Световой диод: Устройство светодиода принцип работы светодиода преимущества

ОСОБЕННОСТЬ СВЕТИЛЬНИКОВ СЕРИИ ДСО — ЭТО ПРИМЕНЕНИЕ МАЛОМОЩНЫХ ДИОДОВ

• Главной отличительной особенностью светильников серии ДСО является применение большого количества маломощных диодов мощностью 0,06 Ватт.

Почему? Для чего ?
Ведь большинство производителей используют мощные диоды 1 Ватт и более. Весь мир стремится к мощности , яркости, не для того прогресс шагал в сторону мощных диодов!

Но не все так просто, применение маломощных диодов не противоречит «концепции МОЩНОСТИ», более того позволяет расширить данное направление и внести новое понятие — «распределенная мощность»… Своего рода модернизированная версия направления COB (чип на плате).

Не нужно путать мощность и световой поток с эффективностью светоотдачи светодиода. Мир шагает по пути увеличения эффективности — Люмен/Ватт.

Именно этот параметр позволил рассматривать светодиоды в качестве источников света. Световой поток ,конечно же зависит от мощности! Но тут получаем одну серьезную проблему- тепло! От чрезмерного тепла — светодиодная концепция ничем не лучше лампы накаливания. Тепловой баланс , тепловой режим – одни из основных составляющих долгожительства светодиода. Не стоит упоминать о том что при увеличении температуры на 5-10 градусов «жизнь» светодиода резко снижается. У каждого светодиода своя кривая спада (кривая жизни) , зависит от ряда технологических , конструктивных причин и конечно же от температурного режима .

Зачастую производители светильников не в силах провести серьезные объемные испытания и вынуждены руководствоваться техническими данными производителя. Все бы хорошо – но производители не всем подряд выдают графики Lifetime и «кривые жизни» редко подлежат огласке. Более того не на все светодиоды имеются вышеназванные графики, не берусь утверждать, но максимум — на модификацию или серию светодиода. В процессе производства жизнь вносит коррективы , меняются размеры кристаллов, материалы и т.д. – таким образом изменяются плотности тока и как следствие температурный режим. Корректировки по «теплу» производят косвенным методом и все!

Таким образом мало кто из производителей светодиодной продукции знает в реальности – сколько проживет светодиод.

Например один из светодиодов Самсунг

Какой вывод сделаете Вы ?????

Главный вывод — 60000 часов! Нет в графике 100000 часов. Более того при температуре 80 С – 31000 часов. Все вышесказанное приводит к размышлению о ресурсе работы светодиодов, сроке службы осветительного прибора и о гарантийном сроке.

Некоторые производители светильников заявляют:- гарантия 3 года?!

В постановлении Правительства Российской Федерации от 20 июля 2011 г. № 602 «Т Р Е Б О В А Н И Я к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения» говорится:

… 6.Установить, что спад светового потока составляет: …в отношении светодиодных ламп ненаправленного света (ретрофитов) в составе осветительного прибора при соблюдении условий эксплуатации, указанных в сопроводительной документации, менее 30 процентов за 25000 часов; Если производитель заявляет срок гарантии – 3 года , следовательно спад светового потока за 3 года эксплуатации не должен быть больше 30%? Посмотрите график! Сомнительная авантюра…

Хотелось бы обратить внимание — на графике показан диод мощностью 0,5 Ватта, а какая кривая графика жизни диода 1 Ватт ? Предлагаю сделать вывод самим.

Мощность = тепло. Излишнее тепло — губительно для светодиода. Чем выше мощность –тем выше требования к тепловому балансу системы (светильника). Данное соотношение остается на совести производителя, зависит от «глубины» базовых знаний и достоверных данных от производителя по применению светодиодов , знаний теплотехники , материаловедения и т.п.

Не маловажная деталь в «ЗА» и «ПРОТИВ» мощных светодиодов это источник питания. Питание мощного диода предполагает «мощный» источник питания. Мощный источник – большие токи, большие токи – не увеличивают сроки службы источников питания и не снижают стоимость , тем более рынок жесток и диктует свои ценовые рамки! Многие производители, приверженцы 1 Ваттных светодиодов , дабы решить проблему «тепла» питают светодиод пониженной мощностью говоря о гениальности данного решения .

Диод 1 Ватт – … «питаем в щадящем режиме» и диод будет работать вечно! Так то оно так – но лукавят! Что б достичь необходимой «стандартной величины светового потока» — придется использовать большее количество светодиодов. Большее количество – это увеличение цены светодиодного светильника. Диод 1 Ватт – не дешев! Что б удержаться в ценовой нише рынка — приходится использовать более дешевые светодиоды, с худшими параметрами и качеством, иными словами с сомнительным ресурсом!

Где выгода? Не похоже ли это на самообман?

Применение маломощных светодиодов позволяет исключить ряд вышеназванных проблем. Мощность каждого светодиода 0,06 Ватта. По большому счету величины контактных площадок данных светодиодов, хватает для рассеивания тепла выделяемого при работе .Таким образом, данную светодиодную концепцию , можно использовать без вторичного теплоотвода, которую обычно выполняет металлический корпус светильника.

Светодиоды, применяемые ОКБ ЛУЧ, имеют высокий срок службы подтвержденный соответствующими испытаниями…

Отчет Lifetime применяемых нашей компанией светодиодов показан выше. Из него следует – что спад светового потока до 70% от начального, наступит через 91000 часов, при температуре 70 С. !!!! И 256000 часов при температуре 50С…

Ток питания маломощных светодиодов в разы ниже тока питания 1 Ваттных светодиодов. Большое количество диодов (от 400 штук) позволяет распределить выделяемое тепло по всей поверхности корпуса светильника , избежать концентрации локальных тепловых зон , зон «застоя теплопередачи»

Для сравнения:

Стандартное построение светильника – линейка с некоторым количеством светодиодов.

