Что такое светодиод. Правильное включение. Теория.

Здесь собрана теория по светодиодах, их установки и подключении.
Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Что такое светодиод. Правильное включение. Теория.

Сообщение light » 04 мар 2008, 19:57

В данной статье рассмотрим правильное включение светодиодов, т.е. только электрическую сторону дела.
Для применения изложенных ниже сведений понадобятся: руки (обе), калькулятор, паяльник, измерительный прибор (тестер) и желательно наличие школьного курса физики (пение и рисование не годится).
[spoiler=Статья]
Сразу следует остановиться на некоторых вопросах. Если нет навыков использования перечисленных инструментов, лучше обратиться к специалисту, в результате чего можно избежать таких неприятностей как незапланированный костер дома, а также порчу собственного организма в целом или отдельных его частей. Так же не следует направлять луч светодиода непосредственно в свой глаз (а также в глаз товарища) на близком расстоянии, что может повредить зрение.


Изображение Изображение Изображение

Следует соблюдать заводские параметры включения светодиода. Неправильное включение сразу приводит к его торжественным похоронам. Прежде чем куда-либо подсоединить светодиод надо выяснить его электрические параметры.
Немного физики. Напряжение 'U' измеряется в вольтах (В), ток 'I'- в амперах (А), сопротивление 'R' в омах (Ом). Закон Ома: U = R * I .
Итак, мы решили включить светодиод(ы). Рассмотрим наиболее популярные напряжения - 9, 12 В. Рассмотрим вариант, когда в распоряжении имеется постоянное напряжение, без помех (например батарейки, вынутые потихоньку из пультов от телевизора), а потом рассмотрим вопрос подключения к менее идеальным источникам (помехи, нестабильное напряжение и др.).
Теперь самое главное, этот абзац надо прочитать очень внимательно !!! Все светодиоды имеют один главный электрический параметр, при котором обеспечивается его нормальная работа. Это ток ( I ) протекающий через светодиод. Светодиод нельзя назвать двух или трехвольтовым. У тех, кто все-таки посещал уроки физики в школе, сразу возникает логичный вопрос: если два светодиода абсолютно одинаковые и через оба протекает один и тот же ток, значит, и напряжение надо приложить одно и тоже к обоим. А вот и нет ! Технология изготовления кристаллов не позволяет сделать два светодиода с одинаковым, назовем его, 'внутренним сопротивлением' и по закону Ома можно сделать соответствующие выводы. Через светодиод надо пропустить ток (согласно заводским параметрам) и измерить напряжение на его выводах. Это напряжение и будет обеспечивать протекание требующегося тока через кристалл светодиода ! Если, что-то не понятно, просьба перечитать этот параграф еще раз.
В данной статье рассмотрим наиболее распространенные светодиоды, рассчитанные на ток 20мА (т.е. 0,02 А).
Идеальный вариант подключения светодиодов - использование стабилизатора тока. К сожалению, готовые стабилизаторы стоят на порядок выше самого светодиода, изготовление относительно дешевого самодельного рассмотрим чуть ниже.
Обычно среднее напряжение (при I=0,02 А) красного и желтого светодиода - 2,0 В (обычно эта величина 1,8 - 2,4 В), а белого, синего и зеленого - 3,0 В (3,0 - 3,5 В).


Изображение Изображение Изображение


Итак, продавец Вам торжественно объявил, что Вы купили, например 'красный светодиод на 2,0 В, такой-то яркости'. Поверим продавцу пока на слово, проверим и если это не так - вернемся и очень вежливо …, ну, это потом …
Рассмотрим простой вариант. У Вас нашлось дома, например, 8 штук батареек по 1,5 В, итого 8,0 *1,5 = 12,0 В (берем большое напряжение, чтобы было понятнее), и подключаем один светодиод, который купили. Подключили ? Теперь выбросьте свой светодиод, потому, что он сгорел, Вам же продавец сказал - 2,0 В, а Вы его в 12,0 В воткнули ! Купили новый, а лучше сразу небольшую кучку (фото). Смотрим (не только смотрим, но и еще очень энергично пользуемся измерительным прибором): есть 12,0 В, надо 2,0 В, надо куда-то деть лишних 10 В (12,0 - 2,0 = 10,0). Самый простой способ - использование резистора (он же - сопротивление). Выясняем какое надо сопротивление. Закон Ома гласит:
U = R * I
R = U / I
Ток, протекающий в цепи I = 0,02 А. Сопротивление нужно подобрать, чтобы на нем потерялось 10 В, а нужные 2,0 В дошли до светодиода. Отсюда находим требуемое R:
R = 10,0 / 0,02 = 500 Ом
Напряжение на сопротивлении превращается в тепло. Для того, что-бы сопротивление выдержало нагрузку и выделяемое тепло не привело к его выходу из строя, надо вычислить рассеиваемую мощность сопротивления. Как известно (опять возвращаемся к посещаемости уроков физики) мощность:
P = U * I
На сопротивлении у нас 10,0 В при токе 0,02А. Считаем:
P = 10,0 * 0,02 А = 0,2 Вт.
При покупке сопротивления просим у продавца 500 Ом, мощностью не менее 0,2 Вт (лучше больше, с запасом, чтобы на душе было спокойнее, 0,5 Вт например, но следует учесть - чем больше мощность, тем больше размеры). Подключаем светодиод (не забыв про полярность) через сопротивление и ощущаем волну радости - светится ! Теперь разрываем цепь межу сопротивлением и светодиодом, включаем измерительный прибор и измеряем протекающий в цепи ток. Если ток менее 20 мА, надо немного уменьшить сопротивление, если больше 20 мА - увеличить. Вот и все ! Получив ток в 20 мА, мы достигли оптимальной работы светодиода, а при таком режиме производитель гарантирует 10 лет непрерывной работы. Садимся и ждем 10 лет, если что не так пишем претензию на завод. По мере того, как батарейки будут 'садиться', яркость светодиода будет уменьшаться. После того как батарейки 'сядут' совсем, их надо поставить обратно в пульты, сделать вид, что так и было или, например, объявить всем, что на быструю смерть батареек повлияла магнитная буря или чрезмерная активность солнца.
Это мы поступили правильно, но обычно производитель указывает среднее напряжение для партии светодиодов при оптимальном токе. И ни кто не утруждает себя точным подбором тока. Поэтому остальные примеры будут рассмотрены на данных о среднем напряжении, а не токе (и мы ни кому не скажем, что это не совсем правильно !).
Теперь определимся с подключением нескольких светодиодов. Подключаем 2 красных последовательно. 2 шт * 2,0 = 4,0 В. Питающее напряжение - 12 В, следовательно лишних - 8,0 В. R = 8,0 / 0,02 = 400 Ом. P= 8,0 * 0,2 = 0,16 Вт.
Если 6 штук - 6шт. * 2,0В = 12 В. Сопротивление не требуется.
Аналогично, например, с синими (3,0в) : 3шт x 3,0 В = 9,0В. 12,0 В - 9,0 В = 3,0 В. R = 3,0 / 0,02 = 150 Ом. P = 3,0 * 0,02 = 0,06 Вт.
Если у нас 3 батарейки по 1,5 вольта и, например, один синий светодиод на который надо подать 3,5 В, чтобы получить требуемый ток в 20мА (0,02А): 3 шт * 1,5 в = 4,5в (напряжение питания). Лишних: 4,5 В - 3,5 В = 1,0 В. R = U / I = 1,0 В / 0,02 А = 50 Ом. P = U * I = 1,0 В * 0,02 А = 0,02 Вт
Теперь рассмотрим более сложный вариант. Надо подключить к 12В 30 штук красных по 2,0В. На 12В можем подключить только 6 штук без сопротивлений, соединяем 6 штук последовательно и подключаем - светится. Соединяем еще 6 штук и присоединяем параллельно к первым. При этом через каждые 6 шт будет течь ток в 0,02А. У нас получится 5 цепочек с общим током 5 * 0,02А = 0,1А (уже батареек хватит не на долго).
Надо подключить к 12В 30 штук зеленых по 3,5В. На 12В мы можем подключить: 12В / 3,5В = 3,43 штуки. Мы не будем отрезать от четвертого светодиода 0,43 части, а подключим 3 штуки + сопротивление: 3штуки * 3,5В = 10,5 В. Лишнее напряжение: 12,0 В - 10,5 В = 1,5 В. Сопротивление R = 1,5В / 0,02А = 75 Ом при мощности P = 1,5 * 0,02 = 0,03 Вт. Если вдруг одному светодиоду в процессе монтажа были случайно выдраны ноги и их осталось всего 29 штук, то соединяем 9 цепочек по 3 штуки, и одну цепочку из 2-х штук + сопротивление R = 250 Ом, P = 0,1Вт.

