Самый маленький светодиод: типы вольтовых и отличие SMD от COB

Устройство светодиода

Хотя существует много светодиодов, наиболее распространенная форма состоит из 5-миллиметрового полимерного корпуса с линзой, медного или алюминиевого основания, катода, параболического отражателя (отражателя) и кристалла, соединенного с анодом тонкой золотой нитью.

Характеристики светодиодов и выбор светодиодов по ним

Из-за моего «безумного» энтузиазма меня часто спрашивают, как правильно выбрать светодиоды? На какие особенности стоит обратить внимание? Чтобы снять эти вопросы, мне пришлось сесть и написать статью, но подробную, в которой мне пришлось бы объединить их, поскольку они неразделимы. Приготовьтесь напрячь глаза и разобраться в вопросах: как выбрать светодиоды и на какие характеристики льда обратить пристальное внимание.

Для тех, кому лень читать, в начале статьи я дам вам небольшой вывод. Более конкретные советы по выбору светодиода с учетом его характеристик все же стоит прочитать до конца…

1. Цветовая температура: три оттенка белого: теплый, нейтральный и холодный. Выберите нейтральный. И здесь больше света и приятнее для глаз. Это сугубо личное мнение. Совет
2. светодиода питания — чем больше, тем лучше. Но для больших мощностей нужен радиатор большого размера. Для аналоговой лампы мощностью 100 Вт требуется от 12 до 14 Вт диодной лампы. Силовые диоды только от драйверов. Не увеличивайте без необходимости ток на диоды. Максимальная эффективность будет только от стоимости работы.
3. Световой поток. Выберите из этого параметра правильный вариант нагрева кристалла и недостоверную информацию производителя.
4. Угол рассеивания. С помощью этого параметра вы можете определить, как свет будет падать на освещенную поверхность.
5. И самое главное, не покупайте дешевые диоды. Просто возьми это за правило! Будет меньше разочарований при слабом освещении, слабом освещении и быстрой деградации.

Перед покупкой фишек следует четко понимать, на что вы рассчитываете. Какого результата вы хотите добиться. Если у вас возникло непреодолимое желание сменить освещение в гостиных, то вам стоит обратить внимание на суперяркие светодиоды.

Если вы хотите осветить аквариум или коридор, достаточно купить маломощные диоды. Все зависит от количества используемых светодиодов.

В таблице я обобщил данные по типам, с желаемым местом применения

Индикатор, Пиранья	SMD, COB, мощный 1,3,5 Вт	Нить
Применение	Индикация, электронная карта, автомобиль	Местное и общее освещение	Местное и общее освещение

Светодиоды накаливания и световые индикаторы рассматривать нет смысла, потому что я еще не видел сегментов накала, продаваемых отдельно, а индикатор типа 3мм и т.д.меня совершенно не интересует и я уже не представляю, где их можно использовать. Мир светодиодов настолько обширен, что я отказался от него.

Перед тем, как отправиться в магазин, изучите литературу, паспорта на разные виды. Основные характеристики, на которые следует обратить внимание, — это цвет, мощность, рабочий ток и световые характеристики.

Цветовая температура светодиодов

Все диоды классифицируются по длине волны излучаемого света. Длина волны (и, следовательно, цвет) зависит от материалов, используемых при производстве светодиодов.

На 2015 год можно твердо заявить, что мы можем добиться абсолютного большинства цветов, не считая инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Но нас по-прежнему интересуют диоды с белым свечением.

Будем ли мы делать устройства для освещения чего-либо? Более подробное описание цветовых температур и получения цветных диодов напишу позже.

Не углубляясь в джунгли, я опишу, как они белеют. Так скажем для «чайников»). Я совершенно не хотел никого обидеть).

Первый метод: белый цвет достигается путем нанесения желтого люминофора на синие (иногда ультрафиолетовые) светодиоды. Благодаря фосфору происходит «чудесное превращение» синего в белый. В этом случае начальная мощность микросхем уменьшается.

Второй — получить белый цвет, смешав красный, зеленый и синий цвета. В нашем случае при использовании метода RGB для белого используется излучение от красного, синего и зеленого светодиодов.

Белые светодиоды делятся на оттенки: теплые, нейтральные и холодные. У каждого из них своя цветовая температура: теплый — 2600-3700К, нейтральный 3700-5000К, 5000-10000 К. Ниже я приведу графическое изображение, на котором четко видно, какой цвет соответствует той или иной температуре.

