Сопротивление светодиода. Схемы подключения светодиодов: правильные и неправильные варианты

Как правильно подключить светодиод к источнику питания. Какие схемы подключения светодиодов считаются неправильными и почему. Какие схемы являются оптимальными для длительной и надежной работы светодиодов.

Устройство и принцип работы светодиода

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Основные элементы конструкции светодиода:

• Полупроводниковый кристалл с p-n переходом
• Отражатель
• Корпус с линзой
• Выводы (анод и катод)

При подаче прямого напряжения на p-n переход происходит инжекция носителей заряда. При рекомбинации электронов и дырок выделяется энергия в виде фотонов — возникает световое излучение.

Основные характеристики светодиодов

Ключевые параметры светодиодов, которые нужно учитывать при проектировании схем:

• Прямое напряжение (обычно 1.8-3.4 В)
• Максимальный прямой ток (как правило 20-30 мА)
• Яркость свечения (зависит от тока)
• Цвет свечения
• Угол обзора

Прямое напряжение и максимально допустимый ток указываются в документации на конкретную модель светодиода. Превышение этих параметров приводит к выходу светодиода из строя.

Неправильные схемы подключения светодиодов

Рассмотрим наиболее распространенные ошибки при подключении светодиодов:

Подключение без токоограничивающего резистора

Это самая частая и опасная ошибка. При подаче напряжения напрямую на светодиод ток может многократно превысить допустимое значение, что приведет к мгновенному выходу диода из строя.

Параллельное включение нескольких светодиодов

При параллельном подключении нескольких светодиодов к одному резистору ток распределяется между ними неравномерно из-за разброса параметров. Это приводит к разной яркости и преждевременному выходу из строя.

Правильные схемы подключения светодиодов

Оптимальные варианты схем для надежной работы светодиодов:

Подключение через токоограничивающий резистор

Классическая и надежная схема — последовательное включение резистора и светодиода. Сопротивление резистора рассчитывается по закону Ома:

R = (U — Uд) / I

где U — напряжение питания, Uд — падение напряжения на светодиоде, I — требуемый ток.

Последовательное включение нескольких светодиодов

При последовательном соединении через все светодиоды протекает одинаковый ток. Суммарное падение напряжения не должно превышать напряжение питания.

Расчет токоограничивающего резистора

Правильный выбор сопротивления резистора критически важен для работы светодиода. Рассмотрим пример расчета:

1. Напряжение питания U = 12 В
2. Прямое падение напряжения на светодиоде Uд = 2 В
3. Требуемый ток I = 20 мА

Подставляем в формулу:

R = (12 — 2) / 0.02 = 500 Ом

Выбираем ближайшее стандартное значение 510 Ом. Мощность резистора должна быть не менее P = I^2 * R = 0.2 Вт.

Применение драйверов светодиодов

Для питания мощных светодиодов и светодиодных сборок используются специализированные драйверы. Их преимущества:

• Стабилизация тока при изменении напряжения питания
• Защита от перегрузки и короткого замыкания
• Возможность регулировки яркости
• Высокий КПД

Драйверы бывают линейные и импульсные. Импульсные более эффективны, но могут создавать помехи.

Типичные ошибки при работе со светодиодами

Чего следует избегать при проектировании и монтаже светодиодных схем:

• Превышение максимально допустимого тока
• Неправильная полярность подключения
• Использование без теплоотвода для мощных светодиодов
• Последовательное включение светодиодов разных цветов
• Питание от источника с нестабилизированным напряжением

Соблюдение этих простых правил позволит значительно продлить срок службы светодиодов и обеспечить их стабильную работу.

Заключение

Правильное подключение светодиодов — залог их долгой и надежной работы. Ключевые моменты:

• Всегда используйте токоограничивающий резистор
• Не превышайте максимально допустимый ток
• Для мощных светодиодов применяйте драйверы
• Учитывайте особенности последовательного и параллельного включения
• Соблюдайте полярность подключения

При соблюдении этих правил светодиоды прослужат долго, радуя яркостью и надежностью.

Как работают светодиоды и их виды, полярность и расчет резистора

Светодиоды – одни из самых популярных электронных компонентов, использующиеся практически в любой схеме. Словосочетание “помигать светодиодами” часто используется для обозначений первой задачи при проверке жизнеспособности схемы. В этой статье мы узнаем, как работают светодиода, сделаем краткий обзор их видов, а также разберемся с такими практическими вопросами как определение полярности и расчет резистора.

Устройство светодиода

Светодиоды — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

 

Светодиод состоит из нескольких частей: 

• анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл; 
• катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл; 
• отражатель; 
• кристалл полупроводника; 
• рассеиватель.  

Эти элементы есть в любом светодиоде, вне зависимости от его модели.  

Светодиод является низковольтным прибором. Для индикаторных видов напряжение питания должно составлять 2-4 В при токе до 50 мА. Диоды для освещения потребляют такое же напряжение, но их ток выше – достигает 1 Ампер. В модуле суммарное напряжение диодов оказывается равным 12 или 24 В.  

Подключать светодиод нужно с соблюдением полярности, иначе он выйдет из строя.  

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают разных цветов. Получить нужный оттенок можно несколькими способами.  

Первый – покрытие линзы люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.  

RGB технология. Оттенок получается за счет применения в одном кристалле трех светодиодов красного, зеленого и синего цветов. Меняется интенсивность каждого из них, и получается нужное свечение.  

Применение примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны, и из них делается кристалл светодиода.   

Принцип работы светодиодов

Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.  

При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны. 

Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия: 

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

• полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.  

Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.  

Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).  

Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.  

Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.  

Виды светодиодов, классификация

По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды.  Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.  

По типу исполнения выделяют: 

• Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света. Dip светодиоды

   

• Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике.  

• Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам. Smd
   

• Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров.   Cob
• Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды.  Волоконные
• Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп. Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно. Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий. Filament

   

• Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии.  Oled

• В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.  

Светодиоды могут быть:

• мигающими – используются для привлечения внимания;
• многоцветными мигающими;
• трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
• RGB;
• монохромными.

Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.  

Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К). 

По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.  

Полярность светодиодов

Полярность светодиодов

При неправильном включении светодиод может сломаться. Поэтому важно уметь определять полярность источника света.  Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении.  

Полярность моно определить несколькими способами: 

• Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа  SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.  
• При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.  

• При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.  
• По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.  

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

Расчет сопротивления для светодиода

Диод имеет малое внутреннее сопротивление. При подключении его напрямую к блоку питания, элемент перегорит. Чтобы этого не случилось, светодиод подключается к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uled)/I, где R – сопротивление токоограничивающего резистора, U – питание источника; Uled – паспортное значение напряжения для светодиода, I – сила тока. По полученному значению и подбирается мощность резистора.  

Важно правильно рассчитать напряжение. Оно зависит от схемы подключения элементов.  

Можно не производить расчет сопротивления, если использовать в цепи мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разного класса точности. Есть изделия на 10%, 5% и 1 % – это значит, что погрешность варьируется в указанном диапазоне.  

Выбирая токоограничивающий резистор, нужно обратить внимание и на его мощность. почти всегда, если при малом рассеивании тепла устройство будет перегреваться и выйдет из строя. Это приведет к разрыву электрической цепи.  

Когда нужно использовать токоограничивающий резистор: 

• когда вопрос эффективности схемы не является основным – например, индикация; 

• лабораторные исследования. 

В остальных случаях лучше подключать светодиоды через стабилизатор – драйвер, что особенно это актуально в светодиодных лампах. 

Онлайн – сервисы и калькуляторы для расчета резистора:

Как узнать ток и напряжение светодиода

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают множеством особенностей, из которых можно выделить компактность и яркое свечение. Помимо номинального тока, который является их главным параметром, нужно знать рабочее напряжение светодиодов. Этот параметр часто используют для проведения расчетов. Если правильно подобрать параметры устройства, можно продлить срок его службы. Напряжение для светодиода является разницей потенциалов на p-n-переходе, что отмечается в паспортных данных прибора. Бывают случаи, когда нет информации о конкретном изделии, тогда возникает вопрос: «Как определить падение напряжения на светодиоде?».

Определение тока

Для осуществления этого есть несколько методов. Рассмотрим наиболее простой из них. Чтобы определить номинальный ток светодиода, потребуется наличие тестера, называемого мультиметром. Такой метод также применяется для обычных диодов.

Измерение силы тока светодиода

Тестирование проводится следующим образом:

• Щупы мультиметра подключаются плюсовым выводом к аноду, а минусовым к катоду.
• Анодный вывод у светодиода делается длиннее, чем катодный.
• Прозванивать можно светодиоды, у которых небольшое напряжение питания. Если у них большая мощность, применять такой метод нельзя.

Лучше воспользоваться проверенным способом измерения характеристик устройства. Для этого понадобятся:

• блок питания, рассчитанный на 12 В;
• мультиамперметр;
• постоянные резисторы – 2,2 и 1 кОм, а также 560 Ом;
• переменный резистор – 470–680 Ом;
• вольтметр, желательно цифровой;
• провода для коммутации схемы.

Как и в предыдущем случае, потребуется узнать полярность диода. Если по его выводам непонятно, где «+» и «-», тогда придется к одному из выводов подсоединить резистор 2,2 кОм. После этого нужно подключить светодиод к блоку питания. При его свечении нужно отключить питание и промаркировать нужный выход «+».

Теперь нужно заменить резистор 2,2 кОм на 560 Ом. В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор, а также миллиамперметр для проведения замера. Вольтметр, у которого разрешение 0,1 В, подключается параллельно светодиоду. После этого необходимо установить максимальное сопротивление у переменного резистора.

Мультиметр для замера силы тока и напряжения светодиода

Можно подсоединить собранную схему к блоку питания, соблюдая полярность. После включения у светодиода будет блеклое свечение. Сопротивление постепенно снижают и следят за вольтметром. Определенное время напряжение будет расти до 0,5 В, расти будет и ток, что влияет на увеличение яркости светодиода. Необходимо фиксировать показания каждые 0,1 В. Оптимальный рабочий ток будет достигнут, когда величина напряжения станет расти медленнее силы тока, а яркость перестанет увеличиваться.

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

Типы и виды светодиодов

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

Цвет прибора	Напряжение, В
Красный	1,63–2,03
Желтый	2,1–2,18
Зеленый	1,9–4,0
Синий	2,48–3,7
Оранжевый	2,03–2,1
Инфракрасный	до 1,9
Фиолетовый	2,76–4
Белый	3,5
Ультрафиолетовый	3,1–4,4

Примерные характеристики светодиода можно определить по цвету его корпуса и размерам

На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Схема проверки падения напряжения на светодиоде

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

Схемы включения светодиодов

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

Светодиод является прибором токовым, т.е. ток через него должен быть ограничен с помощью резистора. Как рассчитать этот резистор, было уже рассказано, повторяться здесь не будем, но формулу, на всякий случай, приведем еще раз.

Рисунок 1.

Здесь Uпит. – напряжение питания, Uпад. – падение напряжение на светодиоде, R – сопротивление ограничивающего резистора, I – ток через светодиод.

Однако, несмотря на всю теорию, китайская промышленность выпускает всевозможные сувениры, брелоки, зажигалки, в которых светодиод включен без ограничительного резистора: просто две-три дисковых батарейки и один светодиод. В этом случае ток ограничивается внутренним сопротивлением батареи, мощности которой просто не хватает, чтобы спалить светодиод.

Но тут, кроме перегорания, есть и еще одно неприятное свойство – деградация светодиодов, более всего присущее светодиодам белого и синего цветов: через некоторое время яркость свечения становится совсем незначительной, хотя ток через светодиод протекает вполне достаточный, на уровне номинального.

Нельзя сказать, что не светит вовсе, свечение еле заметно, но это уже не фонарик. Если при номинальном токе деградация происходит не ранее, чем через год непрерывного свечения, то при завышенном токе дождаться этого явления можно через полчаса. Такое включение светодиода следует назвать плохим.

Подобную схему можно объяснить лишь стремлением сэкономить на одном резисторе, припое, и трудозатратах, что при массовых масштабах производства, видимо, оправдано. Кроме того, зажигалка или брелок вещь одноразовая, копеечная: кончился газ или села батарейка — сувенир просто выкинули.

Рисунок 2. Схема плохая, но применяется достаточно часто.

Очень интересные вещи получаются (конечно, случайно), если по такой схеме подключить светодиод к блоку питания с выходным напряжением 12В и током не менее 3А: происходит ослепительная вспышка, раздается достаточно громкий хлопок, дымок, и остается удушливый запах. Так и вспоминается вот такая притча: «Можно ли посмотреть на Солнце в телескоп? Да, но только два раза. Один раз левым глазом, другой правым». Кстати, подключение светодиода без ограничительного резистора наиболее распространенная ошибка у начинающих, и о ней хотелось бы предупредить.

Чтобы исправить это положение, продлить срок службы светодиода, схему следовало бы чуточку изменить.

Рисунок 3. Хорошая схема, правильная.

Именно такую схему следует считать хорошей или правильной. Чтобы проверить, правильно ли указан номинал резистора R1, можно воспользоваться формулой, показанной на рисунке 1. Будем считать, что падение напряжения на светодиоде 2В, ток 20мА, напряжение питания 3В обусловлено применением двух пальчиковых батареек.

А вообще не надо стремиться ограничить ток на уровне предельно допустимых 20мА, можно запитать светодиод меньшим током, ну, хотя бы, миллиампер 15…18. При этом произойдет совсем незначительное уменьшение яркости, который глаз человека, в силу особенностей устройства, не заметит совсем, а вот срок службы светодиода намного увеличится.

Еще один пример плохого включения светодиодов можно встретить в различных фонариках, уже более мощных, нежели брелоки и зажигалки. В этом случае некоторое количество светодиодов, иногда достаточно большое, просто включено параллельно, и тоже без ограничительного резистора, в роли которого опять же выступает внутреннее сопротивление батареи. Такие фонарики достаточно часто попадают в ремонт именно по причине выгорания светодиодов.

Рисунок 4. Совсем плохая схема включения.

Казалось бы, исправить положение может схема, показанная на рисунке 5. Всего один резистор, и дело, казалось бы, пошло на поправку.

Рисунок 5. Так уже немного лучше.

Но и такое включение поможет мало. Дело в том, что в природе просто не найти двух одинаковых полупроводниковых приборов. Именно поэтому, например, транзисторы одного типа имеют различный коэффициент усиления, даже если они из одной производственной партии. Тиристоры и симисторы тоже бывают разные. Некоторые открываются легко, а другие настолько тяжко, что от их применения приходится отказаться. То же можно сказать и о светодиодах – двух абсолютно одинаковых, тем более трех или целой кучи, найти просто невозможно.

Замечание на тему. В DataSheet на светодиодную сборку SMD-5050 (три независимых светодиода в одном корпусе) включение, показанное на рисунке 5, не рекомендуется. Мол, из-за разброса параметров отдельных светодиодов, может быть заметна разница в их свечении. А казалось бы, в одном корпусе!

Никакого коэффициента усиления у светодиодов, конечно же, нет, зато есть такой важный параметр, как прямое падение напряжения. И если даже светодиоды взяты из одной технологической партии, из одной упаковки, то двух одинаковых в ней просто не будет. Поэтому ток у всех светодиодов будет разный. Тот светодиод, у которого ток будет больше всех, и рано или поздно превысит номинальный, сгорит раньше всех.

В связи с этим прискорбным событием весь возможный ток пойдет через два оставшихся в живых светодиода, естественно, превышая номинальный. Ведь резистор-то рассчитывался «на троих», на три светодиода. Повышенный ток вызовет и повышенный нагрев кристаллов светодиодов, и тот, который окажется «слабее», тоже сгорает. Последнему светодиоду также не остается ничего иного, как последовать примеру своих товарищей. Такая вот цепная реакция получается.

В данном случае под словом «сгорит» подразумевается просто разрыв цепи. Но может произойти, что в одном из светодиодов получится элементарно короткое замыкание, шунтирующее остальные два светодиода. Естественно, что они обязательно погаснут, хотя и останутся в живых. Резистор при такой неисправности будет усиленно греться и в конце концов, может быть, сгорит.

Чтобы такого не произошло, схему надо немного изменить: для каждого светодиода установить свой резистор, что и показано на рисунке 6.

Рисунок 6. А вот так светодиоды прослужат очень долго.

Здесь все, как требуется, все по правилам схемотехники: ток каждого светодиода будет ограничен своим резистором. В такой схеме токи через светодиоды не зависят друг от друга.

Но и это включение не вызывает особого восторга, поскольку количество резисторов равно количеству светодиодов. А хотелось бы, чтобы светодиодов было побольше, а резисторов поменьше. Как же быть?

Выход из этого положения достаточно простой. Каждый светодиод надо заменить цепочкой последовательно включенных светодиодов, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Параллельное включение гирлянд.

