Les LED et leurs applications. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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LED, ou diodes électroluminescentes (LED, dans la version anglaise LED - diode électroluminescente) - un dispositif semi-conducteur qui émet une lumière incohérente lorsqu'un courant électrique le traverse. Le travail s'appuie sur le phénomène physique d'apparition d'un rayonnement lumineux lorsqu'un courant électrique traverse une jonction pn. La couleur de la lueur (la longueur d'onde maximale du spectre d'émission) est déterminée par le type de matériaux semi-conducteurs utilisés pour former la jonction pn.

Valeur

1. Les LED n'ont pas d'ampoules et de filaments en verre, ce qui garantit une résistance mécanique et une fiabilité élevées (résistance aux chocs et aux vibrations)
2. L'absence de chauffage et de hautes tensions garantit un haut niveau de sécurité électrique et incendie
3. L'absence d'inertie rend les LED indispensables lorsqu'une vitesse élevée est requise
4. Miniatures
5. Longue durée de vie (durabilité)
6. Haute efficacité,
7. Tensions d'alimentation et consommation de courant relativement faibles, faible consommation d'énergie
8. Un grand nombre de couleurs différentes de la lueur, la directivité du rayonnement
9. Intensité réglable

Limites

1. coût relativement élevé. Le rapport argent/lumen pour une lampe à incandescence conventionnelle par rapport aux LED est d'environ 100 fois
2. petit flux lumineux d'un élément
3. dégradation des paramètres LED dans le temps
4. exigences accrues pour la source d'alimentation

Apparence et paramètres principaux

Les LED ont plusieurs paramètres de base.

1. Type de cas
2. Courant typique (de travail)
3. Chute de tension (de travail)
4. Couleur de luminescence (longueur d'onde, nm)
5. Angle de faisceau

Fondamentalement, le type de boîtier fait référence au diamètre et à la couleur de l'ampoule (lentille). Comme vous le savez, une LED est un dispositif semi-conducteur qui doit être alimenté en courant. Ainsi, le courant qui doit être utilisé pour alimenter une LED particulière est appelé typique. Dans le même temps, une certaine tension chute aux bornes de la LED. La couleur du rayonnement est déterminée à la fois par les matériaux semi-conducteurs utilisés et par les impuretés dopantes. Les éléments les plus importants utilisés dans les LED sont : l'aluminium (Al), le gallium (Ga), l'indium (In), le phosphore (P), provoquant une lueur allant du rouge au jaune. L'indium (In), le gallium (Ga), l'azote (N) sont utilisés pour produire une luminescence bleue et verte. De plus, si un phosphore est ajouté au cristal qui provoque la lueur bleue (bleue), nous obtenons une LED blanche. L'angle de rayonnement est également déterminé par les caractéristiques de fabrication des matériaux, ainsi que par l'ampoule (lentille) de la LED.

Actuellement, les LED ont trouvé des applications dans une grande variété de domaines : éclairage LED, éclairage automobile, panneaux publicitaires, panneaux et indicateurs LED, téléscripteurs et feux de signalisation, etc.

Schéma de commutation et calcul des paramètres nécessaires :

Étant donné que la LED est un dispositif à semi-conducteur, la polarité doit être respectée lorsqu'elle est connectée au circuit. La LED a deux sorties, dont l'une est la cathode ("moins") et l'autre est l'anode ("plus").

La LED sera allumée seulement lorsqu'il est directement connecté, comme indiqué sur la figure

Lorsqu'il est rallumé, la LED ne s'allume pas. De plus, la défaillance de la LED est possible à de faibles valeurs admissibles de la tension inverse.

Les dépendances entre courant et tension pour la commutation directe (courbe bleue) et inverse (courbe rouge) sont illustrées dans la figure suivante. Il n'est pas difficile de déterminer que chaque valeur de tension correspond à sa propre valeur de courant traversant la diode. Plus la tension est élevée, plus la valeur du courant est élevée (et plus la luminosité est élevée). Pour chaque LED, il existe des valeurs admissibles de tension d'alimentation Umax et Umaxrev (respectivement pour la commutation directe et inverse). Lorsque des tensions supérieures à ces valeurs sont appliquées, une panne électrique se produit, entraînant une panne de la LED. Il existe également une valeur minimale de la tension d'alimentation Umin à laquelle la LED brille. La plage de tensions d'alimentation entre Umin et Umax est appelée zone « de travail », car c'est là que la LED fonctionne.

\

1. Il y a une LED, comment la connecter correctement dans le cas le plus simple ?

Afin de connecter correctement la LED dans le cas le plus simple, vous devez la connecter via une résistance de limitation de courant.

Exemple 1

Il y a une LED avec une tension de fonctionnement de 3 volts et un courant de fonctionnement de 20 mA. Il doit être connecté à une source de 5 volts.

Calculer la résistance de la résistance de limitation de courant

R = Uquenching / ILED
Utrempe = Upower - ULED
Ualimentation = 5 V
ULED = 3 V
ILED = 20mA = 0.02A
R \u5d (3-0.02) / 100 \u0.1d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

Autrement dit, vous devez prendre une résistance avec une résistance de 100 ohms

2. Comment connecter plusieurs LED ?

Nous connectons plusieurs LED en série ou en parallèle, en calculant la résistance requise.