Основываясь на этой характеристике при выборе светодиодов, мы можем получить первое представление о том, КАК будет светить наш диод. На фото вы можете сами увидеть, какой цвет излучает каждый из оттенков.

Сразу хочу предупредить тех, кто любит (привык) цвет ламп накаливания. Используя теплые оттенки белого (вспомнил пленку про 50 оттенков серого))) следует быть готовым к тому, что КПД диода будет пропорционально уменьшаться с увеличением нагрева.

По-русски чем больше желтого цвета, тем ниже КПД при той же мощности светодиода. Если вы возьмете 3 светодиода одинаковой мощности, но трех оттенков, наибольшее количество света будет приходить от холодного, поэтому в порядке убывания: нейтральный и теплый белый.

Это утверждение верно. Я провел не один эксперимент, собрал более одного источника света. И при тех же характеристиках, что и светодиоды, чипы с более холодными оттенками намного эффективнее.

И хотя в помещениях неофициально принято устанавливать лампы с теплым светом, а на улицах более холодных тонов я «заслонил весь свой дом источниками белого света». Больше эффективности и никакого дискомфорта.

Поэтому перед вопросом: какое свечение лампы вы бы порекомендовали в квартире? Я отвечу. Мое сугубо личное мнение — только нейтральные белые.

Читайте также: Прибор для измерения индуктивности: LC-метр своими руками

Мощность – одна из главных характеристик светодиода

На сегодняшний день мощность светодиодов огромна. От нескольких милливатт до сотен ватт. В нашем случае для общего освещения наиболее оптимальными будут диоды мощностью 1, 3, 5 Вт. В некоторых случаях неплохо использовать матрицу на 10Вт. В гараже сделал освещение ровно на 10 Вт. Много потребовалось и света на ремонт хватило.

Мы остановимся на диодах мощностью 1,3 Вт, потому что именно эти типы чаще всего встречаются в лампах и осветительных приборах. И их легко установить дома.

Несмотря на то, что многие производители используют SMD-диоды 5050, 3528 и др., паять их довольно сложно и «неприятно», поэтому я не буду рассказывать о них.

Но принцип остается прежним: ВЫБИРАЕМ диоды по блоку питания. Чем больше мощность, тем ярче свет.

Но не все так гладко. Больше мощности производит больше тепла. И в этом случае стоит четко понимать, что для длительного срока службы диода нужен хороший радиатор, радиатор. Светодиод мощностью 5Вт в единственном экземпляре не требует особого охлаждения. Но если вы решили собрать лампу по 5-10 штук, то радиатор будет тяжелым. А об эстетике даже не стоит говорить.

Но вернемся к нашим «баранам»… Светодиоды мощностью 1 Вт выдают номинальный ток 350 мА и 3 Вт при 700 мА. Для них уже выпущены готовые драйверы. Нужно только запитать светодиоды от драйверов.

Они всегда сохраняют текущее установленное значение.

А поскольку диоды очень чувствительны к усилителям, важно питать их постоянным током, который мы можем получить именно с драйверами, а не с блоками питания мобильных телефонов, компьютеров и т.д.

Количество диодов следует выбирать исходя из того, что аналог лампы накаливания мощностью 100 Вт — это от 12 до 14 Вт диодного света. В данном случае нам понадобится 12 Вт и драйвер для этих диодов на 350 мА. Я не хочу вдаваться в расчеты по выбору драйверов. Кому интересно задать вопрос, рассчитываю. Ну или когда-нибудь напишу отдельную работу).

Скажу еще одно: деление на ватт условно. Во всех характеристиках светодиодов есть два значения: рабочий и максимальный ток. Скажем, в единицах на один ватт это 350 и 700 мА.

Казалось бы, «сейчас отдам по максимуму этот диод и он загорится!» Но нет. По зависимости освещения от тока все светодиоды показывают диаграмму: чем больше тока идет от рабочего, тем сильнее уменьшается интенсивность света.

Поэтому я ни разу не «разгонял» свои кристаллы. И я кормлю их только тем, для чего они предназначены.

Световой поток – еще одна немаловажная характеристика светодиодов

Эта характеристика измеряется в люменах. Обращая внимание, мы можем иметь более или менее правдивое представление о том, сколько света мы получим от источника. Это довольно «нечеткая» функция, так как

световой поток зависит от многих факторов. И если в описании светодиода указано, что он дает 100 люмен, то это не факт. Правильное определение истинного значения зависит не от производственных данных, а от экспериментальных данных.

