Elektrika.cz, portál o silnoproudé elektrotechnice, elektroinstalace, vyhlášky, schémata zapojení.

LAPP: Nová metoda ...

Výplň mezi žilami běžných PUR kabel znesnadňuje odstranění pláště. Proto ...

SCHRACK: Katalog ...

Nejen tlustými vodiči je elektrotechnik živ. Musíme si už jednou ...
 
Oddíly
reklama
Bleskovky
17.01.2017 Digitální redakční knihovna již indexuje přes 200 tisíc stránek informací souvisejících s instalační elektrotechnikou. Redakční digitální knihovna elektrotechnických informačních zdrojů nemá v Česku obdobu! I přes to, že se v České republice shromažďuje mnoho dat, tolik zdrojů z elektrotechnického oboru ve formě fulltextového prohledávání a ...
17.01.2017 TIP na elektrickou vrtačku s příklepem 600 W POWC1020. V životě aktivního montéra není vrtaček nikdy dost. Buď se zničí, ztratí nebo se zapomene, komu se půjčila. Proto se neustále díváme po různých alternativách. Např. Napětí 230-240V/50Hz, příkon 600W, otáčky na prázdno 0-3.100 min-1, příklep 48.000 strks/min, rychloupínací sklíčidlo 13mm, hmotnost ...
13.01.2017 TIP na software od společnosti ELMER. Jedná se o programy, které výrazně urychlují práci projektanta, konstruktéra nebo revizního technika. Software je vyvíjen a zdokonalován již od roku 1994. Za posledních 14let software začala používat řada uživatelů, konkrétně pak SchémataCAD, EL-REVIZE a EL-Testy. Software používají ...
12.01.2017 Pamatujete na klasické domovní zvonky? Stále se prodávají. Společnost KLEIN BLAŽEK vyrábí stále klasický zvonek s miskou. Zvonek je určen pro signalizaci v domácnosti a podmínkou je montáž na nehořlavý podklad. Pro napájení se používá zvonkový tranformátorek o střídavém napětí 8V a výkonu 8VA. Zvonek ovšem není ...
11.01.2017 TIP na stejnosměrné záložní zdroje URRO. Jsou určeny pro napájení zařízení, která potřebují ke své činnosti stejnosměrné napětí dané úrovně, a to i po dobu výpadku síťového napětí. Zařízení pracuje jako řízený AC/DC převodník, který napájí zátěž a řízeně nabíjejí baterie. Po výpadku síťového napětí je zátěž napájena z ...
10.01.2017 Kabelové systémy na míru ÖLFLEX CONNECT. Kompletujete elektroinstalaci strojů? Se službou ÖLFLEX CONNECT nemusíte kupovat nic navíc než to, co potřebujete. Zjednodušíte si celý nákupní proces a uspoříte za přepravu i nižší skladové zásoby. Navíc získáte kompatibilitu dodaných materiálů, profesionální dokumentaci, modulární řešení a profesionální ...
Vybrané zdarma funkce
Které tři funkce nových videopořadů chcete zdarma?
Celý záznam
Sestřih záznamu
Stopáž záznamu
Audioverze záznamu
Textový přepis záznamu
Souvislosti záznamu
Diskutovat k záznamu
Výsledky budou zveřejněny později

[ Výsledky | Hlasování ]
Hlasů : 431
Bazar
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Osobní nástroje
FUTURE okénko - V nejbližších dnech se zde dočtete ...
  • Rozvaděče s logem CONTEG lze nalézt ve více než 60 zemích na 4 kontinentech. Při příležitosti výstavy Sonepar 2016 jsme zjištovali s kamerou jak je výroba připravená na dodatečné úpravy rozvaděčů podle zadání. Co se dělá v modifikačním centru a jaké ...
  • Drátěné kabelové žlaby MERKUR 2 oslavily již pět let na trhu. Na veletrh AMPER 2016 přijela společnost ARKYS s novým žlabem v zesíleném provedení M2-R, které poskytuje nárůst nosnosti o přibližně 20 procent ve srovnání se standardním provedením žlabu ...

