Схема светодиода. Правильные схемы подключения светодиодов: основные принципы и методы расчета

Как правильно подключить светодиод к источнику питания. Какие параметры нужно учитывать при расчете схемы подключения. Почему важно использовать токоограничивающий резистор. Какие существуют способы последовательного и параллельного соединения светодиодов. Как рассчитать номинал и мощность ограничительного резистора.

Основные характеристики и принцип работы светодиодов

Светодиод — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. Основные характеристики светодиодов:

• Прямое падение напряжения (обычно 1.8-3.6 В)
• Максимальный прямой ток (как правило 20-30 мА)
• Цвет свечения (зависит от материала полупроводника)
• Яркость свечения
• Угол обзора

Для правильной работы светодиода необходимо подключать его с соблюдением полярности и ограничивать протекающий ток. Почему это так важно?

Зачем нужен токоограничивающий резистор при подключении светодиода?

Основная особенность светодиодов заключается в том, что даже небольшое превышение прямого напряжения приводит к резкому росту тока через прибор. Это может быстро вывести светодиод из строя. Поэтому при подключении необходимо использовать токоограничивающий резистор, который позволяет:

• Ограничить ток до безопасного значения
• Стабилизировать режим работы светодиода
• Защитить прибор от перегрузки
• Увеличить срок службы светодиода

Как правильно рассчитать номинал ограничительного резистора для светодиода?

Расчет токоограничивающего резистора для светодиода

Для расчета сопротивления ограничительного резистора используется формула:

R = (U_пит — U_св) / I_св

Где:

• R — сопротивление резистора (Ом)
• U_пит — напряжение источника питания (В)
• U_св — прямое падение напряжения на светодиоде (В)
• I_св — рабочий ток светодиода (А)

Например, для светодиода с U

R = (5 — 2) / 0.02 = 150 Ом

Для надежности рекомендуется выбирать резистор с запасом 20-30% по мощности.

Способы последовательного и параллельного соединения светодиодов

При использовании нескольких светодиодов возможны различные варианты их соединения:

Последовательное соединение

При последовательном соединении:

• Суммируются падения напряжения на светодиодах
• Ток через все светодиоды одинаковый
• Требуется один общий резистор

Расчет резистора: R = (U_пит — n * U_св) / I_св

Где n — количество последовательно соединенных светодиодов.

Параллельное соединение

При параллельном соединении:

• Напряжение на всех светодиодах одинаковое
• Токи через светодиоды могут различаться
• Нужен отдельный резистор для каждого светодиода

Расчет резистора для каждой ветви: R = (U_пит — U_св) / I_св

Особенности подключения мощных светодиодов

Мощные светодиоды (1 Вт и более) имеют ряд особенностей при подключении:

• Требуют более мощных источников питания
• Нуждаются в эффективном теплоотводе
• Часто используются специализированные драйверы тока
• Необходим более точный подбор резистора

Для мощных светодиодов обычно применяют специальные драйверы, обеспечивающие стабилизацию тока в широком диапазоне входных напряжений.

Схемы питания светодиодов от сети 220В

Для подключения светодиодов напрямую к сети 220В используются следующие схемы:

• С гасящим конденсатором
• С токоограничительным резистором и защитным диодом
• С использованием специализированных драйверов

Важно обеспечить надежную изоляцию и защиту от перенапряжений при работе с сетевым напряжением.

Типичные ошибки при подключении светодиодов

При работе со светодиодами следует избегать распространенных ошибок:

• Подключение без токоограничивающего резистора
• Неправильный расчет сопротивления резистора
• Несоблюдение полярности подключения
• Превышение максимального тока
• Параллельное соединение без отдельных резисторов

Соблюдение основных правил подключения позволит обеспечить надежную и долговечную работу светодиодов в различных схемах.

Рекомендации по выбору светодиодов для различных применений

При выборе светодиодов необходимо учитывать следующие факторы:

• Требуемая яркость и цвет свечения
• Угол обзора
• Рабочий ток и напряжение питания
• Условия эксплуатации (температура, влажность)
• Срок службы
• Возможность регулировки яркости

Правильный выбор светодиодов с учетом конкретного применения позволит создать эффективную и надежную схему освещения или индикации.

Как правильно подключить светодиод

Распиновка светодиода

На принципиальных схемах распиновка наглядна. На катод мы всегда подаём «минус», поэтому и обозначается он прямой линией у вершины треугольника. Обычно катод – контакт, на котором располагается светоизлучающий кристалл. Он шире анода.

В сверхъярких LED полярность обычно маркируют на контактах либо корпусе. Если на ножках контактов маркировки нет, ножка с более широким основанием – катод.

Схема подключения светодиода

В классической схеме рекомендуют производить подключение через токоограничительный резистор. Действительно, правильно подобрав резисторное или индуктивное сопротивление, можно подключить диод, рассчитанный на напряжение питания 3В, даже к сети переменного тока.

Главное требование к параметрам питания – ограничение тока цепи.

Поскольку сила тока – параметр, отображающий плотность потока электронов по проводнику, при превышении этого параметра диод просто взорвется из-за мгновенного и значительного выделения тепла на полупроводниковом кристалле.

Как рассчитать ограничительный резистор

Расчет сопротивления резистора	Расчет мощности резистора

• R — сопротивление ограничительного резистора в омах;
• Uпит — напряжение источника питания в вольтах;
• Uпад — напряжение питания светодиода;
• I — номинальный ток светодиода в амперах.

Если мощность резистора будет значительно меньше требуемой, он просто перегорит вследствие перегрева.

Включение светодиода через блок питания без резистора

У меня уже несколько лет работает модернизированная под LED настольная лампа. В качестве источника света используется шесть ярких светодиодов, а в качестве источника питания – старое зарядное устройство от мобильного телефона Nokia. Вот моя схема включения светодиода:

Номинальное напряжение диодов – 3,5В, ток – 140мА, мощность — 1Вт.

При выборе внешнего источника питания необходимо ограничение по току. Подключение этих светодиодов к современным зарядным устройствам с напряжением питания 5В 1-2А потребует ограничивающий резистор.

Что бы адаптировать эту схему к зарядному устройству, рассчитанному на 5В, используйте резистор на 10-20Ом мощностью 0,3А.

Если у вас другой источник питания, убедитесь, что в нем есть схема стабилизации тока.

Схема зарядного устройства от мобильного телефона	Блок питания большинства низковольтных бытовых приборов

Как правильно подключать светодиоды

Параллельное подключение

Вообще параллельное соединение не рекомендуется. Даже у одинаковых диодов параметры номинального тока могут различаться на 10-20%. В такой цепи диод с меньшим номинальным током будет перегреваться, что сократит срок его службы.

Проще всего определить совместимость диодов при помощи низковольтного либо регулируемого источника питания. Ориентироваться можно по «напряжению розжига», когда кристалл начинает лишь чуть светиться. При разбросе «стартового» напряжения в 0,3-0,5 В параллельное соединение без токоограничивающего резистора недопустимо.

Последовательное подключение

Расчёт сопротивления для цепи из нескольких диодов: R = (Uпит — N * Uсд) / I * 0.75

Максимальное количество последовательных диодов: N = (Uпит * 0,75) / Uсд

При включении нескольких последовательных цепочек LED, для каждой цепи желательно рассчитать свой резистор.

Как включить светодиод в сеть переменного тока

Если при подключении LED к источнику постоянного тока электроны движутся лишь в одну сторону и достаточно ограничить ток с помощью резистора, в сети переменного напряжения направление движения электронов постоянно меняется.

При прохождении положительной полуволны, ток, пройдя через резистор, гасящий избыточную мощность, зажжёт источник света. Отрицательная полуволна будет идти через закрытый диод. У светодиодов обратное напряжение небольшое, около 20В, а амплитудное напряжение сети – около 320 В.

Какое-то время полупроводник будет работать в таком режиме, но в любой момент возможен обратный пробой кристалла. Чтобы этого избежать перед источником света устанавливают обыкновенный выпрямительный диод, выдерживающий обратный ток до 1000 В. Он не будет пропускать обратную полуволну в электрическую цепь.

Схема подключения в сеть переменного тока на рисунке справа.

Другие виды LED

Мигающий

Особенность конструкции мигающего светодиода – каждый контакт является одновременно катодом и анодом. Внутри него находятся два светоизлучающих кристалла с разной полярностью. Если такой источник света подключить через понижающий трансформатор к сети переменного тока он будет мигать с частотой 25 раз в секунду.

Для другой частоты мигания используются специальные драйверы. Сейчас такие диоды уже не применяются.

Разноцветный

Разноцветный светодиод – два или больше диода, объединенных в один корпус. У таких моделей один общий анод и несколько катодов.

Изменяя через специальный драйвер питания яркость каждой матрицы можно добиться любого света свечения.

При использовании таких элементов в самодельных схемах не стоит забывать, что у разноцветных кристаллов разное напряжение питания. Этот момент необходимо учитывать и при соединении большого количества разноцветных LED источников.

Другой вариант – диод со встроенным драйвером. Такие модели могут быль двухцветные с поочерёдным включением каждого цвета. Частота мигания задаётся встроенным драйвером.

Более продвинутый вариант – RGB диод, изменяющий цвет по заранее заложенной в чип программе. Тут варианты свечения ограниченны лишь фантазией производителя.

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

Правильное включение светодиода — ОРБИТА-СОЮЗ

Светодиод — это диод способный светится при протекании через него тока. По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

Цвет свечения светодиода зависит от добавок добавленных в полупроводник. Так, например, примеси алюминия, гелия, индия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета. Индий, галлий, азот заставляет светодиод светится от голубого до зеленного цвета. При добавке люминофора в кристалл голубого свечения, светодиод будет светиться белым светом. В настоящее время промышленность выпускает светодиоды свечения всех цветов радуги, однако цвет зависит не от цвета корпуса светодиода, а именно от химических добавок в его кристалле. Светодиод любого цвета может иметь прозрачный корпус.

Первый светодиод был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса. В начале 1990-ых годов на свет появились яркие светодиоды, а чуть позже сверх яркие.

* Низкое электропотребления – в 10 раз экономичней лампочек
* Долгий срок службы – до 11 лет непрерывной работы
* Высокий ресурс прочности – не боятся вибраций и ударов
* Большое разнообразие цветов
* Способность работать при низких напряжениях
* Экологическая и противопожарная безопасность – отсутствие в светодиодах ядовитых веществ. светодиоды не греются, от чего пожары исключаются.

Маркировка светодиодов

Рис. 1. Конструкция индикаторных 5 мм светодиодов

В рефлектор помещается кристалл светодиода. Этот рефлектор задает первоначальный угол рассеивания.

Излучающие светодиоды можно разделить на две большие группы: светодиоды видимого излучения и светодиоды инфракрасного (ИК) диапазона. Первые применяются в качестве индикаторов и источников подсветки, последние — в устройствах дистанционного управления, приемо-передающих устройствах ИК диапазона, датчиках.
Светоизлучающие диоды маркируются цветовым кодом (табл. 1). Сначала необходимо определить тип светодиода по конструкции его корпуса (рис. 1), а затем уточнить его по цветной маркировке по таблице.

Рис. 2. Виды корпусов светодиодов

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…

            Таблица 1. Маркировка светодиодов

Многоцветные светодиоды

Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.

Светодиоды подключаются к источнику тока, анодом к плюсу, катодом к минусу. Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом, но бывают и исключения, поэтому лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.