Платой за такое усовершенствование будет увеличение напряжения питания. Если для одного светодиода достаточно всего трех вольт, то даже два светодиода, включенных последовательно, от такого напряжения уже не зажечь. Так какое же напряжение понадобится для включения гирлянды из светодиодов? Или по-другому, сколько светодиодов можно подключить к источнику питания с напряжением, например, 12В?

Замечание. Под названием «гирлянда» здесь и далее следует понимать не только елочное украшение, но также любой осветительный светодиодный прибор, в котором светодиоды соединены последовательно или параллельно. Главное, что светодиод не один. Гирлянда, она и в Африке гирлянда!

Чтобы получить ответ на этот вопрос, достаточно напряжение питания просто разделить на падение напряжения на светодиоде. В большинстве случаев при расчетах это напряжение принимается 2В. Тогда получается 12/2=6. Но не надо забывать, что какая-то часть напряжения должна остаться для гасящего резистора, хотя бы вольта 2.

Получается, что на светодиоды остается только 10В, и количество светодиодов станет 10/2=5. При таком положении дел, чтобы получить ток 20мА, ограничительный резистор должен иметь номинал 2В/20мА=100Ом. Мощность резистора при этом составит P=U*I=2В*20мА=40мВт.

Такой расчет вполне справедлив, если прямое напряжение светодиодов в гирлянде, как было указано, 2В. Именно это значение часто принимается при расчетах, как некоторое среднее. Но на самом деле это напряжение зависит от типа светодиодов, от цвета свечения. Поэтому при расчетах гирлянд следует ориентироваться на тип светодиодов. Падения напряжения для светодиодов разных типов приведены в таблице, показанной на рисунке 8.

Рисунок 8. Падение напряжения на светодиодах разных цветов.

Таким образом, при напряжении источника питания 12В, за вычетом падения напряжения на токоограничивающем резисторе, всего можно подключить 10/3,7=2,7027 белых светодиодов. Но кусочек от светодиода не отрежешь, поэтому подключить возможно только два светодиода. Такой результат получается если из таблицы взять максимальное значение падения напряжения.

Если же в расчет подставить 3В, то совершенно очевидно, что подключить возможно три светодиода. При этом каждый раз придется кропотливо пересчитывать сопротивление ограничительного резистора. Если реальные светодиоды окажутся с падением напряжения 3,7В, а может выше, три светодиода могут и не зажечься. Так что лучше остановиться на двух.

Принципиально не важно, какого цвета будут светодиоды, просто при расчете придется учитывать разные падения напряжений в зависимости от цвета свечения светодиода. Главное, чтобы они были рассчитаны на один ток. Нельзя собрать последовательную гирлянду из светодиодов, часть которых с током 20мА, а другая часть из 10-ти миллиамперных.

Понятно, что при токе 20мА светодиоды с номинальным током 10мА попросту сгорят. Если же ограничить ток на уровне 10мА, то 20-ти миллиамперные засветятся недостаточно ярко, примерно как в выключателе со светодиодом: ночью видно, днем нет.

Чтобы облегчить себе жизнь, радиолюбители разрабатывают различные программы-калькуляторы, облегчающие всевозможные рутинные расчеты. Например, программы для расчета индуктивностей, фильтров различного типа, стабилизаторов тока. Есть такая программа и для расчета светодиодных гирлянд. Скриншот такой программы приведен на рисунке 9.

Рисунок 9. Скриншот программы «Расчет_сопротивления_резистора__Ledz_».

Программа работает без установки в системе, просто ее надо скачать и пользоваться. Все настолько просто и понятно, что никаких пояснений к скриншоту совсем не требуется. Естественно, что все светодиоды должны быть одного цвета и с одинаковым током.

Ограничительные резисторы это, конечно, хорошо. Но только тогда, когда известно, что вот эта гирлянда будет питаться от стабилизированного источника постоянного напряжения 12В, и ток через светодиоды не превысит расчетного значения. А как быть, если просто нет источника с напряжением 12В?

Такая ситуация может возникнуть, например, в грузовом автомобиле с напряжением бортовой сети 24В. Выйти из такой кризисной ситуации поможет стабилизатор тока, например, «SSC0018 — Регулируемый стабилизатор тока 20..600мА». Его внешний вид показан на рисунке 10.

Рисунок 10. Регулируемый стабилизатор тока SSC0018

Технические характеристики стабилизатора показаны на рисунке 11.

Рисунок 11. Технические характеристики стабилизатора тока SSC0018

Изначально стабилизатор тока SSC0018 был разработан для применения в светодиодных светильниках, но может также применяться для зарядки малогабаритных аккумуляторов. Пользоваться устройством SSC0018 достаточно просто.

Сопротивление нагрузки на выходе стабилизатора тока может быть нулевым, попросту можно замкнуть накоротко выходные клеммы. Ведь стабилизаторы и источники тока не боятся коротких замыканий. При этом ток на выходе будет номинальным. Уж если установили 20мА, то столько и будет.

Из сказанного можно сделать вывод, что к выходу стабилизатора тока можно «напрямую» подключить миллиамперметр постоянного тока. Начинать такое подключение следует с самого большого предела измерений, ведь какой там отрегулирован ток никому не известно. Далее простым вращением подстроечного резистора установить требуемый ток. При этом, конечно, не забыть подключить стабилизатор тока SSC0018 к блоку питания. На рисунке 12 показана схема включения SSC0018 для питания светодиодов, соединенных параллельно.

Рисунок 12. Подключение для питания светодиодов, соединенных параллельно

Здесь все понятно из схемы. Для четырех светодиодов с током потребления 20мА на каждый на выходе стабилизатора надо выставить ток 80мА. При этом на входе стабилизатора SSC0018 потребуется напряжение чуть большее, чем падение напряжения на одном светодиоде, о чем было сказано выше. Конечно, подойдет и большее напряжение, но это приведет только к дополнительному нагреву микросхемы стабилизатора.

Замечание. Если для ограничения тока с помощью резистора напряжение источника питания должно превышать общее напряжение на светодиодах незначительно, всего вольта на два, то для нормальной работы стабилизатора тока SSC0018 это превышение должно быть несколько выше. Никак не меньше, чем 3…4В, иначе попросту не откроется регулирующий элемент стабилизатора.

На рисунке 13 показано подключение стабилизатора SSC0018 при использовании гирлянды из нескольких последовательно соединенных светодиодов.

Рисунок 13. Питание последовательной гирлянды через стабилизатор SSC0018

Рисунок взят из технической документации, поэтому попробуем рассчитать количество светодиодов в гирлянде и постоянное напряжение, потребное от блока питания.

Указанный на схеме ток, 350мА, позволяет сделать вывод, что гирлянда собрана из мощных белых светодиодов, ведь как было сказано чуть выше, основное назначение стабилизатора SSC0018 это источники освещения. Падение напряжения на белом светодиоде находится в пределах 3…3,7В. Для расчета следует взять максимальное значение 3,7В.

Максимальное входное напряжение стабилизатора SSC0018 составляет 50В. Вычитаем из этого значения 5В, необходимых для работы самого стабилизатора, остается 45В. Этим напряжением можно «засветить» 45/3,7=12,1621621… светодиодов. Очевидно, что это надо округлить до 12.

Количество светодиодов может быть и меньше. Тогда входное напряжение придется уменьшить (при этом выходной ток не изменится, так и останется 350мА как был отрегулирован), зачем на 3 светодиода, пусть даже мощных, подавать 50В? Такое издевательство может закончиться плачевно, ведь мощные светодиоды отнюдь недешевы. Какое потребуется напряжение для подключения трех мощных светодиодов желающие, а они всегда найдутся, могут посчитать сами.

Регулируемый стабилизатор тока SSC0018 устройство достаточно хорошее. Но весь вопрос в том, всегда ли оно нужно? Да и цена девайса несколько смущает. Каков же может быть выход из создавшегося положения? Все очень просто. Прекрасный стабилизатор тока получается из интегральных стабилизаторов напряжения, например, серии 78XX или LM317.

Для создания такого стабилизатора тока на базе стабилизатора напряжения потребуется всего 2 детали. Собственно сам стабилизатор и один единственный резистор, сопротивление и мощность которого поможет рассчитать программа StabDesign, скриншот которой показан на рисунке 14.

Рисунок 14. Расчет стабилизатора тока с помощью программы StabDesign.

Особых пояснений программа не требует. В выпадающем меню Type выбирается тип стабилизатора, в строке Iн задается требуемый ток и нажимается кнопочка Calculate. В результате получается сопротивление резистора R1 и его мощность. На рисунке расчет проведен для тока 20мА. Это для случая, когда светодиоды соединены последовательно. Для параллельного соединения ток подсчитывается так же, как показано на рисунке 12.

Светодиодная гирлянда подключается вместо резистора Rн, символизирующего нагрузку стабилизатора тока. Возможно даже подключение всего одного светодиода. При этом катод подключается к общему проводу, а анод к резистору R1.

Входное напряжение рассмотренного стабилизатора тока находится в пределах 15…39В, поскольку применен стабилизатор 7812 с напряжением стабилизации 12В.

Ранее ЭлектроВести писали, что в городе Эссен (Германия) возле городской филармонии и театра Аалто установили 15 интеллектуальных уличных фонарей, которые позволят подзарядить автомобиль, а также предоставлять данные о качестве окружающего воздуха и доступ в Интернет.

По материалам: electrik.info.

Какое сопротивление на светодиод на 12 вольт

Итак! Что мы имеем!

Бортовая сеть легкового авто – 12-14,5 Вольта. В зависимости заглушён двиратель или заведён.

Типичный светодиод с характеристиками: (напряжение падения 3,2 Вольта и ток 20мА = 0,02Ампера)

«Падение напряжения» и «рабочий ток» — это основные характеристики светодиода. Питается светодиод током – это ВАЖНО! Напряжение он возьмёт столько, сколько ему надо, а вот ток нужно ограничить. Падение напряжения типичного белого светодиода – 3,2 Вольта. Но у светодиодов разных цветов оно отличается для желтых и красных светодиодов — 2 — 2,5 Вольта.; для синих, зеленых, белых — 3-3,8 Вольта. Так что при выборе цвета светодиода учитывайте его падение напряжения. Ток маломощных светодиодов, как правило, не более 20мА

Что такое падение напряжения? Если мы подключим наш белый светодиод падение напряжения, которого — 3,2 Вольта, а рабочий ток 20мА=0,02 Ампера к источнику 12 Вольт, то этот светодиод съест 3,2 Вольта. Напряжение после этого светодиода снизится (упадёт) на 3,2 Вольта. 12-3,2=8,8. Но не забываем – что светодиод питается током а не напряжением т.е. сколько тока дадите — столько он через себя пропустит, а ток нужно задать. Как понять задать?! Задать – значит ограничить. Ограничить ток можно резистором, либо запитать светодиод через драйвер. Давайте рассмотрим на примерах как рассчитать и подключить светодиод к источнику воображаемой бортовой сети автомобиля, напряжение которой колеблется от 12 до 14,5 Вольт. Что бы наш светодиод не сгорел при длительном включении — рассчитывать мы будем исходя того, что в нашем автомобиле 14,5 Вольт а не 12,5 Вольта. Светодиод в этом случае будет светить менее ярко, но зато дольше прослужит. В одном из пунктов этой статьи мы рассмотрим как подключить светодиод или цепочки из светодиодов через микросхему-стабилизатор напряжения. Такой способ подключения — сохранит яркость светодиодов при изменении оборотов двигателя.

Сперва делаем расчёты. Вычитаем из имеющегося исходного напряжения 14,5 Вольта напряжение питания светодиода (3,2 Вольта). 14,5В — 3,2В =11,3В Получаем 11,3 Вольта. Вот на эти оставшиеся 11,3 Вольта нужно задать ток 20мА — что бы светодиод не сгорел. Далее нам в помощь Закон Ома для участка электрической цепи, то есть для вашего светодиода и резистора. R=U/I . Где R — сопротивление резистора, U — напряжение, которое нужно погасить, I — ток в цепи. То есть, чтобы получить сопротивление гасящего резистора, нужно разделить напряжение, которое нужно погасить, на ток, который нужно получить. Ток в формулу подставляется в амперах, в одном ампере 1000 миллиампер, то есть в нашем случае 20 мА — 0,02 А. Пользуясь формулой вычисляем. R = 11,3 / 0,02. Получаем 565 Ом. Итак, нам нужен резистор номиналом 565 Ом. Самый ближайший по номиналу, который вы сможете найти в радиомагазине будет 560 Ом. Мощность резистора желательно взять 0,25Вт. Этот резистор мы подключаем последовательно к светодиоду причём не важно к АНОДУ(плюсовому) или КАТОДУ(минусовому) выводу — главное что бы на АНОД вы подали плюс, а на КАТОД минус. Так сказать — соблюдали полярность. И наш резистор благополучно рассеет лишний ток в тепло. Резистор рекомендуется припаивать непосредственно к светодиоду.

Впервые светодиоды начались использоваться в начале 60-х годов. С того времени произошло видоизменений. Светодиоды имеют массу преимуществ, таких как:

1. Низкое потребление;
2. Длительный срок службы;
3. Прочность;
4. Широкий выбор спектра света;
5. Могут работать от низкого напряжения;
6. Являются пожаробезопасными.

Потому как светодиодам для работы нужен только источник постоянного тока, следует производить монтаж с правильной полярностью. Когда диоды подключены неверно, функционировать они не будут. Чтобы их работа происходила правильно важно знать, как подключить светодиод.

Понимание плюса и минуса

Определяется полярность несколькими методами:

В старых моделях, в которых имеются длинные ножки, всё довольно просто. Ножка длиннее имеет полярность плюс (анод), что короче – минус (катод). Также на головке есть срез, который показывает расположение полярностей.

Если посмотреть внутрь диода, то контакт, который выглядит как флажок – это минусовой, тонкий будет плюсом.

Проверить можно посредством мультиметра. Чтобы это сделать, следует настроить его для «прозвона». С помощью щупов следует дотронуться к контактам. Когда он начнёт светиться – значит на красном контакте +, а на чёрном -.

Осуществление питания

Наиболее важным фактором при выборе питания выступают следующие значения: токовая сила и падение напряжения. Почти все они имеют расчет на токовую силу 20 миллиампер, однако, присутствуют модели, имеющие сразу 4 кристаллика, поэтому он должен быть рассчитан на силу тока в четыре раза больше. Также диод имеет свою допускаемую величину напряжения Umax, при прямом включении и Umaxобр, при обратном. Когда подаётся более высокое напряжение, происходит пробой, после чего кристаллы больше не функционируют. Есть также минимум напряжения, которого хватит для питания Umin, его хватит для работы светодиода. Эти минимальные и максимальные пределы значений называются зоной работы. В зоне работы и должна осуществляться работа светодиода. При неправильном расчете, светодиод просто перегорит.

На каждом светодиоде указывается определённое напряжение, маркировка расположена на упаковке. Важно знать, что это указано возможное падения напряжение, а не рабочее напряжение. Это нужно знать для того, чтобы высчитывать сопротивление резистора, задача которого ограничить ток. Для каждого отдельно взятого светодиода одного номинала, требуемое напряжение может отличаться. Важно для подключения следить за током, а не напряжением.

Данные источники света в своём большинстве потребляют номинальное напряжение 2 – 3 вольт. Противопоказано подключать их прямиком к 12 вольтам, без использования ограничительного резистора. Во многих случаях для экономии используют прямую схему подключения светодиода к батарейке, без использования резистора, но такой источник света прослужит очень недолго. Для сверх ярких светодиодов резисторы не используются, так как для них сделаны драйвера, которые могут ограничивать ток. Это наиболее современный вариант светодиодов.

Как рассчитать резистор

Есть формула расчета сопротивления резистора:

Величина сопротивления подразумевается R.

Напряжение питания Uпит.

Падающее напряжение Uпад.

Протекающий ток – I.

Постоянная величина коэффициента надёжности диода – 0.75.

Для примера рассмотрено подключение к 12 вольтному аккумулятору. Тогда будет:

• Uпит – 12 вольта, что подразумевает аккумуляторное напряжение).
• Uпад – 2.2 вольт, которым выступает напряжение для питания светодиода).
• I – 0.01 ампер, показывает ток диода.

По данным цифрам можно произвести подсчёт по формуле, которая покажет, что получилась цифра 1.306. Так как у резисторов имеется определённый шаг, то подойдёт — 1.3 кОм.

Дальнейшей задачей будет вычисление требуемого минимума на мощность резистора. Нужно понимать точную цифру проходящего тока, потому что она может не соответствовать вышеуказанному. Вычисление можно произвести по такой формуле:

I = U / (Rрез.+ Rсвет)

Сопротивление, которым обладает диод:

Rсвет=Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом,

что говорит о том, что подсчитанный фактический ток будет:

I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А.

Для понимания фактического падения напряжения нужно посчитать:

Uпад.свет = Rсвет * I = 220 * 0,007 = 1,54 В

Далее, вычисление мощности:

P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт.

