устройство, принцип работы, виды, характеристики

Среди владельцев частных домов, дач и квартир все чаще и чаще в обиходе используется светодиодная лампа. Это самые новые виды осветительных приборов, которые привнесли принципиально новые варианты эксплуатации электрооборудования. Они относятся к категории энергосберегающих лампочек, но помимо этого обладают и другими весомыми преимуществами. Далее мы более детально разберемся в устройстве и принципах работы светодиодных ламп.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться в принципиальных отличиях светодиодной лампы, как электрического оборудования, в сравнении с другими приборами, следует детально рассмотреть ее конструктивные особенности и назначение каждого из элементов.

Рис. 1. Конструкция светодиодной лампы

Конструктивно led лампочка состоит из:

• Светодиодов – в старых моделях присутствовал только один кристалл, излучавший свет, однако эта технология имела ряд сложностей, поэтому современные модели включают несколько единиц или целую матрицу.
• Колбы или рассеивателя  — может изготавливаться из стекла или полимера. Предназначен для боле плавного перераспределения светового потока от точечных источников в окружающее пространство.
• Стабилизатора тока или драйвера – предназначен для преобразования поступающей на контакты диодной лампочки электрической величины, не зависимо от уровня напряжения и мощности, в строго установленную величину электротока.
• Цоколя – предназначен для соединения светодиодных ламп с электрической сетью. Чаще всего используются стандартные цоколя E и G, реже бывают другие конструкции.

Дополнительно лампа содержит полимерный или металлический корпус. Однако в led светильниках может быть встроенная матрица, и она монтируется в светодиодный прожектор напрямую.

Принцип действия светодиодной лампы заключается в такой последовательности передачи электрической энергии:

• При помещении электролампы в патрон и подаче на нее переменного напряжения сети светодиодный источник получает питание.

Рисунок 2. Принцип действия светодиодной лампы

• Как видите на рисунке 2, переменное напряжение сети в светодиодной лампе изначально поступает на выпрямительный мост, где преобразуется в выпрямленное. Конденсатор, установленный после моста дополнительно сглаживает пульсации.
• Выпрямленное напряжение переходит далее от выпрямительного устройства на микроконтроллер, контролирующий величину вырабатываемого электротока.
• Затем питание поступает на импульсный трансформатор, который и выдает электрическое напряжение непосредственно к источнику освещения.
• При достижении нужного уровня электротока происходит свечение светодиодов.

В данном примере приведен принцип действия и конструкция светодиодной лампы с гальванической развязкой. Это более дорогой, но и более надежный способ предохранить человека от поражения электротоком. На практике случаются и более дешевые светодиодные лампы, их продукция использует более дешевые платы драйвера или способы преобразования, которые не обеспечивают должного уровня безопасности и продолжительности эксплуатации.

Виды

На сегодняшний день производители светодиодных ламп предоставляют потребителям довольно широкий выбор разнообразных моделей, призванных удовлетворить потребности даже самых требовательных покупателей. Поэтому выделяют несколько параметров, по которым и различают виды светодиодных ламп:

• тип цоколя;
• форма колбы и самой лампы;
• напряжение питания;
• тип светодиодов и способ их размещения;
• световое излучение – мощность и теплота.

У светодиодных ламп часто встречается цоколь для патронов E27 – стандартный вариант, используемый в люстрах для освещения помещения и т.д. Также часто встречаются модели  E14 с диаметром цоколя 14мм, их еще называют миньонами. В некоторых вариантах встречаются штырьковые цоколи G13, G5, GU10, MR – это варианты под современные софиты и специализированные плафоны в люстрах.

Рис. 3. Типы цоколей

Значительно реже встречаются светодиодные лампочки с цоколем B или H, как специализированные варианты для узкопрофильного оборудования.

Если рассматривать вопрос о форме, то можно выделить такие виды:

• грушеобразная – классический вариант, может использовать как матовый рассеиватель, так и прозрачную колбу, в некоторых моделях совмещается полупрозрачный и непрозрачный корпус;
• грибовидная – используется в точечных светильниках, так как поверхность, излучающая световой поток сравнивается с корпусом софита;
• кукуруза – длинная модель с цилиндрическим расположением светодоидов, прекрасно подходит для горизонтального расположения в плафонах, прожекторах уличного освещения и т.д.;
• свеча – декоративная светодиодная лампа, устанавливаемая в настольные лампы, ночники или подсветки.

Как частные варианты вы можете встретить и другие формы, однако здесь мы рассмотрели наиболее популярные из них.

Рис. 4. Форма светодиодных ламп

По напряжению питания светодиодные лампы подразделяются на те, которые подключаются к бытовой сети 220В, и те, которым требуется низкое напряжение постоянного тока – 24В, 12В.

