Что такое светодиод (LED) типы, как работает, история, схема

Технические характеристики мощных светодиодов CREE

Американская компания CREE является ведущим производителем твердотельных источников света. Разработанные и выпускаемые ею светодиоды семейства XLamp серий XR, XP, MC отличаются высокой эффективностью и экономичностью, что позволяет создавать на их основе современные технологичные и экологически безопасные осветительные приборы.

Итак немного расшифруем обозначения.

Например на фонаре написано: светодиод CREE XP-E R2

CREE — естественно название производителя диода

XR-E, у CREE бывает XP-E, XP-G, у других фирм встречается P4, P7 и т.д. — это обозначение самого диода.

R2 — бин яркости. Бин показывает, сколько люмен выдает светодиод при потреблении 1 ватта энергии, для светодиода это ток 350 мА. В английском языке этот параметр называется flux bin. На сегодняшний момент встречаются Q2, Q3, Q4, Q5, R2, R3, R4, R5, S2. В таблице ниже видно, сколько люмен с какого диода можно получить.

Q2-Q5 и R2 есть у XR-E диодов, у R2, R3 — есть у XP-E, R4-R5 и S2 — только у XP-G.

В чем основная разница, кроме яркости?

XR-E — самый старый и встречающийся только моделях фонарей, которые довольно давно на рынке. XR-E внешне очень легко определить, у него большая полусфера покрывает диод, сам кристалл больше чем у последующих серий (для сравнения на XP серии это такая себе капелька, размер XP-E по сравнению с XR-E был сокращён на 80%. XP-E от XP-G отличается тем, что у Е — три полоски на диоде, у G серии — четыре, получается что площадь XP-G выше.

Следовательно, в одинаковых по размеру, строению отражателях самый дальнобойный является XP-E, так как у него самый маленький кристалл, и, самый маленький источник света, так как его легко сфокусировать в узкий луч, потом XR-E, а самый широкий луч у XP-G, не из-за размера кристалла, а из-за сложности фокусировки, об этом ниже.

Если диоды расположить по энергоэффективности от самого слабого к самому яркому, то получим XR-E — XP-E — XP-G, где последний самый энергоэффективный, см. таблицу ниже.

Казалось бы, если есть самый яркий и самый новый и эффективный диод XP-G, то почему все известные и уважаемые производители фонарей не спешат переходить на этот диод. Причина проста. Каждый диод требует специально спроектированный отражатель для получения приемлемого светового пучка.

Рассмотрим все серии. Если посветить фонарем на ровную стену, то увидим следующие артефакты:

У XP-E — идеальная картинка без каких-либо недостатков: хорошо и равномерно сфокусированный центральный пучок и ровная боковая засветка без провалов.

У XP-G при фокусировке с помощью отражателя может наблюдаться так называемая дырка от бублика, когда центральный пучок света представляет собой бублик с заметным потемнением внутри. Это не вина производителей фонарей, а особенность диода. Поэтому такие фирмы как Fenix, Jetbeam, Nitecore, Zebra, 4sevens не спешили обновлять свой модельный ряд, а другие в гонке за новинками либо ставили сильно текстурированный отражатель, либо вообще просто применяли отражатели для других типов диодов. Все это негативно отражается на фокусировке луча и дальнобойности фонарей. По мнению многих экспертов фонари на этом типе диодов проигрывают по дальности старым моделям на XP-E и XR-E.

XM-L — является настоящим шедевром данной компании! Это новейшая разработка 2011 года! С момента изобретения данного светодиода 95% мощных фонарей строятся именно на нем! Данный диод обладает выдающимися характеристиками. Его яркость достигает до 1000 люмен при токе 3А !

В таблице представлены характеристики светодиодов, применяемые в фонарях.

Светодиоды – как работает, полярность, расчет резистора

Светодиоды – одни из самых популярных электронных компонентов, использующиеся практически в любой схеме. Словосочетание “помигать светодиодами” часто используется для обозначений первой задачи при проверке жизнеспособности схемы. В этой статье мы узнаем, как работают светодиода, сделаем краткий обзор их видов, а также разберемся с такими практическими вопросами как определение полярности и расчет резистора.