Мощность лучше брать с небольшим запасом. Сейчас будет в самый раз 0.125 Вт.

При подключении 1 светодиода к аккумулятору 12 вольт потребуется в сети резистор, который обладает сопротивлением 1.3 кОм и мощностью 0.125 Вт.

Подключение к сети 220 В

Для светодиодов, требующих ток от сети 220 В, важно знать важнейший пункт характеристики светодиода. Особенно это касается вопросов по теме, как подключить мощный светодиод. Характеристика состоит в наиболее допускаемой величине обратного напряжения. Во многих случаях оно составляет 20 В. Когда поступает сетевое питание, при обратной полярности (переменный ток) на него придёт полная амплитуда напряжения 315 В. Такое напряжение получилось потому что амплитудное напряжение почти в полтора раза выше действующего. Для работоспособности светодиодов помимо резистора, следует установить светодиод посредством последовательного подключения, который не позволит обратному напряжению пробить его.

Следующий вариант подключения от 220 В подразумевает расстановку двух диодов встречно-параллельно.

Подобный способ, где предусмотрено использование резистора – не считается правильным подключением. При использовании резистора 24 кОм, энергия рассеивания, будет приблизительно 3 Вт. А при подключении диода последовательно, можно уменьшить её в 2 раза. На обратное напряжение светодиод должен иметь напряжение не меньшее 400 В. Когда включаются 2 встречных светодиода, есть возможность вставки двух резисторов на два вата, чтобы сопротивление на каждом получилось в 2 раза меньше.

Важно понимать, что используя резистор с большим сопротивлением, к примеру, 200 кОм, есть возможность включения и без защитного диода. Так происходит, потому что обратный ток будет довольно слабым для повреждения диода. В этом варианте будет хуже яркость, но для некоторых целей, таких как подсветка, вполне хватит.

Так как сетевой ток переменный, имеется возможность включить в цепь конденсатор взамен резистора. Если сравнивать с ограничительным резистором, конденсатор не нагревается. Чтобы конденсатор мог пропускать переменный ток, сквозь него должно пройти оба полупериода сети. Так как светодиод может проводить ток лишь к одной из сторон, нужно поставить другой светодиод или диод встречно-параллельно. Это позволит пропустить второй полупериод.

Важно знать, что когда схема отключена от сети, конденсатор содержит в себе определённое напряжение, которое может равняться 315 В. Чтобы не произошел случайный удар током, следует провести установку разрядного резистора большего номинала, расположив его параллельно конденсатору. Запас мощности на конденсаторе служи для того, чтобы при обычной работе ток был незначительным и не вызывал нагрева. Чтобы обеспечить защиту от импульсных зарядных токов ставится низкоомный резистор, который будет являться предохранителем.

Мощность конденсатора должна быть от 400 В и выше. Есть варианты для цепей с переменным током напряжения, подойдут от 250 В и выше. Если требуется запустить несколько светодиодов, следует использовать последовательное соединение.

Когда происходит монтаж светодиодного освещения, расчёт диода должен происходить на ток, что будет не меньше, чем ток, проходящий сквозь светодиод. С обратным напряжением расчет должен быть таким, чтобы оно было не меньше, чем общее слагаемого напряжения на светодиодах. Используя данные рекомендации можно понять как правильно подключить светодиод.

Варианты подключений от 12 В

От 12 В подключать можно несколькими способами. Источником питания 12 В может использоваться аккумулятор. В этом примере производится подключение 3-х светодиодов.

Есть вариант подключить все через свой резистор, который выполнит функцию ограничения тока.

Другим вариантом будет включение всех светодиодов параллельным подключением, устанавливая 1 резистор, что рассчитан на тройной ток. Однако минус будет в разбросе параметров со светодиодами единого типа. Соответственно светодиод, что обладает самым слабым внутренним сопротивлением, первым пропустит повышенные токи и перегорит. После чего остальные сгорят тоже потому что ток для них будет очень сильный. В итоге приходится, как и в предыдущем варианте, устанавливать для каждого светодиода резистор.

Однако имеется альтернатива этому варианту. Можно сделать соединение последовательно, используя лишь один резистор. Так ток будет проходить сквозь каждый светодиод равномерно. Важно чтобы источник питания не имел напряжение выше сумм падения на каждом светодиоде. Далее важно правильно выбрать резистор ограничивающий ток и такой монтаж светодиодной подсветки способен работать длительный срок.

Вывод и видео

Для подключения светодиодов требуется обладать минимальным уровнем теоретических знаний, а также уметь паять. Если минимальные навыки и знания как правильно подключить светодиод присутствуют, то трудностей это не вызовет. Если есть сомнения, то вопрос как подключить светодиод, лучше доверить специалистам. Наиболее простой вариант, это установка светодиодных светильников, выполнить который можно без проблем самостоятельно.

Светодиоды уже давно используются в различных сферах жизни и деятельности людей. Благодаря своим качествам и техническим характеристикам, они приобрели широкую популярность. На основе этих источников света создаются оригинальные светотехнические конструкции. Поэтому у многих потребителей до воль но часто возникает вопрос, как подключить светодиод к 12 воль там. Данная тема очень актуальна, поскольку такое подключение имеет принципиальные отличия от других типов ламп. Следует учитывать, что для работы светодиодов используется только постоянный ток. Большое значение имеет соблюдение полярности при подключении, в противном случае, светодиоды просто не будут работать.

Особенности подключения светодиодов

В большинстве случаев для подключаемых светодиодов требуется ограничение тока с помощью резисторов. Но, иногда вполне возможно обойтись и без них. Например, фонарики, брелоки и другие сувениры со светодиодными лампочками питаются от батареек, подключенных напрямую. В этих случаях ограничение тока происходит за счет внутреннего сопротивления батареи. Ее мощность настолько мала, что ее попросту не хватит, чтобы сжечь осветительные элементы.

Однако при некорректном подключении эти источники света очень быстро перегорают. Наблюдается стремительное падение яркости свечения, когда на них начинает действовать нормальный ток. Светодиод продолжает светиться, но в полном объеме выполнять свои функции он уже не может. Такие ситуации возникают, когда отсутствует ограничивающий резистор. При подаче питания светильник выходит из строя буквально за несколько минут.

Одним из вариантов некорректного подключения в сеть на 12 воль т является увеличение количества светодиодов в схемах более мощных и сложных устройств. В этом случае они соединяются последовательно, в расчете на сопротивление батарейки. Однако при перегорании одной или нескольких лампочек, все устройство выходит из строя.

Существует несколько способов, как подключить светодиоды на 12 воль т схема которых позволяет избежать поломок. Можно подключить один резистор, хотя это и не гарантирует стабильную работу устройства. Это связано с существенными различиями полупроводниковых приборов, несмотря на то, что они могут быть из одной партии. Они обладают собственными техническими характеристиками, отличаются по току и напряжению. При превышении током номинального значения один из светодиодов может перегореть, после этого остальные лампочки также очень быстро выйдут из строя.

В другом случае предлагается соединить каждый светодиод с отдельным резистором. Получается своеобразный стабилитрон, обеспечивающий корректную работу, поскольку токи приобретают независимость. Однако данная схема получается слишком громоздкой и чрезмерно загруженной дополнительными элементами. В большинстве случаев ничего не остается, как подключить светодиоды к 12 воль там последовательно. При таком подключении схема становится максимально компактной и очень эффективной. Для ее стабильной работы следует заранее позаботиться об увеличении питающего напряжения.

Определение полярности светодиода

Чтобы решить вопрос, как подключить светодиоды в цепь 12 воль т, необходимо определить полярность каждого из них. Для определения полярности светодиодов существует несколько способов. Стандартная лампочка имеет одну длинную ножку, которая считается анодом, то есть, плюсом. Короткая ножка является катодом – отрицательным контактом со знаком минус. Пластиковое основание или головка имеет срез, указывающий на место расположения катода – минуса.

В другом способе необходимо внимательно посмотреть внутрь стеклянной колбочки светодиода. Можно легко разглядеть тонкий контакт, который является плюсом, и контакт в форме флажка, который, соответственно, будет минусом. При наличии мультиметра можно легко определить полярность. Нужно выполнить установку центрального переключателя в режим прозвонки, а щупами прикоснуться к контактам. Если красный щуп соприкоснулся с плюсом, светодиод должен загореться. Значит черный щуп будет прижат к минусу.

Тем не менее, при кратковременном неправильном подключении лампочек с нарушением полярности, с ними не произойдет ничего плохого. Каждый светодиод способен работать только в одну сторону и выход из строя может случиться только в случае повышения напряжения. Значение номинального напряжения для отдельно взятого светодиода составляет от 2,2 до 3 воль т, в зависимости от цвета. При подключении светодиодных лент и модулей, работающих от 12 воль т и выше, в схему обязательно добавляются резисторы.

Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 воль т

Отдельный светодиод невозможно напрямую подключить к источнику питания на 12 В поскольку он сразу же сгорит. Необходимо использование ограничительного резистора, параметры которого рассчитываются по формуле: R= (Uпит-Uпад)/0,75I, в которой R является сопротивлением резистора, Uпит и Uпад – питающее и падающее напряжения, I – ток, проходящий по цепи, 0,75 – коэффициент надежности светодиода, являющийся постоянной величиной.

В качестве примера можно взять схему, используемую при подключение светодиодов на 12 воль т в авто к аккумулятору. Исходные данные будут выглядеть следующим образом:

• Uпит = 12В – напряжение в автомобильном аккумуляторе;
• Uпад = 2,2В – питающее напряжение светодиода;
• I = 10 мА или 0,01А – ток отдельного светодиода.

В соответствии с формулой, приведенной выше, значение сопротивления будет следующим: R = (12 – 2,2)/0,75 х 0,01 = 1306 Ом или 1,306 кОм. Таким образом, ближе всего будет стандартная величина резистора в 1,3 кОм. Кроме того, потребуется расчет минимальной мощности резистора. Данные расчеты используются и при решении вопроса, как подключить мощный светодиод к 12 воль там. Предварительно определяется величина фактического тока, которая может не совпадать со значением, указанным выше. Для этого используется еще одна формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет), в которой Rсвет является сопротивлением светодиода и определяется как Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в цепи составит: I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А.

В результате, фактическое падение напряжения светодиода будет равно: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54 В. Окончательно значение мощности будет выглядеть так: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт). Для практического подключения значение мощности рекомендуется немного увеличить, например, до 0,125 Вт. Благодаря этим расчетам, удается легко подключить светодиод к аккумулятору 12 воль т. Таким образом, для правильного подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору на 12В, в цепи дополнительно понадобится резистор на 1,3 кОм, мощность которого составляет 0,125Вт, соединяющийся с любым контактом светодиода.

Расчет подключения светодиода к сети 220В осуществляется по такой же схеме, что и для 12В. В качестве примера берется такой же светодиод с током 10 мА и напряжением 2,2В. Поскольку в сети используется переменный ток напряжением 220В, расчет резистора будет выглядеть следующим образом: R = (Uпит.-Uпад.) / (I х 0,75). Вставив в формулу все необходимые данные, получаем реальное значение сопротивления: R = (220 — 2.2) / (0,01 х 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм. Ближайший стандартный номинал резистора – 30 кОм.

Далее выполняется расчет мощности. Вначале определяется значение фактического тока потребления: I = U / (Rрез.+ Rсвет). Сопротивление светодиода рассчитывается по формуле: Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в электрической цепи будет составлять: I = 220 / (30000 + 220) = 0,007А. В результате, реальное падение напряжение на светодиоде будет следующим: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54В.

Для определения мощности резистора используется формула: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59Вт. Значение мощности следует увеличить до стандартного, составляющего 2Вт. Таким образом, чтобы подключить один светодиод к сети с напряжением 220В понадобится резистор на 30 кОм с мощностью 2Вт.

Однако в сети протекает переменный ток и горение лампочки будет происходить лишь в одной полуфазе. Светильник будет выдавать быстрый мигающий свет, с частотой 25 вспышек в секунду. Для человеческого глаза это совершенно незаметно и воспринимается как постоянное свечение. В такой ситуации возможны обратные пробои, которые могут привести к преждевременному выходу из строя источника света. Чтобы избежать этого, выполняется установка обратно направленного диода, обеспечивающего баланс во всей сети.

Ошибки при подключении

Требуется ли для светодиодов резистор ограничения тока, если прямое напряжение и напряжение питания равны?

Нет, это не правильно, хотя бы потому, что ни светодиод, ни блок питания не имеют напряжения 3,3 В. Источник питания может быть 3,28 В, а напряжение светодиода 3,32 В, и тогда простой расчет для последовательного резистора больше не выполняется.

Модель светодиода представляет собой не просто постоянное падение напряжения, а скорее постоянное напряжение последовательно с резистором внутреннего сопротивления. Поскольку у меня нет данных для вашего светодиода, давайте рассмотрим эту характеристику для другого светодиода Kingbright KP-2012EC LED:

Для токов выше 10 мА кривая прямая, а наклон является обратным внутреннему сопротивлению. При 20 мА прямое напряжение составляет 2 В, при 10 мА это 1,95 В. Тогда внутреннее сопротивление

.RINT=V1−V2I1−I2=2V−1.95V20 м -10mA=5ΩRINT=V1-V2я1-я2знак равно2В-1,95В20мA-10мAзнак равно5Ω

Собственное напряжение

ВяNT= V1- я1× RяNT= 2 В- 20 м × 5 Ω = 1,9 В,ВяNTзнак равноВ1-я1×ряNTзнак равно2В-20мA×5Ωзнак равно1,9В,

Предположим, что у нас есть источник питания 2 В, тогда проблема немного похожа на оригинальную, где у нас было 3,3 В для питания и светодиода. Если мы подключим светодиод через резистор 0 (в конце концов, оба напряжения равны!), Мы получим ток светодиода 20 мА. Если напряжение источника питания изменится на 2,05 В, то есть на 50 мВ, то ток светодиода будет ΩΩ

яL ED= 2,05 В- 1,9 В5 Ом= 30 м .яLЕDзнак равно2,05В-1,9В5Ωзнак равно30мA,

Таким образом, небольшое изменение напряжения приведет к значительному изменению тока. Это показывает крутизна графика и низкое внутреннее сопротивление. Вот почему вам нужно внешнее сопротивление, которое намного выше, чтобы лучше контролировать ток. Конечно, падение напряжения на 10 мВ, скажем, на 100 дает только 100 мкА , что будет едва заметно. Поэтому также требуется более высокая разность напряжений. ΩΩμμ

Вам всегда нужно достаточно большое падение напряжения на резисторе, чтобы иметь более или менее постоянный ток светодиода.

Как проверить светодиод мультиметром — все возможные способы

В современной осветительной технике достаточно часто применяются светодиоды (led). Как известно, они гораздо надежнее обычных лампочек, но все же иногда могут выходить из строя. Для того, чтобы проверить светодиод на работоспособность применяется несколько методов. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Способы проверки

Светодиод, имеет свои электрические параметры, это максимальный рабочий ток, а так же  прямое падение напряжения. Значение первого параметра производители указывают для каждого изделия индивидуально, а второго составляет 1.8 – 2.2 вольта для оранжевых, желтых и красных диодов. Для белых, зеленых и синих 3 – 3.6 вольта.  Проверить эти значения параметров при наличии мультиметра, не составит труда.

Еще один способ проверить led диод на работоспособность, это подать на него питание от нескольких параллельно подключенных пальчиковых батареек или одной батарейки крона. На основе этого способа можно самостоятельно изготовить универсальный тестер для светодиодов, при помощи подручных элементов. Подробный процесс определения работоспособности показан в видео.

Определить неисправный светодиод, можно используя в качестве источника тока для проверки, старые зарядные устройства от мобильных телефонов. Для этого необходимо отрезать штекер подключения к телефону, и зачистить провода. Красный провод, это плюс, его нужно прижать к аноду, черный — минус, его подключают на катод. Если напряжения источника питания достаточно, то он должен загореться.

Для проверки некоторых диодов, напряжения от зарядки телефона может быть недостаточно, тогда можно попробовать проверить с помощью более мощного устройства, например зарядки от фонарика. Таким способом вполне можно проверить на работоспособность диоды в led лампе. Как это сделать, смотрите видео.

Проверка мультиметром

Мультиметр — это универсальный измерительный прибор. С его помощью можно измерить основные параметры практически любого электронного изделия и не только. Для проверки светодиода, потребуется мультиметр в котором есть режим «прозвонки», или его еще называют режимом проверки диодов. Обозначение режима проверки диодов на мультиметре показано на изображении ниже.

Для того чтобы проверить светодиод при помощи мультиметра, нужно установить переключатель прибора в положение соответствующее режиму «прозвонки» и подключить его контакты к щупам тестера.

В процессе подключения необходимо учитывать полярность диода. Анод, следует подключить к красному щупу, а катод к черному. В случаях, когда нет информации какой электрод анод, а какой катод, можно перепутать полярность – это ничего страшного, со светодиодом ничего не произойдет. При неправильном подключении, мультиметр не изменит своих изначальных показаний. При правильном подключении, светодиод должен загореться.