В зависимости от типа светодиодов, выделяют лампочки с монокристаллическими панелями, где обеспечивается точечное освещение за счет единственного кристалла. Но такие варианты сегодня редко встречаются, чаще используются 8 – 10 и более небольших кристаллов, которые могут отличаться габаритами для разных моделей. Особенно хорошо их видно на светодиодных лентах или лампах с прозрачным стеклом. Но некоторые энергосберегающие технологии используют светодиодные нити в газовой смеси.

Рис. 5. По типу светодиодов

Яркость свечения определяется мощностью светодиодной лампы, чем выше мощность, тем более ярко она будет светить. Для бытовых помещений подойдут модели от 3 до 10Вт, производственным потребуется уже около 20Вт, в уличные светильники устанавливают от 30 до 100Вт. Температуру свечения можно выбрать любую, в зависимости от поставленных задач – от теплой до холодной.

Температура свечения

Преимущества и недостатки

Как мы уже отмечали ранее, такой тип осветительных приборов стал популярным за счет значительных преимуществ перед их ближайшими конкурентами. К преимуществам светодиодных ламп относят:

• Продолжительный срок эксплуатации – от 10 до 100 тысяч часов, в сравнении с лампочкой накаливания, которая может обеспечить только 1 тысячу часов.
• Куда более эффективная светоотдача – от 90 до 120Лм/Вт, лампы накаливания могут похвастаться лишь 5 – 8Лм/Вт, а  люминесцентные светильники 25 – 50Лм/Вт.
• Обладает широкой гаммой цветовых температур, что делает их использование комфортным для любых помещений и нужд, а RGB светодиодные ленты могут выдавать несколько вариантов цвета свечения.
• Не боятся разгерметизации и нарушения целостности колбы, в отличии от устройств с нитью накаливания, галогенных ламп и других газосодержащих, будет с тем же успехом светить даже без наружного рассеивателя.
• Широкий диапазон рабочих температур – светодиодные аналоги не теряют своих характеристик в промежутке от – 60 до + 60°С.
• Устойчивы к незначительным отклонениям рабочего напряжения от номинального значения.
• Не выделяют вредных веществ, в отличии от люминесцентных ламп, которые содержат ртуть.

К недостаткам светодиодных ламп следует отнести их относительно высокую себестоимость, но она с лихвой окупается рабочими параметрами и сроком эксплуатации. Также существуют ситуации, когда лампочки накаливания нельзя или нецелесообразно менять на светодиодные модели.

Технические характеристики

Перед выбором конкретного осветительного устройства необходимо определиться с его основными параметрами. Из всего многообразия, которое вам следует учитывать, мы выделим:

• Мощность – определяет, сколько электрической энергии будет потребляться из сети при работе прибора. Показатель мощности важен как в части расчета за потребленную электроэнергию, так и в части количества получаемого света.
• Спектр излучения – теплый в пределах 2700 – 3300 К, дневной от 3500 до 6000К, холодный – от 6000К. Этот параметр указывается на упаковке светодиодной лампы.
• Коэффициент цветопередачи – на изделии маркируется буквами CRI или Ra. Показатель 100 является максимальным – это  уровень естественного дневного света, чуть хуже – от 100 до 90 для рабочих зон, лабораторий и т.д. В пределах 90 – 80 обычные жилые помещения, менее 80 подойдут для коридоров, подвалов и некоторых складов.
• Угол рассеивания и тип потока – могут характеризоваться направленным световым потоком или рассеянным.
• Уровень светоотдачи – определяет эффективность каждого ватта переработанной электроэнергии по отношению к выработанному световому потоку.

Область применения

Если еще десять – двадцать лет тому назад светодиодные лампы были настоящей диковинкой, то сегодня они стали полноправными фаворитами рынка. Их можно встретить в самых различных сферах человеческой деятельности:

• В освещении открытых территорий, площадок, парков;
• Для освещения бытовых и производственных помещений;
• Создания декоративной подсветки и украшения, как помещений, так и элементов ландшафта;
• В пожароопасных зонах и особо влажных помещениях;
• В автомобилях и механизации транспортных средств;
• Для работы устройств сигнализации, телемеханики и управления.

Но и этот список не является окончательным, за счет развития и совершенствования технологий, светодиодные лампы продолжают расширять область применения.

FAQ

1. Почему перегорают светодиодные лампочки в ванной и на кухне? Включил свет на кухне. Небольшой хлопок и перегорела светодиодная лампочка. Заменил — работает. На второй день включаю в ванной, хлопок перегорела и там, заменил — не горит. Проверил индикаторной отверткой, в выключателе горит индикатор, а в патроне в ванной нет. Выключатель двухклавишный в ванную и на кухню. Помогите, пожалуйста, советом.

   Подскажите по поводу нынешнего положения с освещением, — в патроне, где индикаторная отвертка показала отсутствие напряжения теперь лампочка не светиться даже после замены? Если это так, то налицо неисправности в электрической цепи на участке от выключателя непосредственно до самой лампы.