Устройство светодиода

Светодиоды — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

Читайте также:  К покупателю - без вреда для планеты ИКЕА запустила доставку электромобилями

Светодиод состоит из нескольких частей:

  • анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл;
  • катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл;
  • отражатель;
  • кристалл полупроводника;
  • рассеиватель.

Эти элементы есть в любом светодиоде, вне зависимости от его модели.

Светодиод является низковольтным прибором. Для индикаторных видов напряжение питания должно составлять 2-4 В при токе до 50 мА. Диоды для освещения потребляют такое же напряжение, но их ток выше – достигает 1 Ампер. В модуле суммарное напряжение диодов оказывается равным 12 или 24 В.

Подключать светодиод нужно с соблюдением полярности, иначе он выйдет из строя.

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают разных цветов. Получить нужный оттенок можно несколькими способами.

Первый – покрытие линзы люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.

RGB технология. Оттенок получается за счет применения в одном кристалле трех светодиодов красного, зеленого и синего цветов. Меняется интенсивность каждого из них, и получается нужное свечение.

Применение примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны, и из них делается кристалл светодиода.

Принцип работы светодиодов

Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.

При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны.

Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия:

  • ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света;
  • полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.

Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.

Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).

Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.

Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.

Виды светодиодов, классификация

По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды. Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.

По типу исполнения выделяют:

    Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света. Dip светодиоды

  • Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике.
    • Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам. Smd

    • Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров. Cob
    • Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды. Волоконные
    • Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп. Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно. Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий. Filament

    • Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии. Oled
    • В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.

    Светодиоды могут быть:

    • мигающими – используются для привлечения внимания;
    • многоцветными мигающими;
    • трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
    • RGB;
    • монохромными.

    Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.

    Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К).

    По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.

    Полярность светодиодов

    При неправильном включении светодиод может сломаться. Поэтому важно уметь определять полярность источника света. Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении.

    Полярность моно определить несколькими способами:

    • Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.
    • При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.
    • При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.
    • По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.

    Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.

    Расчет сопротивления для светодиода

    Диод имеет малое внутреннее сопротивление. При подключении его напрямую к блоку питания, элемент перегорит. Чтобы этого не случилось, светодиод подключается к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uled)/I, где R – сопротивление токоограничивающего резистора, U – питание источника; Uled – паспортное значение напряжения для светодиода, I – сила тока. По полученному значению и подбирается мощность резистора.

    Важно правильно рассчитать напряжение. Оно зависит от схемы подключения элементов.

    Можно не производить расчет сопротивления, если использовать в цепи мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разного класса точности. Есть изделия на 10%, 5% и 1 % – это значит, что погрешность варьируется в указанном диапазоне.

    Выбирая токоограничивающий резистор, нужно обратить внимание и на его мощность. почти всегда, если при малом рассеивании тепла устройство будет перегреваться и выйдет из строя. Это приведет к разрыву электрической цепи.

    Когда нужно использовать токоограничивающий резистор:

    • когда вопрос эффективности схемы не является основным – например, индикация;
    • лабораторные исследования.

    В остальных случаях лучше подключать светодиоды через стабилизатор – драйвер, что особенно это актуально в светодиодных лампах.

    Онлайн – сервисы и калькуляторы для расчета резистора:

    Как узнать мощность светодиода

    Самый лучший способ узнать мощность светодиода – это посмотреть рабочие характеристики на упаковке изделия. Зная марку и модель можно найти его характеристики в Интернете. В противном случае, останется только два способа: проверить мультиметром или постараться определить по внешнему виду, о них мы и поговорим в этой статье.

    Зачем нужно знать мощность

    Мощность светодиода нужна для выбора подходящего источника питания. Зная потребление светодиода, мы можем подобрать нужный ему блок питания. Расчет по мощности позволит избежать проблем при дальнейшей работе или сэкономить средства.

