Характеристики светодиодов: Светодиоды: классификация, назначение, основные характеристики

Характеристики светодиодов: обзор основных параметров LED

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

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

Сила и напряжение, потребляемого светодиодом тока

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

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

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

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

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

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

Интенсивность светового потока, угол рассеивания

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

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

Соотношение параметров эффективности разных источников света, приведенных для сравнения:

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

Размер кристалла

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

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

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

CRI (индекс цветопередачи)

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

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

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

Цветовые характеристики

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

Таблица цветовых характеристик

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

Цветовая температура

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

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

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

Максимальная рабочая температура

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

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

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

Срок эксплуатации

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

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

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

Вывод

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

Параметры светодиоды. Технические характеристики светодиодов. Сравнительные таблицы

Параметры светодиоды. Технические характеристики светодиодов. Сравнительные таблицы

Условно все светодиоды можно разделить на две большие группы:

Осветительные это те, которые могут обеспечить световой поток не меньше, чем у традиционных источников света. Некоторые модели даже их превосходят.
К ним можно отнести 4 популярных вида:

К индикаторным относится dip светодиоды. Рассмотрим сперва их.

Сокращение DIP расшифровывается как Direct In-line Package. Именно их в первую очередь начали массово выпускать в недалеком прошлом.

Трудно представить, но первые неказистые экземпляры для рядовых пользователей стоили от 200$ за штуку.

На сегодняшний день они уже не так распространены, но все же применяются:

  • в устройствах индикации
  • в панелях электронных приборов
  • световых табло
  • или елочных украшениях

По форме корпуса они могут быть круглыми, овальными или прямоугольными. Самые популярные типоразмеры с выпуклыми линзами – 3,5,8,10мм.

Напряжение питания 2,5-5В, при токе до 25мА.

Бывают разноцветными и многоцветными (RGB). Это когда в одном корпусе спрятано 3 перехода, а внизу есть 4 вывода.

В электрических схемах все светодиоды обозначаются как обычный диод с двумя стрелочками.

Обратите внимание

Несмотря на малые размеры и свою “древность”, отдельные модели из-за специфической формы корпуса, могут выдать в 1,5-2 раза больше яркости, чем некоторые SMD.

К тому же потребление энергии у DIP меньше чем SMD, да и стоят они дешевле. Однако SMD технология не стоит на месте и с каждым годом их параметры стремительно сближаются.

Вот таблицы с основными техническими характеристиками (сила света, рабочее напряжение, сила тока, угол свечения, цена) для индикаторных светодиодов DIP разных типоразмеров.

А также расшифровка маркировки их названий и обозначений (для просмотра нажмите на соответствующую вкладку):

Данный вид на сегодня является самым популярным. SMD расшифровывается с английского = Surface-Mount-Device.

В своей конструкции они имеют полупроводниковый чип или кристалл, установленный на подложку. Снизу расположены контакты для подключения.

Каждый такой светодиод закрывается в корпусе, который напрямую можно припаивать к любой поверхности. Поэтому то их и называют ”изделиями поверхностного монтажа”.

Несмотря на одинаковое название “СМД”, в продаже можно встретить модели обладающие абсолютно разными:

О популярности данного типа могут говорить следующие цифры. Общее количество производимых светодиодов SMD, только в одном корпусе 2835, за год составляет несколько миллиардов штук.

Почему они так популярны? Конечно из-за своих достоинств:

  • продолжительный срок службы
  • ну а самое главное – высокая светоотдача

Именно SMD вид используется в большинстве светодиодных лампочек и светильников.

Таблицы всех технических характеристик наиболее популярных марок светодиодов марки SMD 2835, 3528, 5050, 5730:

COB – Chip On Board. У этого вида большое количество маленьких кристаллов размещено на единой подложке и все это собрано в одном корпусе.

Схема соединения этих кристаллов – последовательно параллельная. Сверху они заливаются люминофором.

По-другому их называют светодиодными матрицами. Их достоинства:

  • разнообразная форма сборки светодиодов

Все эти преимущества очень кстати подошли для изготовления ярких и компактных прожекторов. Также КОБы активно применяют там, где нужна акцентированная и декоративная подсветка.

Однако из-за близости расположения кристаллов друг к другу, происходит сильный нагрев корпуса, даже если вы и обеспечите нормальное охлаждение. Поэтому если вам нужна качественная фокусировка, придется использовать силиконовую оптику.
Она стойка не только к высоким температурам, но самое главное выдерживает без последствий огромное количество циклов нагрев-остывание.

На абы какую поверхность COM матрицы ставить нельзя. Ее необходимо предварительно подготовить.

Как определить марку SMD светодиода. Описание, виды и особенности маркировки SMD диодов

Светодиод – полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. В отличие от ламп накаливания и энергосберегающих, долговечней и энергоэффективней. По исполнению делятся на два основных типа – DIP и SMD (СМД).

Различаются по конструкции корпуса и расположением контактов. В статье мы расскажем про SMD диоды.

Что такое smd

Surface Mounted Device (SMD) – прибор, монтируемый на поверхность. Говоря другими словами, если DIP светодиод имеет длинные контактные ножки и монтируется через отверстия в электрической плате, то СМД аналоги – прямо на плату или в светодиодную ленту, так как имеют маленькие контакты.

Япония – лидер развития технологий светодиодов, СМД диода в частности. Поэтому лучшая продукция у них.

Корпуса smd элементов

Основной тип – пластмассовый корпус прямоугольной формы.

Массовое производство налажено именно для такого типа. Если брать обычные диоды, а не источники света, то там ещё есть корпус металлостеклянный цилиндрической формы. Для нужд именно освещения смысла в таком исполнении нет.

Более важны размеры СМД светодиодного элемента. Их можно узнать по маркировке.

Маркировка smd полупроводников

Четыре цифры в маркировке обозначают длину и ширину в сотых миллиметра. Например, диод 1206 длинной 12 мм и шириной 6 мм.

Приписка RGB обозначает, что светодиод может выдавать один из трех цветов – красный, зеленый или голубой.

Для радиолюбителя обычно достаточно знания этих двух параметров в маркировке СМД диодов.

Краткие технические характеристики и применение

Популярны СМД светодиоды с маркировками 5050, 3528 и 5630 (5730). Именно в светодиодной ленте используются такие SMD кристаллы, благодаря чему получили широкое распространение.

Но других типоразмеров достаточно много. Вот основные из них (краткая характеристика и сферы применения, наиболее распространенных из них):

0603. Мощность 1,9 – 2, 3 ватт. Обычно применяется в приборных панелях автомобиля и в подсветки экрана в некоторых мобильных телефонах.

2835. Мощность 0, 2 – 1. Применяются в LED-лампочках, в карманных и тактических фонариках. Хорошо экономят энергию. Но в основном только белый цвет.

3528. Появился давно. В отличие от 2835 выпускается в разных цветах: теплый и холодный белый, красный, зеленый, желтый и синий.

3014. Мощность 0, 1 Вт. Современные светодиоды. Конкретную сферу применения назвать сложно, в интернете информации мало.

3030. 1,5 — 2, 2 Вт. Для ремонта ЖК и LED телевизоров.

3535. 1-3 Вт. Заняли твердое место на рынке из-за высокой теплоотдачи. Активно применяются в уличном освещении и на производстве.

5050. 0, 2 или 0, 26 Ватт. В сущности, это просто три диода 3528 в одном корпусе. Используется для красивого общего освещения – барах, ресторанах, гостиницах и проч.

5630. 0, 5 Ватт. Лучшее применение в светодиодных лентах. Требуют хорошего охлаждения, потому почти не используются в других сферах.

0805 и 1206 мало распространены. Применяются в основном радиолюбителями или для подсветки телефонов (смартфонов).

5730. Мощность от 0,5 до 1 ватта. Средние характеристики и невысокая цена. Встречается в светильниках всех видов: от декоративного освещения до уличного и промышленного. Один из самых распространенных кристаллов.

Полезное

В заключение

Светодиодные системы сегодня вытесняют лампы накаливания и энергосберегающие аналоги. Промышленники и жильцы домов любят их за низкое потребление электроэнергии и долгий срок службы. Дизайнеры за высокое качество света и безопасность. Радиолюбители за компактность и множество сфер применения. И наиболее популярные типы светодиодов – это SMD (СМД).

Пишите комментарии и делитесь статьей в социальных сетях, если узнали что-то новое и полезное о маркировке или сферах применения осветительных диодов.

Сверхяркие светодиоды характеристики. Конструкция мощного светодиода и угол рассеивания света

Мощные сверхяркие светодиоды устроены почти так же, как и стандартные. Различие состоит лишь в расположении кристаллов. В стандартном диоде они установлены на специальном основании, в ультраярком установочная площадка оснащена теплоотводом. По этой причине прибор может генерировать световой поток 100 Лм.

Компоненты, которые входят в состав мощного полупроводникового осветительного прибора:

  1. Корпусным основанием служит металлокерамическая подложка, имеющая высокую теплопроводность. За счет этого достигается минимум теплового сопротивления и корпус кристалла электрически изолирован от теплоотвода.
  2. Кристаллы из карборунда.
  3. Подложка. Она изготовлена на основе карборунда и алюмонитрида. В результате в кристалле не возникают механические напряжения при смене температуры.
  4. Отражатель. Данную функцию выполняет металлический корпус.
  5. Линза плавающая. Материал, из которого она произведена, — кварцевое стекло. Линза не закреплена жестко в корпусе. Ее положение сохраняется за счет сцепления с желеобразным герметиком. Благодаря этому исключено появление механического напряжения и выполняется автофокусировка в широком температурном интервале.

