Световой диод. Световые диоды: виды, характеристики и применение в современном освещении

Что такое светодиод и как он работает. Какие бывают виды светодиодов. Каковы основные характеристики LED-источников света. Как правильно подключать и использовать светодиоды.

Что такое светодиод и принцип его работы

Светодиод (LED) представляет собой полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. Основой светодиода является искусственный полупроводниковый кристалл.

При подаче на светодиод напряжения определенной полярности, через p-n переход начинает протекать электрический ток. В результате рекомбинации электронов и дырок в активной области p-n перехода происходит выделение энергии в виде фотонов — частиц света.

Цвет излучения светодиода зависит от материала полупроводника:

• Красный и желтый — на основе арсенида галлия
• Зеленый и синий — на основе нитрида галлия и индия
• Белый — синий кристалл с люминофорным покрытием

Для увеличения яркости в современных светодиодах используют многослойные структуры и специальные добавки. Это позволяет получить очень яркие и эффективные источники света.

Основные виды и типы светодиодов

По назначению светодиоды делятся на две основные группы:

1. Индикаторные — используются для индикации и декоративной подсветки. Имеют небольшую яркость.
2. Осветительные — применяются для создания полноценного освещения. Обладают высокой яркостью и световым потоком.

По конструкции и способу монтажа выделяют следующие типы светодиодов:

• SMD (Surface Mounted Device) — для поверхностного монтажа на плату
• COB (Chip-On-Board) — множество кристаллов на одной плате
• DIP (Dual In-line Package) — для монтажа в отверстия платы
• Светодиодные модули — готовые осветительные решения

Существуют также специальные виды светодиодов: инфракрасные, ультрафиолетовые, мощные, RGB и другие.

Ключевые характеристики светодиодов

Основными параметрами, определяющими свойства и область применения светодиодов, являются:

Световой поток

Измеряется в люменах (лм) и показывает количество света, излучаемого диодом. Современные осветительные светодиоды могут давать до 200-250 лм/Вт.

Цветовая температура

Характеризует оттенок белого света. Измеряется в Кельвинах (К):

• 2700-3500К — теплый белый
• 4000-5000К — нейтральный белый
• 5500-6500К — холодный белый

Индекс цветопередачи (CRI)

Показывает, насколько естественно выглядят цвета в свете светодиода. Измеряется от 0 до 100. Значение выше 80 считается хорошим.

Потребляемая мощность

Электрическая мощность, потребляемая светодиодом. Измеряется в ваттах (Вт). У осветительных светодиодов — от 0,5 до 100 Вт и более.

Световая отдача

Показывает эффективность преобразования электроэнергии в свет. Измеряется в лм/Вт. У современных светодиодов достигает 150-200 лм/Вт.

Особенности и преимущества светодиодного освещения

Светодиодные источники света обладают рядом важных преимуществ по сравнению с традиционными лампами:

• Высокая энергоэффективность — до 90% энергии преобразуется в свет
• Длительный срок службы — до 50 000 часов и более
• Экологичность — не содержат ртути и других вредных веществ
• Механическая прочность — устойчивы к вибрациям и ударам
• Мгновенное включение на полную яркость
• Возможность регулировки яркости и цвета
• Направленность светового потока
• Низкое тепловыделение

Эти качества делают светодиоды оптимальным выбором для большинства задач освещения.

Применение светодиодов в различных сферах

Благодаря своим преимуществам, светодиоды нашли широкое применение:

Бытовое освещение

Светодиодные лампы и светильники используются для освещения жилых помещений, офисов, магазинов. Они обеспечивают качественный свет при низком энергопотреблении.

Уличное и промышленное освещение

Мощные светодиодные прожекторы и светильники применяются для освещения улиц, парков, стадионов, производственных помещений.

Автомобильное освещение

Светодиоды используются в фарах, стоп-сигналах, поворотниках современных автомобилей. Они более долговечны и эффективны.

Декоративное освещение

Светодиодные ленты, модули, гирлянды широко применяются для создания световых эффектов и подсветки в интерьере и экстерьере.

Экраны и табло

Светодиоды используются в конструкции рекламных экранов, информационных табло, телевизоров и мониторов.

Схемы подключения светодиодов

При подключении светодиодов необходимо соблюдать полярность и обеспечить ограничение тока. Существует несколько основных схем подключения:

Подключение к источнику постоянного тока

Простейшая схема включает последовательно соединенные светодиод и токоограничивающий резистор. Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:

R = (U_пит — U_свд) / I_свд

где U_пит — напряжение питания, U_свд — падение напряжения на светодиоде, I_свд — рабочий ток светодиода.

Параллельное соединение

При параллельном подключении нескольких светодиодов каждая ветвь должна иметь свой токоограничивающий резистор. Это обеспечивает равномерное распределение тока.

Последовательное соединение

Позволяет подключить несколько светодиодов к источнику с более высоким напряжением. Общее падение напряжения на цепочке светодиодов не должно превышать напряжение питания.

Подключение к сети 220В

Для питания светодиодов от сети переменного тока используются специальные драйверы — преобразователи напряжения с ограничением тока.

Выбор и расчет светодиодов для освещения

При проектировании светодиодного освещения необходимо учитывать следующие факторы:

1. Требуемый уровень освещенности помещения
2. Цветовая температура и индекс цветопередачи
3. Угол рассеивания света
4. Мощность и эффективность светодиодов
5. Тепловой режим работы
6. Способ управления (диммирование, цветовые эффекты)

Расчет необходимого количества светодиодов производится по формуле:

N = (E * S) / (η * Ф)

где E — требуемая освещенность (лк), S — площадь помещения (м²), η — коэффициент использования светового потока, Ф — световой поток одного светодиода (лм).

При выборе светодиодов следует обращать внимание на их качество и соответствие заявленным характеристикам. Рекомендуется использовать продукцию проверенных производителей.

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.

Характеристики светодиодов, применение и схема подключения

Со времен изобретения электрического освещения учеными создавались все более экономичные источники. Но настоящим прорывом в этой области стало изобретение светодиодов, которые не уступают по силе светового потока предшественникам, однако расходуют во много раз меньше электроэнергии. Их созданию, начиная от первого индикаторного элемента и заканчивая ярчайшим на сегодня диодом «Cree», предшествовало огромное количество работы. Сегодня мы попробуем разобрать различные характеристики светодиодов, узнаем, как эволюционировали эти элементы и как их классифицируют.

Все эти элементы внутреннего монтажа уже уходят в прошлое

Читайте в статье:

Принцип работы и устройство световых диодов

Светодиоды отличает от привычных осветительных приборов отсутствие в нем нити накала, хрупкой колбы и газа в ней. Это принципиально отличный от них элемент. Говоря научным языком, свечение создается за счет наличия в нем материалов р- и n-типа. Первые накапливают положительный заряд, а вторые – отрицательный. Материалы р-типа накапливают в себе электроны, в то время, как в n-типе образуются дырки (места, где электроны отсутствуют). В момент появления на контактах электрического заряда они устремляются к р-n-переходу, где каждый электрон инжектируется именно в р-тип. Со стороны обратного, отрицательного контакта n-типа в результате подобного движения и возникает свечение. Оно обусловлено выделением фотонов. При этом не все фотоны излучают видимый человеческим глазом свет. Сила, которая заставляет двигаться электроны, называется током светодиода.

Эта информация ни к чему обычному обывателю. Достаточно знать, что светодиод имеет прочный корпус и контакты, которых может быть от 2-х до 4-х, а также то, что каждый светодиод имеет свое номинальное напряжение, необходимое для свечения.

Устройство светового диода с пояснениями

Полезно знать! Подключение производится всегда в одинаковом порядке. Это значит, что если к контакту «-» на элементе подключить «+», то свечения не будет – материалы р-типа просто не смогут зарядиться, а значит не будет и движения к переходу.

Классификация светодиодов по их области применения

Такие элементы могут быть индикаторными и осветительными. Первые были изобретены раньше вторых, при этом они уже давно используются в радиоэлектронике. А вот с появлением первого осветительного светодиода начался настоящий прорыв в электротехнике. Спрос на осветительные приборы подобного типа неуклонно растет. Но и прогресс не стоит на месте – изобретаются и внедряются в производство все новые виды, которые становятся все ярче, не потребляя при этом больше энергии. Разберем более подробно, какими бывают светодиоды.

Индикаторные светодиоды: немного истории

Первый такой светодиод красного цвета был создан в середине ХХ века. Хотя он имел низкую энергоэффективность и излучал тусклое свечение, направление оказалось перспективным и разработки в этой обрасти продолжились. В 70-х годах появляются зеленые и желтые элементы, а работы по их усовершенствованию не прекращаются. К 90-му году сила их светового потока достигает 1 Люмена.

