LED

LED (ראשי תיבות של Light-Emitting Diode, באנגלית מבוטא כשלוש אותיות נפרדות L.E.D. בעברית דיודה פולטת אור, או פשוט בשם לד) הוא מקור אור מבוסס מוליך-למחצה. נורות לד פופולריות ביותר ונמצאות כמעט בכל מכשיר אלקטרוני. בתרבות הברנינג מן משמשות הלדים לתאורת מיצגים, רכבים, לקישוט אופניים ולקישוט בגדים.

אופן פעולה

נורת לד פועלת על-ידי העברת מתח בחומר מוליך למחצה מיוחד אשר פולט אור באורך גל מסויים. במילים פשוטות, לעומת נורות להט (נורות “רגילות”), לכל לד יהיה צבע אחד ויחיד אשר תלוי בחומר אותו היא מכילה. צבע הלד לא נקבע על-פי צבע הכיסוי שלה ולכן ניתן לרכוש לדים במספר צבעים מוגבל: אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול, סגול, ארגמן, אולטרא-סגול, ורוד, לבן ו-אינפרא-אדום (המשמש גם לתקשורת אל-חוטית כמו בשלט טלוויזיה).

על מנת לאפשר תאורה בגוונים אחרים, מפעילים 3 לדים בצבעים אדום, ירוק וכחול בעוצמות שונות. על-ידי שליטה בעוצמת התאורה של כל אחד מהצבעים אשר מהווים את צבעי הבסיס, ניתן להשיג כמעט כל גוון. נורות לד כאלו נקראות לד RGB מכיוון שהן מכילות לדים בצבעים Red, Green, Blue.

הסברים מורחבים לגבי אופן הפעולה של לדים ניתן למצוא בויקיפדיה (קישור בסוף הדף).

יתרונות

ללדים מספר יתרונות. להלן היתרונות המרכזיים הרלוונטיים לנו:

• עמידות מכנית למכות, זעזועים, בניגוד לנורות רגילות.
• אורך חיים – בין 35,000 ל-50,000 שעות עבודה. לשם השוואה, אורך חיי נורת פלורסנט הוא 10,000-15,000 שעות, ונורת להט רגילה הוא 2,500-4,500 שעות.
• הלד אינה חדלה מלפעול באופן חד ופתאומי כמו נורת להט, אלא מספקת פחות ופחות אור לאורך זמן.
• עבודה במתח נמוך. הדבר מאפשר הפעלה במספר נמוך של סוללות רגילות.
• נצילות אנרגטית גבוהה (צריכת חשמל נמוכה יחסית לעוצמת תאורה) ולכן לדים מפצים מעט מאוד חום.
• נדלקות ונכבות תוך מיקרו-שניות. לשם השוואה, לנורת להט דרוש זמן של עשירית שנייה, ולנורה פלואורסצנטית דרוש זמן של חצי שנייה. הדבר מאפשר יצירת אפקטים של תחלופת צבעים והבהוב מהירים יותר מכל נורה אחרת.

סוגי לדים

לדים בודדים

לדים רגילים (מקור: ויקימדיה)

לד הוא רכיב חשמלי די קטן, בדרך כלל בגודל של 2-8 מ“מ, עם 2 חיבורים חשמליים (רגליים). בשביל להדליק לד בודד יש להעביר בו זרם מסוים מעל מתח הפעלה מסוים.

לדים אלו פחות פופולריים לקישוט מכיוון שיש לחבר כל לד בנפרד ולהתאים את המתח וצריכת הזרם לפי צבע הלד.

קיימים כיום 3 סוגי לדים:

• לד בצריכה נמוכה – בצריכה של כ- 1mA במתח של 2V.
• לד בצריכה רגילה – בצריכה של כ- 20mA. המתח נקבע על-פי הצבע:
  • 1.9-2.1V לצבעים אדום כתום וצהוב.
  • 3.0-3.4V לצבעים ירוק וכחול.
  • 2.9-4.2V לצבעים סגול, ורוד, ארגמן ולבן.
• לד אולטרא חזק – בצריכה של כ- 20mA במתח של 2V או 4-5V.

