Напряжение питания светодиодов: как узнать на сколько вольт рассчитан, какое у него падение и рабочее питание в зависимости от цвета

Простые схемы питания светодиодов

Светодиод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.

После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.

В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.

Автор статьи, которую Вы сейчас читаете, на авторство схем тоже не претендует, это просто небольшая подборка схем на «светодиодную» тему.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на светодиоде, как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой DC-DC преобразователь.

Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать заряд гальванического элемента: многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.

Простейшая схема для питания светодиода

Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.

В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной энергосберегающей люминесцентной лампы. Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.

Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве транзистора можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.

Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить транзистор проводимости p-n-p, например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.

Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.

Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.

Преобразователь с выпрямителем

Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.

Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521.

Преобразователи с дросселем

Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1, содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.

При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.

Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.

При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.

Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.

Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.

Схемы с обратной связью по току

А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.

В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.

Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.

Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.

При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на электролитическом конденсаторе (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.

Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.

Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.

Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.

Интегральные стабилизаторы тока

В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.

На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.

Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.

Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.

Микросхема ZXSC300

Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.

В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.

При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.

Ранее ЭлектроВести писали, что Украина через три года будет вынуждена покрывать дефицит электроэнергии за счет ее импорта в случае дальнейшего невыполнения Национального плана сокращения выбросов от больших сжигательных установок (НПСВ) на ТЭС.

По материалам: electrik.info.

Какое питание у светодиодных светильников

Любой электрический прибор должен иметь источник питания: аккумулятор, батарейку или электрическую сеть. К электросети, от которой происходит питание светодиодов, предъявляются высокие требования. Вот тут и возникает проблема. В наших электросетях переменное напряжение в 220 вольт. Светодиодным лампам требуется прямое напряжение, указанное в его характеристиках. Его значение зависит от конструкции и цвета светодиода и составляет от 1 до 2,2 В. Номинальные показатели тока варьируют от 5 до 20 А. Подключение напрямую с возможными перепадами напряжения приведет к нестабильной работе и уменьшению срока службы изделия. Что же делать, чтобы этого избежать? Приобрести блок питания, его еще называют драйвером для светодиодов. Разберемся, как он работает и как выбрать устройство.

Особенности питания светодиодных светильников

Срок службы светодиодов зависит от качества кристалла, значения рабочего тока, условия эксплуатации. Обычно они работают от тока, максимальное значение которого не превышает 2 А. Однако установленные характеристики требуют оптимальное значение в 0,35 А. Стремление иметь предельный световой поток приводит к увеличению тока. Из-за этого возникает риск перегрева кристалла. Поэтому для светодиодных светильников не рекомендуется использовать в качестве источника питания обычную электросеть без адаптера.

Какие проблемы появляются при подключении прибора к сети напрямую:

  • Светодиод будет иметь плавающую рабочую точку, из-за отрицательной зависимости снижения напряжения от температуры кристалла.
  • Чтобы выровнять ток, понадобится, по меньшей мере, добавить в схемы питания светодиодов дополнительный резистор. Помимо стабилизации тока, он будет рассеивать мощность.
  • Ко всему прочему свою лепту внесет нестабильность выходных данных источника.

Всё это приведет к существенному сокращению эксплуатационного срока, особенно при работе на предельных значениях тока.

Блоки питания для светодиодных светильников

Решить возникающие проблемы поможет использование высокочастотных преобразователей. Они включены в конструкцию блоков питания для светодиодов. От характеристик таких устройств зависит продолжительность эксплуатации и качество освещения подключенных к нему ламп. Особенно важно включать БП в схемы питания мощных светодиодов. Это связано с необходимостью стабилизации электропитания. Подаваемое на прибор напряжение на выходе преобразовывается в стабильный ток. Разбираться в устройстве оборудования нам не к чему. Важнее узнать, какие виды можно встретить в продаже.

С учетом способа расположения, блок питания бывает внутренним или внешним. Первые находятся в корпусе самого прибора. Внешний БП может входить в комплект к изделию или же потребуется его приобрести самостоятельно. При использовании нескольких осветительных приборов можно сэкономить, установив один блок на все.

В случае отключения электричества возможно аварийное питание светодиодных светильников посредством специального устройства БАП. Когда в сети пропадает напряжение, прибор работает от аккумулятора на протяжении 1-3 часов. Всё это происходит в автоматическом режиме, в том числе подзарядка. Такие изделия могут дополнительно обеспечиваться индикатором заряда аккумулятора.

Как выбрать блок питания

Прежде чем покупать блок питания для светодиодных светильников, желательно составить схему включения. На ней нужно указать все приборы и необходимые параметры. Не можете сделать это самостоятельно, обратитесь к специалисту.

