Site Loader

Содержание

Характеристики светодиодов: обзор основных параметров LED

Экономически оправданной альтернативы LED-источникам пока не изобрели, что прогнозирует повальный переход на этот тип освещения уже в ближайшие годы. Но для корректного использования этих источников необходимо разбираться в их основных характеристиках.

При классификации светодиодных источников света используются параметры, разработанные исключительно для данных типов осветительных приборов. Данная статья как раз и предназначена для ознакомления с особенностями, которые отличают характеристики светодиодов от традиционных источников света.

Сила и напряжение, потребляемого светодиодом тока

Почти все светоизлучающие диоды рассчитаны на стандартную силу тока 20 мА. При вычислении сопротивления светодиода по закону Ома используется именно эта величина.

Светодиод, как собственно и любой диод, способен пропускать ток только в одну сторону, для стабильной работы он должен быть постоянным. Источником питания для LED источников света является дроссель, который выдает необходимые характеристики потребляемого тока. Светодиодный кристалл рассчитан на напряжение, колеблющееся от 0,5 до 6 вольт.

На одной подложке может быть размещено несколько LED кристаллов. Сумма показателей напряжения всех кристаллов составит требуемый показатель для такого источника света.

Следует заметить, что в электрофизических значениях светодиодов существует допустимый разброс вольт амперной характеристики (ВАХ), это обусловлено технологией производства. Невозможно вырастить кристаллы с жестко ограниченными показателями. Подгон показателей производится методом калибровки.

Монтаж следует проводить в соответствии с обозначенной полярностью. При неправильном включении светодиод закроется, и работать не будет. Если напряжение превысит предел в 5 вольт, произойдет пробой, что приведет к порче изделия.

Для правильного подключения катод на DIP светодиодах обозначается более короткой ногой, на SMD это будет спил на подложке возле соответствующего контакта.

Интенсивность светового потока, угол рассеивания

Данная характеристика очень важна в освещении, особенно в помещениях. Интенсивность светового потока измеряется в Люменах (Лм). Для сравнения, обычная лампа накаливания в 100 Вт выдает показатель 1000 Лм. Для простого расчета напряжения лед-источника, который заменит лампу накаливания, необходимо вольтаж классики разделить на 8. Примером, лампе в 100 Вт будет соответствовать светодиод мощностью 12 – 12.5 Вт.

Важно осознавать, что рассматриваемый источник имеет одностороннее направление освещения, в то время как обычная лампа накаливания рассеивает свет во все стороны. Светодиоды имеют точечную направленность. Для увеличения угла рассеивания в конструкции применяются специальные линзы. Угол рассеивания колеблется в пределах 20 — 120˚.

Соотношение параметров эффективности разных источников света, приведенных для сравнения:

  1. Лампа накаливания – 10 Лм/Вт.
  2. Люминесцентная лампа – до 40 Лм/Вт.
  3. Светодиод – до 140 Лм/Вт.

Размер кристалла

В общих характеристиках светоизлучающих диодов можно встретить значение размера кристалла. Эта величина измеряется в Милах (mil), 1 mil соответствует 0,0254 мм. Стандартные размеры квадрата кристалла 24×24, 24×40, 35×35 и 40×40 mil. Считается, чем больше его площадь, тем больше потребляемая мощность, при этом снижается нагрев при работе и увеличивается предел перегрузки. Для сравнения размеры 40×40mil соответствуют 1,143 × 1,143 мм и потребляют около 1 Вт.

Естественно, большое значение имеет материал для изготовления и условия, при которых кристалл выращивался. Также значение имеет качество калибровки. Это к тому, что себе дешевле приобретать светодиоды известных брендов, показатели многих китайских лед источников света завышены.

Недобросовестные продавцы зачастую заявляют повышенную мощность. Обратив внимание на размеры кристалла, можно предостеречь себя от приобретения подделки.

CRI (индекс цветопередачи)

Для более ясного понимания этой характеристики, целесообразно ознакомиться с принципами восприятия цветов человеческим глазом. Белый свет включает в себя весь спектр. Попадая на окружающие нас предметы, отражается только та часть спектра, которая соответствует цвету предмета. Естественно, источник с искаженным спектром будет искажать человеческое цветовосприятие.

Для определения степени достоверности передачи цветов при освещении искусственным источником был разработан индекс цветопередачи (CRI). Степени значений индекса цветопередачи расположены в границах 0 – 100. Показатель 100 соответствует солнечному свету и является сравнительным эталоном.

Полноценный индекс CRI, при котором искажение будет минимальным, не должен быть ниже значения 90.

Цветовые характеристики

Свет имеет волновую природу, длина излучаемой волны определяет цвет и измеряется в нанометрах (нм). Человеческий глаз способен воспринимать диапазон от 380 до 760 нм, что соответствует видимому спектру.

Таблица цветовых характеристик

Примечательно, что человеческий глаз имеет наибольшую чувствительность при показателе 555 нм, следовательно, источник с таким параметром будет иметь наибольшую степень освещенности.

Цветовая температура

Данная характеристика выведена по аналогии цветовосприятия разогреваемого металла. Численные пределы размещены в рамках от 800 до 7500 и измеряются в Кельвинах (К). Наиболее низким показателем обладает красный свет – около 800 К, соответственно, наиболее высокий – у холодного синего.

Для освещения применяется белый свет. Цветные светодиоды в основном используются в декоративных и индикационных целях. Белый цвет по критериям цветовой температуры разделяется на три подкатегории:

  1. Теплый – 2700 – 3500 К.
  2. Нейтральный – 3500 – 5300 К (наиболее сбалансированный для восприятия).
  3. Холодный – 5300 – 7500 К.

Максимальная рабочая температура

Рабочая температура — одна из важнейших характеристик светодиода. При работе выделяется большое количество тепла, переизбыток которого может привести для начала к падению интенсивности светоизлучения, а в дальнейшем и к полной порче светодиода. Некоторые сверхяркие кристаллы способны разогреваться до температуры 150˚ С.

Производители ввели понятие «максимальная рабочая температура» для определения пределов температурного режима, в котором работа лед источника будет оптимальной. Значение допустимой температуры обозначаются в общих паспортных данных.

Для борьбы с избыточной температурой применяются алюминиевые и медные термоотводящие радиаторы. Маломощные SMD светодиоды монтируются на плату (подложку), которая также выступает и в роли охладителя. Для улучшенной теплоотдачи место соединения светодиода и радиатора смазывается термопастой.

Срок эксплуатации

Этот параметр указывает на предполагаемую продолжительность работы LED кристалла. Индикационные светодиоды имеют продолжительность работы до 100 000 часов. Для сверхярких источников этот показатель составляет максимум 60 000 часов. Производители из Поднебесной зачастую завышают и этот показатель.

Для продления срока эксплуатации необходимо соблюдать температурный режим работы лед светильника. Другими словами, чем эффективней охлаждение, тем дольше живет источник.

Для наглядного ознакомления рекомендуется посмотреть видео. Автор видео всего за несколько минут лаконично описывает основные параметры и характеристики, которые действительно важны при выборе светодиодов.

Вывод

При выборе светодиодов желательно отдавать предпочтение маркам, зарекомендовавших себя брендов. Стоимость данных источников света значительно выше традиционных, следовательно, срок окупаемости тоже увеличен. Позарившись на дешевое изделие с плохими характеристиками, можно просто выбросить деньги на ветер и, напротив, светодиодные изделия от проверенных производителей обычно отрабатывают заявленный срок. Более того, при приобретении брендовых осветительных приборов на основе LED, как правило, предоставляется гарантия.

Характеристики светодиодов, применение и схема подключения

Со времен изобретения электрического освещения учеными создавались все более экономичные источники. Но настоящим прорывом в этой области стало изобретение светодиодов, которые не уступают по силе светового потока предшественникам, однако расходуют во много раз меньше электроэнергии. Их созданию, начиная от первого индикаторного элемента и заканчивая ярчайшим на сегодня диодом «Cree», предшествовало огромное количество работы. Сегодня мы попробуем разобрать различные характеристики светодиодов, узнаем, как эволюционировали эти элементы и как их классифицируют.

Все эти элементы внутреннего монтажа уже уходят в прошлое

Читайте в статье:

Принцип работы и устройство световых диодов

Светодиоды отличает от привычных осветительных приборов отсутствие в нем нити накала, хрупкой колбы и газа в ней. Это принципиально отличный от них элемент. Говоря научным языком, свечение создается за счет наличия в нем материалов р- и n-типа. Первые накапливают положительный заряд, а вторые – отрицательный. Материалы р-типа накапливают в себе электроны, в то время, как в n-типе образуются дырки (места, где электроны отсутствуют). В момент появления на контактах электрического заряда они устремляются к р-n-переходу, где каждый электрон инжектируется именно в р-тип. Со стороны обратного, отрицательного контакта n-типа в результате подобного движения и возникает свечение. Оно обусловлено выделением фотонов. При этом не все фотоны излучают видимый человеческим глазом свет. Сила, которая заставляет двигаться электроны, называется током светодиода.

Эта информация ни к чему обычному обывателю. Достаточно знать, что светодиод имеет прочный корпус и контакты, которых может быть от 2-х до 4-х, а также то, что каждый светодиод имеет свое номинальное напряжение, необходимое для свечения.

Устройство светового диода с пояснениями

Полезно знать! Подключение производится всегда в одинаковом порядке. Это значит, что если к контакту «-» на элементе подключить «+», то свечения не будет – материалы р-типа просто не смогут зарядиться, а значит не будет и движения к переходу.

Классификация светодиодов по их области применения

Такие элементы могут быть индикаторными и осветительными. Первые были изобретены раньше вторых, при этом они уже давно используются в радиоэлектронике. А вот с появлением первого осветительного светодиода начался настоящий прорыв в электротехнике. Спрос на осветительные приборы подобного типа неуклонно растет. Но и прогресс не стоит на месте – изобретаются и внедряются в производство все новые виды, которые становятся все ярче, не потребляя при этом больше энергии. Разберем более подробно, какими бывают светодиоды.

Индикаторные светодиоды: немного истории

Первый такой светодиод красного цвета был создан в середине ХХ века. Хотя он имел низкую энергоэффективность и излучал тусклое свечение, направление оказалось перспективным и разработки в этой обрасти продолжились. В 70-х годах появляются зеленые и желтые элементы, а работы по их усовершенствованию не прекращаются. К 90-му году сила их светового потока достигает 1 Люмена.

В наше время светодиодные лампы могут быть даже такими

1993 год ознаменован появлением в Японии первого синего светодиода, который был намного ярче предшественников. Это означало, что теперь, совмещая три цвета (которые и составляют все оттенки радуги), можно получить любой. В начале 2000-х сила светового потока уже достигает 100 Люмен. В наше время светодиоды не перестают совершенствоваться, наращивая яркость без увеличения потребляемой мощности.

Использование светодиодов в бытовом и промышленном освещении

Сейчас подобные элементы используются во всех отраслях, будь то машино- или автомобилестроение, освещение производственных цехов, улиц или квартир. Если взять последние разработки, то можно сказать, что даже характеристики светодиодов для фонариков порой не уступают старым галогеновым лампам на 220 В. Попробуем привести один пример. Если взять характеристики светодиода 3 Вт, то они будут сопоставимы с данными лампы накаливания с потреблением 20-25 Вт. Получается экономия электроэнергии почти в 10 раз, что при ежедневном постоянном использовании в квартире дает весьма существенную выгоду.

Фонари на диодах со специальными линзами светят на расстояние до 3 км
Чем хороши светодиоды и есть ли в них минусы

О положительных качествах световых диодов можно сказать многое. Основными из них можно назвать:

  • Экономичность без потери силы светового потока – здесь они вне конкуренции;
  • Прочный корпус – отсутствует опасность механического повреждения;
  • Долговечность – такие элементы работают в десятки раз дольше ламп накаливания;
  • Компактность – имеют малые габариты;
  • Наиболее безопасны – работают от сети 3-24 В;
  • Экологичны – не требуют специальной утилизации.

Что же касается отрицательных сторон, то их всего две:

  • Работают только с постоянным напряжением;
  • Вытекает из первого – высокая стоимость ламп на их основе по причине необходимости использования драйвера(электронного стабилизирующего блока).
Ультрафиолетовый и инфракрасный световые диоды – изготавливают даже такие

Каковы основные характеристики светодиодов?

При выборе таких элементов для той или иной цели, каждый обращает внимание на их технические данные. Основное, на что следует обратить внимание, приобретая приборы на их основе:

  • ток потребления;
  • номинальное напряжение;
  • потребляемая мощность;
  • температура цвета;
  • сила светового потока.

Это то, что мы можем увидеть на маркировке светодиодных ламп. На самом же деле, характеристик намного больше. О них сейчас и поговорим.

Ток потребления светодиода – что это такое

Ток потребления светодиода равен 0.02 А. Но это относится лишь к элементам с одним кристаллом. Существуют и более мощные световые диоды, в составе которых может быть 2, 3 и даже 4 кристалла. В этом случае ток потребления будет увеличиваться, кратно числу чипов. Именно этот параметр и диктует необходимость подбора резистора, который впаивается на вводе. В этом случае сопротивление светодиода не дает высокому току мгновенно сжечь LED элемент. Это может произойти по причине высокого тока сети.

RGB прожекторы с контроллером и пультом ДУ действительно хороши

Номинальное напряжение

Напряжение светодиода имеет прямую зависимость от его цвета. Это происходит по причине разности материалов для их изготовления. Рассмотрим эту зависимость.

Цвет светодиодаМатериалПрямое напряжение при 20 мА
Типовое значение (В)Диапазон (В)
ИКGaAs, GaAlAs1,21,1-1,6
КрасныйGaAsP, GaP, AlInGaP2,01,5-2,6
ОранжевыйGaAsP, GaP, AlGaInP2,01,7-2,8
ЖелтыйGaAsP, AlInGaP, GaP2,01,7-2,5
ЗеленыйGaP, InGaN2,21,7-4,0
ГолубойZnSe, InGaN3,63,2-4,5
БелыйСиний/УФ диод с люминофором3,62,7-4,3

Сопротивление световых диодов

Сам по себе один и тот же светодиод может иметь различное сопротивление. Меняется оно в зависимости от включения в цепь. В одну сторону – около 1 кОм, в другую – несколько МОм. Но здесь есть свой нюанс. Сопротивление светодиода нелинейно. Это значит, что оно может изменяться в зависимости от подаваемого на него напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже будет сопротивление.

Точечный потолочный светильник на диодах очень экономичен

Светоотдача и угол свечения

Угол светового потока светодиодов может различаться, в зависимости от их формы и материала изготовления. Он не может превышать 1200. По этой причине, если требуется большее рассеивание, применяют специальные отражатели и линзы. Это качество «направленного света» и способствует наибольшей силе светового потока, которая может достигать 300-350 Лм у одного светодиода на 3 Вт.

Мощность светодиодных ламп

Мощность светодиода – величина сугубо индивидуальная. Она может варьироваться в диапазоне от 0.5 до 3 Вт. Определить ее можно по закону Ома P = I×U, где I – сила тока, а U – напряжение светодиода.

Мощность – довольно важный показатель. Особенно когда необходимо рассчитать какой блок питания необходим для того или иного количества элементов.

Цветовая температура

Этот параметр схож с другими лампами. Наиболее приближены то температурному спектру к светодиодным люминесцентные лампы. Измеряется цветовая температура в К (Кельвин). Свечение может быть теплым (2700-3000К), нейтральным (3500-4000К) или холодным (5700-7000К). На самом деле оттенков много больше, здесь указаны основные.

На такой платформе могут быть сотни кристаллов

Размер чипа LED элемента

Этот параметр самостоятельно измерить при покупке не удастся и сейчас уважаемому читателю станет понятно почему. Самые распространенные размеры – это 45х45 mil и 30х30 mil (соответствуют 1 Вт), 24х40 mil (0.75 Вт) и 24х24 mil (0.5 Вт). Если перевести в более привычную систему измерений, то 30х30 mil будут равны 0.762х0.762мм.

Чипов (кристаллов) в одном светодиоде может быть много. Если элемент не имеет слоя люминофора (RGB – цветной), то количество кристаллов можно подсчитать.

Важно! Не стоит приобретать очень дешевые светодиоды китайского производства. Они могут оказаться не только низкого качества, но и характеристики их чаще всего завышены.

Подделку довольно тяжело отличить от оригинала при покупке

Что такое SMD светодиоды: их характеристики и отличие от обычных

Четкая расшифровка этой аббревиатуры выглядит как Surface Mount Devices, что в буквальном переводе означает «монтируемый на поверхности». Чтобы было понятнее, можно вспомнить, что обычные световые диоды цилиндрической формы на ножках утапливаются ими в плату и припаиваются с другой стороны. В отличие от них SMD-компоненты фиксируются лапками с той же стороны, где находятся и сами. Такой монтаж дает возможность создания двусторонних печатных плат.

Такие светодиоды намного ярче и компактнее обычных и являются элементами нового поколения. Их габариты указываются в маркировке. Но не стоит путать размер SMD светодиода и кристалла (чипа) которых в составе компонента может быть множество. Разберем несколько таких световых диодов.

Вот они, LED SMD2835. Маленькие, но света от них достаточно

Параметры LED SMD2835: размеры и характеристики

Многие начинающие мастера путают маркировку SMD2835 с SMD3528. С одной стороны они должны быть одинаковы, ведь маркировка указывает, что эти светодиоды имеют размер 2.8х3.5 мм и 3.5 на 2.8 мм, что одно и то же. Однако это заблуждение. Технические характеристики светодиода SMD2835 намного выше, при этом он имеет толщину всего 0.7 мм против 2 мм у SMD3528. Рассмотрим данные SMD2835 с различной мощностью:

ПараметрКитайский 28352835 0,2W2835 0,5W2835 1W
Сила светового потока, Лм82050100
Потребляемая мощность, Вт0,090,20,51
Температура, в градусах С+60+80+80+110
Ток потребления, мА2560150300
Напряжение, В3,2

Как можно понять, технические характеристики SMD2835 могут быть довольно разнообразны. Все зависит от количества и качества кристаллов.

Характеристики светодиода 5050: более габаритный SMD-компонент

Довольно удивительно, что при больших габаритах этот светодиод имеет меньшую силу светового потока, чем предыдущий вариант – всего 18-20 Лм. Причиной этому малое количество кристаллов – обычно их всего два. Наиболее распространенное применение такие элементы нашли в светодиодных лентах. Плотность из в полосе обычно составляет 60 шт/м, что в общей сложности дает около 900 Лм/м. Достоинство их в этом случае в том, что лента дает равномерный спокойный свет. При этом угол ее освещения максимальный и равен 1200.

На таких элементах делается лампа «кукуруза»

Выпускаются такие элементы с белым свечением (холодного или теплого оттенка), одноцветными (красный, синий или зеленый), трехцветными (RGB), а так же четырехцветными (RGBW).

Характеристики светодиодов SMD5730

По сравнению с этим компонентом, предыдущие уже считаются устаревшими. Их уже можно назвать даже сверх яркими светодиодами. 3 вольта, которые питают и 5050, и 2835 выдают здесь до 50 Лм при 0.5 Вт. Технические характеристики SMD5730 на порядок выше, а значит их необходимо рассмотреть.

ПараметрПоказатель
Сила светового потока, Лм45-50
Потребляемая мощность, Вт0,5
Диапазон рабочих температур, в градусах СОт -40 до +80
Номинальный ток, мА150
Рабочее напряжение, В3,1-3,2
Угол освещения120 градусов

И все-таки это не самый яркий из SMD-компонентов светодиод. Сравнительно недавно на российском рынке появились элементы, которые в прямом смысле «заткнули за пояс» все остальные. О них сейчас и пойдет речь.

Элементы на ленте могут располагаться и в 2 ряда для яркости

Светодиоды «Cree»: характеристики и технические данные

На сегодняшний день аналогов продукции фирмы Cree не существует. Характеристики сверх ярких светодиодов их производства действительно поражают. Если предыдущие элементы могли похвастаться силой светового потока лишь в 50 Лм с одного кристалла, то, к примеру, характеристики светодиода XHP35 от «Cree» говорят о 1300-1500 Лм так же от одного чипа. Но и мощность их больше – она составляет 13 Вт.

