ال‌ای‌دی دیودی است که هنگام عبور جریان نور می‌دهد و بی‌صدا جای بسیاری از لامپ‌های قدیمی را گرفته است. این مقاله دیود، سازوکار تولید نور، تعیین رنگ، ساخت نور سفید، محاسبهٔ مقاومت، کم‌مصرف بودن و گرم شدن، کاربردها، کم‌نور کردن و نکته‌های ایمنی کار با ال‌ای‌دی را توضیح می‌دهد.
۱. دیود چیست و چرا جریان را یک‌طرفه عبور می‌دهد؟
دیود قطعه‌ای الکترونیکی است که جریان را در یک جهت به‌راحتی عبور می‌دهد و در جهت مخالف تقریباً مسدود می‌کند. می‌توان آن را مثل دریچهٔ یک‌طرفهٔ لوله‌کشی تصور کرد که آب را فقط از یک سمت رد می‌کند. همین ویژگی ساده در مدارهای تبدیل برق، رادیو و ده‌ها وسیلهٔ دیگر کاربرد دارد.
در نماد ال‌ای‌دی، مثلث جهت جریان را نشان می‌دهد و دو پیکان نور بیرون‌آمده از آن یادآور آن است که این دیود هنگام عبور جریان نور می‌دهد. قلب دیود از دو لایهٔ نیم‌رسانا ساخته شده است. نیم‌رسانا مادهٔ خاصی مثل سیلیسیم است که نه رسانای خوب است و نه نارسانای کامل و با افزودن مقدار بسیار کمی ناخالصی می‌توان رفتارش را تنظیم کرد. در یک لایه حامل‌های بار منفی یا الکترون فراوان است و در لایهٔ دیگر جای خالی الکترون یا حفره زیاد است.
در محل تماس این دو لایه، ناحیه‌ای باریک ایجاد می‌شود که تقریباً حامل بار آزاد ندارد و مانند سدی عمل می‌کند. اگر باتری را در جهت درست وصل کنیم، این سد کوتاه می‌شود و جریان عبور می‌کند. اگر باتری برعکس وصل شود، سد پهن‌تر می‌شود و تقریباً هیچ جریانی نمی‌گذرد.
به همین دلیل در دیودها و ال‌ای‌دی‌ها جهت اتصال اهمیت دارد. سر مثبت را آند و سر منفی را کاتد می‌نامند. در بیشتر ال‌ای‌دی‌های کوچک پایهٔ بلندتر آند است و کنار کاتد، لبهٔ بدنه معمولاً صاف است. اشتباه در این جهت معمولاً فقط باعث روشن نشدن می‌شود، ولی در شرایط خاص به قطعه آسیب می‌زند.
۲. ال‌ای‌دی چطور با اتصال دو نیم‌رسانا نور می‌سازد؟
ال‌ای‌دی یک دیود ویژه است و نام آن به معنی دیود نورافشان است. وقتی جریان در جهت درست از آن می‌گذرد، الکترون‌ها از لایهٔ منفی به ناحیهٔ اتصال می‌روند و حفره‌ها از لایهٔ مثبت به همان ناحیه می‌آیند. در آنجا الکترون در یک حفره می‌افتد و به سطح انرژی پایین‌تری می‌رسد.
الکترون هنگام افتادن در حفره، انرژی اضافی خود را از دست می‌دهد. در دیودهای معمولی این انرژی بیشتر به شکل گرما آزاد می‌شود، اما در مواد ساخته‌شده برای ال‌ای‌دی، بخش بزرگی از آن به صورت یک ذرهٔ نور یا فوتون بیرون می‌آید. این رویداد را بازترکیب می‌نامند و هر ال‌ای‌دی میلیاردها بار آن را در هر ثانیه تکرار می‌کند.
نوری که از ال‌ای‌دی می‌آید مثل نور لامپ رشته‌ای از گرم شدن یک فلز به دست نمی‌آید. نور ال‌ای‌دی نتیجهٔ مستقیم حرکت بارهای الکتریکی در نیم‌رسانا است. به همین دلیل روشن شدنش بسیار سریع و بی‌تأخیر است و برای وسایلی که به روشن و خاموش شدن چابک نیاز دارند، مثل چراغ ترمز خودرو ، مناسب است.