В наше время светодиодные лампы могут быть даже такими

1993 год ознаменован появлением в Японии первого синего светодиода, который был намного ярче предшественников. Это означало, что теперь, совмещая три цвета (которые и составляют все оттенки радуги), можно получить любой. В начале 2000-х сила светового потока уже достигает 100 Люмен. В наше время светодиоды не перестают совершенствоваться, наращивая яркость без увеличения потребляемой мощности.

Использование светодиодов в бытовом и промышленном освещении

Сейчас подобные элементы используются во всех отраслях, будь то машино- или автомобилестроение, освещение производственных цехов, улиц или квартир. Если взять последние разработки, то можно сказать, что даже характеристики светодиодов для фонариков порой не уступают старым галогеновым лампам на 220 В. Попробуем привести один пример. Если взять характеристики светодиода 3 Вт, то они будут сопоставимы с данными лампы накаливания с потреблением 20-25 Вт. Получается экономия электроэнергии почти в 10 раз, что при ежедневном постоянном использовании в квартире дает весьма существенную выгоду.

Фонари на диодах со специальными линзами светят на расстояние до 3 км

Чем хороши светодиоды и есть ли в них минусы

О положительных качествах световых диодов можно сказать многое. Основными из них можно назвать:

• Экономичность без потери силы светового потока – здесь они вне конкуренции;
• Прочный корпус – отсутствует опасность механического повреждения;
• Долговечность – такие элементы работают в десятки раз дольше ламп накаливания;
• Компактность – имеют малые габариты;
• Наиболее безопасны – работают от сети 3-24 В;
• Экологичны – не требуют специальной утилизации.

Что же касается отрицательных сторон, то их всего две:

• Работают только с постоянным напряжением;
• Вытекает из первого – высокая стоимость ламп на их основе по причине необходимости использования драйвера(электронного стабилизирующего блока).

Ультрафиолетовый и инфракрасный световые диоды – изготавливают даже такие

Каковы основные характеристики светодиодов?

При выборе таких элементов для той или иной цели, каждый обращает внимание на их технические данные. Основное, на что следует обратить внимание, приобретая приборы на их основе:

• ток потребления;
• номинальное напряжение;
• потребляемая мощность;
• температура цвета;
• сила светового потока.

Это то, что мы можем увидеть на маркировке светодиодных ламп. На самом же деле, характеристик намного больше. О них сейчас и поговорим.

Ток потребления светодиода – что это такое

Ток потребления светодиода равен 0.02 А. Но это относится лишь к элементам с одним кристаллом. Существуют и более мощные световые диоды, в составе которых может быть 2, 3 и даже 4 кристалла. В этом случае ток потребления будет увеличиваться, кратно числу чипов. Именно этот параметр и диктует необходимость подбора резистора, который впаивается на вводе. В этом случае сопротивление светодиода не дает высокому току мгновенно сжечь LED элемент. Это может произойти по причине высокого тока сети.

RGB прожекторы с контроллером и пультом ДУ действительно хороши

Номинальное напряжение

Напряжение светодиода имеет прямую зависимость от его цвета. Это происходит по причине разности материалов для их изготовления. Рассмотрим эту зависимость.

Цвет светодиода	Материал	Прямое напряжение при 20 мА
		Типовое значение (В)	Диапазон (В)
ИК	GaAs, GaAlAs	1,2	1,1-1,6
Красный	GaAsP, GaP, AlInGaP	2,0	1,5-2,6
Оранжевый	GaAsP, GaP, AlGaInP	2,0	1,7-2,8
Желтый	GaAsP, AlInGaP, GaP	2,0	1,7-2,5
Зеленый	GaP, InGaN	2,2	1,7-4,0
Голубой	ZnSe, InGaN	3,6	3,2-4,5
Белый	Синий/УФ диод с люминофором	3,6	2,7-4,3

Сопротивление световых диодов

Сам по себе один и тот же светодиод может иметь различное сопротивление. Меняется оно в зависимости от включения в цепь. В одну сторону – около 1 кОм, в другую – несколько МОм. Но здесь есть свой нюанс. Сопротивление светодиода нелинейно. Это значит, что оно может изменяться в зависимости от подаваемого на него напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже будет сопротивление.

Точечный потолочный светильник на диодах очень экономичен

Светоотдача и угол свечения

Угол светового потока светодиодов может различаться, в зависимости от их формы и материала изготовления. Он не может превышать 120⁰. По этой причине, если требуется большее рассеивание, применяют специальные отражатели и линзы. Это качество «направленного света» и способствует наибольшей силе светового потока, которая может достигать 300-350 Лм у одного светодиода на 3 Вт.

Мощность светодиодных ламп

Мощность светодиода – величина сугубо индивидуальная. Она может варьироваться в диапазоне от 0.5 до 3 Вт. Определить ее можно по закону Ома P = I×U, где I – сила тока, а U – напряжение светодиода.

Мощность – довольно важный показатель. Особенно когда необходимо рассчитать какой блок питания необходим для того или иного количества элементов.

Цветовая температура

Этот параметр схож с другими лампами. Наиболее приближены то температурному спектру к светодиодным люминесцентные лампы. Измеряется цветовая температура в К (Кельвин). Свечение может быть теплым (2700-3000К), нейтральным (3500-4000К) или холодным (5700-7000К). На самом деле оттенков много больше, здесь указаны основные.

На такой платформе могут быть сотни кристаллов

Размер чипа LED элемента

Этот параметр самостоятельно измерить при покупке не удастся и сейчас уважаемому читателю станет понятно почему. Самые распространенные размеры – это 45х45 mil и 30х30 mil (соответствуют 1 Вт), 24х40 mil (0.75 Вт) и 24х24 mil (0.5 Вт). Если перевести в более привычную систему измерений, то 30х30 mil будут равны 0.762х0.762мм.

Чипов (кристаллов) в одном светодиоде может быть много. Если элемент не имеет слоя люминофора (RGB – цветной), то количество кристаллов можно подсчитать.

Важно! Не стоит приобретать очень дешевые светодиоды китайского производства. Они могут оказаться не только низкого качества, но и характеристики их чаще всего завышены.

Подделку довольно тяжело отличить от оригинала при покупке

Что такое SMD светодиоды: их характеристики и отличие от обычных

Четкая расшифровка этой аббревиатуры выглядит как Surface Mount Devices, что в буквальном переводе означает «монтируемый на поверхности». Чтобы было понятнее, можно вспомнить, что обычные световые диоды цилиндрической формы на ножках утапливаются ими в плату и припаиваются с другой стороны. В отличие от них SMD-компоненты фиксируются лапками с той же стороны, где находятся и сами. Такой монтаж дает возможность создания двусторонних печатных плат.

Такие светодиоды намного ярче и компактнее обычных и являются элементами нового поколения. Их габариты указываются в маркировке. Но не стоит путать размер SMD светодиода и кристалла (чипа) которых в составе компонента может быть множество. Разберем несколько таких световых диодов.

Вот они, LED SMD2835. Маленькие, но света от них достаточно

Параметры LED SMD2835: размеры и характеристики

Многие начинающие мастера путают маркировку SMD2835 с SMD3528. С одной стороны они должны быть одинаковы, ведь маркировка указывает, что эти светодиоды имеют размер 2.8х3.5 мм и 3.5 на 2.8 мм, что одно и то же. Однако это заблуждение. Технические характеристики светодиода SMD2835 намного выше, при этом он имеет толщину всего 0.7 мм против 2 мм у SMD3528. Рассмотрим данные SMD2835 с различной мощностью:

Параметр	Китайский 2835	2835 0,2W	2835 0,5W	2835 1W
Сила светового потока, Лм	8	20	50	100
Потребляемая мощность, Вт	0,09	0,2	0,5	1
Температура, в градусах С	+60	+80	+80	+110
Ток потребления, мА	25	60	150	300
Напряжение, В	3,2

Как можно понять, технические характеристики SMD2835 могут быть довольно разнообразны. Все зависит от количества и качества кристаллов.

Характеристики светодиода 5050: более габаритный SMD-компонент

Довольно удивительно, что при больших габаритах этот светодиод имеет меньшую силу светового потока, чем предыдущий вариант – всего 18-20 Лм. Причиной этому малое количество кристаллов – обычно их всего два. Наиболее распространенное применение такие элементы нашли в светодиодных лентах. Плотность из в полосе обычно составляет 60 шт/м, что в общей сложности дает около 900 Лм/м. Достоинство их в этом случае в том, что лента дает равномерный спокойный свет. При этом угол ее освещения максимальный и равен 120⁰.

На таких элементах делается лампа «кукуруза»

Выпускаются такие элементы с белым свечением (холодного или теплого оттенка), одноцветными (красный, синий или зеленый), трехцветными (RGB), а так же четырехцветными (RGBW).

