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

Как определить параметры светодиода ⋆ diodov.net

Разбирая на детали старые или нерабочие устройства часто можно найти светодиоды. Однако в большинстве случаем на них отсутствует какая-либо маркировка или другие опознавательные знаки. Поэтому определить их параметры по справочнику попросту невозможно. Отсюда возникает вполне естественный вопрос: как определить параметры светодиода?

Опытные электронщики таким вопросом практически не задаются, поскольку могут с достаточной точностью определить параметры такого полупроводникового прибора, ориентируясь лишь на его внешний вид и зная некоторые нюансы, присущие большинству светодиодов. Эти нюансы рассмотрим и мы.

Электрические параметры светодиодов

Первым делом заметим, что светодиод характеризуется тремя электрическими параметрами (световые характеристики мы рассматривать не будем):

1) падение напряжения, измеряемое в вольтах. Когда говорят 2-х вольтный или 3-х вольтный светодиод, то это имеется в виду данный параметр;

2) номинальный ток. Часто его значение приводится в справочниках в миллиамперах. 1 мА = 0,001 А;

3) мощность рассеяния – это мощность, которую способен рассеять (выделить в окружающую среду) полупроводниковый прибор не перегреваясь. Измеряется в ваттах. Значение данного параметра с высокой точностью можно определить самостоятельно, умножив ток на напряжение.

В большинстве случае достаточно знать два первых параметра, а то и вовсе только номинальный ток.

Условно я выделил два основных способа, с помощью которых можно с высокой долей вероятности узнать или определить указанные параметры. Первый способ – информационный. Это наиболее быстрый и простой способ. Одна он не всегда дает положительный результат. Второй способ, нам – электронщикам, более интересный. Я назвал его «электрический», так как ток и напряжение будут определяться с помощью мультиметра (тестера). Рассмотрим подробно оба варианта.

Как определить параметры светодиода по внешнему виду?

Самый легкий путь – это узнать характеристики светодиода по его внешнему виду. Для этого достаточно набрать в строке поисковой системы такую фразу: «купить светодиод». Далее из предоставленного списка следует выбрать наиболее крупный интернет магазин и найти соответствующий раздел каталога. После чего внимательно просмотреть все имеющиеся позиции и если вам улыбнется удача, то вы найдете то, что ищете. Как правило, в серьёзных интернет-магазинах, где продаются радиоэлектронные элементы, на каждую позицию имеется соответствующая документация, даташит или приводятся основные характеристики. Сопоставив по внешнему виду имеющийся светодиод с тем, что в каталоге, можно таким образом узнать его характеристики.

Следующим подходом пользуются более опытные электронщики. Однако в нем нет ничего сложного. Преимущественное большинство светодиодов разделяется на индикаторные и общего назначения. Индикаторные, как правило, менее ярко светят, чем остальные. Это и понятно, ведь для индикации очень яркий свет не нужен. Индикаторные светодиоды применяются для сигнализации работы различных электронных устройств. Например, при включении в розетку, они показывают, что устройство находится под напряжением. Они встречаются в чайниках, ноутбуках, выключателях, зарядных устройствах, компьютерах и т.п. Электрические параметры их вне зависимости от внешнего вида следующие: ток – 20 мА = 0,02 А; напряжение в среднем 2 В (от 1,8 В до 2,3 В).

Светодиоды общего назначения светят ярче предыдущих, поэтому могут использоваться в качестве осветительных приборов. Однако для индикации тоже пойдут, если снизить ток. Как ни странно, но преобладающее большинство и таких светодиодов имеют значение номинального тока потребления тоже 20 мА. А вот напряжение их может находиться в пределах от 1,8 до 3,6 В. В этом классе находятся и сверхяркие светодиоды. При том же токе напряжение у них, как правило выше – 3,0…3,6 В.

В целом светодиоды подобного типа имеют стандартный размерный ряд, основным параметром которого есть диаметр круга линзы или ширина и толщина стороны, если линза прямоугольной формы.

Диаметр линзы, мм: 3; 4,8; 5; 8 и 10.

Стороны прямоугольника, мм: 3×2; 5×2.

Как определить параметры светодиода мультиметром?

Теперь, когда мы знаем, что номинальный ток многих светодиодов 20 мА, то достаточно просто определить их напряжение опытным путем. Для этого нам понадобится блок питания с регулировкой напряжения и мультиметр. Соединяем последовательно блок питания со светодиодом и мультиметром, предварительно установленным в режим измерения тока.

Блок питания изначально должен быть установлен на минимальное значение. Далее, изменяя величину подводимого к светодиоду напряжения, устанавливаем по показанию мультиметра ток 20 мА. После этого фиксируем значение величины подводимого напряжения либо по штатному вольтметру блока питания либо с помощью мультиметра, установленного в режим измерения напряжения.

Для страховки светодиода лучше последовательно к нему подсоединить резистор ом на 300. Но в этому случае напряжение необходимо фиксировать непосредственно на нем.

Поскольку не у всех есть блок питания с регулировкой напряжения, то можно определять параметры и исправность маломощных светодиодов с помощью следующих элементов:

1. Крона (батарейка на 9 В).
2. Резистор ом на 200.
3. Переменный резистор, он же потенциометр на 1 кОм.
4. Мультиметр.

Испытуемый светодиод соединяем последовательно с постоянным резисторов, потом с переменным, далее с кроной и щупами мультиметра, установленного в режим измерения постоянного тока.

Очередность соединения всех элементов не имеет никакого значения, поскольку цепь последовательная, а это значит, что через все компоненты протекает один и тот же ток.

Изначально переменным резистором следует установить минимальное напряжение, а потом постепенно увеличивать до тех пор, пока ток не достигнет 20 мА. После этого выполняется измерение напряжения.

С помощью рассмотренного способа не получится определить параметры мощного светодиода вследствие протекания значительного тока через резисторы. В результате чего последние могут перегреться. Однако определить исправность его вполне возможно.

Еще статьи по данной теме

потребление тока, напряжение, мощность и светоотдача

Времена, когда светодиоды использовали только в качестве индикаторов включения приборов, давно прошли. Современные светодиодные приборы могут полностью взаимозаменить лампы накаливания в бытовых, промышленных и уличных светильниках. Этому способствуют различные характеристики светодиодов, зная которые можно правильно подобрать LED-аналог. Использование светодиодов, учитывая их основные параметры, открывает обилие возможностей в сфере освещения.

Основой светодиода является искусственный полупроводниковый кристаллик

Какие бывают светодиоды

Светодиод (обозначается СД, СИД, LED в англ.) представляет собой прибор, в основе которого лежит искусственный полупроводниковый кристаллик. При пропускании через него электротока создается явление испускания фотонов, что приводит к свечению. Данное свечение имеет очень узкий диапазон спектра, и цвет его находится в зависимости от материала полупроводника.

Светодиоды вполне могут заменить обычные лампы накаливания

Светодиоды с красным и желтым свечением производят из неорганических полупроводниковых материалов на базе арсенида галлия, зеленые и синие изготавливают на основе индия-галлия-нитрида. Чтобы увеличить яркость светового потока используют различные присадки или применяют метод многослойности, когда слой чистого нитрида алюминия размещают между полупроводниками. В результате образования в одном кристаллике нескольких электронно-дырочных (p-n) переходов, яркость его свечения возрастает.

Различают два типа светодиодов: для индикации и освещения. Первые используют для индикации включения в сеть различных приборов, а также как источники декоративной подсветки. Они представляют собой цветные диоды, помещенные в просвечивающийся корпус, каждый из них имеет четыре вывода. Приборы, излучающие инфракрасный свет, используют в устройствах для удаленного управления приборами (пульт ДУ).

В области освещения используют светодиоды, излучающие белый свет. По цвету различают светодиоды с холодным белым, нейтральным белым и теплым белым свечением. Существует классификация применяемых для освещения светодиодов по способу монтажа. Маркировка светодиода SMD означает, что прибор состоит из алюминиевой или медной подложки, на которой размещен кристаллик диода. Сама подложка располагается в корпусе, контакты которого соединены с контактами светодиода.

Применение светодиодной подсветки в интерьере кухни

Другой тип светодиодов обозначается OCB. В таком приборе на одной плате размещается множество кристаллов, покрытых люминофором. Благодаря такой конструкции достигается большая яркость свечения. Такую технологию используют при производстве светодиодных ламп с большим световым потоком на относительно малой площади. В свою очередь это делает производство светодиодных ламп наиболее доступным и недорогим.

Характеристики светодиодов

Выбирая для освещения подходящую светодиодную лампу, следует учитывать параметры светодиодов. К ним относят напряжение питания, мощность, рабочий ток, эффективность (светоотдача), температуру свечения (цвет), угол излучения, размеры, срок деградации. Зная основные параметры, можно будет без труда выбрать приборы для получения того или иного результата освещенности.

LED-технологии используются в оформлении табло аэропортов и вокзалов

Величина тока потребления светодиода

Как правило, для обычных светодиодов предусмотрена сила тока величиной 0,02А. Однако бывают светодиоды, рассчитанные на 0,08А. К таким светодиодам относят более мощные приборы, в устройстве которых задействованы четыре кристалла. Они располагаются в одном корпусе. Так как каждый из кристаллов потребляет по 0,02А, в сумме один прибор будет потреблять 0,08А.

Стабильность работы светодиодных приборов зависит от величины тока. Даже незначительное увеличение силы тока способствует снижению интенсивности излучения (старению) кристалла и увеличению цветовой температуры. Это в конечном результате приводит к тому, что светодиоды начинают отливать синим цветом и преждевременно выходят из строя. А если показатель силы тока увеличивается существенно, светодиод сразу перегорает.

Чтобы ограничить потребляемый ток, в конструкциях LED-ламп и светильников предусмотрены стабилизаторы тока для светодиодов (драйверы). Они преобразуют ток, доводя его до нужной светодиодам величины. В случае, когда требуется подключить отдельный светодиод к сети, нужно использовать токоограничительные резисторы. Расчет сопротивления резистора для светодиода выполняют с учетом его конкретных характеристик.

Светодиодная гирлянда может использоваться в качестве декора помещения

Напряжение светодиодов

Как узнать напряжение светодиодов? Дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на кристалле напряжение. Именно это значение берется во внимание при расчетах.

Учитывая применение различных полупроводников для светодиодов, напряжение у каждого из них может быть разным. Как узнать, на сколько Вольт светодиод? Определить можно по цвету свечения приборов. Например, для синих, зеленых и белых кристаллов напряжение составляет около 3В, для желтых и красных – от 1,8 до 2,4В.

При использовании параллельного подключения светодиодов идентичного номинала с величиной напряжения в 2В можно столкнуться со следующим: в результате разброса параметров одни излучающие диоды выйдут из строя (сгорят), а другие будут очень слабо светиться. Это произойдет ввиду того, что при увеличении напряжения даже на 0,1В наблюдается увеличение силы тока, проходящего через светодиод, в 1,5 раза. Поэтому так важно следить, чтобы ток соответствовал номиналу светодиода.

100Вт лампы накаливания эквивалентно 12-12,5Вт LED-светильника

Светоотдача, угол свечения и мощность светодиодов

Сравнение светового потока диодов с другими источниками света проводят, учитывая силу издаваемого ими излучения. Приборы размером около 5 мм в диаметре дают от 1 до 5 лм света. В то время как световой поток лампы накаливания в 100Вт составляет 1000 лм. Но при сопоставлении необходимо учитывать, что у обычной лампы свет рассеянный, а у светодиода – направленный. Поэтому необходимо принимать во внимание угол рассеивания светодиодов.

Угол рассеивания разных светодиодов может составлять от 20 до 120 градусов. При освещении светодиоды дают более яркий свет по центру и снижают освещенность к краям угла рассеивания. Таким образом, светодиоды лучше освещают конкретное пространство, используя при этом меньше мощности. Однако если требуется увеличить площадь освещенности, в конструкции светильника используют рассеивающие линзы.

Как определить мощность светодиодов? Чтобы определить мощность светодиодной лампы, требующейся для замены лампы накаливания, необходимо применять коэффициент, равный 8. Так, заменить обычную лампу мощностью 100Вт можно светодиодным прибором мощностью не менее 12,5Вт (100Вт/8). Для удобства можно воспользоваться данными таблицы соответствия мощности ламп накаливания и LED-источников света:

Мощность лампы накаливания, Вт	Соответствующая мощность светодиодного светильника, Вт
100	12-12,5
75	10
60	7,5-8
40	5
25	3

 

При использовании светодиодов для освещения очень важен показатель эффективности, который определяется отношением светового потока (лм) к мощности (Вт). Сопоставляя эти параметры у разных источников света, получаем, что эффективность лампы накаливания составляет 10-12 лм/Вт, люминесцентной – 35-40 лм/Вт, светодиодной – 130-140 лм/Вт.

Цветовая температура LED-источников

Одним из важных параметров светодиодных источников является температура свечения. Единицы измерения этой величины – градусы Кельвина (К). Следует отметить, что все источники света по температуре свечения разделяют на три класса, среди которых теплый белый имеет цветовую температуру менее 3300 К, дневной белый – от 3300 до 5300 К и холодный белый свыше 5300 К.

Цветовая температура обычно указывается на маркировке светодиодных ламп. Она обозначается четырехзначным числом и буквой К. Выбор LED-ламп с определенной цветовой температурой напрямую зависит от особенностей применения ее для освещения. Предложенная ниже таблица отображает варианты использования светодиодных источников с разной температурой свечения:

Цвет свечения светодиодов	Цветовая температура, К	Варианты использования в освещении
Белый	Теплый	2700-3500	Освещение бытовых и офисных помещений как наиболее подходящий аналог лампы накаливания
Нейтральный (дневной)	3500-5300	Отличная цветопередача таких ламп позволяет применять их для освещения рабочих мест на производстве
Холодный	свыше 5300	Используется в основном для освещения улиц, а также применяется в устройстве ручных фонарей
Красный	1800	Как источник декоративной и фито-подсветки
Зеленый	—	Подсветка поверхностей в интерьере, фито-подсветка
Желтый	3300	Световое оформление интерьеров
Синий	7500	Подсветка поверхностей в интерьере, фито-подсветка

 

Волновая природа цвета позволяет выразить цветовую температуру светодиодов, используя длину волны. Маркировка некоторых светодиодных приборов отражает цветовую температуру именно в виде интервала различных длин волн. Длина волны имеет обозначение ? и измеряется в нанометрах (нм).