Если обобщить характеристики различных модификаций и моделей светодиодов этой марки, то можно увидеть следующее:

МодификацияXM-LXR-E, XP-G, XP-E, XP-C
Сила светового потока, Лм/втT5 (от 260 до 280)T6 (от 280 до 300)U2 (от 300 до 320)Q2 (от 87,4 до 93,9)Q3 (от 93,9 до 100)Q4 (от 100 до 107)Q5 (от 107 до 114)R2 (от 114 до 122)

Сила светового потока SMD LED «Cree» называется бином, который в обязательном порядке проставляется на упаковке. В последнее время появилось очень много подделок под эту марку, в основном китайского производства. При покупке их сложно отличить, а вот уже через месяц использования их свет тускнеет и они перестают отличаться от других. При довольно высокой стоимости такое приобретение станет довольно неприятным сюрпризом.

Нить накала постепенно уходит в историю

Предлагаем Вам небольшое видео на эту тему:

Проверка светодиода мультиметром – как ее выполнить

Самым простым и доступным способом является «прозвонка». На мультиметрах есть отдельное положение переключателя, специально для диодов. Переключив прибор в нужную позицию, прикасаемся щупами к ножкам светодиода. Если на дисплее высветилась цифра «1», следует поменять полярность. В этом положении зуммер мультиметра должен издавать звуковой сигнал, а светодиод светиться. Если подобного не произошло, значит, он вышел из строя. Если же световой диод исправен, но при впайке его в схему не работает, этому может быть две причины – неправильное его расположение или выход из строя резистора (у современных SMD-компонентов он уже встроен, что будет ясно в процессе «прозвонки»).

Мультиметром довольно просто прозвонить световой диод

Цветовая маркировка световых диодов

Общепринятой мировой маркировки подобных изделий не существует, каждый производитель обозначает цвет так, как ему это удобно. В России применяют цветовую маркировку светодиодов, но ею мало кто пользуется, потому, как список элементов с буквенными обозначениями довольно внушителен и запоминать его вряд ли кому-то захочется. Наиболее распространенно буквенное обозначение, которое многие и считают общепринятым. Но такая маркировка чаще встречается не на мощных элементах, а на светодиодных лентах.

Такие обозначения могут встретится на маркировке ленты

Расшифровка кода маркировки светодиодной ленты

Для того, чтобы понять, как маркируется лента, нужно обратить внимание на таблицу:

Позиция в кодеНазначениеОбозначенияРасшифровка обозначения
1Источник светаLEDСветодиод
2Цвет свеченияRКрасный
GЗеленый
BСиний
RGBЛюбой
CWБелый
3Способ монтажаSMDSurface Mounted Device (Устройство, монтируемое на поверхность)
4Размер чипа30283,0 х 2,8 мм
35283,5 х 2,8 мм
28352,8 х 3,5 мм
50505,0 х 5,0 мм
5Количество светодиодов на метр длины30
60
120
6Степень защиты:IPInternational Protection
7От проникновения твердых предметов0-6Согласно ГОСТ 14254-96 (стандарт МЭК 529-89) «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP)»
8От проникновения жидкости0-6

Для примера возьмем конкретную маркировку LED CW SMD5050/60 IP68. Из нее можно понять, что перед нами светодиодная лента белого цвета для поверхностного монтажа. Элементы, установленные на ней, имеют размер 5х5мм, в количестве 60 шт/м. Степень защиты позволяет ей длительное время работать под водой.

Ассортимент ламп для дома на световых диодах довольно широк

Что можно сделать из светодиодов своими руками?

Это вопрос очень интересный. И если отвечать на него развернуто, то на это уйдет очень много времени. Наиболее частое применение световых диодов – это подсветка подвесных и натяжных потолков, рабочей зоны на кухне или даже клавиатуры компьютера.

Мнение эксперта

Игорь Мармазов

Инженер-проектировщик ЭС, ЭМ, ЭО (электроснабжение, электрооборудование, внутреннее освещение) ООО «АСП Северо-Запад»

Спросить у специалиста

“Для работы таких элементов необходим стабилизатор питания или контроллер. Его можно взять даже со старой китайской гирлянды. Многие «умельцы» пишут, что достаточно обычного понижающего трансформатора, но это не так. В этом случае диоды будут моргать.”

Стабилизатор для диодных ламп – подобный можно спаять самостоятельно

Стабилизатор тока – какую функцию он выполняет

Стабилизатор для светодиодов – это источник питания, который понижает напряжение и выравнивает ток. Другими словами, создает условия для нормальной работы элементов. При этом он защищает от повышения или падения напряжения на светодиодах. Существуют стабилизаторы, которые могут не только регулировать напряжение, обеспечивая плавное затухание световых элементов, но и управлять режимами цвета или мерцания. Они называются контроллерами. Подобные устройства можно увидеть на гирляндах. Так же они продаются в магазинах электротехники для коммутации с RGB-лентами. Такие контроллеры оснащаются пультами дистанционного управления.

Схема такого устройства не сложна, и при желании простейший стабилизатор можно изготовить и своими руками. Для этого понадобятся лишь небольшие знания в радиоэлектронике и умение держать в руках паяльник.

Схема подключения дневных ходовых огней на автомобиле

Дневные ходовые огни на автомобиль

Применение световых диодов в автомобильной промышленности довольно распространено. К примеру, ДХО изготавливаются исключительно с их помощью. Но если авто не оснащено ходовыми огнями, то их приобретение может ударить по карману. Многие автолюбители обходятся дешевой светодиодной лентой, но это не очень удачная мысль. Особенно, если сила ее светового потока невелика. Неплохим выходом может стать приобретение самоклеящейся ленты на диодах «Cree».

Вполне можно сделать ДХО и при помощи уже вышедших из строя, поместив внутрь старых корпусов новые, мощные диоды.

Важно! Дневные ходовые огни созданы именно для того, чтобы авто было заметно днем, а не ночью. Нет смысла проверять, как они будут светить, в темное время суток. ДХО должны быть заметны при свете солнца.

Такую рекламу легко можно сделать самостоятельно

Мигающие светодиоды – для чего это нужно?

Неплохим вариантом использования подобных элементов станет рекламное табло. Но если оно будет статично светиться, то это не привлечет должного внимания. Основной задачей является сборка и спайка щита – для этого нужны некоторые навыки, приобрести которые несложно. После сборки можно вмонтировать контроллер от той же гирлянды. В результате получается мигающая реклама, которая явно привлечет внимание.

Цветомузыка на световых диодах – сложно ли ее сделать

Это работа уже не для новичков. Для того, чтобы собрать полноценную цветомузыку своими руками нужен не только точный расчет элементов, но и знания радиоэлектроники. Но все же простейший ее вариант вполне по силам каждому.

Простейшая цветомузыка – осталось подключить датчик звука

В магазинах радиоэлектроники всегда можно найти датчик звука, да и во многих современных выключателях он есть (свет по хлопку). Если у Вас есть светодиодная лента и стабилизатор, то пустив с блока питания «+» на полосу через подобную хлопушку можно добиться желаемого результата.

Индикатор напряжения: что делать, если он перегорел

Современные индикаторные отвертки состоят как раз из светового диода и сопротивлений с изолятором. Чаще всего это эбонитовая вставка. При перегорании элемента внутри его вполне можно заменить на новый. А цвет уже будет выбирать сам умелец.

Этот диод можно с легкостью заменить при желании

Еще один из вариантов – это изготовление прозвонки цепи. Для этого понадобится 2 пальчиковых батарейки, провода и световой диод. Соединив элементы питания последовательно, одну их ножек элемента припаиваем к плюсу батареи. Провода будут идти от другой ножки и от минуса батареи. В итоге при замыкании диод засветится (если полярность не перепутать).

Схемы подключения светодиодов – как все правильно выполнить

Подобные элементы можно подключить двумя способами – последовательно и параллельно. При этом нельзя забывать, что световой диод должен быть расположен правильно. В противном случае схема работать не будет. В обычных элементах с цилиндрической формой это можно определить так: на катоде (-) виден флажок, он немного крупнее анода (+).

Такова схема последовательного подключения световых диодов

Как рассчитать сопротивление светодиода

Расчет сопротивления светового диода очень важен. Иначе элемент просто сгорит, не выдержав величины тока сети.

Разберемся, как рассчитать сопротивление для светодиода.

Сделать это можно по формуле:

R = (VS – VL) / I,где

  • VS–напряжение питания;
  • VL –номинальное напряжение для светодиода;
  • I – ток светодиода (обычно это 0.02 А, что равно 20 мА).

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель. Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов. Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель. Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов. Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

Полезная информация! Напряжение, которое выдает блок питания равно 3.7 В. Это значит, что диоды нужно соединить последовательно скоммутированными парами параллельно.

Параллельное и последовательное соединение: как они выполняются

По законам физики и электротехники при параллельном соединении напряжение распределяется равномерно по всем потребителям, оставаясь неизменным на каждом из них. При последовательном монтаже поток делится и на каждом из потребителей оно становится кратным их количеству. Иными словами если взять 8 световых диодов, соединенных последовательно, они будут нормально работать от 12 В. Если же из подключить параллельно – они сгорят.

Параллельно подключенные последовательные тройки световых диодов

Подключение световых диодов на 12 В как самый оптимальный вариант

Любая светодиодная лента рассчитана на подключение к стабилизатору, выдающему 12 или 24 В. На сегодняшний день на прилавках российских магазинов представлен огромный ассортимент изделий различных производителей с этими параметрами. Но все же преобладают ленты и контроллеры именно 12 В. Это напряжение более безопасно для человека, да и стоимость таких приборов более низка. О самостоятельном подключении к сети 12 В говорилось чуть выше, ну а с подключением к контроллеру проблем возникнуть не должно – к ним прилагается схема, с которой разберется даже школьник.

Идеальная подсветка потолка при помощи светодиодной ленты

В заключение

Популярность, которую набирают световые диоды, не может не радовать. Ведь это заставляет прогресс двигаться вперед. И кто знает, быть может, уже в ближайшее время появятся новые светодиоды, которые будут на порядок выше по характеристикам, чем существующие сейчас.

Надеемся, наша статья была полезна уважаемому читателю. При возникновении вопросов по теме просим задавать их в обсуждениях. Наша команда всегда готова на них ответить. Пишите, делитесь опытом, ведь он может кому-то помочь.

Видео: как правильно подключить светодиод

Характеристика светодиодов: напряжение, ток, мощность, светоотдача

Давно прошли те времена, когда светодиоды применялись исключительно в качестве световых индикаторов. Сегодня это достойная альтернатива привычным в быту и промышленных условиях лампам накаливания. Благодаря расширяющемуся спектру применения LED-приборов открывается безграничный простор в сфере наполнения искусственным светом улиц и помещений. Сегодня поговорим об этом на beton-area.com.

Разновидности светоизлучающих диодов

В основе работы LED-приборов лежит процесс пропускания фотонов через полупроводниковый кристаллик. Именно от применяемого материала зависит цвет возникающего свечения. Совсем не светофильтры делают свечение красным или синим.

Увеличения интенсивности светового излучения добиваются с помощью специальных присадок или способом создания нескольких слоев — внутрь помещают нитрид алюминия.

Цвет свечения светодиодов зависит от материала кристалла

Светодиоды делят на две группы по способу применения:

  • Индикация и декорация. К этой категории относятся цветные светодиоды. Их помещают в просвечивающийся корпус. Для управления техникой на расстоянии применяют модели с инфракрасными индикаторами.
  • Освещение. В этом случае используют LED-источники белого свечения. Соответственно потребностям подбирают теплые или холодные оттенки.

По способу монтажа выделяют осветительные светодиоды:

  • SMD. При такой модификации кристаллик расположен на специальной подложке, которая помещается в корпус. Контакты соединяются. При поломке одного кристаллика его заменяют, восстанавливая работу всей системы.

  • ОСВ. В таком устройстве множество кристаллов размещены на одной плате. Все они покрытых люминофором. Степень свечения таких ламп высокая, а производство недорогое. Систему придется заменить полностью даже при выходе из строя всего одного светодиода.

Общая характеристика LED-источников

Как выбрать светодиод нужной конфигурации? Для этого важно разобраться в основных характеристиках. Одна из них — ток потребления. Под эту величину подбираются стабилизаторы и ограничители. Для расчетов нужно знать напряжение. Чтобы эффективно заменить LED-источниками лампы накаливания нужно вычислить мощность.

При создании определенного интерьера важно учитывать размер светоизлучающего диода, а также оттенок светового потока. Имея дело с LED-источниками, принято брать во внимание угол свечения. Разобравшись в перечисленных параметрах, можно подобрать наиболее подходящий светодиод.

При выборе светодиодов важно учитывать такие характеристики: сила тока, напряжение, мощность, эффективность, угол свечения, размер устройства

Ток потребления LED

Стабилизаторы тока очень важны в работе светодиодов. Даже небольшое колебание величины тока в большую сторону приведет к изменению излучаемого кристаллами светового оттенка на более холодный и преждевременному выходу осветительного устройства из строя. Значительный скачок электрического тока приводит к мгновенному перегоранию диода.

LED –лампы всегда снабжают стабилизаторами для преобразования тока. Отдельный светоизлучающий диод нужно подключать с применением резистора для ограничения тока.
Для одного кристалла обычно необходим ток в 0,02 А. Для четырех кристаллов потребуется соответственно больший показатель — 0,08 А.

Светодиоды будут долго и слаженно работать только с применением ограничителя тока

Совет! Очень важно правильно подобрать ограничительный резистор для светодиода. Облегчить процедуру поможет специально разработанный калькулятор, находящийся в свободном доступе в интернете.

Напряжение на светодиоде

В случае с LED-источниками, говоря о напряжении, имеют в виду ту величину, которая остается после прохождения тока, так сказать, на выходе. Зная ее, определяют остаточное напряжение на кристалле.
Напряжение у светоизлучающих диодов зависит от материалов, применяемых в качестве полупроводников. Возможно ли определить это самостоятельно?

Приблизительное значение можно установить даже «на глаз». Так, если диод светит желтым или, к примеру, красным цветом — напряжение находится в пределах 1,8-2,4 Вольт. Его величина при синем свечении больше — приблизительно 3 Вольта.

Напряжение при синем свечении — 3 В

Важно! Ток должен соответствовать номинальному напряжению LED-источника. В противном случае часть из них может сгореть или выдавать менее яркое свечение.

Мощность и эффективность светодиодов

Как подобрать диодную замену лампы накаливания, ориентируясь на мощность? Часто можно встретить подробно расписанные таблицы, но все гораздо проще. Необходимо мощность лампы накаливания поделить на 8, и получим необходимую мощность светодиода. Так, вместо лампы мощностью 75 Вт необходимо подобрать светодиодный прибор, мощностью 10 Вт.

Необходимую мощность светодиода определяем делением мощности лампы накаливания на 8

В создании освещения с помощью системы светодиодов необходимо учитывать такой момент, как эффективность. Она рассчитывается путем деления показателя светового потока на мощность. У лампы накаливания он составляет 10-12 лм/Вт, а у светодиодного устройства — 130-140 лм/Вт.

Светоотдача, угол рассеивания

Что касается светоотдачи, то сравнить показатели принципиально разных устройств довольно сложно. Для ориентировки: светодиоды диаметром 5 мм дают световой поток 1-5 лм. Лампа накаливания на 70 Вт дает 750 лм.

Кроме прочего, заботясь об освещенности помещения, важно учитывать угол рассеивания. У светодиодов он может быть от 20 до 120 градусов. Самый яркий свет оказывается в центре угла, а к краям они рассеиваются. Таким образом, светодиоды часто подходят для освещения не целого помещения, а конкретного места. При этом не требуется больших затрат мощности.

Температура свечения светодиодов

На упаковке каждого светодиодного устройства для освещения имеется маркировка (4 цифры), обозначающая температуру свечения. 1800 К — это красный, 3300 К — желтый, а 7500 — синий. Для белого света применяются различные величины в зависимости от оттенка. Самые холодные находятся ближе к значению синего. Цветные светодиоды могут найти применение как декоративные элементы и в качестве приборов для досвечивания растений. А каково применение белых ламп?

  • Теплый свет — для жилых домов, школ и офисов.
  • Нейтральный (дневной) свет — для производственных построек.
  • Холодный свет — наружное освещение и карманные фонарики.
Температура свечения светодиодов
SMD-диоды: сведения, типоразмеры

Аббревиатура SMD применяется для устройств поверхностного монтажа. Диодный чип при их производстве устанавливается на печатную плату. Эти последователи корпусных диодов, которые обошли предшественников по мощности излучаемого света, равномерному отводу тепла и другим характеристикам.

Подбор SMD осуществляют по размеру. Он представлен в виде четырехзначного числа. Например, SMD 3014 — это 3,0 мм × 1,4 мм. Основные параметры каждого из них разнятся. Наиболее популярные: SMD 2835, SMD 5050, SMD 5730.

Светодиоды SMD

SMD 2835

Структурной особенностью светодиодного модуля SMD 2835 является прямоугольная форма и, соответственно, достаточно широкая площадь излучения. Она выше, чем у формата 3528, имеющего круглую форму. Высота SMD 2835 — 0,8 мм, а светоотдача — 50 лм.

Светодиод SMD 2835

Светодиоды SMD 2835 характеризуются сверхпрочным корпусом, выдерживающим 240 С. За 3 тысячи часов функционирования происходит всего 5-процентная деградация излучения. Cветодиодный кристалл имеет t- 130 C. Max рабочий ток — 0,18 А. По температуре свечения SMD 2835 выпускается в четырех вариантах: от 4000 К до 7500 К. Для качественного освещения помещения важно знать, что SMD 2835 холодных оттенков светят ярче.

SMD 5050

Конструкция SMD 5050 включает три кристалла одинакового типа. Их параметры аналогичны параметрам предыдущего. Для долгой и слаженной работы поступающий ток должен быть в пределах 0,06 А.

Светодиод SMD 5050

Светоотдача SMD 5050 — 18-21 лм, напряжение — 3-3,3 В, мощность — 0,21 Вт. Цвет свечения не ограничивается оттенками белого. В одном приборе могут сочетаться сразу несколько цветов. SMD 5050 с помощью контроллеров можно настроить на плавное изменение цвета. Регулируется также яркость.

SMD 5730

Размеры корпуса SMD 5730 ясны из цифрового обозначения. Что касается деградации, то она составляет 1 % за 3000 часов. Такой важный во многих случаях показатель, как угол свечения, равен 120 градусам.

Этот тип светодиодов на фоне остальных выгодно отличает:

  • использование новых высококачественных материалов;
  • высокая мощность и эффективность;
  • удлиненный срок службы;
  • устойчивость в условиях сырости, вибрации и нестабильности температуры.

    • Светодиод SMD 5730

SMD 5730 делят на два вида:

1. SMD 5730 – 0,5 Вт. Пост. ток — 0,15 А, импульс. — до 0,18 А; свет. поток — 45 лм.
2. SMD 5730 – 1 Вт. Пост. ток — 0,35 А, импульс.— 0, 8 А. свет. поток — 110 лм.

Светодиоды Cree — главные особенности

Американская компания Cree выпускает сверхмощными и сверхяркими светодиодами нового поколения. Одной из ведущих линейкой, выпускаемых компанией, является Xlamp. Здесь можно найти однокристальные и многокристальные модели. Первые компании удалось создать с увеличенным углом свечения, то есть хорошим освещением по краям.

XQ-E High Intensity (однокристальная серия) характеризуется таким особенностями: 3 В, 330 лм, 100-145 о, 1,6 × 1,6 мм.