Выбирая изделие, обращают внимание на следующие показатели:

  • Потребляемая мощность. При этом учитываются все светильники, подключаемые к устройству.
  • Напряжение питания светодиодного светильника. Диапазон, в пределах которого изделие способно оптимально функционировать без потери яркости, указывается в характеристиках. К примеру, 176-264 В или 150-250 В.
  • Герметичность. Этот показатель зависит от места установки прибора. Более защищенные изделия используются во влажных и пыльных помещениях.

Определяясь с мощностью, нужно добавить не менее 20% «про запас». Зачем это нужно, спросите вы? А затем, что эффективная мощность имеет тенденцию к снижению при колебании окружающей температуры. Причем происходить это может как при ее существенном снижении, так и при повышении.

Итак, подведем итог. Кроме случаев, когда используется автономное питание светодиодного светильника, потребуется блок питания. Устройство позволяет улучшить эффективность и продлить срок службы светодиодных приборов. Надеемся, что статья оказалась для Вас полезной и Вы правильно настроите световые приборы в вашем доме.

Как избежать падения напряжения при использовании светодиодного освещения

По собственному определению для светодиодного освещения с постоянным напряжением требуется определенное напряжение питания, которое остается постоянным.

Обычно для светодиодных светильников постоянного напряжения требуется источник питания 12 В постоянного тока или 24 В постоянного тока. Драйверы светодиодов с постоянным напряжением гарантируют, что напряжение питания остается постоянным, несмотря на любые колебания сетевого напряжения.

MEAN WELL Светодиодный драйвер постоянного напряжения

 

Тем не менее, установщики светодиодного освещения должны знать, что прокладка кабеля постоянного тока большой длины от светодиодного драйвера к светодиодному светильнику может привести к падению напряжения, так что к тому времени, когда напряжение светодиодный светильник ниже, чем требуется для правильного освещения светодиодами.

В идеальном мире вы всегда хотите делать длинные прогоны на стороне переменного тока, располагая драйвер светодиодов как можно ближе к светодиодам.

Естественно, в некоторых приложениях это просто невозможно и требуются более длинные кабели постоянного тока.

Если вы оказались в такой ситуации, есть несколько шагов, которые вы можете предпринять, чтобы избежать неприятностей.

Прежде всего вам необходимо рассчитать возможное падение напряжения. Есть несколько полезных онлайн-калькуляторов, которые делают эту работу довольно быстрой и простой. Вам нужно будет знать сечение кабеля постоянного тока, который вы будете использовать, чтобы произвести расчеты.

Следующая ссылка приведет вас к онлайн-калькулятору напряжения:

http://www.calculator.net/voltage-drop-calculator.html

Как только вы узнаете фактическое падение напряжения, вы можете принять необходимые меры по исправлению положения. Есть несколько вариантов, открытых для вас.

Вероятно, наиболее экономичным и простым решением является выбор драйвера светодиодов с регулируемым выходным напряжением. Таким образом, вы можете отрегулировать напряжение, чтобы компенсировать падение напряжения.

ADM предлагает две серии светодиодных драйверов MEAN WELL, которые доступны с возможностью регулировки:

Драйверы светодиодов MEAN WELL серии ELGДрайверы светодиодов MEAN WELL серии HLG

 

При заказе убедитесь, что запрашиваемый номер детали имеет суффикс «A» или «AB», который означает, что драйвер светодиода является регулируемым.

Вы можете нажать на следующую ссылку, чтобы просмотреть наш интернет-магазин, чтобы увидеть, какие модели доступны. Клиенты торгового счета ADM могут запросить логин, который позволит им увидеть свои оптовые цены и доступные запасы.

Драйверы для светодиодов в наличии

Основное различие между серией ELG и серией HLG заключается в цене и гарантийных сроках.

Серия ELG является более экономичной из двух моделей, но имеет более короткий гарантийный срок – 5 лет. Гарантия на светодиодные драйверы MEAN WELL серии HLG составляет 7 лет.

Если вы обнаружите, что диапазон регулировки, предлагаемый для вышеуказанных драйверов светодиодов, недостаточно широк, чтобы обеспечить требуемое напряжение, вы можете использовать преобразователь постоянного тока MEAN WELL для резервного увеличения напряжения.

Преобразователь постоянного тока в постоянный MEAN WELL

 

 

Компания ADM предлагает ряд преобразователей постоянного тока MEAN WELL мощностью от 15 Вт до 1000 Вт.