Типоразмеры SMD светодиодов и их характеристики

Учитывая размер SMD светодиодов, приборы классифицируются в группы с различными характеристиками. Наиболее популярные светодиоды с типоразмерами 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 и 5630. Характеристики SMD светодиодов в зависимости от размеров рознятся. Так, разные типы SMD светодиодов отличаются по яркости, цветовой температуре, мощности. В маркировке светодиодов первые две цифры показывают длину и ширину прибора.

Светодиоды SMD 5630 на LED-ленте

Основные параметры светодиодов SMD 2835

К основным характеристикам SMD светодиодов 2835 относят увеличенную площадь излучения. В сравнении с прибором SMD 3528, который имеет круглую рабочую поверхность, площадь излучения SMD 2835 имеет прямоугольную форму, что способствует большей светоотдаче при меньшей высоте элемента (около 0,8 мм). Световой поток такого прибора составляет 50 лм.

Корпус светодиодов SMD 2835 выполнен из термостойкого полимера и может выдерживать температуру до 240°С. Следует отметить, что деградация излучения в этих элементах составляет менее 5% в течение 3000 часов функционирования. Кроме того, прибор имеет достаточно низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка (4 С/Вт). Рабочий ток в максимальном значении – 0,18А, температура кристалла – 130°С.

По цвету свечения выделяют теплый белый с температурой свечения 4000 К, дневной белый – 4800 К, чистый белый – от 5000 до 5800 К и холодный белый с цветовой температурой 6500-7500 К. Стоит отметить, что максимальная величина светового потока у приборов с холодным белым свечением, минимальная – у светодиодов теплого белого цвета. В конструкции прибора увеличены контактные площадки, что способствует лучшему отводу тепла.

Размеры светодиода SMD 2835

Характеристики светодиодов SMD 5050

В конструкции корпуса SMD 5050 размещены три однотипных светодиода. LED источники синего, красного и зеленого цвета имеют технические характеристики, аналогичные кристаллам SMD 3528. Значение рабочего тока каждого из трех светодиодов составляет 0,02А, следовательно суммарная величина тока всего прибора 0,06А. Для того, чтобы светодиоды не вышли из строя, рекомендуется не превышать эту величину.

LED приборы SMD 5050 имеют прямое напряжение величиной 3-3,3В и светоотдачу (сетевой поток) 18-21 лм. Мощность одного светодиода складывается из трех величин мощности каждого кристалла (0,7Вт) и составляет 0,21Вт. Цвет свечения, испускаемый приборами, может быть белым во всех оттенках, зеленым, синим, желтым и многоцветным.

Близкое расположение светодиодов разных цветов в одном корпусе SMD 5050 позволило реализовать многоцветные светодиоды с отдельным управлением каждым цветом. Для регулирования светильников с использованием светодиодов SMD 5050 используют контроллеры, благодаря чему цвет свечения можно плавно изменять от одного к другому через заданное количество времени. Обычно такие приборы имеют несколько режимов управления и могут регулировать яркость свечения светодиодов.

Размеры светодиода SMD 5050

Типовые характеристики светодиода SMD 5730

Светодиоды SMD 5730 – современные представители LED-приборов, корпус которых имеет геометрические размеры 5,7х3 мм. Они относятся к сверхярким светодиодам, характеристики которых стабильны и качественно отличаются от параметров предшественников. Изготовленные с применением новых материалов, эти светодиоды отличаются повышенной мощностью и высокоэффективным световым потоком. Кроме того, они могут работать в условиях повышенной влажности, устойчивы к перепадам температур и вибрации, имеют длительный срок службы.

Существует две разновидности приборов: SMD 5730-0,5 с мощностью 0,5Вт и SMD 5730-1 с мощностью 1Вт. Отличительной особенностью приборов является возможность их функционирования на импульсном токе. Величина номинального тока  SMD 5730-0,5 составляет 0,15А, при импульсной работе прибор может выдерживать силу тока до 0,18А. Данный тип светодиодов обеспечивает световой поток до 45 лм.

Светодиоды SMD 5730-1 работают на постоянном токе 0,35А, при импульсном режиме – до 0,8А. Эффективность светоотдачи такого прибора может составить до 110 лм. Благодаря термостойкому полимеру, корпус прибора выдерживает температуру до 250°С. Угол рассеивания обоих типов SMD 5730 равен 120 градусам. Степень деградации светового потока составляет менее 1% при работе в течение 3000 часов.

Размеры светодиода SMD 5730

Характеристики светодиодов Cree

Компания Cree (США) занимается разработкой и выпуском сверхъярких и самых мощных светодиодов. Одна из групп светодиодов Cree представлена серией приборов Xlamp, которые делятся на однокристальные и многокристальные. Одной из особенностей однокристальных источников является распределение излучения по краям прибора. Это инновация позволила выпускать светильники с большим углом свечения, используя минимальное количество кристаллов.

В серии LED-источников XQ-E High Intensity угол свечения составляет от 100 до 145 градусов. Имея небольшие геометрические размеры 1,6х1,6 мм, мощность сверхярких светодиодов – 3 Вольта, а световой поток – 330 лм. Это одна из новейших разработок компании Cree. Все светодиоды, конструкция которых разработана на базе одного кристалла, имеют качественную цветопередачу в пределах CRE 70-90.

Компания Cree выпустила несколько вариантов многокристальных LED-приборов с новейшими типами питания от 6 до 72 Вольт. Многокристальные светодиоды делятся на три группы, в которые входят приборы с высоким напряжением, мощностью до 4Вт и выше 4Вт. В источниках до 4Вт собраны 6 кристаллов в корпусе типа MX и ML. Угол рассеивания составляет 120 градусов. Купить светодиоды Cree такого типа можно с белым теплым и холодным цветом свечения.

В группу свыше 4Вт входят светодиоды из нескольких кристаллов. Самыми габаритными в группе являются приборы мощностью 25Вт, представленные серией MT-G. Новинка компании – светодиоды модели XHP. Один из крупных LED-приборов имеет корпус 7х7 мм, его мощность 12Вт, светоотдача 1710 лм. Светодиоды с высоким напряжением питания объединяют в себе небольшие габариты и высокую светоотдачу.

LED-лампы серии XQ-E High Intensity производителя Cree (США)

Схемы подключения светодиодов

Существуют определенные правила подключения светодиодов. Беря во внимание, что проходящий через прибор ток движется только в одном направлении, для длительного и стабильного функционирования LED-приборов важно учитывать не только определенное напряжение, но и оптимальную величину тока.

Схема подключения светодиода к сети 220В

В зависимости от используемого источника питания, различают два вида схем подключения светодиодов к 220В. В одном из случаев используется драйвер с ограниченным током, во втором – специальный блок питания, стабилизирующий напряжение. Первый вариант учитывает использование специального источника с определенной силой тока. Резистор в данной схеме не требуется, а количество подключаемых светодиодов ограничивается мощностью драйвера.

Для обозначения светодиодов на схеме используются пиктограммы двух видов. Над каждым схематическим их изображением находятся две небольшие параллельные стрелочки, направленные вверх. Они символизируют яркое свечение LED-прибора. Перед тем как подключить светодиод к 220В используя блок питания, необходимо в схему включить резистор. Если это условие не выполнить, это приведет к тому, что рабочий ресурс светодиода существенно сократится или он попросту выйдет из строя.

Схема подключения светодиодов к сети 220В с использованием гасящего конденсатора С1

Если при подключении использовать блок питания, то стабильным в схеме будет лишь напряжение. Учитывая незначительное внутреннее сопротивление LED-прибора, включение его без ограничителя тока приведет к сгоранию прибора. Именно поэтому в схему включения светодиода вводят соответствующий резистор. Следует отметить, что резисторы бывают с разным номиналом, поэтому их следует правильно рассчитывать.

Как рассчитать сопротивление для светодиода

При расчете сопротивления для светодиода руководствуются формулой:

U = IхR,

где U – напряжение, I – сила тока, R – сопротивление (закон Ома). Допустим, необходимо подключить светодиод с такими параметрами: 3В – напряжение и 0,02А – сила тока. Чтобы при подключении светодиода к 5 Вольтам на блоке питания он не вышел из строя, надо убрать лишние 2В (5-3 = 2В). Для этого необходимо включить в схему резистор с определенным сопротивлением, которое рассчитывается с помощью закона Ома:

R = U/I.

Резисторы с различными значениями сопротивления

Таким образом, отношение 2В к 0,02А составит 100 Ом, т.е. именно такой необходим резистор.

Очень часто бывает, что учитывая параметры светодиодов, сопротивление резистора имеет нестандартное для прибора значение. Такие ограничители тока нельзя отыскать в точках продажи, например, 128 или 112,8 Ом. Тогда следует использовать резисторы, сопротивление которых имеет ближайшее большее значение по сравнению с расчетным. При этом светодиоды будут функционировать не в полную силу, а лишь на 90-97%, но это будет незаметно для глаза и положительно отразится на ресурсе прибора.

В интернете представлено множество вариантов калькуляторов расчетов светодиодов. Они учитывают основные параметры: падение напряжения, номинальный ток, напряжение на выходе, количество приборов в цепи. Задав в поле формы параметры LED-приборов и источников тока, можно узнать соответствующие характеристики резисторов. Для определения сопротивления маркированных цветом токоограничителей также существуют онлайн расчеты резисторов для светодиодов.

Схемы параллельного и последовательного подключения светодиодов

При сборке конструкций из нескольких LED-приборов используют схемы включения светодиодов в сеть 220 Вольт с последовательным или параллельным соединением. При этом для корректного подключения следует учитывать, что при последовательном включении светодиодов требуемое напряжение представляет собой сумму падений напряжений каждого прибора. В то время как при параллельном включении светодиодов складывается сила тока.

Схемы параллельного подключения светодиодов. В варианте 1 на каждую цепь диодов используется отдельный резистор, в варианте 2 — один общий для всех цепей

Если в схемах используются LED-приборы с разными параметрами, то для стабильной работы необходимо рассчитать резистор для каждого светодиода отдельно. Следует отметить, что двух совершенно одинаковых светодиодов не существует. Даже приборы одной модели имеют незначительные отличия в параметрах. Это приводит к тому, что при подключении большого их количества в последовательную или параллельную схему с одним резистором, они могут быстро деградировать и выйти из строя.

Расхождение в параметрах при параллельном подключении нескольких светодиодов, допустим 4-5 шт., не повлияет на работу приборов. А если в такую схему подключить много светодиодов – это будет плохим решением. Даже если LED-источники имеют незначительный разброс характеристик, это приведет к тому, что некоторые приборы будут излучать яркий свет и быстро сгорят, а другие – будут слабо светиться.  Поэтому при параллельном подключении следует всегда использовать отдельный резистор для каждого прибора.

Что касается последовательного соединения, то здесь имеет место экономное потребление, так как вся цепь расходует количество тока, равное потреблению одного светодиода. При параллельной схеме, потребление составляет сумму расходования всех включенных в схему LED-источников, включенных в схему.

Схема последовательного подключения светодиодов

Как подключить светодиоды к 12 Вольтам

В конструкции некоторых приборов резисторы предусмотрены еще на этапе изготовления, что дает возможность подключения светодиодов к 12 Вольт или 5 Вольт. Однако такие приборы не всегда можно найти в продаже. Поэтому в схеме подключения светодиодов к 12 вольт предусматривают ограничитель тока. Первым делом необходимо выяснить характеристики подключаемых светодиодов.

Такой параметр, как прямое падение напряжения у типовых LED-приборов составляет около 2В. Номинальный ток у этих светодиодов соответствует 0,02А. Если требуется подключить такой светодиод к 12В, то «лишние» 10В (12 минус 2) необходимо погасить ограничительным резистором. С помощью закона Ома можно рассчитать для него сопротивление. Получим, что 10/0,02 = 500 (Ом). Таким образом, необходим резистор с номиналом 510 Ом, который является ближайшим по ряду электронных компонентов Е24.

Чтобы такая схема работала стабильно, требуется еще вычислить мощность ограничителя. Используя формулу, исходя из которой мощность равна произведению напряжения и тока, рассчитываем ее значение. Напряжение величиной 10В умножаем на ток 0,02А и получаем 0,2Вт. Таким образом, необходим резистор, стандартный номинал мощности которого составляет 0,25Вт.

Схема подключения RGB светодиодной ленты к 12В

Если в схему необходимо включить два LED-прибора, то следует учитывать, что напряжение падающее на них, будет составлять уже 4В. Соответственно для резистора останется погасить уже не 10В, а 8В. Следовательно, дальнейший расчет сопротивления и мощности резистора делается на основании этого значения. Расположение резистора в схеме можно предусмотреть в любом месте: со стороны анода, катода, между светодиодами.

Как проверить светодиод мультиметром

Один из способов проверки рабочего состояния светодиодов – тестирование мультиметром. Таким прибором можно диагностировать светодиоды любого исполнения. Перед тем как проверить светодиод тестером, переключатель прибора устанавливают в режиме «прозвонки», а щупы прикладывают к выводам. При замыкании красного щупа на анод, а черного на катод, кристалл должен излучать свет. Если поменять полярность, на дисплее прибора должна отображаться показание «1».

Схема проверки светодиода с помощью цифрового мультиметра

Тестирование LED-приборов можно произвести, не используя щупы. Для этого в отверстия, расположенные в нижнем углу прибора, анод вставляют в отверстие с символом «Е», а катод – с указателем «С». Если светодиод в рабочем состоянии – он должен засветиться. Этот метод тестирования подходит для светодиодов с достаточно длинными контактами, очищенными от припоя. Положение переключателя при таком способе проверки не имеет значения.

Как проверить светодиоды мультиметром, не выпаивая? Для этого необходимо припаять к щупам тестера кусочки от обычной скрепки. В качестве изоляции подойдет текстолитовая прокладка, которая укладывается между проводами, после чего обрабатывается изолентой. На выходе получается своеобразный переходник для подключения щупов. Скрепки хорошо пружинят и надежно фиксируются в разъемах. В таком виде можно подключить щупы к светодиодам, не выпаивая их из схемы.