Многокристальные отличаются высокой светоотдачей при небольших габаритах. По мощности их делят на группы:

  1. до 4 Вт
  2. свыше 4 Вт.
Сверхяркий многокристальный светодиод Cree
Подключение LED к 220 В

Подключение LED-приборов к сети 220 В производят по двум основным схемам:

1. Через драйвер. От мощности драйвера зависит количество светоизлучающих элементов, которые можно подключить. Резистор отсутствует.
2. С помощью блока питания. В схему включают резистор, иначе устройство быстро перестанет исполнять функцию. Очень важно подобрать резистор с соответствующим номиналом.

Принцип подключения LED-источника к сети 220 В

 

 

 

Сопротивление — принципы расчета для светодиодов

Формула сопротивления включает напряжение (U) и силу тока (I):

R = U/I

Разберем на стандартном примере подключения LED-источника с параметрами: 3 В и 0,02 А. По формуле получается 100 Ом. Полученный результат — ориентир в выборе ограничителя.

Во многих случаях рассчитанное по формуле сопротивление не относится к стандартным характеристикам резисторов. Например, может получиться величина в 128 Ом. Что делать тогда? В таком случае подбирать необходимо резистор с самым близким сопротивлением в большую сторону. Это хорошо скажется на ресурсе светодиода. Снижение светового потока будет минимальным — до 10 %.

Совет! Удобно проводить точные расчеты с помощью специально разработанных калькуляторов. Достаточно только правильно вбить параметры, чтобы получить сопротивление, которое должен иметь ограничитель.

Подключение светодиода с резистором

Можно применять как параллельное, так и последовательное подключение. При использовании более 5 разных по характеристике устройств нужно подбирать резистор под каждый. Если будет использоваться один на все — некоторые из светодиодов будут излучать менее мощный свет, а работа такого устройства не будет длительной. Это не относится к LED-источникам с одинаковыми параметрами.

При последовательном подключении вся цепь LED-устройств использует ток, необходимый для одного из них; при параллельном — требуемое для суммированного потребления каждого диода.

Подключение светоизлучающего диода к 12 В

Некоторые LED- приборы сконструированы с резистором. В этом случае можно совершенно без проблем подключить их к 12 или 5 В. Но если светоизлучающие диоды по задумке производителя не включают резисторы (это встречается чаще всего), необходимо подобрать подходящий ограничитель тока. Это возможно при точном знании характеристик подключаемых диодов. Требуемая формула:

U= R/I

В качестве примера возьмем светоизлучающий диод с такими характеристиками: 2 В, 0,02 А (I). При подключении диода к 12 Вольтам нужно погасить 10 В, это наше R. Итак:

10/0,02=500 Ом

Но ограничительного резистора с таким номиналом не найти в продаже. Выход есть: необходимо приобрести ближайший в большую сторону — 510 Ом.

Необходимо также вычислить мощность резистора. Для этого пользуются формулой:

P= U*I

В нашем случае получаем:

10*0,02=0,2 Вт

Значит, в данной ситуации подойдет ограничительный резистор на 0,25 Вт.

Важное уточнение: если в цепи несколько светоизлучающих диодов, падение напряжения будет соответственно больше, а напряжение, которое нужно погасить — меньше.

Проверка LED-источника мультиметром

Тестирование лучше производить в затемненном помещении, так как свет, который нужно будет уловить взглядом, может оказаться достаточно слабым. Мультиметр создан для тестирования LED-устройств любой конфигурации.

Первый шаг — установка устройства для тестирования в режим прозвона. Далее соединяем щупы с выводами: когда красный будет касаться катода появится «1», при смене положения щупов — светодиод начнет светиться.

Тестирование светодиода мультиметром

Один из часто задаваемых вопросов: как проверить светоизлучающий диод не выпаивая? Это делают так: к обоим щупам припаивают отрезки металлической скрепки. При этом важно позаботиться об изоляции. Дальше проводится тестирование светодиодов с помощью щупов мультиметра без выпаивания по стандартной схеме.

Стабилизатор тока для LED

Для длительной бесперебойной работы одного LED-устройства или целой цепи, следует позаботиться о стабильности питания. Особенно чувствительны к перемене тока белые светодиоды. Если показатель будет превышать норму в течение двух часов, они выйдут из строя. Чтобы все диоды в цепи создавали одинаковое по интенсивности свечение, нужно позаботиться, чтобы каждый получал одинаковый ток.

При подключении к 220 В чаще всего применяют стабилизатор LM317. Это выгодный и простой вариант. Резистор требуется в единственном экземпляре. Ток стабилизируется на 1 А и 0,1 А.

Схема подключения мощного светодиода через стабилизатор LM317

 

Устройства из светодиодов своими руками
ДХО для автомобиля из LED-устройств

В условиях плохой видимости риск автомобильных аварий на дороге резко увеличивается. Чтобы его снизить применяют дневные ходовые огни. Они делают автомобиль боле заметным встречным водителям и пешеходам в дневное время. Подойдут далеко не любые LED-источники, ведь ДХО должны соответствовать ГОСТу.

ДХО из светодиодов — схема подключения

Можно поступить так: взять алюминиевую плату и прикрепить к ней светодиоды необходимых параметров с помощью теплопроводного клея. На каждый диод устанавливается правильно подобранные линзы. Вывод проводов можно обеспечить в любую сторону. Созданный модуль располагают внутри профиля. Найти подходящую схему подключения не составит труда.

ДХО из LED-источников

Схемы мигающих светодиодов

В чем секрет мигания LED-источников? В изменении питания на выводах устройства. Стандартная схема представлена ниже. Она может быть реализована только при подключении к 12 В. Когда конденсатор накапливает 9-10 В, транзистор передает энергию светодиоду.

Схема мигающих светодиодов

 

Светомузыка из светодиодов

Схема запитывается от 6-12 В. Эффект светомузыки при схеме с одним LED-источником будет достигаться только при условии определенного уровня звука. Для полноценного эффекта создают трехканальную схему. В этом случае нужен источник 6 В. Существует множество вариантов: одноцветная и RGB лента, плавное включение, бегущие огни.

Трехканальная схема светомузыки

Индикатор напряжения на светодиодах

Можно использовать старые компоненты электрических приборов. Больше всего для создания индикатора напряжения подходят светоизлучающие диоды на 1,5 В.

Светодиоды — практичные устройства в руках радиолюбителя. Существует масса способов их эффективного применения. LED- устройства являются экономически выгодными и практичными.

Все про светодиоды: от простых до мощных, характеристика

Характеристики светодиодов и все, что о них нужно знать

Несмотря на существующее многообразие светодиодов, отличающихся формой и назначением, все они созданы из полупроводникового кристалла и имеют общий принцип действия. Значит, их работа основана на одних и тех же технических характеристиках, среди которых выделяют входные и выходные параметры светодиодов.

Входные параметры

Технические характеристики светодиодов, которые оказывают влияние на его работу, условно называют входными. Речь идёт о прямом (обратном) токе и напряжении и их графической зависимости.

Прямой ток

Техническим параметром №1 любого светодиода является ток, протекающий в прямом направлении через p-n-переход. Номинальный (рабочий) ток – это ток, при котором производитель гарантирует заявленную яркость в течение всего срока эксплуатации. Также указывается максимальный ток, превышение которого ведёт к электрическому пробою. Для некоторых модификаций номинальный прямой ток теоретически равен максимальному. В таких случаях рекомендуется эксплуатировать светодиод на 90-95% от номинального значения. Величина рабочего тока во многом зависит от размера кристалла и режима работы. Например, ток органического светодиода, используемого для формирования OLED матриц, не превышает нескольких микроампер. И, наоборот, кристалл мощностью 1 вт потребляет около 0,35 А.

Падение напряжения

Под этим параметром принято понимать прямое падение напряжения при протекании через p-n‑переход номинального тока. Его значение зависит от химического состава полупроводника (цвета свечения). Наименьшим прямым напряжением обладают инфракрасные диоды (около 1,9В), а наибольшим ультрафиолетовые (от 3,1 до 4,4В). Зачастую в паспорте указывают диапазон возможных значений.

Обратное напряжение

Под максимальным обратным напряжением понимают напряжение обратной полярности, прикладываемое к p-n-переходу, при превышении которого происходит электрический пробой и, как следствие, выход из строя полупроводникового прибора. Для превалирующей части светодиодов его значение составляет 5В. Среди излучающих диодов ИК-диапазона немало приборов с допустимым обратным напряжением 1 или 2 вольта.

Мощность рассеивания

Мощность, рассеиваемая корпусом, определяется как произведение максимального тока и прямого напряжения и указывает на наибольшее количество энергии, которую способен эффективно рассеивать светодиод в течение длительного времени. При превышении паспортного значения в кристалле полупроводника возникает электрический или тепловой пробой.

ВАХ

Вольтамперная характеристика светодиода представляет собой графическую зависимость прямого тока от прикладываемого прямого напряжения. С помощью этого технического параметра можно легко узнать падение напряжения на светодиоде при задании тока определённой величины без проведения лабораторных исследований. ВАХ помогает произвести теоретические расчёты будущей электрической цепи.

Выходные параметры

Под выходными параметрами подразумевают характеристики светодиодов, измеренные при определённых условиях. Замер выходных параметров производят на номинальном токе и температуре окружающей среды, равной 25°C.

Световой поток и сила света

Оптические характеристики светодиода выражают в виде светового потока и силы света. Световой поток (лм) – это количество световой энергии (видимый свет), излучаемой кристаллом и переносимой на поверхность за единицу времени. Для слаботочных светодиодов с рассеивающей линзой обычно указывают силу света (кд). Её физический смысл состоит в отношении светового потока к углу, внутри которого распространяется излучение. Другими словами, сила света – это интенсивность светового потока в некотором направлении. Отсюда следует, что светодиод с меньшим углом излучения обладает большей силой света при одинаковом световом потоке. Современные 5 мм светодиоды высокой яркости способны выдавать до 15 кд.

Угол излучения

В разных источниках можно встретить названия: «видимый угол», «угол рассеивания». С физической точки зрения его правильно называть «Двойной угол половинной яркости» и обозначать – «2Q1/2». Двойной угол половинной яркости присущ только приборам, которые имеют фокусирующую линзу, и зависит от формы корпуса. Он может иметь значения в пределах 15-140°. Белые светодиоды, предназначенные для smt монтажа, и матрицы на их основе характеризуются широким углом излучения – 115-140°.

Цвет излучения и длина волны

В зависимости от типа полупроводникового материала светодиод излучает свет в определённом волновом диапазоне. Например, зелёному цвету соответствует диапазон длин от 500 до 570 нм. При этом прибор с λ=500-520 нм имеет салатный оттенок, а с λ=550-570 нм – бирюзовый оттенок. Белый светодиод излучает в ультрафиолетовом или в широком спектре с дальнейшим выделением белого света с помощью люминофора. ИК и УФ диоды работают в невидимой зоне спектра. Поэтому в их маркировке указывается рабочая длина волны.

Цветовая температура

Этот параметр присущ исключительно белым светодиодам. Цветовая температура указывает на оттенок, который получают предметы, освещаемые в данном свете. Условно весь белый свет разделяют на тёплый, нейтральный и холодный и измеряют его в градусах Кельвина. Свет от светодиодов с одинаковой цветовой температурой может восприниматься по-разному, что объясняется их различным коэффициентом цветопередачи. Более подробно об этом написано здесь.

Световая отдача

Этот параметр показывает, какое количество светового потока излучает светодиод на единицу потреблённой мощности и измеряется в лм/Вт. Светоотдача является своеобразным коэффициентом полезного действия светодиода. По этому показателю мощные светодиоды уже превзошли газоразрядные лампы, перешагнув рубеж в 150 лм/Вт. Серийно выпускаемые светодиоды имеют светоотдачу около 100 лм/Вт. Световая отдача светодиодных ламп на 220В в 5-7 раз больше, чем у ламп накаливания.

Инерционность

Такое понятие как «инерционность» часто отсутствует в datasheet на светодиоды. Общепринято считать, что они мгновенно включаются и отключаются, т.е. являются безынерционными. На самом деле задержка при переключении может достигать нескольких нс. Для отечественных ИК излучающих диодов инерционность указывают в виде времени нарастания и спада излучающего импульса. Эти временные интервалы колеблются в пределах единиц-сотен наносекунд и оказывают влияние на работу в высокочастотном импульсном режиме.

Дополнительные характеристики

Кроме основных технических параметров, при проектировании светодиодных светильников нужно учитывать ещё несколько дополнительных факторов, таких как влияние температуры и различных коэффициентов.

Температурная зависимость

Продолжительная и стабильная работа излучающего диода во многом зависит от эффективного отвода тепла от кристалла. В связи с этим у мощных светодиодов должно быть низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка. Например, SMD 5730 и SMD 3014 имеют всего 4°C/Вт, что является достижением современных технологий.

Также нормируются:

  • максимальная температура p-n-перехода (температура кристалла), которая для SMD приборов может достигать 130°C;
  • температурный диапазон, при котором допускается эксплуатация;
  • температурный диапазон, при котором можно хранить полупроводниковый прибор;
  • температурно-временной график пайки SMD светодиодов.

Биновка

Светодиодный бин представляет собой неделимую область на диаграмме цветности, условно выраженную в цифробуквенном коде. Необходимость биновки белых светодиодов вызвана погрешностью, допускаемой в процессе их изготовления. Бин-код позволяет максимально точно указать оттенок белого света приборов, имеющих одинаковую цветовую температуру и коэффициент цветопередачи. Данный параметр учитывают производители светильников высокого качества.

Характеристики светодиодов, обзор предложений и подключение

Эти полупроводниковые приборы отличаются хорошими потребительскими характеристиками при разумной стоимости. Их применяют в быту, для решения коммерческих и производственных задач. Для правильного выбора надо знать не только общие характеристики светодиодов. Пригодятся сведения о современных моделях, электрических схемах рабочих устройств. В этой статье вы найдете ответы на эти и другие практические вопросы.

Чадящий факел и гаснущие от дуновения ветерка свечи выглядят интересно только в компьютерных играх. В реальной жизни Лара Крофт явно отдаст предпочтение универсальному фонарю на светодиодах

Содержание статьи

Что такое светодиод – принцип действия

Принцип действия полупроводникового светодиода

На этом рисунке схематично изображено излучение (hv) c длиной волны (Lp) примерно 250 мкм. Оно создано в p-n переходе (полупроводник прямосмещенного типа) при рекомбинационном переходе инжектированных носителей на другой энергетический уровень.

В этой фразе есть несколько общеизвестных слов. Для расшифровки специфических терминов и понятий нужно изучить соответствующий раздел науки. Но на самом деле углубление в физику процесса не имеет практического значения. Вполне достаточно знать, что светодиод – полупроводниковый прибор. Он излучает в видимом диапазоне спектра при пропускании тока ограниченной величины в прямом направлении.

Конструкция и типовые части светодиодаЭлектрическая схема подключения

Мир светодиодов: краткий обзор предложений современных производителей

Первые удачные эксперименты были проведены более ста лет назад. Но только в конце 70-х прошлого века удалось создать образцы, пригодные для коммерческого применения.

Разные комбинации полупроводниковых материалов создают волны определенной длины

Для зеленого цвета применяют AlGaInP (Алюминий-Галий-Фосфид индия). Красный получается с использованием AlGaAs (Алюминий-Арсенид галлия). Долгое время не могли найти комбинацию для синего. Только в 90-х годах был найден подходящий состав, за который авторы получили Нобелевскую премию. Сочетание перечисленных цветов позволило создать белый свет. С этого времени был дан старт массовому внедрению технологий данной категории в разные сферы человеческой деятельности.

Индикаторные светодиоды

Конструкция прибора DIP типа

Для концентрации светового потока функции отражателей выполняет опорная пластина и стенки. Такие приборы выпускают с выпуклыми линзами и прямоугольными торцами диаметром от 3 до 10 мм. Их подключают к источникам питания 2,5-5 В с ограничением по току до 20-25 мА. Угол рассеивания не превышает 140°. Яркость – до 1,1 люмен.

Индикаторные светодиоды ранее применяли для создания фонарей, светофоров, информационных стендов и рекламных табло. В наши дни появились новые модификации полупроводниковых приборов с большей силой света.

Оригинальная подсветка сценических костюмов

На практике пригодятся следующие преимущества индикаторных светодиодов:

  • низкая стоимость;
  • хорошая защищенность от влаги и других неблагоприятных внешних воздействий;
  • безопасные токи и напряжение питания;
  • небольшое потребление энергии.

Последний пункт надо дополнить низким выделением тепла. Такие устройства способны функционировать долгосрочно в широком температурном диапазоне без специальных охлаждающих радиаторов.

Осветительные светодиоды

Полупроводниковые приборы SMD, как наиболее распространенные изделия, подробно рассмотрены ниже. Их создают в стандартных размерах на специальной подложке, которая хорошо приспособлена для последующего монтажа на печатную плату.

Излучающее поле лампы, созданное из SMD светодиодов

Для улучшения защищенности полупроводники закрепляют на подложке внутри литого пластикового корпуса. Верхняя полусферическая часть образует линзу, что помогает сузить световой поток.

«Пиранья». Грозное название этой категории подчеркивает высокую эффективность приборов

Следующая группа изделий создана специально для освещения. На подложке размещают синие светодиоды. Сверху – слой люминофора. В данном случае применяют большее количество кристаллов на единицу поверхности по сравнению с технологией SMD. Это позволяет получить сильный световой поток.

Мощную матрицу категории COB (Chip On Board) надо охлаждать. Такие лампы устанавливают в автомобильные фары ближнего и дальнего светаТехнология Chip On Glass («Чип-на-стекле»)

На фото изображены основные стадии производственного процесса:

  1. Создается подложка из стекла нужной формы.
  2. На ней закрепляют последовательно полупроводниковые кристаллы.
  3. Сверху устанавливают слой люминофора.
  4. Далее – финишное защитное покрытие.

В цоколе лампочки размещают блок питания, который создает постоянное напряжение с нужной силой тока.

К сведению! При сравнении разных видов изделий надо отметить позитивно ремонтопригодность SMD модификаций. Светодиоды COB при выходе из строя приходится заменять.

Плюсы и минусы осветительных светодиодов

Выяснив, какие бывают светодиоды, надо перечислить их преимущества по сравнению с альтернативными изделиями:

  • Лучшие полупроводниковые приборы способны обеспечить более 200 люменов на 1 Вт энергии. Это потребление на 80-85 % меньше по сравнению с типовыми лампами накаливания.
  • Качественные светодиодные светильники устойчивы к вибрациям, перепадам напряжения в сети. Долговечность лучших изделий приближается к 100 тыс. часов, что эквивалентно белее чем 11 годам непрерывной эксплуатации.
  • Отсутствие ртутных и других вредных соединений вместе с прочной рассеивающей колбой повышает уровень безопасности.

Не забывайте, что в экономический расчет надо включать все сопутствующие расходы. Светодиодные источники, сделанные известными производителями, стоят дорого. Только через несколько лет получится окупить первоначальные инвестиции. Также надо отметить:

  • Мерцание при недостаточно качественной сборке блока питания.
  • Небольшой угол рассеивания.
  • Различные технические характеристики в одной товарной партии.
  • Узкий диапазон цветовой температуры, несоответствие параметра паспортным данным.

К сведению! Некоторые недостатки объясняются сомнительным происхождением готовой продукции. Для получения надежных гарантий приходится приобретать изделия известных торговых марок, что увеличивает затраты.          

Основные характеристики светодиодов

Изложенные ниже сведения следует изучить для более точного выбора изделий. В комплексной оценке учитывают следующие факторы:

  • параметры источника питания;
  • характеристики светового потока;
  • потребление электроэнергии;
  • долговечность.

Ток потребления

Приборы, которые причислены к индикаторной категории, потребляют не более 20 мА. Мощные осветительные светодиоды – до 300 мА и даже более того. Источник питания и провода должны быть рассчитаны на соответствующие нагрузки.

Следует подчеркнуть необходимость поддерживать стабильный ток светодиода. При незначительном повышении этого параметра меняются характеристики спектра, ускоряется деградация кристалла. Дальнейший рост приводит к разрушению полупроводника.