Светильник «концепции 1Ватт 2500 Lm» содержит 4 линейки по 8 светодиодов на каждой, таким образом каждая линейка имеет тепловую нагрузку 8 Ватт (не будем вдаваться в КПД светодиодов – сравнение относительное , а не абсолютное).

Светильник «концепции Маломощный светодиод 2500 Lm» производства ОКБ ЛУЧ содержит 10 линеек по 42 светодиода, тепловая нагрузка составляет 2,5 Ватта!

Результат впечатляет!

Более, того в светотехнике для формирования осветительного прибора – не маловажную роль играет «световое пятно» или площадь светящейся поверхности. Чем меньше излучаемая свет поверхность – тем выше плотность светового потока излучаемого тела. Высокая плотность светового потока в малой площади приводит к высокой степени ослепленности .

Диоды 1 Ватт формируют как раз такие локально-ослепленные участки, что негативно сказывается на качестве осветительного прибора и на освещении в целом, даже рассеиватель , применение которого регламентирует СП52 и др РД, не в силах компенсировать данный дефект.

Светильник ДСО производства ОКБ ЛУЧ содержит 420 светодиодов малой мощности. Светодиоды распределены по всей площади светильника , корпус светильника полимер, белого цвета, рассеиватель из прозрачного полистирола (возможен вариант исполнения ППМА Novattro Prism ) с призматической структурой – все это обеспечивает максимальное рассеивание светового потока, благодаря которому достигается равномерное светораспределение и исключается слепящий эффект точечных источников света.

Устройство светодиода, принцип работы светодиода, преимущества

Вступление

Теория и работа светодиодного LED освещения базируется на физических принципах p–n перехода и устройстве светового диода. Устройство светодиода имеет важное значение в понимании организации светодиодного освещения.

Мал да удал!

Световой диод (светодиод, LED) — это прибор в конструкции которого есть полупроводники. Светодиод преобразует электроток ток в свет, без промежуточных процессов нагревания, как в лампе накаливания.

Конструкция

На фото вы видите корпусной светодиод, используемый для индикации. Он совсем не похож на LED освещения.

Современный световой диод освещения это кристалл или кристаллы со свойствами полу–проводника, расположенный на подложке, накрытый оптической системой типа линза. Для подключения у светодиода есть «ножки» — контактные выводы.

Устройство светодиода с линзой достаточно современно, но это не значит, что светодиоды без линз канули в небытие. Один из таких примеров на следующем фото.

Работа светодиода освещения

Давайте посмотрим, как функционирует светодиод. Очень подробно об этом в статье: Физические основы свечения светодиода.

При контакте двух кристаллов акцепторной и донорской проводимости на их границе (p-n-переходе) возникает процесс рекомбинации дырок и электронов. Рекомбинация — исчезновение пары дырка–электрон с выделением энергии.

Если ширина запрещённой зоны полупроводников близка к энергии квантов видимого света, а примеси в полупроводниках ничтожны (идеальный кристалл), энергия рекомбинации может сопровождаться свечением.

Примечание: Отрицательные частицы полупроводников заполняют только разрешённые зоны. В запрещённых зонах идеального кристалла электроны располагаться не могут.

На практике p–n переход двух полупроводников не имеет достаточной для свечения ширины запрещённой зоны и не может быть достаточно чист от примесей, поэтому свечение на одном p–n переходе не возможно.

Решают задачу создания условий свечения светодиода, изготовление многослойных полупроводниковых структур (гетероструктур) с несколькими p–n переходами.

Мы понимаем, что все процессы происходящие в светодиоде приводящие к свечению начинают работать при прохождении через него тока.

В теории, чем больше сила этого тока, тем больше интенсивность свечения LED. На практике вы не сможете бесконтрольно повышать силу тока, из-за электросопротивления перехода это приведёт к перегоранию светодиода.

Плюсы светодиодов

Всё познаётся в сравнении и для выявления положительных качеств LED нужно сравнить его с традиционными лампами.

• Во-первых, в светодиоде нет потерь на нагрев нити накаливания. Однако p-n переход нагревается и требует теплоотвода.
• Во-вторых, излучение LED узко–диапазонное, как говорят дизайнеры, «его свет чист» и не сопровождается ультрафиолетовым и инфракрасным излучениями.
• В-третьих, устройство светодиодов механически прочно и надёжно. Срок их эксплуатации доходит до 100 тысяч часов (для малой мощности). Это в сотню раз больше, чем у ламп накаливания, и в десяток раз больше, чем у люминесцентной лампы.
• В четвёртых, электропитание светодиода безопасно для человека.

Недостатки светодиодов

Себестоимость света получаемая от использования светодиодов в сотню раз выше света от галогенной лампы.  Проще говоря, светодиодное освещение дорогое. Пока дорогое.

Цвет LED

Ширина запрещённой зоны полупроводника влияет на цвет светодиодного свечения LED. Самая высокая энергия квантов у Blue– LED. Правая сторона спектра видимого света. Читать статью: Что такое свет и цвет.

Основная характеристика светодиода

Эффективность работы светового диода характеризуется параметром — квантовый выход (КВ). Это отношение числа излучаемых квантов света на пары рекомбинации дырка–электрон. Разделяют внешний и внутренний квантовый выход.

Внешний квантовый выход относится к всему прибору в целом, внутренний — к излучённым квантам с самом p-n переходе.

Понятно, что внутренний КВ больше внешнего. В чистом кристалле внутренний КВ достигает 100%, при этом, внешний для синего диода равен 1/3, для красного – 1/2.