ال‌ای‌دی‌ها را امروز با بدنه‌ای از رزین شفاف می‌پوشانند. این پوشش چیپ کوچک را از رطوبت و ضربه محافظت می‌کند و مثل یک عدسی ریز، نور را در جهت معینی متمرکز می‌کند. شکل و زاویهٔ این عدسی تعیین می‌کند که نور به صورت باریک و متمرکز بتابد یا به صورت وسیع و پراکنده.
۳. رنگ نور را چه چیزی تعیین می‌کند؟
رنگ نور ال‌ای‌دی به جنس نیم‌رسانا بستگی دارد. هر مادهٔ نیم‌رسانا شکاف انرژی معینی بین حالت پرانرژی و کم‌انرژی الکترون دارد و انرژی هر فوتون تقریباً برابر همان شکاف است. چون رنگ نور به انرژی فوتون وابسته است، مواد مختلف رنگ‌های مختلف می‌دهند.
انرژی فوتون قرمز کمتر از آبی است. به همین دلیل ال‌ای‌دی‌های قرمز و زرد را زودتر و با موادی مثل آرسنید گالیم و ترکیب‌های مشابه ساختند و ال‌ای‌دی‌های سبز و آبی با موادی از خانوادهٔ نیترید گالیم بعدها پدید آمدند. ساخت ال‌ای‌دی آبی کارآمد سال‌ها یک چالش بزرگ بود و موفقیت در آن جایزهٔ نوبل فیزیک سال ۲۰۱۴ را به همراه آورد.
«ال‌ای‌دی گرمای یک رشتهٔ سوزان را وسیله‌ای برای نور نمی‌کند؛ بیشتر انرژی را مستقیم به نور تبدیل می‌کند و به همین دلیل خنک‌تر و کم‌مصرف‌تر است.»
پس برای ساختن ال‌ای‌دی یک رنگ، رنگی را «رنگ نمی‌کنند»؛ جنس ماده را انتخاب می‌کنند. با تغییر مقدار ترکیب‌های درون ماده می‌توان شکاف انرژی را کمی جابه‌جا کرد و درجهٔ دقیق رنگ را تنظیم کرد. هر ال‌ای‌دی نور تقریباً تک‌رنگ می‌دهد و پهنای رنگ آن بسیار باریک‌تر از نور سفید است.
ال‌ای‌دی‌های فروسرخ و فرابنفش هم ساخته می‌شوند. نور فروسرخ را چشم نمی‌بیند، ولی کنترل تلویزیون با آن کار می‌کند. اگر کنترل را از طریق دوربین گوشی ببینید، ممکن است چراغ ضعیفی هنگام فشردن دکمه دیده شود. ال‌ای‌دی‌های فرابنفش هم کاربردهایی دارند، ولی نور فرابنفش برای چشم و پوست آسیب‌زاست و فقط باید با رعایت دستورهای ایمنی به‌کار برود.
دانلود پوسته وردپرس باریستا؛ قالب کافیشاپ، رُستری قهوه و فروشگاه قهوه دوزبانه با منوی رومیزی، رزرو آنلاین میز با کد پیامکی و ووکامرس. طراحی اختصاصی inzip.ir
٪۲۶
تخفیف ویژه
۱,۰۳۰,۰۰۰ تومان
۴. نور سفید چطور از یک ال‌ای‌دی آبی ساخته می‌شود؟
نور سفید ترکیبی از رنگ‌های گوناگون است، ولی هر ال‌ای‌دی تقریباً فقط یک رنگ می‌دهد. برای همین ال‌ای‌دی سفید در واقع ترکیبی است از یک ال‌ای‌دی آبی و لایه‌ای از مادهٔ فلورسان. این ماده بخشی از نور آبی را جذب می‌کند و در عوض نور زرد پخش می‌کند.
نور آبی باقی‌مانده و نور زرد تولیدشده در چشم ما با هم سفید دیده می‌شوند. اگر لایه ضخیم‌تر یا نازک‌تر باشد، یا ترکیب ماده فرق کند، سفید گرم‌تر یا سردتر می‌شود. به همین علت در لامپ‌های ال‌ای‌دی گزینه‌های نور گرم، طبیعی و سرد دیده می‌شود و این فقط به ترکیب لایهٔ فلورسان بستگی دارد.
