38. Автомобильные светодиоды. Их Светотехнические и эксплуатационные характеристики. Особенности светораспределения автомобильных светодиодов.

Светодиод – это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток, непосредственно в световое излучение.

(LED – light emitting diode)

Рисунок 10.1 Светодиод.

1 – Алюминиевая основа ( рефлектор )

2 – полимерный корпус

3 – силикон

4 – кристалл (чип) полупроводник

5 – пластиковая линза

Освещение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n – перехода кристалла.

Светодиод имеет два вывода – А и К на котором расположен алюминиевый параболический рефлектор (отражатель). Внешне он выглядит как углубление на дно которого помещен светоизлучающий кристалл. В большинстве современных автомобильных светодиодов, кристалл имеет вид кубика размером 0.3 x 0.3 x 0.25 мм, содержащего p-n или гетеропереход и омические контакты. Кристалл соединен с Анодом при помощи перемычки из золотой проволоки. Оптически прозрачный полимерный корпус, вместе с линзой определяет угол излучение (диаграмму направленности) светодиода.

До начала 90-ч годов их применение ограничивалось в пунктах приборов, для подсветки кнопок и т.д. в связи с их светоотдачей.

С появлением светодиодов с высокой светоотдачей, обеспечивающее силу света, достаточную, что бы их видеть при ярком солнечном свете, позволили их использовать в светосигнальных приборах.

Ряд преимуществ:

1. Продолжительный срок службы. Срок службы светодиода определяется током, проходящим через него. Чем выше ток, тем выше температура и тем быстрее наступает «старение» светодиода. Срок службы мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигналов и составляет 20…50 тысяч часов. «Старение» выражается в уменьшении яркости и в изменении цвета излучения светодиода.

2. У светодиодов более низкое энергопотребление и электромагнитные помехи по сравнению с газоразрядной лампой. (При напряжении 2…4 В и токе 10…30 мВ электрическая мощность равна 20…120мВт)

3. Низкие потери на нагрев по сравнению с галогенными лампами.

4. Отсутствие в спектре измерения УФ и НК составляющих.

Светодиоды имеют ряд недостатков.

1. Светораспределение светодиодов отличается от традиционных источников света. В отличии от ламп накаливания, светодиоды получают свет в относительно узкой полосе спектра шириной 20…50 нм. Иногда такое «узкополосное» излучение называют «квазимонохроматическим».

2. Светодиоды имеют световой поток, но узкую яркость, что приводит к ухудшению реальности видимости.

3. Цвет излучения светодиода, сила света и световой поток зависят от силы потребляемого им тока.

4. Чувствительность к высоким температурам. Длина волны и интенсивность излучаемого света светодиода зависит от температуры следующим образом:

Изменение длины волны излучения для светодиода при изменении температуры составляет 0.1 нм/^oC.

При чем необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n перехода. От первой зависит срок службы светодиода, а от второй световой выход.

Для светодиода важен хороший теплоотвод.

С повышением температуры яркость падает больше у красных и желтых светодиодов и меньше у зеленых, синих и белых.

ВАХ светодиодов.

Из рисунка видно, что в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим переменам тока. Т.к. световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Характеристики светодиодов.

1. Цвет излучения.

Цвет излучения светодиода зависит от материала, из которого изготовляется кристалл (чип). Использование фосфида галлия, индия и алюминия позволяет получать желтые и красные цвета. Использование нитрида галлия и индия позволяют получать синие и зеленые цвета. Нитрид галлия и индия с добавлением люминофора придают излучению белый цвет.

Рис. 38.3 Вах Светодиодов

2. Яркость светодиода.

Яркость светодиода регулируется методом широко-импульсной модуляции. Для этого необходим специальный управляющий блок, который, чаще всего, совмещен с блоком питания. (Драйвер)

Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод попадается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала составляет до тысячи Гц, а именно импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой и светодиод не гаснет.

Источник питания (драйвер) состоит из:

1. Цепи подавления электромагнитных помех;

2. Сетевого выпрямителя со сглаживающим фильтром входящего тока;

3. Преобразователя напряжения с импульсным трансформатором;

4. Устройством направления ( ШИМ – контроллер), с цепью обратной связи и замкнутой от перегрузок

5. Выходного выпрямителя и фильтра.

3. Светораспределение светодиодов.

Существуют следующие типы светораспределения светодиодов:

1. Ламберовское Светораспределение «точечного источника света» узкофокусное и широкофокусное («Lambertian»);

2. «Летучая мышь» («Batwing»);

3. Интенсивные боковые лепестки («Side Emitting»);

Рисунок 10.4 Светораспределение светодиодов.

39. Объясните основные задачи и термины расчёта раз­мерных цепей при проектировании технологиче­ских процессов. Охарактеризуйте задачи и методы расчёта размерных цепей "по максимуму-минимуму" и «вероятностного».

Основными задачами размерного анализа являются:

- изыскание наиболее рационального способа обеспечения требуемой точности изделия или его составных частей;

- изучение взаимосвязи сборочных единиц изделия;

- разработка последовательности комплектации и сборки изделия.

Размерной цепью называется совокупность расположенных в определённой последовательности по замкнутому контуру взаимосвязанных размеров, относящихся к одной или нескольким деталям и определяющих взаимное расположение поверхностей или осей этих деталей в системе координат. Основным свойством размерной цепи является ее замкнутость, выражающаяся в том, что при обходе цепи, начиная от какого-нибудь звена к сопрягаемому, приходят в конце концов к начальному звену.

Звенья размерной цепи подразделяют также на составляющие и замыкающие. Составляющим звеном называется звено размерной цепи, от изменения размера которого зависит размер замыкающего звена. Замыкающим звеном называется звено размерной цепи, размер которого является результатом взаимосвязи размеров составляющих звеньев.

При этом расчёт размерной цепи можно выполнять двумя путями:

1 по установленным допускам всех составляю­щих звеньев определить допуск на замыкающее звено.

2 по установленному допуску на замыкающее звено найти наиболее рациональные значения до­пусков на составляющие звенья.

Расчёт размерных цепей можно вести двумя методами: на "максимум-минимум" и с использо­ванием теории вероятности.

Для замкнутой размерной цепи размер замыкающего звена Х, по всем методам определяется как разность размеров двух групп звеньев - звеньев As, с возрастанием размеров которых размер Х увеличивается (увеличивающие звенья) и звеньев At - с уменьшением размеров которых размер Х уменьшается (уменьшающие звенья).

Для наглядности расчёта применяют схему в виде двух линий, на которой вдоль одной линии откладывают все увеличивающие As, а вдоль другой все уменьшающие звенья At. Размер замыкающего звена определяют из уравнения

X= As-At

Подставляя в уравнение предельные значения составляющих звеньев, получают предельную погрешность замыкающего звена.

При расчёте на максимум-минимум замыкающего звена предполагается, что все размеры составляющих звеньев имеют предельные значения. В связи с этим предельные отклонения замыкающего звена многозвенной размерной цепи существенно завышаются, так как сочетание предельных значений составляющих звеньев встречается редко. В условиях массового производства более близкие к действительности погрешности замыкающего звена определяют методом расчета с использованием теории вероятности. Расчёт допуска замыкающего звена по этому методу основывается на сложении среднеквадратичных отклонений размеров составляющих звеньев.