Technologie LED od L po D


Document Actions
Technologie LED od L po D
LED se stává často skloňovaným pojmem v souvislosti s moderním osvětlováním. Přitom ještě před několika lety bylo osvětlování "LEDkami" pouze záležitostí futuristického designu či utopickou sci-fi. Co tedy stojí za úspěchem této technologie a čemu vděčí světloemitující diody (LED) za svůj dramatický vývoj? Na tyto otázky se pokusíme odpovědět v následujících odstavcích ...
Komerční sdělení, ze dne: 26.07.2010
reklama

Abychom pochopili, proč jsou "LEDky" poslední dobou tolik propagovány, podíváme se nejprve trochu do historie a na technologii jako takovou. Základním stavebním kamenem pro funkci LED (light-emitting diode) je elektroluminiscence. Tento fyzikální jev lze jednoduše popsat jako vznik fotonu rekombinací elektronu s dírou, jinými slovy přímá přeměna energie na (viditelné) světlo. Objev tohoto jevu je připisován H. J. Roundovi z roku 1907. První funkční LED byla představena v roce 1955, kdy Rubin Braunstein předvedl infračervenou emisi na GaAs (polovodič, gallium arsenid). Konečně v roce 1962 objevil Nick Holonyak červenou diodu, což můžeme chápat jako samotný počátek LED pro osvětlování. Avšak cesta za diodou s bílým světlem byla ještě dlouhá - trvala několik desetiletí.


Luxeon Rebel, výkonová dioda společnosti Philips Lumileds Lighting Company

Nepředbíhejme, začněme hezky od začátku. LED spadají do skupiny světelných zdrojů, které vyzařují z pevné fáze. Proto se můžeme občas setkat v souvislosti s LED se zkratkou SSL (Solid-State Lighting). Pevné látky můžeme nalézt ve dvou základních podobách, a sice amorfní a krystalické. Krystalické látky dále dělíme na monokrystalické, kde je v celém objemu materiálu zachována stejná orientace krystalové mřížky, a polykrystalické, kde můžeme vysledovat větší množství náhodně orientovaných zrn.


Struktury pevných látek. Zleva: látka amorfní, polykrystalická, monokrystalická

Pásová teorie
Cestou, jak odpovědět na otázku, proč dioda svítí, je pásový model polovodičů, který vychází z kvantové teorie. Omezme se na zjednodušený případ, kdy vztahujeme celé řešení na monokrystalické prostředí, uvažujeme hmotnost elektronů mnohem menší, než je hmotnost atomových jader, a pohyb těchto jader zanedbáme. Pro tento případ můžeme řešit tzv. Schrodingerovu rovnici:

Hψ = Eψ

H je Hamiltonův operátor (tzv. hamiltonián), který udává kinetickou a potenciální energii všech jednotlivých jader a atomů, ψ je vlnová funkce jader a elektronů a E vyjadřuje energii krystalu. Hledaným řešením Schrodingerovy rovnice je Blochova funkce, kterou chápeme jako rovinnou vlnu šířící se ve směru vlnového vektoru k. Tato vlna je modulována funkcí uk(r) v periodě krystalové mříže. Odvozujeme z ní, že chování elektronu v krystalové mříži je podobné chování volného elektronu a navíc nám dovoluje omezit se pouze na periodu krystalové mříže. Platí:

Podrobnější analýzou zjistíme, že existuje omezený počet stavů, ve kterých se může elektron v krystalu nacházet. Pro nás jsou ale paradoxně důležitější stavy, ve kterých se elektron nacházet nemůže, tedy zakázané pásy. Obojí můžeme zobrazit pomocí Brillouinových zón.