Чтобы исключить подобные негативные воздействия в цепь питания устанавливают специализированный стабилизатор тока («драйвер»)

Напряжение

Этот параметр определяет падение напряжения на светодиоде при прохождении через него номинального тока. Точная величина указана в техническом паспорте изделия. Значение не является единым даже для одинаковых групп. Так, например, на белом индикаторном светодиоде падение может составить 3 В, а на красном – 1,8 В.

Сопротивление

Минимальное электрическое сопротивление светодиодов заставляет применять в обязательном порядке защитные средства. Для ограничения силы тока при подключении к источнику питания надо обязательно использовать резистор

С применением указанных на рисунке ниже приведен пример, как рассчитать сопротивление для светодиода. Падение напряжения на нем будет составлять 7,2 В:

Uип (постоянное напряжение источника питания) – Uр (падение напряжения на светодиоде) = 9-1,8.

Сопротивление вычисляют по закону Ома:

R=U/I=7,2/0,02=360 Ом.

К сведению! Выбирайте изделие из стандартной номенклатуры с большим значением. Помните о том, что резисторы выпускают в разных классах точности, поэтому разница параметров может превышать 10% в одной партии.

При последовательном подключении складывают падение напряжения на каждом полупроводниковом элементе. Расчеты выполняют по приведенной выше схеме.

Исключите подключение светодиодов параллельно к одному резистору

Значительный разброс параметров полупроводниковых приборов будет сопровождаться разной интенсивностью свечения. Как отмечено ранее, даже небольшое превышение номинальной силы тока значительно ускоряет деградацию, увеличивает риск поломки изделия.

Мощность светодиодных ламп

Падение напряжения на подобных индикаторных светодиодах составляет 2,4 В, а ток – 20 мА

При этих исходных параметрах прибор потребляет 0,048 Вт в час (1,152 Вт – за сутки, 34,56 – за месяц). Но требования возрастают, когда нужно создать достаточно сильный источник света.

Допустим, необходим прожектор мощностью 100 Вт который составляется из полупроводниковых одноваттных матриц с падением напряжения 3 В на каждой. При параллельном подключении понадобится применить источник тока на 33 А (100 × 0,33). Это очень много. Для прокладки сети питания понадобится алюминиевый проводник сечением более 8 мм кв., соответствующий стабилизатор.Разумеется, подобные решения нецелесообразны.

Вместо них применяют такие электрические схемы

Подбирают количество элементов в каждой цепи так, чтобы напряжение питания составляло от 12 до 24 В. Для нашего примера можно применить группы по 8 светодиодов. Подойдет стабилизатор на ток 12×0,33=3,96 А, что не вызовет никаких существенных затруднений и лишних финансовых затрат.

Светоотдача, угол свечения

В наши дни почти забыты оценки эффективности осветительных приборов по мощности. Это правильно, так как «лампочка на 40 Вт» не является достаточно информативным определением. Действительное значение имеет то, какой именно результат будет обеспечен соответствующим устройством. Для этого применяют понятие светового потока. Он определяет количество энергии, которое перемещается волнами соответствующей части спектра через определенную площадь за единицу времени. Параметр измеряется в люменах.

Мощность разных осветительных приборов, ВтСветовой поток, лм
250400700900120018002500
Лампа накаливания20406075100150200
Люминесцентная лампа6-710-1215-1719-2026-2942-5064-80
Светодиоды1,5-2,54-66-88-1011-1417-1921-28

К сведению! Современные полупроводниковые приборы способны при потреблении 1 Вт создавать поток света до 140 лм. Это более чем в 10 раз эффективнее по сравнению с классической лампой накаливания.

Этот рисунок наглядно демонстрирует различные углы свечения

Узконаправленные источники применяют в нишах стен, для подсветки отдельных декоративных предметов, функциональных зон. Для увеличения угла рассеивания применяют специализированные линзы. Надо понимать, что наличие дополнительных элементов в оптическом тракте несколько снижает эффективность.

Цветовая температура

Этот параметр указывают на упаковке и в сопроводительной документации

Он характеризует самые мощные составляющие в спектре излучения. Каждый человек по-своему воспринимает волны разной длины, поэтому точные универсальные рекомендации не уместны.

Для корректной оценки надо учитывать коэффициент цветопередачи (обозначение – «CRI»). При значении параметра более 80 можно говорить о хорошем качестве. В ртутных газоразрядных лампах, например, CRI от 40 до 60. Не сложно убедиться на практике в том, как сильно искажаются соответствующими уличными фонарями естественные оттенки.

Размер чипов, кристаллов, дополнительные критерии качества

Для тщательного сравнения продукции разных брендов надо проверять одновременно несколько важных параметров. Допустим, что надо купить мощные светодиоды для фонариков. Характеристики в рекламном объявлении подходят, а цены разумные. Не делайте поспешные выводы.

Убедитесь, что правильно приведены размеры кристалла. Иногда указывают «mil». Но это не привычные миллиметры, а обозначение тысячной одного дюйма. Для перевода используйте коэффициент 0,0254:

35mil×0,0254=0,889 мм.

Современный штангенциркуль с цифровой индикацией выполняет измерения с точностью до 0,01 мм

Один кристалл на мощных светодиодах потребляет до 300 мА в нормальном (долговременном) режиме использования. По количеству этих элементов можно определить суммарные показатели светодиода.

Матрица на 100 Вт

Ответственные производители применяют стандартные равные размеры сторон 30-45 mil. Сомнения возникают при обнаружении меньших габаритов. Такие прямоугольники из полупроводников отличаются меньшими токами потребления (мощностью) на 50% и более того.

Без внимательного изучения подделку сложно отличить от оригинала

Совпадают посадочные размеры, похож внешний вид. Только после включения выясняется, что сила света меньше, либо спектр излучения не тот.

Эти данные помогут сделать правильный вывод:

  • Эффективный отвод тепла обеспечивает медь. Основания из алюминия дешевле. Они выполняют свои функции недостаточно качественно, что затрудняет поддержание оптимального температурного диапазона.
  • В изделиях известных торговых марок питание к кристаллу подводят двумя и большим количеством проводников из тончайших золотых нитей. Дешевая альтернатива – один медный проводник.
  • Современные качественные светодиоды способны выполнять свои функции на протяжении 60 тыс. часов и даже более при температуре +100°C. Недорогие подделки сомнительного качества менее долговечны. Они выходят из строя при нагреве от +60°C до +95°C.
Равномерное свечение кристаллов – признак хорошего качества

SMD светодиоды, характеристики, отличия популярных серий

Конструкция прибора

Эти светодиоды в базовом оснащении защищены от перегрева. Стандартные размеры, форма и расположение выводов упрощают монтаж с применением средств автоматизации. Такой подход позволяет применять современные производственные технологии, снижать издержки.

2835 SMD LED: параметры, особенности применения

В маркировке светодиодов зашифрованы размеры. 2835 SMD – это 2,8 мм глубина и 3,5 мм ширина по максимальным габаритам корпуса

Этот прибор создан с применением полимерных материалов, которые отличаются стойкостью к высокотемпературным воздействиям. Они без повреждений выдержат +240°С. Но такие экстремальные режимы следует исключить, чтобы не повредить полупроводниковый кристалл. Типовая деградация в качественных изделиях этой серии не превышает 5% за 3 тыс. часов. Особенность. Этой серии являются увеличенные габариты контактных элементов для ускорения отвода тепла.

Технические характеристики SMD 2835 приведены в таблице:

ПараметрЕд. измеренияВеличина (диапазон)
Высота корпусамм0,8
Ток потреблениямА25; 60; 150; 300
Мощность кристалловВт0,09; 0,2; 0,5; 1
Падение напряженияВ3,2
Бытовые лампы

Хорошие технические характеристики светодиода 2835 дополнены демократичной стоимостью. Эти приборы применяют для изготовления недорогих светильников, светодиодных лент.

Характеристики светодиодов 5050

Конструкция и особенности подключения выводов

Изделия этой серии отличаются хорошими показателями при компактных размерах. Именно на их основе в свое время были созданы первые специализированные лампы для автомобильной техники, светодиодные ленты. Разработчикам удалось разместить в небольшом корпусе три кристалла, которые при потреблении 1 Вт способны обеспечить световой поток до 80 лм.

Из этих компонентов были созданы первые «кукурузы», которые полноценно заменяли традиционные лампы накаливания мощностью 80-100 Вт

Уровень деградации за 3 тыс. рабочих часов в этих изделиях был снижен на 20% по сравнению с предыдущим примером (серия 2835). В отдельных модификациях стали применять диоды разных цветов комбинации R-G-B. Применив соответствующие контроллеры, можно организовать раздельное управление работы кристаллами.

ПараметрЕд. измеренияВеличина (диапазон)
Индекс CRI (цветопередача)Ra80-90
Ток потреблениямА20*3=60
Мощность кристалловмВт210
Падение напряженияВ3,3
Угол свеченияградусы125
Световой потоклм18

Светодиоды SMD 5730: характеристики, важные нюансы

Эти приборы – развитие популярной серии 5050. В таблице приведены средние данные по изделиям известных брендов с применением цветовой температуры кристаллов на уровне 6 тыс. Кельвинов.

ПараметрЕд. измеренияВеличина (диапазон)
Световой потоклм55
Ток потреблениямА150
Мощность кристалловмВт210
Падение напряженияВ3,4
Угол рассеиванияградусов120

Заметно увеличен световой поток, мощность. Улучшен теплоотвод. Деградация при контрольном времени 3 тыс. часов не превышает 1%. Эти приборы можно применять в схемах с питанием импульсным током (до 170 мА).

К сведению! Несмотря на повышение рабочей температуры, специалисты советуют строго соблюдать границы рекомендованного диапазона. В предельных режимах быстро вырабатывается ресурс.

Размеры светодиодов разных серий

Мощные светодиоды Cree

Если понадобились сверхяркие  светодиоды 3 Вольта надо обратить внимание на продукцию этого производителя из США.

Под брендом Cree выпускают мощные источники света для автомобилей, проекторной техники, стационарных и переносных прожекторов

Характеристики светодиодов Cree серии XM-L:

ПараметрЕд. измеренияВеличина (диапазон)
Световой потоклм165-300 (максимум- выше 1000 лм)
Ток потребления (номинальный)мА700
МощностьВт2
Индекс CRI (цветопередача)Ra80-90
Падение напряжения при токеВ/мА2,9/700; 3,1/1500; 3,35/3000
Угол свеченияградусов125
Рабочая температура°CОт -40 до +85
Улучшенные характеристики светодиодов XHP35 подходят для изготовления мощных фонарей

Эти приборы рассчитаны на максимальный ток потребления до 1050 мА, мощность – до 13 Вт. Падение напряжения составляет 11,3В при 350 мА. Коэффициент CRI более 90 обеспечивает отсутствие искажений в цветопередаче.

Для получения таких характеристик сверхяркие светодиоды данной серии были созданы по специальной технологии. Мощное излучение с равномерным распределением в спектре обеспечивают 4 области в одном кристалле. Такое решение позволило уменьшить размеры, увеличило прочность конструкции, устойчивость к механическим воздействиям.

Проверка светодиода с применением мультиметра

Для тестирования этих приборов подойдут те же методики, что и для обычных полупроводниковых диодов. Следует только учитывать большее падение напряжения (от 1,8 В в индикаторных до 11 В – в световых модификациях). При работе надо применять стандартные средства снятия электростатических зарядов, чтобы не повредить p-n переход.

Тестер включают в режим проверки диодов

Соблюдая полярность, касаются щупами выводов. Исправный прибор светится. Расположение анода и катода можно найти в техническом описании конкретного изделия.

Работоспособность светодиода уточнить проще, если в мультитестере есть режим проверки pnp переходов

Для более точной проверки понадобится стабилизированный источник питания.  Мультитестером замеряют ток и напряжение по стандартным схемам (последовательное и параллельное подключение). Далее выясняют соответствие полученных данных с номинальными вольтамперными характеристиками.

Маркировка светодиодов по цвету, правила расшифровки кода маркировки светодиодной ленты

С учетом этого параметра единой системы стандартов не существует. Маркировка светодиодов по цвету непосредственно на корпусе затруднена по причине миниатюрности изделий. Обозначения делают на лентах. Ниже приведена информация о продукции CREE.

Типовое название составлено следующим образом: АААВВВ-СК-0000-ZZZZZ. Первые три буквы («ААА») – это серия. Для рассмотренной выше модификации XM-L будут указано «XML». Следующие три позиции («BBB») – цвет:

  • GRN, BLU, RED и другие обозначения понятны в переводе с английского (зеленый, синий, красный соответственно).
  • WHT – белый цвет.
  • Однако BWT – тоже белый, но в этом варианте речь идет о приборах второго поколения.
  • HEW – еще одна модификация белого. Здесь отмечена особой аббревиатурой улучшенные энергетические характеристики прибора.

Далее на позициях «СК»указывают качество цветопередачи:

  • Для светильников наружного освещения этот параметр не является определяющим. Такие светодиоды маркируют «01».
  • Аббревиатурой L1 обозначают типовые изделия, характеристики которых определяются в технических паспортах.
  • При значениях коэффициента цветопередачи CRI от 70; 80; 85; 90 и выше применяют сочетания B1; h2; P1; U1 соответственно.

Что можно сделать из светодиодов своими руками?

Далее приведены проекты, которые можно реализовать с применением этих полупроводниковых приборов. Для индивидуальных коррекций следует изучить актуальный ассортимент производителей.

Стабилизатор тока для светодиодов

Для подключения мощных приборов рекомендуется применять импульсные источники питания

Такая схема пригодится для оснащения автомобиля. При хорошем КПД выделяется немного тепла. Доступно изменение напряжения на входе в широком диапазоне при сохранении функциональности.

ДХО из светодиодов

Такую линейку можно собрать из светодиодов 3Вт. Характеристики современных приборов подойдут для создания надежных и эффективных дневных ходовых огней транспортного средства

В данном случае пригодится длительное сохранение работоспособности устройства в условиях сложной эксплуатации.

Мигающие светодиоды

Все необходимое для успешного создания действующего устройства изображено на этом рисунке

Светомузыка на светодиодах

Эту простую схему можно применить для оснащения мобильной техники. Для питания можно применить аккумулятор на 9В

Индикатор напряжения на светодиодах

Схема точного индикатора напряжения для автомобиля. Здесь предусмотрена компенсация измерений при повышении/уменьшении температуры

Электрические схемы подключения светодиодов

В этой части статьи рассмотрены способы подключения полупроводниковых источников света к сетям питания. Применение следующих правил и рекомендаций предотвратит повреждение и продлит срок службы светодиодов.

Подключение к сети 220 В

Вместо драйвера можно применить такой вариант подключения

Резистор R1 ограничивает силу тока. Конденсатор C1 – гасит колебания. Для расчета характеристик резистора используйте рассмотренный выше алгоритм.

Подключение светодиодов к сети питания 12 В

Эта схема подойдет для подключения светодиодов общей мощностью до 1 Вт

Она обеспечивает ток потребления до 245 мА, напряжение от 12 до 24 В. Исходя из приведенных параметров выбирают подходящие светодиоды.

Если понадобилась дополнительная информация – пишите вопросы в комментариях к статье. Там же оставляйте свои предложения, приводите примеры удачных проектов.

Видео с пояснениями монтажа мощных светодиодов:

Предыдущая

ОсвещениеСхема подключения проходного выключателя с 2х мест: порядок выполнения монтажных работ

Следующая

ОсвещениеКак сэкономить на качестве: розетки и выключатели, лучшие бренды производителей

Понравилась статья? Сохраните, чтобы не потерять!

ТОЖЕ ИНТЕРЕСНО:

ВОЗМОЖНО ВАМ ТАКЖЕ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:

описание маркировок и технических параметров диодов для лам освещения, какие размеры, вес, мощность, напряжение в led разных марок

Светодиодные приборы разного назначения и конфигурации по-прежнему остаются одним из самых перспективных направлений развития осветительной техники. В городах активно внедряют светодиодные лампы в уличное освещение. Бытовые приборы, спецтехника и декоративные элементы освещения тоже переводятся на светодиодную комплектацию.

Из этой статьи вы узнаете все о светодиодах. Здесь мы рассмотрим, какие характеристики светодиоды могут иметь, в каких обозначениях выражаются их параметры, и многое другое.

Основные характеристики светодиодов

Для начала расскажем кратко, что такое светодиод. Это прибор, испускающий свет за счет полупроводниковых свойств использованных при его изготовлении материалов.

Чтобы правильно выбрать светодиодное устройство, нужно учитывать ряд характеристик:

  • величина напряжения питания;
  • размеры;
  • мощность;
  • угол излучения;
  • срок деградации прибора;
  • светоотдача;
  • количество выводов;
  • цветовая температура.

Сила тока на кристалле

Стандартная сила тока для светодиода составляет 0,02 Ампера. Однако встречаются и приборы, способные работать с мощностью в 0,08 А. Этот эффект достигается путем размещения 4х полупроводниковых кристаллов под одним корпусом. Так как каждый кристалл в отдельности работает с малой мощностью в 0,02 Ампера, прибор на 4х кристаллах будет потреблять 0,08 А.

Чтобы светодиод работал правильно, необходимо подавать на него ток равномерной величины. Даже если слегка повысить силу поступающего тока, заметным образом снизится интенсивность излучения. Это означает, что кристалл «стареет», то есть постепенно изнашивается и вскоре может выйти из строя.

При этом цветовая температура будет расти, что приведет к медленному перегреванию элемента. В итоге начнется постепенное изменение цвета освещения. Оно сместится к синей части спектра, а сам прибор раньше времени выйдет из строя.

Если же подать силу тока значительно выше необходимой, светодиод не выдержит нагрузки очень быстро. Это приведет к почти моментальному перегоранию осветительного прибора.

Напряжение

К диодам нельзя применить выражение «напряжения питания». Чтобы описать свойства прибора, следует пользоваться характеристикой «падения напряжения». Она описывает, какое напряжение формируется в светодиоде, когда через него пропускается номинальный электрический ток.

На упаковке к светодиодным приборам, в графе «напряжение» указывается именно эта характеристика. Зная ее, можно вывести, какое напряжение остается на кристалле. Его и учитывают при различных расчетах.

Для изготовления светодиодов могут быть использованы разные виды полупроводников. Напряжение тоже будет разниться в зависимости от вида примененного материала. Установить его примерное значение можно, обратив внимание на цвет кристалла. Полупроводник светится белым, зеленым или синим, если его напряжение составляет приблизительно 3 Вольт. В это же время, напряжение в красных и желтых кристаллах будет меньше. Оно составит от 1,8 до 2,4 Вольт.

Параллельное подключение приборов с одним и тем же номиналом, при напряжении 2 Вольт, может вывести светодиоды из строя. Это происходит ввиду разброса параметров. Если увеличить напряжение всего на 0,1 Вольт, сила тока на светодиоде взлетит в 1,5 раза. Как результат, часть светодиодов перегорит. Оставшиеся приборы начнут работать чересчур тускло и неравномерно. Поэтому номинал светодиода всегда должен соответствовать величине тока, проходящего через устройство. К примеру, для фонариков напряжение питания не должно быть более 3,6-3,7 В.

Сопротивление диодов

Собственное, прямое сопротивление диода крайне мало. Чтобы справиться со внезапными скачками напряжения в сети и адаптировать прибор к различным источникам подключения, используются методы по ограничению потребляемого тока. В приборы типа LED встраиваются стабилизаторы токов, своеобразные драйверы. Их задача заключается в преобразовании электрического тока. Они приводят его к необходимой величине.

Если необходимо включить в сеть только один светодиод, это лучше сделать при помощи токоограничительного резистора. Чтобы подобрать правильный резистор, нужно определить, устройство с каким сопротивлением подойдет в этом конкретном случае. Расчет проводится на основе характеристик светодиода. Для проведения вычислений можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Светоотдача и угол свечения

Если нужно сравнить характеристики осветительных приборов между собой, следует учесть силу излучения. Диоды испускают от 1 до 5 люмен света при диаметре прибора в 5 мм. При этом лампа накаливания мощностью в 100 Ватт может испускать световой поток в 1000 люмен.