Как получают белый свет светового диода

В зависимости от используемых материалов полупроводников получают светодиоды различного монохромного цвета, чаще зелёный, синий, красный.

Белый видимый цвет это смешение всех цветов радуги. Отсюда первый способ получить белый свет: разместить на единой платформе три светодиода красный, зелёный, синий. Такая световая модель LED освещения получила название RGB цвета (по первым буквам перечисленных цветов на английском языке).

Второй способ, покрыть УФ светодиод тремя люминофорами, излучающими синий, зелёный и красный свет. Третий способ, покрыть голубой диод желто-зеленым или зелёным с красным люминофором.

Характеристики светодиодов

Световой диод освещения прибор низковольтный. Для его работы потребуется постоянное напряжение не более 4 Вольт с током до 1 Ампера. Для световых модулей потребуется напряжение 12 или 24 В.

Важно понимать, что светодиод прибор полярный, то есть подключается с соблюдением полярности «+» и «－».

Каждый светодиод имеет напряжение пробоя: максимальное напряжение при котором он сможет работать. Обычно это 5 В.

Техническими характеристиками светодиодов являются:

• Яркость.
• Цвет.
• Светоотдача.
• Цена одного люмена света.

Классической технологией производства светодиодов является SMD–технологии (surfacemontagedetails – поверхностный монтаж деталей). На смену ей приходит более передовая технология СОВ (chiponboard).

Заключение

Как бы много не было написано про устройство светодиода и принцип его работы, он останется полупроводниковым прибором с квантовым p-n переходом.

©ledinfo.ru

Похожие статьи:

Основы светоизлучающих диодов

| Типы светодиодов, цвета и области применения

Светоизлучающий диод или просто светодиод является одним из наиболее часто используемых источников света в наши дни. Будь то фары вашего автомобиля (или дневные ходовые огни) или освещение гостиной вашего дома, применение светодиодов бесчисленно.

В отличие от (почти) устаревших ламп накаливания, для работы светодиодов (и люминесцентных ламп) требуется специальная схема. Их просто называют светодиодными драйверами (или балластом в случае люминесцентных ламп).

Поскольку светодиоды неизбежны в нашей жизни, интересующимся людям (инженерам, разработчикам драйверов и т. д.) рекомендуется ознакомиться с основами светоизлучающих диодов. Эта статья составлена ​​как краткое руководство по светодиодам, которое включает в себя краткое введение, электрические символы светодиодов, типы, конструкцию, характеристики, драйверы светодиодов и многое другое.

ПРИМЕЧАНИЕ: Существует упрощенная версия этой статьи «Светодиод — светоизлучающий диод», в которой дается более простой обзор светодиода, не вдаваясь в технические подробности.

Краткое описание

Введение

Двумя наиболее важными полупроводниковыми источниками света, широко используемыми в различных приложениях, являются лазерные диоды и светодиоды. Принцип работы лазерных диодов основан на вынужденном излучении, тогда как у светодиодов — на спонтанном излучении.

Светоизлучающие диоды являются наиболее распространенным выдающимся источником света, доступным в электронных компонентах. Например, они широко используются для отображения времени и многих других типов данных на экранах некоторых устройств отображения. Светодиоды — это опто-полупроводниковые устройства, которые легко преобразуют электрический ток в освещение (или свет). Площадь светодиода обычно очень мала, и при разработке его диаграммы направленности можно использовать множество встроенных оптических компонентов. Его основное преимущество заключается в низкой стоимости производства и более длительном сроке службы, чем у лазерного диода.

Светодиод состоит из двух основных полупроводниковых элементов. Это положительно заряженные дырки P-типа и отрицательно заряженные электроны N-типа.

Когда положительная сторона P диода подключена к источнику питания, а сторона N к земле, говорят, что соединение имеет прямое смещение, что позволяет электрическому току течь через диод. Основные и неосновные носители заряда со стороны P и со стороны N объединяются друг с другом и нейтрализуют носители заряда в обедненном слое на PN-переходе.

Миграция электронов и дырок, в свою очередь, высвобождает некоторое количество фотонов, которые выделяют энергию в виде монохроматического света с постоянной длиной волны, обычно в нм, что напоминает цвет светодиода. Цветовой спектр излучения светодиодов обычно чрезвычайно узок.

В общем случае его можно определить как определенный диапазон длин волн в электромагнитном спектре. Выбор цвета излучения светодиода довольно ограничен из-за природы полупроводника, используемого при его производстве. Обычно доступные цвета светодиодов: красный, зеленый, синий, желтый, янтарный и белый.

Свет красного, синего и зеленого цветов можно легко комбинировать для получения белого света с ограниченной яркостью. Рабочее напряжение красного, зеленого, янтарного и желтого цветов составляет около 1,8 вольт. Фактический диапазон рабочего напряжения светодиода можно определить по напряжению пробоя полупроводникового материала, используемого в конструкции светодиода. Цвет света, излучаемого светодиодом, определяется полупроводниковыми материалами, образующими PN-переход диода.

Это связано с различиями в структуре запрещенной зоны полупроводниковых материалов, поэтому испускается разное количество фотонов с разными частотами. Однако длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов на стыке, а интенсивность света зависит от количества мощности или энергии, подаваемой через диод. Выходная длина волны может поддерживаться с помощью составных полупроводников, чтобы можно было наблюдать требуемый цвет, обеспечивая вывод в пределах видимого диапазона.

Свет может производиться и управляться электронными средствами несколькими способами. В светоизлучающих диодах свет создается за счет электролюминесценции, которая представляет собой твердотельный процесс. При определенных специфических условиях получения света твердотельные процедуры могут давать когерентный свет, как и в лазерных диодах.

