Принцип работы светодиода: что такое LED и как он устроен

Расшифровка аббревиатуры LED

Означает светоизлучающий диод, или просто светодиод в переводе, или тоже светоизлучающий диод.

История создания светодиода.

Ему чуть больше ста лет. Первое упоминание о свечении диодов относится к 1907 году. Английский физик Генри Раунд отметил разноцветное излучение при протекании электричества через соединения карбида кремния с металлом. Это явление называется электролюминесценцией.

Почти двадцать лет спустя, в 1923 году, русский ученый Олег Лосев провел аналогичные эксперименты в Нижнем Новгороде. Физик обнаружил свечение в месте контакта карбида кремния со стальной проволокой. Лосев опубликовал результаты своих исследований и обнаружил, что электролюминесценция наблюдается именно на границе раздела различных материалов. Теоретическая основа открытия не поддавалась обобщению и не получила дальнейшего развития. Хотя Лосев предсказал использование электролюминесценции для создания миниатюрных маломощных источников света. Физик даже придумал конструкцию светового реле, но исследования не продолжились.

В 1961 г., сорок лет спустя, американские изобретатели Д. Р. Баярд и Г. Питтман разработали технологию производства светодиодов из арсенида галлия. В 1962 году они получили патент и началось промышленное производство. Однако его светодиодный элемент излучал инфракрасное излучение, то есть не был виден человеческому глазу.

Но в том же 1962 году американский физик Ник Холоньяк изобрел красный светодиод. В 1971 году его соотечественник Жак Панков придумал синий цвет. А в 1972 году Джордж Крафорд открыл желтый светодиод.

Однако до 1970-х годов светодиоды все еще были очень дорогими. Monsanto была первой компанией в мире, которая начала массово производить светодиоды в качестве индикаторов.

В 1970-е годы группа советских ученых под руководством Ж. Алферову удалось синтезировать неизвестные доселе полупроводниковые вещества. Их стали получать в компаниях и лабораториях. И на основе этих соединений было запущено серийное производство светодиодов.

В 1983 году Citizen Electronics разработала и внедрила на свои заводы плоские светодиоды (SMD).

В 1990-е годы японские ученые И. Акасаки, Х. Амано и С. Накамура придумали, как значительно удешевить производство синих светодиодов. Технология успешно тестируется компанией Nichia с 1993 года. А с 1996 года они начали производить белые светодиодные элементы, свет которых получается из комбинации красного, синего и зеленого цветов. В дальнейшем на основе открытия японских ученых стали стремительно развиваться новые методы производства светотехники: лампочек, дисплеев с подсветкой и других устройств.

В 2003 году компания Citizen Electronics разработала новейшую технологию производства COB (Chip-On-Board). Он заключается в установке полупроводникового элемента на подложку с помощью специального непроводящего клея.

Очевидно, что история со светодиодами только набирает обороты, и технология становится все более и более продвинутой.

Создание разных цветов заняло много времени.

Устройство светодиода

Состоит из:

— микросхема — полупроводниковый кристалл;

– электроды (катод и анод),

— тонкий проволочный контакт, соединяющий анод (в некоторых конструкциях и катод) с чипом (полупроводниковым кристаллом),

— подложка, на которой размещен чип (полупроводниковое стекло);

— корпус с контактными проводами;

— оптическая система.

Оптическое излучение возникает вследствие прохождения через стекло постоянного электрического тока, а излучаемый цвет зависит от материала (химического состава), из которого оно изготовлено, а также возможного включения в состав чипа различных добавок (стекло). Большинство светодиодов имеют один полупроводниковый чип, но есть диоды с двумя и более чипами. Такие устройства делаются, если вы хотите увеличить их мощность или получить многоцветное свечение.

Обычно светодиод подключается к электрической сети через резистор, установленный на вводе.

Резистор защищает светодиод от скачков напряжения и больших токов. При отсутствии резистора светодиод может сгореть.

Принцип работы.

Кристалл состоит из полупроводниковых материалов, расположенных слоями. Свечение появляется после протекания электричества между пределами их контакта. В одном полупроводнике (n) преобладают электроны (отрицательные частицы), а в другом (p) — ионы — дырки (положительные частицы). Полупроводниковые соединения способны пропускать электричество только из p-слоя в n-слой, то есть с одной стороны.

Под действием электричества электроны n-оболочки и дырки p-оболочки начинают двигаться к p-n переходу. Происходит рекомбинация дырки и электрона: между pn-границей течет ток. Электроны переходят на более низкий энергетический уровень, с более высоких орбиталей на более низкие. Энергия высвобождается и излучается в виде фотонов.

Описанный процесс происходит во всех полупроводниковых диодах. Но длина волны фотона не всегда находится в спектре, видимом человеческому глазу. Для появления видимости необходимо движение элементарных частиц в определенном диапазоне: от 400 до 700 нм. Это достигается путем выбора определенных химических веществ. Каждая из них имеет особую длину волны и цвет излучения.

Наиболее удачные материалы получаются из соединений типа IIIBV и AIIBVI, где II, III, V и VI — валентности элементов. Например, уже упомянутый арсенид галлия, фосфат индия или селенид цинка и теллурид кадмия. Такие соединения называются прямыми разрывами. Возможно получение различных светодиодов в зависимости от яркости: от ультрафиолетовых до инфракрасных.

Другая группа включает непрямозонные полупроводники. Это карбид кремния, собственно кремний, германий и другие. Его светодиоды светят очень тускло. Однако научная работа по использованию таких веществ продолжается. Основной поиск решения ведется в области технологий квантовых точек и фотонных кристаллов.

Помимо света, p-n-переход также выделяет тепло. Чтобы его снять, нужен теплоотвод (часто эту функцию выполняет корпус изделия) или радиатор.

Простая светодиодная схема

На следующем рисунке показана схема простой светодиодной цепи, состоящей из белого светодиода диаметром 5 мм 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.

А в чем же отличие от обычного диода?

Получается, что световой диод все-таки отличается от обычного (сигнального) диода. Основное отличие, конечно же, заключается именно в дизайне. Поэтому светодиод имеет специальную полусферическую защиту, предохраняющую его от ударов и других механических воздействий извне. Также очень любопытен тот факт, что сам переход светодиода излучает довольно много фотонов. Именно по этой причине корпус светодиода специально изготовлен из эпоксидной смолы, что позволяет ему направлять фотоны, идущие в других направлениях, вверх.

Иногда встречаются очень необычные формы светодиодов. Среди них есть и прямоугольные, и цилиндрические, и даже формы в виде стрелы. Все зависит от того, где вам нужно сконцентрировать свет, и это зависит от цели, для которой этот светодиод создан.

Виды

Светодиоды достаточно «молодые» устройства. Их окончательный рейтинг еще предстоит разработать. Поэтому многие известные производители используют собственные системы деления.

Согласно одной из них, светодиоды группируются по своему назначению следующим образом:

1. Индикатор.
2. Включение.

Индикаторы в своей группе делятся на следующие типы.

Светодиоды различают по конструкции корпуса:

1. DIP — Цилиндрические маломощные индикаторные элементы. Требуется для подсветки экрана, индикации, световых цепей.
2. «Пиранья» — четырехконтактный DIP. Они крепче сидят на месте и меньше нагреваются. Востребованы в автомобильной промышленности для фитилей.
3. SMD: выглядит как параллелепипед. Благодаря своей надежности и универсальности они востребованы во многих отраслях светотехнической промышленности.
4. Печатная плата со светодиодной звездой. Тип SMD.
5. СОВ — плоский СМД. Последний парень.

Независимо от конструкции корпуса светодиоды различают:

1. Биколор. Они излучают два цвета одновременно. У них три контакта, один из которых общий.
2. Полный цвет RGB (красный-зеленый-синий). Они изготовлены из трех полупроводниковых кристаллов под общей линзой, имеют четыре электрода. Один вывод для каждого полупроводникового элемента и один общий вывод. В SMD устройство будет иметь шесть контактов.

Пропорциональное смешивание цветов дает всевозможные оттенки света. Например, включение 100% красного и зеленого приведет к желтому.

