Les LED remplacent rapidement les ampoules à incandescence de presque tous les domaines où leurs positions semblaient inébranlables. Les avantages concurrentiels des éléments semi-conducteurs se sont révélés convaincants : faible coût, longue durée de vie et, surtout, efficacité accrue. Si pour les lampes il ne dépassait pas 5%, alors certains fabricants de LED déclarent la transformation en lumière d'au moins 60% de l'électricité consommée. La véracité de ces déclarations reste sur la conscience des spécialistes du marketing, mais le développement rapide des propriétés de consommation des éléments semi-conducteurs ne fait aucun doute.
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Qu'est-ce qu'une LED et comment ça marche
La diode électroluminescente (LED, LED) est un classique diode à semi-conducteur, réalisé à base de cristaux :
- arséniure de gallium, phosphure d'indium ou séléniure de zinc - pour les émetteurs de la gamme optique ;
- nitrure de gallium - pour les appareils de la section ultraviolette;
- sulfure de plomb - pour les éléments émettant dans l'infrarouge.
Le choix de ces matériaux est dû au fait que la jonction p-n des diodes fabriquées à partir de ceux-ci émet de la lumière lorsqu'une tension directe est appliquée. Pour les diodes ordinaires au silicium ou au germanium, cette propriété est très faiblement exprimée - il n'y a pratiquement pas de lueur.
L'émission de la LED n'est pas liée au degré d'échauffement de l'élément semi-conducteur, elle est provoquée par le passage des électrons d'un niveau d'énergie à un autre lors de la recombinaison des porteurs de charge (électrons et trous). La lumière émise en conséquence est monochromatique.
Une caractéristique d'un tel rayonnement est un spectre très étroit et il est difficile de sélectionner la couleur souhaitée avec des filtres de lumière. Et certaines couleurs du glow (blanc, bleu) avec ce principe de fabrication sont inatteignables. Par conséquent, à l'heure actuelle, une technologie est largement répandue dans laquelle la surface extérieure de la LED est recouverte d'un luminophore et sa lueur est initiée par un rayonnement de jonction p-n (qui peut être visible ou se situer dans la gamme UV).
Dispositif à DEL
La LED était à l'origine disposée de la même manière qu'une diode conventionnelle - une jonction p-n et deux sorties. Seul boîtier en composé transparent ou en métal avec une fenêtre transparente pour observer la lueur. Mais ils ont appris à intégrer des éléments supplémentaires dans la coque de l'appareil. Par exemple, résistances - pour allumer la LED dans le circuit de la tension requise (12 V, 220 V) sans tuyauterie externe. Ou un générateur avec un diviseur pour créer des éléments émettant de la lumière clignotante. De plus, le boîtier a commencé à être recouvert d'un luminophore, qui brille lorsque la jonction p-n est allumée - c'est ainsi qu'il a été possible d'étendre les capacités de la LED.
La tendance à la transition vers des éléments radio sans plomb n'a pas contourné les LED. Les dispositifs SMD conquièrent rapidement le marché de l'éclairage, avec des avantages en matière de technologie de production. De tels éléments n'ont pas de conclusions. La jonction P-n est montée sur une base en céramique, remplie d'un composé et recouverte d'un luminophore. La tension est appliquée via des plots de contact.
Actuellement, les appareils d'éclairage ont commencé à être équipés de LED fabriquées à l'aide de la technologie COB. Son essence est que plusieurs (de 2-3 à des centaines) jonctions p-n sont montées sur une plaque, connectées dans une matrice. D'en haut, tout est placé dans un seul boîtier (ou un module SMD est formé) et recouvert d'un luminophore. Cette technologie a de grandes perspectives, mais il est peu probable qu'elle remplace complètement les autres versions de SD.
Quels types de LED existent et où sont-elles utilisées
Les LED de la gamme optique sont utilisées comme éléments d'affichage et comme dispositifs d'éclairage. Chaque spécialisation a ses propres exigences.
Voyants LED
La tâche du voyant LED est de montrer l'état de l'appareil (alimentation, alarme, fonctionnement du capteur, etc.). Dans ce domaine, les LED à lueur de jonction p-n sont largement utilisées. Il n'est pas interdit d'utiliser des appareils avec un luminophore, mais cela n'a pas beaucoup d'intérêt.Ici, la luminosité de la lueur n'est pas en premier lieu. La priorité est au contraste et au grand angle de vision. Les LED de sortie (vrai trou) sont utilisées sur les tableaux de bord, les LED de sortie et SMD sont utilisées sur les cartes.
LED d'éclairage
Pour l'éclairage, au contraire, les éléments avec un luminophore sont principalement utilisés. Cela vous permet d'obtenir un flux lumineux suffisant et des couleurs proches du naturel. Les LED de sortie de cette zone sont pratiquement évincées par les éléments SMD. Les LED COB sont largement utilisées.
Dans une catégorie à part, on peut distinguer les appareils destinés à transmettre des signaux dans le domaine optique ou infrarouge. Par exemple, pour les télécommandes d'appareils électroménagers ou pour les dispositifs de sécurité. Et des éléments de la gamme UV peuvent être utilisés pour des sources ultraviolettes compactes (détecteurs de monnaies, de matériaux biologiques, etc.).
Principales caractéristiques des LED
Comme toute diode, la LED a des caractéristiques générales de "diode". Paramètres de limite dont le dépassement entraîne la défaillance de l'appareil :
- courant direct maximal admissible ;
- tension directe maximale admissible ;
- tension inverse maximale admissible.
Les caractéristiques restantes sont d'un caractère "LED" spécifique.