Типы светодиодов

Светоизлучающие диоды можно разделить на две основные категории светодиодов. Это

• Видимые светодиоды
•  Невидимые светодиоды

Светодиоды видимого диапазона в основном используются для переключателей, оптических дисплеев и для освещения без использования каких-либо фотодатчиков. Невидимые светодиоды используются в приложениях, включая оптические переключатели, анализ и оптическую связь и т. д. с использованием фотодатчиков.

Эффективность

Рейтинг светодиодов определяется их светоотдачей. Он определяется как отношение светового потока к подводимой к диоду электрической мощности и может быть выражен в люменах на ватт. Световой поток представляет собой реакцию глаза на различные длины волн света.

Конструкция светодиода

Структура и конструкция светоизлучающих диодов сильно отличаются от обычных полупроводниковых сигнальных диодов. Свет будет излучаться светодиодом, когда его PN-переход смещен в прямом направлении. PN-переход покрыт прозрачным корпусом из твердой и пластичной эпоксидной смолы полусферической формы, который защищает светодиод от атмосферных помех, вибраций и теплового удара. PN-переход формируется с использованием материалов с самой низкой шириной запрещенной зоны, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия, нитрид галлия-индия, нитрид алюминия-галлия, карбид кремния и т. д.

На самом деле светодиодный переход не излучает большого количества света, поэтому корпус из эпоксидной смолы сконструирован таким образом, что фотоны света, испускаемые переходом, отражаются от окружающего основания подложки и фокусируются через куполообразную верхнюю часть светодиод, который сам действует как линза, концентрирующая большее количество света.

Именно поэтому излучаемый свет кажется наиболее ярким в верхней части светодиода.

Обычно светоизлучающие диоды, излучающие красный свет, построены на подложке из арсенида галлия, а диоды, излучающие зеленый/желтый/оранжевый свет, являются фиктивными на подложке из фосфида галлия. Для излучения красного цвета слой N-типа легирован теллуром (Te), а слой P-типа легирован цинком. Контактные слои сформированы с использованием алюминия на стороне P и алюминиевого олова на стороне N соответственно.

Светодиоды предназначены для того, чтобы большая часть рекомбинации носителей заряда происходила на поверхности PN-перехода следующими путями.

• При увеличении концентрации легирования подложки дополнительные электроны неосновных носителей заряда перемещаются в верхнюю часть структуры, рекомбинируют и излучают свет на поверхности светодиода.
• Путем увеличения диффузионной длины носителей заряда, т. е. L = √ Dτ, где D — коэффициент диффузии, τ — время жизни носителей заряда. При превышении критического значения будет вероятность повторного поглощения испущенных фотонов устройством.

Когда диод подключен в прямом направлении, носители заряда приобретают достаточное количество энергии, чтобы преодолеть барьерный потенциал, существующий на PN-переходе. Всякий раз, когда применяется прямое смещение, неосновные носители заряда как P-типа, так и N-типа инжектируются через переход и рекомбинируют с основными носителями. Эта рекомбинация основных и неосновных носителей заряда может быть как излучательной, так и безызлучательной. При излучательной рекомбинации излучается свет, а при безызлучательной рекомбинации выделяется тепло.

Органические светоизлучающие диоды (OLED)

В органических светоизлучающих диодах составной полупроводниковый материал, используемый при разработке светодиода, является органическим по своей природе. Органический полупроводниковый материал является электропроводным в некоторой части или во всей молекуле за счет сопряженного электрона; в результате это органический полупроводник. Материал может находиться в кристаллической фазе или полимерных молекулах. Он имеет преимущество в тонкой структуре, меньшей стоимости, низком напряжении для вождения, отличной диаграмме направленности, высокой яркости, максимальной контрастности и интенсивности.

Цвета светоизлучающих диодов

В отличие от обычных полупроводниковых, сигнальных диодов, которые используются для коммутационных цепей, выпрямителей и цепей силовой электроники, изготовленных из кремниевых или германиевых полупроводниковых материалов, светоизлучающие диоды изготавливаются из составных полупроводниковых материалов, таких как Арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, карбид кремния и нитрид галлия-индия смешиваются вместе в различных соотношениях для получения уникальной отличительной длины волны цвета.

Различные полупроводниковые соединения излучают свет в определенных областях спектра видимого света, поэтому они производят свет с разной интенсивностью. Выбор полупроводникового материала, используемого при производстве светодиода, будет определять длину волны излучения фотонов и результирующий цвет излучаемого света.

Диаграмма направленности

Определяется как угол излучения света по отношению к излучающей поверхности. Максимальное количество мощности, интенсивности или энергии будет получено в направлении, перпендикулярном излучающей поверхности. Угол излучения света зависит от излучаемого цвета и обычно колеблется от 80° до 110°.

Color	Wavelength (nm)	Voltage Drop (V)	Semiconductor Material
Инфракрасный	> 760		Арсенид галлия
			Арсенид галлия алюминия
Красный	610 — 760	1,6 2,0	Алюминий Арсенид галлия
			Арсенид галлия фосфид
			Алюминий Галлий Фосфид индия
			Фосфид галлия
Оранжевый	590 — 610	2,0 2,1	Фосфид арсенида галлия
			Алюминий Галлий Фосфид индия
			Фосфид галлия
Желтый	570 — 590	2. 1 2.2	Фосфид арсенида галлия
			Алюминий Галлий Фосфид индия
			Фосфид галлия
Зеленый	500 — 570	1,9 4,0	Фосфид галлия-индия
			Алюминий Галлий Фосфид индия
			Фосфид галлия алюминия
			Индий-галлий Нитрид
Синий	450 — 500	2,5 3,7	Селенид цинка
			Индий-галлий Нитрид
			Карбид кремния
			Кремний
Фиолетовый	400 — 450	2,8 4,0	Индий-галлий Нитрид
Фиолетовый	несколько типов	2,4 3,7	Два синих/красных светодиода
			Синий с красным люминофором
			Белый с фиолетовым пластиком
ультрафиолет		3,1 4,4	Алмаз
			Нитрид бора
			Нитрид алюминия
			Алюминий Нитрид галлия
			Алюминий галлий Нитрид индия
Розовый	несколько типов	3,3	Синий с люминофором
			Желтый с красным, оранжевым или розовым люминофором
			Белый с розовым пигментом
Белый	Широкий спектр	3,5	Синий/УФ-диод с желтым люминофором