Что можно сделать из светодиодов своими руками

Многие радиолюбители практикуют сборку различных конструкций из светодиодов своими руками. Собранные самостоятельно изделия не уступают по качеству, а иногда и превосходят аналоги производственного изготовления. Это могут быть цветомузыкальные устройства, мигающие конструкции светодиодов, бегущие огни на светодиодах своими руками и многое другое.

Использование светодиодов в создании сценических костюмов

Сборка стабилизатора тока для светодиодов своими руками

Чтобы ресурс светодиода не выработался раньше положенного срока, необходимо чтобы ток, протекающий через него, имел стабильное значение. Известно, что светодиоды красного, желтого и зеленого цвета могут справляться с повышенной нагрузкой по току. В то время как сине-зеленые и белые LED-источники даже при небольшой перегрузке сгорают за 2 часа. Таким образом, для нормальной работы светодиода необходимо решить вопрос с его питанием.

Если собрать цепочку из последовательно или параллельно соединенных светодиодов, то обеспечить им идентичное излучение можно в том случае, если ток, проходящий через них, будет иметь одинаковую силу. Кроме того, импульсы обратного тока могут негативно повлиять на ресурс LED-источников. Чтобы такого не произошло, необходимо включить в схему стабилизатор тока для светодиодов.

Качественные признаки светодиодных светильников зависят от применяемого драйвера – устройства, которое преобразует напряжение в стабилизированный ток с конкретным значением. Многие радиолюбители собирают схему питания светодиодов от 220В своими руками на базе микросхемы LM317. Элементы для такой электронной схемы имеют небольшую стоимость и такой стабилизатор легко сконструировать.

Схема подключения мощного светодиода с использованием интегрального стабилизатора напряжения LM317

При использовании стабилизатора тока на LM317 для светодиодов регулируют ток в пределах 1А. Выпрямитель на базе LM317L стабилизирует ток до 0,1А. В схеме устройства используют всего лишь один резистор. Его рассчитывают посредством онлайн калькулятора сопротивления для светодиода. Для питания подойдут имеющиеся подручные устройства: блоки питания от принтера, ноутбука или другой бытовой электроники. Более сложные схемы собирать самостоятельно не выгодно, так как их проще приобрести в готовом виде.

ДХО из светодиодов своими руками

Применение на автомобилях дневных ходовых огней (ДХО) заметно повышает видимость автомобиля в светлое время другими участниками дорожного движения. Многие автолюбители практикуют самостоятельную сборку ДХО с использованием светодиодов. Один из вариантов – устройство ДХО из 5-7 светодиодов мощностью 1Вт и 3Вт на каждый блок. Если использовать менее мощные LED-источники, световой поток не будет соответствовать нормативам для таких огней.

Дневные ходовые огни улучшают видимость автомобиля на дороге

Для основания можно использовать плату из алюминиевого профиля с площадками для крепления светодиодов. Светодиоды фиксируются на плате с помощью теплопроводного клеящего состава. В соответствии с типом LED-источников подбирается оптика. В данном случае подойдут линзы с углом свечения 35 градусов. Линзы устанавливаются на каждый светодиод отдельно. Провода выводятся в любую удобную сторону.

Далее изготавливается корпус для ДХО, служащий одновременно и радиатором. Для этого можно использовать П-образный профиль. Готовый светодиодный модуль располагают внутри профиля, закрепив его на винтах. Все свободное пространство можно залить прозрачным герметиком на силиконовой основе, оставив на поверхности только линзы. Такое покрытие будет служить в качестве влагозащиты.

Подключение ДХО к питанию производится с обязательным использованием резистора, сопротивление которого предварительно просчитывается и проверяется. Способы подключения могут быть разными, учитывая модель автомобиля. Схемы подключения можно отыскать в сети интернет.

Схема подключения ДХО с блоком управления

Как сделать, чтобы светодиоды мигали

Наиболее популярными мигающими светодиодами, купить которые можно в готовом виде, являются приборы, регулируемые уровнем потенциала. Мигание кристалла происходит за счет изменения питания на выводах прибора. Так, двухцветный красно-зеленый LED-прибор излучает свет в зависимости от направления проходящего по нему тока. Эффект мигания в RGB-светодиоде достигается подключением трех выводов для отдельного управления к конкретной системе регулирования.

Но можно сделать мигающим и обычный одноцветный светодиод, имея в арсенале минимум электронных компонентов. Перед тем как сделать мигающий светодиод, необходимо выбрать работающую схему, которая будет простой и надежной. Можно использовать схему мигающего светодиода, которая будет запитана от источника с напряжением 12В.

Схема состоит из транзистора небольшой мощности Q1 (подойдет кремниевый высокочастотный КТЗ 315 или его аналоги), резистора R1 820-1000 Ом, 16-вольтового конденсатора С1 емкостью 470 мкФ и LED-источника. При включении схемы конденсатор заряжается до 9-10В, после этого транзистор на миг открывается и отдает накопленную энергию светодиоду, который начинает мигать. Данную схему можно реализовать только в случае питания от источника 12В.

Мигание светодиодов используется, например, в елочной гирлянде

Можно собрать более усовершенствованную схему, которая работает по аналогии с транзисторным мультивибратором. В схему входят транзисторы КТЗ 102 (2 шт.), резисторы R1 и R4 по 300 Ом каждый, чтобы ограничить ток, резисторы R2 и R3 по 27000 Ом, чтобы задавать ток базы транзисторов, 16-вольтовые полярные конденсаторы (2 шт. емкостью 10 мкФ) и два LED-источника. Данная схема питается от источника постоянного напряжения 5В.

Схема работает по принципу «пары Дарлингтона»: конденсаторы С1 и С2 попеременно заряжаются и разряжаются, что служит причиной открывания конкретного транзистора. Когда один транзистор отдает энергию С1, загорается один светодиод. Далее плавно заряжается С2, а ток базы VT1 снижается, что приводит к закрытию VT1 и открытию VT2 и загорается другой светодиод.

Схема вспышек на светодиоде

Сборка цветомузыки на светодиодах своими руками

Чтобы реализовать достаточно сложные схемы цветомузыки на светодиодах своими руками, необходимо сначала разобраться, как работает простейшая схема цветомузыки. Она состоит из одного транзистора, резистора и LED-прибора. Такую схему можно запитать от источника с номиналом от 6 до 12В. Функционирование схемы происходит за счет каскадного усиления с общим излучателем (эмиттером).

На базу VT1 поступает сигнал с изменяющейся амплитудой и частотой. В том случае, когда колебания сигнала превышают заданный порог, транзистор открывается и загорается светодиод. Минусом данной схемы является зависимость мигания от степени  звукового сигнала. Таким образом эффект цветомузыки будет проявляться только при определенной степени громкости звука. Если звук увеличить. светодиод будет все время гореть, а при уменьшении – чуть вспыхивать.

Чтобы добиться полноценного эффекта, используют схему цветомузыки на светодиодах с разбивкой диапазона звука на три части. Схема с трехканальным преобразователем звука питается от источника напряжением 9В. Огромное количество схем цветомузыки можно найти в интернете на различных форумах радиолюбителей. Это могут быть схемы цветомузыки с использованием одноцветной ленты, RGB-светодиодной ленты, а также схемы плавного включения и выключения светодиодов. Так же в сети можно отыскать схемы бегущих огней на светодиодах.

Схема для сборки цветомузыки своими руками

Конструкция индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Схема индикатора напряжения включает резистор R1 (переменное сопротивление 10 кОм), резисторы R1, R2 (1кОм), два транзистора VT1 КТ315Б, VT2 КТ361Б, три светодиода – HL1, HL2 (красные), HLЗ (зеленый). X1, X2 – 6-вольтовые источники питания. В данной схеме рекомендуется использовать LED-приборы с напряжением 1,5В.

Алгоритм работы самодельного светодиодного индикатора напряжения представляет собой следующее: когда подается напряжение, светится центральный LED-источник зеленого цвета. В случае падения напряжения, включается светодиод красного цвета, расположенный слева. Увеличение напряжения заставляет светиться красный светодиод, размещенный справа. При среднем положении резистора все транзисторы будут в закрытом положении, и напряжение поступит лишь на центральный зеленый светодиод.

Открытие транзистора VT1 происходит, когда ползунок резистора передвигают вверх, тем самым повышая напряжение. В этом случае поступление напряжения на HL3 прекращается, и оно подается на HL1. При перемещении ползунка вниз (понижение напряжение) происходит закрытие транзистора VT1 и открытие VT2, что даст питание светодиоду HL2. С незначительной задержкой LED HL1 погаснет, HL3 один раз мелькнет и засветится HL2.

Схема сборки индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Такую схему можно собрать, используя радиодетали от устаревшей техники. Некоторые собирают ее на текстолитовой плате, соблюдая масштаб 1:1 c размерами деталей, чтобы все элементы могли разместиться на плате.

Безграничный потенциал LED-освещения дает возможность самостоятельно конструировать из светодиодов различные светотехнические приборы с отличными характеристиками и достаточно низкой стоимостью.

Все о светодиодах.

Что такое светодиод?

Светодиоды образуют неотъемлемую часть в современной электроники, простые показатели для оптических коммуникационных устройств. Светоизлучающие диоды используют свойства р-п перехода и испускают фотоны, когда ток в прямом направлении. Светодиоды специально излучают свет, когда потенциалы приложены к аноду и катоду.

История светодиодов начинается с 1907 года, когда капитан Генри Джозефа наблюдал особенности электро-люминесценции карбида кремния. Первый светодиод был разработан в 1962 году. Он был разработан Холоньяк, работал в General Electric (GE). Это был GaAsP устройства. Первая коммерческая версия светодиодов пришли на рынок в 1960-х годов.

Изготовление светодиодной технологии произвела бум в 1970-е годы с введением арсенида галлия алюминия (GaAlAs). Эти светодиоды высокой яркости и во много раз ярче, чем старая рассеянного типа. Синие и белые светодиоды были введены в 1990 году, в котором используется индия нитрида галлия (InGaN) в качестве полупроводника. Белый светодиод содержит неорганический фосфор. Когда голубой свет внутри светодиода попадает на люминофор, он излучает белый свет.

Что делает светодиод идеальным?

Светодиоды широко используются в электронных схемах из-за его преимущества по сравнению с лампами. Некоторые важные особенностями являются:

• Светодиоды заключены в пластик, так что они могут выдерживать механические удары.
• В отличие от ламп, светодиоды не выделяют тепло и потери мощности при нагреве практически отсутствует.
• Светодиоды требуют очень низкий ток и напряжений обычно 20 мА при 1,8 вольта. Так что это идеально в схемах с батарейками.

Что находится внутри светодиода?

Внутри корпуса LED, есть две клеммы связаны маленький чип изготовлен из галлия соединения. Этот материал обладает свойством излучения фотонов при переходе P-N смещен в прямом. Различные цвета создаются выбиванием основного материала из другого веществама.

Внутри светодиода

Светодиодная технология

Яркость является важным аспектом LED. Глаз человека имеет максимальную чувствительность к свету около 550 нм в области желто — зеленой части видимого спектра. Именно поэтому зеленый светодиод излучается ярче, чем красный светодиод, хотя оба используют тот же ток. Важные параметры светодиодов являются:

• Световой поток
  Указывает на энергии света, исходящего от светодиодов. Он измеряется в Люмен (лм) или Милли просвет (MLM)
• Световая интенсивность
  светового потока, охватывающий большую площадь является силой света.Он определяется как Кандела (кд) или милли Кандела (MCD) Яркость светодиода напрямую связана с его силой света.
• Светоотдача
  Это испускаемых относительной световой энергии к потребляемой мощности.Она измеряется в терминах люмен на ватт (лм Вт).

Прямой ток, прямое напряжение, угол обзора и скорость реагирования это факторы, влияющие на яркость и эффективность светодиодов. Прямой ток (I) является ток, протекающий через светодиод, когда он смещен в прямом направлении и он должен быть ограничен от 10 до 30 миллиампер, если выше то светодиоды будут уничтожены.

Угол обзора составляет от — угол оси, при котором световая интенсивность падения до половины осевого значения. Вот почему индикатор показывает больше яркости в полном объеме состоянии. Высокие яркие светодиоды имеют узкий угол обзора, так что свет фокусируется в пучок. Рабочее напряжение (V) является падение напряжения на светодиоде. Падение напряжения в диапазоне от 1,8 В до 2,6 вольт для обычных светодиодов, но в голубой и белый он будет идти до 5 вольт. Скорость отклика представляет, как быстро светодиод включается и выключается. Это очень важный фактор, если светодиоды используются в системах связи.

Требуется ли балластный резистор?

Светодиоды всегда подключены к источнику питания через резистор. Этот резистор называют «балластный резистор», которая защищает диод от повреждений, вызванных избыточным током. Он регулирует прямой тока на светодиод для безопасного предела и защищает ее от жжения.

Номинал резистора определяет прямой тока и, следовательно, яркость светодиодов. Простое уравнение Vs — Vf — используется для выбора резистора. Vs представляет входное напряжения цепи, Vf прямое падение напряжения светодиода(ов) при допустимом токе через светодиод. Полученное значение будет в Омах. Лучше ограничить ток до безопасного предела 20 мА.

Приведенная ниже таблица показывает прямое падение напряжения на светодиоде.

Красный	Оранжевый	Желтый	Зеленый	Синий	Белый
1,8 В	2 V	2,1 В	2,2 В	3,6 В	3,6 В

Через типичный светодиод может пройти 30 -40 мА безопасный ток через него .Номинальный ток, чтобы дать достаточную яркость, стандартный красный светодиод 20 мА. Но это может быть 40 мА для синего и белого светодиода. Ограничение тока балластным резистором защищает диод от избыточного тока, протекающего через него. Значение балластного резистора должны быть тщательно отобраны, чтобы предотвратить повреждение светодиодов, а также получить достаточную яркость при токе 20 мА. Следующее уравнение объясняет, как выбирать балластный резистор.

R = V / I

Где R — является значение сопротивления в Ом, V — является входное напряжение в цепи, и I — это допустимый ток через светодиод в амперах. Для типичного красного светодиода, прямое падение напряжения составляет 1,8 вольта. Таким образом, если напряжение питания 12 В (Vs), падение напряжения на светодиод 1,8 В (V) и допустимый ток составляет 20 мА (Если), то значение балластного резистора будет

Vs — Vf / Если = 12 — 1,8 / 20 мА = 10,2 / 0,02 = 510 Ом.