1. Адресные светодиоды представляют собой разновидность полноцветных светодиодов. Они отличаются от обычных RGB тем, что активируются своим индивидуальным кодом. Востребован на лентах, где на рулевой светодиод можно задать неповторяющийся цветовой тон. При этом светодиодный диод имеет свой адрес, по которому поступают команды от специального управляющего контроллера. Цвета контролируются с помощью микросхем, встроенных в адресные светодиоды.
2. Сверхмощные светодиоды (сверхъяркие): элементы мощностью более 1 Вт при силе тока 300 мА. (Мощность обычных светодиодов обычно измеряется в милливаттах.) Такие устройства светят очень ярким светом. Используется в фонариках, налобных фонарях, прожекторах и т д.

Кроме того, светодиодные элементы делятся на:

1. Индикатор — низкий расход.
2. Освещение — мощные приборы.
3. Инфракрасный: они излучают невидимый человеческому глазу инфракрасный спектр.

Инфракрасные диоды. Благодаря специально подобранным токопроводящим материалам они излучают невидимые глазу инфракрасные лучи. Они безвредны для живых существ, но видны электронным системам записи. Они востребованы во многих технических устройствах и машинах различных отраслей промышленности.

Светодиодные индикаторные диоды. Они выполняют функции индикаторов оборудования, подсветки экрана и т д. Они делятся по типу полупроводников, используемых в:

• двойной – зеленый и оранжевый глиттер;
• тройной – желтый и оранжевый глиттер;
• тройное — красное и зеленовато-желтое свечение.

Независимо от типа светодиоды характеризуются определенными параметрами.

Радиационный цвет. Из-за химического состава полупроводников.

Яркость. Он пропорционален силе тока, протекающего через элемент. Среди LED-диодов, светящихся белым светом, есть яркие (20-25 милликандел) и сверхъяркие (более 20 тысяч милликандел).

Сила тока. Светодиоды очень чувствительны к току. При превышении его значения выше номинального светодиод может перегореть. Поэтому не рекомендуется превышать максимальный прямой ток ячейки. Точные значения для конкретного светодиода приведены в даташите.

Напряжение падает. Характеризует допустимую разницу между значениями входного и выходного напряжения. Значение напряжения для светодиодов имеет максимальное значение, при превышении которого светодиод сломается. Значения указаны в техническом описании.

Полярность. Поскольку ток в светодиоде течет только от p-слоя к n-слою, полярность используется для предотвращения повреждения. Обычно это определяется их внешним видом, отметинами или особыми отметинами на теле. (Подробнее смотрите в статье «определение полярности»). Полярность также можно узнать в технической документации.

угол рассеяния света. Оно определяется формой линзы, конструкцией стекла и веществами, используемыми для изготовления стекла. Вы можете изменить от 15 до 180 градусов.

DIP-диоды

Аббревиатура происходит от Dual In-line Package или «двойное расположение в линии». Обычно ящики представляют собой цилиндры, но бывают и параллелепипеды. На нижнем конце имеются осевые проволочные выводы, параллельные главной оси симметрии корпуса. Выход катода короче, чем у анода.

Разделение на виды, по диаметру корпуса и линзы на верхнем торце. Диаметры от 2-3 до 20 мм и более. Яркий цвет — любой, различные оттенки белого.

Один из типов, мигающий 2-мя цветами, имеет 3 выхода.

Straw Hat

Дословный перевод — соломенная шляпа или брил. Применительно к светодиодам корпус выглядит как шляпа с закругленным верхом.

Super Flux “Piranha”

Прямой перевод — сверхпоток. Piranha — русский перевод — пиранья. Свое название светодиод получил из-за особенностей металлических проводов в виде узких полосок. Для упрощения установки в отверстия на печатной плате на концах штифтов при штамповке были срезаны уголки. Такими были острые «зубы» хищной рыбы.

На выходе выштампованы «плечи» — ограничители, задающие высоту ящика над бортом. Таким образом, шкаф был открыт для охлаждения воздуха снизу. Кристаллы для пассивного охлаждения были размещены на верхних концах тросов.

Поставив в корпус 2 или 3 чипа, увеличили световой поток. А диод попал в группу суперярких.

SMD

Аббревиатура от Surface Mounted Device, в переводе с английского: устройство, установленное на поверхности. Они выглядят как прямоугольные коробки из пластика или керамики. Выводы: снизу и сбоку коробки в виде накладок.

Большую часть времени освещают, но при малой мощности могут быть и индикаторами. Мощность от мВт (милливатт) до Вт. Свечение — любой цвет или оттенок белого света.

OLED

Помимо твердотельных светодиодов на основе полупроводниковых металлов (кремний, германий, арсенид галлия и др.) существует группа светодиодов на пленках органических соединений. Их называют органическими светодиодами или OLED — Organic Light Emitting Diode.

Также, как и полупроводниковые диоды, излучают свет, но не сплошной структурой, а тонкими пленками. Пока основное применение в разработке одноцветных экранов. Существующими недостатками цветных OLED-пленок являются разное время работы для пленок разной яркости цветов. Как минимум, это около 12-15 тысяч часов.

После усовершенствования эти светодиоды найдут широкое применение в мобильных телефонах, автомобильных и судовых GPS-навигаторах, приборах ночного видения, приборах для ночной охоты и стрельбы и т.д.

COB

Светодиоды Chip On Board (COB) имеют большое количество микросхем на одной подложке. Их еще называют светодиодными матрицами. Сверху заливается спичкой.

Основные преимущества:

• простота установки;
• хороший световой поток;
• высокий iRC;
• разнообразие форм.

Недостатки:

• цена;
• самый долгий срок хранения;
• светоотдача ниже, чем SMD.

COB активно используются при создании ярких точечных светильников и других осветительных приборов, где требуется акцентное освещение.

Важно! Из-за высокой температуры требуется кремниевая оптика. Он устойчив к высоким температурам. Перед подключением его необходимо подготовить, иначе деформируется подложка и повредится стекло.

Филаментные

В 2012-2013 годах появились необычные светодиоды, которые назвали Filament. По сути, это массивы COB в виде длинных цилиндров диаметром 2-3 и длиной 15-30 мм. В стеклянный или сапфировый цилиндр вклеены 28-30 синих кристаллов с вкраплением нескольких красных. Их соединяют последовательно в цепочки и, проверив исправность, наполняют желтой спичкой.

Эта технология изготовления модулей накаливания называется Chip-On-Glass или COG.

Готовые массивы КОГ вставляются в светильники обычных ламп накаливания, устанавливаются на цоколь и помещаются в стеклянную или пластиковую банку. Для охлаждения светодиодов колба заполнена гелием.

Мощность лампы — от 2-3 до 10-12 Вт. Световой поток соответствует светоотдаче обычных светодиодов 80-100 лм/Вт.

Результатом стала светодиодная модернизированная лампа накаливания. Лампу часто неправильно называют светодиодной лампой накаливания.

Термин retrofit происходит от английского modernization — модернизация или модификация. Это новые источники света в корпусах традиционных размеров.

Вида PCB Star

Аббревиатура светодиодов этого типа происходит от английского словосочетания Printed Circuit Board. Его перевод — печатная плата.

Диодная плата звездообразного типа на печатной плате. Производитель — американская компания CREE, модель диода XML. Желтый прямоугольник — это массив COB силового диода.

Плата изготовлена ​​из металла, хорошо проводящего тепло, например алюминия. Конфигурация платы — шестилучевая звезда. Светодиодная матрица COB монтируется на заводе в центре звездообразной пластины. Плата окрашена в черный цвет для улучшения пассивного отвода тепла от работающего мощного светоизлучающего устройства.

6 «звездочек» слева — диоды разной мощности и оттенков белого света. Два нижних — более мощные элементы с большими кружками желтого фосфора. Справа столбик из 4 шт. – диоды для плоского монтажа на поверхности контактных площадок печатной платы.

Габаритный чертеж мощного плоского светодиода на звездообразной плате. Высота конструкции 6,6 мм, диаметр корпуса диода с плоскими проводниками 8 мм, размер пластины Star 22 мм.

Светодиодная COB-матрица

Если несколько десятков синих полупроводниковых кристаллов наклеить диэлектрическим клеем на теплопроводящую подложку из искусственного кристалла сапфира или кремния, соединить проводниками в последовательно-параллельные группы и заполнить сверху желтым люминофором, то получим модульные светодиоды. Это массив COB. Аббревиатура происходит от английской фразы Chip-On-Board. Оно переводится как «кристаллы на доске».