Цвет света, излучаемого светодиодом, не определяется цветом пластикового корпуса, в котором находится светодиод. Оболочка используется как для усиления светового излучения, так и для обозначения его цвета, когда он не питается от источника питания. В последние годы также доступны синие и белые светодиоды, но они дороже, чем обычные стандартные цветные светодиоды, из-за производственных затрат на смешивание двух или более дополнительных цветов в точном соотношении в полупроводниковом соединении.

Общие характеристики источников света

Ток возбуждения в зависимости от светоотдачи

При высоких значениях прямого тока возбуждения температура PN-перехода полупроводника увеличивается из-за значительного рассеивания мощности. Такой тип повышения температуры на переходе приводит к снижению эффективности излучательной рекомбинации. В результате плотность тока еще больше увеличивается; внутреннее последовательное сопротивление будет иметь тенденцию снижать светоизлучающую эффективность любого источника света.

Квантовая эффективность

Квантовая эффективность любого источника света определяется как отношение скорости излучательной рекомбинации, которая излучает свет, к полной скорости рекомбинации и определяется как:

 η=Rr/Rt

Скорость переключения

Скорость переключения источника света похожа на то, как быстро источник света может включаться и выключаться при подаче электропитания для создания соответствующей картины оптического выхода. Светодиоды имеют более низкую скорость переключения, чем обычные ЛАЗЕРНЫЕ диоды.

Длина волны спектра

Пиковая длина волны спектра определяется как длина волны, при которой генерируется максимальная интенсивность света. Он определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в производстве светодиодов.

Ширина спектра

Ширина спектра источника света определяется как диапазон длин волн, в котором источник света излучает свет. Источник света должен излучать свет в пределах более узкой ширины спектра.

ВАХ светодиода

Прежде чем излучать свет от любого светоизлучающего диода, через него должен пройти ток, поскольку светодиод является устройством, зависящим от тока, а интенсивность его выходного света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод.

Светоизлучающий диод должен быть подключен в комбинации с прямым смещением к источнику питания, и его ток должен быть ограничен с помощью последовательно включенного резистора для защиты от избыточного тока. Светодиод не следует подключать напрямую к аккумулятору или источнику питания, поскольку через него будет протекать избыточный ток, что может привести к повреждению светодиода.

Каждый светодиод имеет свое собственное прямое падение напряжения вдоль PN-перехода, и этот параметр определяется полупроводниковым материалом, используемым при производстве светодиода, для определенной величины прямого тока проводимости, обычно для прямого тока около 20 мА.

При низких прямых напряжениях управляющий ток диода определяется током безызлучательной рекомбинации из-за рекомбинации носителей заряда по длине светодиодного чипа. При более высоких прямых напряжениях в токе возбуждения диода преобладает ток радиационной диффузии.

Даже при больших напряжениях, чем обычно, ток диода ограничивается последовательным сопротивлением. Диод никогда не должен достигать обратного напряжения пробоя в течение короткого промежутка времени, так как это может привести к необратимому повреждению диода. На рисунке ниже показаны вольт-амперные характеристики светодиодов разного цвета.

Расчет сопротивления серии светодиодов

Светоизлучающий диод работает хорошо, когда он соединен последовательно с сопротивлением, в результате чего прямой ток, необходимый для светодиода, обеспечивается напряжением питания на комбинации. Значение сопротивления последовательно включенного резистора можно рассчитать по приведенной ниже формуле. Обычно прямой ток обычного светодиода считается равным 20 мА.

Многоцветный светоизлучающий диод

На рынке представлено большое количество светодиодов различных форм и размеров, цветов и интенсивности светового потока. Арсенид-фосфид галлия Светодиод красного цвета диаметром 5 мм является наиболее часто используемым светодиодом и очень дешев в производстве. В настоящее время производятся светодиоды с многоцветным излучением, и они доступны во многих корпусах, большинство из которых представляют собой два-три светодиода в одном корпусе.

Двухцветные светодиоды

Двухцветные светодиоды представляют собой разновидность светодиодов, аналогичную одноцветным светодиодам, только с дополнительным светодиодным чипом, входящим в комплект поставки. Двухцветные светодиоды могут иметь два или три контакта для подключения; это зависит от используемого метода. Как правило, два светодиодных вывода соединены в обратно-параллельной комбинации. Анод одного светодиода подключается к катоду другого светодиода и наоборот. При подаче питания на любой из анодов будет светиться только один светодиод. Мы также можем включить оба светодиода одновременно с динамическим переключением на высокой скорости.

Трехцветный светоизлучающий диод

Обычно трехвыводной светодиод имеет общий катодный вывод, в котором два других светодиодных чипа соединены внутри. Должен гореть либо один, либо два светодиода, необходимо общий катод соединить с землей. Токоограничивающие резисторы подключены к обоим анодам для индивидуального управления током.

Для одноцветной или двухцветной светодиодной подсветки необходимо подключить питание к любому из анодов по отдельности или одновременно. Эти трехцветные светодиоды состоят из отдельных КРАСНЫХ и ЗЕЛЕНЫХ светодиодных чипов, подключенных к одному и тому же катоду. Этот тип диодов генерирует дополнительные оттенки основных цветов путем включения двух светодиодов с разным соотношением прямого тока.

Схемы драйверов светодиодов

Интегральные схемы либо комбинационные схемы, либо последовательные схемы могут использоваться для управления светоизлучающими диодами. Светоизлучающие диоды можно включать и выключать с помощью интегральных схем. Выходные каскады логических элементов TTL или CMOS могут использоваться для управления светодиодами в качестве переключателей в двух режимах конфигурации. Это режимы источника и приемника конфигурации.

Выходной ток, выдаваемый интегральными схемами в конфигурации с режимом приемника, может составлять около 50 мА, а в конфигурации с режимом истока прямой ток может составлять около 30 мА. Однако ток, управляемый светодиодом, должен быть ограничен резистором, включенным последовательно.

Управление светодиодом с помощью транзистора

Вместо использования интегральных схем для управления светодиодами можно использовать дискретные компоненты, такие как биполярные транзисторы PNP и NPN. Дискретные компоненты могут использоваться для управления более чем одним светодиодом, как в больших структурах массива светодиодов.

В меньшем количестве приложений используется только один светодиод. Транзисторы-переходники используются для подачи тока через несколько светоизлучающих диодов таким образом, что прямой ток, создаваемый светодиодом, составляет около 10–20 мА. Если для управления светодиодом используется NPN-транзистор, то последовательный резистор действует как источник тока. Если для управления светодиодами используется PNP-транзистор, то последовательный резистор действует как приемник тока.

Для таких применений, как подсветка экрана, уличное освещение или замена люминесцентной лампы или лампы накаливания, в большинстве случаев требуется более одного светодиода. Как правило, параллельное включение нескольких одиночных светодиодов приводит к неравномерному распределению тока между светодиодами; даже в этом случае все светодиоды рассчитаны на одинаковое прямое падение напряжения.

Если один светодиод не может управлять последовательно включенными светодиодами, это можно решить, установив параллельные стабилитроны или кремниевые управляемые выпрямители (SCR) для каждого последовательно включенного светодиода. SCR — разумный выбор, потому что они рассеивают меньше энергии, если им приходится работать вокруг неисправного светодиода.

В случае параллельной комбинации включение отдельного драйвера для каждой строки обходится дороже, чем использование нескольких драйверов с соответствующей выходной мощностью.

Управление интенсивностью света светодиода с помощью ШИМ

Интенсивность света, излучаемого светодиодом, регулируется протекающим через него током. Поскольку ток через него меняется, яркостью света можно управлять. Если через диод пропускается большое количество тока, светодиод светится намного лучше обычного.

Если ток превышает максимальное значение, интенсивность света увеличивается еще больше, что приводит к рассеиванию тепла светодиодом. Ограничение прямого тока, установленное для проектирования светодиодов, составляет от 10 до 40 мА. Когда требуемый ток очень мал, могут быть шансы выключить светодиод.

В таких случаях для управления яркостью света и током, потребляемым светодиодом, используется процесс, известный как широтно-импульсная модуляция, для многократного включения и выключения светодиода в зависимости от требуемой интенсивности света. Устройства линейного управления рассеивают избыточную энергию в виде тепла, в результате для выдачи необходимого количества мощности используются ШИМ-драйверы, так как они вообще не выдают мощность.

Прежде всего, чтобы подавать импульсы ШИМ в цепи светодиодов, сначала требуется генератор ШИМ. Существует разное количество генераторов ШИМ.

Дисплеи светодиодные

Одноцветные, двухцветные, многоцветные и некоторые другие Светодиоды объединены в одну упаковку. Их можно использовать в качестве задней подсветки, полос и гистограмм. Одним из основных требований к цифровым устройствам отображения является визуальный цифровой дисплей. Обычный пример такого единого пакета из нескольких светодиодов можно увидеть в семисегментных дисплеях.

Семисегментный дисплей, как следует из названия, состоит из семи светодиодов в одном корпусе дисплея. Его можно использовать для отображения информации.

Отображаемая информация может быть представлена ​​в виде цифровых данных, состоящих из цифр, букв, символов, а также буквенно-цифровых символов. Семисегментный дисплей обычно имеет восемь комбинаций входных соединений, по одной для каждого светодиода, а оставшаяся одна является общей точкой соединения для всех внутренних светодиодов.

Если катоды всех светодиодов соединить вместе и подать логический ВЫСОКИЙ сигнал, то загорятся отдельные сегменты. Таким же образом, если аноды всех светодиодов соединить вместе и подать логический НИЗКИЙ сигнал, тогда загорятся отдельные сегменты.

Преимущества, недостатки и области применения светодиодов

Преимущества

• Малый размер кристалла и низкая стоимость
• Долгий срок службы
• Высокая энергоэффективность
• Низкотемпературный
• Гибкость дизайна
• Много цветов
• Экологичный
• Высокая скорость переключения
• Высокая сила света
• Предназначен для фокусировки света в определенном направлении
• Меньше подвержен повреждениям
• Меньше излучаемого тепла
• Более устойчив к тепловому удару и вибрации
• Отсутствие УФ-лучей

Недостатки

• Зависимость выходной мощности излучения и длины волны светодиода от температуры окружающей среды.
• Чувствительность к повреждениям из-за избыточного напряжения и/или избыточного тока.
• Теоретическая общая эффективность достигается только в особых холодных или импульсных условиях.