Но если 510 Ом резистор не доступен то можно подобрать ближайший, например 470 Ом резистор может быть использован даже если ток через светодиод слегка увеличивается. Но рекомендуется использовать 1 K резистор для увеличения срока службы светодиодов, хотя там будет небольшое снижение яркости.

Ниже готова арифметические для выбора ограничительного резистора для различных версий светодиодов при различных напряжениях.

 

С добавлением других цветов

Светодиод, который может дать разные цвета полезно в некоторых приложениях. Например, светодиоды могут указывать на все системы OK, когда он становится зеленой, и неисправный, когда он становится красной. Светодиоды, которые могут производить два цвета называются Bicolour (Биколор) светодиодов.

Двухцветный светодиодный охватывает два светодиода (обычно красный и зеленый) в общем пакете. Два кристалла установлены на двух клеммах. Двухцветный светодиодный дает красный цвет, если ток проходит в одном направлении и становится зеленым, когда направление тока меняется на противоположное.

Триколор и многоцветные светодиоды , также доступны, которые имеют два или более кристаллов, заключенных в общий корпус. Трехцветный светодиодный имеет два анода для красного и зеленого кристалла и общим катодом. Таким образом, он излучает красный и зеленый цвета в зависимости от анода, в котором имеется ток. Если оба анода подключены, то светодиоды испускают свет и получается желтый цвет. Общий анод и отдельные светодиоды типа катода, также имеются.

Двухцветный индикатор светится разными цветами , начиная от зеленого через желтый, оранжевый и красный основной на ток, протекающий через их аноды, выбрав подходящий резистор для ограничения тока анода. Многоцветные светодиоды содержат более двух чипов, обычно красного, зеленого и синего чипы-в одном корпусе. Мигание разными цветами светодиодов, теперь доступны с двумя выводами. Это дает радугу цвета, которые являются весьма привлекательным.

Инфракрасный диод — источник Невидимого света

ИК диоды широко используются в удаленном управлении (пульт ДУ). Инфракрасные диоды на самом деле испускают нормальный свет с определенным цветом, который не чувствителен к человеческим глазом, потому что его длина волны 950 нм, ниже видимого спектра. Многие источники, такие как солнце, лампы, даже человеческое тело испускает инфракрасные лучи. Поэтому необходимо, чтобы модулировать излучение от ИК-диода, чтобы использовать его в электронном приложении, чтобы предотвратить ложное срабатывание. Модуляции делает сигнал от ИК-светодиода значительно выше чем шум. Инфракрасные диоды есть в корпусе, которые являются непрозрачным для видимого света, но прозрачна для инфракрасного. ИК-светодиоды широко используются в системах управления.

Инфракрасные диоды

Фотодиод — Он может увидеть свет

Фотодиод генерирует ток, когда его р-п перехода получает фотоны видимого или инфракрасного света. Основная работа фотодиода зависит от поглощения фотонов в полупроводниковом материале. Фото-генерируемых носителей разделены электрическим полем, и в результате фототок пропорционален падающему свету. Скорость, с которой носители движутся в области обеднения связана с силой электрического поля по всему региону и подвижность носителей.

Фотон, который поглощается полупроводником в области обеднения приведет к образованию электронно-дырочной проводимости. Дырки и электроны будут транспортироваться под действием электрического поля к краям области обеднения. После носителей покидают область истощения они идут к клеммам фотодиода, чтобы сформировать фото-ток во внешней цепи. Время отклика фотодиода, как правило, 250 наносекунд .

Фотодиоды

Лазерные диоды

Лазерный диод похож на обычные прозрачные светодиодные, но производит Laserwith высокой интенсивности. В лазерном луче число атомов вибрируют в такой цикле, что всё испускаемое излучение одной длины волны в фазе друг с другом. Лазерный свет является монохроматическим и проходит в виде узкого пучка. Луч типичных лазерных диодов составляет 4 мм х 0,6 мм, которая расширяется только до 120 мм на расстоянии 15 метров.

Лазерный диод может включаться и выключаться на более высоких частотах даже выше, чем 1 ГГц. Так что это весьма полезно в телекоммуникационных системах.Поскольку лазер генерирует тепло на поражение тканей тела, он используется в хирургии, чтобы исцелить поражения в очень чувствительных частей, как сетчатки, головного мозга и т.д. лазерные диоды являются важными компонентами в проигрывателях компакт-дисков, чтобы получить данные, записанные в компакт-дисках.

Лазерные Диоды

Как узнать напряжение светодиода? — РАДИОСХЕМЫ

Простая схема для проверки рабочего напряжения LED приборов. Как и у любого диода, у светодиода есть некоторая барьерная точка, до которой сопротивление диода велико. Но, после достижения напряжением этой точки диод (и светодиод) открывается, — диод проявляет свои свойства односторонней проводимости, а светодиод начинает светиться. Дальнейшее повышение напряжения приводит только к резкому снижению сопротивления диода. Напряжение на нем повышается несильно, но ток возрастает стремительно. Фактически, светодиод стремится стабилизировать напряжение источника на уровне своего барьерного напряжения. Можно сказать, что начинается «борьба» между источником напряжения и светодиодом. При напряжении источника 4,5V и напряжении падения на светодиоде 1,5V идет борьба за 3V. И, при свежей «батарейке», в проигрыше часто оказывается светодиод. Ток через него превышает допустимое значение, и он перегорает. Именно поэтому, в схемах на светодиодах всегда последовательно светодиоду включен токоограничительный резистор. Этот резистор нужен, чтобы на нем «повисли» эти «спорные», в данном случае, 3V, и каждый остался при своем. Так как же измерить «на какое напряжение» светодиод? Если есть мультиметр (или другой вольтметр) можно собрать схему, показанную на рисунке:  Поскольку, сейчас часто встречаются светодиоды на 6 или 7V желательно взять «батарейку» с напряжением 12В и выше. Подключить к ней, через токоограничительный резистор, сопротивлением, например, 1К, светодиод, так чтобы он светился, и измерить на нем напряжение. То, что покажет мультиметр и будет тем самым напряжением, «на которое» этот светодиод. Можно обойтись и без мультиметра, если есть сетевой источник с переключаемым выходным напряжением (например, универсальный сетевой адаптер с выходными напряжениями 1,5V, 3V, 4,5V, 6V, 9V, 12V). Подключаете к нему светодиод через токоограничительный резистор и повышаете напряжение от минимального до тех пор, пока светодиод не загорится. Это и будет, примерно, то напряжение «на которое» этот светодиод.

Напряжение светодиодных ламп | Te4h

Мы привыкли, что лампы накаливания работают от сети с переменным напряжением 220 вольт. Есть, конечно, и другие лампы накаливания, работающие от меньшего напряжения, но и свечение там тоже намного меньше. Здесь можно наблюдать зависимость — чем меньше напряжение светодиодного освещения, тем меньше света получаем от лампы. Но светодиодные лампы работают совсем по-другому. Для светодиода неважно напряжение, сила свечения зависит только от тока, проходящего через диод. В этой статье мы рассмотрим на каком напряжении могут работать светодиодные лампы, а также затронем ток светодиодных ламп.

Содержание статьи:

Напряжение светодиодных ламп

Я думаю что большинство людей давно закончивших школу и не имеющих дела с электричеством еще тогда забыли чем принципиально отличается ток от напряжения. А это желательно понимать.

Во многих книгах для пояснения разницы между током и напряжением проводится аналогия с водопроводной трубой. Но мне не очень нравится это сравнение. Любой предмет, брошенный из определенной высоты будет падать и в определенный момент достигнет поверхности земли. Его притягивает гравитация. Так вот напряжение — это сила, которая заставляет двигаться ток, как и гравитация притягивает предметы. А вот сила тока, если продолжить аналогию, это размер предмета, чем больше, тем сильнее ударит. Гравитация, как и напряжение не убьет если не будет предмета (тока).

А теперь вернемся к светодиодным лампам. Один светодиод или светодиодный чип, это вид полупроводника, который может пропускать ток только в одном направлении. Светодиоды могут работать от напряжения 4-12 Вольт. И даже больше, светодиодам нужно постоянное напряжение для нормальной работы. Но в стандартной электрической сети совсем другие условия.

В светодиодных лампах несколько светодиодов объединяются последовательно в один массив, и все они получают ток светодиодной лампы от общего блока питания. У многих светодиодных ламп, работающих от напряжения сети внутри есть специальное устройство, драйвер, который включает выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный, трансформатор, чтобы снизить очень высокое входящее напряжение, а также, возможно, стабилизационный компонент, чтобы уменьшить колебания тока.

Большинство современных светодиодных ламп, которые предназначены для домашнего использования и промышленности предназначены для напряжения питания 110-220 Вольт. Это достигается путем объединения нескольких чипов, как сказано выше. За остальное понижение напряжения и получение постоянного тока отвечает драйвер, встроенный в каждую лампу.

Но если у такой лампочки нет встроенного драйвера, а вы хотите запустить ее от обычной сети, вам потребуется внешнее устройство, которое будет выполнять те же функции, обеспечит нужное напряжение светодиодных ламп и выпрямит ток светодиодной лампы.

Стандартные настенные адаптеры, рассчитанные для другого оборудования, не подойдут, они не спалят светодиоды, но использовать их не рекомендуется. Они могут вызвать мерцание из-за неправильной светодиодной нагрузки, а также сокращают срок службы лампы. Поэтому нужно использовать драйверы, разработанные только для вашего вида ламп.

В последнее время появились светодиоды, работающие от переменного напряжения. Но так как светодиоды пропускают ток только в одну сторону, по своей природе они все равно остались устройствами, работающими на постоянном токе. В них одна честь диода светится при положительном токе, вторая при отрицательном цикле. Таким образом, мы получаем однородное свечение. Но для таких ламп тоже нужен драйвер, если они не приспособлены для работы от 220 вольт.

Ток светодиодных ламп

Яркость свечения светодиодных ламп зависит от тока, который будет проходить через сам диод. Это позволяет очень легко управлять яркостью таких ламп. Здесь подходит тот же принцип регулировки яркости что и для обычных ламп накаливания, изменяем силу тока — изменяется яркость. Но тут возникает одна проблема, в каждой лампе, которая будет работать от сети переменного напряжения встроен драйвер, который будет препятствовать изменению яркости. Поэтому если драйвер не поддерживает такую опцию регулировать яркость нельзя.

Потребление лампой электричества тоже зависит от тока и пропускаемого напряжения. Сила тока, с которой может работать лампа обычно указана на упаковке. Это может быть от 10-100 мА. Если же не указано и вам нужно знать этот параметр, его очень просто рассчитать по формуле:

I=(Р/U)*1000

Здесь I — это сила тока, P — потребляемая мощность и напряжение. Например, лампа на 220 вольт с потребляемой мощностью 12 Ватт будет иметь силу тока 54 мА. Рассчитанная сила тока может быть ниже, чем указанная на упаковке, потому что некоторые производители указывают на упаковке потребляемую мощность не самой лампы, а светодиода. Кроме светодиода, там есть еще резистор и другие компоненты, которым тоже нужно питание.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели что такое напряжение светодиодных ламп, а также как влияет сила тока на их работу.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оцените статью:

Загрузка…

Об авторе

Администратор te4h.ru, интересуюсь новыми технологиями, криптовалютой, искусственным интеллектом, свободным программным обеспечением и Linux.

Светодиоды, ленты и их питание от ЭТ переменного тока / Хабр

Наверное, не ошибусь, если скажу, что более 90% жителей России знающих, что такое светодиодные ленты, на вопрос «можно ли трансформаторы от „галогенок“ использовать для питания светодиодных лент?» ответят «нет, нельзя!». Самым распространенным объяснением станет банальное «электронный трансформатор – это переменный ток, а светодиодам нужен постоянный». Именно так нам говорят в магазинах, именно такой лейтмотив имеют подавляющее большинство «профессиональных» статей на эту тему, чем, в общем-то, и приучили людей тратить заметно больше денег.

Всегда ли это оправдано и как на самом деле ведут себя светодиоды в самых распространенных СД лентах при питании переменным током мы и попробуем узнать в процессе изложения чтения этой статьи.

Сразу оговорюсь, что для обозначения «светодиод» я и далее буду применять само собой напрашивающееся и вполне естественное сокращение СД и намеренно не буду использовать для этого понятия английскую техническую аббревиатуру LED (Light Emitting Diode). В нашей нынешней стране отсутствие какой либо должной технической подготовки менеджеров и продавцов в магазинах уже привело к замусориванию и появлению таких неестественных для технического языка, юродивых для слуха и ужасных в написании буквосочетаний «леды», «led’ы», «ледовые», или как недавно увидел бегущей строкой — «LEDовые светодиоды». Мало того, что «масло – масляное», я просто вторить и плодить это «словомутие» не хочу…

Идейным источником написания исследования стало давнее желание опровергнуть необоснованные и безаппеляционные утверждения о недопустимости питания СД переменным током. В общем-то спорность этого утверждения наверняка бросается в глаза любому специалисту (а равно и «неспециалисту»), понимающему, что светодиод, хоть и излучает свет, есть прежде всего – ДИОД. А это значит, что излучать под воздействием переменного напряжения он все же будет, но только в свой полупериод.

По сути, нам необходимо будет последовательно ответить на три вопроса:

1) Сможет ли ЭТ «запуститься» при подключении нагрузки в виде полупроводниковых диодов;
2) Если ЭТ запустится, не превысит ли импульсное «переменное» электрическое воздействие допустимых параметров отдельных СД в лент. Если все же превысит, то как долго протянет СД в таких условиях;
3) Какова экономическая эффективность от использования ЭТ в конструкциях освещения на светодиодных лентах.

Итак, полгода назад у меня как раз подвернулся удобный для экспериментов случай.