Посмотрим на один из приемов.

Берем три светодиода одинаковой мощности и светового потока (согласно паспорту) на 350 мА — 120 люмен. Когда диоды были запитаны от драйвера 350 мА в течение 1 минуты без превышения температуры кристалла, были получены следующие данные.

Кроме того, светодиод нет. 3 выдает 120 люмен при токе всего 300 мА. Тем самым делаем вывод, что данные в паспорте не всегда верны. Выбирайте диоды с условием, что истинный люмен на 10-15 процентов меньше.

Так что в итоге вы не будете разочарованы, а в случае с 3 диодами вы тоже останетесь довольны.

Еще одна досадная новость. С повышением температуры кристалла световой поток уменьшается. Эта характеристика ВСЕГДА указывается в данных в виде графика. Не ленитесь и смотрите. Обычно, когда кристалл работает под углом 85 градусов, световой поток большинства светодиодов уменьшается на 12.

один	2	3
Для таблицы данных	120	120	120
Температура кристалла	25	25	25
Время свечения	мин	мин	Мин
Истинное значение	120	115	148

Угол рассеивания

Ну и последнее, на что стоит обратить внимание, это на угол рассеивания. Большинство диодов имеют угол рассеивания 120 градусов. Но это не окончательная цифра. Разброс углов начинается с 15 и заканчивается 360 градусами (например, нитевидный).

Здесь вам следует еще раз решить, чего вы хотите достичь. Точечный или рассеянный свет по всей комнате. 120 градусов — это нормально для комнаты, но для увеличения угла лучше использовать линзы.

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

Есть много других характеристик светодиодов. Но они более интересны для промышленного производства. А для нас, обычных людей, этого более чем достаточно.

Я понимаю, что для некоторых эта информация трудна для понимания, но это только первый раз. Если вы однажды поймете это, то в будущем выбрать подходящий светодиод под свои нужды не составит труда. Во всяком случае муками выбора я больше не «болею.

Типовая классификация

Типы светодиодов включают:

• одиночные светодиоды на кристалле большой мощности (COB-матрица);
• пары светодиодов в одном корпусе — светодиоды мигают поочередно двумя цветами, например красным и желтым;
• тройки или триады излучателей трех основных цветов — красного, зеленого и синего или RGB: красный — красный, зеленый — зеленый, синий — синий.

Три кристаллических светодиода в корпусе SMD для поверхностного монтажа на печатной плате.

Если трехкристаллический светодиод имеет кристаллы одного яркого цвета, мы получаем сверхяркий светодиод. С различными цветами кристалла мы получаем триаду RGB или многоцветное управляемое светоизлучающее устройство.

SMD означает устройство для поверхностного монтажа. Он используется для автоматизации размещения и пайки электронных компонентов на печатных платах, в том числе светодиодов. Их используют в лентах, линейках, формах и обычных печатных платах.

К основным цветам также относится пара цветов YB: желтый, желтый и синий, синий. Есть и другие цветовые сочетания, дающие белый цвет после смешивания.

Мощные светодиоды на основе COB-матриц

У больших моделей есть монтажные отверстия в углах корпуса. Маленькие модели припаиваются к печатной плате.

Помимо обычных характеристик светодиодов, у мощных моделей добавляется еще несколько дополнительных параметров:

• номинальная мощность, Вт;
• размер чипа, мм;
• номинальный рабочий ток кристалла или матрицы;
• срок полезного использования, связанный со стандартами L 70, L80 и т д.

Маломощные светодиоды

По потребляемой мощности это светодиоды от 0,05 до 0,5Вт, рабочий ток — 20-60мА (средняя мощность — 0,5-3Вт, сила тока 0,1-0,7А, большая — более 3Вт, сила тока 1А и выше).

Конструктивно маломощные светодиоды включают в себя несколько групп светодиодных излучателей света:

• светодиоды в SMD корпусах обычные и сверхъяркие;
• диоды типа DIP в цилиндрических корпусах — для установки в отверстия в печатных платах;
• в корпусах типа пираньи — для установки в отверстия.

Маломощные светодиоды в нескольких корпусах.

На изображении светодиоды расположены сверху вниз:

1. В цилиндрических корпусах DIP — с гибкими кабелями для пайки в отверстиях платы.
2. У пираний типа они тоже суперфлюкс, вварены в отверстия.
3. В корпусах с плоскими проводниками для монтажа на контактных площадках односторонних и двусторонних печатных схем или в «колодцах» многослойных плат.