Полупроводниковые осветительные приборы отличаются от стандартных углом рассеивания.

Последние излучают свет равномерно во все стороны пространства. Светодиод может иметь угол рассеивания 15-120? Для увеличения указанного параметра используют рассеивающую линзу. Собирательную применяют для сужения угла, например, для создания точечного освещения.

Яркость светового потока диода изменяется в пределах угла. Максимальная освещенность достигается в центре, минимальная — по краям угла рассеивания. Данная характеристика влияет на стоимость светодиода. Например, у прибора, имеющего угол 180 гр, цена выше, чем у светодиода с параметром 60 гр.

Основные характеристики светодиодов. Классификация светодиодов по их области применения

Изначально светодиоды применялись в качестве индикаторов

Элементы led-освещения различаются по области их применения. Основные типы светодиодов: индикаторные и осветительные. Устройства не одинаковы, каждые имеют свои отличительные особенности и технические параметры.

Индикаторные светодиоды

Первый LED-светильник появился в середине прошлого века. Прибор имел тусклое красноватое свечение, небольшую энергетическую эффективность. Несмотря на недостатки, разработки в данном направлении были продолжены. Спустя 20 лет появились варианты с желтым и зеленым оттенком. К началу 90-х сила светового потока достигла 1 Люмена. К началу 2000-х значение достигло уровня 100 Люменов.

В 1993 году японские инженеры представили светодиод синего цвета. Свет устройства стал значительно ярче предшественников. С этого момента на рынке стали появляться устройства с разным свечением – сочетание синего, зеленого, желтого и красного позволяют создавать любой цвет и оттенок.

В настоящее время разработки продолжаются. Появляются новые виды светодиодов. При этом сохраняется низковольтное потребление при увеличении силы светового потока.

Осветительные светодиоды

Первые модели с низкой светимостью (DIP) были пригодны для индикаторной работы (например, в темноте виден выключатель – горит небольшой красный светодиод). Современные устройства позволяют освещать значительные площади – бытовые и промышленные помещения. Мощность светодиода выросла – LED-прибор для фонарика с показателем 3Вт аналогичен лампе накаливания на 25-30Вт. Потребление электроэнергии меньше примерно в 10 раз.

Такие светодиоды получили название осветительные благодаря основной области применения. Используются в лентах, фарах, лампах, других изделиях. Изготавливаются в отдельных корпусах, которые допускают поверхностный монтаж.

Основное отличие – выдают только белый свет холодного или теплого оттенков. Классификация:

  • SMD – популярны модели с рассеивающим элементом на 100-130°; подложка для лампы из меди или алюминия, не нагреваются;
  • СОВ – более мощные, сверхъяркие, состоят из множества небольших кристаллов, угол рассеивания значительный;
  • Filament – обладают самым низким КПД (в сравнении с SMD), часто используются как декоративные элементы, изготавливаются различных размеров и форм.

Исходя из назначения и параметров помещения, выбирают оптимальный вариант. Характеристики осветительных устройств указаны на упаковке и в технической документации.

Ток светодиода. Как делают светодиоды

Светодиоды – это кристаллы, выращенные или наращенные из химических элементов на основе полупроводников. Они помещаются в специальный для каждого вида светодиодов корпус. Технологии изготовления светодиодов разнятся в зависимости от вида светодиода. Изготавливают светодиоды с добавлением различных химических элементов. Среди них полупроводники и не полупроводниковые металлы и их соединения. А также легирующие, то есть придающие составу определенные характеристики, примеси.

Изготовление светодиодов

Процесс изготовления светодиодов выглядит, примерно, следующим образом:

Пластины, служащие в качестве подложки будущих кристаллов светодиодов, помещают в специальную герметичную камеру. Такие пластины изготавливают из удобных для наращивания светодиодов материалов. Например, из искусственного сапфира, у которого подходящая для этого кристаллическая решетка. Прежде всего камеру заполняют смесью газообразных химических веществ на основе полупроводников и легирующих добавок. Затем внутренность такой камеры начинают нагревать. В процессе этого нагрева химические элементы, находящиеся до этого в газообразном состоянии, осаждаются на пластинах.

Процесс длится несколько часов. В итоге на подложке наращивается несколько десятков слоев общей толщиной лишь несколько микрон. Отличие в толщине пластины до и после наращивания не различимо на глаз.

Затем с помощью трафарета на пластину напыляются золотые контакты. После чего ее разрезают на мельчайшие части. Каждая такая часть – это отдельный кристалл светодиода со своими контактами. Размеры ее очень малы. По крайней мере, разглядеть ее в деталях можно лишь под микроскопом.

На следующем этапе готовые кристаллы вставляют в корпус. После того, по необходимости покрывают слоем люминофора. Тип корпуса и количество кристаллов зависят от того, где и как данный светодиод будет использоваться.

Все светодиоды отличаются друг от друга как отпечатки пальцев. То есть нет двух идентичных по своим характеристикам светодиодов. Потому на следующем этапе и происходит сортировка светодиодов по двум-трем сотням параметров. Чтобы отобрать наиболее близкие друг другу по мощности, цветовой температуре и другим характеристикам светодиоды.

В конце концов светодиоды проверяют на работоспособность на испытательных стендах. И лишь затем из них изготавливают светодиодные лампы, ленты или используют в других сферах применения.

Видео светодиоды. Основные параметры

5 видов светодиодов — какие самые яркие. Таблицы характеристик, цена и сравнение.

Условно все светодиоды можно разделить на две большие группы:

  • осветительные

Осветительные это те, которые могут обеспечить световой поток не меньше, чем у традиционных источников света. Некоторые модели даже их превосходят.

К ним можно отнести 4 популярных вида:

  • SMD
  • COB
  • Filament
  • PCB STAR

К индикаторным относится dip светодиоды. Рассмотрим сперва их.

Сокращение DIP расшифровывается как Direct In-line Package. Именно их в первую очередь начали массово выпускать в недалеком прошлом.

Трудно представить, но первые неказистые экземпляры для рядовых пользователей стоили от 200$ за штуку.

На сегодняшний день они уже не так распространены, но все же применяются:

  • в устройствах индикации
  • в панелях электронных приборов
  • световых табло
  • или елочных украшениях

По форме корпуса они могут быть круглыми, овальными или прямоугольными. Самые популярные типоразмеры с выпуклыми линзами – 3,5,8,10мм.

Напряжение питания 2,5-5В, при токе до 25мА.

Бывают разноцветными и многоцветными (RGB). Это когда в одном корпусе спрятано 3 перехода, а внизу есть 4 вывода.

В электрических схемах все светодиоды обозначаются как обычный диод с двумя стрелочками.

Несмотря на малые размеры и свою “древность”, отдельные модели из-за специфической формы корпуса, могут выдать в 1,5-2 раза больше яркости, чем некоторые SMD.

К тому же потребление энергии у DIP меньше чем SMD, да и стоят они дешевле. Однако SMD технология не стоит на месте и с каждым годом их параметры стремительно сближаются.

Вот таблицы с основными техническими характеристиками (сила света, рабочее напряжение, сила тока, угол свечения, цена) для индикаторных светодиодов DIP разных типоразмеров. А также расшифровка маркировки их названий и обозначений (для просмотра нажмите на соответствующую вкладку):

Круглые 3ммКруглые 5ммКруглые 8ммКруглые 10ммПрямоугольныеКвадратныеОвальныеЦилиндрические

Данный вид на сегодня является самым популярным. SMD расшифровывается с английского = Surface-Mount-Device.

В своей конструкции они имеют полупроводниковый чип или кристалл, установленный на подложку. Снизу расположены контакты для подключения.

Каждый такой светодиод закрывается в корпусе, который напрямую можно припаивать к любой поверхности. Поэтому то их и называют ”изделиями поверхностного монтажа”.

Несмотря на одинаковое название “СМД”, в продаже можно встретить модели обладающие абсолютно разными:

  • типоразмерами
  • напряжением питания

О популярности данного типа могут говорить следующие цифры. Общее количество производимых светодиодов SMD, только в одном корпусе 2835, за год составляет несколько миллиардов штук.

Почему они так популярны? Конечно из-за своих достоинств:

  • малая стоимость
  • высокая надежность
  • продолжительный срок службы
  • ну а самое главное – высокая светоотдача

Именно SMD вид используется в большинстве светодиодных лампочек и светильников.

Таблицы всех технических характеристик наиболее популярных марок светодиодов марки SMD 2835, 3528, 5050, 5730:

SMD 2835SMD 3528SMD 5050SMD 5730

COB – Chip On Board. У этого вида большое количество маленьких кристаллов размещено на единой подложке и все это собрано в одном корпусе.

Схема соединения этих кристаллов – последовательно параллельная. Сверху они заливаются люминофором.

По-другому их называют светодиодными матрицами. Их достоинства:

  • легкость монтажа
  • хороший световой поток
  • разнообразная форма сборки светодиодов

Все эти преимущества очень кстати подошли для изготовления ярких и компактных прожекторов. Также КОБы активно применяют там, где нужна акцентированная и декоративная подсветка.