Мне нужно было осветить пространство в ящиках и тумбах столов моей мастерской. После оборудования кухни в моем распоряжении осталось 1,2 метра одноцветной СД ленты общей мощностью около 17 Вт (Aztech 14Ватт/метр) и один электронный трансформатор от «галогенок» — EAC 12V 20-60Вт, самый распространенный и дешевый, купленный за 74 рубля в июле 2014 года. Для начала, чтобы запустить ЭТ, я нагрузил его обыкновенной галогеновой лампой 20 Вт и затем параллельно подключил все 1,2 метра ленты (Рис. 1). Как и ожидалось, лента зажглась. При этом свечение ленты было равномерным, средней яркости, без какого либо заметного глазу мерцания, что неудивительно, т.к. выходной меандр ЭТ промодулирован по амплитуде малозаметной глазу частой 100Гц. В ходе эксперимента отключение лампы в такой схеме тут же приводило к прекращению свечения СД ленты, что говорило о невозможности запуска ЭТ на одной полуволне напряжения. Тогда я разбил ленту на два участка и включил их встречно-параллельно (Рис.2), что по замыслу должно было обеспечить работу выходного каскада ЭТ на обоих полупериодах. При этом, что бы исключить перекос токов противоположного направления и перегрев выходной обмотки ЭТ от появление постоянной составляющей, я обеспечил равенство (по 8 Вт) количества СД в обоих плечах нагрузки. Сразу после подключения по такой схеме (Рис.2) трансформатор благополучно вышел на режим генерации, а обе светодиодные ленты равномерно зажглись и были оставлены на 1 час, за который ни они, ни сам ЭТ совершенно не нагрелись, что свидетельствовало скорее о вполне нормальных электрических режимах, чем нет.

Итак, ответ на первый вопрос, — запустится ли ЭТ при замене галогеновых ламп на светодиод – положительный. Да, запустится! Если обеспечить встречно-параллельное включение лент как на Рисунке 2.

И забегая вперед …

Забегая вперед, скажу, что как показал дальнейший эксперимент, ЭТ с паспортной минимальной мощностью запуска в 20 Вт, благополучно запускался даже при 10 Вт суммарной светодиодной нагрузки (по 5 Вт в каждом плече).

Идем дальше. Теперь пробуем найти ответ на второй вопрос нашего исследования. Но сейчас нам одних опытов мало, потребуется знание из ТЭРЦиЭ (Теории электро-радиоцепей и элементов), которое в итоге позволит нам предположить: можно ли долговременно питать СД ленты в таком режиме без серьезного ущерба для их долговечности, если вообще рассуждать об ущербе?

Начнем с устройства СД ленты. Лента состоит из соединенных параллельно рабочих участков (Рис.3) из трех излучателей ( обозначены на схеме — E) представляющих собой три отдельных светодиода под общим слоем люминофора. Каждый диод (на схеме — D) излучателя последовательно соединен в триады с диодами из других излучателей и резистором, устанавливающим расчетную рабочую точку диодов (См. Рис. 4).

Резистор в триаде подобран таким образом, что бы при питании от 12 В и расчетной рабочей точке диода Uпр =3,3 В, Iпр = 14 мА на нем гасился избыток напряжения около 2 Вольт.

Между прочим, интересно…

Такая компоновка триады надежна и практична, ибо в случае выхода из строя одиночного СД в триаде, ни один из излучателей полностью не отключится, а продолжит гореть, хоть и с меньшей на треть яркостью. Можно конечно создать триаду на базе одиночного излучателя (и такие ленты встречаются в продаже). В них, рабочим участком определяющим её нарезку будет фрагмент с одиночным излучателем и резистором, но в таком случае, выход из строя одиночного СД в триаде приведет к потере свечения целым излучателем, что будет сразу заметно в любом светильнике.

Покопавшись у производителей SMD светодиодов несложно найти и электрические параметры примененных СД:

Для полноты полученного исследования я дополнительно снял вольтамперную характеристику (ВАХ) рабочего участка ленты (Рис.5), а и путем несложного пересчета получил ВАХ для отдельного СД (Рис.6).

Надеюсь вы…

Надеюсь вы не сомневаетесь, что это можно было сделать и физически, и результаты бы совпали.

Рис.5

Рис.6

Приведенные на рисунках ВАХ не требуют дополнительных пояснений. Добавлю только, что при напряжении менее 2,35 В на отдельном СД его свечение полностью отсутствует, что соответствует напряжению питания рабочего участка около 7 В., а напряжение питания в 15,5 Вольт на ленте является полностью безопасным, т.к. ток через отдельный светодиод не превышает нормальных эксплуатационных 30 мА.

Однако все эти численные выражения рабочих параметров актуальны только для постоянного тока. Мы собираемся испытывать диод при воздействии переменного напряжения, т.е. импульсного напряжения разных направлений. Однако при таком питании предельно допустимые значения токов и напряжений на диоде могут быть в разы, а то и в десятки раз больше пределов для постоянного тока (это общеизвестно и сомневающиеся менеджеры могут почитать лекции по ТЭРЦ) – все зависит от длительности и периодичности воздействия. Но вот беда: выходное напряжение ЭТ имеет достаточно сложную форму, что не позволяет математически достоверно описать его в пределах данной статьи, а ТТХ на светодиоды не снабжены разделом абсолютных значений для импульсных режимов работы. Хотя там, правда, имеется один параметр (Iпр имп), но для какой длительности импульса он актуален – не ясно, для какой скважности воздействия это применимо, тоже можно только догадываться.

Все дело в том….Все дело в том, что p-n переход полупроводника при работе от переменного (импульсного) тока работает с переменной нагрузкой. Токовые периоды, вызывающие нагрев и работу светодиода по излучению световых волн сменяются паузами покоя (при которых ток через переход не течет) и в которых полупроводник остывает. И вопрос здесь уже не столько в абсолютном значении тока через полупроводник, а сколько в том, успеет ли полупроводник в период безтоковой паузы остыть настолько, что бы скомпенсировать нагрев произошедший в токовый период. Т.е. не допустить теплового пробоя.
Здесь, я хочу напомнить «физику» отказа полупроводника. Это нам позволит понять суть происходящих процессов. Она, физика, в общем-то известна, но все же своими словами: долговечность любого прибора определяется его отказоустойчивостью. Отказы диодов при штатной эксплуатации происходят в случае теплового, либо электрического пробоя.

Электрический пробой, как правило, возникает при превышении допустимого обратного напряжения (Uобр). При этом диод теряет свойство односторенней проводимости и начинает проводить в обе стороны. В большинстве случаев электрический пробой обратим и работоспособность прибора восстанавливается.

А вот тепловой пробой, напротив, необратим и возникает при избыточном токе прямого (реже обратного, возникшего уже после электрического пробоя) направления и влечет за собой разрушительного изменения в кристалле полупроводника в результате сильного локального перегрева p-n перехода, неспособного пропустить через себя большое количество заряженных частиц.

Суть здесь такова, что пока не созданы условия для возникновения теплового пробоя – полупроводник работает. Повторюсь, что в общем то не важно какое абсолютное значение имеет ток через него протекающий. Он может быть очень большим! Главное, что бы наш диод не успел перегреться. В паспорте на любой диод указываются два максимально допустимых параметра: Максимальный прямой ток Iпр mzx и Максмальное обратное напряжение U обр макс, для длительного воздействия постоянным током, которые при стандартных условиях эксплуатации гарантированно не приведут ни к электрическому, ни к тепловому пробою.

Поэтому для исследования степени воздействия переменного напряжения ЭТ на светодиоды мы оттолкнемся от постулата, что любое длительное импульсное воздействие тока можно привести к такому значению постоянного тока, при котором работа, совершаемая светодиодом под воздействием импульсного тока, будет идентична работе при постоянно токе.

Как же мы оценим производимую светодиодом работу? Да очень просто. Светодиод под действием протекающего через него тока совершает работу по выделению световой энергии и тепловой. А эти два параметра мы как раз очень легко можем замерить и сравнить для обоих видов тока, а значит определить, как сильно нагружает светодиод выходное напряжение ЭТ по сравнению со стандартным 12 В стабилизатором.

Для оценки световой энергии излучаемой отдельным рабочим участком СД ленты я снял зависимость освещенности от напряжения питания. Освещенность замерялась на расстоянии 10 см от излучателей (Рис 7).

Рис.7

Таким образом, на данном этапе, у нас все готово для того, что бы получить ответ на второй и третий вопросы нашего исследования.
Приступим.

Для начала исследуем выходное напряжение нашего ЭТ:

Рис.8

Сразу скажу, что использовать бытовой электронный тестер-ампервольтметр для измерения амплитуды напряжения такой формы нельзя. Он рассчитан на измерение строго гармонического колебаний, а в нашем случае он будет очень сильно врать, ибо мы имеем дело с переменным импульсным напряжением промодулированным по амплитуде током удвоенной промышленной частоты. Частота модуляции 100 Гц, частота заполнения: 10КГц – двунаправленный меандр, амплитуда сигнала Uа = 18 Вольт. Отдельных выбросов амплитудой более 18 В осциллограф не зафиксировал. Так как заполнение меандр, то действующее значение напряжения будет целиком подчиняться закону модулирующего сигнала, а поэтому в нашем случае Uдейст =Uа/√2= 18/1,41 = 12,7В. Именно поэтому в паспорте на ЭТ указано, что выходное напряжение составляет ~12В.

Глядя на эпюры и сопоставляя их с ТТХ и ВАХ становится ясно, что при действии прямого тока на СД, мы едва ли выйдем за пределы допустимых параметров. Заявленный предельный прямой импульсный ток для одиночного СД в 60 мА достижим только при Uпр > 3,9 В, т.е. при напряжении питания на ленте более 20 В (см. вольт-амперные характеристики), но таких значений мы, как видим все равно не достигаем. С другой стороны, легко видно, что длительность воздействия напряжения свыше упомянутых и совершено безопасных 15,5 В (при которых ток через СД не более 30 мА) составляет не более 8% от общего времени питания от рассматриваемого ЭТ. Думаю едвали это опасно для СД. Ок. Запомним. Проверим чуть позже.
Теперь прикинем, не выйдем ли мы за пределы допустимого обратного напряжения и при воздействии обратного полупериода напряжения. В этом случае сопротивлением R в триаде можно пренебречь, Uа (18В) равномерно распределится по СД в триаде, и амплитудное значение напряжения на диода составит 6 В, что больше заявленных 5В. Но, длительность превышения опять не превысит 8% от общего времени работы СД, и второе, что меня очень сильно смутило, это то, что допустимое обратное напряжение, во всех даташитах как то уж очень подозрительно одинаково для разных серий светодиодов. Оно всегда равно 5В. Ок. Запомним и это и начнем подводить первые итоги.

Итак, теоретически, при прямом полупериоде мы не должны превысить прямых токов для СД, а при обратном полупериоде, превышение заявленного допустимого обратного напряжения мало, — как по продолжительности воздействия, так и по абсолютному значению.

Ну что, же теперь пора проверить наши выводы на практике. Давайте практически оценим световую и тепловую отдачу. Если свет и тепло выделяемые лентой не превысят тех, что выделяются при питании от стандартного источника питания для СД лент, то значит наш положительный теоретический вывод будет подтвержден.

Запитав ленту от ЭТ встречно параллельно измеряем светоотдачу единичного рабочего участка ленты из трех излучаетелей и сравниваем значения с характеристикой на Рис. 7. Люксметр фиксирует значения на уровне 970-990 люкс, что соответствует питанию ленты от источника напряжения чуть ниже 10 В!!! Нагрев ленты оказался ничтожны и через 1 час работы не превысил 35 градусов Цельсия, при температуре окружающего воздуха 25°C. В аналогичных условиях, но при питании постоянным током Uпр=12В, лента нагревалас до 49°C, а создаваемая освещенность составляла около 2000 Люкс. Эти результаты совершенно однозначно говорят о том, что несмотря на все маркетологические увещевания, полупроводник при питании от ЭТ работает в недогруженном режиме и ожидать его скорой смерти едва ли приходится. Кстати, посмотрев на Рис. 9, и произведя замеры площадей фигур светло синего и кирпичного цветов можно понять, почему именно СД светятся так, будто питаются от 10В. Дело в том, что светло-синяя фигура характеризует условия, при которых СД лента совершает полезную работу (помним, что это происходит при Uпит > 7 Вольт). Светло-коричневая фигура за вычетом светло-синей – это условия, при которых СД лента простаивает – не работает! Соотношение их площадей как раз 10 к 8. Все сходится, однако, хе-хе.

Рис.9

И тем не менее, на фоне положительного ответа второй вопрос нашего исследования, мысль о пусть и незначительном, но все же превышении допустимого обратного напряжения мне не давала покоя. Короче, я решил по жесткому: подключил ленту к источнику постоянного тока и плавно увеличивая обратное напряжение стал ожидать, когда же миллиамперметр зафиксирует электрический пробой. Доведя обратное напряжение на отдельном светодиоде почти до 20 Вольт я так и не добился пробоя. Обратный ток при этом не превышал 15 мкА. Оставив все это дело почти на сутки – я убедился, что ничего с излучателями не случилось, а уж видимо от коротких импульсных воздействий 6В против 5В и подавно ничего не должно произойти в обозримой перспективе.

Конечно, надо признать….

Конечно, я признаю, что это, пожалуй, самый спорный момент в моём исследовании, но практический результат, есть опыт более ценный, чем математические расчеты. Ведь опыт есть отражение сути, а теория это всего лишь попытка эту суть просчитать в мозгах.

Выводы и ответ на третий вопрос

Использовать ЭТ от галогенок для питания светодиодных лент можно и похоже это вовсе не скажется на долговечности работы СД лент и источников света. Скорее даже наоборот скажется, но служить они будут дольше. Наверное. Пока получается, что так. Незабудьте только про встречно параллельное включение и равенство плеч.

Теперь главный вопрос не в том, что — можно ли? Вопрос в том, — А стоит ли?
Ответ следующий – если вы собираете смонтировать систему освещения с нови, то наверное не стоит. Так дешевизна ЭТ будет перекрыта покупкой большего количества, либо большей мощности светодиодов, ведь при 10 В световой поток создаваемый СД лентой в два раза меньше того, что имеем при 12В (см. Рис. 7)

Питание от ЭТ оправдано в случаях, когда:

• — у вас уже есть действующее световое решение на галогенках, и вам хотелось бы без дополнительных затрат на БП и лишних проводов поставить еще и светодиоды. У меня, например, так на кухне сделано;
• — у вас остались незадействованные ЭТ (коих сейчас будет высвобождаться все больше и больше), а требования к мощности планируемого освещения не велики;
• — когда у вас созрело решение заменить галогеновые лампы на светодиодные, а изменения в проводку внести по каким то соображениям не получается.

