Modrá Twibright Ronja: miliwatty a lumeny u LED

Karel Kulhavý 14. 7. 2016

Optické pojítko Twibright Ronja bylo modifikováno na modrou barvu. Jak se porovná, která ze dvou LED je silnější, když u jedné výrobce udává miliwatty a u druhé lumeny? To dnes rozluštíme.

U 460nm modré LED B10190 je v datasheetu uveden optický výkon v miliwattech, u taktéž 460nanometrové D10190 je uveden v lumenech.


Zdroj pod CC-BY-SA 3.0: Spigget, Wikimedia Commons.

Jaký odstín vůbec mají zmiňované diody na 460 a standardní ronjová na 625 nm? Spektrum renderované tak, aby byl zachován odstín i přes omezení barevného prostoru obrazovky.

Nejdříve budeme muset zjistit, kolik lumenů je 1 watt na 460 nanometrech. Tato věc má tajný kódový název „luminous efficacy tabulated“, aby se lidé, kteří se těmito věcmi zabývají jen povrchově, k těmto datům nemohli dostat. Po zadání tohoto tajného hesla do Googlu vypadne stránka Hyperphysics. Teď zde máme funkci photopickou (adaptace na světlo) a scotopickou (adaptace na tmu), které se na 460 nm liší asi pětadvacetinásobně. Po pročtení všemožných článků o světle na Wikipedii najdeme, že v článku o Kandele se nenápadně vyskytuje informace (nebo se tam aspoň vyskytovala 19. května 2016), že SI jednotka je oficiálně podle té photopické odezvy. Čili se značnými obtížemi se nám podařilo zjistit, že 1 watt je na 460 nanometrech 40,98 lumenů.


Zdroj: HyperPhysics

Lidské oko má velmi různé odezvy při adaptaci na světlo a tmu. Kdyby se nám podařilo zjistit, kterou SI jednotka lumen používá, mohli bychom se i dozvědět, co ta jednotka vlastně znamená.

D10190 nám dává minimálně 80 mW, B10190 minimálně 6 lumenů. 6 lm / (40,98 lm/W) = 146 mW. To znamená B10190 se 146 mW vyhrává nad D10190 s 80 mW.


Zdroj obrázků: Seoul Semiconductor, Twibright Labs (pod GFDL).

B10190 od Seoul Semiconductor (vlevo) a HPWT-BD00-F4000 od Lumileds si to teď papírově rozdají. Kdo zvítězí?

Teď tyhle optické výkony jsou na 350 mA, podle datasheetu dioda ale může jet až na 400 mA, což zvýší optický výkon na 146 mW * 400 mA / 350 mA = 167 mW. B10190 jedoucí na plný výkon nám tedy bude produkovat 167 mW modrého světla na 460 nanometrech.

Kolik mW má teď dioda HPWT-BD00-F4000? Podle datasheetu má minimálně 3,0 lumenů a dominantní vlnovou délku 630 nm, kde máme podle tabulky na Hyperphysics 181 lumenů na watt. Tedy 3/181=16,6 mW. HPWT-BD00-F4000, nejlepší standardní ronjová dioda, nám produkuje na plný výkon 16,6 mW červeného světla na 630 nanometrech.

B10190 dává tedy přesně 10násobný minimální (garantovaný) výkon v miliwattech než HPWT-BD00-F4000! Náš fotodetektor SFH203 ale na tyhle vlnové délky reaguje různě. Na 630 nm je relativní reakce 70% a na 460 nm jen 10 %. Čili 10násobný náskok B10190 se sedmkrát sníží na pouhý 1,43násobný náskok.

Estepova B10190 stále vyhrává nad standardní HPWT-BD00-F4000 1,43násobným náskokem!

V datasheetu tato naprosto kritická informace, jak bývá zvykem, chybí, ale obrázek je ve wattech a nikoliv ve fotonech. Kdyby byl ve fotonech, křemíková odezva je mnohem placatější a vyrovnanější, protože ta trojúhelníkovitost tohoto obrázku není způsobena nějakou fyzikální charakteristikou křemíku, ale prostě formálním faktem, že čím delší vlnovou délku fotony mají, tím víc jich do joulu je. A při nárazu jednoho pingpongového míčku s nápisem foton propadne losovacím zařízením fotodetektoru v zásadě jeden pingpongový míček s nápisem elektron. A jevy, které způsobí že se to občas nepovede, jsou méně podstatné. Na 850 nanometrech pak bouracím koulím fotonů náhle dojde dech a už nemají dostatečný švih na to, aby ze zdiva krystalu nějaký ten elektron vybouraly, a povede se jim to jen tehdy, pokud jim zdivo jde tepelnými vibracemi zrovna dostatečně rychle naproti, což se pak stává méně a méně často. Na modrých barvách zase vadí to, že křemík je modrý, jestli jste někdy viděli solární panel! Takže se foton nepodaří chytit a uteče zpátky.

Kdyby obě diody měly přesně stejný tvar, co by to znamenalo pro vzdálenost? Zanedbáme mlhu. Přijímaný signál (vysokofrekvenční proud fotodiodou) klesá s 2. mocninou vzdálenosti. 1,43násobný signál znamená tedy pouze 20% nárůst dosahu – tedy z 1,4 km na 1,67 km. Čočka bude pravděpodobně nevýhodná pro tuto větší B10190 s větším vyzařovacím úhlem, nicméně mě těší, že si vede v porovnání dobře.

Chanceyho magisterská práce o podvodní komunikaci

Co ale reálná, zakalená voda, s nějakým planktonem? A co by se stalo, kdybychom do vysílací LED prali 4nanosekundové impulsy vysokého proudu, začala by fungovat jako laserová dioda? Nebo posunula by se jí aspoň vlnová délka? Takovými otázkami se zabývá 117stránková magisterská diplomová práce Marka A. Chanceyho z North Carolina State University z roku 2005.

Chcete-li se podívat, k dispozici je seznam mnoha dalších prací, které se zabývají Ronjou nebo ji alespoň citují.

widgety

Chancey postavil několik odlišných optoelektronických systémů: FM modulovaný audio přenos, systém pulzního buzení ronjové LED 4nanosekundovými pulsy o vysokém proudu, a Ronju s modrozelenou svítivou diodou. Ronju otestoval úspěšně v akváriu pod vodou na vzdálenost 5 metrů.


Zdroj: M. A. Chancey: Short Range Underwater Optical Communication Links

Chanceyho konstrukce přijímače v rozporu s návodem Ronji na jednostranném tištěném spoji bez zemní plochy a stínících přepážek je velmi problematická z hlediska spolehlivosti a citlivosti.

Chancey přijímač postavil na plošném spoji bez zemnící plochy, bez stínících přepážek napojených souvisle na zemnící plochu, a bez přímého připojení důležitých součástek na zemnící plochu. Proč je toto oblíbené porušení stavebního postupu závažný problém se dozvíme v dalším díle.

Našli jste v článku chybu?
DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

Podnikatel.cz: Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Podnikatel.cz: Slevu na dani na EET neuplatní každý

Slevu na dani na EET neuplatní každý

Vitalia.cz: Muž, který miluje příliš. Ženám neimponuje

Muž, který miluje příliš. Ženám neimponuje

Lupa.cz: Patička e-mailu závazná jako vlastnoruční podpis?

Patička e-mailu závazná jako vlastnoruční podpis?

DigiZone.cz: Parlamentní listy: kde končí PR...

Parlamentní listy: kde končí PR...

Vitalia.cz: Test dětských svačinek: Tyhle ne!

Test dětských svačinek: Tyhle ne!

Lupa.cz: Jak levné procesory změnily svět?

Jak levné procesory změnily svět?

Podnikatel.cz: Takhle se prodávají mražené potraviny

Takhle se prodávají mražené potraviny

Lupa.cz: Další Češi si nechali vložit do těla čip

Další Češi si nechali vložit do těla čip

Podnikatel.cz: Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Vitalia.cz: Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Podnikatel.cz: Tyto pojmy k #EET byste měli znát

Tyto pojmy k #EET byste měli znát

DigiZone.cz: Samsung EVO-S: novinka pro Skylink

Samsung EVO-S: novinka pro Skylink

DigiZone.cz: Ginx TV: pořad o počítačových hráčích

Ginx TV: pořad o počítačových hráčích

DigiZone.cz: Mordparta: trochu podchlazený 87. revír

Mordparta: trochu podchlazený 87. revír

DigiZone.cz: Funbox 4K v DVB-T2 má ostrý provoz

Funbox 4K v DVB-T2 má ostrý provoz

Vitalia.cz: Jak Ondra o astma přišel

Jak Ondra o astma přišel

Vitalia.cz: Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Vitalia.cz: dTest odhalil ten nejlepší kečup

dTest odhalil ten nejlepší kečup