روش دیگر ساخت نور سفید استفاده از سه ال‌ای‌دی قرمز، سبز و آبی در کنار هم است. با تنظیم شدت هر کدام می‌توان هر رنگ دلخواه را ساخت. چراغ‌های تزئینی رنگی و نورپردازی صحنه و برخی نمایشگرها همین‌طور کار می‌کنند. در لامپ‌های خانگی معمولاً روش لایهٔ فلورسان به‌خاطر سادگی و هزینه ترجیح داده می‌شود.
کیفیت نور سفید فقط به گرمی و سردی آن مربوط نیست. ال‌ای‌دی‌های ارزان ممکن است رنگ‌ها را درست نشان ندهند و میوه یا لباس زیر آن‌ها کمی تیره یا مصنوعی به نظر برسد. برای مصرف‌کننده دو چیز اهمیت دارد: دمای رنگ و شاخص نمایش رنگ. اگر به ظاهر رنگ اشیا اهمیت می‌دهید، این دو را روی بسته‌بندی بررسی کنید.
۵. مقاومت محدودکننده چرا لازم است؟
ال‌ای‌دی مثل لامپ رشته‌ای رفتار نمی‌کند. وقتی ولتاژ از حد مشخصی بالاتر می‌رود، جریان آن به‌سرعت زیاد می‌شود و اگر چیزی جلویش را نگیرد، قطعه داغ می‌شود و می‌سوزد. برای همین ال‌ای‌دی را همیشه با یک عنصر محدودکنندهٔ جریان به کار می‌برند. در مدارهای ساده این عنصر یک مقاومت است.
محاسبهٔ آن آسان است. اختلاف ولتاژ منبع و افت ولتاژ ال‌ای‌دی را بر جریان مطلوب تقسیم می‌کنیم. برای ال‌ای‌دی قرمز معمولی با منبع پنج ولتی و جریان حدود بیست میلی‌آمپر، عدد حدود صد و پنجاه اهم می‌شود. مقدارها در دفترچهٔ قطعه آمده‌اند و عددهای این مثال فقط تقریبی‌اند. برنامهٔ زیر این محاسبه را انجام می‌دهد.
supply = 5.0 # ولت: منبع تغذیه
forward = 2.0 # ولت: افت ولتاژ تقریبی ال‌ای‌دی قرمز
current = 0.020 # آمپر: جریان مطلوب
resistor = (supply - forward) / current
print(round(resistor))
# 150در عمل، مقاومتی با مقدار استاندارد نزدیک به عدد محاسبه‌شده انتخاب می‌شود و بهتر است کمی بزرگ‌تر باشد تا جریان از حد مجاز پایین‌تر بماند. مقاومت بزرگ‌تر نور را کمی کمتر می‌کند، ولی عمر قطعه را بیشتر می‌کند. مقاومت باید توان کافی هم داشته باشد، هرچند در مدارهای کوچک این موضوع معمولاً مشکلی ایجاد نمی‌کند.
لامپ‌ها و نوارهای ال‌ای‌دی آماده، این محدودکننده را درون خود دارند. لامپ‌های خانگی مدار مبدل دارند که برق شهر را به ولتاژ و جریان مناسب تبدیل می‌کند و نوارهای دوازده‌ولتی هم مقاومت‌هایی روی خود دارند. اگر بخواهید ال‌ای‌دی خالی را مستقیم به برق شهر وصل کنید، خطرناک است و هرگز چنین کاری نکنید.
۶. چرا ال‌ای‌دی کم‌مصرف است و گرم هم می‌شود؟
در لامپ رشته‌ای قدیمی، بیشتر انرژی برق به گرما تبدیل می‌شود و فقط بخش کوچکی نور می‌دهد. ال‌ای‌دی نور را مستقیم و بی‌نیاز از داغ کردن یک رشته تولید می‌کند و به همین دلیل برای تولید همان مقدار نور، برق کمتری مصرف می‌کند. به این ترتیب هزینهٔ قبض و بار شبکه کاهش می‌یابد.
با این همه، ال‌ای‌دی هم کاملاً بدون گرما نیست. بخشی از انرژی در نیم‌رسانا و مدار مبدل به گرما تبدیل می‌شود. گرما برای ال‌ای‌دی خطرناک‌تر از نور است، چون دمای بالا عمر نیم‌رسانا را کم می‌کند و رنگ نور را به‌تدریج تغییر می‌دهد. به همین دلیل لامپ‌های پرتوان هیت‌سینک فلزی یا پره‌های خنک‌کننده دارند.