Существуют обстоятельства, при которых падение напряжения может повлиять на работу светильника постоянного тока. Напряжение может упасть ниже диапазона, необходимого для включения светодиодов. Другими словами, подаваемый ток может быть правильным, но мощности недостаточно для питания светодиода.

Если вы столкнулись с этой проблемой, существует недорогое решение для ее устранения.

Вы можете использовать повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный от MEAN WELL.

Повышающий драйвер светодиодов постоянного тока

 

Драйверы постоянного тока для светодиодов серии MEAN WELL LDH-45 доступны со следующими вариантами выхода:

  • 350 мА
  • 500 мА
  • 700 мА
  • 1050 мА

Они повысят входное напряжение до требуемого уровня, но сохранят необходимый постоянный выходной ток для питания светодиодов.

Если у вас есть какие-либо вопросы по устранению проблем с падением напряжения в установках светодиодного освещения, обращайтесь в компанию ADM.

Была ли эта информация полезной?

Почему бы не поделиться ею с коллегами и коллегами? Просто нажмите на синий значок «Поделиться в LinkedIn» ниже.

Лабораторная работа: Измерение прямого напряжения светодиодов

Светодиоды (светоизлучающие диоды) освещают наш современный мир. Все, от индикаторов состояния до дисплеев и даже… ну, освещения, использует светодиоды всех цветов, форм и размеров. Как мы выяснили в предыдущем эксперименте, цвет светодиода определяется свойствами материала кремния, из которого он сделан. В этой лабораторной работе мы изучим эти свойства и выясним, как они связаны с цветом светодиода.

Светоизлучающие диоды, как следует из их названия, аналогичны обычным диодам в том смысле, что ток может течь через них только в одном направлении. Это потому, что они состоят из двух разных видов полупроводников, спрессованных вместе. Мы назовем их N-Type и P-Type . Материалы N-типа заряжены отрицательно, потому что у них есть дополнительные электроны, в то время как материалы P-типа заряжены положительно, потому что у них отсутствуют электроны (у них есть «дырки»). При подаче тока электроны перетекают из N-типа в P-тип и притягиваются к дыркам. Эти текущие электроны обладают довольно высокой энергией, и когда они «захватываются» дырками, находящимися на более низком энергетическом уровне, им приходится отдавать часть этой энергии. В светодиодах эта энергия высвобождается в виде света. Чем больше разница энергий (известная как 9ширина запрещенной зоны 0081

), тем больше энергии должен высвободить электрон, и тем короче длина волны света [1].

«Высота», на которой электрон «падает» в отверстие, представляет собой ширину запрещенной зоны светодиода и определяет длину волны излучаемого света.

Представьте, что вы стоите на лестнице и бросаете теннисные мячи в ведро с водой (будьте осторожны). Чем выше вы находитесь на лестнице, тем больший «всплеск» вы произведете. По сути, это то, что определяет цвет светодиода. С красными светодиодами (с низкоэнергетическим длинноволновым светом) вы роняете теннисные мячи с первых двух перекладин. С синими светодиодами (с высокоэнергетическим коротковолновым светом) вы опускаете их сверху (опять же, пожалуйста, будьте в безопасности там). Высота, на которой вы бросаете теннисные мячи, и есть ширина запрещенной зоны.

Напряжение, которое мы подаем, чтобы заставить светодиод светиться, пропорционально уровню энергии электронов, протекающих через него. Измеряя это напряжение, мы можем оценить, сколько энергии теряют электроны при прохождении. (Это не совсем точно, но довольно близко)

Беспричинное изображение светодиодов
  • Светодиоды — непостоянные звери. Они довольно чувствительны и могут взорваться, если подать на них слишком большой ток (здесь говорит личный опыт). Обязательно тщательно отрегулируйте их ток и дважды проверьте проводку.
  • Некоторые светодиоды могут быть очень яркими даже при слабом токе. Хотя на них, вероятно, безопасно смотреть, старайтесь не смотреть прямо в них.

Это специальный эксперимент, предназначенный для лабораторий с ограниченным оборудованием. Мы создали две версии этого эксперимента на основе имеющегося в вашей лаборатории оборудования/материалов:

  • Лаборатория A: Ручные мультиметры, потенциометры и резисторы
  • Лаборатория B: Настольный источник питания

Хотя процедуры и материалы разные, конечный результат точно такой же. Однако это может быть проще в зависимости от оборудования, имеющегося в вашей лаборатории.