Есть один нюанс, ток «прозвонки» достаточно низкий для нормальной работы светодиода, и стоит приглушить освещение, для того чтобы увидеть как он светится. Если нет возможности этого сделать, можно ориентироваться на показания измерительного прибора. Как правило, если светодиод рабочий, то мультиметр покажет значение отличное от единицы.

Второй вариант — проверить светодиод тестером, это воспользоваться блоком PNP. Данный разъем предназначенный для проверки диодов, позволяет включить светодиод на мощность, достаточную для визуального определения его работоспособности. Анод подключается в разъем, обозначенный буквой Е (эмиттер), а катод диода в разъем колодки, обозначенный буквой С (коллектор).

Светодиод должен гореть при включении мультиметра в не зависимости от режима выбранного регулятором.

Данный способ позволяет проверить даже достаточно мощные светодиоды. Его неудобство в том, что, диоды обязательно нужно выпаивать. Для проверки мультиметром не выпаивая, необходимо изготовить переходники для щупов.

Существует вариант проверки светодиода методом измерения сопротивления, но для этого необходимо знать его характеристики, что достаточно не практично.

Если у вас нет мультиметра, то обязательно обзаведитесь им, многофункциональный, надежный и по хорошей цене лучше всего купить на Алиэкспресс. Для проверки светодиодов, его будет больше, чем достаточно. В нашей редакции мы пользуемся именно таким, правда у нас есть еще один, по дороже, он работает быстрее и функционал у него расширенный, и комплектация богатая. Купить мультиметр с Алиэкспресс для продвинутых.

Как проверить не выпаивая

Для того чтобы подключить щупы мультиметра к разъемам в колодке PNP, нужно припаять на них небольшие фрагменты, обычной канцелярской скрепки. Между проводами, на которые припаяны скрепки, для изоляции можно установить небольшую текстолитовую прокладку и замотать изолентой. Таким образом, получим простой по конструкции и надежный переходник, для подключения щупов.

Далее необходимо подключить щупы к ножкам светодиода, не выпаивая его из схемы изделия. Вместо тестера, для проверки led диода можно использовать одну батарейку крона, или несколько пальчиковых батареек. Подключение проводится аналогично, просто вместо переходника, для подключения к выходам батарейки щупов, можно использовать небольшие зажимы «крокодильчики».

Рассмотрим на конкретном примере, как проверить led, не выпаивая из схемы.

Как проверить светодиоды в фонарике

Для проверки необходимо разобрать фонарик и вынуть плату, на которой они установлены. Проверка происходит с помощью тестера со щупами, подключенными на PNP разъем. Светодиоды можно не выпаивать, а подключать контакты щупа на них прямо на плате, при этом необходимо помнить о соблюдении полярности.

Определить пробитый светодиод, можно и при помощи измерения сопротивления в схеме подключения. Например, если светодиоды в фонарике подключены параллельно, измерив сопротивление и получив результат близкий к нулю на любом из них, можно быть уверенным, что, по крайней мере, один из них точно неисправен. После этого можно приступать к проверке каждого из светодиодов методами описанными выше.

Проверка светодиодов не сложный процесс, и любой, кто имеет несколько рабочих батареек и пару проводов, может проверить и определить его неисправность в том или ином приборе.

потребление тока, напряжение, мощность и светоотдача

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Времена, когда светодиоды использовали только в качестве индикаторов включения приборов, давно прошли. Современные светодиодные приборы могут полностью взаимозаменить лампы накаливания в бытовых, промышленных и уличных светильниках. Этому способствуют различные характеристики светодиодов, зная которые можно правильно подобрать LED-аналог. Использование светодиодов, учитывая их основные параметры, открывает обилие возможностей в сфере освещения.

Основой светодиода является искусственный полупроводниковый кристаллик

Какие бывают светодиоды

Светодиод (обозначается СД, СИД, LED в англ.) представляет собой прибор, в основе которого лежит искусственный полупроводниковый кристаллик. При пропускании через него электротока создается явление испускания фотонов, что приводит к свечению. Данное свечение имеет очень узкий диапазон спектра, и цвет его находится в зависимости от материала полупроводника.

Светодиоды вполне могут заменить обычные лампы накаливания

Светодиоды с красным и желтым свечением производят из неорганических полупроводниковых материалов на базе арсенида галлия, зеленые и синие изготавливают на основе индия-галлия-нитрида. Чтобы увеличить яркость светового потока используют различные присадки или применяют метод многослойности, когда слой чистого нитрида алюминия размещают между полупроводниками. В результате образования в одном кристаллике нескольких электронно-дырочных (p-n) переходов, яркость его свечения возрастает.

Различают два типа светодиодов: для индикации и освещения. Первые используют для индикации включения в сеть различных приборов, а также как источники декоративной подсветки. Они представляют собой цветные диоды, помещенные в просвечивающийся корпус, каждый из них имеет четыре вывода. Приборы, излучающие инфракрасный свет, используют в устройствах для удаленного управления приборами (пульт ДУ).

В области освещения используют светодиоды, излучающие белый свет. По цвету различают светодиоды с холодным белым, нейтральным белым и теплым белым свечением. Существует классификация применяемых для освещения светодиодов по способу монтажа. Маркировка светодиода SMD означает, что прибор состоит из алюминиевой или медной подложки, на которой размещен кристаллик диода. Сама подложка располагается в корпусе, контакты которого соединены с контактами светодиода.

Применение светодиодной подсветки в интерьере кухни

Другой тип светодиодов обозначается OCB. В таком приборе на одной плате размещается множество кристаллов, покрытых люминофором. Благодаря такой конструкции достигается большая яркость свечения. Такую технологию используют при производстве светодиодных ламп с большим световым потоком на относительно малой площади. В свою очередь это делает производство светодиодных ламп наиболее доступным и недорогим.

Обратите внимание! Сравнивая лампы на SMD и COB светодиодах можно отметить, что первые поддаются ремонту путем замены вышедшего из строя светодиода. Если не работает лампа на COB светодиодах, придется менять всю плату с диодами.

Характеристики светодиодов

Выбирая для освещения подходящую светодиодную лампу, следует учитывать параметры светодиодов. К ним относят напряжение питания, мощность, рабочий ток, эффективность (светоотдача), температуру свечения (цвет), угол излучения, размеры, срок деградации. Зная основные параметры, можно будет без труда выбрать приборы для получения того или иного результата освещенности.

LED-технологии используются в оформлении табло аэропортов и вокзалов

Величина тока потребления светодиода

Как правило, для обычных светодиодов предусмотрена сила тока величиной 0,02А. Однако бывают светодиоды, рассчитанные на 0,08А. К таким светодиодам относят более мощные приборы, в устройстве которых задействованы четыре кристалла. Они располагаются в одном корпусе. Так как каждый из кристаллов потребляет по 0,02А, в сумме один прибор будет потреблять 0,08А.

Стабильность работы светодиодных приборов зависит от величины тока. Даже незначительное увеличение силы тока способствует снижению интенсивности излучения (старению) кристалла и увеличению цветовой температуры. Это в конечном результате приводит к тому, что светодиоды начинают отливать синим цветом и преждевременно выходят из строя. А если показатель силы тока увеличивается существенно, светодиод сразу перегорает.

Чтобы ограничить потребляемый ток, в конструкциях LED-ламп и светильников предусмотрены стабилизаторы тока для светодиодов (драйверы). Они преобразуют ток, доводя его до нужной светодиодам величины. В случае, когда требуется подключить отдельный светодиод к сети, нужно использовать токоограничительные резисторы. Расчет сопротивления резистора для светодиода выполняют с учетом его конкретных характеристик.

Полезный совет! Чтобы правильно подобрать резистор, можно воспользоваться калькулятором расчета резистора для светодиода, размещенным в сети интернет.

Светодиодная гирлянда может использоваться в качестве декора помещения

Напряжение светодиодов

Как узнать напряжение светодиодов? Дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на кристалле напряжение. Именно это значение берется во внимание при расчетах.

Учитывая применение различных полупроводников для светодиодов, напряжение у каждого из них может быть разным. Как узнать, на сколько Вольт светодиод? Определить можно по цвету свечения приборов. Например, для синих, зеленых и белых кристаллов напряжение составляет около 3В, для желтых и красных – от 1,8 до 2,4В.

При использовании параллельного подключения светодиодов идентичного номинала с величиной напряжения в 2В можно столкнуться со следующим: в результате разброса параметров одни излучающие диоды выйдут из строя (сгорят), а другие будут очень слабо светиться. Это произойдет ввиду того, что при увеличении напряжения даже на 0,1В наблюдается увеличение силы тока, проходящего через светодиод, в 1,5 раза. Поэтому так важно следить, чтобы ток соответствовал номиналу светодиода.

100Вт лампы накаливания эквивалентно 12-12,5Вт LED-светильника

Светоотдача, угол свечения и мощность светодиодов

Сравнение светового потока диодов с другими источниками света проводят, учитывая силу издаваемого ими излучения. Приборы размером около 5 мм в диаметре дают от 1 до 5 лм света. В то время как световой поток лампы накаливания в 100Вт составляет 1000 лм. Но при сопоставлении необходимо учитывать, что у обычной лампы свет рассеянный, а у светодиода – направленный. Поэтому необходимо принимать во внимание угол рассеивания светодиодов.

Угол рассеивания разных светодиодов может составлять от 20 до 120 градусов. При освещении светодиоды дают более яркий свет по центру и снижают освещенность к краям угла рассеивания. Таким образом, светодиоды лучше освещают конкретное пространство, используя при этом меньше мощности. Однако если требуется увеличить площадь освещенности, в конструкции светильника используют рассеивающие линзы.

Как определить мощность светодиодов? Чтобы определить мощность светодиодной лампы, требующейся для замены лампы накаливания, необходимо применять коэффициент, равный 8. Так, заменить обычную лампу мощностью 100Вт можно светодиодным прибором мощностью не менее 12,5Вт (100Вт/8). Для удобства можно воспользоваться данными таблицы соответствия мощности ламп накаливания и LED-источников света:

Мощность лампы накаливания, Вт	Соответствующая мощность светодиодного светильника, Вт
100	12-12,5
75	10
60	7,5-8
40	5
25	3

 

При использовании светодиодов для освещения очень важен показатель эффективности, который определяется отношением светового потока (лм) к мощности (Вт). Сопоставляя эти параметры у разных источников света, получаем, что эффективность лампы накаливания составляет 10-12 лм/Вт, люминесцентной – 35-40 лм/Вт, светодиодной – 130-140 лм/Вт.

Цветовая температура LED-источников

Одним из важных параметров светодиодных источников является температура свечения. Единицы измерения этой величины – градусы Кельвина (К). Следует отметить, что все источники света по температуре свечения разделяют на три класса, среди которых теплый белый имеет цветовую температуру менее 3300 К, дневной белый – от 3300 до 5300 К и холодный белый свыше 5300 К.

Обратите внимание! Комфортное восприятие человеческим глазом светодиодного излучения непосредственно зависит от цветовой температуры LED-источника.

Цветовая температура обычно указывается на маркировке светодиодных ламп. Она обозначается четырехзначным числом и буквой К. Выбор LED-ламп с определенной цветовой температурой напрямую зависит от особенностей применения ее для освещения. Предложенная ниже таблица отображает варианты использования светодиодных источников с разной температурой свечения:

Цвет свечения светодиодов		Цветовая температура, К	Варианты использования в освещении
Белый	Теплый	2700-3500	Освещение бытовых и офисных помещений как наиболее подходящий аналог лампы накаливания
	Нейтральный (дневной)	3500-5300	Отличная цветопередача таких ламп позволяет применять их для освещения рабочих мест на производстве
	Холодный	свыше 5300	Используется в основном для освещения улиц, а также применяется в устройстве ручных фонарей
Красный		1800	Как источник декоративной и фито-подсветки
Зеленый		—	Подсветка поверхностей в интерьере, фито-подсветка
Желтый		3300	Световое оформление интерьеров
Синий		7500	Подсветка поверхностей в интерьере, фито-подсветка

 

Волновая природа цвета позволяет выразить цветовую температуру светодиодов, используя длину волны. Маркировка некоторых светодиодных приборов отражает цветовую температуру именно в виде интервала различных длин волн. Длина волны имеет обозначение λ и измеряется в нанометрах (нм).

Типоразмеры SMD светодиодов и их характеристики

Учитывая размер SMD светодиодов, приборы классифицируются в группы с различными характеристиками. Наиболее популярные светодиоды с типоразмерами 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 и 5630. Характеристики SMD светодиодов в зависимости от размеров рознятся. Так, разные типы SMD светодиодов отличаются по яркости, цветовой температуре, мощности. В маркировке светодиодов первые две цифры показывают длину и ширину прибора.

Светодиоды SMD 5630 на LED-ленте

Основные параметры светодиодов SMD 2835

К основным характеристикам SMD светодиодов 2835 относят увеличенную площадь излучения. В сравнении с прибором SMD 3528, который имеет круглую рабочую поверхность, площадь излучения SMD 2835 имеет прямоугольную форму, что способствует большей светоотдаче при меньшей высоте элемента (около 0,8 мм). Световой поток такого прибора составляет 50 лм.

Корпус светодиодов SMD 2835 выполнен из термостойкого полимера и может выдерживать температуру до 240°С. Следует отметить, что деградация излучения в этих элементах составляет менее 5% в течение 3000 часов функционирования. Кроме того, прибор имеет достаточно низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка (4 С/Вт). Рабочий ток в максимальном значении – 0,18А, температура кристалла – 130°С.

По цвету свечения выделяют теплый белый с температурой свечения 4000 К, дневной белый – 4800 К, чистый белый – от 5000 до 5800 К и холодный белый с цветовой температурой 6500-7500 К. Стоит отметить, что максимальная величина светового потока у приборов с холодным белым свечением, минимальная – у светодиодов теплого белого цвета. В конструкции прибора увеличены контактные площадки, что способствует лучшему отводу тепла.

Полезный совет! Светодиоды SMD 2835 могут быть использованы для любого типа монтажа.

Размеры светодиода SMD 2835

Характеристики светодиодов SMD 5050

В конструкции корпуса SMD 5050 размещены три однотипных светодиода. LED источники синего, красного и зеленого цвета имеют технические характеристики, аналогичные кристаллам SMD 3528. Значение рабочего тока каждого из трех светодиодов составляет 0,02А, следовательно суммарная величина тока всего прибора 0,06А. Для того, чтобы светодиоды не вышли из строя, рекомендуется не превышать эту величину.

LED приборы SMD 5050 имеют прямое напряжение величиной 3-3,3В и светоотдачу (сетевой поток) 18-21 лм. Мощность одного светодиода складывается из трех величин мощности каждого кристалла (0,7Вт) и составляет 0,21Вт. Цвет свечения, испускаемый приборами, может быть белым во всех оттенках, зеленым, синим, желтым и многоцветным.

Близкое расположение светодиодов разных цветов в одном корпусе SMD 5050 позволило реализовать многоцветные светодиоды с отдельным управлением каждым цветом. Для регулирования светильников с использованием светодиодов SMD 5050 используют контроллеры, благодаря чему цвет свечения можно плавно изменять от одного к другому через заданное количество времени. Обычно такие приборы имеют несколько режимов управления и могут регулировать яркость свечения светодиодов.

Размеры светодиода SMD 5050

Типовые характеристики светодиода SMD 5730

Светодиоды SMD 5730 – современные представители LED-приборов, корпус которых имеет геометрические размеры 5,7х3 мм. Они относятся к сверхярким светодиодам, характеристики которых стабильны и качественно отличаются от параметров предшественников. Изготовленные с применением новых материалов, эти светодиоды отличаются повышенной мощностью и высокоэффективным световым потоком. Кроме того, они могут работать в условиях повышенной влажности, устойчивы к перепадам температур и вибрации, имеют длительный срок службы.

Существует две разновидности приборов: SMD 5730-0,5 с мощностью 0,5Вт и SMD 5730-1 с мощностью 1Вт. Отличительной особенностью приборов является возможность их функционирования на импульсном токе. Величина номинального тока  SMD 5730-0,5 составляет 0,15А, при импульсной работе прибор может выдерживать силу тока до 0,18А. Данный тип светодиодов обеспечивает световой поток до 45 лм.

Светодиоды SMD 5730-1 работают на постоянном токе 0,35А, при импульсном режиме – до 0,8А. Эффективность светоотдачи такого прибора может составить до 110 лм. Благодаря термостойкому полимеру, корпус прибора выдерживает температуру до 250°С. Угол рассеивания обоих типов SMD 5730 равен 120 градусам. Степень деградации светового потока составляет менее 1% при работе в течение 3000 часов.