   В перечень неисправностей следует отнести жилы кабеля, которые могли перегореть, в результате чего образовался разрыв в цепи, распределительная коробка, место подключения электропроводки к люстре, патрон. В любом из этих случаев причиной является плохой контакт, который создает «экстремальные условия» для светодиодов и приводит к их преждевременному перегоранию.

   Если же контакт не нарушен и новая лампа нормально горит, возможны и другие причины:

   — Превышение номинального напряжения – если лампа рассчитана максимум на 230 В, а в электрической цепи присутствует 245 В, то срок службы сократится.
   — Не соответствует мощность лампы и условия эксплуатации по нагреву. Эта причина проявляется при монтаже в закрытый плафон, где лампочка перегревается, в случае использования некачественного радиатора.
   — Низкое качество ламп – многие производители обеспечивают доступную цену за счет экономии на комплектующих элементах. В результате используется слабый драйвер, выдающий пульсирующий ток или устанавливаются самые дешевые светодиоды.
   

   — При использовании выключателя с подсветкой, причиной может быть постоянное мерцание осветительного оборудования из-за шунтирования цепи контактов.
   — Если светодиодные лампы питаются от пониженного напряжения, то проблемы могут быть и в блоке питания.

Как устроена и как работает светодиодная лампа

Светодиодные лампочки пользуются все большей популярностью у покупателей, что объясняется рядом достоинств этих источников света. В отличие от классических ламп накаливания и ламп дневного света их энергопотребление существенно ниже, да и рабочий ресурс заметно больше. При равной потребляемой мощности LED-лампочки обеспечивают лучшую освещенность комнат, чем те же люминесцентные аналоги. Все это вынуждает подробно ознакомиться с тем, что такое светодиодная лампа, какой у нее принцип работы и конструкция. Итак, обо всем по порядку.

• Устройство LED-лампы
• Принцип действия
• Различия по типу питания
• Область применения
• Виды ламп и оценка их качества

Устройство LED-лампы

Пользователям, желающим ознакомиться с тем, что это такое, придется разобраться с конструкцией и принципом работы светодиодной лампочки. Прежде всего, классический LED светильник представляет собой сборное устройство, состоящее из следующих основных узлов (фото ниже):

• Нескольких светодиодных излучателей, размещенных на теплоотводящей алюминиевой подложке (радиаторе).
• Матового куполообразного рассеивателя, конструкция которого обеспечивает равномерность распределения светового потока.
• Электронного преобразователя (драйвера), снабжающего LED светодиоды питанием нужного качества.
• Стандартного цоколя (E14, E 27, E 40 и других типов).

Важно! В простейших моделях лампочек от китайского производителя может устанавливаться один мощный светодиод.

При рассмотрении различных вариантов исполнения светодиодных лампочек важно научиться различать их по величине питающего напряжения.

Принцип действия

Принцип работы лампочки на светодиодах представляется как ряд преобразований, обеспечивающих свечение входящих в ее состав излучателей. При подаче питающего напряжения на цоколь сначала оно поступает на драйвер, назначение которого как раз и состоит в приведении высокого напряжения к приемлемому для LED ламп виду.

Чтобы кратко описать этот способ энергообеспечения, достаточно обратиться к следующей схеме:

Если выражаться простыми словами – ее работа может быть представлена так:

1. Сначала переменное напряжение подается на диодный мост, где частично выпрямляется.
2. Следующая за ним электролитическая емкость предназначена для сглаживания пульсаций.
3. После этого полностью выпрямленное напряжение подается на контроллер, управляющий работой LED лампы.
4. С электронного модуля оно через развязывающий импульсный трансформатор поступает непосредственно на светодиоды.

Важно! При ответе на нередко задаваемый вопрос: для чего нужна такая развязка, ответим – ее наличие частично снижает угрозу поражения высоким напряжением при работе с цоколем лампы.

Принцип действия LED лампочки на 12 Вольт намного проще, поскольку для преобразования напряжения потребуется типовой блок питания и ничего больше. А это, в конечном счете, снижает стоимость всего изделия в целом.

Различия по типу питания

В соответствие с этим параметром известные образцы LED ламп подразделяются на следующие модификации:

• со светодиодами, рассчитанными на 220 Вольт.
• работающие от пониженного и выпрямленного напряжения 12 Вольт.

Первые в этом списке источники света работают в типовых электросетях и включаются подобно обычным лампам накаливания.

Светодиодные лампы, рассчитанные на 12 Вольт постоянного тока, благодаря низкому напряжению и широкому выбору цоколей, относятся к универсальным изделиям.

Для работы таких ламп потребуется специальный блок питания, понижающий переменное сетевое напряжение до постоянной величины 12 Вольт.