Применение

• В автомобилях и велосипедных фонарях
• В светофоре Указатели, знаки и сигналы
• В платах отображения данных
• В медицинских целях и игрушках
• Невизуальные приложения
• В лампочках и многом другом
• Пульты дистанционного управления

Светодиоды (светоизлучающие диоды) | Electronics Club

Светодиоды (Светоизлучающие диоды) | Клуб электроники

Тестирование | Цвет |
Размеры и формы | Резистор |
Светодиоды последовательно | данные светодиодов |
Мигает | Отображает

См. также: Лампы | Диоды

Светодиод = светоизлучающий диод

Светодиоды

излучают свет, когда через них проходит электрический ток.

Электрические характеристики светодиода сильно отличаются от поведения лампы, и его необходимо защищать от
пропускание избыточного тока, обычно это достигается включением резистора последовательно со светодиодом.
Никогда не подключайте светодиод напрямую к батарее или источнику питания.

Светодиоды

должны быть подключены правильно, схема может быть обозначена как или .
+ для анода и к или — для катода (да, это действительно к, а не с,
для катода). Катод — это короткий провод, и на корпусе может быть небольшая плоская поверхность.
из круглых светодиодов. Если вы видите внутри светодиода катод, это больший электрод, но
это не официальный метод идентификации.

Светодиоды для пайки

Светодиоды

могут быть повреждены нагреванием при пайке, но риск невелик, если только вы не очень медлительны.
Для пайки большинства светодиодов не требуется особых мер предосторожности.

Rapid Electronics: светодиоды

Проверка светодиода

Никогда не подключайте светодиод напрямую к аккумулятору или источнику питания , потому что светодиод может
разрушаться под действием чрезмерного тока, проходящего через него.

Светодиоды

должны иметь последовательно включенный резистор, чтобы ограничить ток до безопасного значения, для
целей тестирования 1k
резистор подходит для большинства светодиодов, если ваше напряжение питания составляет 12 В или меньше.
Не забудьте правильно подключить светодиод.

См. ниже объяснение того, как подобрать подходящий резистор.
значение для светодиода.

Цвета светодиодов

Цвет светодиода определяется его полупроводниковым материалом, а не окраской
«пакета» (пластикового корпуса). Светодиоды всех цветов доступны в бесцветном исполнении.
пакеты, которые могут быть рассеянными (молочными) или прозрачными (часто описываемыми как «прозрачные как вода»).
Цветные упаковки также доступны как рассеивающие (стандартный тип) или прозрачные.

Синие и белые светодиоды могут быть дороже других цветов.

Двухцветные светодиоды

Двухцветный светодиод имеет два светодиода, соединенных «обратно-параллельно» (один вперед, один назад)
объединены в одном корпусе с двумя выводами. Только один из светодиодов может гореть одновременно и
они менее полезны, чем трехцветные и RGB-светодиоды, описанные ниже.

Трехцветные светодиоды

Самый популярный тип трехцветного светодиода состоит из красного и зеленого светодиодов, совмещенных в одном.
пакет с тремя выводами. Их называют трехцветными из-за смешения красного и зеленого света.
кажется желтым, и это происходит, когда горят красный и зеленый светодиоды.

На схеме показана конструкция трехцветного светодиода. Обратите внимание на разные
длины трех проводов. Центральный вывод (k) является общим катодом для
оба светодиода, внешние выводы (a1 и a2) являются анодами светодиодов, что позволяет
каждый из них должен гореть отдельно или оба вместе, чтобы дать третий цвет.

Rapid Electronics: красный/зеленый светодиод

Светодиоды RGB

Светодиоды

RGB содержат красный, зеленый и синий светодиоды в одном корпусе. Каждый внутренний светодиод может быть переключен
отдельное включение и выключение, позволяющее создавать различные цвета:

• Красный + зеленый дает желтый
• красный + синий дает пурпурный
• Зеленый + синий дает голубой
• красный + зеленый + синий дает белый

Более широкий диапазон цветов можно получить, изменяя яркость каждого внутреннего светодиода.

Rapid Electronics: светодиод RGB

Размеры, формы и углы обзора светодиодов

Светодиоды

доступны в самых разных размерах и формах.
«Стандартный» светодиод имеет круглое сечение диаметром 5 мм, и это, вероятно,
лучший тип для общего использования, но также популярны круглые светодиоды диаметром 3 мм.

Часто используются светодиоды круглого сечения

, и их очень легко установить на
коробки, просверлив отверстие диаметром светодиода, добавление пятна клея поможет удерживать
светодиод при необходимости. Имеются также зажимы для светодиодов (показаны на рисунке) для закрепления светодиодов в отверстиях.
Другие формы поперечного сечения включают квадратную, прямоугольную и треугольную формы.

Фотография © Rapid Electronics

Наряду с разнообразием цветов, размеров и форм, светодиоды также различаются по углу обзора.
Это говорит вам, насколько распространяется луч света. Стандартные светодиоды имеют видимость
угол 60°, но другие имеют узкий луч 30° или меньше.

Приклад Rapid Electronics
особенно широкий выбор светодиодов и их веб-сайт является хорошим путеводителем по обширному доступному ассортименту
включая новейшие светодиоды высокой мощности.

Расчет номинала резистора светодиода

Светодиод должен иметь последовательно соединенный резистор для ограничения тока через светодиод,
иначе он сгорит почти мгновенно.

Значение резистора, R определяется по формуле:

R = номинал резистора в омах ().

В _S = напряжение питания.

В _L = напряжение светодиода (2 В или 4 В для синего и белого светодиодов).

I = ток светодиода в амперах (А)

Ток светодиода должен быть меньше максимально допустимого для вашего светодиода.
Для стандартных светодиодов диаметром 5 мм максимальный ток обычно составляет 20 мА, поэтому значения 10 мА или 15 мА подходят для многих цепей.
Ток должен быть в амперах (А) для расчета, чтобы преобразовать из мА в А, разделите ток в мА на 1000.