Exemple 1.

Il existe des LED avec une tension de fonctionnement de 3 volts et un courant de fonctionnement de 20 mA. Il faut connecter 3 LEDs à une source de 15 volts.

On fait le calcul : 3 LED à 3 volts = 9 volts, soit une source de 15 volts suffit pour allumer les LED en série

Le calcul est similaire à l'exemple précédent.

R = Uquenching / ILED
Utrempe = Upuissance - N * ULED
Ualimentation = 15 V
ULED = 3 V
ILED = 20mA = 0.02A
R \u15d (3-3 * 0.02) / 300 \u0.3d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

Exemple 2

Soit des LED avec une tension de fonctionnement de 3 volts et un courant de fonctionnement de 20 mA. Il faut brancher 4 leds sur une source de 7 volts

Nous faisons le calcul: 4 LED pour 3 volts \u12d 2 volts, ce qui signifie que nous n'avons pas assez de tension pour connecter les LED en série, nous allons donc les connecter en série-parallèle. Divisons-les en deux groupes de XNUMX LED. Nous devons maintenant calculer les résistances de limitation de courant. Comme dans les paragraphes précédents, nous calculons les résistances de limitation de courant pour chaque branche.

R = Uquenching / ILED
Utrempe = Upuissance - N * ULED
Ualimentation = 7 V
ULED = 3 V
ILED = 20mA = 0.02A
R \u7d (2-3 * 0.02) / 50 \u0.05d XNUMX Ohm \uXNUMXd XNUMX kOhm

Puisque les LED dans les branches ont les mêmes paramètres, les résistances dans les branches sont les mêmes.

Exemple 3

S'il existe des LED de marques différentes, nous les combinons de manière à ce que chaque branche ait des LED d'un seul type (ou avec le même courant de fonctionnement). Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'observer les mêmes tensions, car nous calculons notre propre résistance pour chaque branche.

Par exemple, il existe 5 LED différentes :
1ère tension rouge 3 volts 20 mA
2ème tension verte 2.5 volts 20 mA
3ème bleu tension 3 volts 50 mA
4ème tension blanche 2.7 volts 50 mA
5ème tension jaune 3.5 volts 30 mA

Puisque nous divisons les LED en groupes par courant
1) 1er et 2ème
2) 3ème et 4ème
3) 5ème

on calcule des résistances pour chaque branche

R = Uquenching / ILED
Utrempe = Upower - (ULEDY + ULEDX + ...)
Ualimentation = 7 V
ULED1 = 3V
ULED2 = 2.5V
ILED = 20mA = 0.02A
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ohm = 0.075 kOhm

même
R2 = 26 ohms
R3 = 117 ohms

De même, vous pouvez organiser n'importe quel nombre de LED

Avis important!

Lors du calcul de la résistance de limitation de courant, nous obtenons des valeurs numériques qui ne font pas partie de la série standard de résistances, nous sélectionnons donc une résistance avec une résistance légèrement supérieure à celle calculée.

3. Que se passe-t-il s'il y a une source de tension avec une tension de 3 volts (ou moins) et une LED avec une tension de fonctionnement de 3 volts ?

Il est acceptable (MAIS PAS DÉSIRÉ) d'inclure une LED dans un circuit sans résistance de limitation de courant. Les inconvénients sont évidents : la luminosité dépend de la tension d'alimentation. Il est préférable d'utiliser des convertisseurs DC-DC (convertisseurs élévateurs de tension).

4. Est-il possible de connecter plusieurs LED avec la même tension de fonctionnement de 3 volts en parallèle les unes avec les autres à une source de 3 volts (ou moins) ? C’est comme ça que ça se passe dans les lanternes « chinoises ».

Encore une fois, cela est acceptable dans la pratique des radioamateurs. Inconvénients d'une telle inclusion : étant donné que les LED ont une certaine répartition des paramètres, l'image suivante sera observée : certaines brilleront plus fort, tandis que d'autres seront plus faibles, ce qui n'est pas esthétique, comme nous le voyons dans les lampes de poche ci-dessus. Il est préférable d'utiliser des convertisseurs DC-DC (convertisseurs élévateurs de tension).

Avis important!

Les circuits présentés ci-dessus ne diffèrent pas par la grande précision des paramètres calculés, cela est dû au fait que lorsque le courant traverse la LED, de la chaleur y est générée, ce qui entraîne un échauffement de la jonction pn, la présence de courant- limiter la résistance réduit cet effet, mais l'équilibre est établi à un courant légèrement augmenté à travers la LED . Par conséquent, il est conseillé d'utiliser des stabilisateurs de courant plutôt que des stabilisateurs de tension pour assurer la stabilité. Lorsque vous utilisez des stabilisateurs de courant, vous ne pouvez connecter un branche de LED.

Auteur : Sivent ; Publication : cxem.net

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