Однако из-за близости расположения кристаллов друг к другу, происходит сильный нагрев корпуса, даже если вы и обеспечите нормальное охлаждение. Поэтому если вам нужна качественная фокусировка, придется использовать силиконовую оптику.

Она стойка не только к высоким температурам, но самое главное выдерживает без последствий огромное количество циклов нагрев-остывание.

На абы какую поверхность COM матрицы ставить нельзя. Ее необходимо предварительно подготовить.

В противном случае, от перепадов температур, подложка деформируется, что еще больше повысит температуру светодиода и приведет к его повреждению.

Кстати, это основная причина выхода из строя светодиодных прожекторов.

Приблизительно на один светодиодный ватт в режиме 100Лм/Вт нужно 20см2 площади радиатора.

По норме от 6 до 10Вт может пассивно принять воздух, в то время как теплопроводность алюминия 200-300 Вт/(м*К).

Есть у COB светодиодов и другие недостатки:

  • светоотдача и срок службы меньше чем у SMD видов

Поэтому на сегодня, для решения именно энергоэффективных задач в освещении, КОБ модели не совсем подходят. Это будет экономически не целесообразным.

Таблицы технических характеристик COB светодиодов:

COB 3ВтCOB 5ВтCOB 7ВтCOB 9ВтCOB 10ВтCOB 15ВтCOB 20ВтCOB 30Вт

И матриц:

Матрица 50ВтМатрица 150ВтМатрица 10Вт

Filament светодиоды

Филаментные модели представляют из себя стеклянную полоску с наклеенными поверх нее светодиодами. С двух концов полоски металлизируются.

Через них подается питание. Если здесь применить различные кристаллы, то можно добиться достаточно высокого CRI.

Люминофор наносится сверху. При этом вся конструкция помещена в стеклянную колбу, как в обычной лампочке.

Однако для всей этой конструкции, как и в любом ярком светодиоде требуется охлаждение.

Для этого здесь применяют газ — гелий. Именно благодаря ему, происходит отвод тепла на внешние стенки колбы филаментной лампочки.

По простому можно сказать, что филаментная лампочка – это КОБ светодиод, который поместили в газовую среду. Достоинства филаментных моделей:

  • можно легко изготавливать привычные нам всем модели лампочек классического вида (груша, свеча, шарик). При этом начинка у них будет модернизированная.
  • одинаковое светораспределение как и у ламп накаливания

Именно поэтому их применяют как альтернативная замена обычным лампочкам в светильниках и люстрах.

Однако свечение такой лампы все же сопровождается высоким нагревом. Вследствие чего, наблюдается постепенная деградация диодов, и как итог – их непродолжительный срок службы.

Таблица сравнения филаментных моделей и других видов ламп и источников света:

PCB Star светодиоды

Если исходить из занимаемой площади, то эти светодиоды занимают первое место по величине светового потока.

Данный светодиод состоит из одного единственного кристалла, имеющего большую площадь (относительно моделей SMD).

Однако по большому счету, это тот же самый SMD вид. Он напаивается к подложке из алюминия, напоминающую по форме звезду.

Если у вас очень мощный источник света, а не множество кристаллов, то и фокусировка его упрощается. Поэтому из таких типов светодиодов PCB Star и начали массово делать яркие мощные прожекторы и не менее яркие ручные фонарики.

Таблицы всех технических характеристик светодиодов “звезда”:

Star 1ВтStar 1Вт без платыОтдельно платыStar 3ВтStar 3Вт без платыStar 5ВтStar 5Вт без платы

Из всех представленных видов на сегодняшний день, SMD модели являются самыми универсальными. Из них делают множество световой продукции:

При этом производители добиваются вполне оптимальных решений по цене и светоотдаче.

Характеристики светодиодов, принцип работы, маркировка, монтаж

Сравнительно недавно в нашу повседневную жизнь вошли светодиоды. И не просто вошли – ворвались. Причем нагло и уверенно. И популярность их растет с каждым днем, что неудивительно. Ведь на сегодняшний день нет более экономичного и компактного источника света. К тому же цветовая палитра получаемого освещения очень разнообразна, что позволяет воплотить в жизнь любую фантазию дизайнера или домашнего мастера. Различные помещения могут быть оформлены так, что захватывает дух. Но мало продумать эксклюзивное освещение. Нужно еще понимать, каким образом воплотить его в жизнь. А это невозможно, не зная характеристики светодиодов. Сегодня мы и будем разбираться в их маркировках, размерах и областях применения.

Разнообразие индикаторных светодиодов – форма может быть любой

Читайте в статье

Принцип работы и конструктивные особенности светодиодов

Первые подобные элементы не предназначались для освещения помещений. Их световой поток был настолько слаб, что использовали их только для индикации. Однако инженеры правильно оценили потенциал, вложив в это изобретение массу времени и сил. И результат не заставил себя долго ждать – светодиоды стали развиваться настолько стремительно, что удивили и самих создателей. И вот уже наряду с обычными индикаторами на прилавках можно найти и сверхъяркие светодиоды, характеристики которых превосходят предшественников в разы, даже таких, как галогеновые лампы. А ведь они считались самыми яркими источниками света. Так как же работает подобный кристалл?

Принцип его работы основан на движении отрицательных и положительных частиц, которые под воздействием напряжения перемещаются, создавая световое излучение. Но вряд ли уважаемому читателю захочется вникать во все научные термины, а значит, будем объяснять все понятным простому обывателю языком.

Приблизительный принцип работы светодиода схематически

Конструкция такого светового элемента имеет 3 основные части:

  • Катод. В индикаторных диодах со слабым свечением он прекрасно виден. Катод имеет форму флажка;
  • Анод. Это тонкий ровный провод;
  • Корпус, состоящий из прочной прозрачной или цветной эпоксидной смолы.

Этот небольшой ликбез необходим. Ведь если при сборке схемы на анод подать «минус» а на катод «плюс», то никакого свечения получить не удастся. Если говорить о внешнем виде индикаторных диодов, то анод, требующий подачи положительного заряда, всегда можно определить по более длинной ножке.

Можно увидеть, что у светодиода одна ножка длиннее

Какие виды светодиодов можно встретить на прилавках

Такие световые элементы могут отличаться по множеству признаков, но все же виды их классифицируют по конструктивным особенностям. Их можно отличить по маркировке, в которой указываются следующие обозначения:

  • DIP – это как раз индикаторный светодиод с небольшой силой светового потока. Корпус его состоит из эпоксидной смолы и имеет форму цилиндра с выпуклым или впалым верхом, играющим роль линзы. Внутри может быть 1, 2 или 3 кристалла разных цветов. В таком случае и ножек выводов будет больше – 2, 3 и 4 соответственно. Его прямым потомком стал диод «пиранья», который имел повышенную светоотдачу, однако он сильно нагревался и имел большой размер, а потому его производство прекратилось;
  • SMD – это уже современные элементы, о которых сегодня мы расскажем подробно. Они имеют малые размеры, но яркость их значительно выше, чем у предшественников. Они используются для осветительных приборов, таких как лампы и светодиодные ленты;
  • COB – одно из последних достижений в этой области. Представляет собой пластину, в которой находится множество кристаллов. Такие элементы имеют ровный и яркий свет и используются, помимо простых ламп, в прожекторах;
  • «Cree» — сверхъяркие компоненты, которые производит одноименная фирма, не передающая технологию и право изготовления никому. Фонари на таких элементах могут светить на расстояние даже в 2 км.

Светодиоды «Cree» — они очень маленькие

Теперь, поняв какие бывают светодиоды, можно перейти к разбору их положительных и отрицательных качеств.

Есть ли минусы у осветительных светодиодов?

О положительных сторонах таких элементов можно говорить очень долго. Мы постараемся слишком не нагружать уважаемого читателя большим объемом информации, описав все наиболее кратко.

Осветительные приборы на таких элементах очень экономичны – вся потребляемая электроэнергия преобразовывается в световую (нагрева практически нет), что и позволяет повысить их коэффициент полезного действия почти до 100% (для сравнения, КПД лампы накаливания всего 5-15%). Срок их службы обычно около 50000 часов, что может составить от 6 до 10 лет, что создает дополнительную экономию бюджета на приобретении осветительных приборов. Да и отсутствие нити накала вкупе с прочным корпусом создает дополнительную защиту от вибрации.

Многоцветные светодиодные ленты сейчас очень востребованы

Большим преимуществом является пожарная безопасность. Подобные LED-лампы работают при помощи драйверов, которые понижают напряжение, подаваемое на светодиоды. Так же драйвер регулирует и напряжение, не позволяя резкому скачку вывести из строя элементы или создать ситуацию, при которой они могут взорваться.

Что же касается недостатков, то они совсем незначительны. Конечно, раньше стоимость таких осветительных приборов была довольно высока. Но сейчас, если сравнивать цены на светодиодные лампы и стоимость КЛЛ, то они практически сравнялись. Многие считают недостатком то, что светодиодную ленту необходимо подключать через блок питания. Однако, как выяснилось, это скорее достоинство, обеспечивающее безопасность.

Удивительное оформление праздника при помощи светодиодов

Основные характеристики LED-элементов

Как и в любом оборудовании характеристики играют очень важную роль при выборе и приобретении. Сейчас мы рассмотрим основные параметры, на которые следует обратить внимание.

Ток потребления и его параметр у светодиода

Ток светодиодов зависит от их типоразмера, а иногда даже от цвета. Обычно этот параметр имеет значение 0,02 А. Если же в одном корпусе вмонтировано 4 кристалла, то и ток возрастает соответственно, и будет равен 0,08 А.

Полезная информация! Увеличение силы тока способствует быстрому старению элемента. Именно для того, чтобы стабилизировать этот показатель, в современных бытовых LED-лампах и встроен драйвер. При подключении светодиодных лент для этой цели используется блок питания или контроллер.

Лампа ближнего света автомобиля на светодиодах

При самостоятельном монтаже схемы к каждому светодиоду монтируется резистор, который ограничивает величину тока, тем самым защищая его от быстрого выхода из строя.

Номинальное напряжение световых диодов

Как такового понятия напряжения для таких элементов не существует. Лучше воспользоваться другим термином –падение напряжения на светодиоде. Это означает показатель, насколько меньше стало напряжение при прохождении через элемент. Есть усредненные значения этого показателя, которые зависят напрямую от цвета свечения. При синем, зеленом и белом цвете это 3 В, а вот для желтого и красного – 1,8-2,4 В.

При смешении разных цветов светодиодов рождается белый

Показатели значения сопротивления

В целом знать значение сопротивления светодиода не требуется – эта информация ничего не даст. Ведь если он подключен правильно, то оно незначительно, если же нет, то полное. Интересен факт, что сам по себе этот показатель у подобных элементов является динамическим. Это значит, что если добавить напряжения, то сопротивление начнет падать и наоборот.

Мощность светодиодных ламп, их световой потока и его угол свечения

Угол свечения LED-элементов может быть разным. Обычно он варьируется от 20 до 1200. Вообще их основной световой поток более интенсивен в центре, а ближе к краям рассеивается. За счет этого и достигается большая освещенность при меньшей мощности. Если сравнить потребляемую мощность LED и обычной лампы накаливания, то можно увидеть следующую картину.

Мощность лампы накаливания, ВтМощность светодиодов, Вт
10012-12,5
7510
607,5-8
405
253

Вот такими тусклыми были первые светодиоды

В целом получается, что LED-элементы в 8 раз ярче «лампочек Ильича» при той же потребляемой мощности, или же при одной и той же силе светового потока светодиоды потребляют энергии в 8 раз меньше ламп накаливания.

Цветовая температура подобных компонентов

Гамма цветовых температур подобных элементов достаточно обширна. Для того, чтобы уважаемому читателю было более понятен диапазон, предлагаем ознакомиться с данными в форме таблицы.

Цвет и его температурное обозначениеТемпература цвета, КПримерные области использования
БелыйТеплый2700—3500В квартирах, домах и офисах.Этот свет наиболее приближен к дневному и оттенку ламп накаливания
Нейтральный (дневной)3500—5300Рабочие места на производстве. Дает прекрасную освещенность, при этом не искажая цвета предметов
Холодныйсвыше 5300Уличное освещение. Такой цвет более ярок и интенсивен
Красный1800Декоративная и фито-подсветка
ЗеленыйВ качестве фито-подсветки, а так же подсветки предметов в интерьере
Желтый3300Так же потолочная в квартире и подсветка рабочей зон кухни
Синий7500Декоративная подсветка натяжных и подвесных потолков, стен

Цветовая гамма светодиодов довольно обширна

Наиболее распространенные размеры кристаллов

Размеры чипа измеряются в величине, обозначаемой «mill». Если говорить о привычной нам величине измерения, то 1 mill = 0,0254 мм. Наиболее распространенные размеры, это 24×24, 24×40, 35×35 и 40×40 mill. Для примера кристалл, размером 40×40 mill равен 1,143 х 1,143 мм, а его потребляемая мощность – 1 Вт.

Но наиболее интересно сейчас узнать, что же собой представляют SMD-элементы и какими свойствами они обладают.

В этом светодиоде содержится 50 кристаллов

Характеристики SMDLED, их маркировки и области применения

Такие светодиоды в наше время используются повсеместно. Это не только бытовые и производственные помещения, но и автомобильная промышленность, различная цветомузыка и рекламные щиты. Если посмотреть на любой SMD-компонент, с первого взгляда непонятно, как одинтип отличить от другого. На самом деле это не сложно.

Глядя на маркировку такого светодиода можно сразу узнать его типоразмер, а зная их характеристики несложно высчитать и мощность, к примеру, световой полосы, на которой они установлены. Рассмотрим наиболее распространенные элементы, встречающиеся на российских прилавках.

Ассортимент SMD-светодиодов – это лишь их малая часть

Параметры 2835SMDLED

Для начала необходимо понять, как определить размер по маркировке светодиодов. Все очень просто, если указаны цифры 2835, значит, размер элемента составит 2,8×3.,5мм. Характеристики светодиода 2835 неплохи. Светоотдача такого светового диода составляет 20-24 Люмен, а площадь излучения можно отнести к увеличенной. Интересен и показатель деградации. При 3000 часах работы при температуре в 2400 К такой элемент теряет всего 5% силы светового потока.

Полезно знать! Технические характеристики SMD 2835 позволяют его использование практически во всех областях, где необходимо освещение.

Вот она, лента со светодиодами 2835

Характеристики светодиода 5050

Этот элемент имеет более крупные габариты. Однако это не означает, что его световой поток более сильный, нежели у предыдущего варианта. В его корпусе объединены 3 кристалла, аналогичных SMD 3528 (не стоит его путать с 2835 – они совершенно разные). К примеру, если светоотдача 2835 равна 20-24 Лм, то у 3528 этот показатель всего 6-8 Лм. Но, вернемся к SMD 5050. Его мощность составляет 0,2 Вт, а сила светового потока – 16-18 Лм.

А вот светодиод 5050 чаще используется для таких лампочек

Характеристики светодиодов SMD 5730

Это уже элемент, имеющий более хорошие показатели. Он намного ярче предыдущих, но и потребление его выше. По маркировке понятно, что его размеры – 5.7×3мм. Сила светового потока равна 50Лм при потребляемой мощности 0.6Вт. Сейчас появилось новое поколение таких светодиодов, мощность которых составляет 1Вт. Их маркировка уже выглядит как SMD5730-1.

Максимальная рабочая температура этих элементов 1200 К. При работе в такой температуре в течение 3000 часов деградация элемента составит лишь 1%.

Светодиод 5730 мощнее предыдущих элементов

Новое слово в линейке SMDLED – элементы «Cree»

Эти светодиоды совершенно отличны от моделей, которые нами сегодня рассматривались и превосходят их по многим параметрам. В их линейке несколько модельных рядов, среди которых можно отметить сверхъяркие светодиоды на 3 вольта XQ-E HighIntensity, имеющие достаточно малые размеры – 1,6×1,6 мм. Угол свечения составляет 100-1500, а сила светового потока – 330 Лм. При этом светодиод содержит лишь один кристалл.

Самым маленьким из «Cree» второго поколения, названные производителем «High-Brightness» — это светодиод XHP35, характеристики которого просто поражают. При размерах 3,45×3,45 мм и необходимом напряжении 11-12 В этот элемент вырабатывает силу светового потока свыше 1000 Лм.

О мощности светодиода «Cree» уже ходят легенды

Действительно, характеристики светодиодов «Cree» впечатляют. Компания устанавливает эти элементы на различное оборудование, включая и прожектора на парковках и осветительные приборы на стенах зданий и сооружений. Но интересно и то, что характеристики светодиодов для фонариков ненамного уступают тем, что устанавливаются на уличное освещение.

Как можно проверить световой диод мультиметром

Это сделать несложно. В любом мультиметре есть свой источник питания, который и поможет при проверке. Необходимо выставить переключатель на лицевой панели в положение прозвонки. При этом, если прикоснуться одним щупом к другому должен раздаться звуковой сигнал.

Далее прикасаемся щупами к ножкам диода. Если он не засветился, нужно поменять полярность. Если же и в этом случае ничего не произошло, значит элемент неисправен.

Проверить светодиод мультиметром достаточно легко

Маркируются ли светодиоды по цвету?

Маркировка Российских светодиодов достаточно сложна. Для примера приведем лишь небольшую часть таблицы цветовой маркировки.

СветодиодМатериал корпусаЦвет свеченийМаркировка
АЛ102АМеталлостеклоКрасныйКрасная точка
АЛ102В-/-ЗеленыйЗеленая точка
АЛ102Г-/-Красный3 красные точки
АЛ102Д-/-Зеленый2 зеленые точки
ЗЛ102А-/-КрасныйЧерная точка
ЗЛ102Б-/-Красный2 черные точки
ЗЛ102В-/-ЗеленыйБелая точка
ЗЛ102Г-/-Красный3 Черные точки
ЗЛ102Д-/-Зеленый2 белые точки
АЛ112А-/-Красная полоска
АЛ112Б-/-Зеленая полоска
АЛ112В-/-Синяя полоска
АЛ112Г-/-Красная полоска
АЛ112Д-/-Зеленая полоска
АЛ112Е-/-Красная точка
АЛ112Ж-/-Зеленая точка

Зарубежные элементы маркируются по-разному, в зависимости от страны производителя и фирмы.

Часто маркировка на светодиодной ленте расшифровывается

Буквенная маркировка светодиодной ленты

Светодиодная лента сегодня является действительно мультифункциональной. Ведь она используется не только для подсветки потолков, но и как основное освещение, и как скрытая подсветка рабочей зоны. Да и в качестве ходовых огней она подходит прекрасно.

В маркировке светодиодной ленты присутствуют как буквенные, так и цифровые обозначения. Сейчас разберем на примере, как это расшифровать. Возьмем обычную маркировку –LED-CW-SMD-5050/60 IP68. Первые буквы обозначают источник света, вторые – цвет, в нашем случае белый. Далее идет тип светодиодов и их цифровая маркировка/количество на один метр. И последняя запись после пробела – это класс защиты. Наверняка, если уважаемый читатель заинтересовался световыми диодами, то он немного знаком с маркировками класса безопасности электроприборов. Здесь он идентичен.

При помощи светодиодов возможно любую комнату сделать удивительной

Для чего можно самостоятельно использовать световые диоды

На самом деле из светодиодов можно сделать множество полезных устройств. Здесь все зависит от навыков начинающего мастера радиоэлектроники и его фантазии. Рассмотрим простейшие варианты некоторых приборов, которые под силу сделать своими руками даже не имея никаких навыков.

Стабилизирующее устройство питания для светодиодов

Понятно, что без стабилизатора работать LED-элементы не могут, а значит, нужно его или купить, или смонтировать собственноручно. Самым простым вариантом будет использовать блок питания от сломанного компьютера. Если же это не подходит, то неплоха и гирлянда для елки китайского производства. Ее контроллер позволит вполне сносно обеспечить питанием 15-20 элементов небольшой мощности.

Такой стабилизатор для светодиодов можно заказать в интернете

Дневные ходовые огни автомобиля

Изготовить ДХО? Нет ничего проще. Используем влагозащищенную (IP66 или выше) ленту. Она проклеивается снизу фары или в удобных местах по переднему бамперу. Припаянные к ней провода заводятся в решетку радиатора. Далее следует подключение, согласно схеме автомобиля, к зажиганию. Места спайки лучше всего обработать силиконовым герметиком – это убережет от окисления.

Мигающая реклама на фасаде магазина

Известно, что мигающая реклама привлекает лучше статичной. Здесь все зависит от пожеланий мастера – как засверлить отверстия в щите и расположить светодиоды. А вот с их соединением придется потрудиться. Как рассчитать сопротивление светодиодов, мы рассмотрим чуть ниже, а вот с распайкой будем разбираться сейчас.

Пример самодельной рекламы из светодиодов

Если мы берем в качестве стабилизатора блок от китайской гирлянды, то первым делом нужно посмотреть, какова его мощность и выходное напряжение, а уже исходя из этого, рассчитываем, количество элементов и схему их спайки. Ее лучше зарисовать на бумаге, чтобы не запутаться.

Светомузыка для праздничного настроения

Для нее понадобится специальное устройство, которое и будет подавать импульсы, исходя из такта музыки. Если нет знаний в области радиоэлектроники, то самому его сделать не удастся, придется приобретать. А в остальном все аналогично предыдущему варианту.

Отвертка-индикатор на LED-элементах

Такое устройство потребует некоторых дополнительных деталей, но в итоге его можно будет сделать без особых усилий. Для тех, у кого ее нет, можем предложить схему, для сборки которой потребуется световой диод, емкостное сопротивление, ограничивающее ток и обычный диод VD1 1N4001, который защитит от обратной полуволны.

Схема индикаторной отвертки на светодиодах

Каким образом подключаются светодиоды: некоторые схемы

Основное правило при подключении, это наличие сопротивления. Его задача – не дать, при скачке напряжения, увеличенной силе тока спалить световой диод. Но его необходимо правильно высчитать. Сейчас попробуем понять, как это сделать.

Рассчитываем номинал сопротивления для светодиода

Для правильного расчета сопротивления для светодиода нам понадобится следующая формула:

R=(Uпит-Uпад)/I, где R – необходимое нам сопротивление; Uпит – входное напряжение; Uпад – номинальное напряжение светодиода и I – ток светодиода. Однако стоит помнить, что характеристики светодиода 3 Вт одного производителя могут не совпасть с параметрами идентичного, но изготовленного другой фирмой.

Прожектор на светодиодах с датчиком движения – удобно и экономично

Если же нет желания производить самостоятельно все вычисления, можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Полезно знать! Если производится подключение через блок питания от смартфона или телефона, наличия сопротивлений не требуется.

Подключение светодиода к сети 220 В: схемы и правила

Здесь необходим обычный диод перед источником света. Это значит, что можно, высчитав необходимое количество светодиодов и соединив их последовательно, включить в цепь перед первым из них диод VD1 1N4001. Этого будет вполне достаточно, чтобы избежать обратного пробоя. Однако о сопротивлениях перед каждым из светодиодов забывать нельзя.

Прекрасные ночники на светодиодах для дома

Статья по теме:

Светодиодные настольные лампы для рабочего стола. Как правильно подобрать прибор, какой интенсивности требуется освещение, где его установить, обзор оригинальных моделей  – об этом и многом другом в специальном материале.

Параллельное и последовательное подключение – в чем разница

Последовательное подключение применяется для компенсации высокого напряжения. Иными словами, если у нас 2 лампы на 127 В, а напряжение в сети 220, мы можем соединить их последовательно, и они будут прекрасно работать. Если же их соединить в параллель, то они просто взорвутся.

На схеме это выглядит так. При последовательном подключении светодиодов анод одного из них соединен с катодом другого. Такая цепь продолжается до тех пор, пока суммарное напряжение светодиодов не совпадет или не приблизится вплотную к напряжению сети.

При параллельном соединении все аноды соединяются между собой, как и катоды.

Статья по теме:

Схема подключения светодиодной ленты к сети 220в. В статье подробно рассмотрим плюсы и минусы светодиодов, области их применения. Как правильно выбрать ленты, их виды и средняя стоимость. А также секреты монтажа своими руками.

Как подключить светодиоды к 12 В

Здесь принципиальных различий с подключением светодиодов к сети в 220 В нет. Разница лишь в количестве элементов и расчетах их сопротивлений. Но 12 В все же безопаснее. А значит, если у начинающего мастера нет опыта в подобных делах, лучше потренироваться на подключении светодиодов на 12 В.

Светодиоды на 12 В, как и лента, питаются через такой блок-стабилизатор

Статья по теме:

Из данной публикации Вы узнаете про блок питания 12 В для светодиодной ленты: необходим ли он, для чего служит и как его выбрать, его положительные и отрицательные качества, как рассчитать подобное устройство, как сделать своими руками.

Подведем итоги

Рост популярности светодиодов,несомненно, приведет к тому, что через какое-то время человечество и вовсе откажется от использования люминесцентных и ламп накаливания. Ведь это действительно самый экономичный и безопасный вид освещения. Будем надеяться, что инженеры не остановятся на достигнутом и, возможно, скоро мы увидим новый светодиод, который превзойдет даже продукцию «Cree».

Надеемся, что уважаемый читатель нашел в нашей статье то, что искал. Если у Вас возникли вопросы, наша команда с радостью на них ответит в обсуждениях ниже. А напоследок короткое видео, которое сможет Вас заинтересовать.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? Поддержите нас и поделитесь с друзьями

Характеристики светодиодов, обзор предложений и подключение

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

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

Содержание статьи

Что такое светодиод – принцип действия

Принцип действия полупроводникового светодиода

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

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

Конструкция и типовые части светодиодаЭлектрическая схема подключения

Мир светодиодов: краткий обзор предложений современных производителей

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

Разные комбинации полупроводниковых материалов создают волны определенной длины

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

Индикаторные светодиоды

Конструкция прибора DIP типа

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

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

Оригинальная подсветка сценических костюмов

На практике пригодятся следующие преимущества индикаторных светодиодов:

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

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

Осветительные светодиоды

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

Излучающее поле лампы, созданное из SMD светодиодов

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

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

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

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

На фото изображены основные стадии производственного процесса:

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

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

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

Плюсы и минусы осветительных светодиодов

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

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

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

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

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

Основные характеристики светодиодов

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

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

Ток потребления

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

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

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

Напряжение

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

Сопротивление

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

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

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

Сопротивление вычисляют по закону Ома:

R=U/I=7,2/0,02=360 Ом.

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

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

Исключите подключение светодиодов параллельно к одному резистору

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

Мощность светодиодных ламп

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

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

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

Вместо них применяют такие электрические схемы

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

Светоотдача, угол свечения

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

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

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

Этот рисунок наглядно демонстрирует различные углы свечения

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

Цветовая температура

Этот параметр указывают на упаковке и в сопроводительной документации

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

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

Размер чипов, кристаллов, дополнительные критерии качества

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

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

35mil×0,0254=0,889 мм.

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

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

Матрица на 100 Вт

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

Без внимательного изучения подделку сложно отличить от оригинала

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

Эти данные помогут сделать правильный вывод:

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

Равномерное свечение кристаллов – признак хорошего качества

SMD светодиоды, характеристики, отличия популярных серий

Конструкция прибора

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

2835 SMD LED: параметры, особенности применения

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

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

Технические характеристики SMD 2835 приведены в таблице:

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

Бытовые лампы

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

Характеристики светодиодов 5050

Конструкция и особенности подключения выводов

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

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

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

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

Светодиоды SMD 5730: характеристики, важные нюансы

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

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

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

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

Размеры светодиодов разных серий

Мощные светодиоды Cree

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

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

Характеристики светодиодов Cree серии XM-L:

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

Улучшенные характеристики светодиодов XHP35 подходят для изготовления мощных фонарей

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

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

Проверка светодиода с применением мультиметра

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

Тестер включают в режим проверки диодов

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

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

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

Маркировка светодиодов по цвету, правила расшифровки кода маркировки светодиодной ленты

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

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

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

Далее на позициях «СК»указывают качество цветопередачи:

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

Что можно сделать из светодиодов своими руками?

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

Стабилизатор тока для светодиодов

Для подключения мощных приборов рекомендуется применять импульсные источники питания

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

ДХО из светодиодов

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

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

Мигающие светодиоды

Все необходимое для успешного создания действующего устройства изображено на этом рисунке

Светомузыка на светодиодах

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

Индикатор напряжения на светодиодах

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

Электрические схемы подключения светодиодов

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

Подключение к сети 220 В

Вместо драйвера можно применить такой вариант подключения

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

Подключение светодиодов к сети питания 12 В

Эта схема подойдет для подключения светодиодов общей мощностью до 1 Вт

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

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

Видео с пояснениями монтажа мощных светодиодов:

Предыдущая

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

Следующая

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

Понравилась статья? Сохраните, чтобы не потерять!

ТОЖЕ ИНТЕРЕСНО:

ВОЗМОЖНО ВАМ ТАКЖЕ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:

Характеристики светодиодов, применение и схема подключения

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

Все эти элементы внутреннего монтажа уже уходят в прошлое

Читайте в статье:

Принцип работы и устройство световых диодов

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

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

Устройство светового диода с пояснениями

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

Классификация светодиодов по их области применения

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

Индикаторные светодиоды: немного истории

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

В наше время светодиодные лампы могут быть даже такими

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

Использование светодиодов в бытовом и промышленном освещении

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

Фонари на диодах со специальными линзами светят на расстояние до 3 км

Чем хороши светодиоды и есть ли в них минусы

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

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

Что же касается отрицательных сторон, то их всего две:

  • Работают только с постоянным напряжением;
  • Вытекает из первого – высокая стоимость ламп на их основе по причине необходимости использования драйвера(электронного стабилизирующего блока).

Ультрафиолетовый и инфракрасный световые диоды – изготавливают даже такие

Каковы основные характеристики светодиодов?

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

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

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

Ток потребления светодиода – что это такое

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

RGB прожекторы с контроллером и пультом ДУ действительно хороши

Номинальное напряжение

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

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

Сопротивление световых диодов

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

Точечный потолочный светильник на диодах очень экономичен

Светоотдача и угол свечения

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

Мощность светодиодных ламп

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

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

Цветовая температура

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

На такой платформе могут быть сотни кристаллов

Размер чипа LED элемента

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

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

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

Подделку довольно тяжело отличить от оригинала при покупке

Что такое SMD светодиоды: их характеристики и отличие от обычных

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

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

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

Параметры LED SMD2835: размеры и характеристики

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

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

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

Характеристики светодиода 5050: более габаритный SMD-компонент

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

На таких элементах делается лампа «кукуруза»

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

Характеристики светодиодов SMD5730

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

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

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

Элементы на ленте могут располагаться и в 2 ряда для яркости

Светодиоды «Cree»: характеристики и технические данные

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

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

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

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

Нить накала постепенно уходит в историю

Предлагаем Вам небольшое видео на эту тему:

Проверка светодиода мультиметром – как ее выполнить

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

Мультиметром довольно просто прозвонить световой диод

Цветовая маркировка световых диодов

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

Такие обозначения могут встретится на маркировке ленты

Расшифровка кода маркировки светодиодной ленты

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

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

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

Ассортимент ламп для дома на световых диодах довольно широк

Что можно сделать из светодиодов своими руками?

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

Мнение эксперта

Игорь Мармазов

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

Спросить у специалиста

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

Стабилизатор для диодных ламп – подобный можно спаять самостоятельно

Стабилизатор тока – какую функцию он выполняет

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

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

Схема подключения дневных ходовых огней на автомобиле

Дневные ходовые огни на автомобиль

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

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

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

Такую рекламу легко можно сделать самостоятельно

Мигающие светодиоды – для чего это нужно?

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

Цветомузыка на световых диодах – сложно ли ее сделать

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

Простейшая цветомузыка – осталось подключить датчик звука

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

Индикатор напряжения: что делать, если он перегорел

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

Этот диод можно с легкостью заменить при желании

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

Схемы подключения светодиодов – как все правильно выполнить

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

Такова схема последовательного подключения световых диодов

Как рассчитать сопротивление светодиода

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

Разберемся, как рассчитать сопротивление для светодиода.

Сделать это можно по формуле:

R = (VS – VL) / I,где

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

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

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

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

Параллельное и последовательное соединение: как они выполняются

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

Параллельно подключенные последовательные тройки световых диодов

Подключение световых диодов на 12 В как самый оптимальный вариант

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

Идеальная подсветка потолка при помощи светодиодной ленты

В заключение

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

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

Видео: как правильно подключить светодиод

Характеристики светодиодов


Рынок предлагает большое количество самых разных светодиодов по самой разной стоимости. Разобраться в этом многообразии и выбрать именно то, что нужно поможет понимание характеристик светодиодов.

Первое, на что нужно обратить внимание, это производитель светодиода. Вернее, важно не столько конкретное название производителя, сколько сама возможность его идентифицировать. Смысл в том, что если у светодиода есть конкретный производитель, то к остальным заявленным его характеристикам появляется какое-то доверие, которое тем больше, чем известней и именитей этот производитель есть. В противном случае, практически всегда заявленные характеристики окажутся завышенными, а сама покупка превращается в своего рода лотерею. Особая внимательность требуется, когда нужна серия светодиодов, которые будут работать вместе. Чем менее известен производитель таких светодиодов, тем более вероятность того, что светодиоды даже вроде бы из одной партии будут иметь разные оттенки, яркость и надежность свечения.

Пример плохой светодиодной ленты — светодиоды имеют разную температуру свечения

Следующая важная характеристика светодиодов это цвет для цветных или цветовая температура для белых светодиодов. На данный момент производятся светодиоды от ультрафиолетовых до инфракрасных. Каждый конкретный цветной светодиод излучает свет в узком спектральном диапазоне – 5-10 нм.

Соответствие излучаемой длины волны к цвету светодиода

Конкретная длина волны может быть важна при выборе светодиодов для растений или аквариума. Встречаются также трехцветные RGB-светодиоды, которые представляют собой фактически три светодиода – красный, синий, зеленый – размещенные на одной подложке. Обычно они имеют общий анод или катод. Также должна указываться длина волны каждого цвета. Бывают двухцветные (например, красный и зеленый) светодиоды. Это, как правило, индикаторные светодиоды совсем небольшой мощности.

RGB-светодиод

Белые светодиоды излучают свет широкого спектра и различаются оттенками – цветовой температурой – от теплой белой до холодной. Цветовая температура измеряется в кельвинах и должна указываться в характеристиках конкретного светодиода.

Цветовая температура — диаграмма

Ведущие производители, например, CREE, приводят в технической документации спектральные характеристики своих белых светодиодов. В каких-то случаях это может быть очень важно. Более подробно об источниках света производства этой компании читайте в статье «Светодиоды CREE».

Спектр белого светодиода на примере CREE MT-G2

Визуально – чем теплее белый свет, тем он желтее. Чем холоднее – тем синее.

Визуальные различия свечения разной температуры

Следующие связанные параметры светодиода – это его максимальный рабочий ток, падение напряжения и их произведение – максимальная потребляемая мощность светодиода. Потребляемая мощность во многом определяет область применения светодиода – десятые доли ватта (рабочий ток до 50мА) для индикаторных светодиодов и до десятков ватт для мощных осветительных светодиодов. Индикаторные светодиоды не требуют дополнительного охлаждения, могут иметь разные размеры и варианты исполнения для выводного или поверхностного монтажа.

Индикаторные светодиоды разных размеров

Достаточно распространены осветительные светодиоды для поверхностного монтажа малой и средней мощности. Такие светодиоды имеют размеры до 5х6 мм и рассчитаны на рабочий ток до 50мА. Монтируя линейки из нескольких таких светодиодов можно получить достаточно мощные источники света. Также часто такие светодиоды продаются в виде готовых осветительных лент.

SMD-светодиоды собранные на ленте

Мощные светодиоды в процессе работы на максимальных токах выделяют большое количество тепла и это, безусловно, необходимо учитывать при проектировании готового устройства. Обычно такие светодиоды припаиваются к алюминиевой подложке, которая, в свою очередь, крепится к радиатору.

Мощный светодиод на алюминиевой подложке — «звездочке»

Хороший теплоотвод очень важен, поскольку при перегреве снижается эффективность работы светодиода, значительно ускоряется деградация кристалла и, соответственно, уменьшается срок его службы. Опять же, если теплоотвода будет совсем недостаточно, то светодиод в итоге банально сгорит.

Мощность светодиода также определяет способ его питания. Для маломощных индикаторных светодиодов можно обойтись ограничивающими ток резисторами. Мощные светодиоды требуют более внимательного подхода и здесь уже не обойтись без подходящих по мощности драйверов.

Совсем не рекомендуется превышать максимальный рабочий ток светодиода – может произойти пробой и светодиод необратимо разрушится. Вообще, если рассчитывать на долговременную эксплуатацию, то реальный рабочий ток не должен превышать 70-75% от максимально допустимого. Безусловно, при достаточно эффективной системе теплоотвода.

Следующая важная характеристика светодиодов – это величина светового потока, излучаемого светодиодом. Световой поток измеряется в люменах на ватт мощности и определяется энергоэффективностью светодиода (подробнее – в статье «Энергоэффективность светодиодов»). Световой поток и освещенность связаны с физиологическими человеческими особенностями. Человеческий глаз наиболее чувствителен к желто-зеленому свету с длиной волны 555нм. Поэтому понятия энергоэффективности и величины светового потока фактически могут быть отнесены только к белым светодиодам. Более того, в силу различия излучаемого спектра, белые светодиоды с холодной цветовой температурой будут более эффективны, чем светодиоды с теплым белым светом. Сегодня лидером по энергоэффективности является компания CREE. Серийно производимые ими светодиоды на сегодня имеют эффективность до 200 люменов на ватт мощности. И эта цифра постоянно растет.

Для практического применения светодиодов также важен такой их параметр как угол распространения света. Плоский кристалл светодиода излучает свет узким пучком, что не всегда удобно. Для расширения светового пучка используются те или иные оптические системы. Обычно это небольшие рефлекторы и линзы, устанавливаемые на светодиод.

Оптические системы на индикаторных и мощных светодиодах

Тем не менее, мощность излучения существенно падает по мере увеличения угла. Это хорошо иллюстрирует следующий график.

Зависимость интенсивности свечения светодиода от угла рассеивания света

Часто в характеристиках светодиода указывается только одно число – угол рассеивания. Например, 130 градусов. Это означает, что наблюдатель, расположенный под углом в 65 градусов к центральной оси светового пучка, получит всего 10-20% светового потока.

Срок службы современных светодиодов составляет десятки тысяч часов, что, скорее всего, будет гораздо больше, чем период работы готового изделия в целом. По этой характеристике светодиоды разных производителей отличаются мало, разве что совсем уж непредсказуемый китайский производитель NoName преподнесет неприятный сюрприз.

Также при нормальных условиях эксплуатации световой поток светодиода совсем незначительно ухудшается с течением времени – единицы процентов на несколько тысяч часов. Заметно ухудшить этот параметр может системный перегрев светодиода в работе или превышение его максимального рабочего тока.

Светодиоды становятся все более доступны для самых разных областей применения. Многообразие их вариаций способно запутать самого искушенного потребителя. Знание и понимание самых разных характеристик светодиодов было и остается ключевым для того, чтобы то или иное принятое решение о покупке было единственно правильным.

Светоизлучающий диод: основы, типы и характеристики

Светодиод или светоизлучающий диод — это полупроводниковое устройство, излучающее свет за счет эффекта электролюминесценции. Светодиод в основном представляет собой PN-диод, который излучает свет при прямом смещении.

Светодиоды есть почти везде. Вы можете найти светодиоды в автомобилях, велосипедах, уличных фонарях, домашнем освещении, офисном освещении, мобильных телефонах, телевизорах и многом другом.

Причина столь широкого внедрения светодиодов в их преимуществах перед традиционными лампами накаливания и современными компактными люминесцентными лампами (КЛЛ).Ниже приведены некоторые преимущества светодиодов перед источниками света накаливания и КЛЛ:

  • Низкое энергопотребление
  • Малый размер
  • Быстрое переключение
  • Физическая надежность
  • Долговечность

Благодаря этим преимуществам светодиоды стали довольно популярными среди большой набор людей. Инженеры-электронщики, любители электроники и энтузиасты электроники часто работают со светодиодами для различных проектов.

Следовательно, статья о светоизлучающих диодах, посвященная различным темам, таким как основы светодиодов, типы светодиодов и характеристики светодиода, принесет пользу всем.Итак, давайте начнем с основ светодиодов.

Основы светодиодов (светоизлучающих диодов)

Как упоминалось во введении, светодиод — это полупроводниковый источник света. Он состоит из диода с PN-переходом, и когда на светодиод подается напряжение, электроны и дырки рекомбинируют в PN-переходе и выделяют энергию в виде света (фотонов).

Свет, излучаемый светодиодом, обычно монохроматический, то есть одноцветный, и цвет зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника.

Светоизлучающие диоды могут быть изготовлены для излучения всех длин волн видимого спектра, то есть от красного (620–750 нм) до сине-фиолетового (380–490 нм).

Электрический символ светодиода аналогичен символу PN переходного диода. На следующем изображении показан красный светодиод вместе с символами PN-диода и светодиода.

Характеристики светодиода (светоизлучающего диода)

Перед тем, как подключить светодиодную схему и начать ее использовать, есть несколько характеристик светодиода, которые стоит знать (на самом деле, они очень важны).Если вы обратитесь к любому из технических данных, предоставленных производителем, вы можете найти спецификации партии, соответствующие электрическим характеристикам, абсолютным максимальным номинальным характеристикам, физическим размерам и т. Д.

Я не буду утомлять вас всеми характеристиками, а только тремя важными. . Это полярность, прямое напряжение и прямой ток.

Полярность светодиода

Полярность указывает на симметричность электронного компонента. Светоизлучающий диод, подобный диоду с PN переходом, не является симметричным i.е. он позволяет току течь только в одном направлении.

В светодиодах положительный вывод называется анодом, а отрицательный вывод называется катодом. Для правильной работы светодиода анод светодиода должен иметь более высокий потенциал, чем катод, поскольку ток в светодиодах течет от анода к катоду.

Что будет, если подключить светодиод в обратном направлении? Что ж, ничего не происходит, так как светодиод не проводит. Вы можете легко идентифицировать анодный вывод светодиода, поскольку они обычно имеют более длинные выводы.

Прямой ток светодиода

Светодиоды — очень чувствительные устройства, и величина тока, протекающего через светодиод, очень важна. Кроме того, яркость светодиода зависит от силы тока, потребляемого светодиодом.

Каждый светодиод рассчитан на максимальный прямой ток, который может безопасно проходить через него, не перегорая светодиод. Да. Если допустить ток, превышающий номинальный, светодиод фактически сгорит.

Например, наиболее часто используемые светодиоды 5 мм имеют номинальный ток от 20 мА до 30 мА, а светодиоды 8 мм имеют номинальный ток 150 мА (точные значения см. В таблице данных).

Как регулировать ток, протекающий через светодиод? Чтобы контролировать ток, протекающий через светодиод, мы используем резисторы, ограничивающие ток.

Дополнительная информация о светодиодах и токоограничивающих резисторах SIMPLE LED CIRCUITS.

Прямое напряжение светодиода

Светоизлучающие диоды также рассчитаны на прямое напряжение, то есть на величину напряжения, необходимого для того, чтобы светодиод проводил электричество. Например, все 5-миллиметровые светодиоды имеют номинальный ток 20 мА, но прямое напряжение меняется от одного светодиода к другому.

Красные светодиоды имеют максимальное номинальное напряжение 2,2 В, синие светодиоды имеют максимальное номинальное напряжение 3,4 В, а белые светодиоды имеют максимальное номинальное напряжение 3,6 В.

Простая светодиодная схема

На следующем изображении показана схема простой светодиодной схемы, состоящей из 5-миллиметрового белого светодиода с источником питания 5 В.

Поскольку это белый светодиод, номинальные значения тока и напряжения следующие: типичный прямой ток составляет 20 мА, а типичное прямое напряжение — 2 В.

Итак, чтобы регулировать ток и напряжение, мы использовали резистор 180 Ом, рассчитанный на Вт рассеиваемой мощности.

Типы светодиодов

Светодиоды для сквозных отверстий

Они доступны в различных формах и размерах, наиболее распространенными из которых являются светодиоды 3 мм, 5 мм и 8 мм. Эти светодиоды доступны в разных цветах, таких как красный, синий, желтый, зеленый, белый и т. Д.

Светодиоды SMD (светоизлучающие диоды для поверхностного монтажа)

Светодиоды для поверхностного монтажа или SMD-светодиоды представляют собой специальные корпуса, которые можно легко установить на поверхность. на печатной плате. Светодиоды SMD обычно различаются по физическим размерам.Например, наиболее распространенными светодиодами SMD являются 3528 и 5050.

Двухцветные светодиоды

Следующим типом светодиодов являются двухцветные светодиоды, как следует из названия, могут излучать два цвета. Двухцветные светодиоды имеют три вывода, обычно два анода и общий катод. Цвет будет активирован в зависимости от конфигурации проводов.

Светодиод RGB (красный — синий — зеленый светодиод)

Светодиоды RGB — самые любимые и самые популярные светодиоды среди любителей и дизайнеров.Даже компьютерные сборки очень популярны для реализации светодиодов RGB в корпусах компьютеров, материнских платах, ОЗУ и т. Д.

Светодиод RGB содержит 3 светодиода на одном кристалле, и с помощью метода, называемого ШИМ (широтно-импульсная модуляция), мы можем контролировать выход RGB-светодиода для получения широкого диапазона цветов.

Светодиоды высокой мощности

Светодиод с номинальной мощностью более или равной 1 Вт называется светодиодом высокой мощности. Это связано с тем, что обычные светодиоды имеют рассеиваемую мощность в несколько милливатт.