Как работает светодиод?

Принцип работы продукта основан на взаимодействии двух полупроводников, положительного и отрицательного (pn переход). Когда электрический ток проходит через полупроводники, в точке контакта выделяется энергия, излучающая свет. Это связано с переходом от одного типа проводимости к другому, когда положительно заряженные ионы дырок объединяются с отрицательными зарядами электронов.

Виды и основные параметры светодиодов

На схеме светодиод обозначен как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер. На рынке представлено большое количество типов светодиодов, которые различаются по функциональному назначению, конструкции, мощности, цвету свечения и другим свойствам.

По своему назначению светодиоды делятся на два типа — индикаторные и световые.

Показатель:

• светодиоды SMD;
• супер флюс «Пиранья» суперяркий”;
• DIP LED (прямой онлайн-пакет);
• Соломенная шляпа («соломенная шляпа»).

Освещение:

• COB LED (чип на плате;
• SMD светодиод;
• нить накала (светодиодная нить).

Показатель

Индикаторные светодиоды отличаются малой мощностью и умеренной яркостью. Они используются для цветовой индикации режимов работы различных устройств и оборудования, а также для подсветки дисплеев и приборных панелей. Разнообразие светодиодных индикаторов:

• DIP-светодиод. Кристаллический эмиттер расположен в выходном корпусе, который чаще всего представляет собой выпуклую линзу. Минус — малый угол рассеивания излучения.
• «Пиранья» — излучатель очень высокой яркости с четырьмя кабелями, что гарантирует его удобный монтаж на плате. Осветительные приборы необходимы в автомобилях и рекламных вывесках.
• Соломенная шляпа. Двойной выходной цилиндрический прибор со значительным углом рассеяния излучения и увеличенным диаметром линзы. Применяется в декоративных конструкциях и сигнальных лампах.
• SMD светодиод. Устройства сверхвысокой яркости размещаются в корпусах для поверхностного монтажа. В их маркировке указаны размеры в дюймах (сотых долях) или мм. Светодиодные ленты производятся на основе светодиодов SMD.

Освещение

Светодиоды используются в конструкции фонарей, маяков, лент. Они отличаются мощностью и яркостью. Большинство светильников размещаются в корпусах для монтажа на SMT. Они изготавливаются в двух вариантах белого цвета:

• холодный белый — холодный;
• теплый белый — теплый.

Освещающий SMD-светодиод представляет собой теплоотводящую подложку, на которой установлен излучающий кристалл, обработанный люминофорным составом.

Применение светодиодов

Такая продукция активно используется в различных сферах: световая реклама, бытовые и промышленные осветительные приборы, автомобильное освещение, светофоры и дорожные знаки, дизайн интерьера, ландшафтное и архитектурное освещение и многое другое.

Преимущества светодиодов:

• значительная продолжительность операции;
• экологическая безопасность;
• высокая надежность и надежность;
• сохранение энергии;
• качественное освещение;
• низкие эксплуатационные расходы.

Основные правила подключения светодиодов

Конструкция светодиодов рассчитана на подключение только к источникам постоянного тока с соблюдением полярности. Есть три варианта определения полярности:

• От длины ноги (кроме SMD). Более длинная ветвь является катодом, а более короткая — анодом. Светодиоды SMD имеют вырез (ключ), который расположен все ближе и ближе к катоду.
• С помощью мультиметра. На устройстве установлен режим «Звонок». На кабелях установлены красный и черный щупы. Если прибор включается, это означает, что красный зонд был подключен к аноду, а черный — к катоду. Если свечение не появляется, необходимо изменить положение щупов. Если результат не изменился (нет свечения), прибор вышел из строя.

Основные характеристики светодиодов

В паспорте светоизлучающего устройства указаны две основные характеристики:

• Падение напряжения на устройстве. Типовое значение — 3,2 В. Также для каждого светодиода указаны максимально допустимые напряжения Umax и Umaxrev — для прямого и обратного подключения.
• Номинальный ток. Обычно эти устройства рассчитаны на 20 мА.

Таблица напряжения светодиодов

Чтобы светодиод в процессе работы обеспечивал все характеристики, заданные его конструкцией и технологией изготовления, он должен обеспечивать расчетное питание. Например, подайте на его анод и катод напряжение, которое будет немного выше прямого напряжения pn перехода. Избыточное напряжение на последовательном резисторе должно быть «погашено». Резистор называется токоограничивающим резистором. Он служит для предотвращения чрезмерного тока через pn переход.