Однако лампа накаливания отдает в пространство рассеянный свет. В противоположность этому, излучение от светодиода всегда направленное. Каждый прибор имеет конкретный угол рассеивания.

Углы рассеивания могут варьироваться от 20 до 120 градусов. Самый яркий свет исходит от центра прибора. Уровень освещенности падает, по мере приближения к границам угла рассеивания.

Исходя из этих свойств, конструкция источника освещения подбирается с учетом следующих характеристик:

  1. Светодиоды используют для направленного освещения конкретного места/объекта. Лампы с применением технологии LED потребляют мало мощности, поэтому их выгодно использовать в самых разнообразных сферах.
  2. Для покрытия светом большого пространства, в конструкцию осветительного прибора включают рассеивающие линзы.

Цветовая температура – комфорт восприятия светового потока

Температура свечения измеряется в градусах Кельвина. Осветительные приборы разделяются по классам, в зависимости от температуры света и его цветовых характеристик.

ЦветТемпература, К
Теплый белыйМенее 3300
Дневной белыйО 330 до 5300
Холодный белыйБольше 5300

Важно! Комфорт восприятия светового потока, излучаемого светодиодами, напрямую определяется температурой LED-прибора. Это связано с особенностями устройства человеческих глаз и мозга.

Указания на температуру свечения содержатся в маркировке осветительных приборов светодиодного типа. Значение цветовой температуры выражается четырехзначным числом. К ней добавляется буква «К», чтобы было ясно, что значение указано в Кельвинах.

LED-лампу следует использовать с учетом ее цветовой температуры. Например, белый цвет теплого оттенка заменяет традиционную лампу накаливания. С помощью светодиодов такого класса, освещаются жилые помещения и офисы.

Светодиодные лампы нейтрального оттенка способствуют верной цветопередаче. Их с успехом применяют для освещения рабочих мест на предприятиях производственного характера. Холодный белый используется при создании ночного освещения, в уличных и ручных фонарях.

Температура свечения 1800 К характерна для светодиодов красного света. Для желтого этот показатель составляет 3300 К. Цветовая температура синего – 7500 К. Подобные разноцветные лампы чаще всего используются в декоративных целях. Также их применяют для создания фито-подсветки. Ее задача – положительно сказываться на росте рассады.

Цвет имеет волновую природу. Поэтому температуру свечения можно выражать при помощи длины волн. Это обозначение также активно применяется в маркировке приборов, работающих на светодиодах. Длина волны при этом подписывается как «λ», то есть «лямбда». Эту величину измеряют в нанометрах и обозначают на письме как «нм».

Интересно! Большая величина светового потока характерна для устройств, имеющих холодный белый цвет. В то же время, минимальная величина свойственна приборам теплого белого оттенка.

Размер чипа: условное обозначение в маркировке

Размер кристалла часто обозначается как «mil». Это обозначение светодиодов обычно подразумевают тысячные доли дюйма.

Размеры стандартного кристалла – 30х30 mil, и 45х45 mil. Если перевести в миллиметры, получится 0,762х0,762 мм и 1,143х1,143 мм.

Размер кристалла

От размера кристалла зависит сила тока, которую прибор может пропустить через себя. Квадратные приборы имеют 1 или 2 В мощности. Их размер при этом – 30 мм в первом случае, или 45 мм во втором.

Мощные приборы могут иметь кристалл на 10, 20, 30, а также 50 и 100 В. Параметры светодиодов при этом могут быть: 24 на 24 мм, или 24 на 44 мм. Возможен и вариант 44 на 44 мм.

Модели с небольшой мощностью могут состоять всего из 2 или 3 элементов. Их размеры разнятся, а кристаллы подключаются как по прямой, так и параллельно.

Габариты и вес светодиодов

Хорошие светодиоды весят тяжелее. Это объясняется тем, что более качественные приборы изготавливают из меди. Менее качественные модели делаются на основе алюминия или его сплавов.

Приборы с небольшой мощностью имеют совсем небольшую разницу в массе. Однако если мощность светодиода составляет от 10 В до 100 В, медь будет превосходить по весу алюминий в 2, а то и в 3 раза. Вес светодиодной лампы обычно тяжелее схожей лампочки накаливания в 5 или 6 раз.

Важно! Габариты светодиодов можно легко определить. Маркировка светодиодов содержит все необходимые характеристики. Длина обозначена первыми двумя цифрами в маркировке. Следующие две цифры – ширина. Размеры светодиодных ламп выражаются в миллиметрах.

Как следует из цифр маркировки, у светодиода 5730 ширина 30 мм. Его длина при этом – 57 мм. Соотношение сторон продиктовано количеством кристаллов, из которых состоит прибор.

Мощность светодиодных ламп в сравнении с лампой накаливания

Матовая колба, в которой сидит светодиодный источник излучения, поглощает до 20% яркости. Нагревание драйвера устройства тоже требует определенной затраты мощностей. На это обязательно уходит 1 Вольт. Отсюда получается, что светодиодная лампа на 10 Ватт использует для освещения пространства всего 7 Ватт из них.

7 Ватт обеспечивают 700-800 люмен светоотдачи. При этом эффективность лампы накаливания на 100 Ватт составляет 1300 лм. Отсюда следует, что светодиодная лампочка на 10 Ватт не может заменить лампу накаливания на 100 Ватт. Однако обычно это впечатление сглаживается, поскольку светодиодное излучение приятнее для человеческих глаз.

Если сравнить световой поток этих источников освещения между собой без учета поглощающего эффекта матовой колбы, их характеристики будут выглядеть следующим образом:

Лампа  накаливания, количество ВаттСветодиодная лампочка, количество ВаттСветовой поток, Люмен
253250
405400
608650
100141300
150222100

В таком виде информация и будет указана и в специализированном справочнике.

Какие бывают светодиоды

Рассмотрим классификацию приборов LED в зависимости от их назначения, и технических характеристик.

Свойства и параметры индикаторных моделей

Индикаторные светодиоды могут иметь диаметр: 3, 5, 10 или 8 мм. Их напряжение варьируется от 2,5 до 5 Вольт. При этом они потребляют электрического тока от 10 до 25 миллиампер. Средняя яркость такого диода – всего от 100 до 1000 милликанделл. Данные приборы обладают круглыми или прямоугольными линзами.

Осветительные диоды

Активнее всего диоды применяются в освещении. Осветительные диоды изготавливаются, путем покрытия синего светодиода слоем люминофора. Светодиоды COB представляют собой подложку с расположенными на ней полупроводниками. Кристаллы при этом залиты люминофором нужных цветов. Плотность размещенных кристаллов обеспечивает повышенную яркость излучаемого света.

Обычно осветительным диодам требуется питание от 3 до 35 вольт. Они пропускают ток от 100 мА и до 2,5 А, а то и больше.

Типоразмеры smd светодиодов и их характеристики

SMD-светодиоды – это приборы, вмонтированные в печатные платы. Название «SMD» берется по имени технологии монтажа на поверхность (ТМП). Расшифровка аббревиатуры звучит как «Surface Mount Technology». Это означает, что осветительный прибор монтируется на поверхность платы. Компоненты для технологии поверхностного монтажа могут обозначаться как «чип-компоненты».

Размеры SMD-светодиодов определяют другие их характеристики. Приборы могут различаться по:

  • мощности;
  • яркости;
  • цветовой температуре.

Типоразмеры, имеющие максимальный спрос:

  • современный и технологичный 2835;
  • классический 3528;
  • мощный 3014;
  • яркий 5050;
  • не искажающий цвета 5630;
  • улучшенная версия своего предшественника, 5730.

Рассмотрим подробнее конкретные типы размеров светодиодов и их характеристики.

Основные параметры светодиодов smd 2835

Эти приборы характеризуются большой площадью излучения. Излучения SMD 2835 образует форму прямоугольника. Если сравнить его с круглым прибором типа SMD 3528, SMD 2835 выигрывает по характеристике светоотдачи.

При этом высота элемента SMD 2835 получается намного меньше. Она составляет всего 0,8 мм, а световой поток прибора при этом – 50 люмен.

Светодиоды SMD 2835 имеют термостойкий полимерный корпус. Он может сопротивляться воздействию интенсивных температур вплоть до 240 градусов по Цельсию. При этом излучение склонно ухудшаться всего на 5% за 3000 часов. Другие характеристики прибора этого типа:

  • тепловое сопротивление составляет 4 С/Вт;
  • рабочий ток может иметь максимальное значение в 0,18 А;
  • температура кристалла составляет 130 градусов по Цельсию;
  • для SMD 2835 делаются большие контактные площадки, поэтому от него лучше отводится тепло.

Характеристики светодиодов smd 5050

SMD 5050 состоит из трех светодиодов со схожими характеристиками. Они объединены под одним корпусом. Их технические особенности соответствуют свойствам кристаллов SMD 3528.

Интересно! Каждому светодиоду свойственно значение рабочего тока в 0,02 А. Поэтому общая величина тока составляет 0,06 Ампера. Превышение этой величины неминуемо приведет к поломке светодиодов.

Другие характеристики прибора:

  1. Напряжение в SMD 5050 составляет 3-3,3 Вольт.
  2. Его светоотдача – 18-21 люмен.
  3. Мощность SMD 5050 образуется из суммы мощностей диодов в отдельности. Это означает, что 0,7 Вт умножается на 3. Таким образом, суммарная мощность составит 0,21 Вт.
  4. Цвет светодиодов SMD 5050 может быть как многоцветным, так и просто желтым, белым, зеленым или синим.

Так как в SMD 5050 осветительные диоды располагаются очень близко к друг другу, стало возможным изготавливать приборы, допускающие точное управление каждым цветом в отдельности. Для управления обычно используются контроллеры. Они позволяют менять цвет диодов в специально обозначенное время, регулировать яркость свечения и другие параметры устройства.

Типовые характеристики светодиода smd 5730

Для SMD 5730 характерен корпус с размерами 5,7х3 мм. Эти диоды отличаются такими характеристиками:

  • усиленная мощность;
  • высокая яркость;
  • хорошие показатели эффективности;
  • износостойкость;
  • сопротивляемость разным температурным режимам;
  • влагоустойчивость;
  • изрядным сроком службы;
  • работают на импульсном токе.

SMD 5730 делится на две разновидности:

  1. SMD 5730-0,5. Как видно из названия, его мощность составляет 0,5 Ватт. Номинальный ток для этого типа приборов соответствует значению 0,15 А. Максимальная сила тока, с которой может справиться этот прибор, составляет 0,18 А. Эта величина возможна при импульсной работе прибора. При этом он может создавать световой поток до 45 люмен.
  2. SMD 5730-1. По названию можно заметить, что его мощность – 1 Ватт. Для работы ему необходим постоянный ток в 0,35 Ампер. При переводе в импульсный режим, эта величина может увеличиться до 0,8 Ампер. Показатель светового потока может доходить до 110 люмен. Это свидетельствует об очень высокой эффективности светоотдачи. Корпус для прибора делают из термостойкого полимера. Он может выдержать до 250 градусов по Цельсию.

SMD 5730 рассеивает свет под углом в 120 градусов. Световой поток деградирует всего на 1% за целых 3000 часов.

Характеристики светодиодов Cree

«Cree» – американская компания, занимающаяся производством самых ярких и мощных светодиодов. Это очень известная марка, выпускающая качественную продукцию с выдающимися характеристиками:

  1. Однокристальные светодиоды Xlamp. Излучение расходится по краям устройства. Данная технология сделала возможным выпуск светильников с очень большим углом свечения. При этом в конструкцию входит лишь небольшое число кристаллов.
  2. Однокристальные XQ-E High Intensity. Угол свечения диодов этого типа находится в диапазоне от 100 до 145 градусов. Размеры этих приборов – всего 1,6 х 1,6 мм. В это же время, их мощность составляет 3 В, а световой поток – целых 330 люмен.
  3. Многокристальные диоды этой компании могут потреблять от 6 В до 72 В. Для устройств этого типа характерны мощности до 4 Ватт, и более 4 Ватт. Многокристальные диоды делятся на группы, в зависимости от показателя мощности.

Цветопередача всех светодиодов однокристальной конструкции находится в границах CRE 70-90.

Основные выводы

Быстродействие и отличные технические характеристики светодиодных ламп сделали их самым популярным источником освещения. Правильно подобранные параметры прибора позволяют организовать эффективное освещение с наименьшими затратами электроэнергии. Выбирая лампочку, обязательно следует обратить внимание на ее мощность и светоотдачу. А чтобы прибор освещения идеально вписался в обстановку и исправно выполнял свои функции, нужно учесть цветовую температуру выбранных диодов.

Предыдущая

СветодиодыКак подключить светодиод к 12 Вольтам

Следующая

СветодиодыЧто лучше ксенон или светодиодные лампы для авто

Характеристики светодиодов: достоинства и недостатки, применение

Основные характеристики светодиодов

1. Эффективность свечения (светоотдача)

Наиболее значимая характеристика светодиодов, обуславливающая экономическую целесообразность их использования в системах освещения различного назначения. Определяется, как отношение потока излучения к затрачиваемой мощности (Лм/Вт).
Для сравнения:
— 10-12лм/Вт — лампа накаливания;
— 40-150Лм/Вт — газоразрядные лампы;
— 50-120Лм/Вт — светодиоды.

Таким образом, светодиоды характеризуются прекрасными показателями светоотдачи, что дает возможность им выигрышно конкурировать с натриевыми, галогеновыми и люминесцентными лампами. Помимо этого, при выпуске светодиодных светильников не требуются отражатели, потому что их световой поток направляется в одной полуплоскости.

2. Мощность

— светодиоды малой мощности: до 0,5Вт;
— светодиоды средней мощности: 0,5-3Вт;
— светодиоды большой мощности: 3Вт и выше.

3. Цветовая температура

— 2500-4000К: белый теплый свет, схож с лампами накаливания;
— 4000-6500К: белый нейтральный свет;
— 6500-9500К: белый холодный свет.
В результате экспериментальных исследований установлено, что именно белый нейтральный свет отличается наибольшей четкостью передачи цветов и является наиболее удачным для работы с документами в офисных условиях.

4. Деградация

Это процесс постепенной потери показателей работоспособности светодиодов. Обычно производители указывают около 100 тыс. час. работы и более. Существенное влияние на ресурс светодиодов оказывает чрезмерное воздействие токов, превышающих их номинальное значение, и высоких температур, для предотвращения преждевременного старения применяются специальные конструкторские решения. 

К еще одной разновидности деградации светодиодов относится пусковое воздействие. Оно невысоко и составляет порядка 5-6%, выявляется обычно в первые 1000 часов горения светильника.

5. Угол свечения

Обычно у светодиодов он равен 120-140 градусов, а в индикаторных светодиодах — 15-45 градусов.


Технологические новшества в наше время происходят постоянно. Ежегодное появление новинок электроники, бытовой техники, автомобилестроения стало привычным явлением. То, что удивляло дватри года назад, часто уже безнадежно устарело к сегодняшнему дню. Большинство изменений касается улучшения существующих вещей, например, двигатель автомобиля становится более экономичным и экологически чистым от модели к модели. Вносимые улучшения понятны в основном узкому кругу специалистов.

 

Двигатели производятся теми же фирмами на тех же заводах. Внешне индустрия меняется довольно медленно и постепенно.

 

Гораздо реже происходят принципиальные изменения – технические революции. Во время революции меняется сам подход к решению задачи. Это приводит к кардинальному изменению свойств изделий и отрасли в целом.
Сегодня в мире осветительной техники происходит как раз такая техническая революция. Эта революция в течение следующих 3-5 лет может полностью изменить рынок светильников, а также повлиять на список ключевых игроков. Есть повод задуматься над ситуацией как существующим производителям, так и новым компаниям, не занимавшимся до сих пор этой сферой.
Приведем исторический пример.

 

До 70-х годов прошлого века основой радиотехнических устройств были электронные вакуумные приборы – радиолампы. Первые компьютеры были построены именно на лампах, и именно лампам они обязаны своими циклопическими размерами и стоимостью при вычислительной мощности калькулятора.

 

В 50-х годах началось активное развитие полупроводниковой техники, появились транзисторы, а позже интегральные схемы, содержащие сотни и тысячи транзисторов. Электронные лампы были полностью вытеснены из большинства областей, объемы их призводства упали в десятки раз. Многие компании-производители вынуждены были полностью переориентироваться или исчезнуть с рынка. Полупроводники завоевали мир, открыли возможности для тысяч компаний и огромного количества новых приложений. Ниже мы вернемся к этому примеру, чтобы увидеть интересные параллели между революцией полувековой давности и тем, что происходит сейчас на наших глазах.

 

Полупроводники, эти удивительные материалы — основа современной электроники. Они обладают важными свойствами, применяемыми в транзисторах и микросхемах. Однако этим их использование не ограничивается.
Еще в начале прошлого века был замечен эффект слабого свечения в области электрического контакта полупроводников разных типов проводимости. Тогда это явление не было понято и изучено. Как считается, первый полупроводниковый светодиод был изготовлен в 1962 году в США.

 

До 90-х годов ХХ века светодиоды получили широкое распространение в качестве устройств индикации и декоративных элементов. Использованию светодиодов в осветительной технике мешали трудности в получении белого цвета свечения. Дело в том, что кристалл, на котором построен диод, может излучать свет только строго определенной длины волны. Наш глаз воспринимает такое излучение как чистый цвет из спектра, например, красный или зеленый. Мы видим белый цвет, когда в наш глаз попадает очень широкий спектр длин волн или смесь нескольких определенных основных цветов.

 

Эту проблему можно решить тремя способами.

 

Первый – собрать на одном кристалле светодиоды трех цветов, например, красного, зеленого и синего.
Этот путь нашел свое применение в видеоэкранах и элементах декоративной подсветки с изменяющимся цветом.

 

Второй – использовать принцип люминесцентных ламп: излучение ультрафиолетового светодиода попадает на люминофор, светящийся белым светом под действием ультрафиолета.

 

Третий способ – использовать синий светодиод, покрытый желтым люминофором. Смесь желтого и синего цвета также воспринимается глазом как белый цвет (рис. 1).
Последний способ оказался самым удобным и эффективным для изготовления сверхъярких светодиодов. Такие светодиоды были впервые продемонстрированы в 1997 году. С этого времени начинается и использование светодиодов для решения задач общего освещения.

 

В настоящий момент общедоступными являются светодиоды, дающие световой поток до 140 люмен на 1 ватт потребляемой мощности. В лабораторных условиях получены устройства, излучающие до 200 люмен 1 на ватт. Теоретический предел сегодняшних технологий составляет порядка 300 люмен 1 на ватт.

 

{xtypo_quote}Для сравнения: лампа накаливания дает около 7 лм/Вт, а современная энергосберегающая люминесцентная лампа до 105 лм/Вт. Сравнимую со светодиодами эффективность на уровне 130 лм/Вт имеют натриевые лампы высокого давления. Существенным недостатком натриевых ламп является их почти монохроматический оранжево-желтый свет, ухудшающий цветопередачу предметов. {/xtypo_quote}

Световой поток источника, выраженный в люменах, характеризует его излучающую способность без учета диаграммы направленности. Когда мы оцениваем полезный эффект, производимый источником света, нам важно распределение света от светильника в пространстве. Например, дорожный светильник должен давать равномерное и яркое световое пятно на дороге, при этом не слепить водителей и не освещать дальний край обочины. Чтобы достичь этого, применяются рефлекторы и линзы – отражающая или фокусирующая оптика.

 

Эффективность любого рефлектора или линзы зависит, в значительно степени, от геометрии источника света. Светодиод – это практически точечный источник, который позволяет добиться 80-90% эффективности при формировании освещенной области. Лампа излучает во все стороны и имеет большие размеры поверхности, испускающей свет. Чтобы добиться нужной диаграммы направленности, придется пожертвовать от 40 до 70% света. По этой причине, даже при одинаковой энергетической эффективности (люмен на ватт), светодиод в полтора-два раза эффективней традиционной лампы.