При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без токоограничивающего резистора. Для быстрого тестирования резистор с номинальным сопротивлением 1кОм подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее.

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода. Почему? Как уже ясно из названия, светодиод это не выпрямительный диод, и, хотя свойство пропускать ток в одном направлении у них общее, между ними есть значительная разница. Для того, что светодиод излучал в видимом диапазоне, у него значительно более широкая запрещенная зона, чем у обычного диода. А от ширины запрещенной зоны напрямую зависит такой паразитный параметр диодов, как внутренняя емкость. При изменении направления тока, эта емкость разряжается, за какое-то время, называемое временем закрытия, зависящее от размеров этой емкости. Во время разряда емкости, светодиодный кристалл испытывает значительные пиковые нагрузки на протяжении гараздо большего времени, нежели обычный диод. При последующем изменении направления тока на «правильное» ситуация повторяется. Поскольку время закрытия / открытия у обычных диодов значительно меньше, необходимо использовать их в цепях переменного тока, включая последовательно со светодиодами, для снижения негативного влияния переменного тока на светодиодный кристалл. Если светодиодное изделие не имеет встроенной защиты от переполюсовки, то ошибка подключения также приведет к снижению срока службы. В некоторые светодиоды токоограничивающий резистор встроен «с завода» и их сразу можно подключать к источнику 12 или 5 вольт, но такие светодиоды встречаются довольно редко и чаще всего к светодиоду необходимо подключать внешний токоограничивающий резистор.

Сразу следует предупредить: не следует направлять луч светодиода непосредственно в свой глаз (а также в глаз товарища) на близком расстоянии, что может повредить зрение.

Напряжение питания

Две главных характеристики светодиодов это падение напряжения и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например, четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА. Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется “рабочей” зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, поэтому нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).
Напряжение, указанное на упаковке светодиодов — это не напряжение питания. Это величина падения напряжения на светодиоде. Эта величина необходима, чтобы вычислить оставшееся напряжение, «не упавшее» на светодиоде, которое принимает участие в формуле вычисления сопротивления резистора, ограничивающего ток, поскольку регулировать нужно именно его.
Изменение напряжение питания всего на одну десятую вольта у условного светодиода (с 1,9 до 2 вольт) вызовет пятидесятипроцентное увеличение тока, протекающего через светодиод (с 20 до 30 милиампер).

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

Величина тока для светодиода является основным параметром, и как правило, составляет 10 или 20 миллиампер. Неважно, какое будет напряжение. Главное, чтобы ток, текущей в цепи светодиода, соответствовал номинальному для светодиода. А ток регулируется включённым последовательно резистором, номинал которого вычисляется по формуле:

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

Не следует также забывать и о мощности резистора. Вычислить мощность можно по формуле:

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

Расчет токогораничивающего резистора и его мощности для одного светодиода

Типичные характеристики светодиодов

Типовые параметры белого индикаторного светодиода: ток 20 мА, напряжение 3,2 В. Таким образом, его мощность составляет 0,06 Вт.

Также к маломощным относят светодиоды поверхностного монтажа — SMD. Он подсвечивают кнопки в вашем сотовом, экран вашего монитора, если он с LED-подсветкой, из них изготовлены декоративные светодиодные ленты на самоклеющейся основе и многое другое. Есть два наиболее распостраненных типа: SMD 3528 и SMD 5050. Первые содержат такой же кристалл, как и индикаторные светодиоды с выводами, то есть его мощность 0,06 Вт. А вот второй — три таких кристалла, поэтому его нельзя уже называть светодиодом — это светодиодная сборка. Принято называть SMD 5050 светодиодами, однако это не совсем правильно. Это — сборки. Их общая мощность, соответственно, 0,2 Вт.
Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.

         Таблица падения напряжений светодиодов в зависимости от цвета

По величине падения напряжения при тестировании светодиодов мультиметром можно определить примерный цвет свечения светодиода согласно таблице.

Последовательное и параллельное включение светодиодов

При последовательном подключении светодиодов сопротивление ограничивающего резистора рассчитывается также, как и с одним светодиодом, просто падения напряжений всех светодиодов складываются между собой по формуле:

При последовательном включении светодиодов важно знать о том, что все светодиоды, используемые в гирлянде, должны быть одной и той же марки. Данное высказывание следует взять не за правило, а за закон.

Что б узнать какое максимальное количество светодиодов, возможно, использовать в гирлянде, следует воспользоваться формулой

Где:

* Nmax – максимально допустимое количество светодиодов в гирлянде
* Uпит – Напряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
* Uпр — Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
* При изменении температуры и старения светодиода Uпр может возрасти. Коэфф. 1,5 дает запас на такой случай.

При таком подсчете “N” может иметь дробный вид, например 5,8. Естественно вы не сможете использовать 5,8 светодиодов, посему следует дробную часть числа отбросить, оставив только целое число, то есть 5.

Ограничительный резистор, для последовательного включения светодиодов рассчитывается точно также как и для одиночного включения. Но в формулах добавляется еще одна переменная “N” – количество светодиодов в гирлянде. Очень важно чтобы количество светодиодов в гирлянде было меньше или равно “Nmax”- максимально допустимому количеству светодиодов. В общем, должно выполнятся условие: N =

Все остальные действия по расчетам производятся в аналогии расчета резистора при одиночном включении светодиода.

Если напряжения источника питания не хватает даже для двух последовательно соединённых светодиодов, тогда на каждый светодиод нужно ставить свой ограничительный резистор.

Параллельное включение светодиодов с общим резистором — плохое решение. Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый, что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

Последовательное соединение светодиодов предпочтительнее ещё и с точки зрения экономного расходования источника питания: вся последовательная цепочка потребляет тока ровно столько, сколько и один светодиод. А при параллельном их соединении ток во столько раз больше, сколько параллельных светодиодов у нас стоит.

Рассчитать ограничительный резистор для последовательно соединённых светодиодов так же просто, как и для одиночного. Просто суммируем напряжение всех светодиодов, отнимаем от напряжения источника питания получившуюся сумму (это будет падение напряжения на резисторе) и делим на ток светодиодов (обычно 15 — 20 мА).

А если светодиодов у нас много, несколько десятков, а источник питания не позволяет соединить их все последовательно (не хватит напряжения)? Тогда определяем исходя из напряжения источника питания, сколько максимально светодиодов мы можем соединить последовательно. Например для 12 вольт — это 5 двухвольтовых светодиодов. Почему не 6? Но ведь на ограничительном резисторе тоже должно что-то падать. Вот оставшиеся 2 вольты (12 — 5х2) и берём для расчёта. Для тока 15 мА сопротивление будет 2/0.015 = 133 Ома. Ближайшее стандартное — 150 Ом. А вот таких цепочек из пяти светодиодов и резистора каждая, мы уже можем подключить сколько угодною Такой способ называется параллельно-последовательным соединением.

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом что бы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление.

Далее рассмотрим стабилизированную схему включения светодиодов. Коснёмся изготовления стабилизатора тока. Существует микросхема КР142ЕН12 (зарубежный аналог LM317), которая позволяет построить очень простой стабилизатор тока. Для подключения светодиода (см. рисунок) рассчитывается величина сопротивления R = 1.2 / I (1.2 — падение напряжения не стабилизаторе) Т.е., при токе 20 мА, R = 1,2 / 0.02 = 60 Ом. Стабилизаторы рассчитаны на максимальное напряжение в 35 вольт. Лучше не напягать их так и подавать максимум 20 вольт. При таком включении, например, белого светодиода в 3,3 вольта возможна подача напряжения на стабилизатор от 4,5 до 20 вольт, при этом ток на светодиоде будет соответствовать неизменному значению в 20 мА. При напряжении 20В получаем, что к такому стабилизатору можно подключить последовательно 5 белых светодиодов, не заботясь о напряжении на каждом из них, ток в цепи будет протекать 20мА (лишнее напряжение погасится на стабилизаторе).

Важно! В устройстве с большим количеством светодиодов протекает большой ток. Категорически воспрещается подключать такое устройство к включенному источнику питания. В этом случае, в месте подключения, возникает искра, которая ведет к появлению в цепи большого импульса тока. Этот импульс выводит из строя светодиоды (особенно синие и белые). Если светодиоды работают в динамическом режиме (постоянно включаются, выключаются и подмаргивают) и такой режим основан на использовании реле, то следует исключить возникновение искры на контактах реле.

Каждую цепочку следует собирать из светодиодов одинаковых параметров и одного производителя.
Тоже важно ! Изменение температуры окружающей среды влияет на протекающий ток через кристалл. Поэтому желательно изготавливать устройство так, чтобы протекающий ток через светодиод был равен не 20мА, а 17-18 мА. Потеря яркости будет незначительная, зато долгий срок службы обеспечен.

Как запитать светодиод от сети 220 В.

Казалось бы все просто: ставим последовательно резистор, и всё. Но нужно помнить об одной важной характеристике светодиода: максимально допустимом обратном напряжении. У большинства светодиодов оно около 20 вольт. А при подключении его в сеть при обратной полярности (ток-то переменный, полпериода в одну сторону идёт, а вторую половину — в обратную) к нему приложится полное амплитудное напряжение сети — 315 вольт! Откуда такая цифра? 220 В — это действующее напряжение, амплитудное же в {корень из 2} = 1,41 раз больше.
Поэтому, чтобы спасти светодиод нужно поставить последовательно с ним диод, который не пропустит к нему обратное напряжение.

Еще один вариант подключения светодиода к электросети 220в:

Или же поставить два светодиода встречно-параллельно.

Вариант питания от сети с гасящим резистором не самый оптимальный: на резисторе будет выделяться значительная мощность. Действительно, если применим резистор 24 кОм (максимальный ток 13 мА), то рассеиваемая на нём мощность будет около 3 Вт. Можно снизить её в два раза, включив последовательно диод (тогда тепло будет выделяться только в течение одного полупериода). Диод должен быть на обратное напряжение не менее 400 В. При включении двух встречных светодиодов (существуют даже такие с двумя кристаллами в одном корпусе, обычно разных цветов, один кристалл красного свечения, другой зелёного) можно поставить два двухваттных резистора, каждый сопотивлением в два раза меньше.
Оговорюсь, что применив резистор большого сопротивления (например 200 кОм) можно включить светодиод и без защитного диода. Ток обратного пробоя будет слишком мал, чтобы вызвать разрушение кристалла. Конечно, яркость при этом весьма мала, но например для подсветки в темноте выключателя в спальне её будет вполне достаточно.
Благодаря тому, что ток в сети переменный, можно избежать ненужных трат электричества на нагрев воздуха ограничительным резистором. Его роль может выполнять конденсатор, который пропускает переменный ток, не нагреваясь. Почему так — вопрос отдельный, рассмотрим его позже. Сейчас же нам нужно знать, что для того, чтобы конденсатор пропускал переменный ток, через него должны обязательно проходить оба полупериода сети. Но ведь светодиод проводит ток только в одну сторону. Значит, ставим встречно-параллельно светодиоду обычный диод (или второй светодиод), он и будет пропускать второй полупериод.

Но вот мы отключили нашу схему от сети. На конденсаторе осталось какое-то напряжение (вплоть до полного амплитудного, если помним, равного 315 В). Чтобы избежать случайного удара током, предусмотрим параллельно конденсатору разрядный резистор большого номинала (чтобы при нормальной работе через него тёк незначительный ток, не вызывающий его нагрева), который при отключении от сети за доли секунды разрядит конденсатор. И для защиты от импульсного зарядного тока тоже поставим низкоомный резистор. Он также будет играть роль предохранителя, мгновенно сгорая при случайном пробое конденсатора (ничто не вечно, и такое тоже случается).