В массивах COB используются светодиодные чипы без корпуса и без подложек. Корпус очень тесный. По этой технологии производится значительная часть мощных светодиодов, в том числе сотни кристаллов. Хороший радиатор с вентиляторным охлаждением, иногда с использованием тепловых трубок, позволяет добиться мощности 150-200Вт и более в одном корпусе. Решетка обеспечивает направленный поток с углом рассеяния 100-150 градусов на уровне 0,7 максимума излучения.

Основные технические характеристики

Есть несколько параметров, которые характеризуют светодиоды.

1. Яркость выражается в единицах силы света. Он пропорционален величине электрического тока, проходящего через полупроводниковый элемент. По мере увеличения напряжения уровень яркости увеличивается.
2. Интенсивность тока может быть пульсирующей или постоянной. Он может колебаться в широком диапазоне. Индикаторные приборы могут иметь ток всего 20 мА, а одноваттные аналоги — 300-400 мА.
3. Длина волны влияет на диапазон цветов. Его измерения производятся в нанометрах. Ограничения волн назначаются компонентам базовой палитры по мере необходимости.

Цветовая гамма испускаемого излучения изменяется при введении в полупроводниковый материал химически активных веществ.

Ток потребления светодиода

Стандартный светодиодный кристалл работает при 20 мА. Если на чипе несколько кристаллов, эта цифра умножается на 2,3,4. Точное значение необходимо определить при выборе резистора, так как есть модули, потребляющие ток до 1 А.

Стабильность работы осветительного прибора зависит от величины тока. Интенсивность излучения уменьшается при малейшем отклонении вниз, одновременно снижается температура света, и в потоке появляется голубой оттенок.

Важно! Светодиод перегорает при минимальном увеличении тока.

Все осветительные приборы подключаются через резистор, обеспечивающий необходимый уровень тока. Подключив светодиод, блок можно заменить резистором. Сопротивление зависит от характеристик источника света.

Длина волны

Этот параметр в определенной степени дублирует предыдущий, но с двумя исключениями:

• приборы в ИК- и УФ-диапазонах не имеют видимой окраски, поэтому для них этот признак является единственным, характеризующим спектр излучения;
• этот параметр более применим для светодиодов с прямым излучением: элементы с люминофорами излучают в широкой полосе, поэтому их яркость нельзя однозначно охарактеризовать длиной волны (какую длину волны может иметь белый цвет?).

Поэтому длина излучаемой волны является достаточно информативной величиной.

Номинальное напряжение

Напряжение, необходимое микросхеме в SMD или DIP, зависит от ее цвета и колеблется в пределах от 1,8 до 3,5 В. Наименьшее напряжение требуется для источников желтого и красного излучения (1,8 и 2,4 В). Для работы белых, синих и зеленых микросхем требуется от 3 до 3,5 вольт. Количество вольт, необходимое светильнику, зависит от количества чипов. Обычно это 2-12В для маломощных изделий и 12-36В для мощных ламп и прожекторов.

Значение этого параметра особенно важно при параллельном соединении, так как при отклонении всего на 0,1 В ток увеличивается в 1,5 раза, источник света выходит из строя.

Сопротивление

Сопротивление светодиода меняется в зависимости от типа подключения (ток и напряжение).

По закону Ома сопротивление равно отношению напряжения к току. Сразу после подключения к источнику питания сопротивление большое, после размыкания p-n перехода оно уменьшается из-за уменьшения напряжения и увеличения тока. Когда электрический ток течет в противоположном направлении, сопротивление очень велико, так как диоды проводят электричество только в одном направлении.

Важно! Типовое значение сопротивления указано в технической документации.

Светоотдача и угол свечения

DIP-светодиод диаметром 5 мм излучает поток 1-5 лм, мощная лампа — до 350 лм. Свет наиболее яркий в центре, по краям угла рассеяния яркость уменьшается. Площадь освещения увеличена за счет линз. Угол рассеивания зависит от формы диода, он варьируется от 20 до 120 градусов.

Мощность светодиодных ламп

Мощность светодиода определяется путем умножения силы тока на падение напряжения. Например, для SMD 5050 ток 0,06 А, падение напряжения для белого кристалла 3,3 В, мощность 0,06 * 3,3 = 0,198 Вт.

При замене лампы накаливания на светодиод используется простой расчет. Мощность лампочки Ильича делится на 8. Например, для замены источника 100 Вт потребуется светодиодный прибор 100/8 = 12,5 Вт. Но такой расчет годится только при покупке источника света высокого качества.

Цветовая температура

Температура обеспечивает комфорт для восприятия света, излучаемого тем или иным устройством. На маркировке этот параметр обозначается 4 цифрами и буквой «К».

Цвет светодиодных ламп:

• 1800 К (красный) — декоративное освещение, освещение растений;
• 2700-330 (желтый) — внутреннее освещение;
• 30000-3500 К (теплый белый) — для замены ламп накаливания в жилых и служебных помещениях;
• 3500-5300 К (днем) — для освещения рабочих мест на производстве;
• От 5300 (холодный белый) — для уличного освещения;
• 6000-7000 К (синий) — освещение растений.

Внимание! Некоторые производители определяют температуру по длине волны и обозначают ее как λ или нм.

Видимый телесный угол

Кажущийся телесный угол проще всего представить в виде конуса, исходящего из центра источника света. Этот параметр равен углу раскрытия этого конуса. Для светодиодных индикаторов он определяет, как сигнализация будет выглядеть со стороны. Для элементов освещения от него зависит световой поток.

Размер чипа Led элемента

Замерить светодиод при покупке невозможно, можно определить количество кристаллов, если нет люминофора. Размеры SMD указаны на маркировке. Первые 2 цифры — длина чипа, последняя — ширина.

Ток определяется не размером чипа, а размером кристалла.

В квадратных моделях обычные кристаллы 30 или 45 мил с мощностью 1 или 2 Вт. В диодах мощностью 10-100 Вт используются кристаллы 24милх24мил, 24милх44мил или 44милх44мил. В маломощных изделиях может быть несколько элементов различных размеров, соединенных параллельно или последовательно.

Максимальная сила света

Максимальная сила света в технических характеристиках прибора указана в канделах. Но на практике оказалось удобнее оперировать понятием светового потока. Световой поток (в люменах) равен произведению силы света (в канделах) на кажущийся телесный угол. Два светодиода с одинаковой интенсивностью света дают разное освещение под разными углами. Чем больше угол, тем больше световой поток. Поэтому удобнее рассчитывать системы освещения.

Класс энергоэффективности

Расшифровка класса энергоэффективности демонстрирует зависимость энергопотребления от светового потока. Светодиодные приборы лидируют в рейтинге, относятся к высшей группе «А». Высокие показатели светодиодных светильников обусловлены малым нагревом, что свидетельствует о малом потреблении электроэнергии в непроизводственных целях. Кроме того, в Европе принята новая марка ламп, согласно которой введены дополнительные уровни энергоэффективности: А+ и А++.

Также читайте все о мощных светодиодах мощностью 3 Вт

Сорт	Подходящий тип осветительных приборов
А, А+, А++	Светодиоды
Б	Некоторые светодиоды, люминесцентные
С	Флуоресцентный, галогенный
Д	Галоген
Мне	Галогенные лампы накаливания
Ф	Лампы накаливания
ГРАММ	Лампы накаливания

Класс присваивается по уровню светоотдачи, показывая взаимосвязь между световым потоком и приложенной мощностью. Для светодиодов она варьируется от 50 лм/Вт, а вот для приборов «лучшего» уровня этот показатель удваивается — до 110 лм/Вт.

В таблице, используемой в России, этих классов пока нет, но пересмотра толкования и классификации обозначений следует ожидать в ближайшее время. Это необходимо, так как на отечественном рынке представлено большое количество импортных моделей. Расхождения могут внести нежелательную путаницу при расшифровке параметров.