העלות של לדים בודדים היא יחסית נמוכה – בחיפוש led kit ב-Ebay ניתן לקנות חבילה של 100 לדים בכמה דולרים כולל משלוח לארץ. לצורך התנסות מומלץ לקנות 5mm LED. צבעים שונים יוציאו אור בעוצמה שונה, כאשר לד כחול הוא לרוב בתאורה הכי חזקה.

הפעלת לדים בודדים

בשביל להפעיל לד יש לחבר את שני הרגלים שלו למקור מתח בכיוון הנכון ולדאוג להגביל את הזרם על-ידי נגד (קל מאוד לשרוף לד). צריכת הזרם תהיה בדר”כ 1-20mA. לדוגמה, בשביל לחבר לד בגודל 5 מ“מ למקור מתח של 5V צריך להוסיף נגד של 220 אום. יש חשיבות לכיוון הרגלים – רגל אחת היא הפלוס בעוד הרגל השנייה היא המינוס. רוב הלדים מגיעים כאשר 2 הרגלים לא באותו אורך ואז הרגל הארוכה יותר היא הפלוס. דרך נוספת לזהות היא בתוך הלד יש שני חלקים – הרגל שמחוברת לחלק הקטן היא הפלוס. כאשר מחברים לד הפוך שום דבר לא קורה – לד הוא דיודה, ולכן מעביר זרם רק בכיוון אחד, חיבור הפוך לא ישרוף לד ולא יפגע בו.

הסבר טכני – לד מפיל על עצמו 2-4V וולט. נניח שהזרם המומלץ הוא 10mA, נרצה לחשב איזה נגד לשים (מסומן ב-X) אז לפי חוק אוהם –
0.01A = (5V – 2.5V)/X כלומר X = 2.5V/0.01A = 250Ω ולכן בחירה סטנדרטית בעבודה עם ספק מתח של 5V תהיה נגד של 220 אום. ניתן להפעיל לדים גם במתחים מאוד גבוהים (אפילו בחיבור למתח החשמלי הביתי – אל תנסו!).

למידע נוסף והסברים מומלץ להעזר במדריך Choosing The Resistor To Use With LEDs

לעתים נרצה לשלוט על עוצמת התאורה של הלדים – לכאורה ניתן לעשות זאת על-ידי שינוי ערך הנגד אך דרך זאת מסוכנת (הלד עלול להישרף) ולא נוחה. הדרך לשלוט על עוצמת התאורה הוא על-ידי כיבוי והדלקה מהירים של הלד, כלומר – PWM – Pulse-width modulation. מכיוון שהעין האנושית מוגבלת על-ידי כיבוי והדלקה מהירים (מיקרו שניות) ניתן ליצור אשליה שהלד פועל בעוצמות שונות. ניתן לעשות זאת עם מיקרו בקר (כדוגמת ארדואינו) או עם מעגל הכולל רכיב 555. הדבר נכון ללדים בודדים וכן לפסי לדים.

לד RGB

לד המכיל 3 לדים בתוכו בצבעים אדום, ירוק וכחול. ללד הזה יש 4 רגלים (ולא 2 כמו לד רגיל). רגל אחת משותפת לכל הלדים ושלוש רגלים להפעלת כל אחד משלושת הלדים. בשביל להפעיל את הלד צריך לדעת האם הרגל המשותפת היא האנודה (הפלוס) או הקטודה (המינוס). מעבר לזה, השימוש בלד זהה ללד רגיל, יש לחבר 3 נגדים – נגד לכל רגל. ניתן להפעיל ממקור מתח באופן יציב או לשלוט על העוצמה על-ידי PWM וכך לייצר מגוון צבעים רחב.

ניתן להשיג לדים כאלה מולחמים על מעגל מודפס קטן (PCBׂ) הכולל את הנגדים. הם עולים יותר מאשר לדים בודדים רגילים, אך נוח לעבוד עמם.

