квантові ліхтарики

Наша сеть партнеров Banwar

А. Єркін

На одній з виставок мо╦ увагу прівл╦к сяючий яскравими вогниками стенд, який при ближчому ознайомленні виявився експозицією кишенькових ліхтариків. Чи не звичайних, з лампочкою розжарювання, а світлодіодних - в них джерелом світла служить Суперяскрава світлодіод. Ліхтарики були маленькі і симпатичні і мали найрізноманітніший дизайн - від брелоків до ключів до солідних хромованих металевих циліндрів з оптичною системою. Найцікавіше ж було написано в проспекті: стверджувалося, що термін служби ліхтариків від однієї батарейки складає десятки і сотні годин. Це твердження для електронщика виглядало сумнівним - світили ліхтарики дуже яскраво, на світлодіод дивитися очима неможливо, батарейки явно маленькі - звідки ж бер╦тся стільки енергії? Правда, створюваний ліхтариками промінь слабо сфокусований і висвітлює велику площу, тому що створюється їм освітлення суб'єктивно здається слабкіше, ніж у сфокусованого в точку променя звичайних ліхтарів, але відмінність в яскравості не пояснює настільки велика різниця в часі роботи - звичайний ліхтарик світить години два-три. Рекламне заяву вимагало перевірки.

Через деякий час я побачив один з ліхтариків-брелоків в магазині і заради цікавості купив. Будинки перевіряю - в темряві світить непогано, світ білий, з блакитним відтінком, орієнтуватися і читати книжку цілком можна. Природно, розкриваю і виявляю всередині дві послідовно соедін╦нние тр╦хвольтовие літієві батарейки для годин і калькуляторів і світлодіод з вимикачем. Заміряю струм через діод - 80 мА. Ємність батарейки я знаю - приблизно 120 мАг. Ділимо 120 мАг на ток 80 мА, отримуємо ┘ 1,5 години безперервної роботи. Продавець же обіцяв 50 годин. Так, 1,5 години і 50 годин - різниця дуже велика, щоб пояснити е╦ похибками вимірювань і варіаціями ╦мкості батареї. Невже рекламний трюк?

Про всяк випадок вирішую перевірити час роботи безпосередньо. Кладу тяж╦лую залізяку на кнопку вимикача ліхтарика і залишаю ліхтарик включеним. Через 2 години, будучи впевненим, що він ледве світить або погас, перевіряю ліхтарик і виявляю, що він світить майже так само яскраво, як і спочатку. Дивно, видно батарейка попалася дуже свіжа, ніяк не сідає. Перевіряю ещ╦ через годину - продовжує світити. Чекаю ещ╦ - нічого не змінюється. Вирушаю спати.

Вранці встаю, дивлюся - світить! Не настільки яскраво, як спочатку, але цілком пристойно, суб'єктивно рази в 2 слабкіше. А адже минуло вже 12 годин з моменту включення. Якесь диво, магія, явно порушені закони електрики. Якщо так пойд╦т, то шанси на те, що заявлене в рекламі час роботи виявиться не "качкою", явно високі. Знову розбираю ліхтарик і починаю вимірювати струми і напруги. Струм впав в 5 разів, батарейка за всіма критеріями розряджена, а він вс╦ світить! Через деякий час ток падає вже в 10 раз - а світить яскраво. Якщо світити з перервами, під час яких батарейка частково відновлюється, то сумарний час світіння якраз і підходить до заявлених 50 годин.