Светодиод имеет два контактных провода: анод и катод, катод короче анода. Если длина такая же, можно определить их пальцевой батареей. Если есть свет, значит, перед вами анод.

Таблица. Прямое напряжение pn перехода цветного светодиода.

Цвет свечения Рабочее напряжение, прямое, 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
фиолетовый	2,76-4
инфракрасный	до 1,9
уФ	3,1-4,4

Характеристики светодиодов: обзор основных параметров LED

Экономически жизнеспособная альтернатива светодиодным источникам еще не изобретена, что предполагает общий переход к этому типу освещения в ближайшие годы. Но для правильного использования этих источников необходимо понимать их основные особенности.

При классификации светодиодных источников света используются параметры, разработанные исключительно для этих типов светильников. Эта статья предназначена только для того, чтобы узнать характеристики, которые отличают характеристики светодиодов от традиционных источников света.

Сила и напряжение, потребляемого светодиодом тока

Большинство светодиодов рассчитаны на стандартный ток 20 мА. При расчете сопротивления светодиода по закону Ома используется это значение.

Светодиод, как и любой диод, способен пропускать ток только в одном направлении; для стабильной работы он должен быть постоянным. Источником питания светодиодных источников света является индуктивность, обеспечивающая требуемые характеристики потребляемого тока. Светодиодный кристалл рассчитан на напряжение от 0,5 до 6 вольт.

Следует отметить, что в электрофизических характеристиках светодиодов присутствует допустимое размытие вольт-амперной характеристики (ВАХ), это связано с технологией изготовления. Невозможно выращивать кристаллы с очень ограниченной производительностью. Параметры настраиваются методом калибровки.

При установке необходимо соблюдать указанную полярность. При неправильном включении светодиод закроется и работать не будет. Если напряжение превышает предел 5 вольт, произойдет сбой, который приведет к повреждению продукта.

Для правильного подключения катод на DIP-светодиодах обозначается более короткой ножкой, на SMD это будет вырез на подложке возле соответствующего контакта.

Интенсивность светового потока, угол рассеивания

Эта особенность очень важна при освещении, особенно в помещении. Интенсивность света измеряется в люменах (лм). Для сравнения: обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт дает 1000 люмен.

Для несложного расчета напряжения источника льда, который заменит лампу накаливания, необходимо напряжение классики разделить на 8. Например, лампа мощностью 100 Вт будет соответствовать светодиоду мощностью 12 — 12,5 Вт.

важно знать, что рассматриваемый источник имеет одностороннее направление освещения, тогда как обычная лампа накаливания рассеивает свет во всех направлениях. Светодиоды точечно ориентированы. Для увеличения угла рассеивания в конструкции использованы специальные линзы. Угол диффузии составляет от 20 до 120˚.

Соотношение показателей эффективности различных источников света, приведенное для сравнения:

1. Лампа накаливания — 10 Лм / Вт.
2. Люминесцентная лампа — до 40 Лм / Вт.
3. LED — до 140 лм / Вт.

Размер кристалла

В общих характеристиках светодиодов можно найти значение размера кристалла. Это значение измеряется в милах (мил), 1 мил соответствует 0,0254 мм.

Стандартные размеры кристаллических квадратов — 24 × 24, 24 × 40, 35 × 35 и 40 × 40 мил. Считается, что чем больше его площадь, тем больше потребляемая мощность, при этом нагрев при работе уменьшается, а предел перегрузки увеличивается.

Для сравнения, размеры 40 × 40 мил соответствуют 1,143 × 1,143 мм и потребляют около 1 Вт.

Конечно, большое значение имеют материал для изготовления и условия, в которых был выращен кристалл. Также важно качество калибровки. Это значит, что себе дешевле покупать светодиоды известных брендов, показатели многих китайских ледяных источников света завышены.

CRI (индекс цветопередачи)

Для более четкого понимания этой особенности желательно ознакомиться с принципами восприятия цвета человеческим глазом. Белый свет охватывает весь спектр. При падении на окружающие нас предметы отражается только та часть спектра, которая соответствует цвету предмета. Конечно, искаженный источник исказит человеческое восприятие цвета.