Характеристики светодиодов SMD5730

По сравнению с этим компонентом, предыдущие уже считаются устаревшими. Их уже можно назвать даже сверх яркими светодиодами. 3 вольта, которые питают и 5050, и 2835 выдают здесь до 50 Лм при 0.5 Вт. Технические характеристики SMD5730 на порядок выше, а значит их необходимо рассмотреть.

Параметр	Показатель
Сила светового потока, Лм	45-50
Потребляемая мощность, Вт	0,5
Диапазон рабочих температур, в градусах С	От -40 до +80
Номинальный ток, мА	150
Рабочее напряжение, В	3,1-3,2
Угол освещения	120 градусов

И все-таки это не самый яркий из SMD-компонентов светодиод. Сравнительно недавно на российском рынке появились элементы, которые в прямом смысле «заткнули за пояс» все остальные. О них сейчас и пойдет речь.

Элементы на ленте могут располагаться и в 2 ряда для яркости

Светодиоды «Cree»: характеристики и технические данные

На сегодняшний день аналогов продукции фирмы Cree не существует. Характеристики сверх ярких светодиодов их производства действительно поражают. Если предыдущие элементы могли похвастаться силой светового потока лишь в 50 Лм с одного кристалла, то, к примеру, характеристики светодиода XHP35 от «Cree» говорят о 1300-1500 Лм так же от одного чипа. Но и мощность их больше – она составляет 13 Вт.

Если обобщить характеристики различных модификаций и моделей светодиодов этой марки, то можно увидеть следующее:

Модификация	XM-L			XR-E, XP-G, XP-E, XP-C
Сила светового потока, Лм/вт	T5 (от 260 до 280)	T6 (от 280 до 300)	U2 (от 300 до 320)	Q2 (от 87,4 до 93,9)	Q3 (от 93,9 до 100)	Q4 (от 100 до 107)	Q5 (от 107 до 114)	R2 (от 114 до 122)

Сила светового потока SMD LED «Cree» называется бином, который в обязательном порядке проставляется на упаковке. В последнее время появилось очень много подделок под эту марку, в основном китайского производства. При покупке их сложно отличить, а вот уже через месяц использования их свет тускнеет и они перестают отличаться от других. При довольно высокой стоимости такое приобретение станет довольно неприятным сюрпризом.

Нить накала постепенно уходит в историю

Предлагаем Вам небольшое видео на эту тему:

Проверка светодиода мультиметром – как ее выполнить

Самым простым и доступным способом является «прозвонка». На мультиметрах есть отдельное положение переключателя, специально для диодов. Переключив прибор в нужную позицию, прикасаемся щупами к ножкам светодиода. Если на дисплее высветилась цифра «1», следует поменять полярность. В этом положении зуммер мультиметра должен издавать звуковой сигнал, а светодиод светиться. Если подобного не произошло, значит, он вышел из строя. Если же световой диод исправен, но при впайке его в схему не работает, этому может быть две причины – неправильное его расположение или выход из строя резистора (у современных SMD-компонентов он уже встроен, что будет ясно в процессе «прозвонки»).

Мультиметром довольно просто прозвонить световой диод

Цветовая маркировка световых диодов

Общепринятой мировой маркировки подобных изделий не существует, каждый производитель обозначает цвет так, как ему это удобно. В России применяют цветовую маркировку светодиодов, но ею мало кто пользуется, потому, как список элементов с буквенными обозначениями довольно внушителен и запоминать его вряд ли кому-то захочется. Наиболее распространенно буквенное обозначение, которое многие и считают общепринятым. Но такая маркировка чаще встречается не на мощных элементах, а на светодиодных лентах.

Такие обозначения могут встретится на маркировке ленты

Расшифровка кода маркировки светодиодной ленты

Для того, чтобы понять, как маркируется лента, нужно обратить внимание на таблицу:

Позиция в коде	Назначение	Обозначения	Расшифровка обозначения
1	Источник света	LED	Светодиод
2	Цвет свечения	R	Красный
		G	Зеленый
		B	Синий
		RGB	Любой
		CW	Белый
3	Способ монтажа	SMD	Surface Mounted Device (Устройство, монтируемое на поверхность)
4	Размер чипа	3028	3,0 х 2,8 мм
		3528	3,5 х 2,8 мм
		2835	2,8 х 3,5 мм
		5050	5,0 х 5,0 мм
5	Количество светодиодов на метр длины	30
		60
		120
6	Степень защиты:	IP	International Protection
7	От проникновения твердых предметов	0-6	Согласно ГОСТ 14254-96 (стандарт МЭК 529-89) «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP)»
8	От проникновения жидкости	0-6

Для примера возьмем конкретную маркировку LED CW SMD5050/60 IP68. Из нее можно понять, что перед нами светодиодная лента белого цвета для поверхностного монтажа. Элементы, установленные на ней, имеют размер 5х5мм, в количестве 60 шт/м. Степень защиты позволяет ей длительное время работать под водой.

Ассортимент ламп для дома на световых диодах довольно широк

Что можно сделать из светодиодов своими руками?

Это вопрос очень интересный. И если отвечать на него развернуто, то на это уйдет очень много времени. Наиболее частое применение световых диодов – это подсветка подвесных и натяжных потолков, рабочей зоны на кухне или даже клавиатуры компьютера.

Мнение эксперта

Игорь Мармазов

Инженер-проектировщик ЭС, ЭМ, ЭО (электроснабжение, электрооборудование, внутреннее освещение) ООО «АСП Северо-Запад»

Спросить у специалиста

“Для работы таких элементов необходим стабилизатор питания или контроллер. Его можно взять даже со старой китайской гирлянды. Многие «умельцы» пишут, что достаточно обычного понижающего трансформатора, но это не так. В этом случае диоды будут моргать.”

Стабилизатор для диодных ламп – подобный можно спаять самостоятельно

Стабилизатор тока – какую функцию он выполняет

Стабилизатор для светодиодов – это источник питания, который понижает напряжение и выравнивает ток. Другими словами, создает условия для нормальной работы элементов. При этом он защищает от повышения или падения напряжения на светодиодах. Существуют стабилизаторы, которые могут не только регулировать напряжение, обеспечивая плавное затухание световых элементов, но и управлять режимами цвета или мерцания. Они называются контроллерами. Подобные устройства можно увидеть на гирляндах. Так же они продаются в магазинах электротехники для коммутации с RGB-лентами. Такие контроллеры оснащаются пультами дистанционного управления.

Схема такого устройства не сложна, и при желании простейший стабилизатор можно изготовить и своими руками. Для этого понадобятся лишь небольшие знания в радиоэлектронике и умение держать в руках паяльник.

Схема подключения дневных ходовых огней на автомобиле

Дневные ходовые огни на автомобиль

Применение световых диодов в автомобильной промышленности довольно распространено. К примеру, ДХО изготавливаются исключительно с их помощью. Но если авто не оснащено ходовыми огнями, то их приобретение может ударить по карману. Многие автолюбители обходятся дешевой светодиодной лентой, но это не очень удачная мысль. Особенно, если сила ее светового потока невелика. Неплохим выходом может стать приобретение самоклеящейся ленты на диодах «Cree».

Вполне можно сделать ДХО и при помощи уже вышедших из строя, поместив внутрь старых корпусов новые, мощные диоды.

Важно! Дневные ходовые огни созданы именно для того, чтобы авто было заметно днем, а не ночью. Нет смысла проверять, как они будут светить, в темное время суток. ДХО должны быть заметны при свете солнца.

Такую рекламу легко можно сделать самостоятельно

Мигающие светодиоды – для чего это нужно?

Неплохим вариантом использования подобных элементов станет рекламное табло. Но если оно будет статично светиться, то это не привлечет должного внимания. Основной задачей является сборка и спайка щита – для этого нужны некоторые навыки, приобрести которые несложно. После сборки можно вмонтировать контроллер от той же гирлянды. В результате получается мигающая реклама, которая явно привлечет внимание.

Цветомузыка на световых диодах – сложно ли ее сделать

Это работа уже не для новичков. Для того, чтобы собрать полноценную цветомузыку своими руками нужен не только точный расчет элементов, но и знания радиоэлектроники. Но все же простейший ее вариант вполне по силам каждому.

Простейшая цветомузыка – осталось подключить датчик звука

В магазинах радиоэлектроники всегда можно найти датчик звука, да и во многих современных выключателях он есть (свет по хлопку). Если у Вас есть светодиодная лента и стабилизатор, то пустив с блока питания «+» на полосу через подобную хлопушку можно добиться желаемого результата.

Индикатор напряжения: что делать, если он перегорел

Современные индикаторные отвертки состоят как раз из светового диода и сопротивлений с изолятором. Чаще всего это эбонитовая вставка. При перегорании элемента внутри его вполне можно заменить на новый. А цвет уже будет выбирать сам умелец.

Этот диод можно с легкостью заменить при желании

Еще один из вариантов – это изготовление прозвонки цепи. Для этого понадобится 2 пальчиковых батарейки, провода и световой диод. Соединив элементы питания последовательно, одну их ножек элемента припаиваем к плюсу батареи. Провода будут идти от другой ножки и от минуса батареи. В итоге при замыкании диод засветится (если полярность не перепутать).

Схемы подключения светодиодов – как все правильно выполнить

Подобные элементы можно подключить двумя способами – последовательно и параллельно. При этом нельзя забывать, что световой диод должен быть расположен правильно. В противном случае схема работать не будет. В обычных элементах с цилиндрической формой это можно определить так: на катоде (-) виден флажок, он немного крупнее анода (+).

Такова схема последовательного подключения световых диодов

Как рассчитать сопротивление светодиода

Расчет сопротивления светового диода очень важен. Иначе элемент просто сгорит, не выдержав величины тока сети.

Разберемся, как рассчитать сопротивление для светодиода.

Сделать это можно по формуле:

R = (VS – VL) / I,где

• VS–напряжение питания;
• VL –номинальное напряжение для светодиода;
• I – ток светодиода (обычно это 0.02 А, что равно 20 мА).

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель. Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов. Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель. Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов. Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

Полезная информация! Напряжение, которое выдает блок питания равно 3.7 В. Это значит, что диоды нужно соединить последовательно скоммутированными парами параллельно.

Параллельное и последовательное соединение: как они выполняются

По законам физики и электротехники при параллельном соединении напряжение распределяется равномерно по всем потребителям, оставаясь неизменным на каждом из них. При последовательном монтаже поток делится и на каждом из потребителей оно становится кратным их количеству. Иными словами если взять 8 световых диодов, соединенных последовательно, они будут нормально работать от 12 В. Если же из подключить параллельно – они сгорят.

Параллельно подключенные последовательные тройки световых диодов

Подключение световых диодов на 12 В как самый оптимальный вариант

Любая светодиодная лента рассчитана на подключение к стабилизатору, выдающему 12 или 24 В. На сегодняшний день на прилавках российских магазинов представлен огромный ассортимент изделий различных производителей с этими параметрами. Но все же преобладают ленты и контроллеры именно 12 В. Это напряжение более безопасно для человека, да и стоимость таких приборов более низка. О самостоятельном подключении к сети 12 В говорилось чуть выше, ну а с подключением к контроллеру проблем возникнуть не должно – к ним прилагается схема, с которой разберется даже школьник.

Идеальная подсветка потолка при помощи светодиодной ленты

В заключение

Популярность, которую набирают световые диоды, не может не радовать. Ведь это заставляет прогресс двигаться вперед. И кто знает, быть может, уже в ближайшее время появятся новые светодиоды, которые будут на порядок выше по характеристикам, чем существующие сейчас.

Надеемся, наша статья была полезна уважаемому читателю. При возникновении вопросов по теме просим задавать их в обсуждениях. Наша команда всегда готова на них ответить. Пишите, делитесь опытом, ведь он может кому-то помочь.

Видео: как правильно подключить светодиод

разделение по классам и типам

В настоящее время светодиоды обрели широкую популярность. При этом четко разделить их по мощности, яркости свечения, области применения, форм-фактору и другим параметрам не представляется возможным, поскольку у каждого производителя своя классификация. Тем не менее, различные виды светодиодов можно объединить в классы по некоторым характерным признакам.

Индикаторные и осветительные LED

Чтобы яснее представлять, какие бывают светодиоды, их можно разделить на две большие группы: индикаторные и осветительные.

Индикаторные используются в основном в целях цветовой индикации, а также при подсветке дисплеев, приборных панелей и других приборов. То есть это светодиоды сравнительно небольшой мощности (до 0.2 Вт) с умеренной яркостью.

Осветительные LED используются при освещении помещений в составе светодиодных ламп и лент, в автомобильных фарах и везде, где требуется получить высокую интенсивность свечения. Мощность таких светодиодов может достигать десятков ватт.

Индикаторные LED

Индикаторные светодиоды, в свою очередь, можно разбить на несколько групп.

DIP светодиоды

Светодиоды этого типа представляют собой светоизлучающий кристалл в выводном корпусе, часто с выпуклой линзой. Типы корпусов: цилиндрические, диаметром 3, 4, 5, 8, 10… мм, и прямоугольные.

Выпускаются в очень широком диапазоне цветов – вплоть до ИК и УФ диапазонов. Могут быть как одноцветными, так и многоцветными (когда в одном корпусе сосредоточено несколько кристаллов разных цветов), — например, RGB.

Одним из недостатков этих LED можно отметить невысокий угол рассеяния светового потока: обычно не более 60⁰.

Super Flux “Piranha”

Конструктивно светодиоды Пиранья представляют собой сверхъяркие светодиоды в прямоугольном корпусе с четырьмя выводами. Такая конструкция позволяет надежно закрепить светодиод на плате.

Доступные разновидности: красный, зеленый, синий и три белых (различаются температурой свечения). Выпускаются в корпусах с линзой (3 и 5 мм) и без нее. Угол рассеяния варьируется в пределах от 40⁰ до 120⁰.

Область применения Piranha – подсветка автомобильных приборов, дневных ходовых огней, рекламных вывесок и т.д.

Straw Hat

Наряду с Piranha, большим углом рассеяния светового потока обладают светодиоды типа Straw Hat («соломенная шляпа»). Внешне они напоминают обычные цилиндрические двухвыводныне LED, но с меньшей высотой и увеличенным радиусом линзы, за что и получили свое название.

Излучающий кристалл в этих светодиодах расположен ближе к передней стенке линзы (не забудьте почитать про назначение линзы для светодиода), благодаря чему достигается угол рассеяния порядка 100-140⁰.

Выпускаются красные, синие, зеленые, желтые и белые LED. Благодаря способности создавать ненаправленное излучение, могут использоваться в декоративных целях, в качестве замены ламп аварийной тревоги и других местах, где требуется равномерная подсветка с низким энергопотреблением.

SMD светодиоды

Кроме выводных LED, выпускаются светодиоды типа SMD. Сюда следует отнести сверхъяркие цветные и белые светодиоды мощностью около 0.1 Вт в корпусе для поверхностного монтажа. Размеры корпусов обычно стандартные для любых элементов типа SMD: 0603, 0805, 1210 и т.д., где маркировка обозначает длину и ширину в сотых долях дюйма или в миллиметрах. При этом существуют как разновидности с выпуклой линзой, так и без нее.

Благодаря простоте монтажа, на основе этих LED выпускаются светодиодные ленты. Например, широкую известность в этой области приобрел светодиод Cree SMD 3528.

Осветительные LED

Эти светодиоды применяются при освещении помещений и улиц в составе фонарей, автомобильных фар, светодиодных лент и т.д. В связи с этим обладают большой мощностью, высокой интенсивностью излучения, и выпускаются только в белом цвете в корпусах для поверхностного монтажа.

Обычно производятся две разновидности, различающиеся цветовой температурой: cool white (холодный белый) и warm white (теплый белый).

Поскольку кристаллов, излучающих белый свет, в природе не существует, при производстве осветительных светодиодов прибегают к различным технологиям смешения трех базовых цветов (RGB). От способа их сложения зависит цветовая температура получаемого белого света.

Одним из способов получения белого свечения является покрытие излучающего кристалла тремя слоями люминофора, причем каждый слой отвечает за свой базовый цвет. Другой метод состоит в нанесении двух слоев люминофора на кристалл голубого цвета.

Осветительные SMD LED

Большинство осветительных светодиодов также выпускаются в корпусах SMD. В отличие от индикаторных, характеризуются большей мощностью и производятся только в белом цвете.

Стоит отметить, что некоторые осветительные LED небольшой мощности, например упомянутые выше SMD 3528, могут использоваться в качестве индикаторных, поэтому здесь разделение на типы довольно условное.

Основная область применения SMD – светодиодные ленты и лампы, переносные фонари, фары автотранспорта. При этом они дают довольно направленное излучение (порядка 100⁰-130⁰), поэтому при освещении больших территорий приходится использовать большое количество этих LED для равномерной засветки площади.

Конструктивно осветительные SMD представляют собой покрытый люминофором излучающий кристалл на теплоотводящей подложке, обычно медной или алюминиевой. Встречаются как разновидности с линзой, так и без нее.

COB светодиоды

Большое распространение получили светодиоды типа COB (Chip On Board, чип на плате). По сути, это интеграция большого количества (обычно несколько десятков) кристаллов SMD в одном корпусе, которые потом покрываются люминофором.

На картинке вверху показаны для сравнения Cree SMD 5050 (слева) и COB – матрица из 36 чипов (справа).

COB используются только для освещения. Их световой поток на порядок больше, чем у одиночных SMD. Однако следует учесть, что эти светодиоды не подойдут для создания узконаправленного излучения ввиду большого угла рассеяния светового потока. При этом создать абсолютно ненаправленное излучение тоже не получится – угол рассеяния светодиодов менее 180⁰.