Конденсатор должен быть на напряжение не менее 400 вольт, или специальный для цепей переменного тока напряжением не менее 250 вольт.
А если мы хотим сделать светодиодную лампочку из нескольких светодиодов? Включаем их все последовательно, встречного диода достаточно одного на всех.

Диод должен быть рассчитан на ток, не меньший чем ток через светодиоды, обратное напряжение — не менее суммы напряжения на светодиодах. А ещё лучше взять чётное число светодиодов и включить их встречно-параллельно.

На рисунке в каждой цепочке нарисовано по три светодиода, на самом деле их может быть и больше десятка.
Как расчитать конденсатор? От амплитудного напряжения сети 315В отнимаем сумму падения напряжения на светодиодах (например для трёх белых это примерно 12 вольт). Получим падение напряжения на конденсаторе Uп=303 В. Ёмкость в микрофарадах будет равна (4,45*I)/Uп, где I — необходимый ток через светодиоды в миллиамперах. В нашем случае для 20 мА ёмкость будет (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 мкФ. Можно поставить два конденсатора 0,15 мкф (150 нФ) параллельно.

Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов

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

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

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

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

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

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

Мигающие светодиоды

Мигающий сеетодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 -3 Гц.
Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип генератора и некоторые дополнительные элементы. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален — напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от З до 14 вольт — для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.

Отличительные качества мигающих сеетодиодое:

• Малые размеры
• Компактное устройство световой сигнализации
• Широкий диапазон питающего напряжения (вплоть до 14 вольт)
• Различный цвет излучения.

В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно — 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.
Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предьявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию — мигающие светодиоды очень экономичны, т..к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах. Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.

Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок- пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.

Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.
Чип генератора размещён на основании анодного вывода.
Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.

Отличить МСД от обычного светодиода легко по внешнему виду, разглядывая его корпус на просвет. Внутри МСД находятся две подложки примерно одинакового размера. На первой из них располагается кристаллический кубик светоизлучателя из редкоземельного сплава.
Для увеличения светового потока, фокусировки и формирования диаграммы направленности применяется параболический алюминиевый отражатель (2). В МСД он немного меньше по диаметру, чем в обычном светодиоде, так как вторую часть корпуса занимает подложка с интегральной микросхемой (3).
Электрически обе подложки связаны друг с другом двумя золотыми проволочными перемычками (4). Корпус МСД (5) выполняется из матовой светорассеивающей пластмассы или из прозрачного пластика.
Излучатель в МСД расположен не на оси симметрии корпуса, поэтому для обеспечения равномерной засветки чаще всего применяют монолитный цветной диффузный световод. Прозрачный корпус встречается только у МСД больших диаметров, обладающих узкой диаграммой направленности.

Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора — он работает постоянно -частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц. Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,5- 3 Гц. Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.

Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.
Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.

Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.

Безопасно проверить исправность мигающего светодиода можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.

Исправность ИК-диода можно проверить при помощи фотокамеры сотового телефона.
Включаем фотоаппарат в режим съемки, ловим в кадр диод на устройстве (например, пульт ДУ), нажимаем на кнопки пульта, рабочий ИК диод должен в этом случае вспыхивать.

В заключении следует обратить внимание на такие вопросы как пайка и монтаж светодиодов. Это тоже очень важные вопросы, которые влияют на их жизнеспособность.
светодиоды и микросхемы боятся статики, неправильного подключения и перегрева, пайка этих деталей должна быть максимально быстрая. Следует использовать маломощный паяльник с температурой жала не более 260 градусов и пайку производить не более 3-5 секунд (рекомендации производителя). Не лишним будет использование медицинского пинцета при пайке. Светодиод берется пинцетом выше к корпусу, что обеспечивает дополнительный теплоотвод от кристалла при пайке.
Ножки светодиода следует гнуть с небольшим радиусом (чтобы они не ломались). В результате замысловатых изгибов, ноги у основания корпуса должны остаться в заводском положении и должны быть параллельны и не напряжены (а то устанет и кристалл отвалится от ножек).

Чтобы ваше устройство защитить от случайного замыкания или перегрузки следует ставить предохранители.

Скачать:
1. Програма для автоматического подбора резистора при подключении светодиодов — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту
2. Программа автоматического расчета токоограничивающего резистора светодиода — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту
3. Интернет-ресурс для автоматического расчета и подбора резисторов светодиода — Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь для доступа к этому контенту

типы, как работает, история, схема

В статье узнаете что такое светодиод (LED), типы, как работает, история, схема и характеристики, преимущества и недостатки.

Светодиоды повсюду вокруг нас: в наших телефонах, наших автомобилях и даже в наших домах. Каждый раз, когда горит что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним стоит светодиод. Они бывают самых разных размеров, форм и цветов, но независимо от того, как они выглядят, у них есть одна общая черта это самая популярная вещь в электроники. Огромный выбор светодиодов на ваш вкус и цвет вы можете приобрести на Алиэкспресс, нажав на кнопку ниже:

Светодиоды («LED») — это особый тип диодов, которые преобразуют электрическую энергию в свет. На самом деле, светодиод означает «светоизлучающий диод». И можно увидеть сходство на схеме диода и светодиода:

Короче говоря, светодиоды похожи на крошечные лампочки. Тем не менее, для сравнения светодиоды требуют гораздо меньше энергии. Они также более энергоэффективны, поэтому они не имеют тенденцию нагреваться, как обычные лампочки. Это делает их идеальным устройством для мобильных телефонов и других электронных приборов с низким энергопотреблением. Светодиоды высокой интенсивности нашли свое применение в акцентном освещении, прожекторах и даже автомобильных фарах!

Кто изобрел светодиод

Общая светодиодная технология существует уже более сорока лет. Первый светоизлучающий диод видимого спектра был изобретен в 1962 году Ником Холоняком-младшим, который в то время работал консультантом в General Electric.

Однако некоторые факторы не позволили технологии перейти к практическому использованию освещения. Стоимость была главной проблемой, первые светодиоды стоили более 200 долларов за диод. Другим ограничивающим фактором был цвет, до 70-х годов единственным цветом, который мог создавать светодиод, был красный. Еще одним фактором был световой поток, который в течение ряда лет ограничивал практическое использование светодиодов для визуальных сигналов, таких как световые индикаторы и знаки.

Использование светодиодов в лампочках является довольно недавним и продолжающимся развитием. Первые массовые установки светодиодного освещения произошли всего за последние несколько лет, и технология постоянно совершенствуется.

Характеристики светодиода (LED)

Перед подключением светодиода нужно знать несколько характеристик светодиода (на самом деле, они очень важны). Если вы обращаетесь к какой-либо спецификации, предоставленной производителем, вы можете найти множество технических характеристик, соответствующих электрическим характеристикам, номинальным характеристикам, физическим размерам и так далее.

Я не буду утомлять вас всеми характеристиками, а только важными. Это полярность, прямое напряжение и прямой ток.

Советуем вам видео ниже «Как узнать параметры любого светодиода»

Полярность LED

Полярность является показателем симметричности электронного компонента. Светоизлучающий диод, подобный диоду PN-перехода, не является симметричным, то есть он позволяет току течь только в одном направлении.

В светодиоде положительный вывод называется анодом, а отрицательный вывод — катодом. Для правильной работы светодиода анод светодиода должен иметь более высокий потенциал, чем катод, так как ток в светодиоде течет от анода к катоду.

Что произойдет, если мы подключим светодиод в обратном направлении? Ну, ничего не происходит, так как светодиод не будет проводить ток. Вы можете легко идентифицировать анодную клемму светодиода, поскольку они обычно имеют более длинные выводы.

Прямой ток светодиодов

Светодиоды являются очень чувствительными устройствами, и величина тока, протекающего через светодиод, очень важна. Кроме того, яркость светодиода зависит от величины тока, потребляемого светодиодом.

Каждый светодиод имеет максимальный прямой ток, который может безопасно проходить через него, не перегорая. Да, допустимый ток, превышающий номинальный ток, фактически подожжет светодиод.

Например, наиболее часто используемые 5-миллиметровые светодиоды имеют номинальный ток от 20 мА до 30 мА, а 8-миллиметровые светодиоды имеют номинальный ток 150 мА (точные значения приведены в техническом описании).

Как нам регулировать ток, протекающий через светодиод? Для контроля тока, протекающего через светодиод, мы используем резисторы с ограничением тока.

Прямое напряжение LED

Светоизлучающие диоды также рассчитаны на максимальное напряжение, то есть количество напряжения, которое необходимо для светодиода. Например, все 5-миллиметровые светодиоды имеют номинальный ток 20 мА, но прямое напряжение меняется от одного светодиода к другому.

Максимальное напряжение на красных светодиодах составляет 2,2 В, максимальное напряжение на синих светодиодах — 3,4 В, а на максимальном напряжении белых светодиодов — 3,6 В.

Как работает светодиод

Светодиод является двухпроводным полупроводниковым источником света. Это p-n переходной диод, который излучает свет при активации. Когда к выводам приложено подходящее напряжение, электроны могут рекомбинировать с электронными отверстиями внутри устройства, выделяя энергию в виде фотонов. Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света (соответствующий энергии фотона) определяется энергетической шириной запрещенной зоны полупроводника.

Материал, используемый в светодиодах, в основном алюминий-галлий-арсенид (AlGaAs). В своем первоначальном состоянии атомы этого материала прочно связаны. Без свободных электронов проводимость электричества здесь становится невозможной.

При добавлении примеси, которая известна как легирование, вводятся дополнительные атомы, что эффективно нарушает баланс материала.

Эти примеси в виде дополнительных атомов способны либо обеспечивать свободные электроны (N-тип) в системе, либо высасывать некоторые из уже существующих электронов из атомов (P-тип), создавая «дыры» на атомных орбитах. В обоих случаях материал становится более проводящим. Таким образом, под воздействием электрического тока в материале N-типа электроны могут перемещаться от анода (положительный) к катоду (отрицательный) и наоборот в материале P-типа. Из-за свойства полупроводника ток никогда не будет идти в противоположных направлениях в соответствующих случаях.

Из приведенного выше объяснения ясно, что интенсивность света, излучаемого источником (в данном случае светодиодом), будет зависеть от уровня энергии испускаемых фотонов, который, в свою очередь, будет зависеть от энергии, выделяемой электронами, прыгающими между атомными орбитами из полупроводникового материала.

Мы знаем, что для того, чтобы заставить электрон выстрелить с более низкой орбиты на более высокую, его энергетический уровень необходимо поднять. И наоборот, если электроны вынуждены падать с более высоких на более низкие орбитали, логически энергия должна высвобождаться в процессе.

В светодиодах вышеуказанные явления хорошо используются. В ответ на P-тип легирования электроны в светодиодах движутся, падая с верхних орбиталей на нижние, высвобождая энергию в виде фотонов, то есть света. Чем дальше эти орбитали отстоят друг от друга, тем больше интенсивность излучаемого света.

Различные длины волн, вовлеченные в процесс, определяют различные цвета, производимые светодиодами. Следовательно, свет, излучаемый устройством, зависит от типа используемого полупроводникового материала. 
Инфракрасный свет создается с использованием арсенида галлия (GaAs) в качестве полупроводника. Красный или желтый свет получают с использованием галлия-арсенида-фосфора (GaAsP) в качестве полупроводника. Красный или зеленый свет получается при использовании галлия-фосфора (GaP) в качестве полупроводника.