Спасибо.
Vink01

Как яркость светодиода зависит от тока?

Области науки	Электричество и электроника
Сложность
Требуемое время	Короткая (2-5 дней)
Предварительные требования	Понимание закона Ома.
Наличие материалов	Специальные предметы
Стоимость	В среднем (50 — 100 долларов)
Безопасность	Нет проблем

Абстрактные

Светодиоды (светоизлучающие диоды) — это электронные компоненты, которые преобразуют часть проходящей через них электрической энергии в свет.Как интенсивность излучаемого света зависит от тока, протекающего через светодиод? Чтобы выяснить это, вы построите несколько простых схем для изменения тока, протекающего через светодиод. Вы также создадите простую схему преобразователя света в напряжение для измерения мощности светодиода.

Объектив

Цель этого проекта — измерить светоотдачу светодиода как функцию тока, протекающего через светодиод.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Планируете ли вы сделать проект от Science Buddies?

Вернитесь и расскажите нам о своем проекте, используя ссылку «Я сделал этот проект» для выбранного вами проекта.

Вы найдете ссылку «Я сделал этот проект» на каждом проекте на веб-сайте Science Buddies, так что не забудьте поделиться своей историей!

Кредиты

Эндрю Олсон, доктор наук, приятели науки
Мишель Марановски, доктор наук, друзья науки

Цитируйте эту страницу

Здесь представлена ​​общая информация о цитировании.Обязательно проверьте форматирование, включая использование заглавных букв, для метода, который вы используете, и обновите цитату по мере необходимости.

MLA Стиль

Сотрудники Science Buddies. «Как яркость светодиода зависит от тока?» Друзья науки , 11 июля 2020, https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p037/electricity-electronics/how-does-led-brightness-vary-with-current. По состоянию на 22 августа 2020 г.

APA Style

Сотрудники Science Buddies.(2020, 11 июля). Как яркость светодиода зависит от тока? Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p037/electricity-electronics/how-does-led-brightness-vary-with-current

Дата последнего редактирования: 11.07.2020

Введение

Все современные электронные устройства, такие как компьютеры, портативные видеоигры и MP3-плееры, основаны на компонентах, изготовленных из материалов, называемых полупроводниками .Полупроводники имеют промежуточные свойства между проводниками и изоляторами. Например, диоды — это полупроводниковые устройства, которые позволяют току течь только в одном направлении. В прямом направлении диоды действуют как проводники. В обратном направлении диоды действуют как изолятор.

Светодиод (светоизлучающий диод) — это особый вид диодов, излучающих свет (см. Рисунок 1).

Рисунок 1. Красный светодиод (вверху). Более длинный вывод — это анод (+), а более короткий вывод — это катод (-).На схематическом изображении светодиода (внизу) анод находится слева, а катод — справа (Hewes, 2006).

Когда ток течет через диод в прямом направлении, часть электрической энергии преобразуется в свет определенного цвета (например, с длиной волны ). Цвет света зависит от материала, из которого изготовлен полупроводник. Светодиоды доступны во многих различных цветах.

По мере увеличения тока через светодиод увеличивается яркость.Обычно рекомендуемый ток для светодиода составляет 20 миллиампер (мА) или меньше. Выше этого значения срок службы светодиода значительно сократится. Значительно выше этого значения светодиод катастрофически выйдет из строя. Катастрофический отказ может быть определен как когда светодиод больше не светится.

Чтобы поддерживать ток светодиода на рекомендуемом уровне рабочего тока или ниже, светодиоды обычно подключаются в серии с токоограничивающим резистором , как показано на рисунке 2.В этой схеме положительный полюс батареи подключен к резистору. Резистор включен последовательно с анодом светодиода. Катод светодиода подключается к отрицательной клемме аккумулятора. В этом случае батарея обеспечивает 9 В последовательной комбинации резистора и светодиода.

Рис. 2. Принципиальная схема светодиода, включенного последовательно с резистором 1 кОм и батареей на 9 В. (Hewes, 2006).

Падение напряжения на светодиоде составляет около 2 В (за исключением синих или белых светодиодов, где падение напряжения составляет около 4 В).Это означает, что для включения светодиода и создания пути прохождения тока требуется 2 В. Падение напряжения определяется как потеря напряжения на компонентах электрической цепи. Из имеющихся 9 В 2 В требуется для включения светодиода. Таким образом, на резисторе остается 7 В. Представьте схему как водопадную петлю. В верхней части водопада доступно напряжение 9 В. На резистор падает 7 вольт, на светодиод — 2 В. Затем ток течет по петле. Согласно закону Ома, ток I через резистор будет В, / R = 7 В / 1 кОм = 7 мА.

На рис. 3 показано, как использовать закон Ома для расчета резистора какого размера необходимо для ограничения тока через светодиод до желаемого значения. Падение напряжения на резисторе будет равно напряжению питания за вычетом падения напряжения на светодиоде (или, V _S — V _L ). Затем вы можете использовать закон Ома для расчета сопротивления R , необходимого для получения желаемого тока, I :

.

R = ( V _S — V _L ) / I .

Итак, если напряжение питания 9 В, какой резистор вам понадобится для тока 20 мА? R = (9 — 2) / 0,02 А = 350 Ом. Для получения дополнительной информации и набора онлайн-калькуляторов см. Ссылки на светодиоды в разделе «Библиография» (Hewes, 2006; Ngineering, 2003). Вы также можете прочитать более общую справочную информацию об электричестве в Учебнике по электричеству, магнетизму и электромагнетизму Science Buddies.

Диаграмма объясняет, как стартовое напряжение батареи теряет некоторое значение вольт для светодиодной лампы при прохождении через нее, и чтобы вычислить напряжение, идущее на резистор, вы должны вычесть напряжение, потерянное на светодиоде, из пускового напряжения батареи.

Рисунок 3. Схематическая диаграмма, показывающая, как использовать закон Ома для расчета правильного значения для токоограничивающего резистора (Hewes, 2006).

В этом проекте вы создадите две схемы : схему светодиода и схему преобразователя света в напряжение. Вы будете использовать множество различных резисторов, последовательно соединенных со светодиодом, чтобы создавать светодиодные схемы с меньшими и большими токами. Вы будете использовать простую схему преобразователя света в напряжение для измерения выходной мощности светодиода.Как мощность светодиода изменится в зависимости от тока?

Термины и понятия

Для выполнения этого проекта вам следует провести исследование, которое позволит вам понимать следующие термины и концепции:

• полупроводник
• диод
• светодиод (LED)
• анод
• катод
• напряжение ( В )
• ток ( I )
• сопротивление ( R )
• резистор
• серии
• падение напряжения
• Закон Ома ( В = IR , или I = В / R , или R = В / I )
• контур
• короткое замыкание

Примечание: Многие из этих терминов и концепций обсуждаются в учебнике Science Buddies Electronics Primer.

Вопросы

• У вас есть источник напряжения 4,5 В, подключенный последовательно с резистором 470 Ом и стандартным красным светодиодом. Предполагая, что падение напряжения на светодиоде составляет 1,7 В, сколько тока вы ожидаете, протекающего через цепь?
• Какое сопротивление вам потребуется в приведенной выше цепи для выработки тока 20 мА?

Библиография

На этой странице вы можете построить виртуальные схемы с батареями и резисторами, а затем проверить свою схему, нажав выключатель, чтобы зажечь лампочку.При слишком большом токе виртуальная лампочка перегорает, при слишком низком токе лампа не загорается. Когда вы получаете правильный ток, лампочка ярко светится.

• Физический факультет Орегонского университета. (нет данных). Закон Ома. Проверено 15 апреля 2014.
.

На этих веб-страницах есть полезная информация о светодиодах: Это техническое описание преобразователя света в напряжение TSL257: На этой веб-странице показано, как определить номинал резистора по цветным полосам:

• Джимблом (сущ.г.). Резисторы. SparkFun Electronics. Проверено 16 марта 2018.
.

На следующих веб-сайтах обсуждаются основы теории схем.

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютерный алгоритм сопоставления предлагает указанные выше статьи. Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, смешные или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей

Методика эксперимента

Примечание перед началом: Этот проект научной ярмарки требует подключения одно или несколько устройств в электрической цепи.Базовую помощь можно найти в Электроника Праймер. Однако, если у вас нет опыта сборки электрические схемы, возможно, вам будет полезно иметь кого-то, кто сможет ответить на вопросы и поможет устранить неполадки, если ваш проект не работает. Учитель естествознания или родитель может быть хорошим ресурсом. Если вам нужно найти другого наставника, попробуйте найти кого-то, у кого есть хобби, например, робототехника, электроника или сборка и ремонт компьютеров. Возможно, вам также придется продвигаться к этому проекту, начав с проекта электроники, который имеет более низкий уровень сложности.Создание схемы обнаружения света

1. Схема очень простая. Преобразователь света в напряжение представляет собой интегрированный корпус, содержащий фотодиод и усилитель. Показана функциональная блок-схема.

Ток, генерируемый преобразователем света в напряжение, подключается к операционному усилителю, который вырабатывает выходное напряжение в зависимости от интенсивности света, попадающего на датчик отношения света к напряжению.

Функциональная блок-схема преобразователя света в напряжение
(TAOS, Inc., 2006).

Свет (обозначен стрелками) освещает фотодиодный датчик и генерирует ток. Операционный усилитель (или «операционный усилитель», обозначенный на схеме большим треугольником) вырабатывает выходное напряжение, которое пропорционально интенсивности света, освещающего фотодиод.

2. Вставьте 3 батареи в первый батарейный блок.
3. Показан чертеж фактического компонента. Круглое окно содержит светочувствительную область. Компонент имеет три контакта, как показано.
   1. Контакт 1 должен быть заземлен (черный провод от держателя батареи).
   2. Контакт 2 должен быть подключен к положительному источнику питания (красный провод от держателя батареи). Напряжение питания должно быть от 2,5 до 5,5 В постоянного тока, поэтому вы можете использовать 2 или 3 батарейки АА.
   3. Контакт 3 — это выходное напряжение, сигнал, пропорциональный количеству света, падающего на датчик.

Преобразователь света в напряжение — это датчик квадратной формы, из которого выходят три вывода: один для заземления, средний для подачи питания и последний для выходной мощности.

Чертеж корпуса преобразователя света в напряжение (TAOS, Inc., 2006).

4. Вот принципиальная схема полной схемы. Помимо преобразователя света в напряжение есть еще только один компонент: резистор 10 кОм (R _L ). Подключите резистор от контакта 3 к земле, как показано.

Подробная принципиальная схема показывает, как и где каждый вывод преобразователя света в напряжение подключается к операционному усилителю и резистору, подключенному к третьему выходному выводу, для измерения падения напряжения.

Схема преобразователя света в напряжение
(TAOS, Inc., 2006).

1. Выходным сигналом является падение напряжения на резисторе 10 кОм. Для считывания выходных данных используйте один зажим типа «крокодил» для подключения положительного вывода резистора к красному щупу цифрового мультиметра, а другой зажим — для подключения заземленного вывода резистора к черному щупу цифрового мультиметра. Настройте цифровой мультиметр на измерение постоянного напряжения.
2. Постройте схему на макетной плате. Вы можете узнать, как использовать макетную плату, в справочнике Science Buddies «Как использовать макетную плату».
   1. Возьмите два 2-дюймовых отрезка провода и снимите пластик с обоих концов обоих отрезков. Также сделайте три отрезка проволоки длиной 1 дюйм и снимите пластик с концов.
   2. Используйте провода длиной 2 дюйма для подключения каждой клеммы к шине питания. Подключите красный провод от аккумуляторной батареи к красной клемме, а черный провод к черной клемме. Красный указывает на положительный или «горячий» конец батареи, а черный — на «холодный» конец батареи или заземления. Используйте два для подключения каждой клеммы к шине питания.
   3. Теперь вставьте преобразователь света в напряжение в макетную плату. Вставьте каждую булавку в отдельный столбец на макете. Следуйте инструкциям на шаге 4, чтобы правильно подключить преобразователь. Подключите положительную шину питания к колонке с помощью провода диаметром 1 дюйм. Вставьте штифт питания, средний штифт преобразователя в тот же столбец.
   4. Подключите заземляющий провод от аккумуляторной батареи к другой стойке. Вставьте заземляющий контакт преобразователя в ту же колонку.
   5. Теперь подключите один конец резистора к выходному контакту преобразователя.Другими словами, вставьте оба контакта в один столбец. Затем подключите другой конец резистора к столбу заземления. Для этого вам может понадобиться несколько 1-дюймовых проводов.
3. Проверьте цепь с помощью цифрового мультиметра (DMM). Если вам нужна помощь с использованием мультиметра, ознакомьтесь со справочником Science Buddies «Как пользоваться мультиметром». Используйте зажимы для подключения цифрового мультиметра к резистору 10 кОм и настройте цифровой мультиметр на считывание постоянного напряжения (максимальный сигнал будет около 5 В). Когда вы светите фонариком прямо на датчик, ваш цифровой мультиметр должен показывать от 1 до 5 В (в зависимости от яркости фонарика и того, насколько близко он находится к датчику).Когда вы закрываете датчик, показания цифрового мультиметра должны быть близки к 0 В.

Создание светодиодной схемы

1. Схема светодиода очень проста. Как обсуждалось во введении, вы всегда должны использовать токоограничивающий резистор последовательно со светодиодом.
2. Поместите 3 батареи во второй держатель батарей.
3. С помощью зажима соедините красный провод держателя батареи с одним выводом резистора 150 Ом.
4. Используйте зажим с зажимом, чтобы подсоединить другой вывод резистора к более длинному проводу (аноду) светодиода.
5. Осторожно согните концы проводов светодиодов друг от друга, чтобы провода с зажимом не случайно замкнули цепь.
6. Используйте зажим с зажимом для подсоединения более короткого провода (катода) светодиода к черному проводу держателя батареи. Это оно!