Размеры светодиода SMD 5730

Характеристики светодиодов Cree

Компания Cree (США) занимается разработкой и выпуском сверхъярких и самых мощных светодиодов. Одна из групп светодиодов Cree представлена серией приборов Xlamp, которые делятся на однокристальные и многокристальные. Одной из особенностей однокристальных источников является распределение излучения по краям прибора. Это инновация позволила выпускать светильники с большим углом свечения, используя минимальное количество кристаллов.

В серии LED-источников XQ-E High Intensity угол свечения составляет от 100 до 145 градусов. Имея небольшие геометрические размеры 1,6х1,6 мм, мощность сверхярких светодиодов – 3 Вольта, а световой поток – 330 лм. Это одна из новейших разработок компании Cree. Все светодиоды, конструкция которых разработана на базе одного кристалла, имеют качественную цветопередачу в пределах CRE 70-90.

Статья по теме:

Как сделать или починить LED-гирлянду самостоятельно. Цены и основные характеристики наиболее популярных моделей.

Компания Cree выпустила несколько вариантов многокристальных LED-приборов с новейшими типами питания от 6 до 72 Вольт. Многокристальные светодиоды делятся на три группы, в которые входят приборы с высоким напряжением, мощностью до 4Вт и выше 4Вт. В источниках до 4Вт собраны 6 кристаллов в корпусе типа MX и ML. Угол рассеивания составляет 120 градусов. Купить светодиоды Cree такого типа можно с белым теплым и холодным цветом свечения.

Полезный совет! Несмотря на высокую надежность и качество света, купить мощные светодиоды серии MX и ML можно по относительно небольшой цене.

В группу свыше 4Вт входят светодиоды из нескольких кристаллов. Самыми габаритными в группе являются приборы мощностью 25Вт, представленные серией MT-G. Новинка компании – светодиоды модели XHP. Один из крупных LED-приборов имеет корпус 7х7 мм, его мощность 12Вт, светоотдача 1710 лм. Светодиоды с высоким напряжением питания объединяют в себе небольшие габариты и высокую светоотдачу.

LED-лампы серии XQ-E High Intensity производителя Cree (США)

Схемы подключения светодиодов

Существуют определенные правила подключения светодиодов. Беря во внимание, что проходящий через прибор ток движется только в одном направлении, для длительного и стабильного функционирования LED-приборов важно учитывать не только определенное напряжение, но и оптимальную величину тока.

Схема подключения светодиода к сети 220В

В зависимости от используемого источника питания, различают два вида схем подключения светодиодов к 220В. В одном из случаев используется драйвер с ограниченным током, во втором – специальный блок питания, стабилизирующий напряжение. Первый вариант учитывает использование специального источника с определенной силой тока. Резистор в данной схеме не требуется, а количество подключаемых светодиодов ограничивается мощностью драйвера.

Для обозначения светодиодов на схеме используются пиктограммы двух видов. Над каждым схематическим их изображением находятся две небольшие параллельные стрелочки, направленные вверх. Они символизируют яркое свечение LED-прибора. Перед тем как подключить светодиод к 220В используя блок питания, необходимо в схему включить резистор. Если это условие не выполнить, это приведет к тому, что рабочий ресурс светодиода существенно сократится или он попросту выйдет из строя.

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

Если при подключении использовать блок питания, то стабильным в схеме будет лишь напряжение. Учитывая незначительное внутреннее сопротивление LED-прибора, включение его без ограничителя тока приведет к сгоранию прибора. Именно поэтому в схему включения светодиода вводят соответствующий резистор. Следует отметить, что резисторы бывают с разным номиналом, поэтому их следует правильно рассчитывать.

Полезный совет! Негативным моментом схем включения светодиода в сеть 220 Вольт с использованием резистора становится рассеивание большой мощности, когда требуется подключить нагрузку с повышенным потреблением тока. В этом случае резистор заменяют гасящим конденсатором.

Как рассчитать сопротивление для светодиода

При расчете сопротивления для светодиода руководствуются формулой:

U = IхR,

где U – напряжение, I – сила тока, R – сопротивление (закон Ома). Допустим, необходимо подключить светодиод с такими параметрами: 3В – напряжение и 0,02А – сила тока. Чтобы при подключении светодиода к 5 Вольтам на блоке питания он не вышел из строя, надо убрать лишние 2В (5-3 = 2В). Для этого необходимо включить в схему резистор с определенным сопротивлением, которое рассчитывается с помощью закона Ома:

R = U/I.

Резисторы с различными значениями сопротивления

Таким образом, отношение 2В к 0,02А составит 100 Ом, т.е. именно такой необходим резистор.

Очень часто бывает, что учитывая параметры светодиодов, сопротивление резистора имеет нестандартное для прибора значение. Такие ограничители тока нельзя отыскать в точках продажи, например, 128 или 112,8 Ом. Тогда следует использовать резисторы, сопротивление которых имеет ближайшее большее значение по сравнению с расчетным. При этом светодиоды будут функционировать не в полную силу, а лишь на 90-97%, но это будет незаметно для глаза и положительно отразится на ресурсе прибора.

В интернете представлено множество вариантов калькуляторов расчетов светодиодов. Они учитывают основные параметры: падение напряжения, номинальный ток, напряжение на выходе, количество приборов в цепи. Задав в поле формы параметры LED-приборов и источников тока, можно узнать соответствующие характеристики резисторов. Для определения сопротивления маркированных цветом токоограничителей также существуют онлайн расчеты резисторов для светодиодов.

Схемы параллельного и последовательного подключения светодиодов

При сборке конструкций из нескольких LED-приборов используют схемы включения светодиодов в сеть 220 Вольт с последовательным или параллельным соединением. При этом для корректного подключения следует учитывать, что при последовательном включении светодиодов требуемое напряжение представляет собой сумму падений напряжений каждого прибора. В то время как при параллельном включении светодиодов складывается сила тока.

Схемы параллельного подключения светодиодов. В варианте 1 на каждую цепь диодов используется отдельный резистор, в варианте 2 — один общий для всех цепей

Если в схемах используются LED-приборы с разными параметрами, то для стабильной работы необходимо рассчитать резистор для каждого светодиода отдельно. Следует отметить, что двух совершенно одинаковых светодиодов не существует. Даже приборы одной модели имеют незначительные отличия в параметрах. Это приводит к тому, что при подключении большого их количества в последовательную или параллельную схему с одним резистором, они могут быстро деградировать и выйти из строя.

Обратите внимание! При использовании одного резистора в параллельной или последовательной схеме можно подключать лишь LED-приборы с идентичными характеристиками.

Расхождение в параметрах при параллельном подключении нескольких светодиодов, допустим 4-5 шт., не повлияет на работу приборов. А если в такую схему подключить много светодиодов – это будет плохим решением. Даже если LED-источники имеют незначительный разброс характеристик, это приведет к тому, что некоторые приборы будут излучать яркий свет и быстро сгорят, а другие – будут слабо светиться.  Поэтому при параллельном подключении следует всегда использовать отдельный резистор для каждого прибора.

Что касается последовательного соединения, то здесь имеет место экономное потребление, так как вся цепь расходует количество тока, равное потреблению одного светодиода. При параллельной схеме, потребление составляет сумму расходования всех включенных в схему LED-источников, включенных в схему.

Схема последовательного подключения светодиодов

Как подключить светодиоды к 12 Вольтам

В конструкции некоторых приборов резисторы предусмотрены еще на этапе изготовления, что дает возможность подключения светодиодов к 12 Вольт или 5 Вольт. Однако такие приборы не всегда можно найти в продаже. Поэтому в схеме подключения светодиодов к 12 вольт предусматривают ограничитель тока. Первым делом необходимо выяснить характеристики подключаемых светодиодов.

Такой параметр, как прямое падение напряжения у типовых LED-приборов составляет около 2В. Номинальный ток у этих светодиодов соответствует 0,02А. Если требуется подключить такой светодиод к 12В, то «лишние» 10В (12 минус 2) необходимо погасить ограничительным резистором. С помощью закона Ома можно рассчитать для него сопротивление. Получим, что 10/0,02 = 500 (Ом). Таким образом, необходим резистор с номиналом 510 Ом, который является ближайшим по ряду электронных компонентов Е24.

Чтобы такая схема работала стабильно, требуется еще вычислить мощность ограничителя. Используя формулу, исходя из которой мощность равна произведению напряжения и тока, рассчитываем ее значение. Напряжение величиной 10В умножаем на ток 0,02А и получаем 0,2Вт. Таким образом, необходим резистор, стандартный номинал мощности которого составляет 0,25Вт.

Схема подключения RGB светодиодной ленты к 12В

Если в схему необходимо включить два LED-прибора, то следует учитывать, что напряжение падающее на них, будет составлять уже 4В. Соответственно для резистора останется погасить уже не 10В, а 8В. Следовательно, дальнейший расчет сопротивления и мощности резистора делается на основании этого значения. Расположение резистора в схеме можно предусмотреть в любом месте: со стороны анода, катода, между светодиодами.

Как проверить светодиод мультиметром

Один из способов проверки рабочего состояния светодиодов – тестирование мультиметром. Таким прибором можно диагностировать светодиоды любого исполнения. Перед тем как проверить светодиод тестером, переключатель прибора устанавливают в режиме «прозвонки», а щупы прикладывают к выводам. При замыкании красного щупа на анод, а черного на катод, кристалл должен излучать свет. Если поменять полярность, на дисплее прибора должна отображаться показание «1».

Полезный совет! Перед тем как проверить светодиод на работоспособность, рекомендуется приглушить основное освещение, так как при тестировании ток очень низкий и светодиод будет излучать свет так слабо, что при нормальном освещении этого можно не заметить.

Схема проверки светодиода с помощью цифрового мультиметра

Тестирование LED-приборов можно произвести, не используя щупы. Для этого в отверстия, расположенные в нижнем углу прибора, анод вставляют в отверстие с символом «Е», а катод – с указателем «С». Если светодиод в рабочем состоянии – он должен засветиться. Этот метод тестирования подходит для светодиодов с достаточно длинными контактами, очищенными от припоя. Положение переключателя при таком способе проверки не имеет значения.

Как проверить светодиоды мультиметром, не выпаивая? Для этого необходимо припаять к щупам тестера кусочки от обычной скрепки. В качестве изоляции подойдет текстолитовая прокладка, которая укладывается между проводами, после чего обрабатывается изолентой. На выходе получается своеобразный переходник для подключения щупов. Скрепки хорошо пружинят и надежно фиксируются в разъемах. В таком виде можно подключить щупы к светодиодам, не выпаивая их из схемы.

Что можно сделать из светодиодов своими руками

Многие радиолюбители практикуют сборку различных конструкций из светодиодов своими руками. Собранные самостоятельно изделия не уступают по качеству, а иногда и превосходят аналоги производственного изготовления. Это могут быть цветомузыкальные устройства, мигающие конструкции светодиодов, бегущие огни на светодиодах своими руками и многое другое.

Использование светодиодов в создании сценических костюмов

Сборка стабилизатора тока для светодиодов своими руками

Чтобы ресурс светодиода не выработался раньше положенного срока, необходимо чтобы ток, протекающий через него, имел стабильное значение. Известно, что светодиоды красного, желтого и зеленого цвета могут справляться с повышенной нагрузкой по току. В то время как сине-зеленые и белые LED-источники даже при небольшой перегрузке сгорают за 2 часа. Таким образом, для нормальной работы светодиода необходимо решить вопрос с его питанием.

Если собрать цепочку из последовательно или параллельно соединенных светодиодов, то обеспечить им идентичное излучение можно в том случае, если ток, проходящий через них, будет иметь одинаковую силу. Кроме того, импульсы обратного тока могут негативно повлиять на ресурс LED-источников. Чтобы такого не произошло, необходимо включить в схему стабилизатор тока для светодиодов.

Качественные признаки светодиодных светильников зависят от применяемого драйвера – устройства, которое преобразует напряжение в стабилизированный ток с конкретным значением. Многие радиолюбители собирают схему питания светодиодов от 220В своими руками на базе микросхемы LM317. Элементы для такой электронной схемы имеют небольшую стоимость и такой стабилизатор легко сконструировать.

Схема подключения мощного светодиода с использованием интегрального стабилизатора напряжения LM317

При использовании стабилизатора тока на LM317 для светодиодов регулируют ток в пределах 1А. Выпрямитель на базе LM317L стабилизирует ток до 0,1А. В схеме устройства используют всего лишь один резистор. Его рассчитывают посредством онлайн калькулятора сопротивления для светодиода. Для питания подойдут имеющиеся подручные устройства: блоки питания от принтера, ноутбука или другой бытовой электроники. Более сложные схемы собирать самостоятельно не выгодно, так как их проще приобрести в готовом виде.

ДХО из светодиодов своими руками

Применение на автомобилях дневных ходовых огней (ДХО) заметно повышает видимость автомобиля в светлое время другими участниками дорожного движения. Многие автолюбители практикуют самостоятельную сборку ДХО с использованием светодиодов. Один из вариантов – устройство ДХО из 5-7 светодиодов мощностью 1Вт и 3Вт на каждый блок. Если использовать менее мощные LED-источники, световой поток не будет соответствовать нормативам для таких огней.

Полезный совет! При изготовлении ДХО своими руками, учитывайте требования ГОСТа: световой поток 400-800 Кд, угол свечения в горизонтальной плоскости – 55 градусов, в вертикальной – 25 градусов, площадь – 40 см².

Дневные ходовые огни улучшают видимость автомобиля на дороге

Для основания можно использовать плату из алюминиевого профиля с площадками для крепления светодиодов. Светодиоды фиксируются на плате с помощью теплопроводного клеящего состава. В соответствии с типом LED-источников подбирается оптика. В данном случае подойдут линзы с углом свечения 35 градусов. Линзы устанавливаются на каждый светодиод отдельно. Провода выводятся в любую удобную сторону.

Далее изготавливается корпус для ДХО, служащий одновременно и радиатором. Для этого можно использовать П-образный профиль. Готовый светодиодный модуль располагают внутри профиля, закрепив его на винтах. Все свободное пространство можно залить прозрачным герметиком на силиконовой основе, оставив на поверхности только линзы. Такое покрытие будет служить в качестве влагозащиты.

Подключение ДХО к питанию производится с обязательным использованием резистора, сопротивление которого предварительно просчитывается и проверяется. Способы подключения могут быть разными, учитывая модель автомобиля. Схемы подключения можно отыскать в сети интернет.

Схема подключения ДХО с блоком управления

Как сделать, чтобы светодиоды мигали

Наиболее популярными мигающими светодиодами, купить которые можно в готовом виде, являются приборы, регулируемые уровнем потенциала. Мигание кристалла происходит за счет изменения питания на выводах прибора. Так, двухцветный красно-зеленый LED-прибор излучает свет в зависимости от направления проходящего по нему тока. Эффект мигания в RGB-светодиоде достигается подключением трех выводов для отдельного управления к конкретной системе регулирования.

Но можно сделать мигающим и обычный одноцветный светодиод, имея в арсенале минимум электронных компонентов. Перед тем как сделать мигающий светодиод, необходимо выбрать работающую схему, которая будет простой и надежной. Можно использовать схему мигающего светодиода, которая будет запитана от источника с напряжением 12В.

Схема состоит из транзистора небольшой мощности Q1 (подойдет кремниевый высокочастотный КТЗ 315 или его аналоги), резистора R1 820-1000 Ом, 16-вольтового конденсатора С1 емкостью 470 мкФ и LED-источника. При включении схемы конденсатор заряжается до 9-10В, после этого транзистор на миг открывается и отдает накопленную энергию светодиоду, который начинает мигать. Данную схему можно реализовать только в случае питания от источника 12В.

Мигание светодиодов используется, например, в елочной гирлянде

Можно собрать более усовершенствованную схему, которая работает по аналогии с транзисторным мультивибратором. В схему входят транзисторы КТЗ 102 (2 шт.), резисторы R1 и R4 по 300 Ом каждый, чтобы ограничить ток, резисторы R2 и R3 по 27000 Ом, чтобы задавать ток базы транзисторов, 16-вольтовые полярные конденсаторы (2 шт. емкостью 10 мкФ) и два LED-источника. Данная схема питается от источника постоянного напряжения 5В.

Схема работает по принципу «пары Дарлингтона»: конденсаторы С1 и С2 попеременно заряжаются и разряжаются, что служит причиной открывания конкретного транзистора. Когда один транзистор отдает энергию С1, загорается один светодиод. Далее плавно заряжается С2, а ток базы VT1 снижается, что приводит к закрытию VT1 и открытию VT2 и загорается другой светодиод.

Полезный совет! Если использовать напряжение питания свыше 5В, потребуется применить резисторы с другим номиналом, чтобы исключить выход из строя светодиодов.

Схема вспышек на светодиоде

Сборка цветомузыки на светодиодах своими руками

Чтобы реализовать достаточно сложные схемы цветомузыки на светодиодах своими руками, необходимо сначала разобраться, как работает простейшая схема цветомузыки. Она состоит из одного транзистора, резистора и LED-прибора. Такую схему можно запитать от источника с номиналом от 6 до 12В. Функционирование схемы происходит за счет каскадного усиления с общим излучателем (эмиттером).