Простая светодиодная схема

На следующем рисунке показана схема простой светодиодной цепи, состоящей из 5-миллиметрового белого светодиода с источником питания 5 В.

Поскольку это белый светодиод, номинальные значения тока и напряжения следующие: типичный прямой ток составляет 20 мА, а типовое прямое напряжение составляет 2 В.

Поэтому для регулирования тока и напряжения мы использовали резистор 180 Ом.

Типы светодиодов

• Сквозные светодиоды: они доступны в различных формах и размерах, и наиболее распространенными являются светодиоды 3 мм, 5 мм и 8 мм. Эти светодиоды доступны в различных цветах, таких как красный, синий, желтый, зеленый, белый и т. Д.
• Светодиоды SMD (светодиоды для поверхностного монтажа): Светодиоды для поверхностного монтажа представляют собой специальную упаковку, которую можно легко установить на печатную плату. Светодиоды SMD обычно различаются в зависимости от их физических размеров. Например, наиболее распространенными светодиодами SMD являются 3528 и 5050.

• Двухцветные светодиоды. Следующим типом светодиодов являются двухцветные светодиоды, как следует из названия, могут излучать два цвета. Двухцветные светодиоды имеют три контакта, обычно два анода и общий катод. В зависимости от конфигурации проводов, цвет будет активирован.

• Светодиод RGB (красный — синий — зеленый): светодиоды RGB являются самыми любимыми и популярными среди любителей и дизайнеров. Даже компьютерные сборки очень популярны для реализации светодиодов RGB в корпусах компьютеров, материнских платах, оперативной памяти и так далее.

• Светодиоды высокой мощности: Светодиод с номинальной мощностью, превышающей или равной 1 Вт, называется светодиодом высокой мощности. Это потому, что нормальные светодиоды имеют рассеиваемую мощность в несколько милливатт. Мощные светодиоды очень яркие и часто используются в фонариках, автомобильных фарах, прожекторах и так далее.

Преимущества светодиодов

1. Для управления светодиодом достаточно очень низкого напряжения и тока. В диапазоне voltage- от 1 до 2 вольт. Ток — от 5 до 20 миллиампер.
2. Общая выходная мощность будет менее 150 милливатт.
3. Время отклика очень меньше — всего около 10 наносекунд.
4. Устройство не требует нагрева и разогрева.
5. Миниатюрный по размеру и, следовательно, легкий.
6. Имеют прочную конструкцию и поэтому могут противостоять ударам и вибрациям.
7. Срок службы светодиода составляет более 20 лет.

Недостатки светодиодов:

• Небольшое превышение напряжения или тока может повредить устройство.
• Известно, что устройство имеет более широкую полосу пропускания по сравнению с лазером.
• Температура зависит от выходной мощности излучения и длины волны.

Правильное подключение светодиода. Схемы подключения.

1. Подключение светодиода к низковольтному напряжению постоянного тока.

       Если у Вас появилась задача подключения светодиода, то постараюсь Вам в этом помочь в этой статье. При подключении светодиодов необходимо правильно подключать светодиод, соблюдать полярность. Что бы узнать, где у светодиода плюс (+) , а где минус (-) достаточно посмотреть на светодиод одна из ножек светодиода длиннее, чем вторая, соответственно самая длинная ножка будет плюс (+), а короткая минус (-). Начнем с подключения одинарных обычных светодиодов с рабочим напряжением 2-3В с рабочим током 10-20мА, как правило, напряжение светодиодов 2 вольта и что бы подключить светодиод,  скажем к 12 вольтам постоянного напряжения (схема подключения светодиода к 12 вольтам представлена на рисунке 1), нам необходимо подобрать резистор.

Рисунок 1 — Схема подключения светодиода

 

     Чтобы подобрать резистор для светодиода, будем пользоваться следующим способом: нам известно, что напряжение светодиода 2В, соответственно при подключении светодиода к 12 вольтам (например, светодиод будем использовать в автомобиле) нам надо ограничить 10В, в принципе в случаях светодиодов правильней говорить ограничить ток светодиода, но мы при выборе резистора будем пользоваться простым проверенным многими годами  способом  без всяких математических формул.  На каждый вольт  необходим резистор сопротивлением 100 Ом, т.е. если светодиод с рабочим напряжением 2В,  и мы подключаем к 12 вольтам, нам нужен резистор 100Ом х 10В=1000 Ом или 1кОм обычно на схемах обозначается 1К, мощность резистора зависит от тока светодиода, но если мы используем обычный не мощный светодиод, как правило, его ток 10-20мА и в этом случае достаточно резистора на 0,25Вт самого маленького резистора по размеру.
    
     Резистор с большей мощностью  нам понадобится в 2х случаях: 1) если ток светодиода будет больше и 2) если напряжение будет выше, чем 24В и соответственно в случаях подключения светодиода к напряжению 36-48В и выше нам понадобится резистор с большей мощностью 0,5 – 2Вт, а в случае подключения светодиода к сети 220В лучше использовать резистор на 2Вт, но при подключении светодиода к сети переменного тока нам потребуется еще ряд элементов, но об этом чуть позже.

     
      А если нам надо будет подключить светодиод к напряжению 24В, то резистор нужен будет 100Ом х 22В = 2,2кОм. Т.е. при помощи данного способа можно рассчитать резистор для подключения 2-3 вольтового светодиода и с током 5-20мА на любое напряжение постоянного тока. Для удобства приведу ряд номиналов резисторов (рисунок 2) для разных напряжений постоянного тока:
5В – R1 = 300 Ом; 9В – R1 = 750 Ом; 12В – R1 = 1 кОм; 15В – R1 = 1,3кОм; 18В – R1 = 1,6 кОм; 24В – R1 =2,2 кОм; 28В – 2,6 кОм
       

Рисунок 2 — Подключение светодиодов к различному напряжению

     Если требуется светодиод подключить к батарейке, скажем на 3В, то можно поставить резистор последовательно на 100 Ом, а если батарейка пальчиковая на 1,5В, то можно подключить и без резистора.
При расчете мы можем выбрать только резисторы из стандартных номиналов, поэтому нет ничего страшного, если сопротивление резистора, будет чуть больше или меньше расчетного.

     Если вы используете очень яркий светодиод, а светодиод используется, к примеру, для индикации в каких-либо устройствах, то можно сопротивление резистора увеличить, и тем самым яркость светодиода уменьшится, и светодиод не будет ослеплять.  Но лучше всего в таких случаях если не требуется большая яркость светодиода, то при покупке в магазине или заказе в Китае можно выбрать матовый светодиод нужного  цвета и током, как правило, 6-20мА, угол обзора у данных светодиодов, как правило, составляет 60 градусов, они отлично подходят для индикации, не ослепляют и от них не устают глаза, даже если долго на них смотреть. Прозрачные белые светодиоды для данных целей, как правило, не подходят.

     В случае подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO, как правило, рабочее  напряжение составляет 5В, соответственно резистор можно взять 300-470 Ом можно и еще с большим сопротивлением. Главное учитывать, что ток не может превышать предельного тока вывода микроконтроллера, как правило, не более 10мА, поэтому сопротивление резистора 300-470 Ом для подключения светодиода является золотой серединой. Схема подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO представлена на рисунке 3. Стоит обратить Ваше внимание, что светодиод может быть подключен как анодом, так и катодом к микроконтроллеру и от этого будет зависеть программный способ управления светодиодом.  

Рисунок 3 — Подключение светодиода к плате ARDUINO

         3. Последовательное подключение нескольких светодиодов
       При последовательном соединении светодиодов чтобы их яркость не отличалась, друг от друга надо, чтобы светодиоды были одного типа. При последовательном соединении светодиодов сопротивление резистора будет меньше в отличие от случая, когда мы подключаем один светодиод. Для расчета резистора мы так же можем использовать ранее рассмотренный способ.

К примеру, нам необходимо последовательно подключить четыре светодиода  к напряжению постоянного тока 12В, соответственно рабочее напряжение светодиодов 2В при последовательном соединении будет 2В х 4шт. = 8В. Тогда мы можем выбрать резистор из стандартного ряда на 470-510 Ом. При последовательном соединении светодиодов ток, протекающий через все светодиоды, будет одинаковым.
 
                     Рисунок 5 — Последовательное соединение светодиодов
     Одним из недостатков последовательного соединения светодиодов  является тот факт, что в случае выхода одного из светодиодов из строя, все светодиоды перестанут светится. Ниже приведена схема с последовательным соединением двух, трех и четырех светодиодов.

        4.Параллельное подключение светодиодов
      При параллельном подключении светодиодов  резистор выбираем так же, как в случае одиночного светодиода. На каждый светодиод должен быть свой резистор при этом, если резисторы по сопротивлению будут отличаться или светодиоды будут различных марок, то будет очень заметно неравномерность свечения одного светодиода от другова. Ток при параллельном соединении будет складываться в зависимости от количества светодиодов.

Рисунок 6 — Параллельное соединение светодиодов

     5. Подключение мощных светодиодов с большим рабочим током, как правило, применяемых для освещения. При использовании мощных светодиодов лучше всего не использовать обычные резисторы, а применять специальные импульсные источники питания для светодиодов в них, как правило, уже установлены цепи стабилизации тока, данные источники питания обеспечивают равномерность свечения светодиодов и более долговечный срок службы. Светодиоды, применяемые для освещения  необходимо устанавливать на теплоотвод (радиатор).

           6. Подключение светодиода к переменному напряжению 220В.
      (Внимание!!! Опасное напряжение все работы по подключению к сети 220В необходимо производить только при выключенном, снятом напряжении и при этом необходимо убедится, что напряжение отсутствует.  Будьте внимательны. Ко всем элементам схемы не должно быть прямого доступа).
     При подключении светодиода к переменному напряжению 220В нам понадобится не только резистор, но и диод для выпрямления напряжения, так как светодиод работает от постоянного тока. Без диода на переменное напряжение лучше не включать. Схема подключения светодиода к сети 220В представлена на рисунке 7. Благодаря тому что мы используем два резистора вместо одного, мы можем использовать резисторы мощностью 1Вт.  Так же лучше всего установить конденсатор особено если будет заметно мерцание светодиода. Конденсатор может быть керамический или пленочный главное нельзя использовать электролитический конденсатор.

Рисунок 7 — Схема подключения светодиода к сети 220В.

      7. Подключение двухцветных светодиодов.
Если мы возьмем двухцветный светодиод, то увидим, что у данного светодиода не два, а три вывода, соответственно, один вывод по центру является общим, а два вывода по бокам каждый отвечает за свой цвет.

       Немного математики :
Расчет сопротивления ограничивающего резистора при 5В и токе светодиода 20мА:
R = U / Imax = 5 / 0.020 = 250 Ом — соответственно сопротивление резистора при 5В должно быть не меньше 250 Ом

 

Обозначение светодиодов и других диодов на схеме

Название диод переводится как «двухэлектродный». Исторически электроника берёт своё начало от электровакуумных приборов. Дело в том, что лампы, которые многие помнят из старых телевизоров и приёмников, носили названия типа диод, триод, пентод и т.д.

Название заключало в себе количество электродов или ножек прибора. Полупроводниковые диоды были изобретены в начале прошлого века. Их использовали для детектирования радиосигнала.

