziona generalmente su una frequenza di trasmissione di 38 KHz. Il progettista modula il LED in modo che il ricevitore lo distingua da altre sorgenti IR. I LED sono anche modulati a frequenze molto basse per mostrare semplicemente un LED lampeggiante e sono spesso modulati a frequenze relativamente alte con duty-cycle variabile per controllare efficacemente la loro luminosità. E poi alcuni sono modulati a frequenze molto più alte per inviare dati (come usato ad esempio nella fibra ottica). Viene utilizzato principalmente nei dispositivi di comunicazione telecomandati e di piccola portata. È possibile testare un LED IR visualizzandolo sotto una telecamera mentre viene applicata una corrente attraverso il LED. In altre parole, le telecamere possono rilevare i raggi IR emessi dal LED. Le telecamere che non hanno un filtro di blocco IR possono generalmente vedere abbastanza bene vicino agli IR (e tendono ad essere telecamere economiche e in particolare telecamere di sicurezza). Ma va detto che anche alcune fotocamere dei telefoni cellulari non vedono molto bene i LED IR a causa del loro filtro di blocco IR.

LED display a 7 segmenti

Un LED di visualizzazione a 7 segmenti è un LED composto da 7 LED di visualizzazione collegati a forma di 8. Viene utilizzato in calcolatrici, display, ecc. Un LED simile a questo viene utilizzato anche per visualizzare gli alfabeti.

LED UV

I LED UV emettono raggi di luce ultravioletti. Questi raggi hanno varie applicazioni come sterilizzazione, purificazione dell'acqua, ecc.

Passaggio 5: Calcolatore di resistori per LED

IMMAGINI:

1. Varie resistenze e un LED.
2. Logo dell'app per il calcolatore di resistenza LED.

Quindi la domanda più comune posta sui LED è il resistore appropriato da usare insieme. Il motivo per cui viene utilizzato un resistore insieme ai LED è per proteggerli dalla corrente eccessiva che può bruciare e danneggiare il LED. Ma scegliere il LED giusto non è così semplice. Come mai? Bene, se scegli una resistenza molto alta, il LED non emetterà la sua luce massima. E se hai una bassa resistenza, ci sono possibilità che il LED si danneggi.

Quindi è stata inventata una formula semplice:

Resistenza = (Tensione sorgente - Tensione LED) / (Corrente LED / 1000)

* Tieni presente che la corrente del LED è in milliampere (mA)

Per semplificare questo calcolo, puoi utilizzare questo calcolatore di resistenza LED gratuito per app Android. È un'app progettata appositamente per questo Instructable. Altre caratteristiche e più funzioni e calcolatrici relative all'elettronica verranno aggiunte a questa app. L'app è stata sviluppata da BluBot Technologies. Puoi controllare i suoi Instructables e contattarlo tramite la sua Orangeboard @Nathan Neal Dmello. Inoltre, intraprende vari altri progetti nello sviluppo di app, siti Web, programmi per computer, ecc. Puoi contattarlo tramite il suo sito Web.

Passaggio 6: usi

IMMAGINE:

1. Telecomando TV senza pulsante premuto.
2. Telecomando TV con pulsante premuto e flash LED IR rilevato.
3. Striscia di LED a cupola da una torcia di emergenza.
4. Flash LED di una fotocamera per smartphone.
5. Indicatori di alimentazione a LED di un laptop.

I LED sono usati ovunque. Dal flash del tuo telefono, al sistema musicale della tua auto, alle luci del tuo giardino, al display della tua TV. Fondamentalmente la loro natura adattiva ed efficienza ha dato loro un posto nella maggior parte dei gadget elettronici.

Alcuni degli usi più conosciuti sono:

1. Illuminazione.
2. Visualizza.
3. Indicatori.
4. Luci e oggetti decorativi.
5. Telecomando.
6. Sterilizzazione.
7. Purificazione dell'acqua.
8. Odontoiatria e altre applicazioni mediche.

Passaggio 7: test e circuito

IMMAGINE:

1. Multimetro utilizzato per testare il LED.
2. Circuito semplice tramite LED.

test

Un classico tester rapido per colore, luminosità e polarità è solo una pila a bottone al litio da 3V (es. CR2032). Naturalmente toccare solo brevemente i LED a tensione inferiore, altrimenti potrebbero surriscaldarsi!

Alcuni LED possono essere testati per verificare se funziona correttamente utilizzando un multimetro e seguendo i passaggi:

1. Imposta il quadrante del multimetro sulla funzione 'Continuità'.
2. Ora collega l'Anodo(+) del LED alla sonda ROSSO/Positivo/(+) del multimetro e collega il Catodo(-) del LED alla sonda NERO/Negativo/(-) del multimetro.
3. Se il LED funziona, il multimetro inizierà a emettere un suono 'Beep'. E un valore verrà visualizzato sullo schermo del multimetro. Inoltre, il LED dovrebbe accendersi.

*Il test di un LED utilizzando la funzione di continuità di un multimetro di solito non funziona perché la maggior parte dei multimetri applica solo una bassa tensione, inferiore a 1V, per i test di resistenza e continuità. In caso affermativo, il multimetro non emetterà un segnale acustico continuo; potrebbe emettere un breve segnale acustico. Molti multimetri hanno una funzione di test del diodo, indicata dal simbolo di un diodo, che si applica fino a 2V attraverso il diodo. Questo ti dirà in modo affidabile la polarità di molti LED ma non necessariamente i LED blu e bianchi con alte tensioni in avanti.

Puoi anche testare il LED e qualsiasi altro componente con l'aiuto di questo circuito:- Tester per componenti del sensore elettronico

Circuito

Questo è uno dei circuiti più semplici e versatili che puoi trovare che utilizza un LED al suo interno. Il motivo per cui è un ottimo circuito per iniziare è che può anche controllare il funzionamento di altri componenti elettronici o sensori elettronici. Puoi anche dare un'occhiata a un tutorial dettagliato che ti aiuterà a realizzare questo circuito: Electronic Sensor Component Tester

Secondo classificato nel Tech Contest

Secondo premio al Teach It! Concorso sponsorizzato da Dremel