Светодиоды высокой мощности очень яркие и часто используются в фонариках, автомобильных фарах, прожекторах и т. Д.

Поскольку рассеиваемая мощность светодиодов высокой мощности высока, требуется надлежащее охлаждение и использование радиаторов. Кроме того, потребляемая мощность для этих светодиодов обычно очень высока.

В этой статье мы рассмотрели основы светодиодов и несколько важных характеристик светодиодов. В следующем уроке мы увидим, как работает светодиод и как устроен светодиод.

Характеристики светодиода »Электроника

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


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

Другие диоды: Типы диодов


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

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

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

Цвет светодиода

Цвет светодиода, очевидно, имеет большое значение при выборе светодиода.

Светодиоды

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

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

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

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

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

Значение силы света светодиода, Iv

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

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

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

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

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

Спецификация тока / напряжения светодиода

Светодиоды

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

Типичные приблизительные кривые напряжения светодиодов

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

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

Светодиод обратного напряжения

Светодиоды

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

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

Спецификация угла обзора светодиода

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

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

Спецификация светодиода на срок службы

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

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

Срок службы светодиода обычно определяется следующим образом:

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

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

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

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

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

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

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

Другие электронные компоненты:
Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
Полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Разъемы
Разъемы RF
Клапаны / трубки
Аккумуляторы
Переключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты».. .

Характеристики светодиода, требующие внимания < зависят от температуры перехода > | Основы электроники

Изменение характеристик в зависимости от температуры (светимость, длина волны, прямое напряжение)

Некоторые характеристики светодиода зависят от температуры кристалла (Tj: температура перехода светоизлучающего блока), которая включает температуру окружающей среды и тепловыделение светодиода во время работы.

Типичные изменения характеристик описаны ниже.

Светимость

Обычно, когда Tj увеличивается, интенсивность света уменьшается. Это связано с повышенной рекомбинацией электронов и дырок, которые не вносят вклад в излучение света.

Длина волны

Длина волны излучения изменяется в зависимости от изменений температуры так же, как изменяется светимость. В первую очередь, ширина запрещенной зоны полупроводника изменяется в зависимости от температуры, что приводит к изменению длины волны.

Величина изменения длины волны будет отличаться в зависимости от материала, но со светодиодами InGaAlP изменение будет происходить в сторону более длинных волн, при этом? D будет изменяться на 0.1 нм / ° C в зависимости от повышения температуры. В приложениях с ограниченными температурными требованиями необходимо учитывать изменение длины волны в пределах гарантированного диапазона рабочих температур устройства.

прямое напряжение (VF)

За исключением особых случаев, изменения VF вызваны вариациями длины волны излучения и ширины запрещенной зоны полупроводника. При повышении температуры VF уменьшается на 2 мВ / ° C. Изменение VF — важное соображение при проектировании схем.

Когда светодиод работает при постоянном токе, изменение VF не должно создавать серьезных проблем в качестве постоянной цепи.Однако при постоянном напряжении VF будет падать при повышении температуры, вызывая увеличение тока.

По мере увеличения тока Tj будет продолжать увеличиваться, что приведет к дальнейшему падению VF до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Напротив, при низких температурах VF увеличивается, вызывая падение тока, что может затруднить получение требуемой яркости при работе с постоянным напряжением.

Характеристики Колебания

Светодиоды

по своей природе обладают распределенными характеристиками и вариациями в процессе производства.По этой причине были установлены минимальные значения ранга светимости и даже электрических характеристик.

В результате необходимо учитывать эти изменения в оптических и схемотехнических конструкциях. Например, до того, как возникнут какие-либо колебания V F из-за температуры, изменения присутствуют на основе конкретного распределения.

Следовательно, при недостаточном расчетном запасе, когда изменение V F велико, важно учитывать, можно ли получить желаемые характеристики с учетом колебаний температуры.В зависимости от схемы и заданных характеристик может потребоваться сузить диапазон вариаций характеристик. В этом случае важно определить, можно ли рассмотреть и поддержать введение специальных стандартов.

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

Определение: LED — это диод с PN переходом, который излучает свет, когда на диод подается определенный потенциал.LED — это сокращенная форма от Light Emitting Diode и представляет собой устройство с прямым смещением. Это означает, что он работает только тогда, когда к нему приложено прямое напряжение.

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

Содержимое: светоизлучающий диод (LED)

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

Обозначение светодиода

Символическое изображение светодиода представлено ниже:

Как видно из рисунка выше, символ немного отличается от символа обычного диода.Этот вариант представляет собой не что иное, как две направленные наружу стрелки, которые показывают излучение через устройство.

Конструкция светодиода

Светодиод

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

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

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

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

Работа светодиода

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

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

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

Светодиод

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

Характеристическая кривая светодиода

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

На рисунке ниже представлены VI-характеристики светодиода:

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

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

Типы светодиодов

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

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

Преимущества светодиода
    Светодиоды

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

Главный недостаток светодиода заключается в том, что при подаче напряжения или тока, протекающего через него, не поддерживается надлежащее управление. Тогда это может привести к полному повреждению устройства.

Применение светодиода

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

Ключевые термины, относящиеся к светодиоду

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

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

Определение светодиодных диодов

— конструкция, характеристики, применение

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

Рис. 1. Светодиодный символ

Светодиодная конструкция

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

LED Разделение по цвету светового излучения

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

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

LED Характеристики напряжения тока

Характеристики светодиода показывают, что цвет диода влияет на мощность, потребляемую этим светодиодом. Светодиоды, излучающие инфракрасный цвет, потребляют меньше всего энергии, а белый цвет — больше всего. Это связано с тем, что разные диоды имеют разные пороговые напряжения. Вы можете увидеть это по приведенным ниже характеристикам светодиода.

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

Прямое напряжение светодиода

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

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

Светодиод Принцип действия

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

Гибкие светодиодные экраны

Динамичное развитие электроники, которое мы наблюдаем сегодня, было бы невозможно без одновременных исследований в междисциплинарной науке, называемой нанотехнологиями.Мы дошли до того, что нас не удивляют гибкие светодиодные экраны, используемые в телевизорах, мобильных телефонах, умных часах или даже в одежде.

Рис. 3. Источник: digitaltrends.com

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

Примеры разновидностей светодиодов

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

LED — Преимущества

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

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

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

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

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

Конструкция светодиода

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

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

Внутренняя архитектура светодиода

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

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

Значение слоя золотой пленки

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

Работа светодиода

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

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

Излучение фотонов

Таким образом, полупроводниковые соединения, такие как фосфид галлия (Gap), арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) и т. Д.излучают свет, когда электроны-дырки рекомбинируют. Электроны в этих соединениях теряют свою энергию из-за испускания фотонов.

Если полупроводниковый материал полупрозрачный, свет будет исходить от перехода, поскольку переход действует как источник света. Светодиод работает только в режиме прямого смещения. Если он будет работать с обратным смещением, он будет поврежден, так как не может выдерживать обратное напряжение.

Вольт-амперные характеристики светодиодов

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

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

Преимущества светодиода

  1. Температурный диапазон: Может работать в широком диапазоне температур от 0 0 C -70 0 C
  2. Время переключения: время переключения светодиодов составляет порядка 1 нс. Таким образом, они полезны в динамических операциях, где используется большое количество массивов.
  3. Низкое энергопотребление: они потребляют меньше энергии, и их можно использовать, даже если мощность постоянного тока недостаточна.
  4. Лучшее управление: мощность излучения светодиодов зависит от протекающего в них тока. Таким образом, интенсивность света светодиода можно легко контролировать.
  5. Экономично и надежно: светодиоды дешевы и обладают высокой степенью надежности.
  6. Малый размер и портативность. Они имеют небольшой размер и могут быть сложены вместе для формирования буквенно-цифровых дисплеев.
  7. Более высокий КПД: КПД светодиодов для преобразования энергии в световую энергию в 10-50 раз выше, чем у вольфрамовой лампы.Время отклика светодиода составляет 0,1 мкс, в то время как в случае вольфрамовой лампы оно составляет десятки или сотни миллисекунд.

Недостатки светодиода

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

Применение светодиодов

  1. Индикатор в цепи переменного тока: Его можно использовать как индикатор в цепи переменного тока, но внутреннее сопротивление светодиода довольно мало.Таким образом, резистор последовательно соединен со светодиодом, так что ток перегрузки может протекать через резистор и может защитить светодиод от повреждения.
  1. Индикатор панели дисплея: светодиоды используются для отображения информации, обрабатываемой электронными схемами. Формат отображения светодиода показан на диаграмме ниже.
  1. Цифровые часы, калькуляторы и мультиметры: светодиоды, излучающие видимый свет, используются в цифровых часах и калькуляторах для индикации.
  2. Системы дистанционного управления и системы охранной сигнализации: в таких приложениях используются светодиоды, излучающие невидимый инфракрасный свет, такие как светодиоды из GaAs.

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

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

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

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

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

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

Конструктивная схема светодиода показана ниже.

Светодиодная конструкция

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

Обозначение цепи светодиода

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

Обозначение цепи светодиода

Характеристики светодиода

Характеристики светодиода

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

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

R серия = (V питание — V) / I

В питание — напряжение питания

В — напряжение прямого смещения светодиода

I — Текущий

Схема светодиодов

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

Светодиод как индикатор

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

LED как индикатор

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

Преимущества светодиодов

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