Главное свойство диода – характеристики проводимости, зависящие от полюсовки приложенного к выводам напряжения. Обозначение диода указывает нам на проводящее направление. Движение тока совпадает со стрелкой на УГО диода.

УГО – условное графическое обозначение. Иначе говоря, это значок, которым обозначается элемент на схеме. Давайте разберем как отличать обозначение светодиода на схеме от других подобных элементов.

Диоды, какие они бывают?

Кроме отдельных выпрямительных диодов их группируют по области применения в один корпус.

Обозначение диодного моста

Например, так изображается диодный мост для выпрямления однофазного напряжения переменного тока. А ниже внешний вид диодных мостов и сборок.

Внешний вид диодного моста

Другим видом выпрямительного прибора является диод Шоттки – предназначен для работы в высокочастотных цепях. Выпускается как в дискретном виде, так и в сборках. Их часто можно встретить в импульсных блоках питания, например БП для персонального компьютера AT или ATX.

Обычно на сборках Шоттки на корпусе указывается его цоколевка и внутренняя схема включения.

Диод Шоттки

Специфичные диоды

Выпрямительный диод мы уже рассмотрели, давайте взглянем на диод Зенера, который в отечественной литературе называют – стабилитрон.

Обозначение стабилитрона (диод Зенера)

Внешне он выглядит как обычный диод – черный цилиндр с меткой на одной из сторон. Часто встречается в маломощном исполнении – небольшой стеклянный цилиндр красного цвета с черной меткой на катоде.

Обладает важным свойством – стабилизация напряжения, поэтому включается параллельно нагрузке в обратном направлении, т.е. к катоду подключается плюс питания, а анод к минусу.

Следующий прибор – варикап, принцип его действия основан на изменении величины барьерной емкости, в зависимости от величины приложенного напряжения. Используется в приемниках и в цепях, где нужно производить операции с частотой сигнала. Обозначается как диод, совмещенный с конденсатором.

Варикап — обозначение на схеме и внешний вид

Динистор – обозначение которого выглядит как диод, перечеркнутый поперек. По сути так и есть – он из себя представляет 3-х переходный, 4-х слойный полупроводниковый прибор. Благодаря своей структуре обладает свойством пропускать ток, при преодолении определенного барьера напряжения.

Например, динисторы на 30В или около того часто используются в лампах «энергосберегайках», для запуска автогенератора и других блоках питания, построенных по такой схеме.

Обозначение динистора

Светодиоды и оптоэлектроника

Раз диод излучает свет, значит обозначение светодиода должно быть с указанием этой особенности, поэтому к обычному диоду добавили две исходящие стрелки.

Обозначение светодиодов на электрической схеме

В реальности есть много разных способов определить полярность, подробнее об этом есть целая статья. Ниже, для примера, распиновка зеленого светодиода.

Обычно у светодиода маркировка выводов выполняется либо меткой, либо ножками разной длины. Короткая ножка – это минус.

Распиновка зеленого светодиода

Фотодиод, прибор обратный по своему действию от светодиода. Он изменяет состояние своей проводимости в зависимости от количества света, попадающего на его поверхность. Его обозначение:

Фотодиод BPD-BQA914

Такие приборы используются в телевизорах, магнитофонах и прочей аппаратуре, которая управляется пультом дистанционного управления в инфракрасном спектре. Такой прибор можно сделать, спилив корпус обычного транзистора.

Часто применяется в датчиках освещенности, на устройствах автоматического включения и выключения осветительных цепей, например таких:

Датчик освещения

Оптоэлектроника – область которая получила широкое распространения в передаче данных и устройствах связи и управления. Благодаря своему быстродействию и возможности осуществить гальваническую развязку, она обеспечивает безопасность для питаемых устройств в случае возникновения высоковольтного скачка на первичной стороне. Однако не в таком виде как указано, а в виде оптопары.

Схема с оптопарой

В нижней части схемы вы видите оптопару. Включение светодиода здесь происходит замыканием силовой цепи с помощью оптотранзистора в цепи светодиода. Когда вы замыкаете ключ, ток идёт через светодиод в оптопаре, в нижнем квадрате слева. Он засвечивается и транзистор, под действием светового потока, начинает пропускать ток через светодиод LED1, помеченный зеленым цветом.

Такое же применение используется в цепях обратной связи по току или напряжению (для их стабилизации) многих блоков питания. Сфера применения начинается от зарядных устройств мобильных телефонов и блоков питания светодиодных лент, до мощных питающих систем.

Диодов существует великое множество, некоторые из них похожи по своим характеристикам, некоторые имеют совершенно необычные свойства и применения, их объединяет наличие всего лишь двух функциональных выводов.

Вы можете встретить эти элементы в любой электрической схеме, нельзя недооценивать их важность и характеристики. Правильный подбор диода в цепи снаббера, например, может значительно повлиять на КПД и тепловыделение на силовых ключах, соответственно на долговечность блока питания.

Если вам было что-нибудь непонятно – оставляйте комментарии и задавайте вопросы, в следующих статьях мы обязательно раскроем все непонятные вопросы и интересные моменты!

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

Схема подключения светодиода

Введение

Использование светодиодов для освещения и индикации — это надежное и экономичное решение. Светодиоды имеют очень высокий КПД, надежны, экономичны, безопасны, долговечны в сравнении с лампами накаливания и люминесцентными лампами. В данной статье рассматриваются способы включения светодиодов. Описываются способы питания светодиода от компьютера.

Что такое светодиод и как он работает

Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).

Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду. Для этого следует подать на его анод положительное, а на катод — отрицательное напряжение.

Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым бытовым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять такую мощность, которую физически не способен выдержать.

Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.

Какие бывают светодиоды

Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.

Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления. Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.

В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр нередко забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничительного резистора.

Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.

Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.

Подключение светодиодов к блоку питания

Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.

Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода.

	При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом.
	При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

	При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора).
	При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом.

 

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

	При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом.
	Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора).

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Методика расчета питания светодиода».

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).

Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях. Просто посмотрим как выглядит такая схема.

При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты.

Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.

Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов).

Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше. Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение равное их падению напряжения в открытом состоянии.

Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.

Подключение светодиодов к LPT порту

При питании светодиода от LPT порта необходимо последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP. Подробное описание способа подключения светодиодов к LPT порту содержится в статье «LPT порт и 12 светодиодов».

 

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Универсальная методика рассчета питания светодиодов».

Правильная схема подключения светодиодов: последовательно или параллельно

Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Источник тока (или генератор тока) — источник электрической энергии, который поддерживает постоянное значение силы тока через нагрузку с помощью изменения напряжения на своем выходе. Если сопротивление нагрузки, например, возрастает, источник тока автоматически повышает напряжение таким образом, чтобы ток через нагрузку остался неизменным и наоборот. Источники тока, которыми запитывают светодиоды, еще называют драйверами.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожгете его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).

К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.

Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:

А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры. На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.

Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.

Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

Uпит	ILED
	5 мА	10 мА	20 мА	30 мА	50 мА	70 мА	100 мА	200 мА	300 мА
5 вольт	340 Ом	170 Ом	85 Ом	57 Ом	34 Ом	24 Ом	17 Ом	8.5 Ом	5.7 Ом
12 вольт	1.74 кОм	870 Ом	435 Ом	290 Ом	174 Ом	124 Ом	87 Ом	43 Ом	29 Ом
24 вольта	4.14 кОм	2.07 кОм	1.06 кОм	690 Ом	414 Ом	296 Ом	207 Ом	103 Ом	69 Ом

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Последовательное подключение

При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.

Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).

Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:

Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ — конечно, последовательным!

Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.

Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.

Вот пример готового устройства:

Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64…106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток — это от него уже не зависит.

И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.

Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.

Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:

Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) — либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.

Как выбрать нужный драйвер?

Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:

1. выходной ток;
2. максимальное выходное напряжение;
3. минимальное выходное напряжение.

Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов — это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.

Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:

Номинальный ток этих диодов — 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.

Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3…4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.

Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).

Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.

Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:

Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.

Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:

Светодиоды	Какой нужен драйвер
60 мА, 0.2 Вт (smd 5050, 2835)	см. схему на TL431
150мА, 0.5Вт (smd 2835, 5630, 5730)	драйвер 150mA, 9-34V (можно одновременно подключить от 3 до 10 светодиодов)
300 мА, 1 Вт (smd 3528, 3535, 5730-1, LED 1W)	драйверы 300мА, 3-64V (на 1-24 последовательно включенных светодиода)
700 мА, 3 Вт (led 3W, фитосветодиоды)	драйвер 700мА (для 6-10 светодиодов)
3000 мА, 10 Ватт (XML2 T6)	драйвер 3A, 21-34V (на 7-10 светодиодов) или см. схему

Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.

Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.

Pololu — Простая светодиодная схема

Одна из самых простых схем, которую вы можете построить, это светодиод, работающий от батареи. К сожалению, многие люди, которые думают, что знают некоторую электронику (и даже многократные собеседники с предполагаемой степенью электротехники), не могут на самом деле нарисовать схему для простой схемы или рассчитать соответствующие значения компонентов. Ты можешь? (Если вы можете легко это сделать, вероятно, вам следует пропустить оставшуюся часть этого поста.)

Я привожу здесь эту несвязанную схему, чтобы вы не просто увидели ответ, прежде чем подумать об этом.

Вам может быть интересно, о какой батарее и светодиоде идет речь. Вы можете нарисовать базовую схему без значений, но для одного вычисления, которое вам нужно выполнить, вам понадобятся некоторые конкретные значения. Допустим, у вас батарея 9 В, и мы говорим о типичном зеленом светодиодном индикаторе. Вы знаете, один из них:

И, если у вас большой монитор, еще одна приманка:

Ладно, пора сегодня добираться до нашей реальной трассы.В идеале вы изобразили что-то вроде этого сразу:

Следует отметить несколько ключевых моментов:

• Вы должны иметь резистор в цепи. Мы вычислим это значение немного. Резистор может находиться на любой стороне светодиода.
• Светодиод и аккумулятор должны быть в правильном направлении.
• Три компонента имеют четко определенные схематические символы, которые вы должны знать. Вероятно, не имеет значения, сколько именно элементов вы показываете в своем аккумуляторе, сколько зигзагов у вас есть в резисторе и как именно выглядят стрелки на вашем светодиоде, но если вы думаете, что знаете электронику и обнаружите, что рисуете коробки для всех три из этих частей, вы можете легко узнать, сколько электроники вы знаете, что знаете.

Определение соответствующего сопротивления требует немного больше работы, если вы хотите получить оправданный ответ. Есть несколько основных правил, которые мы должны применить: закон напряжения Кирхгофа, а затем закон Ома. Закон напряжения Кирхгофа говорит нам, что если мы обойдем замкнутый контур, такой как эта цепь, разность напряжений на каждом компоненте в контуре должна составлять до нуля. Это должно показаться интуитивно очевидным, поскольку это в основном переформулировка принципа сохранения энергии: если вы обойдете петлю и в результате получите ненулевой результат, у вас будет какой-то источник напряжения, который вы не учли.Если вы обойдете петлю по часовой стрелке и начнете с отрицательной стороны батареи, вы увидите, что 9 В батареи должны быть нейтрализованы падением напряжения 9 В на резисторе и светодиоде:

Если вам не нравится идея -9 В, представляющая напряжение на резисторе и светодиоде, вы можете переключить то, что вы называете положительным и отрицательным:

Вы должны заметить, что эта версия менее последовательна в отношении корреляции между направлением, которым мы движемся по циклу, и тем, что мы называем положительным и отрицательным.Я помню, как этот положительный и отрицательный бизнес в детстве сбивал с толку и казался непоследовательным, и этому не помогли учителя, которые его не поняли, и не указали, что ток на самом деле течет в другом направлении, чем мы говорим. Нужно иметь в виду, что если вы последовательны, все должно сработать (и в этом случае отслеживания напряжений вокруг контура, мы даже не говорим о токе). Первый рисунок помечен соответствующим образом; просто помните, что, поскольку V _R в этом случае является отрицательным, левая сторона, которая помечена знаком «-», будет положительной стороной, если вы измеряете ее с помощью измерителя.Хорошо иметь возможность выяснить детали в случае, если вы застряли в своей интуиции, но также полезно для вашего качественного понимания, чтобы сказать вам, что 9 В, подаваемый в цепь от батареи, будет рассеиваться резистором и светодиодом, которые не добавляют энергию в цепь.