индекс цветопередачи (CRI) был разработан для определения степени надежности цветопередачи при освещении искусственным источником света. Степени индекса цветопередачи лежат в диапазоне от 0 до 100. Индекс 100 соответствует солнечному свету и является сравнительным стандартом.

Полный CRI, при котором искажения будут минимальными, должен быть не менее 90.

Цветовые характеристики

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

Таблица цветовых характеристик

интересно, что человеческий глаз имеет самую высокую чувствительность на 555 нм, поэтому источник с этим параметром будет иметь самую высокую степень освещенности.

Цветовая температура

Эта характеристика выводится по аналогии с восприятием цвета нагретого металла. Числовые пределы находятся в диапазоне от 800 до 7500 и измеряются в Кельвинах (K). Самый низкий показатель имеет красный свет — около 800 К, соответственно самый высокий — холодный синий цвет.

Для освещения используется белый свет. Цветные светодиоды в основном используются в декоративных и демонстрационных целях. Белый делится на три подкатегории в зависимости от критериев цветовой температуры:

1. Теплый — 2700-3500 К.
2. Нейтральный — 3500 — 5300 К (наиболее сбалансированный по восприятию).
3. Холодная — 5300-7500 К.

Максимальная рабочая температура

Рабочая температура — одна из важнейших характеристик светодиода. Во время работы выделяется большое количество тепла, превышение которого может привести к снижению интенсивности светового потока и, как следствие, к полному повреждению светодиода. Некоторые сверхъяркие кристаллы способны нагреваться до 150˚C.

Производители ввели понятие «максимальная рабочая температура», чтобы определить температурные пределы, при которых источник льда будет работать оптимально. Значение допустимой температуры указывается в общих данных паспорта.

Для борьбы с чрезмерной температурой используются алюминиевые и медные радиаторы. Маломощные светодиоды SMD монтируются на плате (подложке), которая также выполняет роль кулера. Для лучшего отвода тепла место стыка светодиода и радиатора смазывается термопастой.

Какие цвета может излучать светодиод?

Многие ошибаются, что светодиоды светятся в цвет, в который окрашен их корпус, хотя, как мы уже говорили ранее, чтобы отрегулировать цвет и отрегулировать его интенсивность, нужно выбрать подходящий полупроводниковый материал. Именно он является определяющим фактором при выборе цвета. Однако светодиоды могут излучать не все цвета, и можно получить точный спектр.

Самые распространенные цвета — красный, желтый, зеленый и оранжевый. Это потому, что их легче производить и, как следствие, они стоят в несколько раз меньше, чем новые синие и белые. Взгляните на эту таблицу, чтобы понять, какому напряжению соответствуют полученные цвета:

Цвета светодиодов

Давайте теперь подробнее рассмотрим конкретные материалы, которые влияют на выбор цвета:

• арсенид галлия для получения инфракрасного излучения (например, в пульте дистанционного управления);
• фосфид арсенида дает оранжевый и полный спектр от красного до инфракрасного;
• фосфид арсенида алюминия-галлия для ярко-красного, красно-оранжевого и даже желтого цветов;
• фосфид алюминия-галлия для зелени;
• фосфид галлия для желтого, зеленого и красного цветов;
• нитрид галлия для изумрудно-зеленого цвета;
• нитрид галлия-индия для бирюзы, синего и ближнего ультрафиолета;
• карбид кремния для синего цвета;
• селенид цинка и снова синий;
• нитрид алюминия-галлия для ультрафиолетового излучения.

Глядя на этот список, вы заметите, что несколько полупроводников подходят для некоторых цветов одновременно, и это действительно так. Выбор полупроводников зависит от производителя. Может, ему проще получить именно этот вид, а не другой, или он просто дешевле. Да, нужно столько разных материалов, чтобы создать, например, даже очень простой современный телевизор.

Способы подключения

Самый простой вариант — подключение к низковольтному источнику постоянного тока.

Самый удобный и безопасный вариант — подключить светодиод к батарее или аккумулятору, включив в схему маломощный резистор. Его функция — ограничить до определенного значения ток, протекающий через pn переход. Без этого элемента светодиод быстро потеряет свои рабочие свойства.

Резистор подбирается по сопротивлению и мощности. Расчет на прочность по формуле:

R = (Power U — Паспорт U.) / Iном., Ом, где:

• Usupply — напряжение питания, В;
• Паспорт. — падение напряжения, паспортное значение, В;
• Ином. — номинальный ток.