Область применения

При рассмотрении вопроса о том, где применяются светодиодные лампы, потребуется отдельный подход к различным образцам. Изделия, включаемые непосредственно в сеть 220 Вольт, эксплуатируются как обычные лампы (люминесцентные или накаливания) с соответствующим цоколем. В отличие от них низковольтные светодиодные осветители используются в самых различных целях, начиная от точечного освещения при обустройстве натяжных потолков и заканчивая организацией наружной и внутренней подсветки. Отдельные образцы позиционируются как автомобильные лампочки, устанавливаемые в большинстве моделей современного автотранспорта.

Важно! Сравнительно низкое по величие напряжение питания обеспечивает светодиодным лампам высокую электрическую и пожарную безопасность (исключает удар током и возгорание).

Указанные достоинства позволяют расширить область применения LED лампочек и устанавливать низковольтные модели в следующих ситуациях:

1. В помещениях повышенной влажности (например, при обустройстве светодиодной подсветки зеркала в ванной).
2. В условиях высокой пожарной и взрывоопасности.
3. При обустройстве подсветок различного вида.
4. В складах и подвальных помещениях.
5. На улице под открытым небом.

В последнем случае такие лампы могут эксплуатироваться без специальных мер защиты и использования проводки с повышенными требованиями к надежности изоляции.

Обратите внимание: Универсальность светодиодных ламп подчеркивается тем, что в качестве блока питания в них нередко используется модуль от ленточных светодиодных подсветок.

Однако для надежности эксплуатации низковольтных ламп лучше всего воспользоваться специализированным блоком питания 12 Вольт, рассчитанным на работу со светодиодами.

Виды ламп и оценка их качества

С технической точки зрения все рассмотренные светодиодные лампы различаются по следующим показателям:

• Вид питания (220 или 12 Вольт).
• Тип цоколя.
• Количества светодиодов.
• Мощность освещения (световой поток).
• Форма корпуса.

По конструктивным особенностям, влияющим на надежность данного образца и его стоимость, LED лампочки подразделяются на фирменные изделия и на дешевые китайские образцы. Последние из них имеют более простое устройство и не отличаются высокой надежностью.

Конструктивные отличия брендовых изделий от китайского ширпотреба проявляется в таких деталях как наличие «мощного» теплового отвода и качественно оформленные рассеиватель и цоколь.

 

Любая лампочка на светодиодах, представленная на рынке, рассматривается пользователем двояко: со стороны ее надежности (качества) и с точки зрения издержек на покупку. При таком подходе к приобретению осветителей выбор остается за самим покупателем. В заключение отметим, что светодиоды позволяют на практике реализовать принцип экономии электроэнергии в бытовых условиях. Благодаря особенностям их устройства и функционирования удается сберечь часть средств, расходуемых на осветительные нужды.

Теперь вы знаете, что такое светодиодная лампа, как она устроена и как работает. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Материалы по теме:

• Как выбрать светодиодные лампы для дома
• Как понизить напряжение в сети
• Как экономить на освещении

Опубликовано 27.06.2019 Обновлено 27.06.2019 Пользователем Александр (администратор)

Конструкция, схема, работа и ее применение

В настоящее время одним из последних изобретений в области диодов является светодиод или светоизлучающий диод. Эти лампочки используются почти везде, от сотовых телефонов до больших дисплеев. День ото дня его популярность и использование быстро растут из-за некоторых необычных свойств. В частности, светодиоды чрезвычайно малы по размеру и потребляют меньше энергии. Как правило, светодиоды представляют собой активные электронные компоненты полупроводникового типа. По сравнению с обычным диодом светодиод очень похож, но единственная разница в том, что светодиоды излучают свет разных цветов. Две клеммы светодиода, такие как анод и катод, могут быть подключены к источнику напряжения в пределах точной полярности, чтобы излучать разные цвета света в зависимости от используемого в нем полупроводникового вещества. В этой статье обсуждается обзор светоизлучающего диода или светодиода.

История создания светоизлучающих диодов

Первый светоизлучающий диод или светодиод был изобретен Ником Холоньяком в 1962 году. Он был сотрудником «Дженерал Электрик», поэтому помог в изобретении светоизлучающего диода. Однако до этого изобретения британский ученый, а именно «Генри Джозеф Раунд», наблюдал возможность светодиодного освещения. Спустя двадцать лет российский исследователь Олег Лосев опубликовал статью о подробном изобретении светодиода.

В общем, светодиод был технической революцией, которая была изобретена после того, как несколько исследователей провели исследования более чем в первой половине 20-го века. В течение многих лет исследователи исследовали светодиоды, но никем не были изобретены до 19 лет.62. После эксперимента г-на Холоньяка со светодиодными лампами эти огни стали заметны для человеческого глаза, поэтому большинство людей начали использовать светодиодные лампы.

Аспирант Джордж Кроуфорд изобрел первый светодиод желтого цвета. После этого изобретателем по имени Томас был изобретен диод с высокой яркостью, который можно было использовать вместо лампочек.

В 1979 году изобретатель по имени Шуджи Накамура изобрел диод синего цвета. Но эти диоды были очень дорогими, поэтому их нельзя было использовать в коммерческих целях до 19 века. 90. Существует много этапов разработки светодиодов для достижения современных стандартов.