После того, как мы установили, что светодиод и резистор имеют напряжение 9 В, мы почти готовы использовать закон Ома, чтобы решить, какое сопротивление мы хотим. Закон Ома настолько прост, что любой, кто хочет что-то делать с электроникой, должен просто знать это:

V = I R

Поскольку в нашей цепи всего одна петля, ток должен быть одинаковым во всех трех компонентах, иначе некоторый ток мог бы волшебным образом исходить или уходить в никуда.Чтобы указать ток, мы просто должны знать, какой ток подходит для нашего светодиода. Мы будем использовать 10 мА, поскольку это довольно типично и с ним легко работать. Обычная ошибка, которую я вижу для тех, кто зашел так далеко, заключается в том, что они хотят применить закон Ома к комбинации светодиода и резистора; то есть они хотят использовать 9 В для В в уравнении. Вот где появляется цвет светодиода: у разных цветов светодиода разное падение напряжения. Зеленый светодиод имеет падение примерно 2,1 В при 10 мА (химический состав светодиода также имеет значение, и некоторые дизайнерские светодиоды со специальными «настоящими зелеными» имеют более высокое напряжение).Что отличает светодиод от резистора (т.е. закон Ома не применяется), так это то, что даже при 5 мА или 20 мА падение напряжения будет примерно одинаковым. Кроме того, если у вас была идеальная батарея на 2,1 В и вы подключили ее к светодиоду без какого-либо резистора, ток мог бы стать произвольно большим и разрушить светодиод. Вот почему нам нужен резистор для ограничения тока.

Если напряжение светодиода в основном равно 2,1 В, несмотря на то, что светодиод и резистор составляют до 9 В, мы видим (снова применяя закон напряжения Кирхгофа), что резистор останется с 6.9 V через это. Теперь у нас есть ток через резистор 10 мА и напряжение на нем 6,9 В, так что мы можем подключить эти числа и получить сопротивление 690 Ом. Однако 690 Ом не является стандартным значением резистора, поэтому, если бы нам действительно пришлось построить эту схему, мы бы использовали ближайшее стандартное значение, 680 Ом. Вот наша последняя схема:

Если бы вы могли сделать это самостоятельно, отлично; но не волнуйтесь: в общей схеме электроники это примерно так же, как 2 + 2 = 4.В следующий раз я расскажу о том, как даже у этой самой простой схемы есть много упрощений и почему мы можем с ними покончить. В заключение, вот контрольный список вещей, которые вы должны знать или освежить, если вы не знаете их:

• Знайте условные обозначения основных компонентов электроники.
• Знай закон Ома.
  • Уметь применить его к резистору.
  • Знайте, что это не относится к большинству вещей, включая светодиоды и батареи.
• Понять (быть в состоянии применить) закон напряжения Кирхгофа.
• Знайте, что светодиоды имеют примерно постоянное напряжение на них, когда они находятся в рабочем диапазоне, и что это напряжение меняется в зависимости от цвета.
• Знайте, что подходящий ток для маленького светодиода составляет около 10 мА.
• Имейте в виду, что фактические физические компоненты не обязательно будут доступны в нужном вам значении.

,Простая светодиодная схема

Когда мы слышим название «Электроника», первое, что сразу приходит на ум, это светодиод и резистор. Светодиод и резисторы — первые несколько компонентов, которые вводятся в начальный курс по электронике в школах. Итак, здесь мы строим простейшую схему в электронике — Светящийся светодиод с помощью резистора и батареи .

Это первая базовая светодиодная схема , которую я построил много лет назад в школьные годы и доставил мне огромное удовольствие видеть светящийся светодиод.Для построения этой схемы вам нужно всего четыре вещи:

• LED- 1
Резистор
• — 1 (220 кОм или 330 кОм или 1 кОм)
• Источник питания — аккумулятор — 9 В
• макет

Простая светодиодная схема

Вот принципиальная схема для простой светодиодной схемы . Вам просто нужно подключить положительный вывод светодиода с одним концом резистора, а затем подключить другой конец резистора с положительным выводом батареи.Затем подключите отрицательную клемму светодиода к отрицательной клемме аккумулятора. Этот отрицательный вывод батареи также называется заземлением . Вся установка построена на макете, как показано выше.

В поисках полярности светодиодов:

Если вы внимательно посмотрите на светодиод, то обнаружите, что одна нога светодиода больше другой. Таким образом, большая ветвь является положительной стороной светодиода , а меньшая ветвь — отрицательной стороной. Ниже картинка для того же:

Полярность батареи можно легко определить, посмотрев на батарею, положительные (+) и отрицательные (-) указаны на самой батарее.Мы также можем сделать ту же схему, используя две батареи размера AA 1,5 В.

Выбор значения резистора для светодиода:

Резистор

является здесь очень важным компонентом, если вы подключите светодиод к аккумулятору без какого-либо резистора, то ваш светодиод будет гореть немедленно. Поэтому мы должны использовать резистор последовательно со светодиодом, чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод.

Теперь общий вопрос « Какое значение резистора мы должны использовать со светодиодом », ответ прост.Обычно светодиод потребляет ток 20 мА и имеет падение напряжения на 2-3 В, это падение напряжения называется прямым напряжением (Vf). Некоторые светодиоды потребляют ток в большей или меньшей степени в соответствии с их цветами и номиналами, но здесь мы объясняем это в целом.

Итак, здесь мы можем рассчитать значение резистора, используя базовый закон ОМ , который гласит:

R = V / I (резистор = напряжение / ток)

Итак, если вы используете аккумулятор 9 В и падение напряжения на светодиоде, скажем, 2.4 В, и текущий ток составляет 20 мА, тогда у нас должно быть значение резистора, на которое можно сбросить оставшееся напряжение (9 — 2,4 В). Итак по формулам:

R = (9 — 2,4) / .02 = 330 Ом

Таким образом, оставшееся напряжение (9 — 2,4 = 6,6 В) будет сброшено на резисторе 330 Ом. Вы также можете рассчитать значение сопротивления с помощью этого светодиодного резисторного калькулятора.

Эти значения тока и напряжения не являются точными и могут варьироваться в зависимости от емкости аккумулятора и светодиода.Но обычно вы можете использовать резистор на 330 или 220 Ом с любым светодиодом или резистор на 1 кОм, если правильные значения недоступны.

,

светодиодов (LED) — learn.sparkfun.com

Избранные любимец 53

Введение

светодиодов вокруг нас: В наших телефонах, наших автомобилях и даже наших домах. Каждый раз, когда горит что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним стоит светодиод. Они бывают самых разных размеров, форм и цветов, но независимо от того, как они выглядят, у них есть одна общая черта: они бекон электроники.Они широко предназначены для того, чтобы сделать любой проект лучше, и их часто добавляют в невероятные вещи (к радости всех).

Однако, в отличие от бекона, они не годятся, как только вы их приготовили. Это руководство поможет вам избежать любых случайных светодиодных барбекю! Хотя обо всем по порядку. Что именно — это , о котором все говорят?

Светодиоды

(то есть «ell-ee-dees») — это особый тип диодов, которые преобразуют электрическую энергию в свет. На самом деле светодиод означает «светоизлучающий диод».«(Он делает то, что говорит на банке!) И это отражается в сходстве между диодными и светодиодными схематическими обозначениями:

Короче говоря, светодиоды похожи на крошечные лампочки. Тем не менее, для сравнения светодиоды требуют гораздо меньше энергии. Они также более энергоэффективны, поэтому они не имеют тенденцию нагреваться, как обычные лампочки (если вы действительно не накачиваете в них энергию). Это делает их идеальными для мобильных устройств и других приложений с низким энергопотреблением. Не считайте их из мощной игры.Светодиоды высокой интенсивности нашли свое применение в акцентном освещении, прожекторах и даже автомобильных фарах!

Тебе уже хочется? Желание поставить светодиоды на все? Хорошо, оставайтесь с нами, и мы покажем вам, как!

Рекомендуемое чтение

Вот некоторые другие темы, которые будут обсуждаться в этом руководстве. Если вы не знакомы ни с одним из них, пожалуйста, ознакомьтесь с соответствующим руководством, прежде чем идти дальше.

Что такое цепь?

Каждый электрический проект начинается с цепи.Не знаете, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещая наши дома, как молнии в грозах, но что это? Это не простой вопрос, но этот урок проливает свет на него!

Диоды

Диодный праймер! Диодные свойства, типы диодов и применение диодов.

Электроэнергия

Обзор электроэнергии, скорость передачи энергии. Мы поговорим об определении мощности, ваттах, уравнениях и номинальных мощностях. 1,21 гигаватт учебного веселья!

Полярность

Введение в полярность в электронных компонентах. Узнайте, что такое полярность, в каких частях она есть и как ее идентифицировать.

Предложенный просмотр

Как использовать их

Итак, вы пришли к разумному выводу, что вам нужно поставить светодиоды на все.Мы думали, что ты придешь.

Давайте пройдемся по книге правил:

1) Вопросы полярности

В электронике полярность указывает, является ли компонент схемы симметричным или нет. Светодиоды, будучи диодами, позволяют току течь только в одном направлении. А когда нет тока, нет света. К счастью, это также означает, что вы не можете сломать светодиод, подключив его в обратном направлении. Скорее, это просто не сработает.

Положительная сторона светодиода называется «анодом» и отмечена наличием более длинного «провода» или ножки.Другая отрицательная сторона светодиода называется катодом . Ток течет от анода к катоду, а не в противоположном направлении. Обратный светодиод может препятствовать нормальной работе всей цепи, блокируя ток. Так что не волнуйтесь, если добавление светодиода нарушит вашу цепь. Попробуйте перевернуть это.

2) Текущий ток равняется Моарному свету

Яркость светодиода напрямую зависит от того, какой ток он потребляет. Это означает две вещи. Во-первых, суперяркие светодиоды разряжают батареи быстрее, потому что дополнительная яркость зависит от используемой дополнительной мощности.Во-вторых, вы можете контролировать яркость светодиода, управляя величиной тока через него. Но установка настроения не единственная причина, чтобы сократить ваш ток.

3) Есть такая вещь, как слишком большая сила

Если вы подключите светодиод непосредственно к источнику тока, он попытается рассеять столько энергии, сколько ему позволено, и, подобно трагическим героям Олде, уничтожит сам себя. Вот почему важно ограничить количество тока, протекающего через светодиод.