Brillouinovy zóny: Metodou těsné vazby a redukovaná Brillouinova zóna

Tyto grafy můžeme číst tak, že na ose X je uvedena vzdálenost v periodě krystalové mříže, na ose Y možná potenciální energie elektronu v tomto krystalu. Všimnout si můžeme, že mezi jednotlivými funkcemi existují energie, kterých elektron nemůže nikdy nabývat. Pásový model tedy chápeme jako zjednodušený popis chování elektronů v krystalové struktuře.

Otázkou zůstává, v jakém pásu se elektrony nacházejí. V úvodních odstavcích bylo naznačeno, že elektrony se stávají nositeli elektrického náboje, pokud se nacházejí v tzv. vodivostní vrstvě neboli pásu.


Situace na Pn přechodu při průchodu elektrického proudu

Zároveň víme, že do tohoto pásu přecházejí z valenční vrstvy, což je obecně platný model pro všechny materiály, který vychází z Pauliho vylučovacího principu. Pro popis dějů uvnitř diody tedy vždy budeme hovořit pouze o valenčním pásu, který je za běžných podmínek vždy zaplněn elektrony, a pásu vodivostním, kde je přítomnost elektronů nezbytná, má-li se látka chovat jako vodivý materiál.

PN přechod
K vytvoření PN přechodu uvnitř diody potřebujeme materiály s různými typy vodivosti. U klasických diod (nejinak je tomu u LED) tak získáme jev, kdy elektrický proud prochází součástkou vždy pouze jedním směrem. Materiál typu N se vyznačuje nadbytkem volných elektronů (nosiče elektrického náboje). Opačná situace platí pro materiál typu P, kde hovoříme o tzv. dírách. Na rozhraní těchto dvou materiálů dojde k rekombinaci volných nosičů náboje (elektronů a děr) a nepohyblivé ionty způsobí vznik elektrického pole, které brání průchodu zbylých volných nosičů. Tedy dojde k vytvoření energetické bariéry, kterou budeme nazývat oblastí prostorového náboje.

Nyní přecházíme k prvnímu zásadnímu rozdílu mezi klasickými usměrňujícími diodami a LED. U klasických diod je naší snahou, aby po přiložení vnějšího elektrického pole oblastí prostorového náboje prošlo maximum volných nosičů, a nedocházelo tak ke ztrátám v oblasti prostorového náboje, což by kromě snižování účinnosti diody způsobovalo také její ohřívání a v důsledku možné zničení. U LED se naopak snažíme, aby maximum těchto nosičů vzájemně rekombinovalo v této oblasti za vzniku viditelného záření v podobě světla. Zmiňovaný rekombinační proces, který stojí za vznikem viditelného záření v podobě fotonu, si nyní zběžně popíšeme.

Rekombinace
Rekombinační proces nastává několika různými způsoby. Ne vždy je výsledkem vyzáření fotonu, často je energie vyzářena v podobě tepla (fononu). K tomuto jevu dochází například vlivem poruch v krystalové mřížce nebo na jejím povrchu. Částečně způsobuje fononová rekombinace to, že se PN přechod ohřívá, a v důsledku pak celá struktura.

Můžeme uvést dva jednoduché principy vyzařování fotonu, které souvisejí s pásovou strukturou krystalu. Jedná se o rekombinaci zářivou (absorpční) a její možné podoby - vyzařování přímé a nepřímé. V případě, kdy se maximum valenčního a minimum vodivostního pásu potkávají ve stejném místě, mluvíme o přímém přechodu elektronu mezi pásy. Složitější situace nastává v případě, kdy jsou minimum a maximum pásů navzájem posunuty, kde musí do rekombinačního procesu vstoupit fonon. Příkladem nepřímé rekombinace je křemík (Si), příkladem přímé rekombinace GaAs. Pásový charakter diody na křemíku tedy není vhodný pro účely LED, jelikož proces vyzáření fotonu je značně složitější a navíc s každým vyzářeným fotonem vzniká fonon, tedy nežádoucí teplo.