На базу VT1 поступает сигнал с изменяющейся амплитудой и частотой. В том случае, когда колебания сигнала превышают заданный порог, транзистор открывается и загорается светодиод. Минусом данной схемы является зависимость мигания от степени  звукового сигнала. Таким образом эффект цветомузыки будет проявляться только при определенной степени громкости звука. Если звук увеличить. светодиод будет все время гореть, а при уменьшении – чуть вспыхивать.

Чтобы добиться полноценного эффекта, используют схему цветомузыки на светодиодах с разбивкой диапазона звука на три части. Схема с трехканальным преобразователем звука питается от источника напряжением 9В. Огромное количество схем цветомузыки можно найти в интернете на различных форумах радиолюбителей. Это могут быть схемы цветомузыки с использованием одноцветной ленты, RGB-светодиодной ленты, а также схемы плавного включения и выключения светодиодов. Так же в сети можно отыскать схемы бегущих огней на светодиодах.

Схема для сборки цветомузыки своими руками

Конструкция индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Схема индикатора напряжения включает резистор R1 (переменное сопротивление 10 кОм), резисторы R1, R2 (1кОм), два транзистора VT1 КТ315Б, VT2 КТ361Б, три светодиода – HL1, HL2 (красные), HLЗ (зеленый). X1, X2 – 6-вольтовые источники питания. В данной схеме рекомендуется использовать LED-приборы с напряжением 1,5В.

Алгоритм работы самодельного светодиодного индикатора напряжения представляет собой следующее: когда подается напряжение, светится центральный LED-источник зеленого цвета. В случае падения напряжения, включается светодиод красного цвета, расположенный слева. Увеличение напряжения заставляет светиться красный светодиод, размещенный справа. При среднем положении резистора все транзисторы будут в закрытом положении, и напряжение поступит лишь на центральный зеленый светодиод.

Открытие транзистора VT1 происходит, когда ползунок резистора передвигают вверх, тем самым повышая напряжение. В этом случае поступление напряжения на HL3 прекращается, и оно подается на HL1. При перемещении ползунка вниз (понижение напряжение) происходит закрытие транзистора VT1 и открытие VT2, что даст питание светодиоду HL2. С незначительной задержкой LED HL1 погаснет, HL3 один раз мелькнет и засветится HL2.

Схема сборки индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Такую схему можно собрать, используя радиодетали от устаревшей техники. Некоторые собирают ее на текстолитовой плате, соблюдая масштаб 1:1 c размерами деталей, чтобы все элементы могли разместиться на плате.

Безграничный потенциал LED-освещения дает возможность самостоятельно конструировать из светодиодов различные светотехнические приборы с отличными характеристиками и достаточно низкой стоимостью.

резисторов — с учетом сопротивления светодиода

В отличие от некоторых других ответов, светодиоды имеют сопротивление. Он маленький, но немаловажный. Одного сопротивления недостаточно, чтобы охарактеризовать их поведение, но сказать, что светодиоды имеют сопротивление , а не , является допустимым упрощением, только иногда .

См., Например, этот график из таблицы данных для LTL-307EE, который я выбрал без всякой причины, кроме диода по умолчанию в CircuitLab, и довольно типичного светодиода индикатора:

Видите, что линия, по сути, прямая, а не вертикальная выше 5 мА? Это связано с внутренним сопротивлением светодиода.{-33} \ $.

Рассмотрим соотношение тока и напряжения для резистора, которое определяется законом Ома:

$$ I = \ frac {V} {R} $$

Очевидно, они линейно связаны. Если бы вы изобразили это соотношение тока и напряжения для резистора, как в таблице выше для светодиода, вы бы получили прямую линию, проходящую через \ $ 0V, 0A \ $, а наклон этой линии — это сопротивление \ $ R \ $.

Вот такой график с резистором, «идеальным» диодом согласно уравнению диода Шокли и без сопротивления, и более реалистичная модель светодиода, которая включает некоторое сопротивление:

Вы можете видеть, что для значений тока> 5 мА идеальный диод выглядит как вертикальная линия.На самом деле это всего лишь , очень крутой , но в таком масштабе он выглядит вертикальным. Но настоящие светодиоды этого не делают, даже близко. Если вы посмотрите на наклон линии в таблице выше, он выглядит как прямая линия от (1,8 В, 5 мА) до (2,4 В, 50 мА). Наклон этой линии:

$$ \ frac {2.4 \: \ mathrm V — 1.8 \: \ mathrm V} {50 \: \ mathrm {мА} -5 \: \ mathrm {мА}} = \ frac {0,6 \: \ mathrm V} {45 \: \ mathrm {mA}} = 13 \: \ Omega $$

Таким образом, внутреннее сопротивление светодиода составляет 13 Ом.

Конечно, вы также должны включить в свои расчеты прямое падение напряжения светодиода, которое отвечает за сдвиг вправо между линиями резистора и реального светодиода . Но другие уже хорошо объяснили это.

В конце концов, вам нужно смоделировать только те аспекты светодиода, которые важны для вашего приложения. Сопротивление 13 Ом не имеет значения, если вы собираетесь добавить еще 1000 Ом. Перегиб на кривой вольт-амперной характеристики не имеет значения, если светодиод будет только на или на .Но, чтобы понять, какие упрощающие предположения вы делаете, и когда эти упрощающие предположения больше не действуют, я хотел объяснить: светодиод действительно имеет сопротивление.

Как работает светодиод 5 мм?

Светодиоды окружают нас повсюду. Они есть в наших домах, в наших машинах, даже в наших телефонах. Светодиоды бывают разных форм и размеров, что дает дизайнерам возможность адаптировать их к своему продукту. Каждый раз, когда загорается что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним находится светодиод.Их низкое энергопотребление и небольшие размеры делают их отличным выбором для многих различных продуктов, поскольку их можно более плавно интегрировать в дизайн, чтобы сделать его в целом лучшим устройством.

Раньше мы обсуждали светодиоды высокой яркости, но в этом посте мы сосредоточим наше внимание на светодиодах диаметром 5 мм или светодиодах со сквозными отверстиями. Это типы светодиодов, которые, вероятно, будут использоваться в вашей небольшой электронике в качестве светового индикатора или чего-то в этом роде. 5-миллиметровые светодиоды потребляют гораздо меньше тока, чем светодиоды высокой яркости, 20 мА по сравнению с минимум 350 мА для мощных светодиодов.Если вы следили за нашим оригинальным постом Mastering LEDs, вы должны знать: больше тока = больше света. Очевидно, что эти 5-миллиметровые светодиоды будут скорее акцентным светом для очень маленьких помещений. Именно для этого предназначены 5-миллиметровые светодиоды, их можно использовать вместе в большом массиве для создания знака или какой-то матрицы, или их можно использовать сами по себе, чтобы сделать небольшой индикатор или один из этих крошечных фонариков на цепочке для ключей. .

5-миллиметровые светодиоды

очень полезны, так как они легко питаются от небольшого источника питания и служат долгое время.Это позволяет легко встраивать их во многие электронные устройства или размещать фонари там, где они обычно не могут находиться. Название 5-миллиметрового светодиода связано с их размерами: эпоксидный корпус наверху имеет диаметр около 5 мм. Эти сверхмалые источники света просты в использовании, но мы не можем упускать из виду некоторые этапы настройки нашей светодиодной схемы.

5-миллиметровый светодиодный экран, основные элементы

Светодиод — это вариант основного диода. Диод — это электронный компонент, который проводит электричество только в одном направлении. Диоды имеют так называемое номинальное прямое напряжение, которое определяет минимальную разницу напряжений между анодом (+) и катодом (-), чтобы позволить электронам течь (аааа..сладкое электричество). Светодиод в основном такой же, как диод, с основным отличием, что он генерирует свет, когда течет электричество.

5-миллиметровые светодиоды

— это светодиоды, которые удерживают матрицу на опоре наковальни, которая для защиты заключена в эпоксидный купол. Затем соединения выполняются через две ножки или штыри, выходящие из нижней части. Как мы уже упоминали, диод пропускает поток только в одном направлении. Это делает очень важным различать положительную сторону (анод) и отрицательную сторону (катод).Со светодиодами 5мм это просто, заметили, что ножки разной длины? Более длинная ветвь — это анод, а более короткая из двух — катод. Если ваши ножки подрезаны или у вас есть производитель, который делает их такого же размера, обычно есть плоское пятно вокруг обода 5-миллиметрового корпуса со стороны катода (см. Ниже).

Убедитесь, что вы всегда подключаете положительный полюс батареи / источника питания к аноду, а отрицательный или заземляющий — к катоду. Это обеспечит совпадение полярности и прохождение электричества, если у вас достаточно входного напряжения, и ваш 5-миллиметровый светодиод загорится.Если вы подключите его в обратном направлении, ничего не произойдет, и цепь останется замкнутой. Чтобы убедиться, что у вас достаточно мощности для вашего светоизлучающего диода, есть два ключевых параметра, на которые вы должны обратить внимание при рассмотрении технических характеристик светодиодов: прямое напряжение и прямой ток.

Напряжение светодиода 5 мм

Для каждого светодиода должно быть указано «прямое напряжение», которое определяет величину напряжения, необходимого для проведения электричества и получения света. Если вы попытаетесь подать что-либо меньшее, чем это количество, светодиод останется открытым и непроводящим.Как только напряжение, падающее на светодиоде, достигнет прямого напряжения, ваш светодиод загорится. Если у вас несколько светодиодов последовательно, вы должны учитывать сумму их номинальных напряжений в прямом направлении.

Давайте взглянем на один из наших стандартных синих светодиодов 5 мм. Теперь мы можем легко увидеть в технических характеристиках на странице продукта, что светодиод имеет прямое напряжение около 3,4 В. Итак, мы берем этот светодиод и пытаемся подключить его к батарее АА, светодиод что-нибудь сделает? Батарейки AA имеют номинальное напряжение только 1.5V так что нет, нам не хватает напряжения, чтобы проводить электричество. Однако, если мы последовательно добавим еще одну батарею AA, наше напряжение будет 3 В, и мы сможем запустить 5-миллиметровый светодиод. «Но вы сказали, что для светодиода требуется 3,4 В!» Да, я знаю, но когда вы говорите с такими знаками после запятой, все будет в порядке.

5 мм светодиодный ток

Теперь некоторые люди думают, что им нужно позаботиться только о напряжении светодиода, и все будет в порядке. Это упускает из виду очень важную часть светодиодов — ток. Светодиоды будут потреблять столько тока, сколько они могут в цепи, в свою очередь, вызывая повышение температуры светодиода, пока он не перегорит.Поэтому, чтобы уменьшить количество выходящих из строя светодиодов, обратите внимание на номинальный ток светодиодов.

Приведенный выше пример, когда входное напряжение и прямое напряжение настолько близки, — это единственный пример, когда вам не нужно сильно беспокоиться о токе. Как показывает практика на нашем сайте, когда ваше входное напряжение составляет 3 В, вы можете включить любой из 5-миллиметровых светодиодов, кроме красного и желтого, не беспокоясь об отслеживании тока. Это связано с тем, что в источнике питания недостаточно тока для того, чтобы 5 мм потреблял и сгорал.

В любом другом случае вам нужно ограничить количество тока, протекающего через светодиод. В мощных светодиодах
это делается с помощью драйвера постоянного тока. Номинальный ток 5-миллиметровых светодиодов намного ниже, обычно около 15-30 мА, и мы можем контролировать ток, подключив резистор последовательно со светодиодом. Здесь вы часто будете слышать термин «резистор ограничения тока», поскольку резистор обеспечивает значительное ограничение тока, протекающего по цепи.

5-миллиметровые светодиоды обычно тестируются при 20 мА, они могут потреблять ток до 30 мА, но, на мой взгляд, я обычно стараюсь поддерживать 5-миллиметровые светодиоды на 20 мА, что рекомендуется во всех их спецификациях.Теперь нам нужно выяснить, как подобрать резистор подходящего размера для вашей схемы, чтобы ваши светодиоды были в безопасности!

Выбор резистора подходящего размера для светодиодов

Резисторы

бывают самых разных размеров, и чтобы найти правильный размер для вашей системы, требуется математика. Но не волнуйтесь, с этим калькулятором сопротивления, который рассчитывает размер резистора, который вам нужен, будет очень просто. Это отличный инструмент, но он всегда помогает узнать, как производятся расчеты, поэтому следите за ним.Чтобы найти токоограничивающий резистор правильного размера, мы должны знать два свойства светодиода: прямой ток и прямое напряжение.

Давайте использовать тот же синий светодиод, что и в примере выше. На странице продукта вы увидите таблицу, изображенную справа. В кружке показано прямое напряжение (Vf) при заданном испытательном токе. Таким образом, вы можете видеть, что для этого светодиода при постоянном токе 20 мА на светодиоде падает 3,2-3,6 В. Мы возьмем золотую середину и предположим, что этот светодиод упадет на 3,4 В.

В этом примере я буду использовать 3 последовательно соединенных батарейки AA в качестве источника питания.Каждая батарея AA имеет напряжение около 1,5 В, поэтому в общей сложности у нас есть 4,5 В питания для нашего светодиода. Мы должны использовать закон Ома, чтобы найти предел резистора, но сначала мы должны найти напряжение, проходящее через него. Резистор и светодиод будут размещены последовательно, что означает, что падение напряжения на них будет суммироваться, чтобы равняться входному напряжению. Это означает, что мы можем легко найти напряжение, которое будет падать на резисторе, поскольку мы уже знаем, что светодиоды составляют 3,4 В.

Входное напряжение = LED В _f + Напряжение резистора

Напряжение резистора = Входное напряжение — светодиод В _f

Напряжение на резисторе = 4.5–3,4 В

Таким образом, на резисторе будет падать около 1,1 В. Теперь, когда у нас есть это, мы можем использовать закон Ома для расчета необходимого сопротивления!

Сопротивление = напряжение / ток (в амперах)

Сопротивление = 1,1 / 0,02 (20 мА)

Сопротивление = 55 Ом

В зависимости от светодиода резистор будет меняться. В этом примере мы можем предположить, что необходим резистор на 55 Ом, ближайший размер, который у нас есть, — 60,4, поэтому мы бы выбрали его.Если вы сомневаетесь в значении или у вас есть одно среднее между предложенными значениями сопротивления, выберите размер немного большего размера.

Последнее, что нужно проверить с вашими светодиодами и резисторами, — это мощность резистора. Все наши резисторы Вт. Требуемая мощность резистора — это разница между мощностью светодиода и общей мощностью схемы. Итак, в приведенном выше примере мы найдем требуемую мощность резистора.

Мощность светодиода = 3,4 В x 0,02 А =.068 Вт

Общая мощность = 4,5 В x 0,02 A = 0,09 Вт

Мощность, рассеиваемая на резисторе = 0,09 — 0,068 = 0,022 Вт

Резистор

¼ Вт (0,25) может легко выдержать 0,022 Вт, так что все готово! Установите резистор последовательно со светодиодом (на положительной стороне соединения), и ваш свет будет готов.

Не хотите ломать голову над поиском резистора и работать с несколькими резисторами в одной цепи? Оцените DynaOhm от LuxDrive.Это полностью залитый полупроводниковый переменный резистор, который оптимизирован для замены резисторов в 5-миллиметровых светодиодных устройствах. Этот блок будет включаться последовательно, как и резистор. Разница в том, что он уже рассчитан на определенный номинальный ток, поэтому все, о чем вам нужно беспокоиться, — это напряжение. DynaOhm может принимать от 2,6 В до 50 В постоянного тока, поэтому вводите все, что вам нужно для светодиодов.

Теперь, когда мы закончили все эти забавные разговоры о напряжении и токе, мы можем погрузиться в то, что действительно волнует людей, — на свет, который излучают эти крошечные лампочки.Цвет и яркость измеряются несколькими способами. На нашем сайте они всегда хорошо перечислены и систематизированы, но давайте узнаем, как эти диоды создают тот свет, который они создают.

Длина волны светодиода

Длина волны светодиода

— это, по сути, очень точный способ объяснить цвет света. Для светодиодов будет различаться цвет, так как производственный процесс интенсивен, а иногда и длины волн немного отличаются. На листе технических характеристик светодиода 5 мм вы фактически увидите минимальную и максимальную длину волны.Вариации всегда находятся в пределах одного и того же спектра, просто если вы покупаете светодиоды одного цвета в разных партиях, вероятно, будут небольшие отклонения (даже если наши глаза их не замечают).

Эта длина волны фактически определяется типом полупроводникового материала, из которого изготовлен диод внутри этого 5-миллиметрового корпуса. Структура энергетических зон полупроводников различается в зависимости от материала, поэтому фотоны излучаются с разными частотами, что влияет на видимый нами свет. Ниже представлена ​​полная таблица наших светодиодов и вариантов длины волны.Некоторые из наиболее популярных цветов, которые мы продаем, — это Deep Red 660 нм и Pink 440 нм.