Замечено, что некоторым людям неприятен спектр свечения светодиодов типа SMD или COB. Кроме того, недостаточное количество светодиодов при засветке больших площадей приводит к тому, что освещенность носит дискретный характер, то есть сильно освещенные участки чередуются со слабо освещенными. Это нужно учитывать при выборе осветительных LED.

Filament LED

Этот тип светодиодов также используется пока только для освещения. Широкое распространение получили в качестве декоративной подсветки помещений. Спектр свечения, в отличие от SMD и COB, гораздо приятнее человеческому глазу и напоминает свет лампы накаливания. При этом сохраняются все присущие LED достоинства: низкое энергопотребление и долгий срок службы.

В этом ролике демонстрируется сравнение декоративной лампы накаливания мощностью 40 Вт и лампы Filament на 4 Вт:

Здесь видно, что при мощности в 10 раз меньше, световой поток, отдаваемый лампой Filament, в 3-4 раза больше.

В то же время КПД Filament даже выше, чем у тех же SMD, — при одинаковой мощности первые позволяют получить большую освещенность. Это достигается за счет технологии COG (Chip On Glass, чип на стекле), при которой светоизлучающие кристаллы устанавливаются на стеклянную подложку, а затем покрываются люминофором.

Сама подложка имеет цилиндрическую форму, что позволяет получить угол рассеяния светового потока 360⁰. То есть такие LED очень хороши при создании ненаправленного излучения.

Лазерные диоды

И напоследок еще об одном типе, который нельзя отнести ни к индикаторным, ни к осветительным LED, – лазерный диод. Собственно, светодиодом его можно считать с натяжкой, поскольку по технологии производства он не имеет ничего общего с обычными LED.

Лазерные диоды представляют собой особым образом обработанные полупроводниковые кристаллы, которые при подаче напряжения генерируют очень узкий пучок света. При этом образцы нового поколения позволяют получить угол расхождения луча в пределах 5-10⁰. Встречаются как модели, работающие в видимом диапазоне, так и вне его (УФ и ИК).

Широкое применение эти диоды нашли в лазерных указках, целеуказателях, DVD-приводах, оптических компьютерных мышах, линиях оптоволоконной связи.

Заключение

Четко классифицировать все многообразие светодиодов достаточно сложно, поскольку редко те или иные LED производятся для каких-то конкретных целей. Тем не менее, основные направления их применения, — индикация и освещение, — пока остаются прежними, и приведенная здесь классификация подойдет для создания общего представления о видах светодиодов.

Виды и типы светодиодов — обзор основных характеристик

С каждым годом все больше расширяется ассортимент светодиодных осветительных приборов. Да и развитие элементов освещения на кристаллах не стоит на месте. Хотя они и были изобретены более полувека назад, применяться в бытовом освещении стали сравнительно недавно. Сейчас практически каждый знает, что потребление электроэнергии светодиодами значительно меньше, чем их предшественниками, описание этого факта можно найти где угодно.

Но перед тем как выполнить монтаж, SMD-светодиоды необходимо правильно выбрать, а как это сделать при всем предлагаемом многообразии? Как выбрать такие, которые подойдут именно под нужные параметры и какие бывают LED SMD? Ведь даже выучив наизусть все маркировки, нельзя быть уверенным в том, что купленный осветительный прибор будет соответствовать заявленным характеристикам. А бывает, что на упаковке светодиодов такие отметки вообще отсутствуют.

Нужно попытаться разобраться, возможно ли определить тип и технические характеристики светодиода, не обращая внимания на метки, проставленные производителем, заявленный им световой поток и т. п.

Таблица подскажет характеристики некоторых, наиболее распространенных. Целесообразно иметь некоторое понятие и о терминах, с которыми можно столкнуться при выборе LED-источников света.

Обозначения в технической характеристике

Каждый человек, впервые столкнувшись с выбором любого осветительного прибора, в том числе и светодиодов, находит на упаковке множество непонятной для него информации. Как раз с ней и нужно разобраться в первую очередь.

Пример диаграммы коэффициента излучения SMD 5730

Виды светодиодов

Многие думают, что все светодиоды одинаковы, но это в корне неверно. Классификация светодиодов различает их не только по цветам, но и по режимам работы. Световые приборы на кристаллах могут быть нескольких разновидностей:

• Моргающими – такие элементы применяются для того, чтобы привлечь внимание. По своей структуре они мало отличны от обычных, но при их производстве применена немного другая технология, которая позволяет светодиоду моргать с интервалом в секунду. Чаще такие элементы однотонные, но существуют и более сложные, многоцветные, которые работают благодаря RGB.
• Многоцветными моргающими – их показатели довольно обширны. Обычно изготовлены в виде двух кристаллов, функционирующих во встречных направлениях, т. е. при включении одного выключается другой. По причине такой работы при смешивании основных цветов может образоваться еще один.
• Трехцветными – в одном корпусе совмещены несколько кристаллов, которые друг с другом не связаны. Работать могут как отдельно, так и все вместе, при этом управляясь по разным каналам.
• RGB-диодами с красным, синим и зеленым цветом, связанными при помощи четырех проводов и одним анодом (либо катодом).
• В виде монохромного дисплея на семь сегментов. Способны показывать определенные символы. В восьмидесятые пользовались популярностью дисплеи на их основе, но с появлением экранов на жидких кристаллах такие мониторы ушли в прошлое.

Виды светодиодов

Маркировки LED-диодов

На светильниках обычно при помощи маркировки указываются типы светодиодов, используемых в нем. Какими могут быть виды этих световых элементов и каковы их особенности – вопрос, который требует разъяснений.

Светодиоды SMD

Расшифровывается маркировка светодиодов SMD как Surface Mounted Device, что по-русски звучит как «поверхностное оборудование». Иными словами, такой LED SMD-прибор находится на поверхности светильника. Для примера можно взять световую полосу, над уровнем которой находятся именно такие SMD-диоды. Маркировка в виде чисел указывает на размеры светодиодов. К примеру, имеется название прибора – SMD 3528 LED (или 3528 SMD LED). Его размер 3.5 х 2.8 мм. Светодиодные полосы с такими диодами прекрасно гнутся, за счет чего очень удобны в случае установки. Также и их подключение не представляет никаких сложностей.

Многоцветная светодиодная лента

Светодиоды DIP LED

Еще один тип светодиода с очень похожими SMD-характеристиками. Выглядят они как цилиндр, размещенный по ленте. Отличается наличием хорошей силиконовой защиты. Цифровое обозначение указывает так же на размеры элемента (тот же пример, как и с SMD 3528). Применяется он только для стекла, к примеру, для полок гарнитура из этого материала. В отличие от ленты с SMD, светодиодная полоса с DIP сгибается не только вдоль, но и поперек.

Краткая характеристика ленты SMD 5050

Элементы этой ленты, как видно из маркировки, величиной 5.0 х 5.0 миллиметров. Прародителем этого светодиода стал диод 3528. В зависимости от цвета интервал светового потока 2–8 лм. Потребители на таких полосах светодиодов SMD разделяются по влагозащищенности, имея маркировки: IP 20 – покрытие из полиуретана, или IP 65 – из силикона. IP 20 нужно устанавливать лишь в закрытых помещениях, в то время как IP 65 не боятся влаги, и разместить их можно даже на улице. В своем составе такие элементы имеют три разных или одинаковых по цвету кристалла. Подключение контроллера к многоцветному варианту исполнения 5050 позволяет получить освещение самых разных цветов. Среди основных характеристик данных светодиодов 5050 можно назвать:

1. прозрачный и очень жесткий материал из полиуретана;
2. эти элементы качественно пропаяны;
3. плотность диодов – 60 шт/м;
4. питание от 12 или 24 В.

По сравнению с прародителем – SMD 3528 – характеристики практически те же, с той лишь разницей, что «потомок» получился крупнее, мощнее и ярче.

Краткая характеристика ленты SMD 5730

Светодиоды, относящиеся к довольно высокоэффективным. Многие даже считают 5730 одной из лучших марок в линейке SMD-светодиодов. Основные плюсы их в хорошей проводимости тепла и очень невысоком сопротивлении. Служат они довольно продолжительное время. Весьма неплохо переносят вибрацию, сырость и резкое изменение температур. Реализуются в основном лентой в катушке. Обладают комфортной светопередачей и высокой энергоэффективностью, в результате чего завоевали доверие предпринимателей, использующих 5730 в основном в торговых и офисных помещениях, в качестве надежных и мощных светодиодов. Также у них есть несколько преимуществ перед более ранними моделями:

1. значительный срок службы, стабильные показатели и качественное исполнение;
2. уменьшение освещаемости – не более одного процента после 3 000 часов;
3. материал, из которого они изготовлены, способен выдержать температуру до 260 градусов.