Couleur éclatante
Couleur de lueur - ce paramètre caractérise les LED de la gamme optique. Dans les luminaires, dans la plupart des cas, blanc avec différents température de la lumière. Les indicateurs peuvent avoir n'importe laquelle des couleurs visibles.
Longueur d'onde
Ce paramètre duplique dans une certaine mesure le précédent, mais avec deux mises en garde :
- les appareils dans les gammes IR et UV n'ont pas de couleur visible, donc pour eux cette caractéristique est la seule qui caractérise le spectre de rayonnement;
- ce paramètre est plus applicable pour les LED à émission directe - les éléments avec un luminophore émettent dans une large bande, de sorte que leur longueur d'onde ne peut pas être caractérisée sans ambiguïté (quelle longueur d'onde une couleur blanche peut-elle avoir ?).
Par conséquent, la longueur d'onde de l'onde émise est un chiffre assez informatif.
Consommation de courant
Le courant consommé est le courant de fonctionnement auquel la luminosité du rayonnement est optimale. S'il est légèrement dépassé, l'appareil ne tombera pas rapidement en panne - et c'est sa différence par rapport au maximum autorisé. Le réduire est également indésirable - l'intensité du rayonnement chutera.
Du pouvoir
Consommation d'énergie - tout est simple ici. En courant continu, c'est simplement le produit du courant consommé et de la tension appliquée. Les fabricants de technologie d'éclairage introduisent la confusion dans ce concept en indiquant la puissance équivalente sur l'emballage en grand nombre - la puissance d'une lampe à incandescence dont le flux lumineux est égal au flux d'une lampe donnée.
Angle solide visible
L'angle solide apparent est le plus facilement représenté par un cône émanant du centre de la source lumineuse. Ce paramètre est égal à l'angle d'ouverture de ce cône. Pour les voyants LED, il détermine comment l'alarme sera vue de l'extérieur. Pour les éléments d'éclairage, le flux lumineux en dépend.
Intensité lumineuse maximale
L'intensité lumineuse maximale dans les caractéristiques techniques de l'appareil est indiquée en candelas. Mais en pratique, il s'est avéré plus pratique de fonctionner avec le concept de flux lumineux. Le flux lumineux (en lumens) est égal au produit de l'intensité lumineuse (en candela) et de l'angle solide apparent.Deux LED avec la même intensité lumineuse donnent un éclairage différent à des angles différents. Plus l'angle est grand, plus le flux lumineux est important. Il est donc plus pratique pour le calcul des systèmes d'éclairage.
Chute de tension
La chute de tension directe est la tension qui chute aux bornes de la LED lorsqu'elle est allumée. Le connaissant, on peut calculer la tension nécessaire, par exemple, pour ouvrir une chaîne série d'éléments émetteurs de lumière.
Comment savoir pour quelle tension une LED est conçue
Le moyen le plus simple de connaître la tension nominale d'une LED est de consulter la littérature de référence. Mais si vous rencontrez un appareil d'origine inconnue sans marquage, vous pouvez le connecter à une source d'alimentation réglable et augmenter en douceur la tension à partir de zéro. À une certaine tension, la LED clignote fortement. C'est la tension de fonctionnement de l'élément. Il y a quelques points à garder à l'esprit lors de cette vérification :
- l'appareil testé peut être doté d'une résistance intégrée et est conçu pour une tension suffisamment élevée (jusqu'à 220 V) - toutes les sources d'alimentation n'ont pas une telle plage de réglage;
- Le rayonnement LED peut se situer en dehors de la partie visible du spectre (UV ou IR) - alors le moment de l'allumage ne peut pas être déterminé visuellement (bien que la lueur d'un appareil IR puisse dans certains cas être vue à travers une caméra de smartphone) ;
- il est nécessaire de connecter l'élément à une source de tension constante en respectant strictement la polarité, sinon il est facile de désactiver la LED avec une tension inverse qui dépasse les capacités de l'appareil.
S'il n'y a aucune confiance dans la connaissance du brochage de l'élément, il est préférable d'augmenter la tension à 3 ... 3,5 V, si la LED ne s'allume pas, coupez la tension, changez la connexion des pôles de la source et répétez la procédure.
Comment déterminer la polarité d'une LED
Il existe plusieurs méthodes pour déterminer la polarité des fils.
- Pour les éléments sans plomb (y compris COB), la polarité de la tension d'alimentation est indiquée directement sur le boîtier - par des symboles ou des marées sur la coque.
- Étant donné que la LED a une jonction p-n régulière, elle peut être appelée avec un multimètre en mode test de diode. Certains testeurs ont une tension de mesure suffisante pour allumer la LED. Ensuite, l'exactitude de la connexion peut être contrôlée visuellement par la lueur de l'élément.
- Certains appareils fabriqués par CCCP dans un boîtier métallique avaient une clé (saillie) dans la zone cathodique.
- Pour les éléments de sortie, la sortie cathodique est plus longue. Sur cette base, il est possible de déterminer le brochage uniquement pour les éléments non soudés. Les câbles LED utilisés sont raccourcis et pliés pour un montage quelconque.
- Enfin, découvrez l'emplacement anode et cathode peut-être la même méthode que pour déterminer la tension de la LED. La lueur ne sera possible que lorsque l'élément sera allumé correctement - la cathode au moins de la source, l'anode au plus.
Le développement technologique ne s'arrête pas. Jusqu'à il y a quelques décennies, la LED était un jouet coûteux pour les expériences de laboratoire. Maintenant, il est difficile d'imaginer la vie sans lui. Que se passera-t-il ensuite - le temps nous le dira.
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