Используя современные технологии упаковки и планарный метод производства чипов, компания Fairchild semiconductor превратила светодиоды в полезный продукт для различных применений.

Что такое светоизлучающий диод?

Определение светоизлучающего диода : светодиод или светоизлучающий диод — это диод с PN-переходом, который излучает свет, когда через него проходит электрический ток в прямом направлении. В этом диоде рекомбинация носителей заряда происходит подобно дыркам со стороны P и электронам со стороны N с выделением энергии в виде света или тепла. 9Схематическое обозначение светодиода 0019 показано ниже.

Светоизлучающий диод

Светоизлучающий диод представляет собой полупроводниковый материал, т.е. бесцветный, и свет излучается на всем протяжении соединения диода. Применение светодиодов включает числовые, а также буквенно-цифровые дисплеи, такие как точечно-матричные и сегментные. Один сегмент линии может быть выполнен с использованием нескольких светодиодов, тогда как один светодиод используется для проектирования десятичной точки.

Символ светодиода

Для изготовления светодиодов используются следующие материалы.

• Для зеленых, синих и ультрафиолетовых светодиодов высокой яркости используется такой материал, как InGaN (нитрид индия-галлия).
• Для красных, оранжевых и желтых светодиодов используется такой материал, как AlGaInP (фосфид алюминия, галлия, индия).
• Для инфракрасных и красных светодиодов используется такой материал, как AlGaAs (арсенид алюминия-галлия).
• Для светодиодов зеленого и желтого цветов используется такой материал, как GaP (фосфид галлия).

В полупроводниковом материале для светодиодов носители заряда заключены в энергетические зоны. Таким образом, разделение полос будет определять энергию фотонов световых частиц, генерируемых светодиодом. Энергия фотона определяет длину волны излучаемого света и его цвет.

Различные типы полупроводниковых материалов включают разные полосы, излучающие разные цвета света. Конкретный цвет или длину волны можно отрегулировать, изменив излучаемый свет. Светоизлучающие диоды включают в себя составные полупроводниковые материалы, которые изготовлены из элементов групп III и V периодической таблицы. Таким образом, образцы материалов этой группы используются для изготовления светодиодов, таких как GaAs — арсенид галлия и GaP — фосфид галлия 9.0003

В середине 1990 года светоизлучающие диоды были доступны в частичном диапазоне цветов, и, в частности, не существовало коммерческих светодиодов белого и синего цветов.

Конструкция светодиода

Для создания светодиода используются различные полупроводниковые материалы, такие как GaAs (арсенид галлия), GaAsP (фосфид арсенида галлия) и GaP (фосфид галлия), но цвет излучаемого света будет изменен при изменении материала. .

Выше мы уже упоминали, что материал, используемый при изготовлении светодиодов разного цвета. Слой полупроводника p-типа расположен на слое N-типа из-за того, что внутри p-типа происходит рекомбинация носителей заряда.

Конструкция светоизлучающего диода

Кроме того, это внешняя сторона устройства, поэтому излучаемый свет можно просто наблюдать снаружи. Если P-тип находится под ним, свет будет генерироваться снаружи P-типа, но мы этого не заметим. Итак, это основная причина того, что слой P-типа расположен выше.

Слой полупроводника P-типа может быть образован диффузией полупроводникового материала. В качестве альтернативы в области полупроводников N-типа эпитаксиальный слой будет развиваться поверх подложки N-типа. На слое P-типа металлическая пленка используется для соединения анода с диодом. Точно так же слой золотой пленки может быть наложен поверх слоя N-типа, чтобы обеспечить катодное соединение.

Слой золотой пленки играет ключевую роль в повышении эффективности светодиода. Этот слой помещается на слой N-типа для обозначения базовой поверхности светодиода. Если какой-либо важный элемент излучаемого света стремится попасть на поверхность основания, свет будет реплицироваться от основания к поверхности вершины.

Работа со светоизлучающим диодом

Принцип работы светоизлучающего диода в основном зависит от квантовой теории. Эта теория определяет, что как только энергия электрона уменьшается от максимального диапазона до минимума, он генерирует энергию в форме фотона, которая эквивалентна промежутку между двумя уровнями, такими как более высокий и более низкий.

Подключение светодиода может быть выполнено с прямым смещением, поэтому этот вид смещения позволяет протекать току в прямом направлении. Здесь протекание тока будет осуществляться за счет движения электронов в обратном направлении.

Рекомбинация подтверждает, что поток электронов от проводимости к валентности будет излучать электромагнитную энергию в форме фотона. Энергия фотонов эквивалентна пространству между двумя зонами проводимости и валентности.