Для этого мы используем резисторы. Резисторы ограничивают поток электронов в цепи и защищают светодиод от попыток получить слишком большой ток. Не волнуйтесь, для определения наилучшего значения резистора требуется лишь небольшая математика. Вы можете узнать все об этом в примерах применения нашего учебника по резисторам!

Резисторы

1 апреля 2013 г.

Учебник по всем вещам резисторов. Что такое резистор, как они ведут себя параллельно / последовательно, декодируют коды цветов резистора и применяют резистор.

Не позволяй всей этой математике напугать тебя, на самом деле довольно сложно все испортить. В следующем разделе мы поговорим о том, как сделать светодиодную схему без вашего калькулятора.

Светодиоды без математики

Прежде чем мы поговорим о том, как читать таблицы, давайте подключим некоторые светодиоды. В конце концов, это учебник по светодиодам, а не учебник по чтению .

Это также не учебник по математике, поэтому мы дадим вам несколько практических правил по установке и эксплуатации светодиодов.Как вы, вероятно, собрали из информации в предыдущем разделе, вам понадобится батарея, резистор и светодиод. В качестве источника питания мы используем аккумулятор, потому что их легко найти и они не могут подавать опасное количество тока.

Базовый шаблон для светодиодной схемы довольно прост, просто подключите батарею, резистор и светодиод последовательно. Как это:

330 Ом Резистор

Хорошее значение резистора для большинства светодиодов — 330 Ом (оранжевый — оранжевый — коричневый).Вы можете использовать информацию из последнего раздела, чтобы помочь вам определить точное значение, которое вам нужно, но это светодиоды без математики … Итак, начните с подключения резистора 330 Ом в вышеуказанную цепь и посмотрите, что произойдет.

проб и ошибок

Интересная особенность резисторов заключается в том, что они рассеивают дополнительную мощность в виде тепла, поэтому, если у вас есть резистор, который нагревается, вам, вероятно, нужно использовать меньшее сопротивление. Однако, если ваш резистор слишком мал, вы рискуете перегореть светодиод! Учитывая, что у вас есть несколько светодиодов и резисторов, с которыми можно поиграть, приведем схему, которая поможет вам спроектировать схему светодиодов методом проб и ошибок:

Throwies с батарейкой типа «монета»

Еще один способ зажечь светодиод — просто подключить его к батарейке типа «таблетка»! Поскольку ячейка монеты не может подавать достаточный ток, чтобы повредить светодиод, вы можете соединить их напрямую вместе! Просто вставьте монетоприемник CR2032 между выводами светодиода.Длинная нога светодиода должна касаться стороны батареи, отмеченной знаком «+». Теперь вы можете обернуть ленту вокруг всего этого, добавить магнит и приклеить его! Уя за подлых!

Конечно, если вы не добились хороших результатов с помощью метода проб и ошибок, вы всегда можете достать свой калькулятор и вычислить его. Не волнуйтесь, не сложно рассчитать лучшее значение резистора для вашей схемы. Но прежде чем вы сможете определить оптимальное значение резистора, вам нужно найти оптимальный ток для вашего светодиода.Для этого нам необходимо сообщить в таблицу …

Получить подробную информацию

Не подключайте к своим цепям какие-либо странные светодиоды, это просто вредно для здоровья. Узнай их первым. И как лучше, чем читать таблицы.

В качестве примера мы рассмотрим таблицу для нашего основного красного 5-мм светодиода.

Светодиодный ток

Начиная сверху и спускаясь, первое, с чем мы сталкиваемся, это очаровательный стол:

Ах, да, но что все это значит?

Первая строка в таблице указывает, какой ток ваш светодиод сможет выдерживать непрерывно.В этом случае вы можете дать ему 20 мА или меньше, и он будет светить ярче всего при 20 мА. Второй ряд говорит нам, каким должен быть максимальный пиковый ток для коротких импульсов. Этот светодиод может выдерживать короткие удары до 30 мА, но вы не хотите выдерживать этот ток слишком долго. Эта таблица данных даже достаточно полезна, чтобы предложить стабильный диапазон тока (в третьем ряду сверху) 16-18 мА. Это хорошее целевое число, чтобы помочь вам сделать расчеты резисторов, о которых мы говорили.

Следующие несколько строк имеют меньшее значение для целей этого урока.Обратное напряжение — это свойство диода, о котором вам не нужно беспокоиться в большинстве случаев. Рассеиваемая мощность — это количество энергии в милливаттах, которое светодиод может использовать до получения повреждения. Это должно работать само собой, пока вы держите светодиод в пределах его рекомендуемых значений напряжения и тока.

Светодиодное напряжение

Посмотрим, какие еще столы они здесь поставили … Ах!

Это полезный столик! В первом ряду сообщается, каким будет падение напряжения на светодиодах .Прямое напряжение — это термин, который очень часто встречается при работе со светодиодами. Этот номер поможет вам решить, какое напряжение необходимо подать в схему на светодиод. Если к одному источнику питания подключено более одного светодиода, эти цифры действительно важны, потому что прямое напряжение всех светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение питания. Мы поговорим об этом более подробно позже в углубленном разделе этого урока.

LED Длина волны

Во второй строке этой таблицы указывается длина волны света.Длина волны в основном очень точный способ объяснить, какого цвета свет. Это число может варьироваться, поэтому таблица дает нам минимум и максимум. В этом случае это от 620 до 625 нм, что находится на нижнем красном конце спектра (от 620 до 750 нм). Опять же, мы более подробно рассмотрим длину волны в более глубоком разделе.

Яркость светодиодов

Последний ряд (помеченный «Интенсивность света») — это показатель яркости светодиода. Единица измерения mcd, или millicandela , является стандартной единицей измерения интенсивности источника света.Этот светодиод имеет максимальную интенсивность 200 мкд, что означает, что он достаточно яркий, чтобы привлечь ваше внимание, но не совсем яркий фонарик. В 200 мкд, этот светодиод будет хорошим индикатором.

Угол обзора

Далее у нас есть этот веерообразный график, который представляет угол обзора светодиода. Различные типы светодиодов будут включать линзы и отражатели, чтобы либо сконцентрировать большую часть света в одном месте, либо распространить его как можно шире. Некоторые светодиоды похожи на прожекторы, которые излучают фотоны во всех направлениях; Другие настолько направленны, что вы не можете сказать, что они включены, если вы не смотрите прямо на них.Чтобы прочитать график, представьте, что светодиод стоит прямо под ним. «Спицы» на графике представляют угол обзора. Круглые линии представляют интенсивность в процентах от максимальной интенсивности. Этот светодиод имеет довольно узкий угол обзора. Вы можете видеть, что если смотреть на светодиод прямо вниз, это когда он самый яркий, потому что при 0 градусах синие линии пересекаются с самой внешней окружностью. Чтобы получить угол обзора 50%, угол, при котором свет становится вдвое менее интенсивным, следуйте по кругу 50% вокруг графика, пока он не пересекает синюю линию, затем следуйте по ближайшему выступу, чтобы прочитать угол.Для этого светодиода угол обзора 50% составляет около 20 градусов.

Размеры

Наконец, механический чертеж. Это изображение содержит все измерения, которые вам понадобятся, чтобы фактически установить светодиод в корпус! Обратите внимание, что, как и большинство светодиодов, у этого есть небольшой фланец внизу. Это очень удобно, когда вы хотите установить его на панели. Просто просверлите отверстие идеального размера для корпуса светодиода, и фланец предотвратит его падение!

Теперь, когда вы знаете, как расшифровать таблицу, давайте посмотрим, с какими необычными светодиодами вы можете столкнуться в дикой природе…

Типы светодиодов

Поздравляем, вы знаете основы! Может быть, вы даже взяли в руки несколько светодиодов и начали зажигать, это круто! Как бы вы хотели улучшить свою игру? Давайте поговорим о том, как это может выглядеть за пределами вашего стандартного светодиода.

Крупный план суперяркого 5-миллиметрового светодиода крупным планом

Типы светодиодов

Вот актерский состав других персонажей.

RGB светодиодов

RGB (красно-зелено-синие) светодиоды — это фактически три светодиода в одном! Но это не значит, что он может сделать только три цвета.Поскольку красный, зеленый и синий цвета являются дополнительными основными цветами, вы можете контролировать интенсивность каждого из них, чтобы создать каждый цвет радуги. Большинство светодиодов RGB имеют четыре контакта: по одному для каждого цвета и общий вывод. У одних общий контакт — это анод, а у других — катод.

RGB с общим прозрачным катодным светодиодом

светодиодов с интегральными схемами

Велоспорт

Некоторые светодиоды умнее других. Возьмите, например, светодиодный индикатор. Внутри этих светодиодов фактически имеется интегральная схема, которая позволяет светодиоду мигать без какого-либо внешнего контроллера.Вот крупным планом IC (большой, черный квадратный чип на кончике наковальни), управляющий цветами.

5-миллиметровый светодиод с медленным циклом крупным планом

Просто включите его и смотрите! Они отлично подходят для проектов, в которых требуется немного больше действий, но нет места для схем управления. Есть даже мигающие светодиоды RGB, которые переключаются между тысячами цветов!

Адресуемые светодиоды

Другие типы светодиодов могут управляться индивидуально.Существуют разные наборы микросхем (WS2812, APA102, UCS1903 и многие другие), используемые для управления отдельным светодиодом, соединенным в цепочку. Ниже приведен крупный план WS2812. Большая квадратная IC справа контролирует цвета индивидуально.

Адресная WS2812 PTH Close Up

Встроенный резистор

Что это за магия? Светодиод со встроенным резистором? Это правильно. Есть также светодиоды, которые включают в себя небольшой резистор ограничения тока. Если вы внимательно посмотрите на изображение ниже, на стойке имеется небольшая черная квадратная ИС для ограничения тока на светодиодах этих типов.

Светодиод со встроенным резистором Close Up

Итак, подключите светодиод со встроенным резистором к источнику питания и включите его! Мы протестировали эти типы светодиодов на 3,3 В, 5 В и 9 В.

Супер яркий зеленый светодиод со встроенным резистором

Примечание: Таблица данных для светодиодов со встроенным резистором указывает, что рекомендуемое прямое напряжение составляет около 5 В. При тестировании одного на 5 В, напряжение около 18 мА.Стресс-тест с батареей 9 В, напряжение около 30 мА. Это, вероятно, на более высоком конце входного напряжения. Использование более высокого напряжения может сократить срок службы светодиода. При напряжении около 16 В светодиод погас.

Пакеты для поверхностного монтажа (SMD)

SMD-светодиоды — это не столько специфический тип светодиода, сколько тип корпуса. По мере того как электроника становится все меньше и меньше, производители придумали, как разместить больше компонентов в меньшем пространстве. Компоненты SMD (устройства поверхностного монтажа) представляют собой крошечные версии своих стандартных аналогов.Вот крупный план адресуемого светодиода WS2812B, упакованного в небольшой пакет 5050.

Адресная WS2812B Close Up

SMD светодиодов бывают нескольких размеров, от довольно больших до меньших размеров, чем рисовое зерно! Поскольку они такие маленькие и с подушками вместо ног, с ними не так легко работать, но если вы ограничены в пространстве, они могут быть именно тем, что доктор прописал.

WS2812B-5050 Пакет	APA102-2020 Пакет

SMD-светодиоды

также упрощают и ускоряют процесс выбора и размещения машин, благодаря чему может разместить светодиодов на печатных платах и ​​полосах.Вы, вероятно, не будете вручную паять все эти компоненты вручную.