Если расчетное значение недоступно, выберите ближайшее стандартное значение резистора.
что больше , так что ток будет немного меньше, чем вы выбрали.
На самом деле вы можете выбрать большее значение резистора, чтобы уменьшить ток.
(например, для увеличения срока службы батареи), но это сделает светодиод менее ярким.

Например

Если напряжение питания V _S  = 9В, и у вас красный светодиод (V _L  = 2В),
требующий ток I = 20 мА = 0,020 А,

Р = (9В — 2В)/0,02А = 350,
поэтому выберите 390
(ближайшее стандартное значение, которое больше).

Напряжение светодиода

Напряжение светодиода В _L определяется цветом светодиода.
Красные светодиоды имеют самое низкое напряжение, желтые и зеленые чуть выше. Синие и белые светодиоды имеют самые высокие напряжения.

Для большинства целей точное значение не имеет значения, и вы можете использовать 2 В для красного, желтого и зеленого светодиодов или 4 В для синего и белого светодиодов.

Определение формулы резистора светодиода по закону Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V/I, где:

В = напряжение на резисторе (= В _S — В _L в данном случае)

I = ток через резистор

Итак, R = (V _S — V _L ) / I

Для получения дополнительной информации о расчетах см. страницу закона Ома.

Последовательное подключение светодиодов

Если вы хотите, чтобы несколько светодиодов горели одновременно, их можно соединить последовательно.
Это продлевает срок службы батареи, зажигая несколько светодиодов с тем же током, что и один светодиод.

Все светодиоды, соединенные последовательно, пропускают один и тот же ток , поэтому лучше, если они все
того же типа. Блок питания должен иметь достаточное напряжение, чтобы обеспечить около 2 В для каждого светодиода.
(4В для синего и белого) плюс еще минимум 2В для резистора. Чтобы вычислить значение
для резистора вы должны сложить все напряжения светодиодов и использовать это для V _L .

Пример расчета:

Для последовательного подключения красного, желтого и зеленого светодиодов требуется напряжение питания не менее
3 × 2 В + 2 В = 8 В, поэтому Батарея 9В была бы идеальной.

В _L = 2 В + 2 В + 2 В = 6 В (напряжения трех светодиодов складываются).

Если напряжение питания V _S равно 9 В, а ток I должен быть 15 мА = 0,015 А,

Резистор R = (V _S — V _L ) / I = (9 — 6) / 0,015 = 3 / 0,015
= 200,

поэтому выберите R = 220
(ближайшее стандартное значение, которое больше).

Избегайте параллельного подключения светодиодов!

Параллельное подключение нескольких светодиодов с одним общим резистором — вообще плохая идея.

Если для светодиодов требуется немного другое напряжение, загорится только светодиод с самым низким напряжением.
может быть разрушен большим током, протекающим через него. Хотя одинаковые светодиоды могут быть
успешно подключенный параллельно с одним резистором, это редко дает какую-либо полезную пользу
потому что резисторы очень дешевы, а используемый ток такой же, как при индивидуальном подключении светодиодов.

Если светодиоды подключены параллельно, каждый из них должен иметь собственный резистор.

Чтение таблицы технических данных для светодиодов

Веб-сайты и каталоги поставщиков обычно содержат таблицы технических данных для таких компонентов, как светодиоды.
Эти таблицы содержат много полезной информации в сжатой форме, но их можно
быть трудным для понимания, если вы не знакомы с используемыми сокращениями.
Вот важные свойства светодиодов:

• Максимальный прямой ток, I _F  макс.
  «Вперед» означает только правильное подключение светодиода.
• Типовое прямое напряжение, В _F тип.
  Это V _L в расчете светодиодного резистора,
  около 2 В или 4 В для синих и белых светодиодов.
• Сила света
  Яркость при заданном токе,
  например 32 мкд при 10 мА (мкд = милликандела).
• Угол обзора
  60° для стандартных светодиодов, другие излучают более узкий луч около 30°.
• Длина волны
  Максимальная длина волны излучаемого света, она определяет цвет светодиода,
  например красный 660 нм, синий 430 нм (нм = нанометр).

Следующие два свойства можно игнорировать для большинства цепей:

• Максимальное прямое напряжение, В _F  макс.
  На это можно не обращать внимания, если последовательно подключен подходящий резистор.
• Максимальное обратное напряжение, В _R  макс.
  Это можно не учитывать, если светодиоды подключены неправильно.

Мигающие светодиоды

Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, но содержат ИС (интегральную схему).
как и сам светодиод. Микросхема мигает светодиодом с низкой частотой, например 3 Гц (3 вспышки в секунду).
Мигающие светодиоды предназначены для прямого подключения к определенному напряжению питания, например 5 В или 12 В.
без последовательного резистора. Уточните у поставщика безопасный диапазон напряжения питания для
особый мигающий светодиод. Частота вспышек фиксирована, поэтому их использование ограничено, и вы можете предпочесть
собрать собственную схему для мигания обычным светодиодом, например
Проект мигающих светодиодов, в котором используется
555 нестабильная схема.

Rapid Electronics: мигающие светодиоды

Светодиодные дисплеи

Светодиодные дисплеи

представляют собой пакеты из множества светодиодов, расположенных по схеме, наиболее знакомой схеме.
это 7-сегментные дисплеи для отображения чисел (цифры 0-9). Фотографии ниже
проиллюстрировать некоторые из популярных дизайнов.

Гистограмма, 7-сегментный, звездообразный и матричный светодиодные дисплеи

Фотографии © Rapid Electronics

Rapid Electronics: светодиодные дисплеи

Штыревые соединения светодиодных дисплеев

Существует множество типов светодиодных дисплеев, поэтому следует обращаться к каталогу или веб-сайту поставщика.