 

У фирмы Osram имеется уникальное решение – светодиод со встроенной линзой, имеющий диаграмму направленности, идеально подходящую для освещения улиц и автомагистралей (рис. 2). При использовании такого диода нет необходимости в применении какой-либо вторичной оптики, следовательно, нет потерь света и дополнительных денежных затрат.

 

Светодиоды претендуют на то, чтобы стать серьезной альтернативой другим источникам света.

 

Рассмотрим их преимущества и недостатки, чтобы самостоятельно оценить, насколько оправданы эти ожидания.

 

Достоинства светодиодов

 

Итак, первое и самое главное достоинство – энергетическая эффективность. Электрический ток в светодиоде преобразуется непосредственно в кванты света – фотоны. Такое преобразование теоретически происходит без потери энергии – сколько энергии потрачено, столько и излучается. На практике потери, конечно, есть, но уже достигнуты впечатляющие результаты по сравнению с другими источниками. Светораспределение светильника создается с гораздо меньшими потерями света. 

 

Надежность и время жизни. Начнем с самого определения времени жизни устройства. Для светодиода за время жизни принято количество часов, которое он проработает до снижения его светового потока на 30%. Лидирующие производители (например, Osram) заявляют о времени жизни более 100 тыс. часов.

 

{xtypo_quote}Сравним: лампа накаливания – 1000 часов, стандартная люминесцентная лампа – 12 тыс. часов, газоразрядные лампы – до 40 тыс. часов. Данные по традиционным источникам света приведены по критерию полного выхода источника из строя. {/xtypo_quote}

Малый размер светодиода. Мощный одноваттный светодиод серии OSLON производства Osram имеет размер корпуса 3х3 мм. Это позволяет вписы-вать его в любую конструкцию светильника, а также создавать миниатюрные и при этом очень мощные осветительные приборы. (рис. 3).
Экологическая безопасность.

 

Светодиод сам по себе содержит сотые доли грамма вещества в кристаллической, крайне химически инертной форме. Люминесцентная лампочка содержит очень опасные для человека и природы вещества, такие как ртуть. Утилизация таких ламп дорогостоящий и сложный процесс.

 

Время включения-выключения и управление яркостью. Светодиоду требуются доли микросекунд (150 нс для белого одноваттного светодиода Golden Dragon Plus) для начала работы с полной отдачей после подачи на него электрического тока. Это дает возможность регулировать световой поток путем подачи коротких импульсов тока, следующих с высокой частотой.

 

Таким образом, яркость светильника может регулироваться в любых пределах с сохранением 100 % эффективности. Можно отметить и еще один эффект – светодиод некритичен к количеству циклов включений-выключений, что является бичом, например, недорогих энергосберегающих ламп.

 

Механическая прочность и стойкость к ударам. Светодиод – это твердый кристалл в пластиковой или керамической оболочке. При желании его можно уничтожить при помощи молотка. На практике он абсолютно не чувствителен к вибрациям и другим воздействиям, характерным для условий промышленного применения.

 

Стабильная работа при низких температурах без сокращения срока службы и потери яркости. Светодиодному светильнику не требуется запуск, он практически мгновенно выходит на заданный температурный режим.

Недостатки светодиодов

Самой большой проблемой при проектировании светодиодных светильников является решение вопроса о том, что делать с выделяемым теплом. Как уже говорилось, светодиод преобразует электрический ток непосредственно в световой поток.

 

Это достоинство, которое превращается в недостаток, когда речь заходит об отводе тепла. Дело в том, что светодиод практически не излучает мощности в инфракрасном диапазоне спектра. Инфракрасное излучение мы ощущаем как тепло, исходящее от лампочки. Оно бесполезно с точки зрения наших глаз, но очень хорошо отводит лишнее тепло от источника света.

{xtypo_quote}На практике в свет превращается около 25% энергии, а остальное переходит в тепло. Полупроводники не любят нагрев, их срок службы существенно падает при температуре выше 130-150 0С. (для сравнения – спираль лампочки накаливания нагревается до 2300 0С, а у галогенной – до 2700 0С). {/xtypo_quote}

 

Итак, недостаток № 1: нужно отводить тепло и делать это приходиться при помощи радиаторов, а иногда даже активных систем охлаждения. Для того, чтобы получить ожидаемую эффективность светодиодного светильника, требуется позаботиться о правильном источнике питания. Источник должен обеспечивать стабилизированный ток (а не напряжение, как требует подавляющее большинство устройств) на уровне от 100 мA до 1 А в зависимости от типа диода. Для достижения эффективности обычно используются импульсные источники с коррекцией коэффициента мощности.

 

Недостаток № 2 – относительно сложная схема питания.

 

Недостаток № 3, вероятно существующий лишь временно, – высокая цена светодиодов. В светотехнической отрасли принято говорить о люменах, получаемых на затраченный доллар или евро. На сегодняшний момент эта величина составляет до 3 евроцентов за 1 люмен, что на порядок выше, чем стоимость 1 люмена в люминесцентной лампе. Это основной фактор, препятствующий широкому распространению светодиодных светильников в быту. Однако в тех областях, где значение имеет стоимость владения, включающая стоимость обслуживания, светодиоды уже обходятся дешевле обычных ламп.

 

Чтобы в этом убедиться, достаточно подсчитать стоимость работ с применением автовышки по замене ламп в мачтах уличного освещения, не говоря уж о существенной экономии электроэнергии. Очень часто переход на светодиоды производится просто изза физической нехватки электрической мощности в районе.

 

Не случайно в начале статьи приведена история о радиолампах и транзисторах. Помимо лучших технических характеристик, которыми, кстати, первые транзисторы не особенно могли похвастаться, полупроводники открыли дорогу в отрасль для тысяч мелких компаний. С их появлением резко уменьшился финансовый и технологический барьер для выхода на рынок. Первые компьютеры новой эры были собраны в гаражах. Гиганты потеряли монополию, и в электронную индустрию пришла невероятно сильная конкуренция.

{xtypo_quote}Появление светодиодов открывает дорогу к производству светильников огромному количеству компаний, которые ранее этим не занимались. Все, что нужно на первом этапе, – это обычное оборудование для сборки электронных плат. В нашей стране существует избыток такого производства, который ждет своего часа.{/xtypo_quote}

Характеристики светодиода »Примечания к электронике

Как и все другие электронные компоненты, светодиоды, светодиоды имеют свои технические характеристики, кратко описанные в технических описаниях. Поймите, что они означают.


Light Emitting Diode Tutorial Включает:
LED Как работает светодиод Как делается светодиод Технические характеристики светодиодов Срок службы светодиода Светодиодные пакеты Светодиоды высокой мощности / яркости Светодиодное освещение Органические светодиоды, OLED

Другие диоды: Типы диодов


При выборе светодиодов необходимо понимать технические характеристики, чтобы можно было выбрать оптимальную светодиодную часть для конкретного применения.

Существует огромное количество различных светодиодов, каждый из которых имеет свое техническое описание и технические характеристики. Все: от цвета до упаковки, светоотдачи до падения напряжения и многих других технических характеристик.

Эта страница поможет понять значение основных технических характеристик светодиодов и внести некоторую ясность в понимание технических характеристик светодиодов.

Цвет светодиода

Очевидно, что цвет светодиода имеет большое значение при выборе светодиода.

Светодиоды

, как правило, дают то, что фактически является одним цветом. Фактически световое излучение распространяется в относительно узком световом спектре.

Цвет, излучаемый светодиодом, определяется в терминах его максимальной длины волны (lpk), то есть длины волны, которая имеет максимальный световой поток. Это измеряется в нанометрах (нм).

Цвет светодиода, то есть пиковая длина волны излучения светодиода, в основном определяется материалом, используемым для светодиода, а также процессом изготовления микросхемы.Изменения в процессе могут привести к изменению максимальной длины волны до значений около ± 10 нм.

При выборе цветов в рамках общей спецификации светодиода следует помнить, что человеческий глаз наиболее чувствителен к оттенку или цветовым изменениям в желто-оранжевой области спектра, то есть между 560 и 600 нм. Незначительные изменения процесса могут вызвать небольшие цветовые вариации, которые могут быть заметны, если выбрать оранжевые светодиоды, расположенные рядом друг с другом на передней панели.Это может повлиять на выбор цвета или положения светодиодов, если это может быть проблемой.

Длина волны
Диапазон (нм)
Цвет В F при 20 мА Материал
<400 Ультрафиолет 3,1 — 4,4 Нитрид алюминия (AlN)
Нитрид алюминия-галлия (AlGaN)
Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN)
400–450 фиолетовый 2.8 — 4,0 Нитрид индия-галлия (InGaN)
450–500 Синий 2,5 — 3,7 Нитрид индия-галлия (InGaN)
Карбид кремния (SiC)
500–570 Зеленый 1,9 — 4,0 Фосфид галлия (GaP)
Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
Фосфид алюминия-галлия (AlGaP)
570–590 Желтый 2.1 — 2,2 Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
Фосфид галлия (GaP)
590–610 Оранжевый / янтарный 2,0 — 2,1 Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaUInP)
Фосфид галлия (GaP)
610–760 Красный 1,6 — 2,0 Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs)
Фосфид арсенида галлия (GaAsP)
Фосфид алюминия-галлия-индия (AlGaInP)
Фосфид галлия (GaP)
> 760 Инфракрасный <1.9 Арсенид галлия (GaAs)
Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs)

Значение силы света светодиода, Iv

Спецификация светодиода для интенсивности света важна. Интенсивность света зависит от множества факторов, включая сам светодиодный чип (включая дизайн, индивидуальную пластину, материалы и т. Д.), Текущий уровень, герметичность и другие факторы.

Спецификация интенсивности света светодиодов не имеет решающего значения для большинства индикаторных приложений, но, если светодиоды используются для освещения, этот параметр необходим, чтобы иметь возможность точно указать, что требуется во многих ситуациях.

Светоотдача светодиода количественно выражается в виде одной точки на оси значения силы света (Iv). Он обозначается как millicandella, mcd.

Измерение lv для светодиодов нелегко сравнить со значениями средней мощности сферической свечи, MSCP, используемой для ламп накаливания.

Значение силы света светодиода должно быть указано для данного тока. Многие светодиоды работают при токе около 20 мА, но световой поток светодиода увеличивается с увеличением тока.

Спецификация тока / напряжения светодиода

Светодиоды

— это устройства, управляемые током, и уровень яркости является функцией тока — увеличение тока увеличивает светоотдачу. Необходимо следить за тем, чтобы не превышался максимальный номинальный ток. Это может привести к чрезмерному рассеиванию тепла внутри самого светодиодного чипа, что может привести к снижению светоотдачи и сокращению срока службы.

Типичные приблизительные кривые напряжения светодиодов

Во время работы светодиоды будут иметь заданное падение напряжения на них, которое зависит от используемого материала.Напряжение также будет немного зависеть от уровня тока, поэтому ток будет указан для этого.

Для большинства светодиодов требуется внешний резистор, ограничивающий последовательный ток. Некоторые светодиоды могут включать в себя последовательный резистор и отображать общее рабочее напряжение.

Светодиод обратного напряжения

Светодиоды

не терпят больших обратных напряжений. Они никогда не должны работать выше заявленного максимального обратного напряжения, которое обычно довольно мало. Если они возникнут, то это почти наверняка приведет к необратимому разрушению устройства.

Если есть вероятность появления на светодиодах обратного напряжения, то всегда лучше встроить защиту в схему, чтобы предотвратить это. Обычно можно использовать простые диодные схемы, которые будут адекватно защищать любой светодиод.

Спецификация угла обзора светодиода

Ввиду того, как работают светодиоды, свет излучается только под определенным углом. Хотя эта спецификация светодиода может быть не важна для некоторых приложений, она имеет большое значение для других.

Угол обзора обычно определяется в градусах — °. Для ранних устройств угол обзора обычно был относительно небольшим. Более современные устройства могут иметь гораздо более широкий угол обзора.

Спецификация светодиода на срок службы

Интенсивность света светодиода со временем постепенно уменьшается. Это означает, что светодиод имеет срок службы.

Эта спецификация светодиодов имеет особое значение, когда светодиод или светодиоды должны использоваться для освещения. Обычно это не так важно, когда светодиод используется в качестве индикатора — здесь катастрофический отказ имеет большее значение.

Срок службы светодиода обычно определяется следующим образом:

L 70% = Время до 70% освещенности (поддержание светового потока)

L 50% = Время до 50% освещенности (поддержание светового потока)

В стандартах указано, что в это время светодиоды не должны показывать каких-либо значительных сдвигов цветности.

Обоснование этих цифр заключается в том, что сохранение светового потока на 70% означает снижение светоотдачи на 30%.Это примерно соответствует пороговому значению для обнаружения постепенного снижения светоотдачи.

Там, где светоотдача не критична, может быть более применимо значение сохранения светового потока 50%. Однако для приложений, где источники света могут быть размещены рядом, любые различия будут очень заметны, и поэтому показатель сохранения светового потока 80% может быть более подходящей спецификацией.

Показатели срока службы светодиода могут составлять порядка 50 000 часов или более в зависимости от используемого значения светового потока.Существует мнение, что светодиоды не являются предметами для жизни, но особенно там, где светодиоды используются для освещения, необходимо очень внимательно следить за сроком службы компонентов.

Это некоторые из основных характеристик светодиодов, которые, вероятно, можно увидеть в таблицах данных. Перед тем, как выбрать конкретный светодиод, необходимо изучить все параметры, чтобы убедиться, что он подходит, и обеспечить хороший запас для разброса параметров в пределах спецификации.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Определение светодиодных диодов — конструкция, характеристики, применение

Светодиод (LED, LED diode) — тип полупроводникового диода , который также относится к разряду оптоэлектронных компонентов. Типичная конструкция светодиода основана на «полупроводниковом кристаллическом переходе p-n» (подробнее о «p-n переходе» здесь ) . После того, как светодиод поляризован положительным электрическим напряжением (прямое смещение), которое превышает его пороговое значение напряжения, он начнет излучать электромагнитное излучение в видимом и инфракрасном спектре света.

Рис. 1. Светодиодный символ

Светодиодная конструкция

Цвет и длина волны светового излучения, излучаемого светодиодами, тесно связаны с полупроводниковым материалом, из которого он был изготовлен. Обычно их изготавливают из соединений (двухкомпонентных и многокомпонентных) химических элементов 3-й и 5-й группы Периодической таблицы Менделеева (например, GaAs — арсенид галлия, GaAs — фосфид галлия, GaAsP — арсенофосфид галлий с правым легированием).Элементный состав диода подбирается таким образом, чтобы полупроводниковая структура, полученная в процессе, позволяла излучать свет в желаемом спектральном диапазоне. «P-n-переходы» светодиодов с GaAs в основном производятся с использованием диффузионного метода . Это обеспечивает высокую квантовую эффективность. Группа соединенных между собой диодов используется в различных типах дисплеев, например в семисегментных дисплеях.

LED Разделение по цвету светового излучения
Цвет Длина волны λ [нм]
Ультрафиолет (УФ) <380
фиолетовый 380–435
Синий 435–500
Сине-зеленый 500–520
Зеленый 520-565
Желтый 565–590
Оранжевый 590–625
Красный 625–700
Инфракрасный (ИК) > 700

Плавное изменение длины волны сопровождается аналогичным изменением цвета.В приведенной выше таблице мы расположили диапазоны значений длин волн по длине, чтобы улучшить представление о связи между длиной волны и цветом диода.

LED Характеристики напряжения тока

Характеристики светодиода показывают, что цвет диода влияет на мощность, потребляемую этим светодиодом. Светодиоды , излучающие инфракрасный цвет , потребляют меньше всего энергии, а белый цвет — больше всего. Это связано с тем, что разные диоды имеют разное пороговое напряжение.Вы можете видеть, что на светодиодные характеристики показаны ниже.

Рис. 2. Группа вольт-амперных характеристик светодиодов, показывающих разницу пороговых напряжений у светодиодов разных цветов

Светодиод прямого напряжения

Ассортимент качеств этого семейства светодиодов очень широк, и в настоящее время не существует достойного подхода, чтобы сузить их и технологически «свести» их к еще более явной и поддающейся количественной оценке форме.Тем не менее, они несколько ограничены (сужены) и охватывают обычные значения, разделив светодиоды на классы, выбирая цвет света, поскольку он является стандартом для вашей отрасли.

Светодиод Прямое напряжение — это минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светиться из-за потока тока. Рекомендации относительно максимального прямого тока, характеризующего подтвержденный диод, можно найти в примечаниях к каталогу, тем не менее, это сложно, особенно если мы не знаем источник диода, поскольку вы не можете найти на светодиодах маркировку производителя.В среднем светодиоды будут иметь максимальный прямой ток 20-30 мА, однако многие обычные светодиоды (с линзами) хорошо работают при токе ниже 10 мА, многие обычно 2-3 мА. Прямое напряжение светодиода в диоде зависит от тона освещения и материала, из которого он изготовлен.

Светодиод Принцип действия

Принцип действия светодиода основан на явлении электролюминесценции (создание электромагнитного излучения под действием электрического поля).Электролюминесценция возникает в результате рекомбинации (аннигиляции) пары носителей (электронов и электронных дырок) в области «p-n перехода». В то время как электроны текут с более высокого уровня на более низкий, рассеивание мощности происходит в виде тепла (безызлучательная рекомбинация — в полупроводниках с n-наклонной запрещенной зоной) или света (излучательная рекомбинация — полупроводники с простой запрещенной зоной) . Во время этого потока энергия электронов преобразуется в квант электромагнитного излучения .

Гибкие светодиодные экраны

Динамичное развитие электроники, которое мы наблюдаем сегодня, было бы невозможно без одновременных исследований в области междисциплинарной науки под названием нанотехнологии . Мы достигли такого уровня, что нас не удивляют гибкие светодиодные экраны , используемые в телевизорах, мобильных телефонах, смарт-часах или даже в одежде.

Рис. 3. Источник: digitaltrends.com

Устройство в целом (электронная схема и компоненты) заключено в пленку толщиной с бумагу и даже прозрачную пленку .Быстрый рост OLED-технологии также был одной из причин дальнейшего развития и роста популярности гибкой электроники . Такие решения позволяют пользователям взаимодействовать с такими устройствами, скручивая их на , изгибая или складывая в обеих плоскостях . В качестве преимуществ гибкого дисплея мы можем рассматривать, например, более дешевый производственный процесс, эксплуатация, что может привести к окончательному снижению цены в магазинах электроники в будущем.

Примеры разновидностей светодиодов
  • RGB LED (Red Green Blue LED) — имеет три цвета в «одной коробке», что позволяет генерировать любой цвет,
  • IR (Инфракрасный) — он излучает инфракрасное излучение, которое используется, например, при передаче данных, а также в старых моделях мобильных телефонов (некоторые из вас могут этого не помнить!),
  • HB LED (High Brightness LED) — диоды с повышенной яркостью.Они используются в автомобилях, светофорах, уличных фонарях или в передних велосипедных фонарях.

LED — Преимущества
  • возможность выбора цвета света (длина волны),
  • низкое рабочее напряжение (для работы одиночных светодиодов требуется от 2 до 4 В),
  • низкое энергопотребление,
  • малогабаритный компонент (по сравнению со стандартной лампой даже очень маленький),
  • высокоэффективный,
  • малые потери энергии,
  • прочный.

Что такое светодиод? — Конструкция, работа, характеристики и применение

LED (светоизлучающий диод) — это оптоэлектронное устройство , которое работает по принципу электросвета. Электро-яркость — это свойство материала преобразовывать электрическую энергию в световую энергию, а затем он излучает эту световую энергию. Таким же образом полупроводник в светодиодах излучает свет под действием электрического поля.

Символ светодиода образован объединением символа диода PN Junction и стрелок, направленных наружу.Эти направленные наружу стрелки символизируют свет, излучаемый светодиодом.

Теперь возникает вопрос, как полупроводниковый материал в светодиодах излучает свет? Ответ на этот вопрос заключается в устройстве и работе светодиода. Символ светодиода описан на схеме ниже, такой же символ используется в электронных схемах.