Принцип работы светодиода заключается в том, что это полупроводниковый диод с двухполюсным PN-переходом. Когда он срабатывает, он излучает свет. Как только на клеммы светодиода подается соответствующее напряжение, электроны будут рекомбинировать с отверстиями в устройстве и генерировать энергию в форме фотонов. Таким образом, этот вид эффекта называется электролюминесценцией, и цвет света можно определить по энергии запрещенной зоны полупроводника.

Наиболее важные характеристики светодиодов обсуждаются ниже.

Полярность

Светодиод подобен PN-диоду и пропускает ток только в одном направлении. Светодиод
включает в себя две клеммы, а именно анодную (положительную) и катодную (отрицательную). Для правильной работы светоизлучающего диода анод светодиода должен быть подключен к более высокому потенциалу по сравнению с катодом, потому что ток будет течь от клеммы анода к катоду. Если диод подключен в обратном направлении, то он не будет проводить.

Прямой ток

Светоизлучающие диоды чрезвычайно чувствительны, и ток, протекающий через этот диод, очень значителен. Яркость светодиода в основном зависит от тока, протекающего через светодиод.

Каждый светодиод может быть рассчитан на максимальное значение прямого тока, которое безопасно подавать через него без повреждения диода. Например, номинальный ток 5-мм светодиодов составляет 20–30 мА, тогда как 8-мм светодиодов включает 150 мА.

Прямое напряжение

Светодиоды также рассчитаны на прохождение напряжения, что означает напряжение, необходимое для того, чтобы светоизлучающий диод проводил электричество. Например, номинальный ток 5-мм светодиодов составляет 20 мА, однако прямое напряжение меняет один светодиод на другой. Номинальное напряжение светодиодов красного цвета составляет 2,2 В, синего цвета — 3,4 В, а белого цвета — 3,6 В.

Характеристики V-I

Характеристики VI светодиодов включают следующее.

Светодиоды нуждаются в протекании тока, чтобы излучать свет, потому что это устройство, зависящее от тока. Выходная интенсивность света прямо пропорциональна прямому току, протекающему через диод. Подключение светодиода должно осуществляться при прямом смещении источника напряжения. Резистор используется для ограничения протекания тока путем последовательного соединения, чтобы защитить его от избыточного протекания тока. И светодиод, и источник питания не должны подключаться напрямую, потому что избыточный ток повредит светодиод.

Как только светодиод подключен к прямому смещению с использованием напряжения от 2 до 3 вольт на двух выводах, он производит невидимый инфракрасный, заметный цветной лазерный свет с узкой полосой пропускания. Таким образом, в этом состоянии он демонстрирует, что прямой ток приблизительно стабилен при начальный этап, однако, когда он полностью включен, ток в прямом направлении будет постоянно увеличиваться.

VI Характеристики светодиода

Интенсивность света в основном зависит от протекающего тока, когда этот ток максимален, интенсивность выходного света будет высокой. Здесь прямое напряжение — это не что иное, как подача напряжения, при котором ток постоянно увеличивается, и оно представлено через «Vd».

В состоянии обратного смещения ток утечки или обратный ток примерно линейно стабилен, когда его PN-переход пробой, а обратный ток постоянно увеличивается в области отрицательного тока. Напряжение питания, при котором может произойти пробой, называется напряжением пробоя и обозначается буквой «Vbr».

• Более энергоэффективный
• Долгий срок службы
• Работает при низкой температуре
• Энергопотребление низкое
• Экологичный
• На эффективность светодиода может влиять температура
• Прочный
• Светодиод может излучать свет различных цветов
• Может использоваться в течение долгих часов
• Генерируемый свет является направленным

Типы светодиодов

Существуют различные типы светодиодов, в том числе следующие.

• Светодиоды сквозного монтажа
• SMD-светодиоды
• Двухцветные светодиоды
• Светодиод RGB
• Светодиоды высокой мощности

Светодиоды для сквозных отверстий

Светодиоды для сквозных отверстий бывают различных размеров и форм. Наиболее распространены светодиоды диаметром 3 мм, 5 мм и 8 мм и различных цветов, таких как красный, желтый, белый, синий, зеленый и т. д. который можно просто разместить на печатной плате. Обычно эти светодиоды различаются в зависимости от их размеров. Например, наиболее часто используемые светодиоды SMD — это 3528 и 5050.

Двухцветные светодиоды

Следующим типом светодиодов являются двухцветные светодиоды. Как следует из названия, они могут излучать два цвета. Двухцветные светодиоды имеют три вывода, обычно два анода и общий катод. В зависимости от конфигурации отведений будет активирован цвет.

RGB-светодиод

RGB-светодиоды — самые известные светодиоды, состоящие из трех светодиодов на кристалле. Выход этого светодиода можно контролировать с помощью метода, называемого ШИМ или широтно-импульсной модуляцией, чтобы можно было воспроизводить широкий диапазон цветов.