Изображение Изображение Изображение


Чудненько. Вот мы и вспомнили слегка основы физики. Теперь рассмотрим более стабилизированную схему включения светодиодов. Возложим техническую проблему подключения на мировые умы, разрабатывающие интегральные микросхемы. Коснёмся изготовления стабилизатора тока. Это достаточно просто, главное нащупать немного лишних финансов в кармане. Существует микросхема КР142ЕН12 (зарубежный аналог LM317), которая позволяет построить очень простой стабилизатор тока. Для подключения светодиода (см. рисунок) рассчитывается величина сопротивления R = 1.2 / I (1.2 - падение напряжения не стабилизаторе) Т.е., при токе 20 мА, R = 1,2 / 0.02 = 60 Ом. Стабилизаторы рассчитаны на максимальное напряжение в 35 вольт. Лучше не напягать их так и подавать максимум 20 вольт. При таком включении, например, белого светодиода в 3,3 вольта возможна подача напряжения на стабилизатор от 4,5 до 20 вольт, при этом ток на светодиоде будет соответствовать неизменному значению в 20 мА ! При 20 вольтах получаем, что к такому стабилизатору можно подключить последовательно 5 белых светодиодов, не заботясь о напряжении на каждом из них, ток в цепи будет протекать 20мА (лишнее напряжение погасится на стабилизаторе).

Важно !!! В устройстве с большим количеством светодиодов протекает большой ток. Категорически воспрещается подключать такое устройство к включенному источнику питания. В этом случае, в месте подключения, возникает искра, которая ведет к появлению в цепи большого импульса тока. Этот импульс выводит из строя светодиоды (особенно синие и белые). Если светодиоды работают в динамическом режиме (постоянно включаются, выключаются и подмаргивают) и такой режим основан на использовании реле, то следует исключить возникновение искры на контактах реле.
Каждую цепочку следует собирать из светодиодов одинаковых параметров и одного производителя.
Тоже важно !!! Изменение температуры окружающей среды влияет на протекающий ток через кристалл. Поэтому желательно изготавливать устройство так, чтобы протекающий ток через светодиод был равен не 20мА, а 17-18 мА. Потеря яркости будет незначительная, зато долгий срок службы обеспечен.

Просто соединять светодиоды и подключать их к батарейкам от пульта - не интересно. Их обязательно надо спаять вместе и подсоединить к какому-нибудь устройству (пылесосу например, чтобы было видно всасывание каждой пылинки. Тут сразу надо учесть, что в пылесосе 220 опасных вольт, да еще и напряжение переменное, что ни как не годится к подключению светодиодов. Для этого надо изготовить специальный блок питания, но эту тему мы не будем сейчас обсуждать).
Надо найти устройство с постоянным напряжением и обильно украсить его светодиодами. Вот тут-то вперед выступают счастливые обладатели личных механических коней (авто-мото-вело-самокато). Ведь можно увешать свой любимый транспорт светодиодами так, что прохожие не усомнятся, что мимо проехала новогодняя елка, а ни как не средство передвижения. Надо сразу предупредить, что злоупотребление количеством, яркостью и цветом пресекается некоторыми сотрудниками дорожной инспекции. Также не следует, например, делать стоп-сигналы с яркостью превышающей яркость фар с включенным дальним светом - это немного раздражает едущих сзади, что тоже может в конце концов неблагоприятно сказаться на Вашем организме (особенно на лице), но не будем расстраиваться, ведь есть еще пространство внутри !!! Там уж можно приложить всю свою фантазию (например подсветить снизу лицо водителя синим цветом, что отобъет охоту у сотрудников инспекции проверять документы).
Сразу надо иметь ввиду, что напряжение в сети исправного авто не 12В, а 14,5 В. Желательно проверить это прибором при запущенном двигателе (если конечно есть двигатель). Так же в бортовой сети железного коня наблюдается множество помех, которые не желательны, да и напряжение иногда не очень постоянное. Для подавления помех на входе вашего светящегося устройства можно собрать простую схему из двух деталей - диода и электролитического конденсатора (рисунок). Конденсатор и диод, как и светодиод имеет полярность, значения рабочего напряжения и тока (диод). После установки диода и конденсатора надо замерить напряжение Uвых (оно не будет совпадать с Uвх) и после этого рассчитывать схему подключение светодиодов.
Если Вы не уверены в постоянстве напряжения бортовой сети, можно использовать специальные интегральные стабилизаторы напряжения. Они обеспечивают постоянное напряжение на выходе при изменяющемся (в разумных пределах) или скачущем (как лошадка) входном напряжении.
Наиболее простые представители - К142ЕН8А или КРЕН8А (9 вольт) и К142ЕН8Б или КРЕН8Б (12 вольт). Ориентировочная цена такой штуки составляет 5-15 руб (зависит от жадности продавца). Т.е. у продавца надо спросить с гордым видом 'КРЕНКУ, например, на 9В', он сразу все поймет и узрев в Вас крупного специалиста не посмеет обмануть (продаются также иностранные аналоги). Микросхемы имеют всего три ноги и если Вы ни разу в жизни не заблудились в трех соснах, то разобраться в них не составит ни какого труда. Берем левой рукой стабилизатор ногами вниз и надписью к себе, указательным пальцем правой руки слева на право тычем в ноги. Первая - вход (+), средняя - корпус (-), правая выход (+). (фото). Подключить ее надо как на рисунке. На выходе получим постоянное напряжение в 9 или 12 вольт. Исходя из этого, рассчитываем, как было в начале статьи, схему включения светодиодов. Почему 9В или 12 В ? На 9В хорошо подсоединяются 3штуки синих, зеленых или белых светодиода (из расчета - 3,0В./шт), на 12В - 6 штук красных или желтых (2,0В./шт) или 4 штуки синих, зеленых или белых, т.е. не требуется дополнительных сопротивлений. Микросхему (при большом количестве светодиодов) надо установить на радиатор. КРЕН8Б рассчитана на максимальную нагрузку в 1,5А (при таком токе очень сильно будет греться). На вход не следует подавать напряжение более 35 вольт. Входное напряжение должно быть не менее чем на 3В больше выходного, иначе стабилизатор не будет работать.