Тип колбы и цоколя

Форма светодиодных светильников является важным фактором, позволяющим устанавливать новые светильники в старые светильники. Они были рассчитаны на традиционные лампы накаливания, поэтому необходимо было создать светодиодные конструкции, максимально похожие на них внешне. В противном случае нам пришлось бы менять все люстры и светильники, многие из которых ценны сами по себе. Расшифровка обозначений следующая:

• тип розетки. Наиболее распространенные типы включают E27 и E14 (стандартный и миньон, обычный и маленький цоколь лампы накаливания). Также стали популярны контактные группы люминесцентных ламп, которые используются в линейных светодиодных светильниках. Это типы G5, G13, G23 и G24. Имеются разновидности по типам световых пятен ГУ4, ГУ5.3, ГУ10 (цифры обозначают расстояние между контактами);
• фляжный тип. Для светодиодных источников чаще всего используются типы А (грушевидная стандартная лампочка Ильича), В и С (свечевые), Г — шар и Р — гриб.

Для люстр классического типа оптимальны конструкции накальных светодиодов, которые по внешнему виду почти не отличаются от старых типов осветительных приборов. Имеют стандартный цоколь Е27 и колбу типа А, что позволяет заменить устаревшие светильники без потери аутентичности и привычного вида.

Падение напряжения

Прямое падение напряжения — это напряжение, которое падает на светодиоде, когда он включен. Зная это, можно рассчитать напряжение, необходимое, например, для размыкания последовательной цепи светоизлучающих элементов.

Деградация (ресурс) светодиодов.

Очень важный показатель. Многие производители заявляют о 100 тысячах часов и даже больше. Какие факторы влияют на срок службы светодиодов? Прежде всего, это нынешняя деградация. Если через диод проходит более высокий ток, чем он рассчитан, происходит быстрая деградация. Обычно: в течение первых 1000 часов. Этим пользуются недобросовестные производители.

Следующим фактором является температурная деградация. Светодиод нагревается во время работы. И, если не убрать нагрев, диод быстро потухнет. Для отвода тепла используется множество конструктивных решений. В наших светильниках используется плата с алюминиевой подложкой. Подложка, в свою очередь, имеет механический контакт с корпусом светильника, который также отводит тепло. Главное — в месте пайки светодиода соблюдать температурный режим не более 65 градусов Цельсия. Это достигается в наших лампах. Соответственно в рабочем режиме ресурс диодов в предлагаемых аксессуарах заявлен от 40 до 50 тысяч часов.

Угол рассеивания.

Ну и последнее, на что стоит обратить внимание, это угол рассеивания. Большинство диодов доступны с углом раскрытия луча 120 градусов. Но это не окончательная цифра. Расширение углов начинается с 15 и заканчивается 360 градусами (например, филамент).

Здесь вы должны снова решить, чего вы хотите достичь. Узкий или рассеянный свет по всему помещению. Для комнаты тоже подойдет 120 градусов, но для увеличения угла лучше использовать очки.

Для узкого луча диодов с разбросом 40 градусов более чем достаточно.

Есть еще несколько характеристик светодиодов. Но они более интересны для промышленного производства. А у нас, простых людей, таких более чем достаточно.

Я могу понять, что для кого-то эта информация сложна для понимания, но это только первый раз. Если решить ее один раз, то в дальнейшем подобрать нужный светодиод под свои нужды не составит труда. Во всяком случае, я больше не «болею» от боли сборной.

Срок эксплуатации

Этот параметр указывает ожидаемый срок службы светодиодного чипа. Светодиоды индикации имеют срок службы до 100 000 часов. Для сверхъярких источников этот показатель составляет максимум 60 000 часов. Производители в Поднебесной часто завышают эту цифру.

Чтобы продлить срок службы, необходимо соблюдать температурный режим светодиодной лампы. Другими словами, чем эффективнее охлаждение, тем дольше проживет источник.

Для лучшего понимания рекомендуется посмотреть видео. Автор видео всего за несколько минут кратко описывает основные параметры и характеристики, которые действительно важны при выборе светодиодов.

Как маркируется LED-устройство?

Маркировка светодиодных ламп, расшифровка которой показывает потребителю данной продукции ее технические параметры, осуществляется по следующим стандартам:

1. Пожалуйста, укажите мощность светодиодного источника света, она может быть 10Вт, 25Вт.
2. Продолжительность периода бесперебойной работы обычно пишут около 50 000 часов, но разные производители могут устанавливать свой период работы в соответствии с возможностями светодиодного устройства.
3. Буква, обозначающая «А», «А+» или «А++», показывает степень энергосбережения источника света.
4. Буквенно-цифровое обозначение типа «А55» указывает на то, что лампа имеет стандартную колбу, другой тип сочетания букв и цифр указывает на возможные ее вариации: зеркального типа, формы свечи, матовой колбы, других форм.

Буквенное обозначение на светодиодной продукции

1. Базовый тип источника света.
2. Цветовой эффект для правильного подбора яркости лампы.
3. Яркость лампы, сила светового потока.
4. Качество цветопередачи.
5. Технические возможности источника света, например, диапазон рабочего напряжения от 150 до 240 вольт, частота сети 50/60 герц.
6. На упаковке также указаны допустимые пределы рабочей температуры светодиодного осветительного изделия, обычно от -40 до +40°C.

Когда покупатель правильно оценит возможности источника освещения в соответствии с его параметрами, указанными на марке, его покупка прослужит ему дольше.

Виды светодиодов по назначению

В зависимости от области применения светодиоды делятся на 2 группы: сигнальные и осветительные. Оба типа могут быть разноцветными (с тремя кристаллами). Существуют также диоды, излучающие ультрафиолетовый и инфракрасный свет.

Индикаторные светодиоды отличительные особенности

Светодиоды индикаторные применяются для подсветки и индикации щитов и дисплеев электроприборов, изготовления световых табло, игрушек, елочных игрушек. Они бывают прямоугольной, овальной или круглой формы, самые популярные имеют диаметр 3-10 мм, мощность до 0,2 Вт и умеренную яркость.

Индикаторные диоды делятся на:

• ДИП: цилиндрические, одно- и многоцветные с углом рассеивания 20 градусов;
• Super Flux «Пираньи» — с прямоугольной коробкой, с возможностью установки на плату, яркостная температура разная, угол рассеивания 40-120 градусов, предназначен для использования в транспортных средствах и знаках;
• Соломенная шляпа: при большом радиусе линзы и небольшой высоте угол рассеяния составляет 100-140 градусов.

В зависимости от вида кристаллов индикаторные продукты бывают:

• двойной (фосфор и галлий), оранжевый или зеленый;
• тройной (галлий, мышьяк, алюминий), желтый или оранжевый;
• тройной (фосфор, мышьяк, галлий), зеленовато-желтый или красный.

Ссылка! SMD 3528 используются как для индикации, так и для подсветки.

Осветительные светодиоды отличительные особенности

Назначение светодиодов – входить в состав осветительных приборов различного назначения (ленты, светильники, фары, прожекторы, фонари). Большинство изделий этого типа имеют относительно большую мощность и излучают белый свет.

В эту группу входят:

• все SMD-диоды на медной или алюминиевой подложке с углом рассеивания 100-130 градусов;
• Диоды COB с большим количеством кристаллов и мощным световым потоком;
• Светодиодная нить накала со спектром яркости, подобным спектру ламп накаливания.

Ссылка! Большинство осветительных приборов оснащены SMD-диодами.

Получение светодиода определенного цвета

Для получения светодиода того или иного цвета используются три технологии: покрытие люминофором, использование RGB-светодиодов и использование различных полупроводниковых материалов.

Покрытие люминофором

Люминофор – это вещество, способное преобразовывать поглощенную энергию в свет. Получение светодиодов путем нанесения люминофора на поверхность имеет свои преимущества:

• простота конструкции;
• низкая стоимость производства;
• сохранение.

К недостаткам относятся:

• снижение светоотдачи из-за потери световой энергии;
• влияние на цветовую температуру;
• он стареет быстрее с использованием.

Люминофор используется в белых светодиодах. С помощью люминофорного покрытия создаются диоды с разной цветовой температурой.

RGB-технология

Смешение цветов с использованием технологии RGB также помогает получать светодиоды разных спектров (обычно используются для белого цвета). В матрице установлено 3 монокристалла, каждый из которых обеспечивает свой спектр RGB. При проектировании оптической системы цвета смешиваются и придают нужный оттенок.

Преимущества:

• возможность поочередно включать тот или иной цвет вручную или автоматически;
• можно вызывать разные тона, меняющиеся со временем;
• создание эффектных световых конструкций для рекламы и дизайна.

Недостатки:

• неравномерное светлое пятно;
• неравномерный нагрев и отвод тепла.

Отрицательные качества обусловлены расположением полупроводниковых кристаллов на поверхности. Из-за этого сложно качественно организовать модель RGB.

Применение различных примесей и полупроводников

Работа светодиода напрямую зависит от материала, из которого он изготовлен. Использование полупроводников с различной шириной запрещенной зоны позволяет добиться желаемого свечения диода. Длина волны зависит от ширины запрещенной зоны.

Для получения приборов инфракрасного и красного цветового спектра используют твердые растворы на основе арсенида галлия. Оранжевые, желтые и зеленые цвета получаются при использовании фосфида галлия. Синий, фиолетовый и ультрафиолетовый цвета получаются из нитрида галлия.

Как узнать, на какое напряжение рассчитан светодиод

Самый простой способ узнать номинальное напряжение светодиода — обратиться к справочной литературе. Но если вам попалось немаркированное устройство неизвестного происхождения, вы можете подключить его к регулируемому блоку питания и плавно повышать напряжение от нуля. При определенном напряжении светодиод будет ярко мигать. Это рабочее напряжение элемента. При выполнении этой проверки следует помнить о нескольких вещах:

• испытуемое устройство может иметь встроенный резистор и рассчитано на достаточно высокое напряжение (до 220 В); не все блоки питания имеют такой диапазон регулировки;
• излучение светодиодов может находиться за пределами видимой части спектра (УФ или ИК); поэтому момент возгорания нельзя определить визуально (хотя яркость ИК-прибора в некоторых случаях можно увидеть через камеру смартфона);
• необходимо подключать элемент к источнику постоянного напряжения со строгим соблюдением полярности, иначе легко отключить светодиод обратным напряжением, превышающим возможности устройства.

Если нет уверенности в знании цоколевки элемента, лучше увеличить напряжение до 3…3,5 В, если светодиод не горит, снять напряжение, изменить подключение полюсов источника и повторить процедура.

Таблица напряжения светодиодов

Для того чтобы светодиод обеспечивал при своей работе все характеристики, предусмотренные его конструкцией и технологией изготовления, необходимо, чтобы он был обеспечен расчетным блоком питания. Например, приложите к аноду и катоду напряжение, которое будет немного выше, чем прямое напряжение p-n перехода. Избыточное напряжение необходимо «отключить» на последовательно включенном резисторе. Резистор называется токоограничивающим резистором. Он служит для предотвращения избыточного тока через p-n переход.

Светодиод имеет два контактных провода: анод и катод, катод короче анода. Если длина одинаковая, определить их можно пальчиковой батарейкой. Если есть свет, то перед вами анод.

Яркий цветРабочее напряжение, постоянное, В

белый	3,5
красный	1,63–2,03
апельсин	2,03–2,1
желтый	2.1–2.18
зеленый	1,9–4,0
синий	2,48–3,7
пурпурный	2,76–4
инфракрасный	до 1,9
ультрафиолет	3.1–4.4

Полярность светодиодов

При неправильном включении светодиод может выйти из строя. Поэтому важно уметь определять полярность источника света. Полярность — это способность пропускать электрический ток в одном направлении.

Монополярность можно определить несколькими способами:

• Визуально. Это самый простой способ. Чтобы найти плюс и минус цилиндрического диода со стеклянной колбой, нужно заглянуть внутрь. Площадь катода будет больше площади анода. Если заглянуть внутрь, то не работает, полярность определяется контактами: длинная ножка соответствует плюсовому электроду. Светодиоды SMD имеют маркировку полярности. Их называют скосом или шпонкой, которая направлена ​​в сторону отрицательного электрода. На малые смд наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока, а значит, этот вывод является отрицательным знаком. Также некоторые светодиоды могут иметь маркировку с указанием полярности. Это может быть точечная, кольцевая полоса.
• При подключении питания. Подав небольшое напряжение, можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), на контакт которого наносится светодиод, и токоограничивающий резистор, через который осуществляется подключение. Напряжение должно быть увеличено, и светодиод должен загореться при правильном питании.

• С помощью тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый находится в положении испытания на выносливость. Когда красный щуп касается анода, а черный щуп касается катода, на дисплее должна загореться цифра, отличная от 1. В противном случае на дисплее загорится цифра 1. Второй способ — в положении циферблата. Когда красный щуп касается анода, загорается светодиод. В противном случае он не будет реагировать. Третий способ – установка светодиода в гнездо транзистора. Если в отверстие С (коллектор) поместить катод, загорится светодиод.
• Согласно технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.

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

Расчет сопротивления для светодиода

Диод имеет низкое внутреннее сопротивление. Если подключить его напрямую к блоку питания, элемент сгорит. Чтобы этого не произошло, светодиод подключают к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uлед)/I, где R — сопротивление токоограничивающего резистора, U — источника питания; Uled: паспортное значение напряжения для светодиода, I: сила тока. На основании полученного значения подбирается мощность резистора.

Важно правильно рассчитать напряжение. Это зависит от схемы соединения элементов.

Нельзя рассчитать сопротивление, если использовать в схеме мощный переменный или отсекающий резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разных классов точности. Есть продукты на 10%, 5% и 1%; это означает, что ошибка изменяется в указанном диапазоне.

При выборе токоограничивающего резистора следует почти всегда обращать внимание на его мощность, если при плохом теплоотводе устройство будет перегреваться и выходить из строя. Это разорвет электрическую цепь.

Когда использовать токоограничивающий резистор:

• когда проблема работоспособности схемы не является основной, например индикация;

• лабораторное исследование

В остальных случаях светодиоды лучше подключать через стабилизирующий драйвер, что особенно актуально для светодиодных ламп.

Достоинства и недостатки осветительных светодиодов

Человечество еще не изобрело идеальный источник света. У каждого типа есть свои плюсы и минусы.

Потребительские преимущества светодиодов включают в себя:

• преобразование электроэнергии в свет с минимальными потерями;
• низкий нагрев при соответствующем уровне теплоотдачи;
• чистота излучаемого света;
• отсутствие инфракрасной и ультрафиолетовой составляющих;
• надежность и механическая стойкость;
• срок службы до 100 тысяч часов (если товар качественный);
• безопасность за счет низкого напряжения потребляемого тока;
• эффективность при большом световом потоке;
• высокая светоотдача (до 250 лм/Вт);
• небольшие размеры;
• далеко идущий;
• возможность организовать систему освещения практически любого цвета;
• угол рассеивания, позволяющий подобрать вариант для любого помещения;
• оптимальный коэффициент пульсации;
• бережное отношение к окружающей среде (отсутствие вредных веществ);
• легкость удаления.

При создании или замене системы освещения стоит помнить о недостатках:

• потребность в качественном водителе;
• старение светодиодов в процессе эксплуатации;
• высокая цена.

Основной причиной недоверия рядовых потребителей является наличие на рынке большого объема некачественной продукции. При покупке нужен не только контроллер, но и устройство качественной системы охлаждения.

Применение светодиодов

Область применения светодиодов постоянно расширяется. Первоначально они использовались в качестве световых индикаторов в цепях для включения или работы электронного оборудования. Например, включить передатчик, переключиться на большую или меньшую мощность и т д. Это может исправить автоматическое включение, например, при появлении сигнала вызова или для привлечения внимания. Использовались мигающие или одноцветные светодиоды: красный, желтый, зеленый, синий.

Сверхъяркие DIP-светодиоды небольшого размера были соединены в последовательно-параллельные цепочки и питались напрямую от сети 220 В. Поместив эти диодные кластеры последовательно в прозрачную гибкую трубку из ПВХ и заполнив их прозрачным герметиком, мы получили «гибкий неон». — светящаяся «сбруя». Его можно разместить вдоль края бассейна, обочины дороги, украсить крышу дома или дерево в саду.

Появление гибких многослойных плат и корпусов для поверхностного монтажа SMD привело к созданию гибких светодиодных лент.

Изначально это были средства декоративного оформления интерьера. Увеличение мощности SMD-диодов и плотности их расположения на плате позволило начать использовать светодиодные ленты сначала для вспомогательного, а затем и для основного освещения. Повышение степени пылевлагозащиты лент привело к их использованию для декоративного освещения, а затем и для основного освещения в уличных условиях.

Параллельно разрабатывались светодиодные лампы для замены ламп накаливания в светильниках – бра, люстрах и настольных лампах. Появились модифицированные лампы — полные аналоги ламп накаливания и люминесцентных ламп по форме, размеру колбы и напряжению питания. Началась постепенная замена ламп накаливания на светодиодные. При этом выпуск ЛН был остановлен: сначала 100 Вт и более, затем 75, 60 и т д

Разработка мощных отдельных светодиодов, особенно в корпусе Emitter или PCB Star, способствовала появлению фонарей со встроенными батареями. Яркость и продолжительность свечения после цикла зарядки в несколько раз выше, чем у предыдущих моделей.

Прекрасная управляемость светодиодов электронными средствами — контроллерами и диммерами — регуляторами яркости, позволила использовать мощные прожекторы в освещении улиц и площадей городов и населенных пунктов в любом регионе страны.

Светодиодные ленты типа RGB, RGBW и RGBWW позволяли не только получать мощные потоки белого света, но и изменять их оттенок белого в широком диапазоне от теплого желтого до голубоватого и холодного синего.

Управляемость новых источников света делает возможным их широкое использование в световой рекламе: «прогрессивные строки», световые экраны, информационные экраны и т д. Используйте эти яркие и белые источники света в рекламе на фасадах и крышах: плоские и объемные надписи и рисунки, названия брендов, изображения товарных знаков и многое другое.

И все эти конструкции работают намного дольше своих собратьев в обычных лампах, почти не требуют обслуживания и потребляют в разы меньше электроэнергии. Технические характеристики светодиодов и осветительного оборудования постоянно растут. Стоимость светодиодов снижается, а область применения расширяется.

Принцип работы драйвера для светодиодов

Для получения стабилизированного тока используется специальное устройство, которое подбирается с учетом следующих параметров:

• определенная сила;
• напряжение непосредственно на выходе;
• номинальный ток.

Устанавливаемые регуляторы могут быть линейными или импульсными.

Первые из них предназначены для обеспечения плавной стабилизации электрического тока при переменном входном напряжении.

Импульсные устройства формируют высокочастотные разряды в выходном канале. Они отличаются высокой эффективностью.

Существуют также диммируемые драйверы, предоставляющие возможность регулировки яркости светодиодов. Днем интенсивность излучения можно немного уменьшить, что позволит сэкономить ресурсы полупроводниковой продукции и электроэнергии..

Выбор по параметрам светоотдачи и цветопередачи

При правильной организации освещения в помещении большое значение имеет сложность освещения пространства и правильная цветопередача освещаемого объекта. Это зависит от интенсивности светового потока и цветопередачи изделия.

При выборе подходящего источника света потребитель обращает внимание на типы лампочек, а также на обозначение цветопередачи лампы «Ра». Этот показатель дает представление о способности источника света правильно передавать естественный цвет освещаемого объекта. За эталонное значение специалисты принимают солнечный свет – 100 Ra, а светодиодные источники света имеют параметры 90 Ra. Справедливости ради следует отметить, что лампы накаливания также имеют 90 Ra, но в других отношениях они не так эффективны.

По световому потоку

Световой поток светодиодного источника света измеряется в люменах, этот параметр важен, он показывает мощность яркости. Кроме того, световой поток характеризуется высоким коэффициентом полезного действия, то есть отношением между световой мощностью (люмен) и энергопотреблением светодиодного прибора (ватт), это лм/Вт, что показывает, насколько лампа экономична выбранная модель есть.

Для сравнения светосилы светодиодных источников с лампами, имеющими накал накаливания, существуют специальные таблицы. Источник света мощностью 40 Вт дает световой поток 400 люмен. Производители на упаковке указывают мощность светового потока, у светодиодных ламп этот показатель в несколько раз выше, чем у простой лампы. При выборе светильника по этим параметрам необходимо учитывать, что светодиодный источник света при достижении наработки снижает свою светосилу.

Значение цветовой температуры

В отличие от простой лампы накаливания, которая имеет только один цвет — желтый, светодиодные источники света могут передавать широкий спектр цветов. При построении шкалы цветопередачи за основу берут цвет нагретого металла, а за единицу измерения принимают кельвины. По цветовой температуре специалисты приравнивают дневной свет к температуре в пределах 4000-6000 градусов Кельвина, а нагреваемого металла – 2700 градусов К.

К цветам с температурой более 6500 градусов К специалисты относят прохладное свечение с голубоватым оттенком. Выбирая светильник для дома, всегда следует учитывать эти параметры, так как при разном освещении мебель в квартире может отображаться по-разному, что влияет на чувствительность глаз.

Таблицы соотношения цвета и температуры

Световое распределение и регулируемые лампы

Преимущество светодиодов перед обычными источниками света в том, что они могут создавать направленное освещение, то есть светят перед собой. Эту способность хорошо использовать в светильниках для ночного освещения, при зональном освещении квартиры.

Для того, чтобы добиться равномерного освещения пространства, светодиодные светильники оснащаются рассеивателем или установкой светодиодов в светильнике под разными углами. Световой поток с помощью этих методов можно расширить до 60 или 120 градусов.

Как и лампы накаливания, светодиодные лампы можно регулировать, для этого нужен диммер – специальный регулятор. По сравнению с недорогими люминесцентными лампами это преимущество, так как у них нет такой возможности. С помощью диммера в комнате добиваются комфортного освещения. Следует отметить, что не все лампы этого типа имеют такую ​​возможность, необходимо обращать внимание на маркировку на упаковке.

Выбор по мощности и рабочему напряжению

Каждый покупатель лампочки изначально обращает внимание на мощность изделия и рабочее напряжение. Параметр энергопотребления играет важную роль в потреблении электрической энергии как в квартире, так и в уличном освещении.

Рабочее напряжение светодиодной лампы важный показатель, обычно это постоянное напряжение 12 вольт, оно обеспечивается контроллером путем преобразования 220 вольт и переменного тока в требуемые параметры. Благодаря контроллеру лампы этого типа работают от сети 220 вольт. Параметр питания светодиодного источника может быть разным, от 12 до 24 вольт, а ток может быть переменным или постоянным. Все данные указаны на этикетке продукта.

Нюансы при выборе светодиодного источника освещения

Специалисты не рекомендуют устанавливать в детских комнатах светодиодные источники света, они имеют оттенки синего даже при теплом свете, что снижает детское поведение. При выборе лампы всегда обращайте внимание на маркировку соединения, она должна быть такой же, как на патроне.

К сожалению, очень часто производители светодиодных ламп завышают гарантийный срок. Обменять лампу можно при наличии чека из магазина. Также необходимо вернуть лампу, имеющую пульсацию свечения, даже если она едва заметна, она может повредить зрение. Проверить легко: нужно навести камеру смартфона на источник света, если есть мерцание, значит, есть пульсация.

Хороший производитель светодиодных ламп всегда оставляет в упаковке их контакты, если их нет, то от покупки данного товара стоит отказаться.

Схемы подключения светодиодов

Существуют определенные правила подключения светодиодов. Учитывая, что ток, проходящий через устройство, движется только в одном направлении, для долгой и стабильной работы светодиодных приборов важно учитывать не только определенное напряжение, но и оптимальное значение тока.

Схема подключения светодиода к сети 220В

В зависимости от используемого блока питания существует два вида схем подключения светодиодов к сети 220В. В одном из случаев используется контроллер с ограничением тока, во втором — специальный блок питания, стабилизирующий напряжение. Первый вариант предполагает использование специального источника с определенной силой тока. Резистор в этой схеме не требуется, а количество подключаемых светодиодов ограничивается мощностью драйвера.

Для обозначения светодиодов на схеме используются пиктограммы двух типов. Над каждым их схематическим изображением есть две маленькие параллельные стрелки, направленные вверх. Они символизируют яркое свечение светодиодного устройства. Перед подключением светодиода к сети 220 В с помощью блока питания нужно включить в цепь резистор. Если это условие не будет соблюдено, это приведет к тому, что срок службы светодиода значительно сократится или просто выйдет из строя.

