Измерение угла свечения светодиода. Светодиодный свет для чайников

Измерение угла свечения светодиода. Светодиодный свет для чайников

я не очень люблю формулы. как и любой нормальный человек :) они вызывают у меня головную боль и желание кинуть что-нибудь в стену. всю жизнь я старался держаться от них подальше. и ведь получалось. но вот я заинтересовался светодиодами и понял - никуда не денешься. чтобы получить нужный результат - нужно понимать - как это работает. потихоньку, по шажку, начал я продираться сквозь дебри люмен, кандел, стерадиан. постепенно в голове начала формироваться какая-то картинка. а заодно сожаление - ну почему некому это было объяснить простым доступным языком ? столько времени впустую… попробую уберечь вас от головной боли и максимально доступно объяснить - что такое светодиод и как он работает. ну и заодно пару законов оптики растолкую :)

Статья посвящена тем, кто путается в ваттах-канделах-люменах-люксах. Да и вообще в светодиодах. Написано продвинутым чайником для чайников начинающих :)

Обычный светодиод - с чем его едят

Первым полупроводником в истории был Иван Сусанин.

Как ни верти, а придется вначале коснуться законов обычного электричества. В наглядных примерах, конечно :) Все мы знаем - что такое 220 вольт - это то, что может как следует стукнуть, если не соблюдать меры предосторожности. Когда вы покупаете электроприбор, например, утюг - в паспорте написано, на какое напряжение он рассчитан. Обычно это 220 вольт. Но в этом же паспорте еще указаны такие параметры - переменное напряжение с частотой 50 герц. Зачем-то же производители упорно указывают эти параметры для вас ? Возьмите в руки любой технический паспорт на электроприбор и посмотрите - там указано, что напряжение питания должно быть - ~ 220 вольт, 50 Гц. Давайте разберемся - что это такое. Значок "~" означает, что напряжение должно быть переменным. В автомобильной бортовой сети, например, напряжение постоянное. И у пальчиковой батарейки оно постоянное. Разница простая - у постоянного напряжения есть плюс и минус - у переменного нет. А почему нет ? Все очень просто. В сети с переменным напряжением плюс и минус постоянно меняются местами. Один и тот же контакт - то плюс, то минус. Как часто ? А вот для этого и существует еще одно значение - 50 Гц. Что такое Гц ? Это одно колебание в секунду. То есть в нашей домашней сети плюс меняется с минусом пятьдесят раз в секунду. А теперь - какая практическая польза от этих знаний, какое это имеет оношение к светодиоду? Давайте разбираться. Предположим, у вас в руках лампочка на 220 вольт 100 ватт. Если вы ее включите в электрическую сеть - она засветится на все свои сто ватт. А если нам не нужны эти 100 ватт ? А нужно, скажем, 50 Вт ? В этом нам поможет ДИОД.

Сила света. Что такое сила света

Для человека, не знакомого с основными физическими величинами, характеризующими распространение фотонов – источников света в окружающей среде, сила света определяется яркостью свечения электрической лампочки. Чем ярче она светит, тем сильнее сила света – широко распространенное мнение.

На самом деле сила света – это не так. Сила света – величина производная. Она рассчитывается по формуле, в которой определяющими являются световой поток (обозначается знаком Ф) и телесный угол (обозначается знаком ω).

Чтобы было понятнее, что сила света не зависит напрямую от мощности лампочки, приведем пример: все знакомы с устройством карманного фонарика или прожектора. В них используются лампы, помещенные в зеркальные конденсоры. Мощность лампочки фонарика обычно небольшая, редко превышающая 35 Вт (галогеновые). Если такую лампочку использовать без конденсора в темном помещении, то сила света, испускаемая ей равномерно во всех направлениях, будет небольшой. В помещении будет сумеречно и некомфортно. Чтобы усилить силу света используют параболический зеркальный конденсор, который направляет световые лучи в нужном направлении, одновременно ограничивая его распространение во все стороны.

Сила света в луче фонарика (прожектора) будет тем больше, чем уже будет телесный угол. Это явление конденсации светового потока на узком участке позволяет экономить электрическую энергию и использовать для получения требуемой освещенности  маломощные источники света.

Сила света не указывается на упаковке лампочек, поскольку зависит от устройства осветительного прибора (люстры, плафона, бра). При одинаковой мощности двух лампочек, находящихся в одном помещении, сила света, исходящего от лампы, помещенной в параболический плафон, будет больше, чем у свободно висящей.

Для тех, кто не знает или забыл, напомним, чем измеряется свет. Единицей измерения служит кандела (кд.). В переводе с латинского — свеча. Она соответствует световому потоку в 1 лм (люмен) приходящемуся на освещаемую поверхность в 1 ср. (стерадиан).

Вах светодиода. Производные величины

• Прямая вольт-амперная характеристика I_f ( U_f ) (рис. 2а).

  

  Рис. 2. ВАХ светодиодов:
  а) прямые;
  б) обратные.
  На сносках показаны примеры ВАХ для различных материалов излучающих кристаллов

  Показывает динамику изменения прямого тока при изменении приложенного напряжения в прямом смещении светодиода. Применяется для расчета динамических характеристик устройств управления и питания светодиодов, а в совокупности с  P ( T_a ) или P ( I_f ) (подробно эти параметры описаны в разделе «Группа фотометрических и энергетических характеристик излучения. Производные величины » )  — для расчетов светотехнических характеристик при изменении указанных электрических параметров. Крутизна ВАХ характеризует динамические характеристики светодиода.

• Обратная вольт-амперная характеристика I_r ( U_r ) (рис. 2б).

  Показывает изменение обратного тока в зависимости от приложенного обратного напряжения. Как и параметр I_r (обратный ток), может косвенно определять качественные показатели структуры и светодиода.

• Динамическое сопротивление R_dyn (рис. 3).

  

  Рис. 3. Потребляемая электрическая мощность Pdis и динамическое сопротивление Rdyn. На сноске сверху показана исходная прямая ВАХ

  Показывает отношение приращения прямого тока к приращению изменения прямого напряжения. Используется при расчетах нагрузочных характеристик буферных каскадов, ключевые элементы которых управляют режимом работы светодиода.

• Потребляемая электрическая мощность P_dis (рис. 3).

  Показывает потребляемую электрическую мощность при заданном прямом токе (заданной плотности тока) через светодиод ( p-n -переход). Применяется для расчетов источников питания для светодиодов или устройств на их основе, расчетов КПД, эффективности излучения и др.

• Температурная зависимость прямого тока I_f ( T_a ) (рис. 4).

  

  Рис. 4. Семейство ВАХ светодиодов при разных температурах. На сноске сверху — экспоненциальный участок при малых токах

  Зависимость значения прямого тока от температуры окружающей среды при неизменном прямом напряжении .

• Температурная зависимость прямого напряжения U_f ( T_a ) (рис. 4).

  Зависимость значения прямого напряжения от температуры при неизменном прямом токе .

• Зависимость прямого напряжения от времени наработки U_f ( t ) (рис. 5).

  

  Рис. 5. Зависимость прямого напряжения от времени наработки

  Применяется для коррекции электрических режимов светодиода или оконечных устройств управления им со временем наработки.

• Вольт-фарадная характеристика С_f ( U_f ) (рис. 6).

  

  Рис. 6. Пример вольт-фарадной характеристики

  Зависимость емкости структуры излучающего кристалла, обусловленной наличием объемного заряда в приповерхностной области полупроводника, от приложенного к ней напряжения. Используется для определения качества гетероструктуры.

Мкд в люмены. Световой поток светодиода

• Необходимо ввести параметры в миллилюменах ( мЛм ) или миликанделах ( мКд ).
• Необходимо указать угол половинной яркости у светодиода ( как правило прописан в характеристиках ).

Люмен ( лм ) — это единица измерения светового потока в Системе Измерения ( СИ ). Она показывает сколько света может испускать лампа во всех направлениях.
Кандела ( кд ) — это единица измерения силы света в Системе Измерения ( СИ ). Указывает сколько света может испускать света лампа в одном направлении.

Формула с помощью которой производится перевод люмен в канделы:
Fv= i *2П(1-cos(а))
Составные части формулы:
Fv - световой поток
iv - сила света
а - угол половинной яркости

Современный рынок представляет огромное количество видов освещения, поэтому одной из основных задач является ответственный подход к размещению освещения в вашем помещении. При грамотном подборе света с необходимой мощность, вы, гарантируете себе адекватную и приятную атмосферу вашего помещения, а так же увеличить продуктивность работы в офисах и на предприятиях.
При выборе света, как правило, используются обыкновенные лампы накаливания, которые при грамотном подборе и в нужном количестве обеспечивают хорошую освещенность, да и сделать это довольно легко. Но есть и более продвинутые и современные виды освещения которые требуют грамотного расчета. Речь пойдет о светодиодном освещении, благодаря калькулятору подсчет не потребует дополнительных знаний и навыков.