Полученное значение округляется до ближайшего номинального значения в серии E24. Затем рассчитывается мощность, которую должен рассеивать резистор.

P = Iном.2 x R, где R — значение сопротивления, выбранное из таблицы.

Все эти действия можно выполнить быстро и легко с помощью онлайн-калькулятора.

Принцип работы диодов для чайников

Чтобы понять, как работает светодиод, нужно знать, что такое pn переход. Это область, где соприкасаются полупроводники стержневого типа, в результате чего один тип проводимости переключается на другой. Тип N содержит электроны проводимости в качестве носителей заряда. Полупроводник p-типа представляет собой носитель положительного заряда (дырки).

Анод (p-тип) — положительный электрод, катод (n-тип) — отрицательный электрод. На внешней поверхности катода и анода расположены металлические контактные площадки с припаянными проводниками. Когда к аноду прикладывается положительный электрический заряд, а к катоду — отрицательный заряд, ток начинает течь в pn переходе между кристаллом и катодом.

Если включение прямое, электроны в n-области и дырки в p-области устремятся навстречу друг другу. В процессе легирования (обмена электронами) их обмен будет происходить на границе перехода дырка-электрон. Если отрицательное напряжение приложено со стороны материала n-типа, возникает прямое смещение. Во время рекомбинации (обмена) энергия выделяется в виде фотонов.

Чтобы преобразовать поток фотонов в видимый свет, материал выбирается так, чтобы длина волны фотонов попадала в видимую область цветового спектра с длиной волны от 700 до 400 нм.

Чтобы облегчить работу с диодными осветительными приборами или, например, гирляндами, узнайте, как проверить светодиод мультиметром.

Принцип работы светодиода

Насколько энергоэффективен светодиод?

Светодиод не отличается «прожорливостью» по потреблению электроэнергии. При токе 10-30 мА и напряжении 2-4 В потребляет от 20 до 120 мВт. Здесь отлично соблюдается принцип экономии: традиционная лампа накаливания небольших габаритов «потребляет» 12 В и требует тока 50–100 мА.

А какова ваша сила, господин светодиод?

Производство светодиодов расширяется, и производители стараются, чтобы каждый светодиод полностью отвечал потребностям клиентов. Например, есть мощные светодиоды и спрос на них постоянно растет. Как этого добиться? Три в одном, языком рекламы. Для увеличения мощности в один корпус устанавливают не один и не два, а несколько кристаллов одного цвета, чтобы они одновременно излучали свет.

Повышенная мощность светодиодов часто достигается за счет четырех таких кристаллов в одном корпусе.

Ультраяркость

Для достижения световых характеристик светодиодов производятся так называемые «сверхъяркие» копии. Мощность сверхъярких светодиодов достигает 60 мВт (это примерно 1/16 Вт) и если для работы поместить их в корпус среднего размера, то для хорошей мощной подсветки потребуется установить от 15 до 20 штук.

Фактически, средний «сверхъяркий» светодиод имеет мощность 240 мВт (это 1/4 Вт) и для получения нормального светодиодного освещения (в одном случае не очень большого, но не маленького) от 4 до 8 светодиодов. Очень мощные светодиоды — это светодиоды, мощность которых исчисляется одним ваттом, и это очень эффективные светодиоды, потому что буквально один или два из них могут безопасно осветить весь корпус.

Влияние особенностей конструкции на стоимость

вы можете использовать один из двух способов сделать сверхъяркие светодиодные источники света:

• для получения света со спектром, близким к белому, используются три кристалла, установленные в корпусе. Один красный, второй синий и третий зеленый;
• используется кристалл, который излучает в синем или ультрафиолетовом спектре, он освещает линзу, покрытую люминофором, следовательно, излучение преобразуется в свет, близкий по спектру к естественному.

Несмотря на то, что первый вариант более эффективен, его реализация несколько дороже, что отрицательно сказывается на распространенности. Кроме того, спектр излучаемого этим источником света отличается от естественного.

Устройства, изготовленные по второй технологии, имеют меньший КПД. Также следует учитывать, что фосфор содержит соединение сложного состава на основе церия и иттрия, которые сами по себе стоят недешево. Фактически этим объясняется относительно высокая стоимость сверхъярких светодиодов белого света. Конструкция такого устройства представлена ​​на рисунке.