عمر ال‌ای‌دی معمولاً بسیار بیشتر از لامپ رشته‌ای است، اما بی‌پایان نیست. بیشتر خرابی‌ها از مدار مبدل داخلی یا گرمای زیاد است، نه از خود ال‌ای‌دی. در نتیجه لامپی که در محفظهٔ بسته و بی‌هوا نصب شود، ممکن است زودتر خراب شود. رعایت محدودیت‌های نصب و دمای محیط به طول عمر کمک می‌کند.
کم‌مصرف بودن به معنی مجاز بودن مصرف بی‌حساب نیست. استفاده از نور بیش از اندازه و چراغ‌های روشن بی‌مورد هم انرژی و هزینه دارد. برای صرفه‌جویی در خانه، لامپ مناسب هر اتاق را انتخاب کنید، چراغ‌های بی‌استفاده را خاموش کنید و از کلید یا حسگر کمک بگیرید.
۷. ال‌ای‌دی در لامپ، نمایشگر و کنترل از راه دور
ال‌ای‌دی را امروز همه‌جا می‌بینیم. در لامپ‌های خانگی و چراغ‌های خیابان، در چراغ ترمز و جلوی خودروها، در چراغ راهنمایی و رانندگی و در تابلوهای تبلیغاتی. چراغ کوچک وضعیت روی بسیاری از وسایل، مثل شارژر و تلویزیون، هم ال‌ای‌دی است. ابعاد کوچک، عمر زیاد و روشن شدن فوری این مزیت‌ها را فراهم می‌کند.
در نمایشگرها، بسیاری از تلویزیون‌ها و مانیتورهای ال‌سی‌دی از ال‌ای‌دی به عنوان نور پس‌زمینه استفاده می‌کنند. در نمایشگرهای دیگر هر نقطه خودش نور تولید می‌کند. در نورپردازی گلخانه‌ها و کشت درون‌ساختمانی هم ال‌ای‌دی‌هایی با طیف مناسب گیاه به کار می‌روند. فهرست زیر چند کاربرد را خلاصه می‌کند.
روشنایی خانه، خیابان و فضاهای عمومی چراغ ترمز، راهنما و چراغ‌های خودرو نور پس‌زمینهٔ نمایشگر و تلویزیون کنترل از راه دور و حسگرهای فروسرخ نورپردازی گلخانه و کشت درون‌ساختمانی ال‌ای‌دی‌های فروسرخ در کنترل تلویزیون، حسگرهای نزدیکی و بعضی دوربین‌های دید در شب به کار می‌روند. ال‌ای‌دی‌های فرابنفش در دستگاه‌های ضدعفونی و آشکارسازی لکه‌ها کاربرد دارند و مانند بقیه، باید با ایمنی استفاده شوند. در پزشکی، ال‌ای‌دی‌ها در ابزارهای تشخیصی و درمانی خاص هم هستند.
با این گسترش، ال‌ای‌دی‌ها بخشی از زباله‌های الکترونیکی هم می‌شوند. لامپ‌های سوخته را به‌همراه باتری و دیگر وسایل الکترونیکی در سطل معمولی نیندازید و اگر مرکز جمع‌آوری پسماند الکترونیکی در شهر شما هست، از آن استفاده کنید. بازیافت فلزات و قطعات به کاهش آلودگی کمک می‌کند.
۸. چرا روشنایی ال‌ای‌دی را کم‌وزیاد می‌کنند و گاهی سوسو می‌زند؟
ال‌ای‌دی را نمی‌توان مانند لامپ رشته‌ای فقط با کم کردن ولتاژ کم‌نور کرد، چون رنگ و رفتارش تغییر می‌کند. روش رایج این است که چراغ را بسیار سریع و پشت‌سرهم روشن و خاموش کنند. این روش مدولاسیون پهنای پالس نام دارد. هرچه بخش روشن در هر چرخه طولانی‌تر باشد، چراغ پرنورتر دیده می‌شود.