Светодиоды высокой мощности

Как следует из названия, номинальная мощность этих светодиодов высока или эквивалентна 1 Вт. По сравнению с обычными диодами эти светодиоды имеют большую рассеиваемую мощность. Эти виды светодиодов очень яркие, поэтому они часто используются в прожекторах, автомобильных фарах, фонариках и т. д. Поскольку рассеиваемая мощность этих светодиодов высока, необходимы радиаторы и надлежащее охлаждение. Входная мощность, используемая этими диодами, будет чрезвычайно высокой.

Простая схема светодиодов

Ниже показана простая схема светодиода с использованием резистора, светодиода и батареи. Для начинающих эту схему очень просто сделать на макетной плате. Эта схема может быть построена из трех основных компонентов, таких как макетная плата, батарея 9 В, светодиод 5 мм и резистор 330 Ом.

Простая светодиодная схема

Эта схема может питаться от 9-вольтовой батареи для питания светодиода. Светоизлучающий диод включает в себя две клеммы, где длинный вывод должен быть подключен к положительному выводу батареи, чтобы ток шел от длинного к короткому выводу по всему светодиоду.

Как работает эта простейшая светодиодная схема?

Как правило, светодиодные фонари предназначены для включения при установленном напряжении приблизительно 2 В. Точное значение напряжения будет изменено в зависимости от светодиодного индикатора.

При увеличении напряжения будет подаваться большой ток, если нет резистора. Эти диоды могут надежно выдерживать ток около 20 мА. Таким образом, мы должны подключить резистор в цепи, чтобы ограничить протекание тока.

Значение сопротивления можно рассчитать по уравнению

Сопротивление = Напряжение/Ток (R = V/R)

Здесь в схеме светодиод уже имеет падение на 2 В, резистор должен включать падение на 7 В, включая 20 мА тока через светодиод. Итак, необходимое сопротивление 7/0,02А => 350 Ом. Таким образом, в этой схеме используется резистор 330 Ом, который обеспечит ток несколько выше 20 мА.

Ключевые термины для светодиодов

Ключевые термины, используемые в светодиодах, — электрояркость, эффективность и эпоксидная смола.

• Электросветимость – это свойство материала, которое позволяет испускать световые лучи всякий раз, когда ему придается фиксированный потенциал.
• Эффективность светоизлучающего диода — это способность превращать приложенную энергию в энергию света. Единицей эффективности является люмен/ватт.
• Эпоксидная смола представляет собой не что иное, как полиэпоксиды. Как правило, это полимеры, обладающие особыми свойствами сопротивления, которые широко используются в материалах для покрытий.

Преимущества

К преимуществам светодиодов относятся следующие.

• Срок службы светодиодов больше
• Низкое энергопотребление
• Повышенная безопасность благодаря светодиодам
• Это небольшие компоненты
• Высокий CRI (индекс цветопередачи)
• Они излучают направленные излучения
• Невероятная гибкость дизайна
• Эти лампы твердотельные
• Возможность диммирования
• Светодиоды включатся немедленно
• Они защищены от различных условий окружающей среды
• Излучают практически нулевое ультрафиолетовое излучение
• Могут работать при низком напряжении
• Работают при любой температуре
• Они доступны в широком диапазоне CCT (коррелированная цветовая температура)

Недостатки

К недостаткам светодиодов относятся следующие.

• Первоначальная стоимость высока
• Влияние на ошибки
• Зависит от температуры
• Падение эффективности
• Чувствительность к напряжению
• Синее загрязнение
• Несильный
• Синяя опасность
• Зональный источник света
• Электрическая полярность
• Термические эффекты
• Большая расходимость луча
• Ширина спектра большая

Применение светоизлучающих диодов

Применение светоизлучающих диодов включает следующее.

• Светодиоды используются в велосипедных фонарях и автомобилях
• Индикаторы на светофорах
• Домашнее и заводское освещение
• Виртуальные доски
• Игрушки
• Медицинские приложения
• Невизуальные приложения
• Пульты дистанционного управления
• Лампочки,
• Применяется в системах охранной сигнализации, таких как системы охранной сигнализации.
• Цифровые часы
• Электронные калькуляторы
• Используется в пультах дистанционного управления для телевизоров/ ЖК-дисплеев
• Мобильные телефоны
• Автомобильные тепловые лампы
• Авиационные фонари
• Цифровые компьютеры
• Цифровые мультиметры

Итак, это все обзор светодиода или светодиода. Они чаще всего используются в системах освещения развлечений, а также освещения. Популярность светодиодов растет день ото дня в различных областях, таких как розничная торговля, гостиничный бизнес и т. д. Основными преимуществами светодиодов являются меньшее энергопотребление, более длительный срок службы, более яркое освещение и т. д. Таким образом, производители светодиодов начали разрабатывать свою продукцию полностью для декоративная и развлекательная сферы. Вот вопрос к вам, что такое RGB LED?

ASDN — Физика — Светоизлучающие диоды (СИД): взгляд внутрь

Светодиоды существуют уже около 30 лет. Они нашли применение везде, от светящихся брелков до телевизоров. Как правило, неорганический светодиод представляет собой устройство, состоящее из полупроводника с двумя различными легированными областями: n-типа (электронная проводимость) и p-типа (дырочная проводимость). Давайте внимательно рассмотрим их.