Супер яркое светодиодное устройство

Легенда:

• А — печатный проводник;
• Б — цоколь с повышенной теплопроводностью;
• С — защитный корпус устройства;
• D — паяльная паста;
• E — светодиодный кристалл, излучающий ультрафиолетовый или синий свет;
• F — люминофорное покрытие;
• Г — клей (можно заменить на эвтектический сплав);
• Н — провод, соединяющий кристалл и розетку;
• К — отражатель;
• J — основание радиатора;
• L — выходная мощность;
• М — диэлектрический слой.

Принцип работы светодиодов

Любой светодиод имеет pn переход. Свечение возникает в результате рекомбинации электронов и дырок при электронно-дырочном переходе. Pn переход образуется при соединении двух полупроводников с разной электропроводностью. Материал n-типа легирован электронами, а материал p-типа — дырками.

При приложении напряжения электроны и дырки в pn переходе начинают двигаться и занимать место. По мере приближения носителей заряда к электронно-дырочному переходу электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой высвобождаются фотоны.

Не все pn-переходы могут излучать свет. Для пропускания света необходимо выполнение двух условий:

• ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света;

• кристалл полупроводника должен иметь минимум дефектов.

Реализовать это в конструкции с pn переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.

Для создания светодиодов используются проводники с прямым зазором и допускаются прямой оптический переход от зоны к зоне. Наиболее распространены материалы группы A3B5 (арсенид галлия, фосфид индия), A2B4 (теллурид кадмия, селенид цинка).

Цвет светодиода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой электроны и дырки рекомбинируют. Чем шире запрещенная зона и выше энергия кванта, тем ближе к синему цвету излучаемый свет. Изменяя состав, можно получить люминесценцию в широком оптическом диапазоне, от ультрафиолета до среднего инфракрасного.

Инфракрасные, красные и желтые светодиоды изготовлены на основе фосфида галлия, зеленые, синие и пурпурные — на основе нитридов галлия.

Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания

Есть несколько типов блоков питания:

• Стабилизированные источники постоянного напряжения для светодиодов на 5 и 12 вольт. При колебаниях параметров сети напряжение на выходе такого источника питания остается постоянным и равным заявленному в паспорте значению. Светодиодные лампы подключаются через резисторы.
• Драйвер — импульсный блок питания со стабилизированным током. Характеристики, которые учитываются при его выборе: максимальное и минимальное выходное напряжение, выходной ток (рабочий). Драйвер содержит схему, стабилизирующую ток при скачках входного напряжения 220 В. При подключении светодиодного эмиттера к драйверу резистор не требуется.

Способы создания схем из нескольких светодиодов – последовательное и параллельное соединение

При подключении к источнику питания нескольких светоизлучающих устройств можно использовать два варианта подключения: последовательный и параллельный.

Последовательный

Последовательное соединение представляет собой цепочку полупроводниковых приборов, в которой катод первого эмиттера припаян к аноду следующего и так далее. Ток одинаковой величины проходит через все элементы цепи последовательно, и падение напряжения суммируется. Источник питания выбирается равным сумме мощностей каждого элемента или больше.

Минусы последовательного подключения:

• При значительном количестве элементов схемы необходимо выбирать высоковольтный источник питания.
• При выходе из строя одного светодиода перестает работать вся схема.

В длинных лентах из 60-70 диодов на каждом элементе возникает падение напряжения порядка 3 В, то есть такие ленты можно подключать к сети 220 В через выпрямитель.

Параллельный

При параллельном подключении напряжение на всех элементах схемы будет одинаковым, а токи каждого светодиода будут суммироваться. Основная проблема в этом случае заключается в том, что светодиодные лампы даже из одной партии часто имеют разные характеристики. Поэтому, если вставить общий резистор, то в лампочки могут подаваться токи разной величины, в результате чего одни элементы будут светить слишком ярко, а некоторые — слабо. Решение проблемы — установка отдельных резисторов на каждый диод.

Минусы параллельного подключения:

• большое количество элементов схемы из-за необходимости использования индивидуальных резисторов для каждого диода;
• значительное увеличение нагрузки при перегорании диода LED (если на всю схему применить мощный резистор).

Смешанный

Это наиболее подходящий вариант подключения светодиодов, поскольку позволяет хотя бы частично компенсировать недостатки последовательного и параллельного подключения. В этом случае цепочки из последовательно расположенных элементов соединяются параллельно. Этот метод используется в современных елочных венках или ленточках. Преимущество такого решения: даже если одна или несколько параллельных цепей выйдут из строя, остальные будут светиться должным образом.