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

Если при подключении использовать блок питания, стабильным в цепи будет только напряжение. Учитывая незначительное внутреннее сопротивление светодиодного светильника, включение его без ограничителя тока приведет к перегоранию светильника. Именно поэтому в схему включения светодиода введен соответствующий резистор. Следует отметить, что резисторы бывают разных номиналов, поэтому их необходимо правильно рассчитать.

Полезный совет.Отрицательным моментом схем подключения светодиода в сеть 220 вольт с помощью резистора является большая рассеиваемая мощность при необходимости подключения нагрузки с большим потребляемым током. В этом случае резистор заменяется гасящим конденсатором.

Как рассчитать сопротивление для светодиода

При расчете сопротивления светодиода руководствуются формулой:

U = IхR,

где U — напряжение, I — ток, R — сопротивление (закон Ома). Допустим, вам нужно подключить светодиод со следующими параметрами: 3В — напряжение и 0,02А — сила тока. Чтобы при подключении светодиода к 5 Вольтам в блоке питания он не вышел из строя, нужно убрать лишние 2В (5-3=2В). Для этого в цепь необходимо включить резистор с определенным сопротивлением, которое рассчитывается по закону Ома:

Р = U/I.

Резисторы с разными значениями сопротивления

Таким образом, отношение 2В к 0,02А будет 100 Ом, то есть это то сопротивление, которое вам нужно.

Часто бывает так, что учитывая параметры светодиодов, сопротивление резистора имеет нестандартное для устройства значение. Эти типы ограничителей тока не встречаются в торговых точках, например, 128 или 112,8 Ом. Тогда нужно использовать резисторы, сопротивление которых имеет ближайшее большее значение по сравнению с расчетным. В этом случае светодиоды будут работать не в полную силу, а только на 90-97%, но это будет незаметно для глаза и положительно скажется на ресурсе устройства.

В интернете есть много вариантов калькуляторов для расчета светодиодов. Учитывают основные параметры: падение напряжения, номинальный ток, выходное напряжение, количество устройств в цепи. Задав в поле формы параметры светодиодных устройств и источников тока, можно узнать соответствующие характеристики резисторов. Для определения сопротивления ограничителей тока с цветовой маркировкой существуют онлайн-расчеты сопротивления для светодиодов.

Схемы параллельного и последовательного подключения светодиодов

При сборке конструкций из различных светодиодных устройств применяют схемы подключения светодиодов к сети 220 вольт с последовательным или параллельным подключением. При этом для правильного подключения необходимо учитывать, что при последовательном соединении светодиодов требуемое напряжение равно сумме падений напряжения каждого прибора. Тогда как при параллельном соединении светодиодов сила тока прибавляется.

Схемы параллельного соединения светодиодов. В варианте 1 для каждой цепи диода используется отдельный резистор, в варианте 2 общий для всех цепей

Если в схемах используются светодиодные приборы с разными параметрами, то для стабильной работы необходимо рассчитывать сопротивление для каждого светодиода в отдельности. Следует отметить, что двух абсолютно одинаковых светодиодов не существует. Даже устройства одной модели имеют небольшие отличия в параметрах. Это приводит к тому, что при соединении их большого количества в последовательную или параллельную цепь с одним резистором они могут быстро деградировать и выйти из строя.

Примечание! При использовании резистора в параллельной или последовательной цепи можно подключать только светодиодные устройства с идентичными характеристиками.

Несовпадение параметров при параллельном подключении нескольких светодиодов, допустим 4-5 штук, на работу приборов не повлияет. И если к такой схеме подключить много светодиодов, то это будет плохим решением. Даже если светодиодные источники имеют небольшой разброс характеристик, это приведет к тому, что одни светильники будут давать яркий свет и быстро перегорят, а другие будут светиться плохо. Поэтому при параллельном подключении всегда следует использовать отдельный резистор для каждого устройства.

Что касается последовательного соединения, то здесь экономичное потребление, так как вся схема потребляет величину тока, равную потреблению светодиода. В параллельной схеме потребление представляет собой сумму потребления всех включенных в схему светодиодных источников.

Схема последовательного подключения светодиодов

Как подключить светодиоды к 12 Вольтам

В конструкции некоторых устройств еще на этапе изготовления предусмотрены резисторы, что позволяет подключать светодиоды на 12 вольт или 5 вольт. Однако такие устройства не всегда есть в продаже. Поэтому в схеме подключения светодиодов к 12 вольтам предусмотрен ограничитель тока. Первым делом нужно узнать характеристики подключаемых светодиодов.

Такой параметр, как прямое падение напряжения для типовых светодиодных светильников составляет около 2В. Номинальный ток этих светодиодов соответствует 0,02А. Если вы хотите подключить такой светодиод к 12В, то «лишние» 10В (12 минус 2) надо отключить ограничительным резистором. Используя закон Ома, вы можете рассчитать сопротивление. Получаем, что 10/0,02=500 (Ом). Поэтому нужен резистор номиналом 510 Ом, который является наиболее близким из серии электронных компонентов Е24.

Чтобы такая схема работала стабильно, также необходимо рассчитать мощность ограничителя. По формуле, согласно которой мощность равна произведению напряжения на силу тока, вычисляем ее значение. Умножаем напряжение 10В на силу тока 0,02А и получаем 0,2Вт. Поэтому нужен резистор, номинальная мощность которого стандартная 0,25 Вт.

Схема подключения светодиодной ленты RGB 12В

При необходимости включения в схему двух светодиодных приборов следует учитывать, что напряжение, которое будет падать на них, будет уже 4В. Соответственно за резистор остается платить не 10В, а 8В. Поэтому дальнейший расчет резистора и мощности резистора производится исходя из этого значения. Расположение резистора в схеме можно предусмотреть в любом месте: со стороны анода, катода, между светодиодами.

Как проверить светодиод мультиметром

Одним из способов проверки рабочего состояния светодиодов является проверка с помощью мультиметра. Такой прибор может диагностировать светодиоды любой конструкции. Перед проверкой светодиода тестером переключатель прибора устанавливают в режим «прозвонки», а щупы прикладывают к клеммам. Когда красный щуп подключен к аноду, а черный к катоду, кристалл должен излучать свет. При обратной полярности на дисплее должно отображаться «1».

Полезное уведомление! Перед проверкой работы светодиода рекомендуется приглушить основное освещение, так как во время проверки ток очень мал и светодиод будет излучать настолько слабый свет, что при обычном освещении это может быть не заметно.

Схема проверки светодиодов цифровым мультиметром

Тестирование светодиодных устройств можно проводить без использования пробников. Для этого в отверстия, расположенные в нижнем углу прибора, анод вставляется в отверстие с условным обозначением «Э», а катод — с указателем «С». Если светодиод работает правильно, он должен загореться. Этот метод проверки подходит для светодиодов с достаточно длинными непропаянными выводами. Положение переключателя при таком способе проверки не имеет значения.

Как проверить светодиоды мультиметром без пайки? Для этого к щупам тестера припаиваем кусочки обычной канцелярской скрепки. В качестве изоляции подойдет текстолитовая прокладка, которая укладывается между проводами, после чего обрабатывается изолентой. Выход представляет собой своеобразный переходник для подключения щупов. Зажимы хорошо защелкиваются и надежно фиксируются в пазах. Таким образом, вы можете подключить щупы к светодиодам, не выпаивая их из схемы.

Что можно сделать из светодиодов своими руками

Многие радиолюбители практикуют сборку различных светодиодных конструкций своими руками. Изделия самостоятельной сборки не уступают по качеству, а иногда даже превосходят аналоги промышленного производства. Это могут быть цветные и музыкальные устройства, мигающие светодиодные конструкции, светодиодные фонари своими руками и многое другое.

Использование светодиодов в создании сценических костюмов

Сборка стабилизатора тока для светодиодов своими руками

Чтобы ресурс светодиода не исчерпался раньше положенного, необходимо, чтобы ток, проходящий через него, имел стабильное значение. Известно, что красные, желтые и зеленые светодиоды способны выдерживать более высокие токовые нагрузки. В то время как сине-зеленые и белые светодиодные источники даже при небольшой перегрузке перегорают за 2 часа. Поэтому для нормальной работы светодиода необходимо решить проблему с его питанием.

