Năng lượng tối thiểu cần thiết cho đèn LED nhấp nháy để có thể nhìn thấy

7

Tôi có một sơ đồ 5V với tụ 15n và tôi tự hỏi liệu tôi có thể nháy đèn LED, được cung cấp từ tụ điện này không. Tính toán của tôi là tụ điện sẽ có khoảng 0,2 uJ năng lượng. Điều này tôi có thể chuyển đổi thành khoảng 100 uSec của 300 uA hiện tại.

Vì vậy, các câu hỏi là:

Năng lượng tối thiểu là bao nhiêu (năng lượng, không phải năng lượng, vì tôi cần có một chớp mắt có thể nhìn thấy, không phải là ánh sáng không đổi) cần thiết để làm cho đèn flash LED hiển thị trong các trường hợp văn phòng thông thường (OK, tôi sẽ che đèn LED bằng lòng bàn tay để tránh tiếp xúc với ánh sáng trực tiếp: -D)?
Có quan trọng làm thế nào tôi sẽ phân phối năng lượng này kịp thời?
Có sự khác biệt màu sắc (có thể có bất kỳ sự khác biệt phản ứng mắt người)?

— La Mã Matveev
nguồn

1

Để thấy một đèn led thông thường, bạn cần một thứ gì đó theo thứ tự hàng chục miliamp trong hàng chục milis giây - đó là 4 bậc độ lớn hơn sau đó bạn nói bạn có thể cung cấp.

— Jan Dorniak

1

nâng cao vì đây là một trong số ít câu hỏi tôi đã thấy OP hiểu sự khác biệt giữa năng lượng và sức mạnh! Màu xanh lá cây là phản ứng mắt tối đa, nhưng không nhất thiết là đèn LED có nhiều lumens / mW nhất. Các quang kế nhấp nháy dường như gợi ý rằng tất cả các xung <10mS là tương đương, nhưng tôi có thể hiểu sai điều đó, hãy thử tìm kiếm cụm từ đó.

— Neil_UK

2

Không liên quan trực tiếp , nhưng tôi đã thấy một báo cáo thử nghiệm cách đây vài năm rằng phản ứng thị giác của con người có năng lượng thấp nhất (trong phòng "hoàn toàn đen") đã đạt được bởi một đối tượng thử nghiệm có thể nhận thấy sự phát xạ chỉ có 3 photon (IIRC) đèn đỏ. Theo tôi, khả năng ứng dụng ở đây là năng lượng cho năng lượng, với hiệu suất tương tự, một đèn LED màu đỏ có thể sẽ giúp bạn phát hiện đáng tin cậy nhất. Như đã nói, ngưỡng phát hiện tuyệt đối phụ thuộc vào từng người, và rất nhiều phụ thuộc vào độ sáng, độ đồng đều và cân bằng màu của ánh sáng xung quanh.

— Robherc KV5ROB

4

@JanDorniak: Đó là một chút bi quan. Có rất nhiều đèn LED hiệu suất cao tạo ra lượng ánh sáng rất đáng chú ý trên dưới 1 mA. Và đèn flash từ 1 ms trở xuống vẫn còn rất rõ. Câu trả lời cuối cùng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện ánh sáng xung quanh, mà OP đã thừa nhận.

— Dave Tweed

2

Tôi có đèn led sáng ở mức 1 mA và có thể nhìn thấy trong phòng bán sáng ở 100 ampe. Góc rất quan trọng nhưng tôi chắc chắn rằng tôi có thể đưa chúng xuống hàng chục micro ampe, và chúng là từ một chuỗi led của khu vườn tiêu dùng. Không có gì cao cấp. @jandorniak

— Người qua đường

8

Vì vậy, bạn bè, tôi đã làm thí nghiệm.

Thiết lập là hai đèn LED 5 mm (Tôi không chắc chính xác là loại nào, nhưng hầu hết có lẽ chúng có phân bố ánh sáng 60 độ và 40 mcd ánh sáng tối đa - vẫn không hiểu được cách chúng đo cường độ này): màu đỏ với 330 Ohm loạt điện trở và màu xanh lá cây với 160. Cả hai đều có nguồn cung cấp 5V và vi điều khiển AVR.

Với thiết lập này, tôi có thể thấy nháy mắt ngắn như 1 chúng tôi cho màu xanh lá cây và 2 chúng tôi cho đèn LED màu đỏ. Tôi nên chỉ ra rằng tôi đang ở trong phòng có ánh sáng tốt nhưng tôi đặt lòng bàn tay của mình xung quanh đèn LED để tạo ra một giếng sâu 3 inch xung quanh đèn LED. Tôi nhìn thẳng vào đèn LED và tôi đang mong chờ chớp mắt. Vì vậy, ánh sáng này chắc chắn là không đủ để nhận thấy chớp mắt nếu bạn không mong đợi.

Dòng điện có thể được ước tính là 3,8 Volts / 330 Ohms = 11,5 mA cho màu đỏ và 23 mA cho màu xanh lá cây.

Vậy năng lượng điện là 11,5 mAmps * 1,2 Volts = 14 mW cho màu đỏ và 28 mW cho màu xanh lá cây.

Tuần tự, năng lượng điện nhấp nháy thấp đến 28 nJ (nano Joules !!!) trong cả hai trường hợp. Đó là khoảng mười lần nhiều hơn tôi mong đợi để chi tiêu trong nháy mắt!

Tôi kiểm tra điều này trên vợ tôi và con gái 7-yo của tôi. Điều tương tự.

Về phân phối năng lượng theo thời gian:

Thật không may, tôi không thể thay đổi điện trở nên tôi chỉ thực hiện một điều: tôi đặt đèn LED ở chế độ ánh sáng không đổi với 1% PWM. Và tôi đã không nhận thấy bất kỳ sự khác biệt nào nếu tôi thay đổi tần số (1 chúng tôi nháy mỗi 100 chúng tôi đều sáng như nhau khi 100 chúng tôi chớp mỗi 10 ms). Đây không phải là chính xác những gì tôi cần nhưng có vẻ như nó không phải là vấn đề lớn về cách tôi sẽ phân phối sức mạnh kịp thời.

Về độ nhạy của các khu vực khác nhau của mắt : Tôi chỉ có thể nhìn thấy chớp mắt nếu tôi nhìn chính xác vào đèn LED. Nếu tôi thay đổi trục thị giác một chút - tôi đã không thể nhìn thấy gì. Điều tương tự tôi nhận thấy với ánh sáng liên tục.

— La Mã Matveev
nguồn

1

Joules là đơn vị năng lượng, không phải sức mạnh. 1 Joule = 1 volt * 1 ampe * 1 giây. Tôi hy vọng bạn biết điều này vì bạn đã tính toán chính xác, nhưng sau đó văn bản của bạn mô tả nó là "năng lượng điện nhấp nháy" sẽ là "năng lượng điện nhấp nháy".

— JRE

1

@JRE tất nhiên bạn đúng! Sai lầm của tôi. Tôi đã sửa lỗi :)

— Roman Matveev

4

Wikipedia gợi ý một cái gì đó theo thứ tự 100 photon để đạt được phản ứng có thể nhìn thấy trong điều kiện lý tưởng nhất.

Năng lượng trong một photon có thể được tính bằng:

E = = \frac{h c}{λ}

$E = {hc \over \lambda }$

Ở đâu:

h là hằng số Planck, khoảng 6,6 × 10 ³⁴ J⋅s,
c là tốc độ ánh sáng, khoảng 3 × 10 ⁸ m / s và
là bước sóng của photon.

Các tế bào que của mắt người nhạy cảm nhất ở bước sóng 510nm . Vì vậy, năng lượng của các photon đó là khoảng 3,9 × 10 ⁻¹⁹ joules mỗi photon.

Nhân số đó với khoảng 100 photon cần thiết để phát hiện bằng mắt người và bạn nhận được 3,9 × 10 ⁻¹⁷ joules. Theo định luật bảo toàn năng lượng, bạn sẽ cần tối thiểu năng lượng điện này để có thể nhìn thấy mọi thứ.

Tất nhiên đèn LED không hiệu quả 100%. Không phải tất cả các màu đều có hiệu ứng phát sáng như nhau , vì vậy có thể là đèn LED hiệu quả nhất để tạo ra ánh sáng nhìn thấy được của con người không nhất thiết phải ở bước sóng mà mắt nhạy nhất. Tôi sẽ để nghiên cứu đó như một bài tập, và giả sử một đèn LED có hiệu suất phát sáng là 25%. Điều đó làm tăng năng lượng cần thiết theo hệ số bốn, để:

1.6 × 10 ⁻¹⁶ joules

Đó là, theo ước tính sơ bộ của tôi, năng lượng tối thiểu tuyệt đối cần thiết để đăng ký phản ứng trực quan với đèn LED ở người.

Bạn có các đơn đặt hàng năng lượng lớn hơn được lưu trữ trong tụ điện của mình, vì vậy trong điều kiện lý tưởng , có khả năng bạn có thể đăng ký phản hồi trực quan ngay cả sau khi tính toán không hiệu quả trong việc đưa nguồn điện từ tụ điện vào đèn LED.

Tất nhiên, trên thực tế, căn phòng sẽ không hoàn toàn tối, người xem sẽ không được thích nghi một cách lý tưởng và ánh sáng của đèn LED sẽ không được tập trung vào một điểm nhỏ. Vì vậy, bạn có thể cần nhiều năng lượng hơn. Có lẽ nhiều hơn nữa.

— Phil Frost
nguồn

Nghe có vẻ thú vị khi nối một rơle để sạc xen kẽ một tụ điện và sau đó đổ nó qua một đèn LED thông thường, và xem điện dung nhỏ nhất có thể mang lại một đèn flash nhìn thấy (cho 5v hoặc bất cứ lần sạc nào).

— Chris Stratton

Chúng tôi đã thiết lập rằng đèn LED cần phải được nhìn thấy trong "ánh sáng văn phòng thông thường" với nhiều nhất là một bàn tay cung cấp một số bóng râm.

— Dave Tweed

Là 1,5 * 10-17 phải là 3,9 * 4 = 15,6 * 10-17 joules? Tôi nghĩ rằng bạn cần phân chia năng lượng ánh sáng với hiệu quả - không nhân lên.

— La Mã Matveev

2

Để biết một số gợi ý hay về cách chiếu đèn LED ở công suất thấp, hãy tìm chip flasher LED LM3909 đã lỗi thời . Lưu ý cách nó "xếp" điện áp từ nắp với điện áp từ một tế bào 1,5V để có đủ điện áp chuyển tiếp cho đèn LED.

Người ta thường sử dụng một tụ điện trong phạm vi hàng chục phaF (không phải hàng chục nF) với chip này để tạo ra một đèn flash rất rõ trên đèn LED chỉ có hiệu quả vừa phải. Tôi sẽ ước tính rằng cái này cung cấp khoảng 50 PhaJ cho mỗi đèn flash, vì vậy bạn có thể là một thứ tự cường độ hoặc hai lần so với nơi bạn cần đến.

— Dave Tweed
nguồn

2

Bạn có thể có thể nhìn thấy (trong ánh sáng văn phòng, với một số chú ý đến quang học để tăng độ tương phản) nhấp nháy với dòng điện 100ms 30uA.

Không có điểm đặc biệt nào trong việc giảm thời lượng chớp mắt dưới khoảng 100ms - thông thường hiệu suất LED sẽ không tốt hơn ở dòng điện cao hơn và mắt sẽ nhìn thấy năng lượng tương tự như về cùng độ sáng. Xung 100us sẽ xuất hiện sáng như xung 100ms với dòng điện 1/1000, giống như tương đương 300nA.

Điều đó có thể được nhìn thấy với một đèn LED tốt, đôi mắt được điều chỉnh tối và trong một căn phòng tối.

— Spehro Pefhany
nguồn