Крупный план 8×32 адресуемой (WS2812-5050) светодиодной матрицы	5M адресуемая (APA102-5050) светодиодная лента

Высокая мощность

Мощные светодиоды

от таких производителей, как Luxeon и CREE, безумно яркие. Они ярче суперярких! Как правило, светодиод считается мощным, если он может рассеивать 1 Вт или более мощности.Это причудливые светодиоды, которые вы найдете в действительно хороших фонариках. Их можно даже построить для прожекторов и автомобильных фар. Поскольку через светодиод проходит так много энергии, для этого часто требуются радиаторы. Радиатор — это, по сути, кусок теплопроводящего металла с большой площадью поверхности, задачей которого является передача как можно большего количества отработанного тепла в окружающий воздух. Может быть некоторое тепловыделение, встроенное в конструкцию некоторых коммутационных щитов, таких как показанная ниже.

Мощный светодиод RGB	Алюминий Назад для рассеивания тепла

Мощные светодиоды

могут выделять столько тепла, что могут повредить себя без надлежащего охлаждения. Не позволяйте термину «отработанное тепло» обмануть вас, хотя эти устройства по-прежнему невероятно эффективны по сравнению с обычными лампами. Для управления вы можете использовать светодиодный драйвер постоянного тока.

Специальные светодиоды

Есть даже светодиоды, которые излучают свет за пределами нормального видимого спектра. Например, вы, наверное, используете инфракрасные светодиоды каждый день. Они используются в таких вещах, как телевизионные пульты, для отправки небольших фрагментов информации в виде невидимого света! Они могут выглядеть как стандартные светодиоды, поэтому их будет трудно отличить от обычных светодиодов.

IR LED

На противоположном конце спектра вы также можете получить ультрафиолетовые светодиоды. Ультрафиолетовые светодиоды сделают некоторые материалы флуоресцентными, как черный свет! Они также используются для дезинфекции поверхностей, потому что многие бактерии чувствительны к ультрафиолетовому излучению.Они также могут быть использованы для обнаружения поддельных (счета, кредитные карты, документы и т. Д.), Солнечные ожоги, список можно продолжать. Пожалуйста, надевайте защитные очки при использовании этих светодиодов.

Ультрафиолетовый светодиод осматривает законопроект США

Больше светодиодов

С такими модными светодиодами, как они, нет никакого оправдания тому, чтобы что-то не было освещено. Однако, если ваша жажда знаний о светодиодах не была утолена, тогда читайте дальше, и мы начнем разбираться со светодиодами, цветом и яркостью света!

Delving Deeper

Итак, вы закончили со светодиодами 101 и хотите больше? О, не волнуйся, у нас есть больше.Давайте начнем с науки о том, что заставляет светодиоды тикать … ошибаться … мигать. Мы уже упоминали, что светодиоды — это особый вид диодов, но давайте немного углубимся в то, что это означает:

То, что мы называем светодиодом, это на самом деле светодиод и упаковка, но сам светодиод на самом деле крошечный! Это чип из полупроводникового материала, который легирован примесями, что создает границу для носителей заряда. Когда ток течет в полупроводник, он прыгает с одной стороны этой границы на другую, высвобождая энергию в процессе.В большинстве диодов эта энергия выделяется в виде тепла, а в светодиодах эта энергия рассеивается в виде света!

Длина волны света и, следовательно, цвет, зависит от типа полупроводникового материала, используемого для изготовления диода. Это связано с тем, что структура энергетических зон полупроводников различается между материалами, поэтому фотоны излучаются с разными частотами. Вот таблица распространенных светодиодных полупроводников по частоте:

Усеченная таблица полупроводниковых материалов по цвету. Полная таблица доступна в записи в Википедии для «LED»

Хотя длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника, интенсивность зависит от количества мощности, проталкиваемой через диод.Мы немного поговорили об интенсивности света в предыдущем разделе, но это не просто обозначение яркости чего-либо.

Единица измерения силы света называется канделой, хотя, когда вы говорите об интенсивности одного светодиода, вы обычно находитесь в диапазоне милликанделей. Что интересно в этом устройстве, так это то, что он не является мерой количества световой энергии, а фактическим показателем «яркости». Это достигается путем взятия мощности, излучаемой в определенном направлении, и взвешивания этого числа по функции яркости света.Человеческий глаз более чувствителен к некоторым длинам волн света, чем к другим, и функция яркости является стандартизированной моделью, которая учитывает эту чувствительность.

Световая интенсивность светодиодов может варьироваться от десятков до десятков тысяч милликандела. Индикатор питания на вашем телевизоре, вероятно, около 100 мкд, тогда как хороший фонарик может быть 20000 мкд. Смотреть прямо на что-то более яркое, чем несколько тысяч милликандел, может быть больно; не пытайся

Падение Напряжения

О, я также пообещал, что мы поговорим о концепции прямого падения напряжения.Помните, когда мы смотрели таблицу, и я упомянул, что прямое напряжение всех ваших светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение вашей системы? Это связано с тем, что каждый компонент в вашей схеме имеет , чтобы разделить напряжение , и величина напряжения, которую каждая деталь использует вместе, всегда будет равна доступному количеству. Это называется законом напряжения Кирхгофа. Таким образом, если у вас есть источник питания 5 В, а каждый из ваших светодиодов имеет прямое падение напряжения на 2,4 В, то вы не можете подавать питание более двух одновременно.

Законы Кирхгофа также пригодятся, когда вы хотите приблизить напряжение на данной части на основе прямого напряжения других частей. Например, в примере, который я только что дал, есть источник питания 5 В и 2 светодиода с падением прямого напряжения 2,4 В каждый. Конечно, мы хотели бы включить резистор ограничения тока, верно? Как бы вы узнали напряжение на этом резисторе? Это просто:

5 (Напряжение системы) = 2,4 (светодиод 1) + 2,4 (светодиод 2) + резистор

5 = 4.8 + Резистор

Резистор = 5 — 4,8

Резистор = 0,2

Итак, на резисторе 0,2 В! Это упрощенный пример, и это не всегда так просто, но, надеюсь, это даст вам представление о том, почему прямое падение напряжения важно. Используя число напряжений, которое вы выводите из законов Кирхгофа, вы также можете делать такие вещи, как определение тока через компонент, используя закон Ома. Короче говоря, вы хотите, чтобы напряжение вашей системы было равно ожидаемому прямому напряжению компонентов вашей комбинированной схемы.

Расчет токоограничивающих резисторов

Если вам необходимо рассчитать точное значение ограничивающего ток резистора последовательно со светодиодом, обратитесь к одному из примеров приложений в руководстве по резисторам для получения дополнительной информации.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вы сделали это! Вы знаете, почти все … о светодиодах. А теперь иди и поставь светодиоды на что угодно! А теперь … драматическая реконструкция светодиода без токоограничивающего резистора, который перегружен и сам перегорает:

Да… это не впечатляет.

Если вы хотите узнать больше о некоторых темах, связанных со светодиодами, посетите следующие учебники:

Свет

Свет — полезный инструмент для инженера-электрика. Понимание того, как свет относится к электронике, является фундаментальным навыком для многих проектов.

ИК-связь

Это руководство объясняет, как работает обычная инфракрасная (ИК) связь, а также показывает, как настроить простой ИК-передатчик и приемник с Arduino.

Как делают светодиоды

Мы познакомимся с производителем светодиодов и узнаем, как изготавливаются светодиоды PTH 5 мм для SparkFun.

SparkFun gator: bit v2 Руководство по сборке

Gator: bit v2 — это панель для BBC micro: bit. Gator: bit выставляет почти каждый контакт micro: bit на обтягивающую прокладку с защитой цепи. Он также имеет как встроенные адресуемые светодиоды, так и встроенный зуммер.

Хотите узнать больше о светодиодах?

На странице LED вы найдете все, что вам нужно знать, чтобы начать использовать эти компоненты в своем проекте.

Возьми меня туда!

Или проверьте некоторые из этих связанных сообщений в блоге:

,

Простые музыкальные светодиоды. Принципиальная схема

Вы, наверное, видели диско-фонарей или DJ-фонарей , которые включаются и выключаются в соответствии с ритмами музыки. Эти огни светятся в соответствии с длиной и высотой (громкостью) музыкальных ударов, в основном они предназначены для выбора звука высокой интенсивности, такого как басовый звук. Таким образом, эти огни следуют за высокими частотами в музыке, такими как ударные, и включаются и выключаются в соответствии с музыкальным паттерном. Однако чувствительность схемы можно увеличить, чтобы выбрать низкие ноты.

Ранее мы создали светодиоды Dancing, которые просто следуют заданному шаблону, и мы можем контролировать только скорость. Теперь мы переходим на следующий уровень, то есть музыкальных светодиодных танцующих светодиодов , в которых светодиоды будут мигать в соответствии с музыкой, как свет диско, как обсуждалось выше. Эта схема музыкальных светодиодов основана на транзисторе BC547. Эта схема очень проста и легка в сборке, она требует всего лишь нескольких основных компонентов и выглядит очень круто.

Компоненты:

• Конденсаторный микрофон
• 5- NPN Транзистор BC547
• Резисторы — 10 кОм (2), 1 кОм (4), 1 М (1)
Керамический конденсатор
• 100 нФ
• 4 — светодиоды
• Батарея 9 В
• Макет и соединительные провода

Рабочее объяснение:

В этой простой светодиодной музыкальной цепи конденсаторный микрофон улавливает звуковые сигналы и преобразует их в уровни напряжения.Эти сигналы напряжения далее поступают в фильтр R-C или фильтр HIGH PASS (R2 и C1), чтобы устранить шум из звука. Кроме того, NPN-транзистор (Q1-BC547) используется для усиления сигналов от фильтра верхних частот. Затем, наконец, эти музыкальные сигналы поступают на массив из четырех транзисторов. Транзистор в этом массиве работает как усилитель и светится четырьмя светодиодами в соответствии со схемой звука. Это генерирует очень интересную последовательность танцующих светодиодов, которая следует за ритмами в зависимости от их интенсивности или высоты тона.Мы также можем добавить больше светодиодов с транзистором, чтобы сделать его более прохладным.

Мы можем отрегулировать чувствительность MIC, изменив значения R2 и C1, используя формулу для фильтра R-C:

F = 1 / (2πRC)

F — частота среза, означает, что фильтр разрешает только частоту выше, чем F. Можно легко определить, что чем больше значение RC, тем меньше частота среза и выше чувствительность MIC. Более высокая чувствительность схемы означает, что MIC может выбирать звуки с низкой громкостью, следовательно, светодиоды могут светиться и при низкой музыке.Таким образом, регулируя его чувствительность, мы можем сделать его менее чувствительным, чтобы реагировать только на высокие ноты, или мы также можем сделать его более чувствительным, чтобы реагировать на каждый маленький удар в музыке. Здесь мы установили его чувствительность на умеренном уровне.

Конденсаторный микрофон должен быть правильно подключен в цепи в соответствии с его полярностью. Чтобы определить полярность MIC, нужно взглянуть на микрофонные клеммы, клемма с тремя линиями пайки является отрицательной клеммой.

Транзистор BC547 — это NPN-транзистор, который здесь используется в качестве усилителя.NPN-транзистор действует в качестве разомкнутого переключателя, когда на его базу (B) не подается напряжение, и действует как замкнутый выключатель, когда на его базе присутствует некоторое напряжение. Обычно достаточно 0,7 вольт, чтобы полностью провести его.

,