שרשראות לדים

ניתן לרכוש שרשראות לדים (christmas lights) במגוון חנויות משחקים וכן באינטרנט. שרשראות אלו משמשות לקישוט וניתן ללבוש אותן או לתפור אותן לביגוד. השרשראות מופעלות באמצעות סוללות או על-ידי חיבור ישירות לשקע הביתי (230V AC) או על-ידי שנאי חיצוני (בדרך-כלל 12V). בשרשראות אלו דאגו היצרנים להכניס נגדים ו/או מייצבי מתח אשר יטפלו בדרישות המתח של הצבעים השונים, ולכן הן פשוטים יחסית להפעלה

מה חשוב לבדוק בקניית שרשרת לדים?

1. ניתן להשיג שרשראות בצבע יחיד או שרשראות שבהן משולבות לדים במספר צבעים.
2. יש שרשראות הכוללות בקר שמאפשר גם להפעיל את השרשרת במצב הבהוב.
3. ניתן למצוא שרשראות יקרות יותר המכילות לדים RGB ומחוברות לבקר שמאפשר החלפת צבעים.
4. במידת הצורך, ניתן להשיג שרשראות עמידות למים.

פסי לדים

פסי לדים (LED strips) הם פסים גמישים שלאורכם משולבים לדים. פסי הלדים שימושיים ביותר בבניית מיצגים, אך פחות מתאימים ללבוש מכיוון שהפס לא עמיד לכיפופים. את פסי הלדים קונים בדרך כלל בגלילים של 5 מטר כשבצידם האחורי דבק דו-צדדי. את פס הלדים ניתן לחתוך לכל אורך רצוי (לאורך הפס יש סימונים למקומות בו ניתן לגזור אותו), וכן ניתן להלחים פסי לדים זה לזה (עד אורך סביר). רוב פסי הלדים מופעלים במתח של 12V וניתן להפעיל אותם באמצעות שנאי פשוט או מצבר של מכונית. הלדים מחוברים במקביל אחד לשני.

פסי לדים קיימים במספר סוגים:

1. פס לדים בצבע יחיד. ניתן לחבר אותו ישירות למקור מתח(לרוב 12V)והוא יידלק. שימו לב יש כיוון לחיבור – חיבור הפוך לא ישרוף אותו אבל גם לא יפיץ אור. ישנם מספר סוגים כאשר ההבדלים הם בכמות הלדים למטר ובגודל הלדים
2. פס לדים RGB. פס לדים המכיל לדים משלושה צבעים – אדום ירוד וכחול. על מנת לאפשר שליטה מלאה בצבע יש לחבר אותו למיקרו-בקר (כגון ארדואינו) או לרכוש במספר דולרים בקר פסי לדים אלחוטי המכיל שלט שמאפשר לבחור את הצבע הרצוי ואפילו לקבל תבניות פשוטות של החלפת צבעים אוטומאטית. אם מסתפקים בהפעלה של אחד מהצבעים בו או בערבוב בסיסי של הצבעים, ניתן לחבר אותו ישירות למקור מתח כמו פס לדים בצבע יחיד.
3. פס לדים נשלטים (addressable). פס לדים המכיל בנוסף ללדים רכיבים זעירים שמאפשרים להדליק כל לד בנפרד וללא קשר לשאר הלדים. רוב הפסי לדים הנשלטים הם גם RGB ומאפשרים שילובי ומשחקי צבעים יותר מתוחכמים. במיצג יד ההשראה של מידברן בנוואדה נעשה שימוש בפסי לדים אלה. בשביל להפעיל אותם חייבים לחבר אותם למיקרו-בקר (כגון ארדואינו) ש”מדבר“ עם הרכיבים ואומר לכל לד מתי להידלק. המחיר של פסי לדים אלו הרבה יותר יקר, ולרוב הם עובדים על מתח של 5V.

מה חשוב לבדוק בקניית פסי לדים?