    Рассмотрим примеры, чтобы стало понятно, о чем идет речь. Например, имеем светоизлучающий диод с рабочим напряжением 3,5 Вольта и током 0,1 Ампера. По формуле расчета мощности P=I*U, получаем значение P=3,5*0,1 => P=0,35 Ватт. Мощность десяти составит 3,5 Ватта или 1 Ампер. Отсюда делаем вывод, что для подключения одного светодиода нам потребуется блок питания (БП) мощностью 0,385 Ватта (с запасом 10%). Для подключения десяти понадобится БП на 3,85 Вт (также с запасом 10%).

    Блок питания для светодиодов рекомендуется выбирать с запасом в 10-20%. Это предотвратит работу БП на пределе, что в свою очередь продлит его срок службы.

    Способы определения мощности светодиода

    На самом деле способов как узнать потребление не так уж и много, поэтому давайте остановимся на каждом из них и рассмотрим более подробно.

    Мультиметром

    Этот способ самый сложный и не является точным, прибегать к нему советую только в крайнем случае, когда достаточно хотя бы примерных значений.

    Определить мощность лазерного светодиода при помощи мультиметра нельзя!

    Имея на руках только один мультиметр (он же тестер), для измерения следует выполнить следующую последовательность действий:

    1. Собрать схему с подключенным светодиодом через токоограничивающий резистор на 500 Ом от блока питания с плавной регулировкой напряжения от 0 до 12 В.
    2. Плавно поднимая напряжение на блоке питания, следует постоянно измерять напряжение на блоке питания и светоизлучающем диоде, т.е. до резистора и после (в местах V1 и V2). В таком способе удобно использовать два мультиметра или два вольтметра. Изначально, значения напряжений будут почти одинаковы (разница не более 0,1В). При достижении определенного уровня, начнется ощутимый рост разницы измеряемых значений.
    3. Зафиксировать значение напряжение
    4. Подключить проверяемый светоизлучающий диод через резистор 10 Ом последовательно с амперметром. Если нет амперметра, используйте мультиметр.
    5. Поднимите напряжение до зафиксированного ранее значения V
    6. Зафиксируйте значение тока и, используя закон Ома, определите мощность светодиода.

    Как это сделать, читайте ниже.

    Иногда люди сталкиваются с интересной особенностью, проверяемый светоизлучающий диод исправен (проверяют светодиод мультиметром), но никак не светится при подаче на него питания. Оказывается, что он инфракрасный. Определить ИК — светодиод можно посмотрев на него через объектив камеры. Он будет светиться.

    По закону Ома

    В самом начале статье мы упоминали формулу мощности, которая вытекает из закона Ома. Там же приведен пример расчета потребления. Зная формулу (P=I*U), а также силу тока (I) и напряжение (U) светодиода, Вы без труда узнаете сколько потребляет светодиод.

    По внешнему виду

    Определить сколько потребляет светодиод по внешнему виду практически не возможно, поэтому этим способом также рекомендую пользоваться только в крайнем случае, так сказать в безвыходной ситуации. Методика визуального определения сводится к возможности отнесения «узнаваемого» к какому-либо известному Вам типу светоизлучающего диода. Определяем для «подопытного» тип светодиода (а лучше марку и модель, это можно сделать по маркировке) и ищем к нему даташит, в котором можно найти точные характеристики, в том числе и мощность.

    Давайте посмотрим, как применить способ на практике. Например, на руках у нас имеется светоизлучающий диод, как на фото ниже.

    Сразу видим, что это SMD LED. Зная то, что в названии SMD LED зашифрованы габариты. Берем штангенциркуль и меряем размеры. Получив значения ширины – 28 и длины – 35 мм, можно с уверенностью сказать, что это светодиод SMD 3528. Мощность SMD 3528 белого цвета составляет 0,06 Вт. Это значение является средним, т.к. оно может варьироваться плюс – минус 15% в зависимости от производителя.