Конструкция светодиода

Полупроводниковый материал, используемый в светодиодах, — это Арсенид галлия (GaAs) , Галлий Фосфид (GaP) или Фосфид арсенида галлия (GaAsP). Для изготовления светодиода можно использовать любое из вышеупомянутых соединений, но цвет излучаемого света меняется с изменением материала. Ниже приведены некоторые из материалов и соответствующие им цвета света, который они излучают. В дополнение к этому, ниже также приведены диапазоны типичного прямого напряжения.

Материалы конструкции Цвет Прямое напряжение (в вольтах)
GaP Зеленый / красный 2.2
GaAsP Желтый 2,2
GaAsP Красный 1,8
GaN Белый 4,1
GaN Синий 5.0
AllnGaP Янтарный 2,1
AllnGaP Желтый 2,1

Внутренняя архитектура светодиода

Полупроводниковый слой P-типа расположен над N-типа , потому что рекомбинация носителей заряда происходит по p-типу.Кроме того, это поверхность устройства, поэтому излучаемый свет хорошо виден на поверхности. Если P-тип будет расположен ниже, свет будет излучаться с поверхности P-типа, но мы не сможем его увидеть. Это причина того, что P-type размещен выше.

Слой P-типа образован диффузией полупроводникового материала. С другой стороны, в области N-типа эпитаксиальный слой выращивается на подложке N-типа. Металлическая пленка используется на слое P-типа, чтобы обеспечить соединение анода с диодом.Точно так же слой золотой пленки покрыт слоем N-типа, чтобы обеспечить катодное соединение.

Значение слоя золотой пленки

Слой золотой пленки на N-типе также обеспечивает отражение от нижней поверхности диода. Если какая-либо значительная часть излучаемого света имеет тенденцию попадать на нижнюю поверхность, то он будет отражаться от нижней поверхности к верхней поверхности устройства. Это увеличивает эффективность светодиода.

Работа светодиода

Электроны являются основными носителями в N-типе, а дырки являются основными носителями в P-типе.Электроны N-типа находятся в зоне проводимости, а дырки P-типа находятся в валентной зоне. Энергетический уровень зоны проводимости выше, чем энергетический уровень валентной зоны. Таким образом, если электроны стремятся рекомбинировать с дырками, они должны потерять некоторую часть энергии, чтобы попасть в более низкую энергетическую зону.

Электроны могут терять свою энергию в виде тепла или света. Электроны в кремнии и германии теряют свою энергию в виде тепла. Таким образом, они не используются для светодиодов, поскольку нам нужен полупроводник, в котором электроны теряют свою энергию в виде света.

Излучение фотонов

Таким образом, полупроводниковые соединения, такие как фосфид галлия (Gap), арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) и т. Д., Излучают свет при рекомбинации электронов и дырок. Электроны в этих соединениях теряют свою энергию из-за испускания фотонов.

Если полупроводниковый материал полупрозрачный, , свет будет излучаться из соединения, поскольку соединение действует как источник света. Светодиод работает только в режиме с прямым смещением.Если он будет работать с обратным смещением, он будет поврежден, так как не может выдерживать обратное напряжение.

Вольт-амперные характеристики светодиодов

Кривая характеристик светодиода показывает, что прямого смещения 1 В достаточно для экспоненциального увеличения тока.

Кривая выходной характеристики показывает, что мощность излучения светодиода прямо пропорциональна прямому току светодиода.

Преимущества светодиода

  1. Диапазон температур : Может работать в широком диапазоне температур от 0 0 C -70 0 C
  2. Время переключения: Время переключения светодиодов составляет 1 нс.Таким образом, они полезны в динамических операциях, где используется большое количество массивов.
  3. Низкое энергопотребление: Они потребляют меньше энергии, и их можно использовать даже при низком уровне подаваемого постоянного тока.
  4. Better Controlling: Мощность излучения светодиодов зависит от протекающего в них тока. Таким образом, интенсивность света светодиода можно легко контролировать.
  5. Экономично и надежно: светодиоды дешевы и обладают высокой степенью надежности.
  6. Небольшой размер и портативность: Они небольшие по размеру, и их можно складывать вместе для формирования буквенно-цифровых дисплеев.
  7. Более высокий КПД: КПД светодиодов для преобразования энергии в световую энергию в 10-50 раз выше, чем у вольфрамовой лампы. Время отклика светодиода составляет 0,1 мкс, в то время как в случае вольфрамовой лампы оно составляет десятки или сотни миллисекунд.

Недостатки светодиода

  1. Перенапряжение или перегрузка по току: Светодиоды могут быть повреждены, когда ток превышает определенный предел.
  2. Перегрев из-за мощности излучения: Он перегревается из-за чрезмерного увеличения мощности излучения. Это может привести к повреждению светодиода.

Применение светодиодов

  1. Индикатор в цепи переменного тока: Может использоваться как индикатор в цепи переменного тока, но внутреннее сопротивление светодиода довольно мало. Таким образом, резистор последовательно соединен со светодиодом, так что ток перегрузки может протекать через резистор и может защитить светодиод от повреждения.

  1. Индикатор панели дисплея: светодиодов используются для отображения информации, обрабатываемой электронными схемами. Формат отображения светодиода показан на диаграмме ниже.

  1. Цифровые часы, калькуляторы и мультиметры: Светодиоды, излучающие видимый свет, используются в цифровых часах и калькуляторах для индикации.
  2. Системы дистанционного управления и охранной сигнализации: В таких приложениях используются светодиоды, излучающие невидимый инфракрасный свет, такие как светодиоды из GaAs.

Это преимущества, недостатки и области применения светодиода. Светодиод — важное оптоэлектронное устройство. Он также используется в волоконно-оптических системах связи.

Строительство, схемы, работа и применение

Светодиод представляет собой двухпроводной полупроводниковый источник света. В 1962 году Ник Холоняк придумал светоизлучающий диод, и он работал в компании General Electric. Светодиод — это особый тип диода, который имеет электрические характеристики, аналогичные диодам с PN переходом.Следовательно, светодиод позволяет току течь в прямом направлении и блокирует ток в обратном направлении. Светодиод занимает небольшую площадь, менее 1 мм 2 . Применение светодиодов в различных электрических и электронных проектах. В этой статье мы обсудим принцип работы светодиода и его применение.


Что такое светоизлучающий диод?

Светоизлучающий диод представляет собой диод с p-n переходом. Это специально легированный диод, сделанный из особого типа полупроводников.Когда свет излучает в прямом смещении, это называется светодиодом.

Светоизлучающий диод

Светодиодный символ

Символ светодиода похож на символ диода, за исключением двух маленьких стрелок, которые указывают излучение света, поэтому он называется светодиодом (светоизлучающим диодом). Светодиод имеет две клеммы, а именно анод (+) и катод (-). Символ светодиода показан ниже.

Светодиодный символ

Конструкция светодиода

Конструкция светодиода очень проста, потому что он разработан путем нанесения трех слоев полупроводникового материала на подложку.Эти три слоя расположены один за другим, где верхняя область является областью P-типа, средняя область активна и, наконец, нижняя область является областью N-типа. В конструкции можно увидеть три области полупроводникового материала. В конструкции область P-типа включает отверстия; область N-типа включает выборы, тогда как активная область включает как дырки, так и электроны.

Когда на светодиод не подается напряжение, поток электронов и дырок отсутствует, поэтому они стабильны.После подачи напряжения светодиод будет смещен в прямом направлении, поэтому электроны в N-области и дырки из P-области переместятся в активную область. Этот регион также известен как область истощения. Поскольку носители заряда, такие как дырки, содержат положительный заряд, тогда как электроны имеют отрицательный заряд, свет может генерироваться за счет рекомбинации полярных зарядов.

Как работает светоизлучающий диод?

Светодиод просто, мы знаем как диод.Когда диод смещен в прямом направлении, электроны и дырки быстро перемещаются через переход, и они постоянно объединяются, удаляя друг друга. Вскоре после того, как электроны переходят из кремния n-типа в кремний p-типа, он соединяется с дырками, а затем исчезает. Следовательно, он делает атом в целом более стабильным и дает небольшой всплеск энергии в форме крошечного светового пакета или фотона.

Работа светодиода

На приведенной выше диаграмме показано, как работает светоизлучающий диод, и пошаговый процесс построения диаграммы.

  • Из вышеприведенной диаграммы мы можем видеть, что кремний N-типа имеет красный цвет, включая электроны, обозначенные черными кружками.
  • Силикон P-типа синего цвета, в нем есть отверстия, они обозначены белыми кружками.
  • Источник питания через p-n-переход вызывает прямое смещение диода и перевод электронов с n-типа на p-тип. Продвигая отверстия в обратном направлении.
  • Электрон и дырки на стыке совмещены.
  • Фотоны испускаются при рекомбинации электронов и дырок.

История создания светодиода

В 1927 году было изобретено

светодиодов, но это не новое изобретение. Краткий обзор истории светодиодов обсуждается ниже.

  • В 1927 году Олег Лосев (русский изобретатель) создал первый светодиод и опубликовал некоторые теории своих исследований.
  • В 1952 году профессор Курт Леховец проверил теории неудачников и рассказал о первых светодиодах.
  • В 1958 году Рубин Браунштейн и Эгон Лебнер изобрели первый зеленый светодиод.
  • В 1962 году Ник Холоняк разработал красный светодиод.Итак, первый светодиод создан.
  • В 1964 году IBM впервые реализовала светодиоды на печатной плате компьютера.
  • В 1968 году компания HP (Hewlett Packard) начала использовать светодиоды в калькуляторах.
  • В 1971 году Жак Панков и Эдвард Миллер изобрели синий светодиод.
  • В 1972 году М. Джордж Кроуфорд (инженер-электрик) изобрел желтый светодиод.
  • В 1986 году Уолден С. Райнс и Герберт Маруска из Университета Стаффорда изобрели светодиод синего цвета с магнием, включая будущие стандарты.
  • В 1993 году Хироши Амано и физики Исаму Акаски разработали нитрид галлия с высококачественными светодиодами синего цвета.
  • Инженер-электрик, такой как Сюдзи Накамура, разработал первый синий светодиод с высокой яркостью благодаря разработкам Amanos & Akaski, что быстро привело к расширению использования светодиодов белого цвета.
    В 2002 году светодиоды белого цвета использовались в жилых помещениях, стоимость каждой лампы составляла от 80 до 100 фунтов стерлингов.
  • В 2008 году светодиодные фонари стали очень популярны в офисах, больницах и школах.
  • В 2019 году светодиоды стали основными источниками света;
  • Светодиодная разработка невероятна, поскольку она варьируется от небольшой индикации до освещения офисов, домов, школ, больниц и т. Д.

Схема светоизлучающего диода для смещения

Большинство светодиодов имеют номинальное напряжение от 1 до 3 вольт, тогда как номинальный прямой ток находится в диапазоне от 200 мА до 100 мА.


Смещение светодиода

Если на светодиод подается напряжение (от 1 В до 3 В), то он работает правильно, так как ток, подаваемый на подаваемое напряжение, находится в рабочем диапазоне.Точно так же, если приложенное к светодиоду напряжение выше рабочего напряжения, то область обеднения внутри светодиода выйдет из строя из-за сильного протекания тока. Этот неожиданно сильный ток приведет к повреждению устройства.

Этого можно избежать, последовательно подключив резистор к источнику напряжения и светодиоду. Безопасные значения напряжения светодиодов будут находиться в диапазоне от 1 В до 3 В, тогда как безопасные номинальные значения тока находятся в диапазоне от 200 мА до 100 мА.

Здесь резистор, который расположен между источником напряжения и светодиодом, известен как резистор ограничения тока, потому что этот резистор ограничивает ток, иначе светодиод может его разрушить.Таким образом, этот резистор играет ключевую роль в защите светодиода.

Математически протекание тока через светодиод можно записать как

IF = Vs — VD / RS

Где,

«IF» — прямой ток

‘Vs’ — источник напряжения

‘VD’ — падение напряжения на светодиоде

«Rs» — токоограничивающий резистор

Величина падения напряжения для преодоления барьера области истощения. Падение напряжения на светодиодах будет от 2 В до 3 В, в то время как на Si или Ge диоде 0.3 иначе 0,7 В.

Таким образом, светодиод может работать от высокого напряжения по сравнению с Si- или Ge-диодами.
Светодиоды для работы потребляют больше энергии, чем кремниевые или германиевые диоды.

Типы светодиодов

Существуют различные типы светодиодов, некоторые из которых упомянуты ниже.

  • Арсенид галлия (GaAs) — инфракрасный
  • Фосфид арсенида галлия (GaAsP) — от красного до инфракрасного, оранжевый
  • Фосфид арсенида галлия алюминия (AlGaAsP) — ярко-красный, оранжево-красный, оранжевый и желтый
  • Фосфид галлия (GaP) — красный, желтый и зеленый
  • Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) — зеленый
  • Нитрид галлия (GaN) — зеленый, изумрудно-зеленый
  • Нитрид галлия-индия (GaInN) — ближний ультрафиолетовый, голубовато-зеленый и синий
  • Карбид кремния (SiC) — синий в качестве подложки
  • Селенид цинка (ZnSe) — синий
  • Нитрид алюминия и галлия (AlGaN) — ультрафиолетовый

Принцип работы светодиода

Принцип работы Светодиода основан на квантовой теории.Квантовая теория утверждает, что когда электрон опускается с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень, энергия излучается фотоном. Энергия фотона равна энергетической щели между этими двумя энергетическими уровнями. Если диод с PN-переходом смещен в прямом направлении, то ток течет через диод.

Принцип работы светодиода

Поток тока в полупроводниках вызван потоком дырок в направлении, противоположном току, и потоком электронов в направлении тока.Следовательно, будет рекомбинация из-за потока этих носителей заряда.

Рекомбинация указывает на то, что электроны из зоны проводимости перескакивают в валентную зону. Когда электроны переходят из одной полосы в другую, электроны излучают электромагнитную энергию в виде фотонов, а энергия фотонов равна запрещенной энергетической щели.

Например, давайте рассмотрим квантовую теорию, энергия фотона является произведением постоянной Планка и частоты электромагнитного излучения.Математическое уравнение показано

Eq = hf

Где его называют постоянной Планка, а скорость электромагнитного излучения равна скорости света, т. Е. C. Частота излучения связана со скоростью света как f = c / λ. λ обозначается как длина волны электромагнитного излучения, и приведенное выше уравнение станет

Eq = he / λ

Из приведенного выше уравнения можно сказать, что длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна ширине запрещенной зоны.В обычных кремниевых и германиевых полупроводниках эта запрещенная энергетическая щель находится между условием и валентными зонами, так что полное излучение электромагнитной волны во время рекомбинации находится в форме инфракрасного излучения. Мы не можем видеть длины инфракрасных волн, потому что они находятся за пределами нашего видимого диапазона.

Инфракрасное излучение считается тепловым, потому что кремний и германий полупроводники не являются прямозонными полупроводниками, а являются непрямозонными полупроводниками.Но в прямозонных полупроводниках максимальный уровень энергии валентной зоны и минимальный уровень энергии зоны проводимости не возникают в один и тот же момент электронов. Следовательно, во время рекомбинации электронов и дырок происходит миграция электронов из зоны проводимости в валентную зону, импульс электронной зоны будет изменяться.

Белые светодиоды

Производство светодиодов может осуществляться двумя способами. В первом методе светодиодные чипы, такие как красный, зеленый и синий, объединены в одном корпусе для генерации белого света; тогда как во втором методе используется фосфоресценция.Флуоресценцию внутри люминофора можно суммировать в окружающей эпоксидной смоле, тогда светодиод будет активирован коротковолновой энергией с использованием светодиодного устройства InGaN.

Огни разного цвета, такие как синий, зеленый и красный, комбинируются в изменяемых количествах для получения различного цветового ощущения, известного как основные аддитивные цвета. Эти три интенсивности света складываются в равной степени, чтобы получить белый свет.

Но для достижения этой комбинации с помощью комбинации зеленого, синего и красного светодиодов требуется сложная электрооптическая конструкция для управления сочетанием и диффузией разных цветов.Кроме того, этот подход может быть усложнен из-за изменений в цвете светодиода.

Линейка белых светодиодов в основном зависит от одиночного светодиодного чипа с люминофорным покрытием. Это покрытие генерирует белый свет при попадании через ультрафиолетовые фотоны или синие фотоны. Тот же принцип применяется и к люминесцентным лампам; излучение ультрафиолета от электрического разряда внутри трубки заставит люминофор мигать белым.

Несмотря на то, что этот процесс светодиода может генерировать разные оттенки, различия можно контролировать с помощью экранирования.Устройства на основе белых светодиодов экранируются с использованием четырех точных координат цветности, которые примыкают к центру диаграммы CIE.

Диаграмма CIE описывает все достижимые цветовые координаты в пределах подковообразной кривой. Чистые цвета лежат над дугой, но белый кончик находится в центре. Цвет белого светодиода на выходе может быть представлен четырьмя точками, которые представлены в середине графика. Несмотря на то, что четыре координаты графика близки к чистому белому, эти светодиоды обычно не эффективны, как обычный источник света, для освещения цветных линз.

Эти светодиоды используются в основном для белых линз, в противном случае прозрачных линз, непрозрачной подсветки. Когда эта технология будет развиваться, белые светодиоды наверняка завоюют репутацию источника освещения и индикации.

Световая отдача

Световая отдача светодиодов может быть определена как создаваемый световой поток в лм для каждого блока, а электрическая мощность может использоваться в пределах Вт. Номинальная внутренняя эффективность светодиода синего цвета составляет 75 лм / Вт; Желтые светодиоды имеют 500 лм / Вт, а красные светодиоды — 155 лм / Вт.Из-за внутренней реабсорбции потери могут быть приняты во внимание; порядок световой отдачи составляет от 20 до 25 лм / Вт для зеленых и желтых светодиодов. Это определение эффективности также известно как внешняя эффективность и аналогично определению эффективности, обычно используемому для других типов источников света, таких как многоцветные светодиоды.

Многоцветный светодиод

Светоизлучающий диод, который выдает один цвет при подключении в прямом смещении и выдает один цвет при подключении в обратном смещении, известен как многоцветный светодиод.

Фактически, эти светодиоды включают в себя два PN-перехода, и их соединение может быть выполнено параллельно с анодом одного, который соединен с катодом другого.

Многоцветные светодиоды обычно красные, когда они смещены в одном направлении, и зеленые, когда они смещены в другом направлении. Если этот светодиод включается очень быстро при двух полярностях, он будет генерировать третий цвет. Зеленый или красный светодиод будет генерировать желтый цвет при быстром переключении назад и вперед между полярностями смещения.

В чем разница между диодом и светодиодом?

Основное различие между диодом и светодиодом состоит в следующем.

Диод

Светодиод

Полупроводниковый прибор, такой как диод, проводит просто в одном направлении. Светодиод — это один из типов диодов, используемых для генерации света.
Конструирование диода может быть выполнено из полупроводникового материала, и поток электронов в этом материале может придать их энергии тепловую форму. Светодиод разработан с использованием фосфида галлия и арсенида галлия, электроны которых могут генерировать свет, передавая энергию.

Диод меняет переменный ток на постоянный Светодиод меняет напряжение на свет
Имеет высокое обратное напряжение пробоя Имеет низкое обратное напряжение пробоя.
Напряжение в открытом состоянии диода составляет 0,7 В для кремния, тогда как для германия оно равно 0.3в Напряжение включения светодиода составляет примерно от 1,2 до 2,0 В.
Диод используется в выпрямителях напряжения, схемах ограничения и фиксации, умножителях напряжения.

Применение светодиодов: светофоры, автомобильные фары, медицинские приборы, вспышки для фотоаппаратов и т. Д.
ВАХ светодиода

На рынке доступны различные типы светодиодов, и существуют различные характеристики светодиодов, в том числе цветовой свет или длина волны излучения, интенсивность света.Важной характеристикой светодиода является цвет. При запуске светодиода используется только красный цвет. Поскольку использование светодиодов увеличивается с помощью полупроводникового процесса и исследования новых металлов для светодиодов, были сформированы различные цвета.