Измерение светового потока светодиодов

1. Стараясь не отсоединять провода зажима, расположите светодиод так, чтобы его верхняя часть была направлена ​​прямо на окошко датчика преобразователя света в напряжение.
2. Проверьте значение напряжения на цифровом мультиметре, который подключен к резистору 10 кОм в цепи обнаружения света.Если светодиод находится слишком близко, он приведет к максимальному срабатыванию схемы обнаружения света (около 4,5 В, с 3 батареями AA). Мы говорим, что ответ насыщен , потому что детектор не может увеличить свою мощность, если он обнаруживает больше света. Вы хотите избежать этого условия, потому что, если датчик находится в режиме насыщения, вы не получите точных показаний интенсивности светодиода. Отодвиньте светодиод от детектора до тех пор, пока показание напряжения на цифровом мультиметре не начнет падать.
3. Измерьте расстояние между светодиодом и детектором или, еще лучше, зафиксируйте светодиод на месте.Вы хотите, чтобы светодиод находился на той же высоте, что и окно детектора, так, чтобы верхняя часть светодиода была обращена прямо к окну. Расстояние между светодиодом и детектором должно быть одинаковым для всех ваших измерений.
4. Запишите показание напряжения на цифровом мультиметре в лабораторном ноутбуке.
5. Заменить резистор в цепи светодиода. Поменяйте местами резистор 150 Ом и замените его резистором 330 Ом.
6. Установите светодиодный индикатор на точно такое же расстояние от датчика, снова измерьте и запишите показания напряжения на цифровом мультиметре.
7. Повторите действия для каждого резистора (150 Ом – 2,7 кОм).
8. Удалите первый светодиод из цепи светодиода и замените новым светодиодом. Повторите шаги 1–7, заменив новую светодиодную цепь точно в том же месте, что и старая светодиодная цепь. Запишите все свои показания в лабораторный блокнот.

Измерение тока светодиода

1. Вам также необходимо измерить ток в цепи светодиода с помощью каждого из различных резисторов (150–2,7 кОм). Если у вас два цифровых мультиметра, вы можете использовать один для измерения напряжения в цепи детектора света, а другой — для измерения тока в цепи светодиода.Если у вас один цифровой мультиметр, вам придется проводить измерения тока отдельно.
2. Для измерения тока последовательно подключите цифровой мультиметр с резистором и светодиодом.
   1. С помощью зажима соедините красный провод держателя батареи с одним выводом резистора 150 Ом.
   2. Используйте зажим с зажимом, чтобы подсоединить другой вывод резистора к более длинному проводу (аноду) светодиода.
   3. Осторожно согните концы проводов светодиодов друг от друга, чтобы провода с зажимом не случайно замкнули цепь.
   4. Используйте зажим с зажимом для подсоединения более короткого провода (катода) светодиода к красному щупу цифрового мультиметра. Обратите внимание, что некоторые цифровые мультиметры имеют отдельные гнезда для красного щупа для считывания тока и напряжения. Убедитесь, что красный щуп находится в правильном гнезде для считывания тока.
   5. Используйте зажим с зажимом для соединения черного щупа цифрового мультиметра с черным проводом держателя батареи.
   6. Настройте цифровой мультиметр на считывание постоянного тока в диапазоне 200 мА. (Для резисторов> 150 Ом вы, вероятно, захотите переключиться на диапазон 20 мА.)
3. Запишите текущее показание для каждой цепи в лабораторной записной книжке.
4. Повторите шаги 1–3 для второго светодиода, который вы использовали в предыдущем разделе.

Анализ ваших результатов

1. Постройте график зависимости интенсивности светодиода, выраженной как выходное напряжение схемы обнаружения света (ось y), от тока светодиода в миллиамперах (ось x) для обоих протестированных светодиодов.
2. Какая связь между током светодиода и силой света? Как меняется интенсивность света между светодиодами?

.

Если вам нравится этот проект, возможно, вам понравятся следующие родственные профессии:

Электрик

Электрики — это люди, которые подводят электричество к нашим домам, школам, предприятиям, общественным местам и улицам, освещая наш мир, поддерживая комфортную температуру в помещении и питая телевизоры, компьютеры и всевозможные машины, которые делают жизнь лучше.Электрики устанавливают и обслуживают электропроводку и оборудование, проводящее электричество, а также ремонтируют электрические машины. Читать далее

Инженер по электротехнике и электронике

Подобно тому, как гончар лепит глину, а сталелитейщик лепит расплавленную сталь, инженеры-электрики и электронщики собирают и формируют электричество и используют его для изготовления изделий, передающих энергию или информацию.Инженеры-электрики и электронщики могут специализироваться на одном из миллионов продуктов, которые производят или используют электричество, например, на сотовых телефонах, электродвигателях, микроволновых печах, медицинских инструментах, навигационной системе авиакомпаний или портативных играх. Читать далее

Техник-электрик

Техники-электрики помогают проектировать, тестировать и производить электрическое и электронное оборудование.Эти люди являются частью команды инженеров и ученых-исследователей, которые поддерживают и развивают наш мир высоких технологий. Читать далее .Полярность

— learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 39

Полярность диодов и светодиодов

Примечание: Мы будем иметь в виду поток тока, относящийся к положительным зарядам (то есть условному току) в цепи.

Диоды позволяют току течь только в одном направлении, и они всегда поляризованы . У диода два вывода. Положительная сторона называется анодом , а отрицательная — катодом .

Обозначение диодной цепи с маркировкой анода и катода.

Ток через диод может течь только от анода к катоду, что объясняет, почему важно, чтобы диод был подключен в правильном направлении. Физически каждый диод должен иметь какую-то индикацию анода или катода. Обычно диод имеет линию рядом с выводом катода , которая соответствует вертикальной линии в символе схемы диода.

Ниже приведены несколько примеров диодов. Верхний диод, выпрямитель 1N4001, имеет серое кольцо возле катода. Ниже на сигнальном диоде 1N4148 используется черное кольцо для маркировки катода. Внизу находится пара диодов для поверхностного монтажа, каждый из которых использует линию, чтобы отметить, какой вывод является катодом.

Обратите внимание на линии на каждом устройстве, обозначающие сторону катода, которые соответствуют линии на изображении выше.

Светодиоды

LED означает светоизлучающий диод , что означает, что, как и их диодные собратья, они поляризованы.Есть несколько идентификаторов для поиска положительных и отрицательных контактов светодиода. Вы можете попробовать найти более длинную ногу , которая должна указывать на положительный анодный штифт.

Или, если кто-то подрезал ножки, попробуйте найти плоский край на внешнем корпусе светодиода. Контакт, ближайший к плоскому краю , будет отрицательным катодным контактом.

Могут быть и другие индикаторы. Диоды SMD имеют ряд идентификаторов анода / катода. Иногда проще всего проверить полярность с помощью мультиметра.Установите мультиметр в положение диода (обычно обозначается символом диода) и прикоснитесь каждым щупом к одной из клемм светодиода. Если светодиод горит, положительный зонд касается анода, а отрицательный зонд касается катода. Если он не загорается, попробуйте поменять местами зонды.

Полярность крошечного желтого светодиода для поверхностного монтажа проверяется мультиметром. Если положительный вывод касается анода, а отрицательный — катода, светодиод должен загореться.

---

Диоды, конечно же, не единственный поляризованный компонент. Есть масса деталей, которые не будут работать при неправильном подключении. Далее мы обсудим некоторые другие распространенные поляризованные компоненты, начиная с интегральных схем.

---

← Предыдущая страница
Что такое полярность? .

Как работает светодиод 5 мм?

Светоизлучающие диоды (светодиоды) повсюду вокруг нас. Они есть в наших домах, в наших машинах, даже в наших телефонах. Светодиоды бывают разных форм и размеров, что дает дизайнерам возможность адаптировать их к своему продукту. Каждый раз, когда загорается что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним находится светодиод. Их низкое энергопотребление и небольшие размеры делают их отличным выбором для многих различных продуктов, поскольку их можно более плавно интегрировать в дизайн, чтобы сделать его в целом лучшим устройством.

Раньше мы обсуждали светодиоды высокой яркости, но в этом посте мы сосредоточим наше внимание на светодиодах 5 мм или светодиодах со сквозными отверстиями. Это типы светодиодов, которые, вероятно, будут использоваться в вашей небольшой электронике в качестве светового индикатора или чего-то в этом роде. 5-миллиметровые светодиоды потребляют гораздо меньше тока, чем светодиоды высокой яркости, 20 мА по сравнению с минимум 350 мА для мощных светодиодов. Если вы следили за нашим оригинальным постом Mastering LEDs, вы должны знать: больше тока = больше света.Таким образом, очевидно, что эти 5-миллиметровые светодиоды будут скорее акцентным светом для очень маленьких помещений. Именно для этого предназначены 5-миллиметровые светодиоды, их можно использовать вместе в большом массиве для создания знака или какой-то матрицы, или их можно использовать сами по себе, чтобы сделать небольшой индикатор или один из этих крошечных фонариков на цепочке для ключей. .

5-миллиметровые светодиоды

очень полезны, так как они легко питаются от небольшого источника питания и служат долгое время. Это упрощает включение их во многие электронные устройства или установку ламп там, где они обычно не могут быть установлены.Название 5mm LED происходит от их размеров: эпоксидный корпус наверху имеет диаметр около 5 мм. Эти сверхмалые источники света просты в использовании, но мы не можем упускать из виду некоторые этапы настройки нашей светодиодной схемы.

5 мм LED Basics

Светодиод — это вариант основного диода. Диод — это электронный компонент, который проводит электричество только в одном направлении. Диоды имеют так называемое номинальное прямое напряжение, которое определяет минимальную разницу напряжений между анодом (+) и катодом (-), чтобы позволить электронам течь (аааа..сладкое электричество). Светодиод в основном такой же, как диод, с ключевым отличием, что он генерирует свет, когда течет электричество.

5-миллиметровые светодиоды

— это светодиоды, которые удерживают матрицу на стойке наковальни, заключенной в эпоксидный купол для защиты. Затем соединения выполняются через две ножки или штыри, выходящие из нижней части. Как мы уже упоминали, диод пропускает поток только в одном направлении. Это делает очень важным различать положительную сторону (анод) и отрицательную сторону (катод).Со светодиодами 5мм это просто, заметили, что ножки разной длины? Более длинная ветвь — это анод, а более короткая из двух — катод. Если ваши ножки подрезаны или у вас есть производитель, который делает их такого же размера, обычно есть плоское пятно вокруг обода 5-миллиметрового корпуса со стороны катода (см. Ниже).

Убедитесь, что вы всегда подключаете положительный полюс батареи / источника питания к аноду, а отрицательный или заземляющий — к катоду. Это гарантирует, что полярность будет совпадать, и при наличии достаточного входного напряжения будет течь электричество, и ваш 5-миллиметровый светодиод загорится.Если вы подключите его в обратном направлении, ничего не произойдет, и цепь останется замкнутой. Чтобы убедиться, что у вас достаточно мощности для светоизлучающего диода, есть два основных параметра, на которые следует обратить внимание при рассмотрении технических характеристик светодиодов: прямое напряжение и прямой ток.

Напряжение светодиода 5 мм

Каждый светодиод должен указывать «прямое напряжение», которое определяет величину напряжения, необходимого для проведения электричества и получения света. Если вы попытаетесь подать что-то меньшее, чем это количество, светодиод останется открытым и непроводящим.Как только напряжение, падающее на светодиоде, достигнет прямого напряжения, ваш светодиод загорится. Если у вас несколько последовательно соединенных светодиодов, вы должны учитывать сумму их номинальных значений прямого напряжения.

Давайте взглянем на один из наших стандартных синих светодиодов 5 мм. Теперь мы можем легко увидеть в технических характеристиках на странице продукта, что светодиод имеет прямое напряжение около 3,4 В. Итак, мы берем этот светодиод и пытаемся подключить его к батарее AA, светодиод что-нибудь сделает? Батарейки AA имеют номинальное напряжение только 1.5V так что нет, нам не хватает напряжения для проведения электричества. Однако, если мы последовательно добавим еще одну батарею AA, наше напряжение будет 3 В, и мы сможем запустить 5-миллиметровый светодиод. «Но вы сказали, что для светодиода требуется 3,4 В!» Да, я знаю, но когда вы говорите с точностью до нескольких знаков после запятой, все будет в порядке.

5 мм светодиодный ток

Теперь некоторые люди думают, что им нужно позаботиться только о напряжении светодиода, и все будет в порядке. Это упускает из виду очень важную часть светодиодов — ток. Светодиоды будут потреблять столько тока, сколько они могут в цепи, в свою очередь, вызывая повышение температуры светодиода, пока он не перегорит.Поэтому, чтобы уменьшить количество выходящих из строя светодиодов, обратите внимание на номинальный ток светодиодов.

Приведенный выше пример, когда входное напряжение и прямое напряжение настолько близки, — это единственный пример, когда вам не нужно сильно беспокоиться о токе. Как показывает практика на нашем сайте, когда ваше входное напряжение составляет 3 В, вы можете запитать любой из 5-миллиметровых светодиодов, кроме красного и желтого, не беспокоясь об отслеживании тока. Это связано с тем, что в источнике питания недостаточно тока для того, чтобы 5 мм потреблял и сгорал.

В любом другом случае вам необходимо ограничить количество тока, протекающего через светодиод. В случае мощных светодиодов
это делается с помощью драйвера постоянного тока. Номинальный ток 5-миллиметрового светодиода намного ниже, обычно около 15-30 мА, и мы можем контролировать ток, подключив резистор последовательно со светодиодом. Здесь вы часто будете слышать термин «резистор ограничения тока», поскольку резистор обеспечивает значительное ограничение тока, протекающего по цепи.

5-миллиметровые светодиоды обычно тестируются при 20 мА, они могут потреблять ток до 30 мА, но, на мой взгляд, я обычно стараюсь поддерживать 5-миллиметровые светодиоды на 20 мА, что рекомендуется во всех их спецификациях.Теперь нам нужно выяснить, как подобрать резистор подходящего размера для вашей схемы, чтобы ваши светодиоды были в безопасности!

Выбор резистора подходящего размера для светодиодов

Резисторы

бывают самых разных размеров, и требуется математика, чтобы найти правильный размер для вашей системы. Не волнуйтесь, с этим калькулятором сопротивления, который рассчитывает размер резистора, который вам нужен, будет очень просто. Это отличный инструмент, но он всегда помогает узнать, как производятся расчеты, поэтому следите за ним.Чтобы подобрать токоограничивающий резистор правильного размера, мы должны знать два свойства светодиода: прямой ток и прямое напряжение.

Давайте использовать тот же синий светодиод, что и в примере выше. На странице продукта вы увидите таблицу , изображенную справа. В кружке показано прямое напряжение (Vf) при заданном испытательном токе. Таким образом, вы можете видеть, что для этого светодиода при постоянном токе 20 мА на светодиодах падает 3,2-3,6 В. Мы выберем золотую середину и предположим, что этот светодиод упадет на 3,4 В.

В этом примере я буду использовать 3 последовательно соединенных батарейки AA в качестве источника питания. Каждая батарея AA имеет напряжение около 1,5 В, поэтому в общей сложности у нас есть 4,5 В питания для нашего светодиода. Мы должны использовать закон Ома, чтобы найти предел резистора, но сначала мы должны найти напряжение, проходящее через него. Резистор и светодиод будут размещены последовательно, что означает, что падение напряжения на них будет суммировано и равно входному напряжению. Это означает, что мы можем легко найти напряжение, которое будет падать на резисторе, поскольку мы уже знаем, что количество светодиодов равно 3.4В.

Входное напряжение = LED В _f + Напряжение резистора

Напряжение резистора = Входное напряжение — светодиод В _f

Напряжение на резисторе = 4,5–3,4 В

Таким образом, на резисторе будет падать около 1,1 В. Теперь, когда у нас есть это, мы можем использовать закон Ома для расчета необходимого сопротивления!

Сопротивление = напряжение / ток (в амперах)

Сопротивление = 1,1 / 0,02 (20 мА)

Сопротивление = 55 Ом

В зависимости от светодиода резистор будет меняться.В этом примере мы можем предположить, что требуется резистор на 55 Ом, ближайший размер, который у нас есть, — 60,4, поэтому мы бы выбрали его. Если вы сомневаетесь в значении или у вас есть одно среднее между предложенными значениями сопротивления, выберите размер немного большего размера.

Последнее, что нужно проверить со светодиодами и резисторами, — это мощность резистора. Все наши резисторы Вт. Требуемая мощность резистора — это разница между мощностью светодиода и общей мощностью схемы. Итак, в приведенном выше примере мы найдем требуемую мощность резистора.

Мощность светодиода = 3,4 В x 0,02 A = 0,068 Вт

Общая мощность = 4,5 В x 0,02 A = 0,09 Вт

Мощность, рассеиваемая на резисторе = 0,09 — 0,068 = 0,022 Вт

Резистор

¼ Вт (0,25) может легко выдержать 0,022 Вт, так что все готово! Установите резистор последовательно со светодиодом (на положительной стороне соединения), и ваш свет будет готов.

Не хотите ломать голову над поиском резистора и работать с несколькими резисторами в одной цепи? Оцените DynaOhm от LuxDrive.Это полностью залитый полупроводниковый переменный резистор, который оптимизирован для замены резисторов в 5-миллиметровых светодиодных устройствах. Этот блок будет включаться последовательно, как и резистор. Разница в том, что он уже рассчитан на определенный номинальный ток, поэтому вам нужно беспокоиться только о напряжении. DynaOhm может потреблять от 2,6 В до 50 В постоянного тока, поэтому вводите все, что вам нужно для светодиодов.

Теперь, когда мы закончили эти забавные разговоры о напряжении и токе, мы можем погрузиться в то, что действительно волнует людей, — на свет, который излучают эти крошечные лампочки.Цвет и яркость измеряются несколькими способами. На нашем сайте они всегда хорошо систематизированы, но давайте узнаем, как эти диоды создают свет, который они создают.

Длина волны светодиода

Длина волны светодиода

— это, по сути, очень точный способ объяснения цвета света. Для светодиодов будет различаться цвет, поскольку производственный процесс интенсивен, а иногда и длины волн немного отличаются. На листе технических характеристик светодиода 5 мм вы фактически увидите минимальную и максимальную длину волны.Вариации всегда находятся в пределах одного и того же спектра, просто если вы покупаете светодиоды одного цвета в разных партиях, вероятно, будут небольшие отклонения (даже если наши глаза их не замечают).

Эта длина волны фактически определяется типом полупроводникового материала, из которого изготовлен диод внутри этого 5-миллиметрового корпуса. Структура энергетических зон полупроводников различается в зависимости от материала, поэтому фотоны испускаются с разными частотами, что влияет на видимый нами свет. Ниже представлена ​​полная таблица наших светодиодов и вариантов длины волны.Некоторые из наиболее популярных цветов, которые мы продаем, — это Deep Red 660 нм и Pink 440 нм.

Существуют также 5-миллиметровые белые светодиоды теплого и холодного белого цвета.

Яркость светодиода

Таким образом, длина волны зависит от материала полупроводника, но интенсивность света зависит от тока, проталкиваемого через диод. Следовательно, чем выше ток возбуждения, тем ярче будет ваш светодиод. Яркость 5-миллиметровых светодиодов обычно измеряется в милликанделах (мкд), но это гораздо больше, чем просто установка определенного количества яркости на любой светодиод.

Интересная особенность этого измерения света, канделы, заключается в том, что это не мера количества световой энергии, как измеряется большинство других форм света, а скорее фактическая яркость. Это число определяется путем определения мощности, излучаемой в определенном направлении, и взвешивания этого числа с помощью функции яркости света. По сути, это означает, что угол луча, который мы обсудим ниже, может влиять на свет, но также влияет на длину волны. Человеческий глаз более чувствителен к некоторым длинам волн, чем к другим, и эта модель яркости учитывает это.Вот почему ИК-светодиоды 5 мм не будут иметь выхода, потому что мы не можем видеть эту длину волны. То же самое для УФ, синего и других распространенных цветов.

Эта сила света (яркость) варьируется от светодиода к светодиоду, как вы увидите. Цвета, как правило, ниже, от десятков до сотен, тогда как белые (и некоторые цвета, которые мы видим лучше, например, зеленый) могут достигать 20 000 мкд. Мы перечисляем световой поток всех 5-миллиметровых светодиодов при испытательном токе 20 мА.

Угол обзора 5 мм

5мм светодиода на нашем сайте будут маркированы по цвету и углу луча.5-миллиметровые светодиоды показывают график , подобный тому, что справа, который показывает угол, под которым будет идти луч, и интенсивность при определенных углах. Чтобы прочитать график, представьте, что светодиод вертикально стоит под ним. «Спицы» на графике — это углы, а радужные линии — это интенсивность в процентах от максимальной интенсивности. Ниже мы расскажем, как определить угол обзора и яркость любого 5-миллиметрового светодиода под этим углом.

Светодиод 5мм рассеянный

Часто рекомендуется иметь какой-нибудь рассеиватель или матовое покрытие, если на светодиоды будут смотреть непосредственно человеческий глаз.Некоторые 5-миллиметровые светодиоды имеют эпоксидную отделку купола, которая делает световой поток более мягким. У нас есть один белый 5-миллиметровый светодиод, в котором используется эта отделка, поэтому она приятна для глаз. Это снизит яркость, но сделает свет лучше.

Go Explore со светодиодами 5 мм

Светодиоды

5 мм очень доступны по цене и просты в разработке. Посмотрите, что вы можете с ними сделать, варианты безграничны. Теперь вы знаете, как запитать 5-миллиметровые светодиоды, определить их цвет и яркость и убедиться, что свет распространяется туда, где вам нужно.Удачи!

.

Что такое электрический ток? | Живая наука

Электрический ток — это движущийся электрический заряд. Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, например, разряда молнии или искры между вашим пальцем и пластиной выключателя заземления. Однако чаще, когда мы говорим об электрическом токе, мы имеем в виду более контролируемую форму электричества от генераторов, батарей, солнечных элементов или топливных элементов.

Большая часть электрического заряда переносится электронами и протонами внутри атома.Протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный. Однако протоны в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому перенос заряда из одного места в другое выполняют электроны. Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени могут свободно перемещаться от одного атома к другому по своим зонам проводимости, которые являются высшими электронными орбитами. По словам Серифа Урана, профессора физики в Питтсбургском государственном университете, при достаточной электродвижущей силе (ЭДС) или напряжении возникает дисбаланс заряда, который может заставить электроны перемещаться по проводнику в виде электрического тока.

Хотя сравнивать электрический ток с потоком воды в трубе несколько рискованно, есть некоторые сходства, которые могут облегчить понимание. По словам Майкла Дабсона, профессора физики в Университете Колорадо Болдера, мы можем представить поток электронов в проводе как поток воды в трубе. Предостережение: в этом случае труба всегда заполнена водой. Если мы откроем клапан на одном конце, чтобы впустить воду в трубу, нам не нужно ждать, пока эта вода дойдет до конца трубы.Мы получаем воду из другого конца почти мгновенно, потому что поступающая вода выталкивает воду, которая уже находится в трубе, к концу. Это то, что происходит в случае электрического тока в проводе. Электроны проводимости уже присутствуют в проводе; нам просто нужно начать толкать электроны на одном конце, и они начинают течь на другом конце почти сразу.

Согласно веб-сайту HyperPhysics Государственного университета Джорджии, фактическая скорость электрона в проводе составляет порядка нескольких миллионов метров в секунду, но он не движется прямо по проводу.Он колеблется почти случайно и движется только со скоростью несколько миллиметров в секунду. Это называется дрейфовой скоростью электрона. Однако скорость передачи сигнала, когда электроны начинают выталкивать другой конец провода после того, как мы щелкаем переключателем, почти равна скорости света, которая составляет около 300 миллионов метров в секунду (186 000 миль в секунду). В случае переменного тока, когда ток меняет направление 50 или 60 раз в секунду, большая часть электронов никогда не выходит из провода.

Несбалансированность начислений может быть создана несколькими способами. Первым известным способом было создание статического заряда путем трения друг о друга двух разных материалов, например, протирания кусочка янтаря мехом животных. Затем можно создать ток, прикоснувшись янтарем к телу с меньшим зарядом или к земле. Однако этот ток имел очень высокое напряжение, очень низкую силу тока и длился всего долю секунды, поэтому его нельзя было заставить выполнять какую-либо полезную работу.

Постоянный ток

Следующим известным способом создания дисбаланса зарядов была электрохимическая батарея, изобретенная в 1800 году итальянским физиком Алессандро Вольта, в честь которого названа единица измерения электродвижущей силы — вольт (В).Его «гальваническая куча» состояла из стопки чередующихся цинковых и медных пластин, разделенных слоями ткани, пропитанной соленой водой, и производила устойчивый источник постоянного тока (DC). Он и другие улучшили и усовершенствовали свое изобретение в течение следующих нескольких десятилетий. По данным Национального музея американской истории, «батареи привлекли внимание многих ученых и изобретателей, и к 1840-м годам они обеспечивали током новые электрические устройства, такие как электромагниты Джозефа Генри и телеграф Сэмюэля Морса.»

Другие источники постоянного тока включают топливные элементы, которые объединяют кислород и водород в воду и вырабатывают электрическую энергию в процессе. Кислород и водород можно подавать в виде чистых газов или из воздуха и химического топлива, такого как спирт. Другой источник постоянного тока ток — это фотоэлектрический или солнечный элемент. В этих устройствах фотонная энергия солнечного света поглощается электронами и преобразуется в электрическую энергию. Энергосистема.Переменный ток вырабатывается электрическими генераторами, которые работают по закону индукции Фарадея, с помощью которого изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в проводнике. В генераторах есть вращающиеся катушки с проволокой, которые проходят через магнитные поля при вращении. Когда катушки вращаются, они открываются и закрываются относительно магнитного поля и производят электрический ток, который меняет направление на противоположное каждые пол-оборота. Ток проходит полный прямой и обратный цикл 60 раз в секунду, или 60 герц (Гц) (50 Гц в некоторых странах).Генераторы могут работать от паровых турбин, работающих на угле, природном газе, масле или ядерном реакторе. Они также могут приводиться в действие ветряными турбинами или водяными турбинами на плотинах гидроэлектростанций.

Из генератора ток проходит через серию трансформаторов, где он повышается до гораздо более высокого напряжения для передачи. Причина этого в том, что диаметр проводов определяет величину тока или силы тока, которую они могут проводить без перегрева и потери энергии, но напряжение ограничивается только тем, насколько хорошо линии изолированы от земли.Интересно отметить, что ток передается только по одному проводу, а не по двум. Две стороны постоянного тока обозначены как положительная и отрицательная. Однако, поскольку полярность переменного тока меняется 60 раз в секунду, две стороны переменного тока обозначаются как горячая и заземленная. В линиях электропередачи на большие расстояния провода проходят через горячую сторону, а земля проходит через землю, замыкая цепь.

Поскольку мощность равна напряжению, умноженному на силу тока, вы можете послать больше мощности по линии при той же силе тока, используя более высокое напряжение.Затем высокое напряжение понижается по мере того, как оно распределяется по сети подстанций, пока не достигает трансформатора рядом с вашим домом, где оно наконец понижается до 110 В. (В Соединенных Штатах настенные розетки и лампы работают от 110 В. при 60 Гц. В Европе почти все работает от 230 В при 50 Гц.)

Как только ток достигает конца линии, большая часть его используется одним из двух способов: либо для обеспечения тепла и света через электрическое сопротивление. , или механическое движение за счет электрической индукции.Есть еще несколько приложений — на ум приходят люминесцентные лампы и микроволновые печи, — которые работают на разных принципах, но львиная доля энергии идет на устройства, основанные на сопротивлении и / или индуктивности. Фен, например, использует и то, и другое одновременно.

Это подводит нас к важной особенности электрического тока: он может выполнять работу. Он может освещать ваш дом, стирать и сушить одежду и даже поднимать дверь гаража одним щелчком выключателя. Однако все более важной становится способность электрического тока передавать информацию, особенно в виде двоичных данных.Хотя для подключения к Интернету вашего компьютера требуется лишь небольшая часть электрического тока, скажем, электрического обогревателя, он становится все более и более важным для современной жизни.

Дополнительные ресурсы

.