    Мощность светодиода зависит от излучаемого им цвета. Поэтому узнав характеристики для светодиода белого цвета, стоит знать, что для красного или зеленого они будут другие.

    Рассмотренная выше методика применима к любому SMD LED и даже для светодиодной ленты, т.к. в ее основе лежат данные LED. Узнав мощность одного светоизлучающего диода на ленте, и посчитав их количество, Вы без труда узнаете мощность всей светодиодной ленты.

    Для наглядной демонстрации определения мощности светодиодной ленты, рекомендуем посмотреть соответствующее видео с ютуба. При расчетах автор пользуется законом Ома.

    Итоги

    Часто в руки радиолюбителя попадаются светодиоды без надписей и упаковочных коробок, по которым можно без труда определить мощность светодиода. Владея описанными в статье способами Вы знаете как рассчитать хотя бы примерные характеристики, и в большинстве случаев этого достаточно для решения широкого круга задач.

    Ссылка на основную публикацию
    Что такое радиус разворота, каким он бывает, и почему он важен – автомобильный журнал
    Что такое радиус разворота, каким он бывает, и почему он важен – автомобильный журнал При выборе автомобиля обычно смотрят на...
    Что такое каталитический нейтрализатор, принципы работы, обслуживания и удаления
    Катализатор автомобильный устройство, принцип работы, виды, неисправности Автомобильный катализатор – прямой ответ инженеров на всё более и более строгие требования...
    Что такое клапан адсорбера, признаки неисправности клапана абсорбера
    Что такое адсорбер в автомобиле, сколько служит, признаки неисправности, как заменить Вопрос экологии давно стоит ребром перед крупнейшими производителями автомобилей...
    Что такое райдшеринг, карпулинг, каршеринг
    Слова, не каждому знакомые что такое райдшеринг, каршеринг и карпулинг С развитием информационных технологий появляются и новые слова в повседневном...

    Что такое светодиод (LED) типы, как работает, история, схема

    Технические характеристики мощных светодиодов CREE

    Американская компания CREE является ведущим производителем твердотельных источников света. Разработанные и выпускаемые ею светодиоды семейства XLamp серий XR, XP, MC отличаются высокой эффективностью и экономичностью, что позволяет создавать на их основе современные технологичные и экологически безопасные осветительные приборы.

    Итак немного расшифруем обозначения.

    Например на фонаре написано: светодиод CREE XP-E R2

    CREE — естественно название производителя диода

    XR-E, у CREE бывает XP-E, XP-G, у других фирм встречается P4, P7 и т.д. — это обозначение самого диода.

    R2 — бин яркости. Бин показывает, сколько люмен выдает светодиод при потреблении 1 ватта энергии, для светодиода это ток 350 мА. В английском языке этот параметр называется flux bin. На сегодняшний момент встречаются Q2, Q3, Q4, Q5, R2, R3, R4, R5, S2. В таблице ниже видно, сколько люмен с какого диода можно получить.

    Q2-Q5 и R2 есть у XR-E диодов, у R2, R3 — есть у XP-E, R4-R5 и S2 — только у XP-G.

    В чем основная разница, кроме яркости?

    XR-E — самый старый и встречающийся только моделях фонарей, которые довольно давно на рынке. XR-E внешне очень легко определить, у него большая полусфера покрывает диод, сам кристалл больше чем у последующих серий (для сравнения на XP серии это такая себе капелька, размер XP-E по сравнению с XR-E был сокращён на 80%. XP-E от XP-G отличается тем, что у Е — три полоски на диоде, у G серии — четыре, получается что площадь XP-G выше.

    Следовательно, в одинаковых по размеру, строению отражателях самый дальнобойный является XP-E, так как у него самый маленький кристалл, и, самый маленький источник света, так как его легко сфокусировать в узкий луч, потом XR-E, а самый широкий луч у XP-G, не из-за размера кристалла, а из-за сложности фокусировки, об этом ниже.