Есть также 5-миллиметровые белые светодиоды теплого и холодного белого цвета.

Яркость светодиода

Таким образом, длина волны зависит от материала полупроводника, но интенсивность света зависит от тока, подаваемого на диод. Следовательно, чем выше ток возбуждения, тем ярче будет ваш светодиод. Яркость 5-миллиметровых светодиодов обычно измеряется в милликанделах (мкд), но это гораздо больше, чем просто установка определенного количества яркости на любой светодиод.

Интересная особенность этого измерения света, канделы, заключается в том, что это не мера количества световой энергии, как измеряется большинство других форм света, а, скорее, фактическая яркость. Это число определяется путем определения мощности, излучаемой в определенном направлении, и взвешивания этого числа с помощью функции яркости света. В основном это означает, что угол луча, который мы обсудим ниже, может влиять на свет, но также влияет на длину волны. Человеческий глаз более чувствителен к некоторым длинам волн, чем к другим, и эта модель яркости учитывает это.Вот почему ИК-светодиоды 5 мм не будут иметь выхода, потому что мы не можем видеть эту длину волны. То же самое для УФ и даже синего и других распространенных цветов.

Эта сила света (яркость) варьируется от светодиода к светодиоду, как вы увидите. Цвета обычно ниже, от десятков до сотен, тогда как белые (и некоторые цвета, которые мы видим лучше, например, зеленый) могут достигать 20 000 мкд. Мы перечисляем светоотдачу всех 5-миллиметровых светодиодов при испытательном токе 20 мА.

Угол обзора 5 мм

5мм светодиода на нашем сайте будут маркированы по цвету и углу луча.5-миллиметровые светодиоды показывают график, подобный приведенному справа, который показывает угол, под которым будет идти луч, и интенсивность при определенных углах. Чтобы прочитать график, представьте, что светодиод вертикально стоит под ним. «Спицы» на графике — это углы, а линии, похожие на радугу, — это интенсивность в процентах от максимальной интенсивности. Ниже мы расскажем, как определить угол обзора и яркость любого 5-миллиметрового светодиода под этим углом.

Рассеянный светодиод 5 мм

Часто рекомендуется иметь какой-нибудь рассеиватель или матовое покрытие, если на светодиоды будут смотреть непосредственно человеческий глаз.Некоторые 5-миллиметровые светодиоды имеют эпоксидную отделку купола, которая делает световой поток более мягким. У нас есть один белый 5-миллиметровый светодиод, в котором используется эта отделка, поэтому она приятна для глаз. Это снизит яркость, но сделает свет лучше.

Go Explore со светодиодами 5 мм

Светодиоды

5 мм очень доступны по цене и просты в разработке. Посмотрите, что вы можете с ними сделать, варианты безграничны. Теперь вы знаете, как запитать 5-миллиметровые светодиоды, определить их цвет и яркость, а также убедиться, что свет распространяется туда, где он вам нужен.Удачи!

Можно ли остановить мигание светодиода с помощью «фиктивной нагрузки» или нагрузочного резистора?

Регулировка яркости светодиодов может быть сложной по разным причинам. Иногда бывает сложно определить источник конкретной проблемы, с которой вы сталкиваетесь, например, мерцания.

В этом блоге мы говорили о потенциальных проблемах, возникающих при попытке запустить светодиодные лампы или светильники с регуляторами яркости. Мы создали этот контрольный список, чтобы следовать ему, если у вас возникли проблемы:

1. Действительно ли эти лампы регулируются?
2. Регулируются ли драйверы в моих светильниках?
3. Совместимы ли они с элементами управления, с которыми они связаны?
4. И эти элементы управления все еще в рабочем состоянии, или они достигли предела своего срока службы?

Если проблема не исчезнет, ​​продолжайте читать.Мы сосредоточились на одной конкретной проблеме: недостаточном сопротивлении нагрузке.

Светодиодное затемнение и сопротивление нагрузке

Обычные (TRIAC) диммерные переключатели — те, которые предназначены для работы с лампами накаливания и галогенными лампами — требуют определенного количества «удерживающего тока» или мощности для правильной работы. В паре с лампой накаливания лампа потребляет достаточно напряжения для работы диммера и снижает его. Устройство управления снижает напряжение, подавая меньшее напряжение на лампу или колбу, что приводит к снижению светоотдачи (тусклое освещение).

Вот проблема с попыткой затемнения светодиодов с помощью тех же диммеров TRIAC: светодиоды потребляют значительно меньший ток — недостаточное количество для правильной работы диммера или правильного снижения напряжения, поступающего на лампу. У диммера так мало тока для работы, что какое бы напряжение он ни уменьшал, в светодиодной лампе он проявляется как прерывистый, что приводит к мерцанию, стробированию или другой ошибке затемнения.

Ключ в том, чтобы подавать на переключатель достаточную нагрузку или ток.Некоторые электрики экспериментировали с добавлением лампы накаливания большей мощности в ту же схему, где светодиоды управлялись диммером. Это потребляет достаточный ток к диммеру TRIAC, позволяя ему лучше снижать напряжение, подаваемое на лампы.

Можно ли исправить мерцание светодиода и другие проблемы с затемнением, добавив в цепь лампу накаливания?

Короткий ответ на этот вопрос — да, в общем. Более высокое напряжение, потребляемое лампой накаливания, часто является достаточным током для правильной работы диммера.Но это не всегда так, и Regency не рекомендует это в качестве долгосрочного решения ваших проблем с затемнением. Это скорее «пластырь», чем лекарство.

Вот некоторые недостатки, о которых следует помнить, рассматривая это решение:

• Для наглядности мы никогда не рекомендуем смешивать лампы разных типов в одной комнате или в одном помещении. Вы хотите, чтобы одинокая лампа накаливания в цепи находилась в незаметном месте.
• Вы, скорее всего, сожжете четыре или пять (или много больше) ламп накаливания к тому времени, когда вам понадобится заменить один светодиод.У вас может быть довольно частый случай, когда одна лампа перегорает. И когда одинокая лампа накаливания перегорит, она перестанет подавать ток в цепь, что может привести к тому, что ваши светодиоды снова начнут мигать.
• В целом, хотя это решение достижимо и кажется простым с точки зрения внешнего интерфейса, оно может потребовать значительных затрат на обслуживание в долгосрочной перспективе.

У наших клиентов разные результаты при использовании этой тактики, и мы не рекомендуем ее.

Еще одно немного лучшее решение для добавления сопротивления в схему — это купить «нагрузочный резистор» или «фиктивную нагрузку».Нагрузочный резистор, по сути, служит той же цели, что и лампа накаливания в описанном выше решении — он имитирует электрическую нагрузку, потребляя достаточный ток к диммерному переключателю.

Между добавлением лампы накаливания в схему и использованием нагрузочного резистора, резистор, вероятно, является предпочтительным решением, поскольку он, вероятно, потребует меньше обслуживания в долгосрочной перспективе.

Долгосрочные решения для уменьшения яркости светодиодов без мерцания

Хотя добавление лампы накаливания в схему и использование нагрузочного резистора — это нормальные решения для затемнения светодиодов, они являются лишь краткосрочными решениями и не затрагивают суть проблемы — несоответствие пары.

Необходимо рассмотреть два решения:

1. Обновить электрические компоненты
2. Проверьте проводку
3. Беспроводное управление освещением

1. Обновите электрические компоненты

Если вы не используете светодиоды с регулируемой яркостью и совместимым со светодиодами регулятором затемнения, всегда потребуется некоторый уровень скручивания и модификации, чтобы заставить их взаимодействовать должным образом и уменьшить яркость освещения.

Если ваша электрическая система не обновлялась в течение последних трех-пяти лет, диммерные переключатели на вашей стене, скорее всего, являются переключателями TRIAC, предназначенными для работы только с лампами накаливания.И вот тут-то и возникают проблемы.

Неожиданно модернизация светодиодов, которую вы запланировали и получили конкурентное предложение, стала более сложной и более дорогой. Это уже не просто замена лампы, теперь вам нужно выполнить электромонтажные работы и купить новые диммеры для работы с новыми лампами.

Мы понимаем это. Вы можете потратить больше денег заранее, но вы получите более плавное решение, которое в целом прослужит дольше.

Подробнее: Вот обзор распространенных проблем с затемнением светодиодов и способы их устранения

2.Проверьте свою проводку

Если у вас есть совместимое освещение и диммеры, возможно, вам понадобится электрик для проверки физической проводки. Эту работу всегда должен выполнять лицензированный электрик, который разбирается в действующих строительных нормах и правилах в вашем районе.

Электрик может помочь выявить и заземлить проблемы, короткие замыкания или другие проблемы, которые могут повлиять на работу вашей системы затемнения.

3. Светодиодные элементы управления беспроводным освещением

Другой вариант — попробовать светодиодные элементы управления беспроводным освещением.Акцент здесь делается на «совместимость со светодиодами».

Тот факт, что элементы управления являются беспроводными, напрямую не влияет на затемнение, но беспроводной элемент означает, что любая проводка, связанная с установкой новых элементов управления, должна быть проще и дешевле.

Вы должны проверить совместимость, прежде чем выбирать какие-либо элементы управления, но большинство новых параметров беспроводного управления предназначены для работы со светодиодами.

При любом решении затраты на переоборудование в устойчивое светодиодное решение с регулируемой яркостью могут быть болезненными с первого взгляда, но это стоит экономии и сокращения головных болей при техническом обслуживании в будущем.

Постоянно ли термическое сопротивление светодиодов?

Тепловое сопротивление перехода светодиода к температуре окружающей среды является мерой его способности рассеивать тепло от перехода к окружающему воздуху, которая зависит от размера микросхемы и корпуса.

Что касается теплового сопротивления (R _th ), большинство мощных светодиодов рассеивают тепло от перехода к корпусу (оторочки), от корпуса к радиатору, от радиатора к корпусу и от корпуса к корпусу. -окружающий воздух, то есть:

R ( _th ) _j-a = R ( _th ) _c-h + ( _th ) _h-en + ( _th ) _en-a (1)

Где:

(R _th ) _j-a = Тепловое сопротивление от перехода к воздуху

(R _th ) _j-c = термическое сопротивление от перехода к корпусу

(R _th ) _c-h = термическое сопротивление от корпуса до радиатора

(R _th ) _h-e = Тепловое сопротивление от радиатора до корпуса

(R _th ) _en-a = Тепловое сопротивление от корпуса к воздуху

Тепловое сопротивление перехода светодиода к окружающей среде составляет:

Где:

ΔT = разница температур светодиода после достижения равновесия

T _j = температура перехода светодиода

T _a = температура окружающей среды светодиода

В = прямое падение напряжения светодиода

I = ток светодиода в амперах

P _в = Потребляемая мощность в ваттах

Внешне силовые светодиоды и силовые транзисторы очень похожи по способу отвода тепла от перехода полупроводника в окружающую среду.Однако светодиоды имеют параллельный путь прохождения мощности, чего нет у транзисторов. То есть транзисторы не показывают мощность, преобразованную в свет и излучаемую непосредственно в окружающий воздух. Из-за такого пути излучения и трудности прямого измерения температуры перехода светодиода в окружающую среду многие исследователи сомневаются, действительно ли тепловое сопротивление светодиодов является постоянным ^{[1] [2] [3] [5] [6]} .

Тепловое сопротивление перехода светодиода

в окружающую среду влияет на эффективность преобразования электричества в свет, поэтому важны ожидаемый срок службы, а также изменение цвета и вопрос о постоянном тепловом сопротивлении.

Многие исследователи используют косвенные методы для измерения теплового сопротивления светодиодов ^{[2] [3] [7]} . Измеряя температуру радиатора или металлического сердечника печатной платы, затем добавляя расчетную температуру перехода к радиатору, мы можем оценить температуру перехода ^{[5] [7]} и тем самым оценить температуру перехода. Другие предпочитают использовать бесконтактные методы для оценки теплового сопротивления ^[3] , но использование таких косвенных методов приводит к выводу, что тепловое сопротивление изменяется в зависимости от тока возбуждения, входной мощности, температуры окружающей среды и выходного светового потока ^{[5 ] [2]} .Здесь мы предлагаем использовать метод прямого измерения ^[4] , чтобы определить, является ли тепловое сопротивление перехода к окружающей среде постоянным или нет.

Используемые инструменты включают:

Тестер температуры перехода
• от Acorn Technology — это прибор, соответствующий стандарту EIA / JESD51-1, который напрямую измеряет температуру перехода светодиода. В этом приборе используется метод циклического тестирования в динамическом режиме, описанный на странице 9 стандарта EIA / JESD51-1.
• Климатическая камера с регулируемой температурой, нагревателем мощностью 60 Вт и ПИД-регулятором Auber Instruments.
• Цифровой люксметр.

ИЗМЕРЕНИЕ СВЕТОДИОДА ПЕРЕХОДА К ТЕМПЕРАТУРЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Для измерения температуры спая с помощью Acorn Tester необходимо выполнить трехэтапную процедуру. В этом тестере используется светодиодный индикатор окружающей среды и 10-оборотный потенциометр для имитации прямого падения тестируемого устройства (тестируемого устройства) при температуре окружающей среды и 100 мкА. Процедуру можно пояснить следующим образом:

I _M = 100 мкА как для светодиода задания, так и для DUT

В _j = Прямое падение DUT при любой температуре перехода

В _a = Прямое падение DUT при температуре перехода

G = усиление для преобразования (V _j -V _a ) в T _j-a (10 мВ / ° C), что позволяет измерителю напрямую считывать ° C.

Температурный коэффициент светодиода отрицательный, поэтому мы умножаем G на -1.

Шаг 1. Обнулите тест.

V _j и V _a — прямые капли одного и того же светодиода при разных температурах

При температуре окружающей среды V _j = V _a . Из-за этого они не существуют одновременно. Чтобы найти V _j -V _a , мы должны создать напряжение, равное V _a при температуре окружающей среды, но остающееся постоянным при изменении температуры перехода.Для этого мы используем другой светодиод в качестве эталона и нулевой потенциометр, чтобы компенсировать разницу в прямом падении между двумя светодиодами. Когда оба светодиода горят при комнатной температуре, отрегулируйте нулевой потенциометр, пока T _j-a не станет равным нулю.

V _ref + V _ноль = Константа

Перейти на следующую страницу.

Шаг 2. Откалибруйте усиление.

При положении переключателя в положении «Калибровка» как ИУ, так и эталонный светодиод имеют через себя 100 мкА.

Поместите ИУ в термостат и поднимите температуру T j-a на 40 ° C выше температуры окружающей среды. Затем отрегулируйте потенциометр усиления до тех пор, пока центральный индикатор не покажет 40,0. Чувствительность этого прибора теперь составляет 10 мВ / ° C. Этот шаг позволяет нам напрямую считывать температуру перехода светодиода в градусах Цельсия.

Теперь вы закончили калибровку светодиода и можете переходить к управлению им и измерению теплового сопротивления.

Шаг 3. Запустите тест.

В этом режиме светодиод переключается между током привода, ID (99 мс) и IM (1 мс).Измерение температуры выполняется только в течение 1 мс, когда I = IM. Это позволяет нам нагревать переход светодиода с помощью ID и в то же время измерять температуру перехода с помощью IM.

Кривая на рисунке 1 записывается с помощью регистратора переходных процессов в реальном времени. Эта кривая фактически состоит из 1700 точек данных за 170 секунд. Первые 20 секунд температура повышается быстро, затем температура постепенно повышается и замедляется, пока не достигнет равновесия.

ПОСТОЯННАЯ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Для первого тестируемого устройства использовался более старый 5-миллиметровый красный светодиод AlInGaP HP (, таблица 1, ). Он имеет медную выводную рамку и может работать до 100 мА. Эксперименты ясно показывают, что тепловое сопротивление не меняется с током возбуждения. Когда ток привода изменяется с 20 мА на 100 мА за пять шагов, наибольшее отклонение теплового сопротивления от среднего составляет всего -0,98%.

Второй эксперимент проводился с зеленым светодиодом Cree 5 мм (, таблица 2, ).Его термическое сопротивление остается постоянным. Этот и другие эксперименты доказывают, что у светодиодов разного цвета тепловое сопротивление остается постоянным.

Эксперимент в Таблица 3 был проведен на оранжевом светодиоде питания AlInGaP. Он устанавливается непосредственно на плату FR4, поэтому можно считать, что он не имеет радиатора. Максимальный используемый ток возбуждения составляет 200 мА, поскольку температура перехода уже достигла 91 ° C при температуре окружающей среды 20 ° C. При токе возбуждения 200 мА кажущееся тепловое сопротивление увеличилось на 1.91%, потому что прямое падение напряжения ниже, чем при более низких токах возбуждения. Однако для всех практических целей термическое сопротивление постоянно. С 50 мА до 200 мА выходной поток увеличился в 2,54 (910/358) раза, а тепловое сопротивление остается постоянным.