ВАХ светодиода

На следующем графике показаны приблизительные кривые между прямым напряжением и током. Каждая кривая на графике обозначает свой цвет. В таблице приведены сводные характеристики светодиодов.

Характеристики светодиода
Какие бывают два типа конфигураций светодиодов?

Стандартные конфигурации светодиода — это два типа излучателей, а также COB

Эмиттер представляет собой одиночный кристалл, который крепится к печатной плате, а затем к радиатору. Эта печатная плата передает электроэнергию на излучатель, а также отводит тепло.

Чтобы помочь снизить стоимость, а также повысить однородность света, исследователи определили, что подложку светодиода можно отсоединить, а одиночный кристалл можно установить на печатной плате открыто.Так что эта конструкция называется COB (chip-on-board array).

Преимущества и недостатки светодиодов

К преимуществам светодиода можно отнести следующее.

  • Стоимость светодиодов меньше и они крошечные.
  • С помощью светодиода контролируется электричество.
  • Интенсивность светодиода меняется с помощью микроконтроллера.
  • Длительный срок службы
  • Энергоэффективность
  • Без периода прогрева
  • Прочный
  • Не влияет на низкие температуры
  • Направленный
  • Отличная цветопередача
  • Экологичность
  • управляемый

К недостаткам светодиода можно отнести следующее.

  • Цена
  • Температурная чувствительность
  • Температурная зависимость
  • Качество света
  • Электрическая полярность
  • Чувствительность по напряжению
  • Падение КПД
  • Воздействие на насекомых
Применение светодиода

Есть много применений светодиодов, некоторые из которых описаны ниже.

  • Светодиод используется в качестве лампочки в домах и на производстве
  • Светодиоды используются в мотоциклах и автомобилях
  • Они используются в мобильных телефонах для отображения сообщения
  • На светофорах используются светодиоды

Таким образом, в данной статье рассматривается принцип работы и применения светодиодной схемы.Надеюсь, прочитав эту статью, вы получили некоторую основную и рабочую информацию о светодиодах. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о электрическом проекте последнего года, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вам вопрос, Что такое светодиод и как он работает?

Светоизлучающий диод (LED) — рабочий, обозначение цепи, характеристики

Посмотрите видео, приведенное ниже, чтобы лучше понять, как работает светодиод?

Светоизлучающий диод (LED), как известно, является одним из лучших оптоэлектронных устройств из всей партии.Устройство способно излучать довольно узкую полосу пропускания видимого или невидимого света, когда его внутренний диодный переход достигает прямого электрического тока или напряжения. Видимый свет, который излучает светодиод, обычно бывает оранжевого, красного, желтого или зеленого цвета. Невидимый свет включает инфракрасный свет. Самым большим преимуществом этого устройства является его высокая эффективность преобразования мощности в свет. То есть КПД почти в 50 раз больше, чем у простой вольфрамовой лампы. Также известно, что время отклика светодиода очень быстрое в диапазоне 0.1 микросекунда по сравнению со 100 миллисекундами для вольфрамовой лампы. Благодаря этим преимуществам, устройство широко применяется в качестве визуальных индикаторов и танцующих световых индикаторов .

Мы знаем, что соединение P-N может соединить поглощенную световую энергию с ее пропорциональным электрическим током. Здесь тот же процесс обратный. То есть переход P-N излучает свет, когда к нему прикладывается энергия. Это явление обычно называют электролюминесценцией, которую можно определить как излучение света полупроводником под действием электрического поля.Носители заряда рекомбинируют в прямом P-N-переходе, когда электроны пересекают N-область и рекомбинируют с дырками, существующими в P-области. Свободные электроны находятся в зоне проводимости энергетических уровней, а дырки — в валентной энергетической зоне. Таким образом, уровень энергии дырок будет меньше уровней энергии электронов. Некоторая часть энергии должна рассеиваться, чтобы рекомбинировать электроны и дырки. Эта энергия излучается в виде тепла и света.

Электроны рассеивают энергию в виде тепла для кремниевых и германиевых диодов.Но в полупроводниках галиий-арсенид-фосфор (GaAsP) и галиий-фосфор (GaP) электроны рассеивают энергию, испуская фотоны. Если полупроводник является полупрозрачным, переход становится источником света при его испускании, превращаясь, таким образом, в светоизлучающий диод (LED). Но когда переход смещен в обратном направлении, светодиод не будет излучать свет, и, наоборот, устройство также может быть повреждено.

Конструктивная схема светодиода показана ниже.

Светодиодная конструкция

Можно использовать все перечисленные выше полупроводники.Эпитаксиальный слой N-типа выращивают на подложке, а P-область создается посредством диффузии . P-область, которая включает рекомбинацию носителей заряда, показана вверху. Таким образом, P-область становится поверхностью устройства. Чтобы обеспечить большую площадь поверхности для испускания света, металлические анодные соединения выполняются на внешних краях P-слоя. Чтобы свет t максимально отражался к поверхности устройства, на дно поверхности нанесена золотая пленка.Эта настройка также позволяет обеспечить катодное соединение. Проблема реабсорбции решается включением в устройство куполообразных линз. Все провода в электронных схемах устройства защищены кожухом устройства. Свет, излучаемый устройством, зависит от типа используемого полупроводникового материала. Инфракрасный свет создается с использованием арсенида галлия (GaAs) в качестве полупроводника. Красный или желтый свет получают при использовании галлия-арсенида-фосфора (GaAsP) в качестве полупроводника. Красный или зеленый свет получается при использовании галлий-фосфорного (GaP) в качестве полупроводника.

Обозначение цепи светодиода

Обозначение схемы светодиода состоит из двух стрелок, которые указывают излучение, излучаемое диодом.

Символ цепи светодиода

Характеристики светодиода

Характеристики светодиода

Кривая напряжение-ток прямого смещения (V-I) и кривая выходных характеристик показаны на рисунке выше. Кривая V-I практически применима в охранной сигнализации .Для получения значительного прямого тока необходимо прямое смещение приблизительно 1 вольт. Второй рисунок используется для представления кривой прямого тока мощности излучения. Вырабатываемая выходная мощность очень мала, и, следовательно, эффективность преобразования электрической энергии в лучистую очень низка.

На рисунке ниже показан последовательный резистор R серии , подключенный к светодиоду. Как только прямое смещение устройства превышает, ток будет увеличиваться с большей скоростью в соответствии с небольшим увеличением напряжения.Это показывает, что прямое сопротивление устройства очень низкое. Это показывает важность использования внешнего резистора, ограничивающего последовательный ток. Последовательное сопротивление определяется по следующему уравнению.

R серия = (В питание — В) / I

В питание — напряжение питания

В — напряжение прямого смещения светодиода

I — Текущий

Схема светодиода

Обычно используемые светодиоды имеют типичное падение напряжения между 1.От 5 до 2,5 вольт или ток от 10 до 50 миллиампер. Точное падение напряжения зависит от тока светодиода, цвета, допуска и так далее.

Светодиод как индикатор

Схема, показанная ниже, является одним из основных применений светодиодов. Схема спроектирована путем включения обратной параллели с нормальным диодом, чтобы предотвратить обратное смещение устройства. Значение последовательного сопротивления должно быть половинным по сравнению с сопротивлением цепи постоянного тока.

Светодиод как индикатор

Светодиодные дисплеи предназначены для отображения чисел из сегментов.Одной из таких конструкций является семисегментный дисплей, показанный ниже. Любые желаемые цифры от 0 до 9 могут отображаться, пропуская ток через правильные сегменты. Для подключения такого сегмента может использоваться конфигурация общего анода или катода с общим катодом. Оба соединения показаны ниже. Светодиоды включаются и выключаются с помощью транзисторов.

Преимущества светодиодов

  • Для работы светодиода достаточно очень низкого напряжения и тока.
  • Диапазон напряжения — от 1 до 2 вольт.
  • Ток — от 5 до 20 миллиампер.
  • Общая выходная мощность будет менее 150 милливатт.
  • Время отклика очень меньше — всего около 10 наносекунд.
  • Устройство не требует времени на нагрев и прогрев.
  • Миниатюрный размер и, следовательно, легкий вес.
  • Имеют прочную конструкцию и, следовательно, выдерживают удары и вибрацию.
  • Срок службы светодиода превышает 20 лет.

Недостатки

  • Небольшое превышение напряжения или тока может повредить устройство.
  • Известно, что устройство имеет гораздо более широкую полосу пропускания по сравнению с лазером.
  • Температура зависит от выходной мощности излучения и длины волны.

Что такое светоизлучающий диод (LED)? Определение, конструкция, работа, характеристическая кривая, преимущества, недостатки и применения светоизлучающего Didoe

Определение : Светодиод — это диод с PN переходом, который излучает свет, когда на диод подается определенный потенциал. LED — это сокращенная форма для L ight E miting D iode и является устройством с прямым смещением. Это означает, что он работает только тогда, когда к нему приложено прямое напряжение.

Это полупроводниковый прибор, принцип действия которого — электролюминесценция. С помощью которого светодиод преобразует электрическую энергию в ее световой эквивалент .

Содержание: светоизлучающий диод (LED)

  1. Символ
  2. Строительство
  3. рабочая
  4. Характеристическая кривая
  5. Типы
  6. Преимущества
  7. Недостатки
  8. Приложения
  9. Ключевые термины

Символ светодиода

Символическое изображение светодиода представлено ниже:

Как видно из рисунка выше, он показывает небольшое отличие символа от обычного диода.Это изменение представляет собой не что иное, как две направленные наружу стрелки, которые показывают излучение через устройство.

Конструкция светодиода

Светодиод

обычно состоит из полупроводникового материала, такого как арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) или фосфид галлия (GaP). На рисунке ниже представлена ​​базовая конструкция светодиода:

Здесь мы видим, что полупроводник p-типа сливается с материалом полупроводника n-типа.Поскольку рекомбинация электронов и дырок происходит в P-области. Таким образом, p-область размещается над N-областью. Но есть небольшое отличие в конструкции от обычного диода. Область перехода диода заключена в эпоксидную смолу из прозрачного пластика. А форма этой раковины — полусферическая.

Кроме того, свет, излучаемый переходом, не является видимым излучением. Следовательно, полусферическая оболочка используется для обеспечения достаточного отражения от ее поверхности по направлению к верхней части устройства i.е., п р-н. Это причина того, чтобы на верхней поверхности светодиода был самый яркий свет. Чтобы увеличить площадь поверхности для испускаемого излучения, металлические анодные соединения также предусмотрены в верхней части p-области. Пленка из золота размещается в самом нижнем конце конструкции, что обеспечивает катодное соединение всей конструкции. Золотая пленка помогает отражать свет, который каким-то образом достиг нижней поверхности светодиода. В результате увеличивается эффективность устройства.

Следует отметить, что форма эпоксидной смолы не обязательно должна быть полусферической.Иногда может иметь форму прямоугольника или цилиндра.

Работа светодиода

В светодиодах области p и n смещены в прямом направлении. Он работает как любой другой диод с прямым смещением. Но материал, из которого он составлен, отличает его от обычного.

Когда прямое напряжение приложено к диоду с PN переходом. Затем электроны начинают диффундировать в p-область, отталкиваясь от батареи.Итак, электроны перемещаются из зоны проводимости в валентную зону, чтобы объединиться с дырками. Как мы знаем, зона проводимости — это более высокий уровень энергии, а валентная зона — более низкий уровень энергии. Следовательно, во время этой рекомбинации электроны излучают некоторую энергию.

Мы уже говорили, что он сделан из GaAs, GaAsP, GaP. Поскольку эти материалы демонстрируют свойство выделять энергию в виде излучения. В диодах Si или Ge выделение энергии происходит в виде тепла.Следовательно, светодиод излучает энергию в виде фотонов , тем самым производя свет. Причина того, что эти материалы обладают этим особым свойством, заключается в том, что эти полупроводниковые материалы имеют прямую запрещенную зону. Это означает, что между электронами и дырками наблюдается прямая рекомбинация, а излучаемая энергия проявляется в виде света.

Светодиод

не работает в режиме обратного смещения, так как он не выдерживает напряжения обратного смещения и может привести к его выходу из строя.

Характеристическая кривая светодиода

Поскольку устройство показывает зависимость от тока, это означает, что при протекании через него определенного тока возможно только излучение.Кроме того, интенсивность света, излучаемого устройством, изменяется пропорционально прямому току, протекающему через него.

На рисунке ниже представлены VI-характеристики светодиода:

Здесь ось X представляет прямое приложенное напряжение, а ось Y показывает прямой ток, текущий через устройство.

При подключении светодиода к источнику питания следует помнить о том, что резистор должен быть включен последовательно со всей цепью.Это сделано для того, чтобы обезопасить схему от перегрузки по току. Обычно во время работы на светодиод подается низкое постоянное напряжение и ток около 5 мА. Это поддерживается ограничивающим резистором.

Типы светоизлучающих диодов

Как известно, светодиоды излучают разный цвет. По этой природе мы можем различать светодиоды. Из-за полупроводникового материала, используемого при формировании диодов, устройство излучает свет различных цветов.

Таким образом, рисунок, приведенный ниже, даст вам краткое представление о материале, из которого сформирован светодиод, и его результирующем излучаемом цвете.


Преимущества светодиода
    Светодиоды
  1. не так уж и дороги, следовательно, они доступны по цене.
  2. Это устройство малой мощности.
  3. Светодиод
  4. показывает хорошую надежность.
  5. Поскольку они изготовлены в виде небольшого чипа. Отсюда и небольшое устройство, занимающее не намного большую площадь.
  6. Это высокоэффективное устройство с точки зрения преобразования приложенной мощности в свет.
  7. Светодиод
  8. обеспечивает широкий диапазон рабочих температур от 0 до 70 градусов.
  9. Как ток через устройство определяет интенсивность света. Следовательно, это управляемо.
Недостатки светодиода

Основным недостатком светодиода является то, что при подаче напряжения или тока, протекающего через него, не поддерживается надлежащее управление. Тогда это может привести к полному повреждению устройства.

Применение светодиодов

  • Они широко используются в индикаторе панели дисплея.
  • Кроме того, светодиоды находят свое применение в цифровых часах, а также в калькуляторах и мультиметрах.
  • Используются для обнаружения объектов и в системе охранной сигнализации.
  • В волоконно-оптической связи, светодиод находит свое основное применение.

Ключевые термины, связанные со светодиодами

  1. Электрояркость : это свойство материала, благодаря которому он испускает излучение при приложении к нему электрического поля. Или мы можем сказать, что материал допускает испускание световых лучей, когда ему предоставляется определенный потенциал.
  2. Эффективность : Эффективность светодиода — это его способность преобразовывать приложенную электрическую энергию в энергию света. Его единица — люмен на ватт.
  3. Эпоксидная смола : Их также называют полиэпоксидами. В основном это полимеры, которые обладают особыми прочностными свойствами. Они широко используются для нанесения покрытий на электрические и электронные материалы.

Итак, по сути, светодиод — это оптоэлектронное устройство. Рекомбинация носителей заряда при приложении напряжения производит световую энергию.

Характеристики светодиодных драйверов

Силовые светодиоды становятся все более популярными. После краткого ознакомления с принципами работы мощных светодиодов и их использования в конструкции лампы в статье рассматриваются основные факторы, которые дизайнеры обычно принимают во внимание при разработке драйвера светодиода.

Мир светодиодов

Рынок светодиодов развивается каждый день, и светодиоды высокой мощности становятся все более популярными благодаря быстрому повышению эффективности освещения, увеличению срока службы, надежности и общей экономической эффективности.Типичные области применения светодиодов включают освещение улиц, интерьеров, магазинов, потребительское освещение, декоративное освещение, наружное освещение.

Компонент, стоящий за всеми вышеупомянутыми приложениями, представляет собой довольно простой двухконтактный компонент: светодиод:

Рис. 1. Символ и внешний вид светодиода (из таблицы данных светодиодов Cree® XLamp® XP-E).

Но как на самом деле работают светодиоды? Основная концепция заключается в том, что световой поток (люмен) зависит от тока светодиода: чем выше ток, тем выше световой поток.
Каждая таблица данных включает типичные графики, на которых можно определить световой поток для каждого управляющего тока.

Рис. 2. Типичный график зависимости светового потока от тока в таблице данных (из таблицы данных светодиодов Cree® XLamp® XP-E).

Внутри лампы светодиоды обычно соединяются в виде N параллельных цепочек, где каждая цепочка состоит из M светодиодов, соединенных последовательно:

Рисунок 3.Типовые подключения светодиодов

Результатом такого соединения является то, что в первом приближении нагрузку можно рассматривать как эквивалентный светодиод, где его ток является суммой токов каждой цепочки, а напряжение — суммой напряжений на каждом диоде.

Рис. 4. Напряжение — это сумма напряжений на каждом диоде.

Светодиодные драйверы

Принимая во внимание вышеупомянутые основные концепции, очевидно, что разработка драйвера светодиода означает разработку схемы источника тока для управления эквивалентной нагрузкой светодиода, получая полный требуемый световой поток.

Поскольку наиболее распространенные осветительные приборы находятся в диапазоне от 1 до 100 Вт, драйверы светодиодов спроектированы как схемы с переключаемым режимом, чтобы уменьшить потери мощности, которые вызывают тепло внутри лампы.

В то время как типичные схемы SMPS (импульсный источник питания) имеют постоянное выходное напряжение, драйвер светодиода представляет собой схему переключения с постоянным выходным током.

Существует две основные категории светодиодных драйверов: драйверы светодиодов постоянного тока и драйверы светодиодов переменного тока.

Рисунок 5а.
Драйвер для светодиода постоянного тока

Рисунок 5б. Драйвер светодиода переменного тока

  • Драйверы светодиодов постоянного тока — Входное напряжение — это источник постоянного тока, обычно батарея в диапазоне 1–40 В. Примером драйвера светодиода постоянного тока является драйвер внутри смартфона, который управляет светодиодом фонарика, питающимся от литий-ионного аккумулятора 3,7 В.

  • Драйверы светодиодов переменного тока — Входное напряжение является источником переменного тока, обычно это общественная распределительная сеть 115–230 В переменного тока.Напряжение переменного тока поступает от моста как двухполупериодное выпрямленное и может питать драйвер светодиода. Примером драйвера светодиода переменного тока является драйвер внутри обычной светодиодной лампы.

В конструкции драйвера светодиода основные различия между драйверами постоянного и переменного тока следующие:

  • Уровень входного напряжения — Входное напряжение драйвера переменного тока можно считать в 10 раз больше по сравнению с входным напряжением драйвера постоянного тока.

  • Форма волны входного напряжения — Драйвер постоянного тока работает с постоянным уровнем входного напряжения или, по крайней мере, с напряжением между минимумом и максимумом, в то время как драйвер переменного тока работает с двухполупериодным выпрямленным напряжением, которое подается в каждый цикл идет от 0В до максимума.

  • Форма волны выходного тока — Драйвер постоянного тока обеспечивает постоянный выходной ток, в то время как драйвер переменного тока подает на светодиодную нагрузку ток, который является двухполупериодным выпрямленным, как входное напряжение, и среднее значение которого является тем, которое требуется для получения общего световой поток.

Из-за различий, указанных выше, для конструкции драйверов светодиодов существуют различные топологии схем с преимуществами и недостатками в зависимости от ключевых факторов, которые необходимо учитывать при проектировании.Вот список основных факторов, которые обычно учитываются разработчиками светодиодных драйверов:

Каждая топология может быть предпочтительнее для некоторых из упомянутых факторов, но не для других. Для каждого проекта проектировщик должен выбрать топологию, которая наилучшим образом соответствует спецификациям проекта. Часто, если не всегда, выбранная топология является лучшим компромиссом между рассматриваемыми факторами.

Более 90% осветительных приборов основаны на следующих топологиях:

В следующей статье мы проанализируем топологию каждого драйвера светодиода, включая топологию понижающего и обратного понижающего преобразования, топологию повышающего напряжения, топологию понижающего-повышающего напряжения, топологию обратного понижающего-повышающего напряжения и топологию обратного хода.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *