Сверхяркие светодиоды как источники света
Кияновский А.М. к.х.н., доцент
Пепель А.В., Цуркан Н.. ст. I к ПЦБ
Значительная часть электроэнергии, вырабатываемой в мире, расходуется на нужды освещения. Однако в широко используемых лампах накаливания только 3-5 % потребляемой электроэнергии превращается в световую.
В люминесцентных лампах коэффициент светоотдачи достигает 20%, однако велики и недостатки – громоздкость конструкции, необходима пускорегулирующая аппаратура. Кроме того, в таких лампах используют пары ртути, что делает лампы экологически опасными.
В начале 90-х годов ХХ столетия японская фирма Nichia наладила выпуск светодиодов синего и белого свечения (ранее не существовавших), причем яркость превосходила яркость известных типов в десятки раз..
Собственно светодиод представляет собой полупроводниковый p-n переход, который преобразует энергию электрического тока непосредственно в световое излучение с длиной волны, зависящей исключительно от ширины запрещенной зоны перехода, где происходит рекомбинация электронов и дырок. Другими словами, длина волны определяется материалом полупроводника и составом легирующих примесей.
Большинство «белых» светодиодов испускают синий свет, падающий на слой люминофора, излучающего в желтой и красной части видимого света. Подбором люминофора добиваются того, что человеческий глаз комбинацию этих излучений ощущает как белый свет.
Отметим, что спектр излучения в какой-то степени близок к спектру излучения Солнца, хотя максимум излучения сдвинут в сторону коротких длин волн, так что интенсивность синего цвета несколько больше желтого и красного.
Светодиод – весьма экономичный источник света, коэффициент использования электроэнергии больше, чем у люминесцентных ламп. Кроме того, у светодиодов есть и другие превосходные качества – малые габариты, большая механическая прочность, гарантированный срок работы не меньше 100000 часов, (у ламп накаливания – 2000 часов при «мягких» условиях эксплуатации), низкое безопасное напряжение питания.
Надо думать, что в недалеком будущем лампы накаливания будут заменены светодиодами, а затраты электроэнергии на освещение будут ничтожными.
В справочниках обычно указаны лишь типовые значения напряжения, подводимого к светодиоду, но сведения о диодах, имеющихся в продаже (как правило, производства Китая) отсутствуют. Поэтому интересно выяснить, как зависит энергия излучения от тока через диод, снять одновременно вольтамперную характеристику светодиода и определить наиболее оптимальный режим его работы.
Для этого собрана установка, показанная на рис. 1.
Удобно, наряду с напряжением, и ток через диод измерять вольтметрами, определяя падение напряжения на эталонном сопротивлении Rэт = 10,0 Ом. Световой поток измеряется промышленным люксметром Ю-17.
На рис. 2 показаны результаты испытаний одного светодиода. Очевидно, что рабочее напряжение для данного светодиода не должно превосходить 3,35 В, а ток - 30 мА. При больших напряжениях наблюдается линейная зависимость тока от напряжения, явно нарушаются закономерности прохождения тока через диод в прямом направлении.
Небольшой объем статьи не позволяет привести данные, полученные при сравнительных испытаниях светодиода и лампы накаливания.
Понравилось? Поделитесь материалом