Если собрать цепочку из светодиодов, соединенных последовательно или параллельно, можно дать им одинаковое излучение, если ток, проходящий через них, имеет одинаковую силу. Кроме того, импульсы обратного тока могут негативно сказаться на сроке службы светодиодных источников. Чтобы этого не произошло, необходимо включить в схему стабилизатор тока для светодиодов.

Качественные характеристики светодиодных ламп зависят от используемого драйвера — устройства, преобразующего напряжение в стабилизированный ток с определенной величиной. Многие радиолюбители собирают своими руками схему питания светодиодов 220 В на базе микросхемы LM317. Элементы такой электронной схемы недороги, а упомянутый стабилизатор прост в изготовлении.

Схема подключения мощного светодиода с использованием интегрального стабилизатора напряжения LM317

При использовании стабилизатора тока на LM317 для светодиодов ток регулируется в пределах 1А. Выпрямитель на базе LM317L стабилизирует ток до 0,1А. В схеме устройства используется только один резистор. Он рассчитывается с помощью онлайн-калькулятора светодиодных резисторов. Для питания подходят доступные практичные устройства: блоки питания от принтера, ноутбука или другой бытовой электроники. Самостоятельно собирать более сложные схемы невыгодно, так как их проще купить в готовом виде.

ДХО из светодиодов своими руками

Использование в автомобилях дневных ходовых огней (ДХО) значительно повышает заметность автомобиля в светлое время суток другими участниками дорожного движения. Многие автолюбители практикуют самостоятельный монтаж ДХО с использованием светодиодов. Один из вариантов — устройство ДРЛ с 5-7 светодиодами мощностью 1Вт и 3Вт на каждый блок. Если использовать менее мощные светодиодные источники, то световой поток не будет соответствовать нормам для таких светильников.

Полезное уведомление! Делая ДХО своими руками, учитывайте требования ГОСТ: световой поток 400-800 кд, угол яркости в горизонтальной плоскости — 55 град, в вертикальной — 25 град, площадь — 40 см².

Дневные ходовые огни улучшают видимость автомобиля на дороге

Для основания можно использовать пластину из алюминиевого профиля с площадками для крепления светодиодов. Светодиоды крепятся к плате теплопроводным клеем. По типу светодиодных источников подбирается оптика. В этом случае подходят объективы с углом освещения 35 градусов. Линзы устанавливаются на каждый светодиод отдельно. Провода выводятся в любом удобном направлении.

Далее изготавливается корпус для ДХО, одновременно выполняющий роль радиатора. Для этого можно использовать П-образный профиль.Готовый светодиодный модуль помещают внутрь профиля, фиксируя его саморезами. Все свободное пространство можно заполнить прозрачным герметиком на силиконовой основе, оставив на поверхности только линзы. Такое покрытие послужит защитой от влаги.

ДХО подключают к источнику питания с обязательным применением резистора, сопротивление которого предварительно рассчитано и проверено. Способы подключения могут различаться в зависимости от модели автомобиля. Схемы подключения можно найти в интернете.

Схема подключения ДХО с блоком управления

Как сделать, чтобы светодиоды мигали

Самые популярные мигающие светодиоды, которые можно купить в готовом виде, — это устройства, регулируемые по уровню потенциала. Мерцание кристалла происходит из-за изменения питания на клеммах устройства. Итак, красно-зеленый двухцветный светодиодный прибор излучает свет в зависимости от направления проходящего через него тока. Эффект мигания светодиода RGB достигается за счет подключения трех выходов для раздельного управления к специальной системе управления.

Но можно заставить мигать и одноцветный светодиод, имея в арсенале минимум электроники. Прежде чем вы сможете заставить светодиод мигать, вам нужно выбрать простую и надежную рабочую схему. Можно использовать схему мигающего светодиода, которая будет питаться от источника 12В.

Схема состоит из маломощного транзистора Q1 (подойдет высокочастотный кремниевый КТЗ 315 или его аналоги), резистора R1 820-1000 Ом, 16-вольтового конденсатора С1 емкостью 470 мкФ и светодиодного источника. При включении схемы конденсатор заряжается до 9-10 В, после чего транзистор на мгновение открывается и передает накопленную энергию светодиоду, который начинает мигать. Данная схема может быть реализована только в случае питания от источника 12В.

Светодиодное мигание используется, например, в елочной гирлянде

Можно собрать более совершенную схему, работающую по аналогии с транзисторным мультивибратором. В схему включены транзисторы КТЗ 102 (2 шт.), резисторы R1 и R4 по 300 Ом для ограничения тока, резисторы R2 и R3 по 27000 Ом для установки тока базы транзисторов, полярные конденсаторы на 16 вольт (2 шт емкостью 10 мкФ) и два светодиодных источника. Эта схема питается от источника постоянного тока 5 В.

Схема работает по принципу «пары Дарлингтона»: конденсаторы С1 и С2 попеременно заряжаются и разряжаются, что вызывает открытие того или иного транзистора. Когда транзистор подает питание на C1, загорается светодиод. Также плавно заряжается С2 и уменьшается ток базы VT1, что приводит к закрытию VT1 и открытию VT2, и загорается другой светодиод.

Полезное уведомление! Если вы используете напряжение питания выше 5 В, вам нужно будет использовать резисторы с другим номиналом, чтобы избежать выхода светодиода из строя.

Схема вспышек на светодиоде

Сборка цветомузыки на светодиодах своими руками

Для того, чтобы реализовать достаточно сложные цветомузыки на светодиодах своими руками, нужно сначала понять, как работает простейшая цветомузыка. Он состоит из транзистора, резистора и светодиодного устройства. Такая схема может питаться от источника номиналом от 6 до 12В. Работа схемы происходит за счет усиления в каскаде с общим эмиттером (эмиттером).

На базу VT1 поступает сигнал с переменной амплитудой и частотой. В случае, если колебания сигнала превышают заданный порог, транзистор открывается и загорается светодиод. Недостатком этой схемы является зависимость мерцания от степени звукового сигнала. Поэтому цветомузыкальный эффект будет проявляться только при определенной степени громкости звука. При увеличении звука светодиод будет гореть все время, а при уменьшении звука будет немного мигать.

Для полного эффекта они используют схему цветовой музыки на светодиодах с разбивкой звукового диапазона на три части. Схема с трехканальным звуковым преобразователем питается от источника 9В. Большое количество цветомузыкальных схем можно найти в Интернете на различных форумах радиолюбителей. Это могут быть цветомузыкальные схемы с использованием одной цветной ленты, RGB светодиодной ленты, а также схемы плавного включения и выключения светодиодов. Также в сети можно найти схемы ходовых огней на светодиодах.

Схема сборки цветомузыки своими руками

Конструкция индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Схема индикатора напряжения включает резистор R1 (переменный резистор 10 кОм), резисторы R1, R2 (1 кОм), два транзистора VT1 КТ315Б, VT2 КТ361Б, три светодиода: HL1, HL2 (красные), HLZ (зеленые). X1, X2: 6-вольтовые источники питания. В этой схеме рекомендуется использовать светодиодные приборы с напряжением 1,5 В.

Алгоритм работы самодельного светодиодного индикатора напряжения следующий: при подаче напряжения загорается центральный зеленый светодиод-источник. В случае падения напряжения загорается красный светодиод слева. При увеличении напряжения загорается красный светодиод справа. При среднем положении резистора все транзисторы будут в закрытом положении и только средний зеленый светодиод будет получать напряжение.

Открытие транзистора VT1 происходит при движении ползунка резистора вверх, что увеличивает напряжение. В этом случае подача напряжения на HL3 прекращается и подается на HL1. При перемещении ползунка вниз (снижение напряжения) транзистор VT1 закрывается, а VT2 открывается, что включит светодиод HL2. С небольшой задержкой светодиод HL1 погаснет, HL3 мигнет один раз, а HL2 включится.

Схема сборки светодиодного индикатора напряжения своими руками

Такую схему можно собрать, используя радиодетали от устаревшего оборудования. Некоторые собирают его на текстолитовой плате, соблюдая масштаб 1:1 с размерами деталей, чтобы все элементы поместились на плате.

Неограниченный потенциал светодиодного освещения позволяет самостоятельно проектировать различные осветительные приборы из светодиодов с отличными характеристиками и достаточно низкой стоимостью.