Одноцветная лента с LED SMD 5730

Каким бывает белый цвет?

Для домашнего освещения в основном применяются светодиоды белого цвета. Но тон его может быть разным. Нередко можно услышать, как кто-либо говорит: «Купил лампу, а она слишком холодная, нужно поменять, взять что-то потеплее». Так как же распределяются оттенки белого цвета?

Световой поток лампы имеет разную цветовую температуру. К примеру, если она составляет 2 700 кельвин, то оттенок будет чуть желтоватым, больше походящим на свечение лампы накаливания или на солнечный свет. Такой цвет называют теплым, он оказывает расслабляющее, успокаивающее действие. Для основного освещения такой оттенок не подойдет, другое дело – подсветка спальни.

Следующий за теплым – оттенок натурального (нейтрального) белого, с уровнем цветовой температуры в 4 200 кельвин. Это самый популярный и часто используемый тон. Он хорош в виде основного освещения вне зависимости от назначения помещения. Если же порог цветовой температуры остановился на 6 000 кельвин, такой оттенок будет называться холодным. У такого освещения слегка синеватый цвет. Используется в основном для рабочих помещений, т. к. свет таких ламп очень ярок. Также применим на таких объектах, как парковки, подъезды, придомовая территория, парки, аллеи и скверы.

Светодиод SMD 5050

При выборе светодиодного освещения необходимо обратить внимание на упаковку. Если она неровная, надписи нечеткие или просто вызывают подозрение – от такого приобретения лучше отказаться. Купив китайский вариант подделки известного бренда можно испортить себе настроение и впустую потратить деньги. Светить они, конечно, будут, но с меньшими показателями, чем заявлено по маркировке.

Где используются светодиоды

Изобретение первых светодиодов — полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку — относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

 

Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе — мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.
Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, — оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Светодиодные модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.

 

Где применяют светодиоды?

• — все виды световой рекламы (вывески, щиты, световые короба и др.)
• — замена неона
• — дизайн помещений
• — дизайн мебели
• — архитектурная и ландшафтная подсветка
• — одноцветные дисплеи с бегущей строкой
• — магистральные информационные табло
• — полноцветные дисплеи для больших видео экранов
• — внутреннее и внешнее освещение в автомобилях, грузовиках и автобусах
• — дорожные знаки и светофоры

Другие сферы применения включают подсветку жидкокристаллических дисплеев в сотовых телефонах, цифровые камеры, а также архитектурное и другие виды освещения. Сектор электронного оборудования включает применение светодиодов в качестве индикаторных ламп в промышленных и потребительских товарах.

Что такое оптические диоды, и какого прорыва удалось в них достичь?

Начиная с зарождения радиотехники, диоды присутствуют практически во всех электронных (в том числе, компьютерных) устройствах, приборах и системах. Собственно и радиотехника-то началась с первого кристаллического диода, а последовавшее за радиотехникой развитие вычислительной техники привело к тому, что в последнее десятилетие все больше ученых и инженеров говорят о приближении «заката электроники» в компьютерах и грядущей замене их элементной базы оптическими аналогами, из которых будут формироваться схемы фотоники.
При этом очевидно, что как и в электронике, в фотонике не обойтись без оптических диодов.

Светодиоды, которые уже довольно давно используются не только в устройствах отображения информации как излучатели (генераторы) света, а также в качестве фотодатчиков – детекторов светового излучения и даже в бытовых светильниках, являются оптоэлектронными приборами. Их основой является полупроводниковый p-n-переход. Оптический же диод – это прибор, пропускающий свет в одном направлении и не пропускающий – в противоположном. То есть реализующий оптический вентильный эффект, подобно полупроводниковому (или электровакуумному) электронному диоду-вентилю.

Но если первые образцы полупроводникового диода могла изготавливать радиоаматоры даже в домашних условиях, то оптический диод оказался «не по зубам» даже на нынешнем этапе развития технологий. Точнее, оптический диод все-таки создан, но для его функционирования нужны мощные постоянные магниты (обладающие большими габаритами), то есть в миниатюрные оптические интегральные микросхемы его не поместить. И вот группой ученых Национально физической лаборатории Великобритании, Университета Хериота-Уатта (Шотландия) и Пекинского университета разработан прототип первого миниатюрного оптического диода, для работы которого не нужны даже маленькие магниты.

Основной рабочий компонент конструкции инновационного оптического диода – кольцевой оптический резонатор, представляющий собой кольцо из стекла, размешенное на кремниевой подложке (диаметр кольца примерно равен диаметру человеческого волоса). Вентильный эффект создается в резонаторе благодаря созданию в нем вращающегося электромагнитного поля (световой волны), излучаемого в кольцо лазером. При этом удельная мощность света, циркулирующего в микрорезонаторе, сопоставима с мощностью всех прожекторов, используемых для освещения большого стадиона, вследствие чего свет взаимодействует со светом (такое взаимодействие в физической оптике называется эффектом Керра), вследствие чего и возникает вентильный эффект.

Проведенные исследователями эксперименты показали, что внутри стеклянных резонаторов электромагнитное поле (свет) вращается по часовой стрелке. И если направление подаваемого в резонатор света совпадает с вращающимся полем, этот луч света пропускается резонатором, а свет противоположного направления (против часовой стрелки) не пропускается.

См. также:

Типы светоизлучающих диодов и светодиодов »Электроника

Использование светоизлучающих диодов, светодиодов огромно, и их использование растет по мере развития технологий и появления большего количества типов светодиодов.

---

Light Emitting Diode Tutorial Включает:
LED Как работает светодиод Как делается светодиод Технические характеристики светодиодов Срок службы светодиода Светодиодные пакеты Светодиоды высокой мощности / яркости Светодиодное освещение Органические светодиоды, OLED

Другие диоды: Типы диодов

---

Светоизлучающие диоды, светодиоды очень широко используются в современном электронном оборудовании, и они являются одной из основных используемых сегодня технологий отображения.

Светодиоды, светодиоды используются для многих работ. Они не только используются в качестве панельных индикаторов на всем, начиная от телевизоров, радиоприемников и других форм бытового электронного и промышленного оборудования, но также заменяют более традиционные технологии для освещения. Чтобы удовлетворить все эти потребности, существует множество различных типов светодиодов.

С развитием и внедрением органических светодиодных технологий, светодиодные технологии оказывают еще большее влияние на современные технологии.

История светодиодов

История открытия светодиода завораживает и полна печали. От первоначальных наблюдений до окончательного коммерческого успеха потребовалось много лет.

Заметка об истории создания светоизлучающих диодов:

Первые сообщения о светоизлучающих диодах, по-видимому, были сделаны английским радиоинженером по имени Х.Дж. Раунд в 1907 году. С тех пор было предпринято много попыток принести светодиоды в мир, но судьба, казалось, предотвратила это, пока союзные технологии не стали намного больше зрелый.

Подробнее о Светодиод, История светодиодов.

Светодиод, символ светодиода

Символ схемы для светодиода относительно прост. Символ светодиода состоит из символа диода с двумя стрелками, указывающими наружу, чтобы обозначить, что свет исходит от диода.

Светоизлучающий диод, символ цепи светодиода

Иногда символ светоизлучающего диода отображается только в виде контура и без закрашенных фигур.Форма контура также приемлема,

Альтернативный светоизлучающий диод, символ цепи СИД

Можно увидеть и другие варианты символов СИД. Иногда символ светодиода может быть заключен в кружки. В наши дни этот символ не так широко используется, но его все еще можно увидеть на многих схемах.

Типы светодиодов

С момента появления первых светодиодов технология породила огромное количество различных типов светодиодов, каждый из которых имеет свои собственные свойства и области применения.

• Традиционные неорганические светодиоды: Этот тип светодиода представляет собой диод традиционной формы, который был доступен с 1960-х годов. Изготовлен из неорганических материалов. Некоторые из наиболее широко используемых — это сложные полупроводники, такие как арсенид алюминия, галлия, фосфид арсенида галлия и многие другие — цвет света часто зависит от используемых материалов.

  Типичными типами этих светодиодов являются небольшие светодиодные лампы, которые используются в качестве индикаторов панели, хотя существует очень много форматов светодиодов этого типа.Однако даже в категории неорганических светодиодов существует множество светодиодов различных стилей, которые можно увидеть и использовать:
  

  • Одноцветные 5 мм и т. Д. — очень традиционный светодиодный корпус
  • Светодиоды для поверхностного монтажа
  • Двухцветные и многоцветные светодиоды — типы светодиодов содержат несколько отдельных светодиодов, которые включаются разным напряжением и т. Д.
  • Мигающие светодиоды — с малым временем интегрированы в корпус
  • Буквенно-цифровые светодиодные дисплеи
  • .. . . . Больше . . . .
  Все эти разные типы неорганических светодиодов используются в очень больших количествах.
• Светодиоды высокой яркости: Светодиоды высокой яркости, HBLED, представляют собой тип неорганических светодиодов, которые начинают использоваться для освещения. Этот тип светодиода по сути такой же, как и базовый неорганический светодиод, но имеет гораздо больший световой поток. Для получения более высокой светоотдачи этот тип светодиода требует, чтобы он мог выдерживать гораздо более высокие уровни тока и рассеиваемую мощность.Часто эти светодиоды устанавливают так, чтобы их можно было установить на радиаторе для отвода нежелательного тепла.

  Ввиду их большей эффективности, этот тип светодиодов используется в качестве замены многих более традиционных форм освещения. Бытовое освещение наряду с автомобильными лампами сейчас широко используется. Они имеют преимущества с точки зрения эффективности и факторов окружающей среды по сравнению с лампами накаливания и компактными люминесцентными лампами, КЛЛ. HBLED имеют более высокий уровень эффективности и более длительный срок службы, особенно при многократном включении и выключении.Однако у них ограниченная жизнь, и на этот фактор иногда не обращают внимания.

• Органические светодиоды: Органические светодиоды — это развитие основной идеи светодиода. В этом типе светодиода используются органические материалы, как следует из названия.

  В традиционных типах светоизлучающих диодов используются традиционные неорганические полупроводники с различными уровнями примесей, и они излучают свет из определенного PN перехода — часто это точка света. Светодиодный дисплей органического типа основан на органических материалах, которые изготавливаются в виде листов и обеспечивают рассеянную область света.Обычно очень тонкая пленка из органического материала печатается на подложке из стекла. Затем используется полупроводниковая схема для переноса электрических зарядов к отпечатанным пикселям, заставляя их светиться.

По мере того, как светодиодная технология постоянно совершенствуется, уровни эффективности всех различных типов светодиодов обязательно улучшатся, и их использование будет расти.

Цвет светодиодов

Традиционные неорганические светодиоды доступны в различных цветах. Первыми производимыми светодиодами были красные, но с тех пор появилось много других цветов.Теперь они доступны в следующих цветах:

Из доступных цветов синий и белый светодиоды более дорогие, чем светодиоды других цветов, из-за более высокой стоимости производства.

Помимо светодиодов, излучающих видимый свет, производятся другие светодиоды, излучающие инфракрасное излучение. Они часто используются для таких приложений, как телевизионные пульты дистанционного управления, где не видно видимого света.

Цвет светоизлучающего диода определяется полупроводниковым материалом, из которого изготовлен диод.Хотя пластиковый корпус диода может казаться цветным, это не то, что придает диоду его цвет.

Разноцветные светодиоды

Иногда бывает очень полезно иметь лампу более одного цвета, указывающую другой цвет для обозначения другого состояния. Это можно сделать с помощью светодиодов. Есть два сорта:

• Двухцветные светодиоды Двухцветный светодиод состоит из двух светодиодов, параллельных друг другу в одном корпусе, но они соединены с одним внешним соединением корпуса, идущим к катоду одного диода, а анод другой.O

Лазерный диод излучает глубокий УФ-свет

Темы

• Топ недели
• Последние новости
• Непрочитанные новости
• Подписывайся

Учетная запись Science X

Запомни меня

Войти в систему

Светоизлучающий диод | PSpice

Перейти к основному содержанию

• Продукты и решения
  • Почему PSPICE?
  • Обзор
  • Расширенное моделирование цепей
  • Оптимизировать производительность
  • Электромеханическое моделирование
  • Отраслевые решения
  • Автомобильная промышленность
  • Интернет вещей
  • Источник питания
• Модели PSpice
• Форумы пользователей
• Изучите PSpice
  • Форум
  • Примечания к приложению

Светодиод — Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

Части светодиода.Несмотря на отсутствие маркировки, плоские нижние поверхности опоры и стойки, встроенные в эпоксидную смолу, действуют как якоря, чтобы предотвратить принудительное вытягивание проводов из-за механической деформации или вибрации.

Светодиод ( LED ) — двухпроводный полупроводниковый источник света. Это диод с p – n переходом, который излучает свет при активации. ^[4] Когда подходящее напряжение подается на выводы, электроны могут рекомбинировать с электронными дырками внутри устройства, высвобождая энергию в виде фотонов.Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света (соответствующий энергии фотона) определяется шириной запрещенной зоны полупроводника.

Светодиод часто имеет небольшую площадь (менее 1 мм ² ), и для формирования его диаграммы направленности можно использовать интегрированные оптические компоненты. ^[5]

Появившись в 1962 году как практические электронные компоненты, ^[6] первые светодиоды излучали инфракрасный свет низкой интенсивности. Инфракрасные светодиоды по-прежнему часто используются в качестве передающих элементов в схемах дистанционного управления, например, в пультах дистанционного управления для широкого спектра бытовой электроники.Первые светодиоды видимого света также имели низкую интенсивность и ограничивались красным. Современные светодиоды доступны в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах длин волн с очень высокой яркостью.

Ранние светодиоды часто использовались в качестве индикаторных ламп для электронных устройств, заменяя небольшие лампы накаливания. Вскоре они были упакованы в цифровые устройства для считывания в виде семисегментных дисплеев и обычно использовались в цифровых часах.

Последние разработки в области светодиодов позволяют использовать их в экологическом и рабочем освещении.Светодиоды имеют много преимуществ перед источниками света накаливания, включая более низкое энергопотребление, более длительный срок службы, улучшенную физическую надежность, меньший размер и более быстрое переключение. Светодиоды теперь используются в самых разных областях, таких как авиационное освещение, автомобильные фары, реклама, общее освещение, светофоры, вспышки для фотоаппаратов и светящиеся обои. По состоянию на 2015 год ^{[обновление]} , светодиоды, достаточно мощные для освещения помещений, остаются несколько более дорогими и требуют более точного управления током и теплом, чем компактные люминесцентные лампы сопоставимой мощности.

Светодиоды

позволили разработать новые текстовые, видеодисплеи и датчики, а их высокая скорость переключения также используется в передовых коммуникационных технологиях.

История

Открытия и ранние устройства

Зеленая электролюминесценция от точечного контакта на кристалле SiC воссоздает оригинальный эксперимент Х. Дж. Раунда 1907 года.

Электролюминесценция как явление было открыто в 1907 году британским экспериментатором Х. Дж. Раундом из Marconi Labs с использованием кристалла карбида кремния и детектора кошачьих усов. ^{[7] [8]} Советский изобретатель Олег Лосев сообщил о создании первого светодиода в 1927 году. ^[9] Его исследования были опубликованы в советских, немецких и британских научных журналах, но практического применения открытия не было. в течение нескольких десятилетий. ^{[10] [11]} Курт Леховец, Карл Аккардо и Эдвард Джамгочян объяснили эти первые светодиоды в 1951 году, используя устройство, использующее кристаллы SiC с источником тока батареи или генератором импульсов, и сравнивая их с вариантом. , чистый, хрустальный 1953 г. ^{[12] [13]}

Рубин Браунштейн ^[14] из Radio Corporation of America сообщил об инфракрасном излучении арсенида галлия (GaAs) и других полупроводниковых сплавов в 1955 году. ^[15] Браунштейн наблюдал инфракрасное излучение, генерируемое простыми диодными структурами с использованием антимонида галлия (GaSb). ), Сплавы GaAs, фосфид индия (InP) и кремний-германий (SiGe) при комнатной температуре и температуре 77 кельвинов.

В 1957 году Браунштейн продемонстрировал, что элементарные устройства можно использовать для нерадио связи на коротких расстояниях.Как отметил Кремер, ^[16] Braunstein «… установил простую оптическую линию связи: музыка, исходящая из проигрывателя, использовалась через подходящую электронику для модуляции прямого тока GaAs-диода. Излучаемый свет обнаруживался с помощью На некотором расстоянии от него был диод PbS. Этот сигнал подавался на усилитель звука и воспроизводился через громкоговоритель. Перехват луча остановил музыку. Нам было очень весело играть с этой установкой ». Эта установка предвосхитила использование светодиодов для приложений оптической связи.

Схема светодиода, построенного на рассеянной цинком области полуизолирующей подложки из арсенида галлия

В октябре 1961 года, работая в Texas Instruments в Далласе, штат Техас, Джеймс Р. Биард и Гэри Питтман обнаружили излучение инфракрасного света из туннельного диода, который они построили на подложке из GaAs. ^[17] Позже в том же месяце они смогли продемонстрировать эффективное излучение света и связь сигналов между излучателем света на p-n-переходе GaAs и электрически изолированным полупроводниковым фотодетектором. ^[18] 8 августа 1962 года Биард и Питтман на основании своих открытий подали патент под названием «Полупроводниковый излучающий диод», в котором описывался светодиод на p – n-переходе с цинкованием и разнесенными катодными контактами для эффективного излучения инфракрасного излучения. свет при прямом смещении.

После определения приоритета своей работы на основе инженерных записных книжек, предшествовавших представлению G.E. Labs, RCA Research Labs, IBM Research Labs, Bell Labs и Lincoln Lab в Массачусетском технологическом институте, патентное бюро США выдало двум изобретателям патент на инфракрасный (ИК) светоизлучающий диод GaAs (U.S. Patent US3293513), первый практический светодиод. ^[19] Сразу после подачи патента компания Texas Instruments начала проект по производству инфракрасных диодов. В октябре 1962 года они анонсировали первый коммерческий светодиодный продукт (SNX-100), в котором использовался чистый кристалл GaAs для излучения светового потока 900 нм.

Первый светодиод видимого спектра (красный) был разработан в 1962 году Ником Холоньяком-младшим во время работы в компании General Electric. ^[6] Холоняк впервые сообщил о своем светодиоде в журнале Applied Physics Letters 1 декабря 1962 года. ^{[20] [21]} М. Джордж Крэфорд, ^[22] бывший аспирант Холоняка, изобрел первый желтый светодиод и в 1972 году увеличил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в десять раз. ^[23] В 1976 году компания TP Pearsall создала первые высокоэффективные светодиоды высокой яркости для оптоволоконной связи, изобретя новые полупроводниковые материалы, специально адаптированные к длинам волн оптического волокна. ^[24]

Начальная коммерческая разработка

Первые коммерческие светодиоды обычно использовались в качестве замены ламп накаливания и неоновых индикаторов, а также в семисегментных дисплеях ^[25] сначала в дорогостоящем оборудовании, таком как лабораторное и электронное испытательное оборудование, а затем в таких приборах, как телевизоры, радиоприемники. , телефоны, калькуляторы, а также часы (см. список использования сигналов).До 1968 года светодиоды видимого и инфракрасного диапазона были чрезвычайно дорогими, порядка 200 долларов США за единицу, и поэтому не имели практического применения. ^[26] Компания Monsanto была первой организацией, которая начала массовое производство светодиодов видимого диапазона с использованием фосфида арсенида галлия (GaAsP) в 1968 году для производства красных светодиодов, подходящих для индикаторов. ^[26] Компания Hewlett Packard (HP) представила светодиоды в 1968 году, первоначально с использованием GaAsP, поставляемого Monsanto. Эти красные светодиоды были достаточно яркими только для использования в качестве индикаторов, поскольку светового потока было недостаточно для освещения области.Показания в калькуляторах были настолько малы, что над каждой цифрой были прикреплены пластиковые линзы, чтобы сделать их читаемыми. Позже другие цвета стали широко доступны и появились в бытовой технике и оборудовании. В 1970-е годы Fairchild Optoelectronics производила коммерчески успешные светодиодные устройства по цене менее пяти центов за каждое. В этих устройствах использовались составные полупроводниковые чипы, изготовленные с помощью планарного процесса, изобретенного доктором Джин Хорни из Fairchild Semiconductor. ^{[27] [28]} Комбинация планарной обработки для изготовления микросхем и инновационных методов упаковки позволила команде Fairchild под руководством пионера оптоэлектроники Томаса Брандта добиться необходимого снижения затрат. ^[29] Эти методы продолжают использоваться производителями светодиодов. ^[30]

Светодиодный дисплей научного калькулятора TI-30 (ок. 1978 г.), в котором используются пластиковые линзы для увеличения видимого размера цифр.

Большинство светодиодов были изготовлены в очень распространенных корпусах 5 мм T1 mm и 3 мм T1, но с ростом выходной мощности все более необходимо отводить избыточное тепло для поддержания надежности, ^[31] , поэтому для эффективное рассеивание тепла. Корпуса для современных высокомощных светодиодов мало похожи на ранние светодиоды.

Синий светодиод

Синие светодиоды были впервые разработаны RCA в 1972 году. ^[32] SiC-типы были впервые коммерчески проданы в США компанией Cree в 1989 году. ^[33] Однако ни один из этих начальных синих светодиодов не был очень ярким.

Первый синий светодиод высокой яркости был продемонстрирован Сюдзи Накамура из Nichia Corporation в 1994 году и был основан на InGaN. ^{[34] [35]} Параллельно Исаму Акасаки и Хироши Амано в Нагое работали над разработкой важной нуклеации GaN на сапфировых подложках и демонстрацией легирования GaN p-типа.Накамура, Акасаки и Амано были удостоены Нобелевской премии по физике 2014 года за свои работы. ^[36] В 1995 году Альберто Барбьери из лаборатории Университета Кардиффа (Великобритания) исследовал эффективность и надежность светодиодов высокой яркости и продемонстрировал светодиод с «прозрачным контактом» с использованием оксида индия и олова (ITO) на (AlGaInP / GaAs).

В 2001 году ^[37], и 2002, ^[38] были успешно продемонстрированы процессы выращивания светодиодов из нитрида галлия (GaN) на кремнии. В январе 2012 года компания Osram продемонстрировала промышленные мощные светодиоды InGaN, выращенные на кремниевых подложках. ^[39]

Белые светодиоды и прорыв в освещении

За достижением высокой эффективности синих светодиодов быстро последовала разработка первого белого светодиода. В этом устройстве люминофорное покрытие Y
3Al
5O
12: Ce (известное как «YAG») на эмиттере поглощает часть синего излучения и дает желтый свет за счет флуоресценции. Комбинация этого желтого с оставшимся синим светом кажется глазам белой. Однако использование различных люминофоров (флуоресцентных материалов) также стало возможным вместо получения зеленого и красного света посредством флуоресценции.Полученная смесь красного, зеленого и синего цветов не только воспринимается людьми как белый свет, но и лучше подходит для освещения с точки зрения цветопередачи, тогда как нельзя оценить цвет красных или зеленых объектов, освещенных только желтым (и остающимся синим). длины волн от люминофора YAG.

Иллюстрация закона Хайтца, показывающего улучшение светоотдачи на светодиод с течением времени, с логарифмической шкалой на вертикальной оси

Первые белые светодиоды были дорогими и неэффективными.Однако световой поток светодиодов увеличивался в геометрической прогрессии, причем удвоение происходило примерно каждые 36 месяцев с 1960-х годов (аналогично закону Мура). Эта тенденция обычно приписывается параллельному развитию других полупроводниковых технологий и достижений в оптике ^{[требуется ссылка ]} и материаловедении, и была названа законом Хайца в честь доктора Роланда Хайца. ^[40]

Светоотдача и эффективность синих и ближних ультрафиолетовых светодиодов выросли по мере падения стоимости надежных устройств: это привело к использованию (относительно) мощных светодиодов белого света для освещения, которые заменяют лампы накаливания и флуоресцентное освещение. . ^{[41] [42]}

Белые светодиоды теперь могут производить более 300 люмен на ватт электроэнергии при продолжительности работы до 100 000 часов. ^[43] По сравнению с лампами накаливания это означает не только значительное повышение электрического КПД, но и аналогичную или лучшую пропорциональную стоимость ламп.

Принцип работы

Внутренняя работа светодиода, показывающая схему (вверху) и диаграмму диапазона (внизу)

P-N переход может преобразовывать поглощенную световую энергию в пропорциональный электрический ток.Здесь тот же процесс обратный (т. Е. Соединение P-N излучает свет, когда к нему прикладывается электрическая энергия). Это явление обычно называют электролюминесценцией, которую можно определить как излучение света полупроводником под действием электрического поля. Носители заряда рекомбинируют в смещенном вперед P-N переходе, когда электроны пересекают N-область и рекомбинируют с дырками, существующими в P-области. Свободные электроны находятся в зоне проводимости энергетических уровней, а дырки — в валентной энергетической зоне.Таким образом, уровень энергии дырок будет меньше, чем уровни энергии электронов. Некоторая часть энергии должна рассеиваться, чтобы рекомбинировать электроны и дырки. Эта энергия излучается в виде тепла и света.

Электроны рассеивают энергию в виде тепла для кремниевых и германиевых диодов, но в полупроводниках на основе арсенида галлия (GaAsP) и фосфида галлия (GaP) электроны рассеивают энергию, испуская фотоны. Если полупроводник является полупрозрачным, переход становится источником света при его испускании, превращаясь, таким образом, в светоизлучающий диод, но когда переход смещен в обратном направлении, светодиод не будет излучать свет, и, наоборот, устройство может также быть поврежденным.

Технологии

I-V диаграмма диода. Светодиод начинает излучать свет, когда на него подается более 2 или 3 вольт.

Физика

Светодиод состоит из микросхемы из полупроводникового материала, легированного примесями для создания p-n перехода . Как и в других диодах, ток легко течет от p-стороны или анода к n-стороне или катоду, но не в обратном направлении.