    Если диоды расположить по энергоэффективности от самого слабого к самому яркому, то получим XR-E — XP-E — XP-G, где последний самый энергоэффективный, см. таблицу ниже.

    Казалось бы, если есть самый яркий и самый новый и эффективный диод XP-G, то почему все известные и уважаемые производители фонарей не спешат переходить на этот диод. Причина проста. Каждый диод требует специально спроектированный отражатель для получения приемлемого светового пучка.

    Рассмотрим все серии. Если посветить фонарем на ровную стену, то увидим следующие артефакты:

    У XP-E — идеальная картинка без каких-либо недостатков: хорошо и равномерно сфокусированный центральный пучок и ровная боковая засветка без провалов.

    У XP-G при фокусировке с помощью отражателя может наблюдаться так называемая дырка от бублика, когда центральный пучок света представляет собой бублик с заметным потемнением внутри. Это не вина производителей фонарей, а особенность диода. Поэтому такие фирмы как Fenix, Jetbeam, Nitecore, Zebra, 4sevens не спешили обновлять свой модельный ряд, а другие в гонке за новинками либо ставили сильно текстурированный отражатель, либо вообще просто применяли отражатели для других типов диодов. Все это негативно отражается на фокусировке луча и дальнобойности фонарей. По мнению многих экспертов фонари на этом типе диодов проигрывают по дальности старым моделям на XP-E и XR-E.

    XM-L — является настоящим шедевром данной компании! Это новейшая разработка 2011 года! С момента изобретения данного светодиода 95% мощных фонарей строятся именно на нем! Данный диод обладает выдающимися характеристиками. Его яркость достигает до 1000 люмен при токе 3А !

    В таблице представлены характеристики светодиодов, применяемые в фонарях.

    Светодиоды – как работает, полярность, расчет резистора

    Светодиоды – одни из самых популярных электронных компонентов, использующиеся практически в любой схеме. Словосочетание “помигать светодиодами” часто используется для обозначений первой задачи при проверке жизнеспособности схемы. В этой статье мы узнаем, как работают светодиода, сделаем краткий обзор их видов, а также разберемся с такими практическими вопросами как определение полярности и расчет резистора.

    Устройство светодиода

    Светодиоды — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

    Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

    Читайте также:  Как Отрегулировать Фары На Шевроле Лачетти Седан ~

    Светодиод состоит из нескольких частей:

    • анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл;
    • катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл;
    • отражатель;
    • кристалл полупроводника;
    • рассеиватель.

    Эти элементы есть в любом светодиоде, вне зависимости от его модели.

    Светодиод является низковольтным прибором. Для индикаторных видов напряжение питания должно составлять 2-4 В при токе до 50 мА. Диоды для освещения потребляют такое же напряжение, но их ток выше – достигает 1 Ампер. В модуле суммарное напряжение диодов оказывается равным 12 или 24 В.

    Подключать светодиод нужно с соблюдением полярности, иначе он выйдет из строя.

    Цвета светодиодов

    Светодиоды бывают разных цветов. Получить нужный оттенок можно несколькими способами.

    Первый – покрытие линзы люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.

    RGB технология. Оттенок получается за счет применения в одном кристалле трех светодиодов красного, зеленого и синего цветов. Меняется интенсивность каждого из них, и получается нужное свечение.

    Применение примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны, и из них делается кристалл светодиода.

    Принцип работы светодиодов

    Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.

    При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны.

    Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия:

    • ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света;
    • полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.

    Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.

    Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).

    Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.

    Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.

    Виды светодиодов, классификация

    По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды. Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.

    По типу исполнения выделяют:

      Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света. Dip светодиоды

  • Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике.
    • Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам. Smd

    • Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров. Cob
    • Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды. Волоконные
    • Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп. Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно. Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий. Filament

    • Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии. Oled
    • В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.

    Светодиоды могут быть:

    • мигающими – используются для привлечения внимания;
    • многоцветными мигающими;
    • трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
    • RGB;
    • монохромными.

    Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.

    Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К).

    По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.

    Полярность светодиодов

    При неправильном включении светодиод может сломаться. Поэтому важно уметь определять полярность источника света. Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении.

    Полярность моно определить несколькими способами:

    • Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.
    • При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.
    • При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.
    • По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.

    Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.

    Расчет сопротивления для светодиода

    Диод имеет малое внутреннее сопротивление. При подключении его напрямую к блоку питания, элемент перегорит. Чтобы этого не случилось, светодиод подключается к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uled)/I, где R – сопротивление токоограничивающего резистора, U – питание источника; Uled – паспортное значение напряжения для светодиода, I – сила тока. По полученному значению и подбирается мощность резистора.

    Важно правильно рассчитать напряжение. Оно зависит от схемы подключения элементов.

    Можно не производить расчет сопротивления, если использовать в цепи мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разного класса точности. Есть изделия на 10%, 5% и 1 % – это значит, что погрешность варьируется в указанном диапазоне.

    Выбирая токоограничивающий резистор, нужно обратить внимание и на его мощность. почти всегда, если при малом рассеивании тепла устройство будет перегреваться и выйдет из строя. Это приведет к разрыву электрической цепи.

    Когда нужно использовать токоограничивающий резистор:

    • когда вопрос эффективности схемы не является основным – например, индикация;
    • лабораторные исследования.

    В остальных случаях лучше подключать светодиоды через стабилизатор – драйвер, что особенно это актуально в светодиодных лампах.

    Онлайн – сервисы и калькуляторы для расчета резистора:

    Как узнать мощность светодиода

    Самый лучший способ узнать мощность светодиода – это посмотреть рабочие характеристики на упаковке изделия. Зная марку и модель можно найти его характеристики в Интернете. В противном случае, останется только два способа: проверить мультиметром или постараться определить по внешнему виду, о них мы и поговорим в этой статье.

    Зачем нужно знать мощность

    Мощность светодиода нужна для выбора подходящего источника питания. Зная потребление светодиода, мы можем подобрать нужный ему блок питания. Расчет по мощности позволит избежать проблем при дальнейшей работе или сэкономить средства.

    Рассмотрим примеры, чтобы стало понятно, о чем идет речь. Например, имеем светоизлучающий диод с рабочим напряжением 3,5 Вольта и током 0,1 Ампера. По формуле расчета мощности P=I*U, получаем значение P=3,5*0,1 => P=0,35 Ватт. Мощность десяти составит 3,5 Ватта или 1 Ампер. Отсюда делаем вывод, что для подключения одного светодиода нам потребуется блок питания (БП) мощностью 0,385 Ватта (с запасом 10%). Для подключения десяти понадобится БП на 3,85 Вт (также с запасом 10%).

    Блок питания для светодиодов рекомендуется выбирать с запасом в 10-20%. Это предотвратит работу БП на пределе, что в свою очередь продлит его срок службы.

    Способы определения мощности светодиода

    На самом деле способов как узнать потребление не так уж и много, поэтому давайте остановимся на каждом из них и рассмотрим более подробно.

    Мультиметром

    Этот способ самый сложный и не является точным, прибегать к нему советую только в крайнем случае, когда достаточно хотя бы примерных значений.

    Определить мощность лазерного светодиода при помощи мультиметра нельзя!

    Имея на руках только один мультиметр (он же тестер), для измерения следует выполнить следующую последовательность действий:

    1. Собрать схему с подключенным светодиодом через токоограничивающий резистор на 500 Ом от блока питания с плавной регулировкой напряжения от 0 до 12 В.
    2. Плавно поднимая напряжение на блоке питания, следует постоянно измерять напряжение на блоке питания и светоизлучающем диоде, т.е. до резистора и после (в местах V1 и V2). В таком способе удобно использовать два мультиметра или два вольтметра. Изначально, значения напряжений будут почти одинаковы (разница не более 0,1В). При достижении определенного уровня, начнется ощутимый рост разницы измеряемых значений.
    3. Зафиксировать значение напряжение
    4. Подключить проверяемый светоизлучающий диод через резистор 10 Ом последовательно с амперметром. Если нет амперметра, используйте мультиметр.
    5. Поднимите напряжение до зафиксированного ранее значения V
    6. Зафиксируйте значение тока и, используя закон Ома, определите мощность светодиода.