Так, починаю розуміти - парадокс полягає в прямолінійності мислення технаря. Якщо в звичайній лампочці розжарювання зменшити струм на 15%, е╦ яскравість сильно падає, а якщо струм зменшити на 50%, то вона переста╦т світити. У дорогих криптонових лампочках для ліхтарів ток змінюється менш, ніж на 10%. Тому ╦мкость батареї і початковий струм однозначно визначають час роботи. У разі ж світлодіода зменшення струму в 10 разів приводить лише до деякого зменшення суб'єктивної яскравості, оскільки чутливість очі носить логарифмічний характер. Можливо, що при зменшенні струму світлодіода від максимального до деякого середнього значення збільшується ККД, але дізнатися про це поки не вдалося. Тому розрахувати час світіння світлодіода набагато складніше, недостатньо вимірювань в одній точці, а потрібно знати всю вольтамперних характеристику. І невідомо також, на скільки довше може протягнути батарейка за межами технічних умов. Випробуваний мною екземпляр світлодіода сліпуче сяяв при струмі 120 мА, цілком яскраво світив при 20 мА, при струмі 2 мА освітлення на відстані 10 см дозволяло читати текст, при струмі 0,1 мА працював як звичайний світлодіод, при токах менше 50 мкА світіння вже майже не видно. Звичайний світлодіод можна використовувати як індикатор при струмі 1,5√2,0 мА, так що приблизно 20-кратне підвищення ефективності перетворення струму в світло в наявності.

Мінімальна напруга на світлодіоді знаходиться в зворотній залежності від довжини хвилі: для червоних світлодіодів воно становить 1,5 В, для білих - 2,2 В, для синіх - 2,9 В. Тому для синіх світлодіодів напруги двох елементів вже недостатньо, потрібно три елемента або перетворювач напруги.

Деякий час по тому я пріобр╦л світлодіодний ліхтарик фірми Camelion. Він снабж╦н пристойним рефлектором і в н╦м є перетворювач напряженіе√ток, завдяки якому він, по-перше, може працювати від двох пальчикових батарейок АА і, по-друге, яскравість світіння не залежить від напруги батарей, можна навіть працювати від однієї батарейки. Мініатюрна схема перетворювача змонтована на цоколі світлодіода, в цілому конструкція стала схожа за розмірами на звичайну лампочку для кишенькового ліхтаря з цоколем. Струм споживання виявився досить великим - 240 мА, майже як у звичайної лампочки. Довелося розібратися зі схемою. Один транзистор, трансформатор на кільці. ККД виявився менше 30%. Може, попався бракований ліхтарик, оскільки коштував він підозріло д╦шево. Довелося переробити схему перетворювача, взявши за основу DC-DC-перетворювач ADS1110 фірми Analog Devices. Струм споживання знизився до 80 мА, ККД склав 75%. Вийшов пристойний ліхтарик, тепер він дійсно може світити годин 30.

Спробував поліпшити оптику ліхтарика. Через спрямованого випромінювання рефлектор виявляється неефективним. Набагато краще використовувати лінзу, яка да╦т красивий яскраво освещ╦нний коло, і головне - всередині кола рівномірне освітлення, на відміну від звичайного ліхтаря. Ідеальний ліхтарик.

Далі я спробував встановити світлодіод з перетворювачем в кишеньковий ліхтарик з динамічним генератором - "жучок". Вийшло відмінно - з напружуваного руку, мерехтливого і нервує апаратик виходить досить зручний в користуванні (динамо стало крутитися майже без зусиль) ліхтарик з рівномірним, що не стрибаючим променем. При цьому практично вічний - термін служби світлодіода 100 тисяч годин, і тільки механіка зноситься швидше або корпус разобь╦тся┘

Суперяскрава світлодіод - родич напівпровідникового лазера, в основі його роботи лежать парадоксальні закони квантового світу. Енергія електричного струму майже повністю перетворюється в енергію квантів світла, ККД наближається до 90%. Якщо доторкнутися корпус світлодіода, він холодний - втрати струму на тепло малі. Але якщо затиснути світлодіод пальцями, стає гаряче: світло поглинається шкірою і нагріває е╦. Точно так же, як світло сонця.

Так що Суперяскрава світлодіод виявляється дуже цікавим приладом, і ліхтарики на його основі знайдуть сво╦ постійне місце на ринку побутової електроніки.

З питань придбання ліхтариків на світлодіодах звертайтеся на фірму "Нова практика", www.fonarik.ru .