Zleva: Si nepřímá rekombinace, GaAs přímá rekombinace; 1 představuje vznik fotonu, 2 vzniká fonon

Vlnová délka světla vyzářeného z diody je dána typem použitých materiálů. Jinými slovy: lze volbou materiálů (případně koncentrací) nastavovat, jakou barvu světla má dioda vyzařovat. Souvislost mezi materiálem a vlnovou délkou je jednoduchá - každý materiál má různou šířku zakázaného pásu, tedy existuje jiná energie, kterou musí elektron přijmout/vyzářit, aby tento pás překonal. Pokud známe šířku zakázaného pásu, frekvenci vyzařovaného světla spočítáme jednoduše pomocí Planckovy konstanty:

E = hf = hc/λ

kde E značí energii, h je Planckova konstanta, f frekvence vyzařovaného světla, c rychlost světla ve vakuu a A je vlnová délka světla.

Tabulka Používané typy materiálů a jejich možné vlnové délky (Philips Lumileds)

Barva Materiál
  AlInGaP InGaN
Červená x  
Jantarová x  
Zelená x x
Modrá   x
Bílá   x

Vidíme, že účinnost LED je v podstatě omezena pouze tím, kolik elektronů přemění svoji energii na teplo a kolik z nich vyzáří energii v podobě světla. Je pochopitelné, že ochlazením diody se zmenšují kmity mřížky a zvyšuje se vodivost, což v důsledku opět znamená zvýšení svítivosti. V neposlední řadě kvalitní chlazení prodlužuje životnost diody.


Haitzův zákon

Budoucnost
Podobně jak je tomu u mikroprocesorů, i světloemitující diody (LED) slibují veliký potenciál v příštích letech. Podíváme-li se do minulosti, zjistíme, že vyzářený výkon z jednotky plochy čipu je 30x větší každých 10 let, přičemž cena za vyzářený lumen každých 10 let 10x klesne. Proto když vezmeme v potaz, že současná kvalitní LED svítidla nabízejí dostatečný výkon a zajímavé úspory, je zřejmé, že budoucnost bude jedině "zelenější". Dalším příkladem zvyšování kvality osvětlení skrz LED světelné zdroje je stále se zvyšující index podání barev. Dnes již není problém pořídit LED svítidlo s CRI > 80, zatímco ještě před dvěma lety byl tento úkol takřka neřešitelný. Klasickým příkladem pokroku, který LED v krátké době učinily, může být rodina svítidel Philips Spot LED, které v průběhu asi dvou let prodělaly celkem tři generační skoky a dnes se již mluví o čtvrté generaci.

V současnosti již začínají LED dobývat poslední odvětví v osvětlování, kde prozatím vítězí vysokotlaké výbojové zdroje, tedy svítidla pro veřejné osvětlování. Díky rostoucímu měrnému výkonu, při indexu podání barev často lepším než CRl = 70, se stávají kvalitní LED svítidla pro veřejné osvětlování důležitým hráčem. Nicméně je vždy třeba kvalitu a plnohodnotnost takového svítidla prokázat kvalifikovaným světelnětechnickým výpočtem a vzít v úvahu celkové náklady, které jsou u LED řádově vyšší.

  • Spot LED I - svítidlo s jednou LED a průměrem 31mm je vhodné do aplikací, kde se tradičně používaly 20W halogenové žárovky; vlastní příkon je 4W

  • Spot LED II - stmívatelné 3 LED svítidlo s průměrem 60mm vhodné jako náhrada 35W halogenových žárovek; příkon svítidla je 12W

  • Spot LED III - 5 LED stmívatelné svítidlo s průměrem 95mm funkční jako náhrada 50W halogenových žárovek; svítidlo má příkon 10W

Bc. Filip Müller
PHILIPS Česká republika s.r.o.