Изображение Изображение


В заключении следует обратить внимание на такие вопросы как пайка и монтаж светодиодов. Это тоже очень важные вопросы, которые влияют на их жизнеспособность.
Не следует паять светодиоды старым дедушкиным паяльником, который нагревали в печке и использовали для запайки дырок в кастрюлях. Следует использовать маломощный паяльник с температурой жала не более 260 градусов и пайку производить не более 3-5 секунд (рекомендации производителя). Не лишним будет использование медицинского пинцета при пайке. Светодиод берется пинцетом выше к корпусу, что обеспечивает дополнительный теплоотвод от кристалла при пайке.
Ноги светодиода следует гнуть с небольшим радиусом (чтобы они не ломались, нам калеки не нужны !). В результате замысловатых изгибов, ноги у основания корпуса должны остаться в заводском положении и должны быть параллельны и не напряжены (а то устанет и кристалл отвалится от ножек).
Собирать светодиоды в одно большое светящееся чудо лучше всего на каком-нибудь плоском листовом материале (пластмасса, оргстекло др.), предварительно насверлив в нем отверстий нужного размера по диаметру корпуса (придется овладеть еще измерительным инструментом и дрелью).
Помните, что светодиод - нежный прибор и обращаться с ним надо соответственно (при пайке можно спеть песню, чтобы работал долго).
Чтобы Ваше устройство защитить от автомобиля и автомобиль от устройства (ведь теперь не известно, что надежнее) следует ставить предохранители.

Источник: http://www.mcel.ru
[/spoiler]
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/


MadAnt
Сообщения: 4
Зарегистрирован: 05 мар 2008, 13:33
Откуда: Владивосток

Re: ПРАВИЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ

Сообщение MadAnt » 05 мар 2008, 13:44

нуна прикрепить к форуму статистику или еще что... чтоб спасибо можно было сказать без написания поста.

СПАСИБО... доступно и понятно... вроде :)

Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Re: ПРАВИЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ

Сообщение light » 05 мар 2008, 14:04

Не за что! Давно хотел объеденить все знания по этой теме в одном месте, т.к они сейчас разбросаны по всему инету. По поводу репутации обязательно постараюсь сделать в ближайшее время. Жаль вот только времени катострафически не хватает.
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/

Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Re: ПРАВИЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ

Сообщение light » 06 мар 2008, 18:19

Вот ещё интерестное чтиво, правда снова на анг.яз. Но много картинок и схем по которым много, что понять можно. В принципе здесь собрана вся инфа на последний момен о светодиодах.

Изображение Изображение Изображение Изображение

А кому лень читать можно и прослушать данный семинар по светодиодам (анг.яз) - http://www.national.com/onlineseminar/2 ... _id=111407

Подсмотрено на: http://www.hidplanet.com/forums/
Источник: http://www.national.com/onlineseminar/
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/

Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Re: ПРАВИЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ. Светодиоды. Теория.

Сообщение light » 11 мар 2008, 02:16

Светодиоды. Теория.

Автор: Trusishka http://www.cefiro.ru/owners/owners.php?nick=Trusishka

В этой статье я поделюсь своими знаниями о светодиодах. Статья предназначена для людей, которые мало просвещены в данном вопросе и забыли школьный курс физики. Здесь нет рекомендаций или примеров по тюнингу автомобиля. Основная задача - показать, что работа со светодиодами доступна каждому.

[spoiler=Светодиоды. Теория.]Введение

Светодиод - далее - "СИД" (светоизлучающий диод), представляет собой полупроводниковый прибор, который при определенных условиях начинает светиться. Никакой связи с дедушкиной лампой накаливания он не имеет, в нем нет нити накаливания, нет вакуумной колбы. СИД устроен так: два прижатых друг к другу кристалла с определенными добавками, к ним приделаны две контактные ножки и все это залито оргстеклом. При подаче напряжения на ножки, частицы из двух кристаллов устремляются друг к другу и при соударении выделяют фотоны, т.е. выделяют свет. У современных ярких СИД место вокруг кристалла покрывают люминесцентным веществом, которое тоже добавляет яркости. СИД, прежде всего, является диодом (главное свойство диода - пропускать ток только в одном направлении), поэтому зажигается он только при правильном подключении полярности. При ошибке СИД просто не включится и на его здоровье это не отразится. Чтобы не перепутать полярность, необходимо знать, что ножки у него разной длины. Это сделано специально - самая длинная ножка является плюсом. Если вы вдруг обрезали ножки, то если внимательно вглядеться внутрь конструкции, можно увидеть, что на одной ножке сделано подобие кроватки для кристалла, а от второй ножки к кристаллу подходит лишь тончайший проводок. Так вот, ножка с кроваткой является минусом. Еще один признак полярности - у минусовой ножки немного спилена юбочка.
Изображение
СИД почти во всех случаях выгодно заменяет лампы накаливания. Основные плюсы - ничтожное потребление тока, более 60.000 часов гарантированной работы, не выделяет тепла, нечувствителен к вибрации, выдерживает небольшие механические повреждения, отсутствует излучение в инфракрасном и ультрафиолетовом спектре (за исключением специальных). Мой личный опыт: 4 года круглосуточно освещает светодиодик мой коридор, для ночного путешествия в туалет, за это время уменьшения яркости замечено не было.

Выбор светодиодов

По моему скромному мнению, десятая часть СИД, что ввозятся в Россию, являются условно бракованными. Возможно, они не прошли их буржуйское ОТК, поэтому были куплены по бросовым ценам, которые значительно вырастают, когда достигают нас - конечных потребителей. Обидно то, что при последовательном включении в цепь бракованного и нормального СИД - сгорает нормальный, потому что через него идет повышенный ток, не погашенный бракованным СИД. Исходя из этого, рекомендую покупать количество СИД на 30% больше, чем вам нужно для конкретной работы. Выбор СИД громаден. Я предпочитаю СИД в стандартном корпусе, который потом спиливаю для получения рассеянного излучения. Яркость СИД является давней темой споров специализирующихся на этой теме людей. Заявленная производителем яркость меряется прибором, на который лучом светит СИД, но умалчивается о боковой силе света. С помощью линзы свет СИД фокусируется лучом 30-60 градусов, поэтому при спиливании линзы интенсивность свечения сильно падает. Так что не стоит верить цифрам. Купите по одному светодиоду из понравившихся и экспериментируйте с ними. Если вам удалось найти яркие СИД с рассеянным светом, то предпочтение следует отдать им. Я покупаю белые СИД о которых производитель сообщает, что они обладают яркостью в 15 кандел и рассчитаны на ток 20mA (миллиампер). Стоимость - 40 руб., но продавец охотно скидывает цену до 30, если берешь не меньше 30 шт. Где яркость не так важна, я беру СИД по 10 кандел, цена их в два раза меньше. Зачастую качество китайских СИД превышает "японские". Иногда продавцы понятия не имеют о свойствах СИД и мне известны уже два случая, когда продавец проверял СИД напрямую батарейкой и покупатель уже дома узнавал, что они были испорчены в момент проверки. Часто в одной партии встречаются СИД с разными оттенками света, поэтому стоит заранее их отсортировать.

Об измерительных приборах

Работу с СИД без измерительных приборов можно сравнить с работой слепого окулиста. Поэтому, если у вас нет прибора, необходимо приобрести цифровой "Мультиметр" - прибор, название которого говорит само за себя. В нем скомпонованы все нужные нам измерительные приборы. Покупка быстро себя окупит, если правильно с ней обращаться. Можно купить самый дешевый цифровой мультиметр, необходимо лишь одно условие - у него должна быть возможность прозванивать полупроводники. Эта функция обозначается специальным значком в виде диода на шкале режимов прибора:
Изображение
Проверка светодиодов

После покупки необходимо проверить СИД на работоспособность. Включаем на мультиметре режим прозвонки полупроводников, касаемся щупами прибора ножек светодиода соблюдая полярность (на приборе плюсовой кабель делают красным). Вглядываясь в линзу СИД, можно увидеть слабое, еле заметное глазу свечение. При отсутствии свечения я считаю, что СИД является условно бракованным и не может быть включен последовательно с другими СИД, так как не будет светиться в последовательной цепи и может спалить здоровые СИД. Как правило, такие СИД светятся только при подключении к нему своего резистора и подачи номинального тока. Эти условно бракованные светодиоды я долго копил (на рынке назад не принимают), потом выбросил. Такая проверка подходит только для стандартных СИД с током до 20mA, т.к. более мощным СИД необходим больший ток для открытия.
Изображение
Обработка светодиодов

Если вам удалось достать СИД с рассеянным светом, то вам повезло и эту часть можно пропустить.
Для увеличения угла рассеивания, я спиливаю часть корпуса СИД и выпиливаю новую линзу, поближе к кристаллу. Таким образом достигается почти 100 градусов рассеивания. Идеальный инструмент для этого - дисковый наждак, а при его отсутствии - напильник. У СИД немного спиливаю боковую юбочку и зажимаю его в маленькие тиски, после чего спиливаю напильником. Даже при небольшом усилии тисков корпус СИД может лопнуть. Я спиливаю примерно до 2 мм до кристалла. Далее шкурим линзу крупной шкуркой, потом нулевкой. В завершение процесса шлифуем линзу, усиленно растирая ее об кусок войлока.

Три варианта подключения

Последовательное подключение
Изображение
На рисунке Q1 и Q2 - светодиоды, R - резистор. Этот вариант имеет самый высокий КПД. Я предпочитаю такой вид подключения, т.к. при нем достаточно одного резистора на два-три СИД (меньше инсталляционной работы по пайке). Минусы такого варианта: при сгорании какого-либо СИД, сгорают и все остальные.

Параллельное подключение
Изображение
На рисунке Q1 и Q2 - светодиоды, R1 и R2 - резисторы. При таком подключении на каждый СИД приходится паять свое сопротивление. Это самый надежный и безопасный вариант, но требует больше инсталляционной работы и больше резисторов.

Неправильное подключение
Изображение
Такая схема недопустима! Два светодиода параллельно включены через один резистор. При таком подключении даже при минимальном разбросе характеристик СИД (а он есть всегда), через них проходит разный ток. Как правило, можно даже увидеть разную яркость свечения. Поэтому для регулирования яркости световых устройств используют не переменное сопротивление (которое регулирует ток), а сложную схему, которая регулирует напряжение.


Расчет цепи

СИД - полупроводниковый прибор, поэтому банальный расчет как для лампы накаливания здесь не подходит. СИД имеет такую характеристику как "Падение Напряжения", ее можно узнать у продавца, если только продавец не слышит такие слова в первый раз в своей жизни. Это значение можно примерно приравнять к двум - трем вольтам. В расчетах цепей с СИД самый главный параметр - сила тока, она не должна превышать номинального тока СИД. Для ограничения тока служит резистор (сопротивление). При правильном подборе сопротивления, СИД можно подключать к любому напряжению.

Примерную величину сопротивления можно рассчитать по формуле, взяв за основу закон Ома.

R(Ом)=(Uакку - Uпад) / I

Где:
R - искомое сопротивление в Омах.
Uакку - напряжение на аккумуляторе в Вольтах. (всегда берем максимум - 14.4 вольта)
Uпад - падение напряжение на СИД в Вольтах. (если СИД включены последовательно, значит сумма падений на всех СИД).
I - номинальный ток СИД в Амперах

Произведем примерный расчет для одного моего светодиода, рассчитанного на 20mA (миллиампер) = 0.02A (ампера), с падением напряжения 3 вольта:

R = (14.4 - 3) / 0.02 = 570 Ом

Произведем примерный расчет для двух таких же светодиодов, подключенных последовательно:

R = (14.4 - (3+3)) / 0.02 = 420 Ом

Произведем примерный расчет для трех таких же светодиодов, подключенных последовательно:

R = (14.4 - (3+3+3)) / 0.02 = 270 Ом

Считаю, что заявленный производителем ток для моих светодиодов 20mA необходимо уменьшить до 15-18mA, потому что все светодиоды имеют разбросы по характеристикам, и для некоторых из них такой ток будет являться критическим, поэтому при перерасчете сопротивление будет немного большим.
Напоминаю, что эти расчеты были сделаны для МОИХ светодиодов, сейчас полно СИД, на которых падает 1.7 - 7 Вольт.

При покупке резисторов покупаются ближайшие по значению. Для таких малоточных СИД подойдут самые маломощные резисторы. Я покупаю мощностью 0.125 Ватт, отчасти из-за того, что у них удобные по жесткости ножки. Если вам нужна точность, то вот общепринятая формула расчета мощности резистора:

P(ватт) = Uакку * (Uакку / R)

Где:
P(ватт) - искомая мощность в Ваттах.
Uакку - напряжение на аккумуляторе в вольтах. (всегда берем максимум - 14.4 вольта).
R - сопротивление резистора в Омах.

Проверка тока в цепи с помощью мультиметра

В этом процессе необходима предельная аккуратность, т.к. при неправильном подключении можно попалить прибор, светодиоды и блок питания. На данном этапе мы будем использовать "Амперметр". В стандартных мультиметрах, как правило, амперметр разбит на две части: для сильного тока и слабого тока. Соответственно, щуп втыкается в отдельные гнезда на приборе. Необходимо воткнуть в слаботочное гнездо и выставить режим слаботочного амперметра, т.к. показания на нем более точные. Амперметр включается в разрыв цепи, то есть последовательно. При включении амперметра параллельно источнику питания сгорает прибор и источник питания, т.к. амперметр представляет собой короткое замыкание. Необходимо быть предельно внимательным при измерениях: даже если вы чуть-чуть промахнетесь прибором мимо какой-либо ножки и закоротите на другую ножку, то в цепи ток станет большим, в приборе мгновенно сгорит предохранитель, в китайских приборах после этого показания начинают врать. На рисунке изображены светодиод "Q", резистор "R" и показано включение в цепь амперметра "А" и, если потребуется, вольтметра "V".
Изображение
Пайка

Для пайки необходим паяльник с принадлежностями. Обычно, в тех местах, где продают СИД, можно приобрести и паяльник. Лучше всего подойдет маломощный с тонким жалом, не более 60 Ватт. Оптимальным считаю 40-ваттный паяльник. Не покупайте толстый прут припоя и кусок канифоли - это прошлый век. Необходимо приобрести припой, который делают тонким как проволока, намотанным на маленькую катушку. Этот припой уже содержит внутри себя флюс (намного лучше, чем канифоль).

Ножки СИД имеют квадратное сечение, как правило 3-х локальных сгибаний достаточно, чтобы она отломилась. Не рекомендуется гнуть ножки около самого корпуса, необходимо сгибать после специальных утолщений на ножке. Перед пайкой надо дождаться полного разогрева паяльника, капелька олова должна растекаться по рабочей поверхности жала. Если этого не происходит, необходимо зачистить жало и снова плавить им олово с флюсом, пока не облудится рабочая поверхность. Перед пайкой элементы необходимо зачистить до блеска металла и облудить их ножки. В момент пайки можно одновременно к спаиваемым ножкам поднести припой или заранее расплавить припой на жале, но здесь нужна быстрота, т.к. флюс испаряется очень быстро. Рекомендую хорошо прогревать место пайки, чтобы прогрелись все спаиваемые элементы. Пайка без флюса невозможна и только портит нервы. Функции флюса - покрывать поверхность и не давать ей мгновенно окисляться. При правильно поставленном процессе олово мгновенно окутывает место пайки и, остыв, остается красивым и блестящим. Если пайка имеет серый цвет и неравномерную поверхность, значит у вас плохое олово, плохой флюс или перегретый паяльник. Для бытовых целей нет смысла покупать дорогостоящий паяльник с автоматическим поддержанием температуры, поэтому, во избежание перегрева паяльника, включайте его, например, через удлинитель "пилот", в котором есть кнопка выключения, оперируя которой можно поддерживать оптимальную температуру жала. В вашей работе очень помогут маленькие тисочки, ведь у человека всего две руки, а надо держать паяльник, два спаиваемых элемента и пруток припоя.

Фиксация светодиодов

После пайки и установки конструкций на основе СИД, необходимо их зафиксировать и защитить от влаги (если требуется). При отсутствии фиксации, если проводники оставлены длинными, то от сильной вибрации они могут переломиться. Влага губительно действует на ножки элементов и места паек. Я использую два типа материалов. Поксипол (эпоксидная смола) стоит примерно 200р и всегда пригодится в домашнем хозяйстве. Продается в виде двух маленьких тюбиков, удобен в применении. Смешиваю пару капелек и наношу на нужные места с помощью зубочистки. Термоклей - это полимер, который принимает жидкое состояние при нагревании. Продается в виде цилиндрических палочек, которые заправляются в специальный электрический термопистолет. На рисунке изображены используемые мною расходные материалы.
Изображение

Источник: http://www.cefiro.ru[/spoiler]
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/

Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Re: Что такое светодиод. Правильное включение. Теория.

Сообщение light » 12 мар 2008, 04:07

Что такое светодиод?

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели — все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее. Но, может статься, ожидания преувеличены? Узнать бы поточнее!

ИзображениеНастоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions — часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен — не нужен. А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.
[spoiler]1. Что такое светодиод?

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.
Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного светодиода серии Luxeon, выпускаемой компанией Lumileds, схематически изображена на рисунке.
Изображение
3. Как работает светодиод?

Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.
Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.
Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?

Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?

Только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2 — 3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.
В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.
К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?

Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?

Голубые светодиоды можно сделать на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)
У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал кпд и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.
Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но... проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.
Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире — дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош...» — и работы Панкова не поддержали.
Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ обнаружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и даже запатентовала устройство оптической памяти. Но тогда загадочное явление объяснить не удалось.
Это сделали японцы — профессор И. Акасаки и доктор X. Амано из университета Нагоя. Обработав пленку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирую-щий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.
Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами профессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное сканирование, что смог получить эффективно инжектирующие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.
Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы технологии и к концу 1997 года выпускала уже 10 — 20 млн голубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 года приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим тепло-отводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а ддя синих — 35%.
Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И наконец в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой свето-диод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.
Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод.
Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода.
Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.
Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

Как видно из рисунка, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.
Изображение
типичная вольт-амперная характеристика светодиода

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?

Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.[/spoiler]
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/

Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Re: Что такое светодиод. Правильное включение. Теория.

Сообщение light » 12 мар 2008, 04:15

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — этого-то как раз делать нельзя, — а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет.
Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.
[spoiler]18. Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20 — 50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?

Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.
Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинтересовался академик Михаил Аркадьевич Островский — крупный специалист в области цветного зрения. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного освещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?

Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.
— Люминесценцию карбида кремния впервые наблюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая научная статья о кристаллах нитрида галлия была опубликована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсенида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно создать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских Политехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не привели к созданию эффективных голубых светодиодов.
В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти деньги я смог поехать на конференцию в США, и там профессор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я забросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям в области голубых светодиодов и рассказать им о столь замечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом оказалось просто — фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследовали, сняли все характеристики и получили новые научные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.
Одновременно специалисты из группы Бориса Фера-понтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и получили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофора, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Светофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и московское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!
Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова — выпускница Московской консерватории, ученица моей жены, которая работала в Японии первым концертмейстером симфонического оркестра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и прислать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них были изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массовым применением светодиодных светофоров.
Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пытались повторить достижение японцев и изготовить структуры на основе нитридов для голубых и зеленых светодиодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высоких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области.
За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6 — 12 подложках диаметром 50 — 75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5 — 2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это — технология, требующая высокой культуры.
Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к п- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24x0,24 до 1x1 мм2.
Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый свето-диод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светоди-ода определяется этими этапами высокой технологии.
Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-техноло-гии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.
Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-техноло-гии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть 50 — 75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5 — 2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это — технология, требующая высокой культуры.
Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к п- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24x0,24 до 1x1 мм2.
Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый свето-диод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светоди-ода определяется этими этапами высокой технологии.
Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-техноло-гии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.
Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-техноло-гии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе.
Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.
Изображение
технология СОВ
23. Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию и где высоки требования по электробезопасности.
В Москве в начале 2004 года была принята трехлетняя программа энергосберегающего освещения на базе светодиодных технологий. Координационный совет возглавил профессор Ю.Б. Айзенберг. Согласно этой программе предлагается использовать светодиоды в опытном строительстве, ЖКХ и других областях. Например, светодиодные светильники будут устанавливаться в подземных переходах, подъездах, на лифтовых площадках, то есть там, где не нужна большая освещенность, но требуется минимум обслуживания и энергозатрат, а также важна высокая вандалоустойчивость.[/spoiler]
Алексей Рябов


Источник: http://www.radiodetali.com/
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/

Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Re: Что такое светодиод. Правильное включение. Теория.

Сообщение light » 22 окт 2008, 12:54

Источник - http://www.casemods.ru/

Изображение
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/

Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Re: ПРАВИЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ

Сообщение light » 22 окт 2008, 13:24

MadAnt писал(а):нуна прикрепить к форуму статистику или еще что... чтоб спасибо можно было сказать без написания поста.

СПАСИБО... доступно и понятно... вроде :)
Сделано! - http://www.bi-led-light.com/viewtopic.php?f=30&t=172 и http://www.bi-led-light.com/viewtopic.php?f=30&t=171

Можете говорить :roll: :D
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/

Аватара пользователя
light
Администратор
Администратор
Сообщения: 1614
Зарегистрирован: 03 мар 2008, 01:57
Пол: Мужской
Благодарил (а): 12 раз
Поблагодарили: 4 раза
Контактная информация:

Re: Что такое светодиод. Правильное включение. Теория.

Сообщение light » 22 окт 2008, 13:29

Как правильно подключать светодиоды 09.02.2007

Источник - http://novikovmaxim.narod.ru/
Автор - Новиков Максим Глебович

[spoiler=Как правильно подключать светодиоды]Изображение

Правило 1. Светодиод нельзя подключать к питающему напряжению напрямую. Это делается только через ограничивающий ток резистор или специальную микросхему, автоматически ограничивающую ток (драйвер светодиода), например CL1, CL2 и т.п.

Правило 2. Светодиоды не различают по напряжению питания! Нет такой характеристики у светодиода, и ближайшая к ней по смыслу характеристика — прямое падение напряжения.
Содержание

Введение
Терминология русским языком
Важнейшие характеристики светодиодов
Расчет ограничивающего ток резистора
Ограничение обратного напряжения при подключении светодиода к переменному току
Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов
Если нет нужного резистора
Полезные ссылки
Введение

Всем нам с детства знакомы эти красивые яркие лампочки. Сегодня они присутствуют практически в любой аппаратуре. Кто постарше, помнят, как покупали их по 40–50 копеек за штуку и вставляли в магнитофоны «Электроника 302».

Сегодня их тоже используют самоделкины, но в основном для создания красивой подсветки автомобилей, компьютеров или других устройств (т.н. моддинг). Но правильно ли их подключают? Почему они то работают годами, а то сгорают в первые же дни, хотя подключены к одинаковому напряжению? Ответы на эти вопросы вы найдёте в этой статье.

Статья рассчитана на дилетантов в электронике, простым языком объясняя основные её понятия, необходимые для осмысленного подключения светодиодов к различным источникам питания.

[Вернуться в начало]
Терминология русским языком

Последовательное включение радиодеталей — это когда детали соединены между собой только одной стороной, т.е. последовательно:

Изображение

Параллельное включение радиодеталей — это когда детали соединены между собой в двух точках — в начале и в конце.

Изображение

Напряжение — сила, с которой электричество «вдавливается» в провод, чтобы создать его ток.
Аналогична разности давления в начале и конце трубопровода, зависящей от силы насоса, загоняющего воду в трубу.
Измеряется в вольтах (В).

Ток — «количество электричества», проходящее по проводу в единицу времени.
Аналогичен количеству проходящей воды в трубе.
Измеряется в Амперах (А).

Сопротивление — сила, препятствующая прохождению электричества.
Аналогично сужению трубы, препятствующему свободному протоку воды.
Измеряется в омах (Ом).

Мощность — характеристика, отражающая способность, например, резистора без вреда для себя (перегрева или разрушения) пропускать электрический ток.
Аналогична толщине стенок места сужения трубы.

Постоянный ток — это когда электричество течёт постоянно в одну сторону, от плюса к минусу.
Это батарейки, аккумуляторы, ток после выпрямителей.
Аналогичен потоку воды, гоняемой насосом по закольцованной трубе в одну сторону.

Падение напряжения — разность потенциалов до и после детали, дающей сопротивление электрическому току, то есть напряжение, замеренное на контактах этой детали.
Аналогично разности давления воды, гоняемой насосом по кругу, до и после одного из сужений трубы.

Переменный ток — это когда электричество течёт то вперёд, то назад, меняя направление движения на противоположное с определённой частотой, например 50 раз в секунду.
Это электрическая сеть освещения, розетки. В них один провод (ноль) является общим, относительно которого а другом проводе (фазе) напряжение то положительное, то отрицательное. В результате при включении в розетку, например, электрочайника, ток в нём течёт то в одну, то в другую сторону.
Аналогичен движению воды, которую насос через трубу (фазу), опущенную сверху, то выдавливает в бак (ноль), то всасывает из него.

Частота переменного тока — число полных циклов (периодов) изменения направления тока (туда-обратно) за секунду.
Измеряется в герцах (Гц). Один период за секунду равен частоте в 1 герц.
Переменный ток имеет прямой и обратный (т.е. положительный и отрицательный) полупериод.
В Российских бытовых электросетях (в розетках и в лампочках) частота равна 50 герцам.

[Вернуться в начало]
Важнейшие характеристики светодиодов
1. Полярность.

Светодиод — это полупроводник. Он пропускает через себя ток только в одном направлении (также, как и обычный диод). В этот момент он и зажигается. Поэтому при подключении светодиода важна полярность его подключения. Если же светодиод подключается к переменному току (полярность которого меняется, например, 50 раз в секунду, как в розетке), то светодиод будет пропускать ток в одном полупериоде и не пропускать в другом, то есть быстро мигать, что, впрочем, практически незаметно для глаза.

Замечу, что при подключении светодиода к переменному току необходимо обезопасить его от действия напряжения обратного полупериода, поскольку максимально допустимое обратное напряжение большинства индикаторных светодиодов лежит в пределах единиц вольт. Для этого параллельно светодиоду но с обратной полярностью нужно включить любой кремниевый диод, который даст току течь в обратном направлении и организует на себе падение напряжения, не превышающее максимально допустимое обратное напряжение светодиода.

Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом. При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без соответствующего резистора!
2. Напряжение питания и падение напряжения.

Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, потому что нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).

Напряжение питания не может являться характеристикой светодиода, поскольку для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие. Поэтому при подключении светодиода надо отслеживать не напряжение, а ток.
3. Ток.

Номинальный ток большинства индикаторных светодиодов соответствует либо 10, либо 20 миллиамперам (у зарубежных светодиодов чаще указывают 20 мА), и регулируется он индивидуально для каждого светодиода сопротивлением последовательно включенного резистора. Кроме того, мощность резистора не должна быть ниже расчётного уровня, иначе он может перегреться. Местоположение резистора (со стороны плюса светодиода или со стороны минуса) безразлично.

Поскольку светодиоду важно, чтобы его ток соответствовал номинальному, становится ясно, почему его нельзя подключать к напряжению питания напрямую. Если, например, при напряжении 1,9 вольта ток равен 20 миллиамперам, то при напряжении 2 вольта ток будет равен уже 30 миллиамперам. Напряжение изменилось всего на десятую часть вольта, а величина тока подскочила на 50% и существенно сократила жизнь светодиоду. А если включить в цепь последовательно со светодиодом даже приблизительно рассчитанный резистор, то он произведёт гораздо более тонкую регулировку тока.

[Вернуться в начало]
Расчет ограничивающего ток резистора
Сопротивление резистора:

R = (Uпит. − Uпад.) / (I * 0,75)
R — сопротивление резистора в омах.
Uпит. — напряжение источника питания в вольтах.
Uпад.— прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
0,75 — коэффициент надёжности для светодиода.
Минимальная мощность резистора:

P = (Uпит. − Uпад.)2 / R
P — мощность резистора в ваттах.
Uпит. — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
Uпад.— прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
R — сопротивление резистора в омах.
Пример 1:

Запитать светодиод (характеристики: ток 10 мА т.е. 0,01 А, падение напряжения 2 В) от автомобильного аккумулятора 12 В.

R = (12 − 2) / (0,01 * 0,75) = 1333

То есть последовательно со светодиодом нужно ставить резистор 1,333 кОм. Ближайшим по номиналу будет резистор 1,3 кОм (1300 Ом).

Теперь посчитаем минимальную мощность такого резистора.

Сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,

I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где

Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:

I = 12 / (1300 + 200) = 0,008 А

Отсюда фактическое падение напряжения на светодиоде будет:

Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,008 = 1,6 В

Теперь посчитаем мощность:

P = (Uпит. − Uпад.)2 / R = (12 −1,6)2 / 1300 = 0,0832 Вт).

Мощность резистора должна быть не менее этой величины (0,0832 Вт), а лучше немного больше, чтобы избежать его нагрева. Ближайшим большим по мощности будет резистор 0,125 Вт.

Результат: Для подключения светодиода с указанными характеристиками к автомобильному аккумулятору нам потребуется резистор 1,3 кОм мощностью 0,125 Вт.
Пример 2:

Запитать светодиод (характеристики: ток 10 мА т.е. 0,01 А, падение напряжения 2 В) от сети переменного тока 220 В.

R = (220 − 2) / (0,01 * 0,75) = 29067

То есть последовательно со светодиодом нужно ставить резистор 29,067 кОм. Ближайшим по номиналу будет резистор 30 кОм.

Теперь посчитаем минимальную мощность такого резистора.

Сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,

I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где

Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:

I = 220 / (30000 + 200) ≈ 0,008 А

Отсюда фактическое падение напряжения на светодиоде будет:

Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,008 = 1,6 В

Теперь посчитаем мощность:

P = (Uпит. − Uпад.)2 / R = (220 −1,6)2 / 30000 ≈ 1,59 Вт).

Мощность резистора должна быть не менее этой величины (1,59 Вт), а лучше немного больше, чтобы избежать его нагрева. Ближайшим по мощности будет резистор 2 Вт.

Результат: Для включения светодиода с указанными характеристиками в сеть переменного тока 220 В нам потребуется резистор 30 кОм мощностью 2 Вт. Кроме того, следует оградить светодиод от вредного воздействия обратного напряжения, о чём подробно будет рассказано в следующей главе.

Замечание: Поскольку светодиод питается только одним полупериодом, а второй полупериод по идее пропускать не должен, то мощность резистора можно было бы уменьшить в 2 раза. Но во-первых, при напряжении 220 вольт у светодиода на каждой волне обратного полупериода происходит электрический пробой, а значит ток будет проходить и в обратном направлении, а во вторых, мы в конце концов будем специально пропускать обратный полупериод (другим обратно включенным параллельным диодом), чтобы не насиловать светодиод электрическими пробоями. Поэтому нагрузку на резистор всё равно надо расчитывать исходя из двухполупериодных 220 вольт, что мы и сделали.

[Вернуться в начало]
Ограничение обратного напряжения при подключении светодиода к переменному току

При подключении светодиода к переменному току необходимо ограничить влияние опасного для него напряжения обратного полупериода. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет всего около 2 вольт, а поскольку светодиод в обратном направлении заперт и ток по нему практически не течёт, то падение напряжения на нём становится полным, то есть равным напряжению питания. В результате на выводах диода оказывается полное напряжение питания обратного полупериода.

Для того, чтобы создать на светодиоде приемлимое падение напряжения для обратного полупериода, надо пропустить «через него» обратный ток. Для этого параллельно светодиоду, но с обратной полярностью, надо включить любой кремниевый диод (маркировка начинается на 2Д… или КД…), который рассчитан на прямой ток не менее того, что течёт в цепи (напр. 10 мА).

Диод пропустит проблемный полупериод и создаст на себе падение напряжения, являющегося обратным для светодиода. В результате обратное напряжение светодиода станет равным прямому падению напряжения диода (для кремниевых диодов это примерно в 0,5–0,7 В), что ниже ограничения большинства светодиодов в 2 вольта. Обратное же максимально допустимое напряжение для диода значительно выше 2 вольт, и в свою очередь с успехом снижается прямым падением напряжения светодиода. В результате все довольны.

Изображение

Исходя из соображения экономии места, предпочтение следует отдать малогабаритным диодам (например, диоду КД522Б, который используется, кстати, в сетевых фильтрах «Пилот» именно для этой цели). Вместо кремниевого диода можно также поставить второй светодиод с аналогичным или более высоким максимальным прямым током, но при условии, что для обоих светодиодов падение напряжения одного светодиода не будет превышать максимально допустимое обратное напряжение другого.

Примечание: Некоторые радиолюбители не защищают светодиод от обратного напряжения, аргументируя это тем, что светодиод и так не перегорает. Тем не менее такой режим опасен. При обратном напряжении свыше указанного в характеристиках светодиода (обычно 2 В) при каждом обратном полупериоде в результате воздействия сильного электрического поля в р-n-переходе, происходит электрический пробой светодиода и через него проходит ток в обратном направлении.

Сам по себе электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода, и при снижении обратного напряжения свойства диода восстанавливаются. Для стабилитронов, например, это вообще рабочий режим. Тем не менее этот дополнительный ток, хоть он и ограничен резистором, может вызвать перегрев р-n-перехода светодиода, в результате чего произойдёт необратимый тепловой пробой и дальнейшее разрушение кристалла. Поэтому не стоит лениться ставить шунтирующий диод. Тем более для этого подходит практически любой кремниевый диод, поскольку у них (в отличие от германиевых) малый обратный ток, а следовательно он не будет забирать его на себя, снижая яркость шунтируемого светодиода.[/spoiler]


[spoiler=Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов]Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов

1. Подключение светодиода напрямую к источнику питания без ограничителя тока (резистора или специальной микросхемы-драйвера). Обсуждалось выше. Светодиод быстро выходит из строя из-за плохо контролируемой величины тока.

Изображение

2. Подключение параллельно включенных светодиодов к общему резистору. Во-первых, из-за возможного разброса параметров, светодиоды будут гореть с разной яркостью. Во-вторых, что более существенно, при выходе из строя одного из светодиодов, ток второго возрастёт вдвое, и он может тоже сгореть. В случае использования одного резистора целесообразнее подключать светодиоды последовательно. Тогда при расчёте резистора ток оставляем прежним (напр. 10 мА), а прямое падение напряжения светодиодов складываем (напр. 1,8 В + 2,1 В = 3,9 В).

Изображение

3. Включение последовательно светодиодов, рассчитанных на разный ток. В этом случае один из светодиодов будет либо работать на износ, либо тускло светиться — в зависимости от настройки тока ограничивающим резистором.

Изображение

4. Установка резистора недостаточного сопротивления. В результате текущий через светодиод ток оказывается слишком большим. Поскольку часть энергии из-за дефектов кристаллической решётки превращается в тепло, то при завышенных токах его становится слишком много. Кристалл перегревается, в результате чего значительно снижается срок его службы. При ещё большем завышении тока из-за разогрева области p-n-перехода снижается внутренний квантовый выход, яркость светодиода падает (это особенно заметно у красных светодиодов) и кристалл начинает катастрофически разрушаться.

Изображение

5. Подключение светодиода к сети переменного тока (напр. 220 В) без принятия мер по ограничению обратного напряжения. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет около 2 вольт, тогда как напряжение обратного полупериода при запертом светодиоде создаёт на нём падение напряжения, равное напряжению питания. Существует много различных схем, исключающих разрушающее воздействие обратного напряжение. Простейшая рассмотрена выше.

Изображение

6. Установка резистора недостаточной мощности. В результате резистор сильно нагревается и начинает плавить изоляцию касающихся его проводов. Потом на нём обгорает краска, и в конце концов он разрушается под воздействием высокой температуры. Резистор может безболезненно рассеять не более той мощности, на которую он рассчитан.

Изображение

Если нет нужного резистора

Нужное сопротивление (R) и мощность (P) резистора можно получить, комбинируя в последовательно-параллельном порядке резисторы других номиналов и мощностей.
Формула сопротивления для последовательного соединения резисторов

R = R1 + R2
Формула сопротивления для параллельного соединения резисторов

двух:

R = (R1 * R2) / (R1 + R2) или R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2)

неограниченного количества:

R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + … + 1 / Rn)
Мощности резисторов

Мощности резисторов в сборке рассчитываются исходя из тех-же формул, что и одиночные резисторы. При последовательном включении в формулу вычисления мощности подставляется напряжение источника питания за вычетом падения напряжения на других последовательно стоящих резисторах и светодиоде. Подробнее это будет показано на нижеследующих примерах.
Примеры

1. Заменим резистор 1,3 кОм 0,125 Вт из первого примера последовательной сборкой.

1,3 кОм = 1 кОм + 100 Ом + 100 Ом + 100 Ом

Рассчитаем минимальные мощности для каждого резистора. Для этого посчитаем фактическое падение напряжения на каждом резисторе, для чего сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,

I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где

Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:

I = 12 / (1300 + 200) = 0,008 А

Теперь вычисляем фактическое падение напряжения на резисторах и светодиоде:

Uпад.рез_1000 = Rрез_1000 * I = 1000 * 0,008 = 8 В

Uпад.рез_100 = Rрез_100 * I = 100 * 0,008 = 0,8 В

Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,008 = 1,6 В


Теперь у нас есть все данные для расчёта мощностей:

Pрез_1000 = (12 −(0,8 + 0,8 + 0,8 + 1,6))2 / 1000 = 0,064 Вт

Pрез_100 = (12 −(8 + 0,8 + 0,8 + 1,6))2 / 100 ≈ 0,0064 Вт

Итого, исходя из стандартных мощностей резисторов, получаем 1 кОм 0,125 Вт и 3 резистора 100 Ом по 0,05 Вт. Включив резисторы указанного номинала последовательно, мы получим общее сопротивление 1,3 кОм нужной нам мощности.

2. Заменим резистор 30 кОм 2 Вт из второго примера параллельной сборкой.

Занеся формулу R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3) в Excel, выясним, что
30 кОм ≈ параллельному соединению 68 кОм, 100 кОм и 110 кОм. Точнее это будет сопротивление 29589 Ом.

Рассчитаем минимальные мощности для каждого резистора. Для этого посчитаем фактическое падение напряжения на каждом резисторе, для чего сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,

I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где

Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:

I = 220 / (29589 + 200) ≈ 0,008 А

Теперь вычисляем фактическое падение напряжения на светодиоде:

Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,008 = 1,6 В

Теперь у нас есть все данные для расчёта мощностей:

Pрез_68 = (220 −1,6)2 / 68000 ≈ 0,70 Вт

Pрез_100 = (220 –1,6)2 / 100000 ≈ 0,48 Вт

Pрез_110 = (220 –1,6)2 / 110000 ≈ 0,44 Вт

Итого, исходя из стандартных мощностей резисторов, получаем 68 кОм 1 Вт, 100 и 110 кОм по 0,5 Вт. Включив резисторы указанного номинала параллельно, мы получим общее сопротивление 30 кОм нужной нам мощности.

Указанные выше параллельный и последовательный способы можно комбинировать, без проблем создавая вот такие сборки, которые также легко расчитываются при их разбивании на фрагменты:

Изображение[/spoiler]
♥Интернет магазин♥ - http://shop.bi-led-light.com ♠YOUTUBE канал♠ - https://www.youtube.com/c/SBllight ♦Вконтакте♦ - https://vk.com/shop_bll ♣Инстаграм♣ - https://www.instagram.com/s.bll DRIVE2RU - https://www.drive2.ru/users/s-bll/

Ответить