چشم ما این روشن و خاموش شدن سریع را نمی‌بیند و میانگین نور را حس می‌کند. اگر بسامد کم باشد، ممکن است سوسو احساس شود. برخی افراد از نور سوسوزن دچار سردرد یا خستگی چشم می‌شوند. دوربین گوشی هم گاهی هنگام فیلم‌برداری از چراغ‌های ال‌ای‌دی نوارهای تیره نشان می‌دهد.
لامپ‌های ال‌ای‌دی ارزان یا مدار مبدل ضعیف ممکن است سوسوی بیشتری داشته باشند. اگر لامپ شما چشمک می‌زند، چند دلیل ممکن است داشته باشد: لامپ با کلید دیمر ناسازگار است، سوکت شل است، ولتاژ شبکه ناپایدار است یا مدار مبدل خراب شده است. بررسی ساده، عوض کردن لامپ یا کلید و بررسی سوکت است.
برای کم‌نور کردن لامپ خانگی باید از لامپ و کلید سازگار با کم‌نوری استفاده کرد. اگر لامپ پشتیبانی نمی‌کند، کلید دیمر مناسب نیست و ممکن است لامپ زودتر خراب شود. بسته‌بندی لامپ اطلاعات سازگاری را ذکر می‌کند. اگر مطمئن نیستید، از فروشنده یا برقکار مجرب مشورت بگیرید.
۹. نکته‌های ایمنی هنگام کار با ال‌ای‌دی و لامپ
لامپ‌های ال‌ای‌دی خانگی به برق شهر وصل می‌شوند و باید مثل هر وسیلهٔ برقی با احتیاط به کار بروند. پیش از عوض کردن لامپ، کلید یا فیوز را خاموش کنید و صبر کنید تا لامپ سرد شود. با دست خیس یا روی سطح مرطوب به سوکت دست نزنید. اگر لامپ شکست، پیش از جمع کردن خرده‌ها برق را قطع کنید.
بدنهٔ لامپ ال‌ای‌دی را باز نکنید. داخل آن مدار مبدل است که ممکن است خازن بزرگ داشته باشد و حتی پس از خاموش شدن برق، شارژ ذخیره کند. تعمیر لامپ سوخته به‌صرفه نیست و خطر دارد. در عوض، آن را با لامپ مناسب و دارای برچسب معتبر جایگزین کنید و از لامپ‌های بدون مشخصات که قیمتشان غیرعادی ارزان است پرهیز کنید.
در پروژه‌های آزمایشی با باتری و ال‌ای‌دی، همیشه از مقاومت استفاده کنید و جهت اتصال را بررسی کنید. باتری‌های لیتیومی را هرگز اتصال کوتاه نکنید، چون ممکن است داغ شوند و آتش بگیرند. ال‌ای‌دی‌های کوچک و باتری‌های سکه‌ای را از کودکان دور نگه دارید، زیرا بلعیدن آن‌ها خطر جدی دارد. مراحل زیر روشی ساده برای کار ایمن‌تر را خلاصه می‌کند.
پیش از هر کار، برق را قطع کنید برای ال‌ای‌دی خالی از مقاومت مناسب استفاده کنید جهت آند و کاتد را بررسی کنید باتری را اتصال کوتاه نکنید قطعه‌های کوچک را از کودکان دور نگه دارید به نور ال‌ای‌دی‌های پرقدرت مستقیم نگاه نکنید، به‌خصوص آن‌هایی که نور آبی یا فرابنفش شدید دارند. چراغ‌قوه‌های بسیار قوی و پروژکتورها می‌توانند به چشم آسیب بزنند. اگر پس از نگاه کردن به نور شدید دچار تاری دید یا درد چشم شدید، به پزشک مراجعه کنید و در موارد حاد با اورژانس ۱۱۵ تماس بگیرید.
٪۴۱
آموزش حرفه ای HTML از صفر در ۱۶ ویدیو: سند، متن، لینک، تصویر، جدول، فرم، معنایی‌سازی، دسترس‌پذیری و سئو، تا پروژهٔ کامل صفحهٔ فروشگاه محصول.
تماشای آنلاین + دانلود
دسترسی آنی و همیشگی
به‌روزرسانی رایگان
کیفیت Full HD
۹۹۰,۰۰۰ تومان
۵۹۰,۰۰۰ تومان
سود شما ۴۰۰,۰۰۰ تومان
مشاهده سریال