 
 

 

 
 
TEXT Z OBLASTÍ SOUVISEJÍCÍ KONTAKT


FIREMNÍ TIPY
Možná si ani neuvědomujeme, jak často chodíme po podlažních systémech ukládání vedení. V dnešní technologické době jsou elektrická vedení prakticky všudypřítomná, ovšem jako spotřebitelé si jejich instalace často ani nedovedeme představit. V rodinných domech jsou po desetiletí naprosto běžná vedení uložená ve zdech. Kudy ale vedou ty tisíce metrů vedení od serverů k počítačům pokud jsou v administrativní budově všechny stěny skleněné? Možností je několik, ale všechny řeší právě tato značka ...
O tom, jak koresponduje dnes tolik skloňovaný pojem Průmysl 4.0 se značkou LAPP KABEL, jedním z největších světových výrobců kabelů, jsme na MSV 2016 hovořili s Matějem Juráskem. V tomto videozáznamu se dozvíte na jakém vývoji výrobní linky ve spojení se Smart Factory, se tento výrobce podílí. A věřte, že Lapp žádné obaly na vizitky vyrábět v budoucnu nebude! Víte, že stávající konfigurátor konektorů EPIC je v podstatě implementace principu Industry 4.0 přímo do praxe?
Bude Průmysl 4.0 natolik flexibilní, že vymaže natrvalo výraz "Made in"? Podle všech informací se bude výroba dynamicky přesouvat z místa na místo, a to vše bez nějakého přemýšlení a dlouhého rozhodování člověka. Nevěříte? Poslechněte si prognózy odborníků právě v tomto díle! Pokud budete poslouchat pozorně, pravděpodobně vám naběhne husí kůže. Jak v takovém prostředí bude vypadat váš stávající byznys?
Nacházíme se v období velkých technologických změn, které světové dějiny v takovém měřítku doposud nezaznamenaly. Koho z nás se týkají? Co myslíte? V této epizodě se ptáme těch, kteří si jsou probíhajícího vývoje plně vědomi. A jak to cítíte vy? Existuje alespoň jediný den, kdy se nemusíte podívat na displej nebo monitor? Sledujte 1. díl technologického seriálu o Průmyslu 4.0.
DALŠÍ FIREMNÍ ODKAZY
Častou negativní zkušenost mají (nejen) elektrotechnici z přístupu stavebních úřadů. Nejedná se tentokrát o problém "tvrdohlavosti" úřadu, ale naopak o přílišnou benevolentnost, hraničící až s ignorací zákonných vyhlášek a nařízení. Zajímali jsme se tedy o zkušenosti se stavebními úřady a pohled odborníků na danou problematiku ...
"V roce 1877 spatřil Edison Lodiginovu žárovku, přivezl ji do Ameriky ruský poručík Chotinskij. Edison začal pracovat na zdokonalení žárovky a v roce 1879 dal si patentovat žárovku s uhelným vláknem." Můžeme tedy Edisona považovat za vynálezce žárovky? Více zde ...
Na výstavě Světlo v architektuře 2010 představila firma WILLIAMS originální řadu svítidel OCCHIO. Jedná se o zajímavě řešený modulární osvětlovací systém, který nabízí uživateli velké množství možných kombinací a způsobů pro kreativní řešení osvětlení ...
Znáte společnost HENNLICH INDUSTRIETECHNIK? V tomto článku máme zaostřeno na jejich divizi LIN-TECH, zabývající se produkty pro průmyslové stroje a zařízení, konkrétně na sortiment energetických řetězů IGUS a vysoce flexibilních kabelů CHAINFLEX ...
Terminolog
Týdenní přehled
Přihlašte si pravidelné zasílání týdenního přehledu
Vyhledávání
Hledaný text zadávejte prosím s diakritikou



Panacek
Autor článku
reklama
Tiráž

Neomezený náklad pro česky a slovensky hovořící elektrotechnickou inteligenci.

ISSN 1212-9933