    Как это сделать, читайте ниже.

    Иногда люди сталкиваются с интересной особенностью, проверяемый светоизлучающий диод исправен (проверяют светодиод мультиметром), но никак не светится при подаче на него питания. Оказывается, что он инфракрасный. Определить ИК — светодиод можно посмотрев на него через объектив камеры. Он будет светиться.

    По закону Ома

    В самом начале статье мы упоминали формулу мощности, которая вытекает из закона Ома. Там же приведен пример расчета потребления. Зная формулу (P=I*U), а также силу тока (I) и напряжение (U) светодиода, Вы без труда узнаете сколько потребляет светодиод.

    По внешнему виду

    Определить сколько потребляет светодиод по внешнему виду практически не возможно, поэтому этим способом также рекомендую пользоваться только в крайнем случае, так сказать в безвыходной ситуации. Методика визуального определения сводится к возможности отнесения «узнаваемого» к какому-либо известному Вам типу светоизлучающего диода. Определяем для «подопытного» тип светодиода (а лучше марку и модель, это можно сделать по маркировке) и ищем к нему даташит, в котором можно найти точные характеристики, в том числе и мощность.

    Давайте посмотрим, как применить способ на практике. Например, на руках у нас имеется светоизлучающий диод, как на фото ниже.

    Сразу видим, что это SMD LED. Зная то, что в названии SMD LED зашифрованы габариты. Берем штангенциркуль и меряем размеры. Получив значения ширины – 28 и длины – 35 мм, можно с уверенностью сказать, что это светодиод SMD 3528. Мощность SMD 3528 белого цвета составляет 0,06 Вт. Это значение является средним, т.к. оно может варьироваться плюс – минус 15% в зависимости от производителя.

    Мощность светодиода зависит от излучаемого им цвета. Поэтому узнав характеристики для светодиода белого цвета, стоит знать, что для красного или зеленого они будут другие.

    Рассмотренная выше методика применима к любому SMD LED и даже для светодиодной ленты, т.к. в ее основе лежат данные LED. Узнав мощность одного светоизлучающего диода на ленте, и посчитав их количество, Вы без труда узнаете мощность всей светодиодной ленты.

    Для наглядной демонстрации определения мощности светодиодной ленты, рекомендуем посмотреть соответствующее видео с ютуба. При расчетах автор пользуется законом Ома.

    Итоги

    Часто в руки радиолюбителя попадаются светодиоды без надписей и упаковочных коробок, по которым можно без труда определить мощность светодиода. Владея описанными в статье способами Вы знаете как рассчитать хотя бы примерные характеристики, и в большинстве случаев этого достаточно для решения широкого круга задач.

    Ссылка на основную публикацию
    Что такое радиус разворота, каким он бывает, и почему он важен – автомобильный журнал
    Что такое радиус разворота, каким он бывает, и почему он важен – автомобильный журнал При выборе автомобиля обычно смотрят на...
    Что такое каталитический нейтрализатор, принципы работы, обслуживания и удаления
    Катализатор автомобильный устройство, принцип работы, виды, неисправности Автомобильный катализатор – прямой ответ инженеров на всё более и более строгие требования...
    Что такое клапан адсорбера, признаки неисправности клапана абсорбера
    Что такое адсорбер в автомобиле, сколько служит, признаки неисправности, как заменить Вопрос экологии давно стоит ребром перед крупнейшими производителями автомобилей...
    Что такое райдшеринг, карпулинг, каршеринг
    Слова, не каждому знакомые что такое райдшеринг, каршеринг и карпулинг С развитием информационных технологий появляются и новые слова в повседневном...
    Adblock detector