Хорошо известно, что полупроводник становится более электропроводным за счет поглощения электромагнитного излучения, т.е. видимый свет, ультрафиолетовое, инфракрасное или гамма-излучение. Если свет, поглощаемый полупроводником, имеет энергию выше ширины запрещенной зоны (E _g ) электроны способны перепрыгивать из валентной зоны в зону проводимости и вносить вклад в электропроводность полупроводника. При этом «пустое место», оставленное электроном в валентной зоне («дырка»), может быть занято другим электроном в валентной зоне, который становится источником дырочной проводимости.

В то время как в случае одного типа полупроводника мы можем наблюдать увеличение проводимости при приложении внешнего напряжения, два полупроводника разного типа, соединенные между собой (образуя «p-n-переход»), могут генерировать электрическое поле и электрический ток под действием падающего излучения. Этот ток возникает за счет электронно-дырочной рекомбинации. Сила тока, в свою очередь, зависит от интенсивности света, поглощаемого полупроводником. Если свет выключен, ток падает.

Как работает светодиод

Если к аноду подключить полупроводник p-типа, а к катоду — n-типа, то в области, прилегающей к p-n-переходу, будет происходить взаимная диффузия электронов и дырок, обусловленная градиентами их концентрации. Когда электрон рекомбинирует с дыркой, выделяется энергия за счет перехода электрона на более низкий энергетический уровень. Однако в широком круге полупроводников, таких как кремний или германий, рекомбинация электронов и дырок не сопровождается излучением света, а приводит к увеличению энергии колебаний (безызлучательные переходы). Полупроводники этого типа называются полупроводниками с непрямой запрещенной зоной. Чтобы сделать светодиод, нам нужно сделать p-n-переход с полупроводниками, имеющими прямую запрещенную зону с энергией, соответствующей энергии фотонов видимого света. Различить эти два типа полупроводников просто по их светопроницаемости: полупроводники, способные выделять избыточную энергию в виде излучения, обычно прозрачны для видимого света. Например, GaAs (арсенид галлия) и GaN (нитрид галлия) являются прозрачными полупроводниками и хорошо подходят для изготовления светодиодов.

Если применяется (прямое) смещение, количество носителей заряда, которые могут преодолеть барьер и пройти через p-n-переход, будет увеличиваться (это «инъекция миноритарного заряда»). Одновременно увеличивается количество основных несущих, проходящих через контакты, что приводит к компенсации заряда. В результате скорость рекомбинации возрастает, а результирующий электрический ток экспоненциально растет в зависимости от величины смещения.

Как упоминалось ранее, рекомбинация электронов и дырок в прямозонных полупроводниках сопровождается испусканием фотонов; длина волны излучаемого света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника, которая различается для разных материалов. Например, нитрид галлия, широко используемый в современных светодиодах, характеризуется люминесценцией на длине волны 365 нм. Одной из основных проблем при производстве светодиодов является получение бездефектных кристаллов GaN, которые получают методом эпитаксиального роста на темплатах из сапфира. Современные коммерческие светодиоды, состоящие из очень тонких (10-15 нм) чередующихся слоев p- и n-полупроводников, производятся с использованием MOCVD (химическое осаждение из паровой фазы или химическое осаждение из паровой фазы).

Каковы преимущества и недостатки светодиодов?

Начнем с недостатков, которых очень мало. Во-первых, световой поток светодиода обычно менее интенсивен, чем у обычных лампочек накаливания. Во-вторых, светодиоды обычно характеризуются низким индексом цветопередачи (CRI), который является мерой способности источника света воспроизводить цвета различных объектов. Галогенные лампы, например, имеют довольно высокий индекс цветопередачи (> 90%), тогда как обычные светодиоды имеют индекс цветопередачи в диапазоне 60-69. %. Однако следует отметить, что обе эти задачи успешно решаются производителями современных светодиодов.

Преимущества светодиодов невозможно переоценить. Современные светодиоды могут работать до 50 000 часов и характеризуются значительно меньшим энергопотреблением, чем традиционные источники света. Кроме того, в их излучении отсутствуют вредные длины волн УФ-излучения, что позволяет использовать их для изготовления «безопасных» соляриев для загара. Одним из перспективных применений светодиодов являются так называемые «интеллектуальные световые системы», которые объединяют сверхэффективные светодиоды с датчиками для обеспечения «умного» (энергосберегающего) освещения. Одним из основных направлений развития светодиодной техники является замена неорганических материалов органическими. Принцип работы органического светодиода (OLED) основан на той же физике, что и у неорганических, но его конструкция совершенно иная.

Для эффективной и долговременной работы OLED требуются дополнительные слои, проводящие электроны и дырки, и слои, блокирующие дырки.