1. מתח ההפעלה (הפעלת לדים המיועדים ל-12V עם מתח של 24V יגרום לשרפתם).
2. אם אין לכם שנאי מתאים בבית, בכדי לחסוך כסף, רכשו פס לדים שמגיע עם שנאי (יש לוודא שמתאים למתח 230V בארץ).
3. עבור פסי לדים RGB ניתן לקנות עם בקר ושלט המאפשר לשנות את הצבעים בקלות. מומלץ מאוד למתחילים.
4. פסי לדים יש בצפיפות לדים שונה, כאשר הצפיפויות הסטנדרטיות הם 30 למטר (סה”כ 150 ב- 5 מטר) ו- 60 למטר (סה“כ 300 ב- 5 מטר) אך ניתן גם להשיג ביותר או פחות לדים למטר. אין יותר טוב או פחות טוב, הכל תלוי בעוצמת התאורה שתרצו וההספק (“כמות החשמל”) שאתם יכולים לבזבז.
5. אם אתם קונים פס RGB, קיימים שני סוגים:
   1. פסים שבהם שלושה סוגי לדים מופרדים – לד אדום, לד ירוק ולד כחול. פסים כאלו לא מאפשרים ערבוב מלא של הצבעים ועוצמת התאורה שלהם נמוכה יותר. היתרון הוא שהם גם זולים יותר. שימושי בעיקר אם מדובר בתאורה בהיקף גדול כאשר הפס מוסתר ולא עומדים קרוב אליו. לרוב פסים אלו יורכבו מלדים מסוג 3528 (יופיע במפרט המוצר).
   2. פסים המורכבים מלדים RGB. בפס זה כל לד הוא RGB ולכן מאפשר להגיע לגוונים טובים יותר מבלי שניתן יהיה לראות בעין את מרכיבי הצבע. לרוב פסים אלו יורכבו מלדים מסוג 5050 (יופיע במפרט המוצר).
   • הערה: המספרים 3528 ו-5050 מציינים את גודל הלד בעשיריות מ”מ.
6. יש פסים לא מוגני מים ופסים מוגני מים. פסים מוגני מים יקרים במעט אבל הם עמידים יותר. שימו לב שמוגני מים לא אומר שניתן לטבול אותם במים! אם אתם צריכים תאורה תת-מימית רכשו פסי בתקן IP65 ודאגו לבודד היטב את כל החיבורים.

Persistence of vision – POV

בגלל שניתן להדליק ולכבות לדים מהר מאוד הם מתאימים מאוד ליצירת אשליות אופטיות. כאשר הלדים זזים מהר ונדלקים במקומות המתאימים המוח שלנו מעבד את התמונה כאילו הלדים דלוקים כל הזמן במקומות מסוימים וזה מה שאנחנו רואים. לדוגמא – Glove POV.

מטריצות וקוביות לדים

לעתים רוצים לחבר הרבה מאוד לדים במטריצה בשביל לקבל סוג של מסך שניתן להציג עליו דברים. ניתן אומנם לשלוט על כל לד בנפרד אבל הדבר דורש המון חיבורים, בדרך כלל יותר ממה שמיקרו בקר יכול לפעיל. במקום זאת ניתן לחבר את הלדים כך שכל שורה מחוברת למינוס של הלדים באותה שורה וכל עמודה לפלוס של הלדים באותה עמודה. בצורה כזה ניתן להדליק ולכבות בכל שורה את הלדים המתאימים ובדומה לטכניקות ה- POV המוח יצור תמונה של הלדים דלוקים באופן קבוע (עם כי חלשים מעט).

באופן דומה ניתן ליצור קוביות לדים (LED cube) המכילות מאות לדים המייצרים מסך תלת מימדי.

טריוויה

• החומר שממנו מיוצר לד כחול נתגלה רק בתחילת שנות התשעים. עד אז מבחר הצבעים של לדים היה אדום, כתום, צהוב וירוק. המצאת הלד הכחול הובילה לאפשרות של יצירת לד RGB ומכאן לראשונה בניית מסכי הענק המשמשים להקרנת פרסומות בצמתים.
• ברוב המקרים לד לבן הוא בעצם לד כחול שציפו אותו בחומר שממיר אור כחול לצהוב. מכיוון שמדובר בצבעים משלימים בגלגל הצבעים, נוצרת אשליה של אור לבן.

קישורים ומקורות מידע

• דיודה פולטת אור בויקיפדיה העברית.
• Light-emitting diode בויקיפדיה האנגלית.
• מדריך – הכנת שלט חוצות מ-LED