ТЕПЛОВАЯ РАКОВИНА СНИЖАЕТ ТЕПЛОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

В этом эксперименте используется еще один оранжевый светодиод питания AlInGaP (, таблица 4, ). Этот светодиод установлен на алюминиевом радиаторе, установленном в вертикальном положении. Это сделает тепловое сопротивление намного меньше, чем у светодиода, испытанного в эксперименте 3.Радиатор помогает светодиоду поддерживать еще более постоянное тепловое сопротивление.

В таблице 5 мы все еще используем светодиод на радиаторе из эксперимента 3, за исключением того, что на радиатор подается холодный воздух для дальнейшего снижения теплового сопротивления, в то время как тепловое сопротивление остается неизменным.

Чтобы доказать, что изменения температуры окружающей среды не влияют на тепловое сопротивление, эксперимент, показанный в Таблица 6 , повторяется с использованием другого оранжевого светодиода, также установленного на радиаторе.Температура окружающей среды измеряется термопарой, прикрепленной к радиатору. Когда температура окружающей среды увеличивается на 5 ° C, ΔT также увеличивается на 5 ° C. Точки данных показывают небольшое увеличение теплового сопротивления при повышении температуры окружающей среды. Это связано с тем, что прямое напряжение светодиода уменьшается при повышении температуры перехода. Для всех практических целей тепловое сопротивление остается постоянным даже при изменении температуры окружающей среды на 30 ° C.

ССЫЛКИ

Электрические и тепловые переходные эффекты в оптических устройствах большой мощности, авторы Габор Фаркас, Шатил Хак, Фрэнк Уолл, Пол С.Мартин, Андрас Поппе, Квинт ван Ворст Вейдер, Горги Богнар

Определение коэффициента термического сопротивления мощных светодиодов Джаясингхе, Гу, Нарендран, Исследовательский центр освещения, Политехнический институт Ренсселера

Бесконтактный метод определения температуры перехода белых светодиодов с люминофорным преобразованием. Гу, Нарендран, Исследовательский центр освещения, Политехнический институт Ренсселера,

USPN 7,052,180 Тестер температуры перехода светодиодов, Kelvin Shih

Постоянный ли коэффициент теплового сопротивления мощных светодиодов? Джаяшингхе, Донг и Нарендран

Тепловое исследование мощных оптических устройств с помощью переходных испытаний, Габор Фаркас, Квинт ван Ворст Вейдер, Андрас Поппе, Дьердь Богнар

Определение коэффициента теплового сопротивления светодиодов, завершенное исследование, Исследовательский центр освещения, Политехнический институт Ренсселера

Резистор до или после светодиода?

Я только что опубликовал новое видео, где отвечаю на вопрос:

«Резистор идет до или после светодиода?»

Если вы не хотите смотреть видео, я прикрепил скрипт ниже, чтобы вы могли его прочитать:

—————————-
[СЦЕНАРИЙ ВИДЕО]:

Это светодиод.

Если через светодиод проходит слишком большой ток, он перегорает и умирает.

Значит, для защиты всегда нужен резистор.

Но в каком порядке?

Вот в чем дело…

Неважно!

Резистор может быть установлен до или после светодиода, и он все равно будет его защищать.

Вы видите…

: ток, вытекающий из батареи, всегда равен току, который течет обратно в батарею.

Итак, в такой схеме — только с одним путем для протекания тока — ток одинаков во всей цепи.

Ток через резистор такой же, как ток через светодиод.

Теперь вы можете задаться вопросом — а что же тогда управляет током?

Светодиод имеет так называемое «прямое напряжение».

Это падение напряжения на светодиодах при нормальных условиях.

Типичное прямое напряжение составляет 2 В.

В цепи с батареей 9 В, светодиодом и резистором у вас будет 2 В.

Остальное напряжение — 7В — будет на резисторе.

Закон

Ома гласит, что ток равен напряжению, деленному на сопротивление.

Итак, если у вас есть резистор на 1000 Ом, вы получите 7, разделенное на 1000, равное 0,007, что составляет 7 мА.

Поскольку ток в цепи одинаков, вы также получите через светодиод 7 мА — независимо от того, находится ли резистор до или после светодиода.

Важен только размер резистора.

Продолжайте пайку!
Ойвинд @ build-electronic-circuits.com

Схема светодиода с резистором или без него — tinkerlog

В этом посте я постараюсь показать, почему для светодиода рекомендуется использовать резистор, ограничивающий ток. А когда можно управлять светодиодом без резистора.

Если вы читаете о светодиодах, то заметите, что все говорят вам, что вам нужен ограничивающий ток резистор.Но в основном они не говорят вам, почему.

Светодиод с токоограничивающим резистором

Если вы посмотрите таблицу светодиода, вы заметите, что показанные графики не являются линейными. Светодиод — это диод, полупроводник и ведет себя иначе, чем резистор.

Если вы приложите определенное напряжение к резистору, вы можете вычислить результирующий ток с помощью:


I = V / R Пример: I = 5 В / 100 Ом = 50 мА


Очевидно, что это не работает со светодиодами, потому что они не ведут себя как линейные резисторы.Если вы посмотрите на график выше, вы можете поднять напряжение с 0 В до 1,6 В, не вызывая заметного тока. Подайте немного больше напряжения, и появится ток, и загорится светодиод. Мы достигли прямого напряжения, которое необходимо для открытия pn-затвора. Прямое напряжение (VF) для типичного красного светодиода составляет от 1,7 до 2,2 В. Теперь небольшие изменения напряжения оказывают большое влияние на результирующий прямой ток (IF). В таблицах данных обычно указывается, по крайней мере, абсолютные максимальные значения для IF, например. 25 мА.Если вы приложите напряжение, которое приведет к большему току, светодиод может выйти из строя.

Поэтому очень важно не выходить за рамки светодиода. Если вы подключите светодиод напрямую к источнику питания на 5 вольт, вы сразу же его сожжете. Сильный ток разрушит pn-затвор. Здесь и вступает в силу токоограничивающий резистор.

Предположим, у нас есть красный светодиод с максимальным номиналом IF: 25 мА при VF: 2,1 В. Его VF, связанный с IF, похож на кривую на графике вверху.Если мы хотим использовать его при 5 вольт, мы должны использовать резистор для рассеивания оставшихся 2,9 вольт. Чтобы вычислить резитор, мы используем:


R = V / I = (5 В - 2,1 В) / 25 мА = 116 Ом.


В целях безопасности мы используем резистор на 120 или лучше 150 Ом. Таким образом, мы не приближаем индикатор к максимальному значению. Мы выбираем 20 мА, смотрим на кривую и видим соответствующий VF 2 вольта. Теперь пересчитаем резистор.


R = V / I = (5 В - 2 В) / 20 мА = 150 Ом.


Хорошо, 150 Ом в порядке. Чтобы быть в безопасности с резистором, мы должны посмотреть на рассеиваемую мощность. Вычисляется как:


P = V * I = 3 В * 20 мА = 60 мВт


Таким образом, безопасно выбрать резистор на 150 Ом и мощностью 1/4 Вт.

Хорошо, пока что это типичное использование светодиода с ограничивающим ток резистором.

Светодиод без токоограничивающего резистора

Прежде всего, зачем вам избавляться от резистора? Есть две причины.Во-первых, это пустая трата энергии. Преобразует электрическую энергию в тепло. Но мы хотим зажечь светодиод. Не хорошо. Во-вторых, вы можете уменьшить количество компонентов. Схема становится дешевле, потому что мы сэкономили резистор и, возможно, место на печатной плате.

Есть два способа обойти резистор. Один из способов — снизить входное напряжение. Если вы можете запустить свою полную схему с тем же напряжением, что и прямое напряжение светодиода, отлично. Резистор не требуется.

Другой метод — использовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ).Это означает, что мы включаем и выключаем светодиод. Если мы переключаемся достаточно быстро, человеческий глаз не заметит разницы. Он, так сказать, интегрирует яркость с течением времени. Часто в таблице данных указывается пиковое значение прямого тока (IF (пиковое)). Например:

IF (пик) = 160 мА
Условие: длительность импульса <= 1 мс и нагрузка <= 1/10

Это означает, что можно безопасно переключать светодиод с частотой 1 кГц, когда светодиод горит на 0,1 мс и выключается на 0,9 мс.

В большинстве случаев для IF (пикового) напряжения не указано, поэтому мы не можем быть уверены, при каком напряжении мы достигнем 160 мА в этом примере.Глядя на график, я предполагаю, что вы можете поднять напряжение до 3 В, может быть, до 3,2 В, но я не проверял это.

Я использовал оба метода для своих 64 пикселей, где я подключил светодиодную матрицу непосредственно к микроконтроллеру без каких-либо резисторов ограничения тока.

Входное напряжение составляет 3 В при использовании с 2 батареями AA или около 2,4 В при 2 аккумуляторных батареях AA. Это помогает приблизиться к VF светодиодов.

Матрица позволяет обращаться только к одной строке за раз.Таким образом, вы устанавливаете все биты столбца для первой строки и включаете первую строку. Затем вы отключаете строку один, устанавливаете все биты для строки два и включаете строку два, и так далее. Итак, вы проходите через все ряды. Это делается так быстро, что вы не увидите никакого мерцания. Каждая строка обновляется с частотой около 2 кГц и скважностью 1/8 (из-за 8 строк).

Если вы используете микроконтроллер для управления светодиодом или светодиодной матрицей, вы также должны позаботиться о текущих номиналах микроконтроллера.Каждый вывод ввода / вывода может подавать (источник) или принимать (принимать) только определенное количество тока. Я использовал ATtiny2313 и из таблицы на странице 181 я прочитал

Абсолютные максимальные характеристики:
* Постоянный ток на вывод ввода / вывода: 40,0 мА

И на странице 182 в качестве примечания:

4. Несмотря на то, что каждый порт ввода / вывода может потреблять больше энергии, чем указано в условиях тестирования (10 мА при VCC = 5 В, 5 мА при VCC = 3 В) в условиях устойчивого состояния (без переходных процессов), необходимо соблюдать следующее: 1] Сумма всех ИОЛ для всех портов не должна превышать 60 мА.Если ИОЛ превышает тестовое условие, объем может превысить соответствующую спецификацию. Не гарантируется, что контакты потребляют ток, превышающий указанные в списке условия тестирования.

Насколько я понимаю, если вы пытаетесь получить или потребить более 10 мА, напряжение VOL (выходное низкое напряжение) или VOH (выходное высокое напряжение) может упасть или подняться и превысить указанные значения.

Просмотр двух графиков из таблицы может помочь прояснить ситуацию.

На этом рисунке показано, как выходное напряжение вывода истока связано с током, который он передает на 2.Входное напряжение 7 В. 2.7 — это не 3 Вольта, как 2 элемента AA, но пока достаточно близко. Мы видим, что выходное напряжение падает, если нам требуется все больше и больше тока. При 5 мА у нас есть напряжение 2,5 Вольт, но при 15 мА напряжение падает до 2,1 Вольт.

На этом рисунке показано, как выходное напряжение на выводе приемника связано с током, который он потребляет. На этот раз выходное напряжение возрастет, если мы потребуем от вывода большего тока. При 5 мА напряжение составляет 0,15 В, но возрастает до 0.5 Вольт при 15 мА.

Чтобы проверить, используем ли мы ATtiny2313 и матрицу в соответствии с их спецификациями, нам нужно провести некоторую математику. Для матрицы нет таблицы с красивыми графиками, но есть некоторые числа.

Прямое напряжение: 1,80 — 2,20 В
Максимальный рейтинг: Прямой ток: 25 мА

Мы предполагаем, что светодиод работает от 1,8 В при 5 мА. Это выглядит разумным, если вы посмотрите на другие таблицы данных. Теперь, если мы вставим 5 мА в две цифры выше, мы получим: 2.5 В для вывода истока и 0,15 В для вывода стока.


2,5 В - 0,15 В = 2,35 В


Получаем, что для светодиода осталось 2,35 В. Это больше, чем мы предполагали (1,8 В). Более высокое напряжение светодиода означает больший ток. Итак, на этот раз мы будем вычислять с током 10 мА. Вставляя это снова, мы получаем 2,3 В для вывода истока и 0,3 В для вывода стока.


2,3 В - 0,3 В = 2,0 В


Как видите, если напряжение на светодиоде повышается, возрастает и ток через него.Но возрастающий ток приводит к более низкому / более высокому выходному напряжению на выводе исток / сток. А это означает меньший ток. Как будто они борются друг с другом.

2,0 В при 10 мА выглядит нормально для светодиода и микроконтроллера.

Это был один светодиод на двух выводах ввода / вывода. Что, если мы хотим управлять целым рядом из восьми светодиодов?

На этот раз восемь выводов источника, восемь светодиодов и один вывод стока. В приведенном выше примере 10 мА на светодиод в сумме составляют 80 мА (!). Это много. Глядя на рисунок, это даже невозможно.Предположим, все это составляет всего 25 мА, то есть 3,125 мА на светодиод. Это дает нам 2,6 В на каждом выводе истока и 1,0 В на одном выводе стока.


2,6 В - 1,0 В = 1,6 В


Это означает, что на каждый светодиод осталось 1,6 В, что немного ниже прямого напряжения светодиода. Так что светодиод может быть немного тусклее. Опять же, если светодиоды будут потреблять больше тока, микроконтроллер будет обеспечивать меньшее выходное напряжение для светодиодов.

Если вы внимательно посмотрите на дисплей с 64 пикселями, вы можете заметить, что ряды с несколькими высвеченными пикселями немного ярче остальных.

После всех этих вычислений и просмотра таблицы данных я думаю, что в некоторых случаях можно безопасно выпустить токоограничивающий резистор. Вы должны внимательнее изучить спецификации, чтобы понять, как это будет работать.

Если я ошибаюсь или перепутаю, пожалуйста, прокомментируйте это.

Ссылки

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Светодиод без резистора

Светодиод без резистора

Никогда не подключайте светодиод без резистора, в основном

<Дом Ника - Ник Парланте 8/2012

При подключении светодиода всегда должен использовать токоограничивающий резистор для защиты светодиода от полного напряжения.Если вы подключите светодиод напрямую к 5 вольт без резистора, светодиод будет перегружен, он будет некоторое время очень ярким, а затем перегорит. Вот что они говорят.

Сегодняшний эксперимент: светодиоды без резисторов

Но предположим, что мы подключаем светодиод напрямую к 5 вольтам — точно так, как вы не должны этого делать — но затем очень быстро включаем и выключаем напряжение, например включается на 1 миллисекунду, затем выключается на 9 миллисекунд (примерно в 10% случаев). Это называется широтно-импульсной модуляцией, ШИМ.С ШИМ светодиод имеет разумную яркость, но остается вопрос: короткие периоды прямого 5-вольтового подключения разрушают светодиод, или все в порядке? Отсюда сегодняшний эксперимент. Верхний светодиод управляется обычным способом с помощью ограничивающего ток резистора, так что это управление. Ниже расположены 4 светодиода в ряд. Светодиоды управляются через ШИМ с различным процентом, чтобы увидеть, как их яркость сохраняется с течением времени.

• Крайний правый, наименее яркий светодиод приводится в действие ШИМ, чтобы он был на 0.4% случаев (1 из 256)
• Второй справа светодиод управляется ШИМ и горит 6,3% времени (16 из 256). Когда эксперимент начался, яркость этого светодиода была примерно такой же, как у контрольной. Я полагаю, что для того, чтобы использовать эту технику в проекте, это правильный уровень для использования.
• Третий справа светодиод управляется ШИМ, чтобы он был включен 50% времени (128 из 256)
• Последний «пульсирующий» светодиод постоянно изменяется в пределах от 0% до 50% PWM, просто для удовольствия.

Я запустил его 3 августа 2012 г., так что посмотрим, как они справятся (эксперимент в настоящее время можно увидеть в моем офисе Gates). В начале эксперимента светодиоды PWM показывают три уровня яркости, как и следовало ожидать. Я подозреваю, что светодиод 50% действительно перегружается и, в конце концов, тускнеет или перегорает или что-то в этом роде. Посмотрим. Этот эксперимент был построен на плате Arduino с открытым исходным кодом, которая представляет собой симпатичный маленький компьютер за 25 долларов для подобных художественных и хобби-проектов.

Но зачем вам это делать?

Я был мотивирован взглянуть на это, потому что самый причудливый тайник в мире, The Dragon Puzzle, сжигает слишком много мощных светодиодов.Оказывается, если вы управляете своими светодиодами через ШИМ, они потребляют примерно на 50% меньше энергии, чем при использовании старого резистора. Это также немного мотивирует просто из-за лени. Зачем возиться с подключением резистора, если вместо этого можно просто использовать ШИМ. Большинство современных микросхем имеют большую мощность ШИМ. Резистор — своего рода грубое решение, мешающее всем этим плохим электронам.