我有一个带有 15n 电容器的 5V 原理图,我想知道我是否能够让 LED 闪烁,由这个电容器供电。我的计算是电容器将有大约 0.2 uJ 的能量。我可以将其转换为大约 100 微秒的 300 微安电流。
所以问题是:
- 在普通办公环境下使 LED 闪烁可见所需的最小能量(能量,而不是功率,因为我需要可见的闪烁,而不是恒定的光)(好的,我会用手掌遮住 LED 以避免直接曝光: -D)?
- 我将如何及时分配这些能量重要吗?
- 是否有任何色差(可能有任何人眼反应差异)?
我有一个带有 15n 电容器的 5V 原理图,我想知道我是否能够让 LED 闪烁,由这个电容器供电。我的计算是电容器将有大约 0.2 uJ 的能量。我可以将其转换为大约 100 微秒的 300 微安电流。
所以问题是:
所以,朋友们,我做了这个实验。
设置是两个 5 毫米 LED(我不确定到底是什么类型,但很可能它们具有 60 度的光分布和 40 mcd 的最大光 - 仍然没有得到他们测量这种强度的方式):红色,330 欧姆串联电阻和绿色与 160。两者都带有 5V 电源和 AVR 微控制器。
通过这种设置,我能够看到绿色 LED 的闪烁短至 1 us,红色 LED 的闪烁短至 2 us。我应该指出,我在光线充足的房间里,但我将手掌放在 LED 周围,在 LED 周围形成一个 3 英寸深的井。我直接看着 LED,我期待着闪烁。因此,如果您不期待眨眼,这盏灯绝对不足以注意到眨眼。
电流可以估计为 3.8 伏特/330 欧姆 = 11.5 毫安(红色)和23 毫安(绿色)。
因此,红色为11,5 mAmps * 1,2 Volts = 14 mW ,绿色为28 mW。
在这两种情况下,眨眼电能依次低至28 nJ(纳米焦耳!!!)。这大约是我预期花费在眨眼上的十倍!
我在我的妻子和我 7 岁的女儿身上进行了测试。一样。
关于能量分布与时间的关系:
不幸的是,我无法更换电阻,所以我只做了一件事:我将 LED 置于 1% PWM 的恒定光照模式。如果我改变频率,我没有注意到任何差异(每 100 us 闪烁 1 us 与每 10 ms 闪烁 100 us 一样亮)。这不完全是我所需要的,但看起来我将如何及时分配权力并不是什么大问题。
关于眼睛不同区域的灵敏度:只有当我准确地看 LED 时,我才能看到眨眼。如果我稍微移动视线轴 - 我什么也看不见。在持续照明的情况下,我注意到了同样的事情。
维基百科建议使用 100 个光子量级的东西,以在最理想的条件下实现可见响应。
光子中的能量可以通过下式计算:
$$ E = {hc \over \lambda }$$
在哪里:
人眼的视杆细胞对 510 nm 波长最敏感。因此,这些光子的能量约为每光子 3.9×10 -19焦耳。
将其乘以人眼检测所需的大约 100 个光子,就得到 3.9×10 -17焦耳。根据能量守恒定律,您至少需要这么多电能才能使任何东西可见。
当然,LED 的效率不是 100%。并非所有颜色都具有相同的发光效率,因此用于产生人类可见光的最有效 LED 不一定是眼睛最敏感的波长。我将把这项研究留作练习,假设 LED 的发光效率为 25%。这将所需的能量增加了四倍,达到:
1.6×10 -16焦耳
也就是说,根据我的粗略估计,人类用 LED 记录视觉响应所需的绝对最小能量。
您的电容器中存储了更多数量级的能量,因此在理想条件下,即使在考虑了从电容器向 LED 供电的效率低下之后,您也可能会记录视觉响应。
当然,在实践中,房间不会完全黑暗,观察者也不会完全适应,LED 的光也不会聚焦在一个小点上。所以你可能需要更多的能量。也许更多。
有关如何以低功率闪烁 LED 的一些好的提示,请查看现已过时的LM3909 LED 闪光灯芯片。请注意它如何将来自电容的电压与来自 1.5V 电池的电压“叠加”起来,以获得足够的 LED 正向电压。
通常在该芯片上使用几十 µF(不是几十 nF)范围内的电容器,以在仅中等效率的 LED 上产生非常明显的闪光。我估计这为每个闪存提供了大约 50 µJ 的能量,因此您可能比您需要的位置少一个或两个数量级。
在 100 毫秒 30uA 的电流下,您可能会看到可见的闪烁(在办公室照明中,需要注意光学以增加对比度)。
将闪烁持续时间减少到大约 100 毫秒以下并没有什么特别的意义——通常 LED 效率在更高的电流下不会更好,并且眼睛会看到与大约相同的亮度相同的能量。一个 100us 的脉冲看起来与电流为 1/1000 的 100ms 脉冲一样亮,因此更像是 300nA 等效值。
使用良好的 LED、调暗的眼睛和在黑暗的房间里,这可能是可见的。