  • Ручной мультиметр
    • Все, что может измерять напряжение до 0,01 В, подойдет.
  • Резистор 100 Ом
  • Потенциометр 10 кОм
  • Батарея 9 В и провода
  • 9 Различные светодиоды0131
    • Желательно иметь как минимум красный, зеленый и синий светодиоды.
  1. Постройте следующую схему. Пока не вставляйте батарею. (нажмите на фото, чтобы увеличить):
    • Убедитесь, что светодиод правильно расположен.
  2. Поверните потенциометр так, чтобы цифры наверху были обращены к отрицательному проводу аккумулятора. (на моем я повернул его до упора вправо)
  3. Подсоедините провода мультиметра к каждой ножке резистора и поворачивайте потенциометр до тех пор, пока напряжение не станет равным 0,1 В , либо положительным, либо отрицательным. Вы должны увидеть, как светодиод начинает светиться.
    • По сути, мы проводим измерение тока с помощью резистора и применения закона Ома. Мы изучим это в будущей лаборатории, но просто знайте, что то, что мы делаем, — это подача на светодиод 10 мА.
  4. Измерьте напряжение на светодиоде. Запишите это значение. Это светодиод Прямое напряжение .
  5. Поверните потенциометр обратно в исходное положение.
  6. Замените светодиоды и повторите шаги 3-5.
  • Настольный источник питания
    • Источник питания должен иметь регулировку напряжения и тока, а также цифровые дисплеи или циферблаты для измерения этих значений.
  • Провода источника питания
    • Используйте провода типа «банановый разъем» с зажимами типа «крокодил» на концах.
  • Различные светодиоды
    • Желательно, чтобы у вас был как минимум красный, зеленый и синий светодиоды.
  • (дополнительно) Мультиметр
    • Мультиметры обычно более точны, чем показания напряжения/тока на блоке питания, поэтому вам следует использовать его для перепроверки ваших измерений, если он у вас есть.
  1. Установите ограничение тока вашего источника питания на 10 мА.
    • В некоторых блоках питания это можно сделать, установив низкое напряжение (0,1 В), закоротив его выход и повернув ограничение тока до значения 10 мА.
  2. Полностью уменьшите настройку напряжения.
  3. Подключите светодиод к проводам питания.
  4. Медленно повышайте напряжение, пока оно не перестанет повышаться. Светодиод должен начать светиться при напряжении около 1-2В.
  5. Запишите напряжение, при котором это происходит. Это прямое напряжение светодиода .
  6. Снова полностью уменьшите напряжение.
  7. Замените светодиод другим и повторите шаги 3–6.
Моя настройка блока питания. Обратите внимание, как горит красный индикатор «Ток», указывая на то, что он регулирует ток.
  • Светодиод не горит
    • Проверьте правильность полярности светодиода. Светодиод загорается только тогда, когда ток течет от положительного вывода к отрицательному.
    • Если вы выполняете лабораторную работу А, убедитесь, что ваша батарея достаточно заряжена. Измерьте напряжение мультиметром. Эта лабораторная работа должна работать с батареей всего 5 В (очень, очень разряженная батарея 9 В!)
    • Если вы выполняете лабораторную работу B, убедитесь, что выход источника питания включен. На некоторых блоках питания есть кнопка, позволяющая включать и отключать их выход.
    • Если ни один из вышеперечисленных шагов не работает, возможно, ваш светодиод неисправен. Отложите его в сторону и сообщите об этом лаборанту.
  • Светодиод загорается очень ярко, затем внезапно гаснет
    • Возможно, ваш потенциометр был неправильно повернут при запуске. Это приведет к тому, что через светодиод будет протекать очень большой ток, который повредит его. Не волнуйтесь, светодиоды не слишком дороги! Отложите его в сторону, сообщите об этом своему лаборанту и считайте это учебным опытом. Убедитесь, что напряжение на светодиоде равно нулю, когда потенциометр находится в исходном положении.

LED Color Forward Voltage (V)
Infrared 1.09
Red 1.80
Orange 1. 84
Yellow 1.87
Yellow-Green 1.88
Green 2.36
Blue 2.65
Белый 2,66
1N914 0,62

вместе с цветами LEDS I. I. Iss. I. Isld INDING. Обратите внимание, что прямое напряжение для обычного диода намного меньше, чем для светодиода.

Проверка диода «методом потенциометра» визуально не так интересна, как проверка светодиодов.

Как мы выяснили в предыдущей лабораторной работе, белые светодиоды на самом деле являются синими светодиодами с желтым люминофором. Тот факт, что его прямое напряжение очень похоже на напряжение синего светодиода, говорит нам о том, что этот конкретный белый светодиод был сделан таким образом.

Помните, как работают люминофорные светодиоды (посередине)? Белый светодиод, изготовленный из люминофора, содержит синий светодиод внизу.

Here’s a table of common LED colors and their (approximate) wavelengths [2]:

Color Wavelength (nm)
Red ~670
Orange ~610
Желтый ~580
Желто-зеленый ~560
Зеленый ~540
Синий ~470

Вы заметили, что светодиоды с большей длиной волны в прямом направлении имеют более низкие напряжения?

Вот удобная формула для определения энергии фотона с определенной длиной волны [3]:

Другими словами:

 

Обратите внимание, как энергия увеличивается с уменьшением длины волны.

Поместив это в приведенную выше таблицу, мы имеем:

Color Wavelength (nm) Photon Energy (eV)
Red ~670 ~1. 9
Orange ~610 ~2.0
Yellow ~580 ~2.1
Yellow-Green ~560 ~2.2
Green ~540 ~2.3
Синий ~470 ~2,6

Это говорит нам, сколько энергии должен потерять электрон, чтобы произвести фотон данной длины волны. Обратите внимание, что единицами измерения являются электрон-вольты (эВ), то есть заряд электрона, умноженный на 1 вольт. У вас может возникнуть соблазн сравнить эти значения с измеренными вами прямыми напряжениями, но они не совсем сопоставимы. Из-за некоторых других эффектов прямое напряжение светодиода, умноженное на заряд электрона, на самом деле меньше энергии фотона! Однако они должны быть как минимум пропорциональны измеренным вами значениям [4].

Если у вас есть спектроскоп или спектрометр, вы можете измерить длину волны ваших светодиодов! Я использовал спектроскоп Eisco PH 0100QA (не аффилированный с ними), недорогой и относительно точный. Обычно вы можете найти их за несколько долларов на многих веб-сайтах, посвященных физике или химии.

Мой спектроскоп. Вы смотрите через маленький конец и указываете большим концом на источник света.

Для спектроскопа Eisco вы смотрите в окуляр и направляете трубку так, чтобы свет, который вы хотите измерить, проходил через щель на другом конце. Вы должны увидеть яркое пятно в правой части поля зрения, где находится числовая шкала. Пиковая длина волны — это место, где пятно наиболее яркое. Эти спектроскопы обычно лучше всего работают в слегка затемненной (не совсем темной) комнате, где достаточно света, чтобы увидеть цифры.

Красный светодиод, если смотреть через спектроскоп. Справа, прямо под числовой шкалой, вы можете видеть, что самое яркое пятно находится где-то между отметками 6 и 6,5, что означает, что это около 620-630 нм. То же самое с зеленым светодиодом. Его самое яркое пятно составляет около 530–540 нм. Яркое пятно синего светодиода составляет около 460–470 нм.

Используя свой спектроскоп, я измерил следующие длины волн для своих светодиодов:

Цвет Длина волны (нм)
Infrared* 940
Red 630
Orange 600
Yellow 585
Yellow-Green 560
Green 530
Синий 465

в любом случае.

Когда вы связываете длину волны с прямым напряжением светодиода, вы получаете этот красивый график:

Я также добавил линию (красную), чтобы показать, какой должна быть расчетная ширина запрещенной зоны светодиода. Обратите внимание, как измеренное мной прямое напряжение постоянно ниже. Скорее всего, это может быть связано с тем, что мой спектроскоп не идеально откалиброван. Это также может указывать на то, что в энергию фотонов может вносить свой вклад не только электрическая потенциальная энергия, но мне потребуются более точные приборы, чтобы быть уверенным.

Wavelength (nm) Forward Voltage (V)
940 1.09
630 1.80
600 1.84
585 1.87
560 1.88
530 2.36
465 2. 65

 

В отличие от лазеров, светодиоды не очень точны. Их длины волн могут немного меняться в зависимости от температуры и тока (что, вероятно, просто нагревает светодиод). Это связано с тем, что более высокие температуры приводят к сужению запрещенной зоны светодиода, уменьшая энергию испускаемых фотонов [5].

Пробовали этот эксперимент? Комментарий ниже с вашими наблюдениями!

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode_physics; http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Electronic/led.html
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Color
  3. http://faculty.sites.uci.edu/chem1l/files/2013/11/RDGLED.pdf; https://en.wikipedia.org/wiki/Photon_energy
  4. https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/11143/111432S/Is-a-glowing-LED-meaningful-to-determine -the-Planks-constant/10.1117/12.2508193.full?webSyncID=9a0ce46e-9e6e-c7a4-9dab-6a0cbad05932&sessionGUID=9ad883c9-d902-bc99-93ce-d268bead49a2; http://electron6.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *