Схема светодиода. Правильное подключение светодиодов: схемы и рекомендации

Как правильно подключить светодиоды. Какое соединение лучше — последовательное или параллельное. Как рассчитать резистор для светодиода. Как выбрать драйвер для светодиодов. Как подключить светодиод к 220В без драйвера.

Последовательное vs параллельное подключение светодиодов

Наиболее правильным и эффективным способом подключения нескольких светодиодов является последовательное соединение. Почему это так?

При последовательном подключении через все светодиоды протекает одинаковый ток, что обеспечивает их равномерную работу. Количество диодов в цепочке может быть любым — от одного до нескольких десятков. Главное преимущество такой схемы в том, что все светодиоды работают в оптимальном режиме с одинаковой яркостью.

При параллельном же подключении возникают проблемы из-за разброса параметров светодиодов. Через одни диоды может протекать ток ниже номинального, а через другие — значительно выше допустимого. Это приводит к неравномерному свечению и быстрому выходу из строя перегруженных светодиодов.

Как правильно рассчитать токоограничивающий резистор

При подключении светодиодов к источнику напряжения необходимо использовать токоограничивающий резистор. Как его рассчитать?

Формула для расчета сопротивления резистора:

R = (U питания — U светодиода) / I светодиода

Где:

• U питания — напряжение источника питания
• U светодиода — прямое падение напряжения на светодиоде (обычно 2-3.5В)
• I светодиода — номинальный ток светодиода

Например, для подключения светодиода с током 20 мА и падением напряжения 3В к источнику 12В понадобится резистор:

R = (12В — 3В) / 0.02А = 450 Ом

Выбор драйвера для светодиодов

Наиболее правильным решением для питания светодиодов является использование специализированного драйвера (источника тока). На что обратить внимание при выборе драйвера?

1. Выходной ток драйвера должен соответствовать номинальному току светодиодов
2. Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть выше суммарного падения напряжения на всех последовательно соединенных светодиодах
3. Минимальное выходное напряжение драйвера должно быть ниже суммарного минимального падения напряжения на светодиодах

Например, для 10 последовательно соединенных светодиодов с током 700 мА и падением напряжения 3-4В понадобится драйвер со следующими параметрами:

• Выходной ток: 700 мА
• Максимальное напряжение: > 40В (4В * 10)
• Минимальное напряжение: < 30В (3В * 10)

Подключение светодиодов к сети 220В

Для подключения светодиодов напрямую к сети 220В без использования драйвера можно применить простейшую схему на резисторе и защитном диоде:

• Резистор ограничивает ток через светодиод
• Диод защищает светодиод от обратного напряжения

Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:

R = 220В / I светодиода

Например, для тока 20 мА потребуется резистор 11 кОм мощностью не менее 5 Вт.

Преимущества использования драйверов для светодиодов

Хотя подключение светодиодов через резистор является самым простым решением, использование специализированных драйверов имеет ряд существенных преимуществ:

• Стабильность тока через светодиоды вне зависимости от колебаний напряжения питания
• Высокий КПД и низкое тепловыделение
• Возможность регулировки яркости
• Защита светодиодов от перегрузок
• Увеличение срока службы светодиодов

Поэтому для ответственных применений рекомендуется использовать именно драйверы, а не простые резистивные схемы.

Особенности подключения мощных светодиодов

При работе с мощными светодиодами (>1 Вт) необходимо уделять особое внимание их охлаждению. Как обеспечить эффективный теплоотвод?

• Использовать алюминиевые печатные платы или металлические подложки
• Применять термопасту для улучшения теплового контакта
• Устанавливать радиаторы достаточной площади
• При необходимости использовать активное охлаждение вентиляторами

Правильный теплоотвод позволяет существенно увеличить срок службы мощных светодиодов и предотвратить их преждевременную деградацию.

Схемы подключения RGB светодиодов

RGB светодиоды содержат в одном корпусе три кристалла разных цветов — красный, зеленый и синий. Как правильно их подключать?

Существует два основных варианта:

1. С общим анодом — все аноды объединены, а каждый цвет управляется отдельно через свой катод
2. С общим катодом — катоды объединены, управление через аноды

В обоих случаях для каждого цвета необходим свой токоограничивающий резистор или канал драйвера. Это позволяет независимо управлять яркостью каждого цвета и получать любые оттенки путем смешивания.

Для управления RGB светодиодами удобно использовать специализированные драйверы с ШИМ-управлением или микроконтроллеры.

Типичные ошибки при подключении светодиодов

При работе со светодиодами новички часто допускают некоторые ошибки. Каких ошибок следует избегать?

• Подключение без токоограничивающего резистора или драйвера
• Превышение максимально допустимого тока
• Неправильная полярность подключения
• Использование источника напряжения вместо источника тока
• Пренебрежение теплоотводом для мощных светодиодов
• Параллельное соединение без индивидуальных резисторов

Соблюдение правил подключения и эксплуатации позволит избежать выхода светодиодов из строя и обеспечит их долгую и стабильную работу.

Схемы подключения светодиодов к 220В и 12В

Рассмотрим способы включения лед диодов средней мощности к наиболее популярным номиналам 5В, 12 вольт, 220В. Затем их можно использовать при изготовлении цветомузыкальных устройств, индикаторов уровня сигнала, плавное включение и выключение. Давно собираюсь сделать плавный искусственный рассвет , чтобы соблюдать распорядок дня. К тому же эмуляция рассвета позволяет просыпаться гораздо лучше и легче.

Про подключение светодиодов к 12 и 220В читайте в предыдущей статье, рассмотрены все способы от сложных до простых, от дорогих до дешёвых.

Содержание

• 1. Типы схем
• 2. Обозначение на схеме
• 3. Подключение светодиода к сети 220в, схема
• 4. Подключение к постоянному напряжению
• 5. Самый простой низковольтный драйвер
• 6. Драйвера с питанием от 5В до 30В
• 7. Включение 1 диода
• 8. Параллельное подключение
• 9. Последовательное подключение
• 10. Подключение RGB LED
• 11. Включение COB диодов
• 12. Подключение SMD5050 на 3 кристалла
• 13. Светодиодная лента 12В SMD5630
• 14. Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

Типы схем

Схема подключения светодиодов бывает двух типов, которые зависят от источника питания:

1. светодиодный драйвер со стабилизированным током;
2. блок питания со стабилизированным напряжением.

В первом варианте применяется специализированный  источник, который имеет определенный стабилизированный ток, например 300мА. Количество подключаемых LED диодов ограничено только его мощностью. Резистор (сопротивление) не требуется.

Во втором варианте стабильно только напряжение. Диод имеет очень малое внутреннее сопротивление, если его включить без ограничения Ампер, то он сгорит. Для включения  необходимо использовать токоограничивающий резистор.
Расчет резистора для светодиода можно сделать на специальном калькуляторе.

Калькулятор учитывает 4 параметра:

• снижение напряжения на одном LED;
• номинальный рабочий ток;
• количество LED в цепи;
• количество вольт на выходе блока питания.

Разница кристаллов

Если вы используете недорогие LED элементы китайского производства, то скорее всего у них будет большой разброс параметров. Поэтому реальное значение Ампер цепи будет отличатся и потребуется корректировка установленного сопротивления. Чтобы проверить насколько велик разброс параметров, необходимо включить все последовательно. Подключаем питание светодиодов и  затем понижаем напряжение до тех пор, когда они будут едва светиться. Если характеристики отличаются сильно, то часть LED будет работать ярко, часть тускло.

Это приводит к тому, что на некоторых элементах электрической цепи мощность будет выше, из-за этого они будут сильнее нагружены.  Так же будет повышенный нагрев, усиленная деградация, ниже надежность.

Обозначение на схеме

Для обозначения на схеме используется две вышеуказанные пиктограммы. Две параллельные стрелочки указывают, что светит очень сильно, количество зайчиков в глазах не сосчитать.

Подключение светодиода к сети 220в, схема

Для подключения к сети 220 вольт используется драйвер, который является источником стабилизированного тока.

Схема драйвера для светодиодов бывает двух видов:

1. простая на гасящем конденсаторе;
2. полноценная с использованием микросхем стабилизатора;

Собрать драйвер на конденсаторе очень просто, требуется минимум деталей и времени. Напряжение 220В снижается за счёт высоковольтного конденсатора, которое затем выпрямляется и немного стабилизируется. Она используется в дешевых светодиодных лампах. Основным недостатком является высокой уровень пульсаций света, который плохо действует на здоровье. Но это индивидуально, некоторые этого вообще не замечают. Так же схему сложно рассчитывать из-за разброса характеристик электронных компонентов.

Полноценная схема с использованием специализированных микросхем обеспечивает лучшую стабильность на выходе драйвера. Если драйвер хорошо справляется с нагрузкой, то коэффициент пульсаций будет не выше 10%, а  в идеале 0%. Чтобы не делать драйвер своими руками, можно взять из неисправной лампочки или светильника, если проблема у них была  не с питанием.

Если у вас есть более менее подходящий стабилизатор, но сила тока меньше или больше, то её можно подкорректировать с минимум усилий. Найдите технические характеристики на микросхему из драйвера. Чаще всего количество Ампер на выходе задаётся резистором или несколькими резисторами, находящимися рядом с микросхемой. Добавив к ним еще сопротивление или убрав один из них можно получить необходимую силу тока. Единственное нельзя превышать указанную  мощность.

Подключение к постоянному напряжению

..

Далее будут рассмотрены  схемы подключения светодиодов к постоянному напряжению. Наверняка у вас дома найдутся блоки питания со стабилизированный  полярным напряжением на выходе. Несколько примеров:

1. 3,7В – аккумуляторы от телефонов;
2. 5В – зарядные устройства с USB;
3. 12В – автомобиль, прикуриватель, бытовая электроника, компьютер;
4. 19В – блоки от ноутбуков, нетбуков, моноблоков.

Самый простой низковольтный драйвер

Простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов состоит из линейной микросхемы LM317 или его аналогов. На выходе таких стабилизаторов может быть от 0,1А до 5А. Основные недостатки это невысокий КПД и сильный нагрев. Но это компенсируется максимальной простотой изготовления.

Входное до 37В, до 1,5 Ампера для корпуса указанного на картинке.

Для рассчёта сопротивления, задающего рабочий ток используйте калькулятор стабилизатор тока на LM317 для светодиодов.

Драйвера с питанием от 5В до 30В

Если у вас есть подходящий источник питания от какой либо бытовой техники, то для включения лучше использовать низковольтный драйвер. Они бывают повышающие и понижающие.  Повышающий даже из 1,5В сделает 5В, чтобы светодиодная цепь работала. Понижающий из 10В-30В сделает более низкое, например 15В.

В большом ассортименте они продаются у китайцев, низковольтный драйвер отличается двумя регуляторами от простого стабилизатора Вольт.

Реальная мощность такого стабилизатора будет ниже, чем указал китаец. У параметрах модуля пишут характеристику микросхемы и не всей конструкции. Если стоит большой радиатор, то такой модуль потянет 70% — 80% от обещанного. Если радиатора нет, то 25% — 35%.

Особенно популярны модели на LM2596, которые уже прилично устарели из-за низкого КПД. Еще они сильно греются, поэтому без системы охлаждения не держат более 1 Ампера.

Более эффективны XL4015, XL4005, КПД гораздо выше. Без радиатора охлаждения выдерживают до 2,5А. Есть совсем миниатюрные модели на MP1584 размером 22мм на 17мм.

Включение 1 диода

Чаще всего используются 12 вольт, 220 вольт и 5В. Таким образом делается маломощная светодиодная подсветка настенных выключателей на 220В. В заводских стандартных выключателях чаще всего ставится неоновая лампа.

Параллельное подключение

При параллельном соединении  желательно на каждую последовательную цепь диодов использовать отдельный резистор, чтобы получить максимальную надежность. Другой вариант, это ставить одно мощное сопротивление на несколько LED. Но при выходе одного LED из строя увеличится ток на других оставшихся. На целых будет выше номинального или заданного, что значительно сократит ресурс и увеличит нагрев.

Рациональность применений каждого способа  рассчитывают исходя из требований к изделию.

Последовательное подключение

Последовательное подключение при питании от 220в используют в филаментных диодах и светодиодных лентах на 220 вольт.  В длинной цепочке из 60-70 LED на каждом  падает 3В, что и позволяет подсоединять напрямую  к высокому напряжению. Дополнительно используется только выпрямитель тока, для получения плюса и минуса.

Такое соединение применяют в любой светотехнике:

1. светодиодные лампах для дома;
2. led светильники;
3. новогодние гирлянды на 220В;
4. светодиодные ленты на 220.

В лампах для дома обычно используется до 20 LED включенных последовательно, напряжение на них получается около 60В. Максимальное количество используется в китайских лампочках кукурузах, от 30 до 120 штук LED. Кукурузы не имеют защитной колбы, поэтому электрические контакты на которых до 180В полностью открыты.

Соблюдайте осторожность, если видите длинную последовательную цепочку, к тому же на них не всегда есть заземление.  Мой сосед схватил кукурузу голыми руками и потом рассказывал увлекательные стихи из нехороших слов.

Подключение RGB LED

Маломощные трёхцветные RGB светодиоды состоят из трёх независимых кристаллов, находящихся в одном корпусе. Если 3 кристалла (красный, зеленый, синий) включить одновременно, то получим белый свет.

Управление каждым цветом происходит независимо от других при помощи RGB контроллера. В блоке управления есть готовые программы и ручные режимы.

Включение COB диодов

Схемы подключения такие же, как у однокристальных и трехцветных светодиодов SMD5050, SMD 5630, SMD 5730. Единственное отличие, вместо 1 диода включена последовательная цепь из нескольких кристаллов.

Мощные светодиодные матрицы имеют в своём составе множество кристаллов включенных последовательно и параллельно. Поэтому питание требуется от 9 до 40 вольт, зависит от мощности.

Подключение SMD5050 на 3 кристалла

От обычных диодов SMD5050 отличается тем, что состоит из 3 кристаллов  белого света, поэтому имеет 6 ножек.  То есть он равен трём SMD2835, сделанным на этих же кристаллах.

При параллельном включении с использованием одного резистора надежность будет ниже. Если один их кристаллов выходит из строя, то увеличивается сила тока через оставшиеся 2. Это приводит к ускоренному выгоранию оставшихся.

При использовании отдельного сопротивления для каждого кристалла, выше указанный недостаток устраняется. Но при этом в 3 раза возрастает количество используемых резисторов и схема подключения светодиода становится сложней. Поэтому оно не используется в светодиодных лентах и лампах.

Светодиодная лента 12В SMD5630

Наглядным примером подключения светодиода к 12 вольтам является светодиодная лента. Она состоит из секций по 3 диода и 1 резистора, включенных последовательно. Поэтому разрезать её можно только в указанных местах между этими секциями.

 

Светодиодная лента RGB 12В SMD5050

В RGB ленте используется три цвета, каждый управляется отдельно, для каждого цвета ставится резистор. Разрезать можно только по указанному месту, чтобы в каждой секции было по 3 SMD5050 и она могла подключатся к 12 вольт.

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 сожжёте 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.

Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

1. Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
2. Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.

Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.

В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.

Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:

Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.

Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:

R = (U_вх — U_LED) / I

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U_вх — U_LED)² / R

где U_вх = 220 В,
U_LED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U_вх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.

Пример расчета балластного резистора

Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:

R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)

P = (220В)²/11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)

Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.

Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.

Сопротивление резистора, кОм	Амплитудное значение тока через светодиод, мА	Средний ток светодиода, мА	Средний ток резистора, мА	Мощность резистора, Вт
43	7.2	2.5	5	1.1
24	13	4.5	9	2
22	14	5	10	2.2
12	26	9	18	4
10	31	11	22	4.8
7.5	41	15	29	6.5
4.3	72	25	51	11.3
2.2	141	50	100	22

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.

Как быть с пульсациями?

В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.

К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.

Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):

Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.

К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.

Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.

Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.

Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).

Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)

А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.

Какие пульсации считаются допустимыми?

Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.

Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.

Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%). Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.

На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).

В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (К_п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

К_п = (Е_max — E_min) / (E_max + E_min) ⋅ 100%,

где Е_мах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е_мин — минимальное.

Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.

Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:

Как уменьшить пульсации?

Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:

Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.

Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:

А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.

Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.

Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:

К_п = (U_max — U_min) / (U_max + U_min) ⋅ 100%

Подставляем исходные данные и вычисляем U_min:

2.5% = (2В — U_min) / (2В + U_min) ⋅ 100% => U_min = 1.9В

Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).

Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:

Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):

t_зар = arccos(U_min/U_max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с

Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:

t_разр = Т — t_зар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I_LED⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)

На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.

Повышаем КПД

Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?

Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).

Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.

Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:

R_c = 1 / 2πfC

то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.

Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)

Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:

Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.

Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.

К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.

Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.

Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.

Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.

Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:

И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.

А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.

Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.

Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.

Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U²_вх — U²_LED)) [Ф],

где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), U_вх — действующее значение напряжения сети (220В), U_LED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U²_вх — U²_LED) приблизительно равно U_вх, следовательно формулу можно упростить:

C ≈ 3183 ⋅ I_LED / U_вх [мкФ]

а, раз уж мы делаем расчеты под U_вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I_LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.

Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

C1	15 nF	68 nF	100 nF	150 nF	330 nF	680 nF	1000 nF
ILED	1 mA	4.5 mA	6.7 mA	10 mA	22 mA	45 mA	67 mA

Немного о самих конденсаторах

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:

Если вкратце, то:

• X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
• X2 – самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
• Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
• Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.

Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).

Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.

Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.

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».

Устройство светодиода принцип работы светодиода преимущества

Светодиод: устройство, принцип работы, преимущества

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

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

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

1. Что такое светодиод?

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

2. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.

Рис. 1. Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting.

3. Как работает светодиод?

Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

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

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

5. Чем хорош светодиод?

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

6. Чем плох светодиод?

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

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.

В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?

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

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

Голубые светодиоды можно сделать на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)

У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.

Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но… проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.

Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире — дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош…» — и работы Панкова не поддержали.

Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ обнаружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и даже запатентовала устройство оптической памяти. Но тогда загадочное явление объяснить не удалось.

Это сделали японцы — профессор И. Акасаки и доктор X. Амано из университета Нагоя. Обработав пленку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирующий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.

Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами профессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное сканирование, что смог получить эффективно инжектирующие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.

Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы технологии и к концу 1997 года выпускала уже 10-20 млн голубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 года приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?

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

Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

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

12. Какой из трех способов лучше?

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод. Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

Как видно из рисунка 2, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения питания светодиода.

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?

Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?

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

18. Чем определяется срок службы светодиода?

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

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

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

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.

Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинтересовался академик Михаил Аркадьевич Островский — крупный специалист в области цветного зрения. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного освещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?

Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.

Люминесценцию карбида кремния впервые наблюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая научная статья о кристаллах нитрида галлия была опубликована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсенида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно создать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских Политехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не привели к созданию эффективных голубых светодиодов.

В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти деньги я смог поехать на конференцию в США, и там профессор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я забросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям в области голубых светодиодов и рассказать им о столь замечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом оказалось просто — фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследовали, сняли все характеристики и получили новые научные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.

Одновременно специалисты из группы Бориса Ферапонтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и получили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофора, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Светофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и московское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!

Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова — выпускница Московской консерватории, ученица моей жены, которая работала в Японии первым концертмейстером симфонического оркестра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и прислать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них были изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массовым применением светодиодных светофоров.

Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пытались повторить достижение японцев и изготовить структуры на основе нитридов для голубых и зеленых светодиодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высоких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

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

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области.

Рис. 3. Схематическое представления светодиода.

За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6-12 подложках диаметром 50-75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5-2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это технология, требующая высокой культуры.

Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к n- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24 x 0,24 до 1 x 1 мм2/.

Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии.

Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.

Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе.

Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?

Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количестве, понадобилось слияние двух отраслей — электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие светодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с производства чипов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с производителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, дочерней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductors компании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, производители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.

Впрочем, существуют компании, специализирующиеся только на производстве чипов. Это предприятия радиоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Corporation.

24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?

Чипы и отдельные светодиоды производят компании Nichia Corporation, Сгее, LumiLeds Lighting, Opto Technology, Osram Opto Semiconductors, GEL Core. Массовое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.

В России светодиоды производят компании Корвет Лайт, Светлана Оптоэлектроника, Оптэл, Оптоника. По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным, специалисты перечисленных компаний имеют соответствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы — например, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петербургском физтехе, — но для промышленного производства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.

25. Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

26. Возможности и применение

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

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

Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, — оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

27. Преимущества

Экономично…

Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения — максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.

За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно…

Светодиодный модуль — многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены. Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно…

Есть надежность совершенно особого рода — та, от которой порою зависят человеческие жизни. Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы используются в воздушных и надводных навигационных системах.

Другим аспектом, благодаря которому светодиодам некоторыми заказчиками отдается предпочтение, являются их прочность и антивандальные качества. В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика. За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, — 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12 В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы источник света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво…

Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно…

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

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

 

Как подключить светодиод параллельно, последовательно: схемы, описания, нюансы

Светодиоды (они же led) на протяжении многих лет активно применяются как в производстве телевизоров, так и в качестве основного освещения дома или квартиры, однако вопрос о том, как правильно выполнить подключение светодиодов актуален и по сей день.

На сегодняшний день их существует огромное количество, различной мощности (сверхяркие Пиранья), работающих от постоянного напряжения, которые можно подключать тремя способами:

1. Параллельно.
2. Последовательно.
3. Комбинированно.

Также существуют специально разработанные схемы, позволяющие подключить светодиод к стационарной бытовой сети 220В. Давайте рассмотрим более детально все варианты подключения led, их преимущества и недостатки, а также как это выполнить своими руками.

Основные принципы подключения

Как было сказано ранее, конструкция светоизлучающего диода подразумевает их подключение исключительно к источнику постоянного тока. Однако, поскольку рабочая часть светодиода – это полупроводниковый кристалл кремния, то очень важно соблюдать полярность, в противном случае светодиод не будет излучать световой поток.

Каждый светодиод имеет техническую документацию, в которой содержатся инструкции и указания по правильному подключению. Если документации нет, можно посмотреть маркировку светодиода. Маркировка поможет узнать производителя, а зная производителя, Вы сможете найти нужный даташит, в котором и содержится информация по подключению. Вот, такой не хитрый совет.

Как определить полярность?

Для решения вопроса существует всего 3 способа:

1. Конструктивно. Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом. 
2. С помощью мультиметра. Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод. В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод). 
3. Визуально. Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод. 

С полярностью разобрались, теперь нам нужно определиться с тем, как подключить LED к сети. Для тех, кто не понял, читайте подробную и интересную статью определения полярности у светодиода. В ней мы собрали все возможные способы проверки, и даже при помощи батарейки.

Способы подключения

Условно, подключение происходит по 2 способам:

1. К стационарной сети промышленной частоты (50Гц) напряжением 220В;
2. К сети с безопасным напряжением величиной 12В.

Если необходимо подключить несколько led к одному источнику питания, тогда нужно выбрать последовательное или параллельное подключение.

Рассмотрим каждый из вышеприведенных примеров по отдельности.

Подключение светодиодов к напряжению 220В

Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:

в которой 0,75 – коэффициент надежности led, U пит – это напряжения источника питания, U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток, I – номинальный ток, проходящий через него, и R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока. После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.

Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:

Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде. После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.

После определения номинала и мощности сопротивления можно собрать схему для подключения одного светодиода к 220В. Для ее надежной работы необходимо ставить дополнительный диод, который будет защищать светоизлучающий диод от пробоя, при возникновении амплитудного напряжения на выводах светодиода в 315В (220*√2).

Схема практически не применяется, поскольку в ней возникают очень большие потери из-за выделения тепла в сопротивлении. Рассмотрим более эффективную схему подключения к 220 В:

На схеме, как видим, установлен обратный диод VD1, пропускающий обе полуволны на конденсатор C1 емкостью 220 нФ, на котором происходит падение напряжение до необходимого номинала.

Сопротивление R1 номиналом 240 кОм, разряжает конденсатор при выключенной сети, а во время работы схемы не играет никакой роли.

Но это упрощенная модель для подключения LED, в большинстве светодиодных ламп уже встроенный драйвер (схема), который преобразует переменное напряжение 220В в постоянное с величиной 5-24В для их надежной работы. Схему драйвера Вы можете видеть на следующем фото:

Подключение светодиодов к сети 12В

12 вольт – это безопасное напряжение, которое применяется в особо опасных помещениях. Именно к таким и относятся ванные комнаты, бани, смотровые ямы, подземные сооружения и другие помещения.

Для подключения к источнику постоянного напряжения номиналом 12В, аналогично, подключению к сетям 220В необходимо гасящее сопротивление. В противном случае, если подключить его напрямую к источнику, из-за большего проходящего тока светодиод мгновенно сгорит.

Номинал этого сопротивления и его мощность рассчитываются по тем же формулам:

В отличии от цепей 220В, для подключения одного светодиода к сети 12В нам потребуется сопротивление со следующими характеристиками:

• R = 1,3 кОм;
• P = 0,125Вт.

Еще одним достоинством напряжения 12В, является то, что в большинстве случаев оно уже выпрямленное (постоянное), что значительно упрощает схему подключения. Рекомендуется дополнительно монтировать стабилизатор напряжения типа КРЭН или аналога.

Как мы уже знаем, светоизлучающий диод можно подключить как к цепям 12В, так и к цепям 220В, однако существует и несколько вариаций их соединения между собой:

• Последовательное.
• Параллельное.

Последовательное подключение

При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:

В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.

Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).

Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.

После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему параллельного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).

Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.

Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.

Недостатки последовательного подключения

1. При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема;
2. Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.

Параллельное подключение

В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.

 

Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002).

Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).

Это глубокое заблуждение!!! Почему? Ответ Вы найдете ниже

Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.

Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.

Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.

Недостатки параллельного подключения:

1. Большое количество элементов;
2. При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.

Смешанное подключение

Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:

Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.

Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.

Как подключить мощный светодиод?

Для работоспособности мощных светоизлучающих диодов, так же, как и простых нам потребуется источник питания. Однако в отличии от предыдущего варианта, он должен быть на порядок мощней.

Чтобы засветить мощный светодиод номиналом 1W, источник питания должен выдерживать не менее 350 мА нагрузки. Если номинал 5W, то источник питания постоянного тока должен выдержать нагрузку тока не менее 1,4А.

Для корректной работы мощного светодиода обязательно необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения типа LM, который защищает его от скачков напряжения.

Если необходимо подключить не один, а несколько мощных LED, рекомендуем ознакомиться с правилами последовательного и параллельного подключения, которые были описаны выше.

Ошибки при подключении

1. Прямое подключение к источнику питания. В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.
2. Параллельное подключение через один резистор. Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный.
3. Последовательное подключение с различным током потребления. При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят.
4. Неправильно подобранный ограничивающий резистор. При неправильно подобранном сопротивлении через светодиоды будет проходить большой ток, в результате чего, они будут перегреваться и со временем перегорят. При большом сопротивлении они будут светить не в полную силу.
5. Подключение к сети переменного напряжения номиналом 220В без диода или других компонентов защиты. Если при подключении с сети 220В, если не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.

Видео

Ошибки подключения могут повлечь за собой неприятные последствия, от банальной поломки светодиодов, до нанесения себе повреждений. Поэтому, настоятельно рекомендуем посмотреть видео, где разбирают часто встречающиеся ошибки.

Заключение

Прочитав статью можно сделать вывод, что все светодиоды, вне зависимости от рабочего напряжения, всегда подключаются параллельно или последовательно — школьный курс физики. Еще стоит помнить, что никакой светодиод не подключается напрямую в сеть 220В, всегда нужно использовать защитные элементы в схеме подключения. Тип применяемых защитных элементов зависит от вида подключаемого светоизлучающего диода.

Конфигурация цепи светодиода

| Основы электроники

прямое напряжение

Когда ток течет через светодиод в положительном направлении, напряжение, возникающее между анодом и катодом, называется прямым напряжением (VF). Единица измерения напряжения — вольт (В).
В таблице данных, например, представлен график характеристик прямого напряжения, генерируемого по отношению к текущему потоку (прямой ток IF против прямого напряжения VF).
Эта характеристика является наиболее важным параметром при рассмотрении реальной схемы светодиодного освещения.

Прямой ток (IF) — Характеристики прямого напряжения (VF), пример 1

Характеристики IF-VF будут варьироваться в зависимости от материала светодиодного элемента, его размера и даже цвета излучения. Он также будет варьироваться в зависимости от температуры окружающей среды. Кроме того, существует характерное для полупроводников распределение значений характеристик, известное как изменчивость.
Изменения VF не являются проблемой, когда светодиоды работают в режиме постоянного тока, но для постоянного напряжения необходимо учитывать эти изменения и колебания при проектировании.

Схема светодиодного освещения

[В случае последовательной цепи освещения]

При последовательном включении светодиодов через привод постоянного напряжения в схему обычно входит резистор, подключенный последовательно со светодиодами для управления током.

Для этого типа схемы сначала считайте прямой ток IF и прямое напряжение VF горящего светодиода из характеристик IF-VF.
Значение R (текущее управляющее сопротивление) определяется путем вычисления путем ввода этих значений в приведенное выше уравнение.

[В случае параллельной цепи освещения]

Для параллельного соединения с приводом постоянного напряжения мы рекомендуем конфигурацию схемы, в которой используется управляющий резистор для каждого светодиода (которые расположены бок о бок в указанной выше цепи последовательного освещения).

Характеристики

LED IF-VF зависят от материала элемента и цвета излучения. Кроме того, индивидуальные вариации, присущие полупроводникам, существуют, даже когда материал и цвет излучения одинаковы.
Как показано на графике ниже, когда VF светодиода ① и светодиода ② различаются, управление током с помощью всего одного резистора затрудняет управление током, протекающим к каждому светодиоду (IF1 и IF2).
Подключение резистора к каждому светодиоду позволяет индивидуально настраивать ток (IF1 и IF2), что позволяет настраивать индивидуальные настройки (например, для достижения согласования по току, подавления колебаний яркости). Кроме того, приложение высокого напряжения к резистору, например, путем увеличения входного напряжения Vin, позволяет реализовать конструкцию, которая учитывает изменения.

LED (светоизлучающий диод) на страницу продукта

Светодиодные схемы

Защищенный сайт Магазин с Уверенность Лучше всего просматривать при использовании: Internet Explorer или Mozilla Firefox

Светодиодные схемы Наша цель — дать обзор основных типы цепей, используемых для питания светодиодов.Принципиальные схемы или схемы, которые Следующие ниже изображены с использованием стандартных электронных символов для каждого компонента. Определения символов следующие: Обозначение светодиода является стандартным обозначением диода с сложение двух маленьких стрелок, обозначающих излучение (света). Отсюда и название, свет излучающий диод (LED). «А» обозначает анод или плюс (+) соединение, а «C» катод или минус (-) соединение. У нас есть сказал это раньше, но стоит повторить: светодиоды строго устройств постоянного тока и не будут работать с переменным током (переменным Текущий).При питании светодиода, если источник напряжения точно не соответствует Напряжение светодиодного устройства, необходимо использовать «ограничивающий» резистор последовательно со светодиодом. Без этого ограничивающего резистора светодиод был бы мгновенно выгорают. В приведенных ниже схемах мы используем символ батареи для обозначения источник. Электропитание может быть легко обеспечено источником питания или колесом. пикапы с трассы на макете. Каким бы ни был источник, важно то, что он должен быть постоянным током и хорошо регулируемым, чтобы предотвратить колебания перенапряжения, вызывающие повреждение Светодиоды.Если источник напряжения должен быть запитан от датчиков рельсов, мост выпрямитель должен использоваться, чтобы светодиоды получали только постоянный ток и неизменный полярность. Обозначения переключателей довольно просты. Однополюсный, однонаправленный переключатель (SPST) — это просто функция включения-выключения, в то время как SPDT (двухпозиционный) переключатель позволяет выполнять маршрутизацию между двумя разными цепями. Это может использоваться в качестве переключателя на одно нажатие, если одна сторона ни к чему не подключена. В кнопка — выключатель мгновенного действия. Обозначение конденсатора, которое мы здесь используем, относится к электролитическому или конденсатор поляризованного типа. То есть его необходимо использовать в цепи постоянного тока. и подключен правильно (плюс подключение к плюсовому напряжению), или он будет поврежден. В наших целях он используется для мгновенного хранения, чтобы помочь «сглаживать» колебания питающего напряжения, вызванные малыми потерями в колесах подхватывание силового броска на грязных участках пути или в зазорах стрелок. Поляризованные конденсаторы классифицируются по разным номинальным значениям максимального постоянного напряжения.Всегда используйте конденсатор, номинал которого безопасно превышает максимальное напряжение, ожидаемое в вашем применение. Базовая схема Это настолько просто, насколько возможно. Цепь одного светодиода — это строительный блок, на котором основаны все наши другие примеры. Для правильного функционирования должны быть известны три значения компонентов. Напряжение питания (Vs), светодиод устройства рабочее напряжение (Vd) и рабочий ток светодиода (I). С этими известными, используя вариант закона Ома, правильный ограничительный резистор (R) может быть определен.Формула: Пример работы с этой формулой можно найти на нашем Страница советов по подключению моста. Шаг проверки 7 для подробностей. На схеме выше у нас есть как ограничивающий резистор, так и переключатель, подключенный к положительной (+) стороне цепи. Мы сделали это, чтобы соблюдать «стандартные электрические методы» при работе с «горячими» (плюсовая) сторона цепи, а не минус (-) или сторона «земли». В схема действительно функционировала бы адекватно в любом случае, но стандартная безопасность Практика рекомендует «отключение» на «горячей» стороне, чтобы свести к минимуму возможность электрического замыкания проводов на другие «заземленные» цепи. Цепи с двумя или более светодиодами Цепи с несколькими светодиодами делятся на две основные категории; цепи с параллельным соединением и цепи с последовательным соединением. Третий тип, известный как последовательная / параллельная схема представляет собой комбинацию первых двух и также может быть довольно полезно в модельных проектах. Общие правила для параллельных и последовательных цепей светодиодов могут быть указано следующее: В параллельной цепи, напряжение одинаково на всех компонентах (светодиодах), но ток делится через каждый. В последовательной цепи, ток такой же, но напряжение делится. В последовательной цепи, сумма всех напряжений светодиодов не должна превышать 90% напряжения питания на обеспечить стабильную светоотдачу светодиодов. В последовательной цепи, все светодиоды должны иметь одинаковые характеристики напряжения (Vd) и тока (I). Параллельная проводная светодиодная схема Выше показаны два примера одной и той же схемы.Рисунок 1 на слева — схематическое изображение трех светодиодов, подключенных в параллельно батарее с переключателем для их включения или выключения. Вы заметите, что в этой схеме каждый светодиод имеет свой ограничивающий резистор и напряжение питания стороны этих резисторов соединены вместе и выведены на плюсовую батарею. терминал (через переключатель). Также обратите внимание, что катоды трех светодиодов соединены вместе и выведены на отрицательную клемму аккумуляторной батареи. Эта «параллель» соединение компонентов — вот что определяет схему. Если бы мы построили схему точно так, как показано на рисунке 1, с проводами, соединяющими устройства, как показано на схеме (перемычки между резисторами и перемычками между катодными соединениями), мы необходимо учитывать допустимую нагрузку по току выбранного провода. Если проволока слишком мала, может произойти перегрев (или даже плавление). Во многих случаях на этом веб-сайте мы приводим примеры Светодиоды подключены с помощью нашего магнитного провода с покрытием №38.Мы выбрали проволоку этого размера для очень конкретные причины. Он достаточно мал (диаметр 0045 дюймов, включая изоляцию). покрытие), чтобы выглядеть прототипом в виде провода или кабеля в большинстве проектов, даже в Z-шкала, и она достаточно велика, чтобы подавать ток на осветительные устройства 20 мА (например, наши Светодиоды) с дополнительным запасом прочности 50%. Как указано, сплошной медный провод №38 имеет номинальный рейтинг 31,4 мА и максимальный рейтинг 35,9 мА. Мы могли бы выбрать Провод №39 с номинальным значением тока 24,9 мА, но мы чувствовали, что этого не произойдет. безопасно учитывать колебания номиналов резисторов или отдельных светодиодов.Кроме того, немного меньший диаметр (0,004 дюйма вместо 0,0045 дюйма), вероятно, не сделать заметную разницу в моделировании. Возвращаясь к Рисунку 1; вы можете увидеть в этом примере текущее требование для каждой пары светодиод / резистор, добавляется к следующей и следует правило параллельной цепи (# 1) выше. Мы не могли безопасно использовать для этого наш магнитный провод №38. всю схему. Например, перемычка с нижнего катода светодиода на минус клемма аккумулятора будет нести 60 мА. Наш провод быстро перегревается и возможно расплавление, вызывающее разрыв цепи.За это Причина, на Рисунке 1 — это всего лишь простой способ « схематично » представить как компоненты должны быть подключены для правильной работы схемы. В реальной жизни наш реальный проект проводки выглядел бы больше как Рис. 2. В этом случае мы можем безопасно использовать наш провод №38 для всего, кроме соединение между плюсовой клеммой аккумуляторной батареи и переключателем. Здесь нам понадобится по крайней мере провод # 34 (номинал 79,5 мА), но мы, вероятно, использовали бы что-то вроде Radio Изолированная обмоточная проволока Shack’s №30.Это недорого, легко доступно и будет нести 200ма (номинальная спец.). Достаточно большой для нашего приложения. Также, мы, вероятно, не стали бы паять три резистора вместе на одном конце, как как мы показали, мы просто использовали бы еще один кусок этого # 30, чтобы соединить их общие заканчивается вместе и к выключателю. Макеты железных дорог могут стать электрически сложными, включая всевозможные требования к проводке для таких вещей, как мощность трека, переключение, освещение, сигнализация, DCC и др.; у каждого свои потенциальные текущие потребности. Чтобы помочь в планировании таких вещей, таблица обычных проводов (сплошная медь однониточные) размеров и их токонесущей способности. здесь. Последовательная проводная светодиодная схема Эта схема представляет собой простую последовательную цепь для питания трех светодиодов. Вы заметите два основных различия между этой схемой и параллельной схемой. Все светодиоды используют один ограничивающий резистор, а светодиоды подключены анод-катод по схеме «гирляндной цепи».Следуя правилу № 2 выше, формула, которую мы будем использовать для определения нашего ограничивающего резистора, является еще одной вариацией формулы, которую мы использовали выше. Формула серии для вышеуказанной схемы будет записывается следующим образом: Единственная реальная разница в том, что наш первый шаг — добавить напряжение устройства для количества светодиодов, которые мы используем вместе, затем вычтите это значение из нашего напряжения питания. Затем этот результат делится на ток наших устройств (обычно 20 мА или 0,020).Все просто, да? Не забудьте также рассмотрите правило №3. То есть умножьте напряжение питания на 90% (0,9) и сделайте убедитесь, что сумма напряжений всех устройств (светодиодов) не превышает этого значения. Это почти все, что нужно … Нам нужно знать, какой провод мы будем использовать, и что какое потребление тока можно ожидать от такой схемы? Что ж, в параллельная схема выше, для трех светодиодов по 20 мА каждый, мы будем потреблять 60 мА у батареи. Итак … 60 мА? Нет. Фактически, чуть меньше 20 мА для всех трех светодиодов! Для простоты назовем его 20. Другой способ сформулировать правила 1 и 2 выше: В параллельной цепи напряжение устройства постоянно, но ток, необходимый для каждого устройства, складывается в общий ток. В последовательной цепи ток устройства постоянный, но Требуемое напряжение — это сумма всех напряжений устройства (вместе взятых). Давайте рассмотрим несколько примеров с использованием 9-вольтовой батареи (или блок питания): Пример № 1 Мы хотим подключить два наших супербелых светодиода 2×3 последовательно. Сначала определяем напряжение устройства, которое составляет 3,6 вольта и сложите это для двух светодиодов (3,6 + 3,6 = 7,2). Теперь, когда у нас есть эта сумма, давайте убедимся, что она не нарушает Правило №3. 80% от 9 вольт составляет 7,2 вольт (0,8 x 9 = 7,2). Суммы равны. Мы не более 90%, поэтому мы можем продолжить. Затем мы вычитаем эту сумму 7,2 из нашего напряжения питания (9 вольт) и получите результат 1.8 (это часть Вс-Вд). Затем мы делим 1,8 на ток нашего устройства, который составляет 20 мА, или .02. Наш ответ — 90. Поскольку резистор на 90 Ом не является стандартным, мы выберем следующее по величине значение (100 Ом). Это немного более высокое сопротивление не вызовет разница в яркости светодиодов. Наконец, поскольку наша текущая потребляемая мощность составляет всего 20 мА, мы можем использовать наш провод №38 для всего, если мы захотим. Пример № 2 Мы хотим последовательно соединить четыре наших красных светодиода Micro.Что резистор мы должны использовать? Мы находим напряжение устройства должно быть 1,7 вольт. Для четырех светодиодов это будет 6,8 вольт (4 x 1,7 = 6.8). Теперь, когда у нас есть это Сумма, убедимся, что она не нарушает правило №3. 90% от 9 вольт — это 7,2 вольт (0,8 х 9 = 7,2). И 6,8 на меньше, чем на , чем на 7,2. Ага, все в порядке. Далее мы вычитаем это 6,8 от нашего напряжения питания (9 вольт) и получаем результат 2.2 (это часть Вс-Вд). Наконец, делим 2,2 током нашего устройства, который составляет 20 мА, или 0,02. Наш ответ — 110. Как оказалось, 110 Ом — стандартное сопротивление резистора, поэтому нам не нужно выбирать ближайший доступно более высокое значение (никогда не выбирайте меньшее значение!). Мы будем использовать 110 Ом 1/8 резистор 1% ватт. Пример № 3 Мы хотим подключить три наших сверхбелых светодиода Micro вместе последовательно. Напряжение на устройстве 3.5 вольт. Так что для трех светодиодов это будет 10,5 вольт, и … у нас проблема. Эта сумма не только нарушает правило № 3 выше, но и превышает напряжение питания. В в этом случае наши светодиоды даже не загораются. В этой ситуации, если нам нужно три из эти светодиоды, нам либо понадобится источник питания, который подает как минимум 11,67 вольт (это то, что 10,5 было бы 90%), или нам придется подключать только два последовательно а третий отдельно, с собственным резистором (последовательная / параллельная цепь, но об этом чуть позже).В этом случае у нас будет два типа схем, соединенных вместе на общем источнике питания. Схема будет выглядят следующим образом: Здесь мы снова можем использовать наш провод # 38 для всего, кроме соединение между источником питания и выключателем. Чтобы определить, какие ограничения резисторы тут требуются, мы просто рассчитываем каждый отрезок схемы в отдельности. Неважно, какой сегмент определен первым, но мы сделаем одиночный светодиод / резистор.Для этого мы используем нашу оригинальную формулу: Мы знаем, что Vs (для этих примеров) составляет 9 вольт. И. мы знаю, что Vd составляет 3,5 вольта, а I — 20 мА. Итак, (9 — 3,5) = 5,5 .020 = 275. Это резистор нестандартного значения, поэтому мы используйте здесь резистор 300 Ом. Теперь посчитаем последовательную пару светодиодов. Формула для всего два светодиода будут: Опять же, против составляет 9 вольт, поэтому 9 — (3.5 + 3.5) = 2 .020 = 100, и это стандарт номинал резистора. Были сделаны. Теперь мы можем подключить этот пример, и все будет работать должным образом. Подсветка Kato Amtrak Superliner с подсветкой EOT Вот схема легкового автомобиля, подключенного для освещения с помощью мостовой выпрямитель и емкость 600 мкФ для обеспечения На все светодиоды подается постоянный ток без мерцания и стабильной полярности. Супер-белый светодиод освещает салон автомобиля, а два красных светодиода Micro LED загораются в конце поезда.А добавлен переключатель, чтобы при желании можно было отключить функцию EOT. Бег пример этого автомобиля (с 800 мкф мерцания control) можно увидеть здесь. Последовательная / параллельная проводная светодиодная схема Здесь мы немного расширили наш пример №3 выше. У нас есть три группы последовательно-пар светодиодов. Каждый рассматривается как отдельная цепь для для расчетных целей, но соединены вместе для общего источника питания. Если бы все это были наши Micro Сверхбелые светодиоды, мы уже знаем все необходимое для построения этой схемы.Кроме того, мы знаем, что каждая последовательная пара потребляет ток 20 мА, поэтому всего на источнике питания будет 60 мА. Довольно просто. Самое интересное в последовательных / параллельных цепях светодиодов — это то, как Вы можете легко увеличить количество источников света на данном источнике питания. Возьми наш Например, импульсный источник питания N3500. Он обеспечивает ток 1 ампер (1000 мА). на 9 вольт. Используя нашу ранее параллельную схему, мы могли подключить 50 наших светодиодов 2×3, или Micro, или Nano Super-white (или любая комбинация равно 50), каждый со своим ограничительным резистором, и этот небольшой источник справится с этим.Этого, наверное, хватило бы для города приличных размеров. Сейчас же, если мы немного поумнее, мы могли бы использовать несколько последовательных / параллельных цепей и легко увеличить это количество, используя всего один запас. Если бы они все были последовательно / параллельно, мы могли запустить 100 огней. Гипотетически, если бы мы были выполняя проект с использованием наших красных светодиодов N1012 Micro (напряжение устройства 1,7 В), мы смог запустить 400 светодиодов с нашим небольшим запасом. Это красиво странный думал, однако.Кто-нибудь в темных очках? Для получения дополнительной информации об использовании нашего импульсного источника питания для вашего макеты или проекты диорам, нажмите здесь. Не забывайте правило №4. При создании групп серий убедитесь, что напряжения устройства и текущие требования очень похожи. Достаточно сказать, что смешение Светодиоды с большой разницей напряжения устройства или потребляемым током в та же группа серий будет , а не даст удовлетворительные результаты. Наконец, проявите изобретательность.Вы можете смешивать и сочетать. Последовательные схемы, параллельные, однопроводные светодиоды, последовательные / параллельные цепи, белые группы, красные группы, желтый, зеленый, что угодно. Пока вы рассчитываете каждый случай для правильного ограничения сопротивление и следите за схемами проводки на предмет правильного сечения проводов, освещения проекты будут работать с очень удовлетворительными результатами. Еще кое-что для тех из вас, кто чувствует себя некомфортно работая «вручную» с приведенными выше формулами, мы создали несколько калькуляторов делать вычисления за вас.Все, что вам нужно сделать, это ввести значения и нажать кнопка «рассчитать». Их можно найти, нажав здесь. … ДА БУДЕТ СВЕТ … 2008 Нжиниринг

Светодиодная схема — Как разработать светодиодную схему

Светодиодная схема. Узнайте, как проектировать светодиодные схемы. Как рассчитать размер резистора, как защитить светодиод, сколько времени батарея будет питать цепь, как рассчитать номинальную мощность резистора, как подключить светодиод и многое другое.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство по YouTube.

LED

Это светодиоды или светодиоды. Если мы пропустим ток через один, он будет светить. Но если мы превысим его предельное напряжение и ток, он будет немедленно уничтожен. У светодиода есть крошечный провод внутри, он может выдерживать только определенное количество тока, проходящего через него. Когда мы смотрим на разрушаемый светодиод под микроскопом, мы видим, как внутри взрывается крошечный провод. Итак, как нам подключить светодиоды, как уменьшить ток, чтобы светодиоды были в безопасности, и как долго батарея будет питать нашу схему.Об этом мы подробно расскажем в этой статье.

Светодиодная защита

Для защиты наших светодиодов мы используем резистор. Резистор затруднит прохождение электронов. Электроны столкнутся, и это приведет к выделению тепла. Резистор нагревается, и мы можем увидеть это с помощью тепловизора. Например, этот имеет температуру более 150 градусов по Цельсию всего при 12 В и токе 6 миллиампер, поэтому мы определенно не хотим этого касаться.

Резистор можно разместить с любой стороны светодиода.Хотя мы традиционно устанавливаем это на положительную сторону. Причина, по которой его можно установить с любой стороны, заключается в том, что резистор ограничивает количество электронов, протекающих в этой простой последовательной цепи. Резистор действует как пробка, уменьшая количество протекающих электронов. Большинство людей ошибочно полагают, что это действует как лежачий полицейский, и что электроны должны замедляться непосредственно перед резистором, а затем снова ускоряться. Скорость электронов остается постоянной, меняется количество протекающих электронов.

Чем выше номинал резистора, тем меньше будет ток, и, следовательно, тем меньше будет светиться светодиод.

Нам нужно помнить, что светодиоды позволяют току течь только в одном направлении. Положительный полюс подключен к длинному проводу, а отрицательный — к короткому. Если мы подключим светодиод наоборот, он просто заблокирует ток, и светодиод не включится. Вы можете проверить схему самостоятельно, возьмите КРАСНЫЙ светодиод, батарею 9 В, резистор от 360 до 390 Ом, другой резистор более высокого номинала от 3 до 9 кОм.1 кОм и мультиметр.

Последовательно подключите низкоомный резистор и светодиод к батарее, и светодиод загорится. Я использую для этого макетную плату, которая позволяет очень быстро и легко проверять электрические схемы, но вы также можете просто скрутить провода вместе, вы можете их припаять или использовать некоторые разъемы, и все это отлично подойдет для этого простого эксперимента. .

Обратите внимание, что если мы повернем светодиод, мы увидим, что он блокирует ток, поэтому он не загорится. Это работает только в одном направлении.Если мы заменим резистор на резистор высокого сопротивления 9,1 кОм, мы увидим, что светодиод очень тусклый. Мы также можем соединить их параллельно, чтобы сравнить яркость. Итак, теперь, последовательно подключив резистор на 360 Ом и светодиод, мы можем подключить наш мультиметр к цепи, убедившись, что мультиметр переведен в режим считывания тока. Мы должны видеть где-то от 17 до 20 мА в зависимости от того, какой светодиод и резистор вы использовали. Мы можем переключить положение светодиода и резистора, он будет работать нормально и давать то же значение тока.

Теперь отключите мультиметр от цепи и переведите мультиметр в режим постоянного напряжения.

Измерьте на двух дальних концах цепи, и мы должны увидеть около 9 вольт. Это то, что батарея обеспечивает нашей цепи, и это также равно общему падению напряжения в цепи. Теперь измерьте напряжение на светодиоде, и мы должны увидеть около 2 вольт. Это падение напряжения светодиода, которое удаляет два вольта из нашей схемы. Теперь измерьте сопротивление резистора, и мы должны увидеть падение напряжения на оставшихся 7 вольт.Итак, 2 вольта плюс 7 вольт — это 9 вольт, что соответствует нашей батарее. Вы могли заметить, что измеренные значения были не совсем 2, 7 или даже 9 вольт. Всегда будет разница между дизайном и фактическим размером. Например, этот резистор был рассчитан на 390 Ом, но когда мы его измерили, на самом деле он был 386 Ом. Каждый компонент, включая ваш мультиметр, будет иметь допуск на погрешность, он будет близок к расчетному значению, но никогда не будет точно таким же. Для большинства схем, подобных этим простым, это не имеет значения.Можно предположить, что расчетные значения верны. Просто помните, что значения, которые мы рассчитываем, всегда будут немного отличаться от наших фактических измерений.

Нам также нужно знать о прямом напряжении. По сути, это просто падение напряжения, которое мы измерили ранее.

Производитель предоставит диаграмму, подобную этой, которая показывает прямой ток при заданном прямом напряжении. Итак, если мы подключим источник напряжения к выводам и подадим 2 В, мы увидим ток в 20 миллиампер.Если мы подадим 1,6 В, то увидим 0 мА, потому что светодиод будет выключен. График для этого светодиода начинается примерно с 1,7 вольт, поэтому мы знаем, что нам нужно обеспечить минимум 1,7 вольт, чтобы светодиод начал светиться.

Мы можем проверить минимальное напряжение открытия светодиода с помощью мультиметра. Если вы выберете диодный режим на своем мультиметре, а затем подключите красный провод к длинному аноду, а черный провод к короткому катоду красного светодиода, мы должны увидеть что-то вроде 1,7 В, так что это минимальное напряжение, необходимое для включения Светодиод горит.

Большинство стандартных светодиодов рассчитаны на ток 20 миллиампер или 0,02 ампера. Мы хотим стараться придерживаться этого значения. Если мы опустимся ниже этого значения, светодиод будет тусклым, если мы перейдем слишком далеко, светодиод будет разрушен. Мы можем превысить 20 мА, но по мере того, как мы поднимаемся выше, срок службы светодиода сокращается. Мы увидим, как это вычислить, чуть позже в статье.

КРАСНЫЙ светодиод обычно имеет падение напряжения или прямое напряжение 2 В, и это приведет к 20 миллиамперному току в нашей цепи.Мы можем проверить это с помощью источника питания постоянного тока, когда я установил напряжение на постоянное значение 2 вольта, мы увидим ток 20 миллиампер. Но не все светодиоды созданы одинаково, этот не достигает 20 миллиампер, пока не будет подано 2,1 вольт, а этот не достигает 20 миллиампер, пока не будет подано 3,7 вольт. Это расхождение связано с используемыми материалами, а также с производственным процессом. Таким образом, вам следует попробовать использовать светодиоды из одной партии, а также от надежных производителей.

Светодиоды

бывают разных цветов, и каждый цвет имеет разное падение напряжения, поэтому вам нужно будет проверить это, или вы можете просто посмотреть это на диаграмме типичных значений, подобных этой.

Светодиоды

также бывают разных цветов, и каждый цвет также имеет разное падение напряжения. Таким образом, вам нужно будет найти эти значения в данных производителя, или вы также можете проверить их самостоятельно, или вы можете использовать эти типичные значения из этих стандартных диаграмм, но они могут не совпадать с светодиодом, который у вас действительно есть.

Хорошо, это основы, поэтому давайте продолжим и сделаем несколько примеров схем.

Простые светодиодные схемы

Допустим, у нас есть источник питания 3 В, и мы хотим подключить этот единственный КРАСНЫЙ светодиод.Какой резистор нам нужен? Что ж, мы знаем, что на этом проводе 3 Вольта, а на этом проводе заземления — 0 Вольт.

На светодиоде падение напряжения составляет около 2 вольт. И поэтому нашему резистору нужно снять оставшееся напряжение. Итак, 3 вольта минус 2 вольта = 1 вольт. Мы знаем, что светодиод нуждается в токе около 20 миллиампер, поэтому 1 вольт, разделенный на 0,02 ампера, равняется 50 Ом сопротивления. Убедитесь, что для этого расчета вы преобразовали миллиамперы в амперы. Чтобы упростить задачу, у нас есть калькулятор на нашем веб-сайте, где вы можете просто ввести свои значения, проверьте это ЗДЕСЬ .

Хорошо, теперь ты попробуй решить эту проблему раньше меня. Допустим, у нас есть батарея на 9 вольт, и мы хотим подключить желтый светодиод, который имеет падение напряжения 2 вольта и требует 20 миллиампер тока. Итак, какой размер резистора требуется? Итак, у нас есть питание 9 вольт, поэтому вычтите 2 вольта для светодиода, и у нас останется падение на 7 вольт для резистора. Сила тока составляет 20 миллиампер, поэтому 7 разделенных на 0,02 ампер равняются сопротивлению 350 Ом.

Проблема в том, что у нас нет резистора на 350 Ом.У нас есть только 330 Ом или 390 Ом, так какой из них мы должны использовать? Как мы видели ранее, нам нужно убедиться, что ток не превышает 20 миллиампер, поэтому мы должны рассчитать, какой резистор нам подходит лучше всего.

Для этого мы просто разделим необходимое падение напряжения 7 В на значение резистора 330 Ом, чтобы получить 0,021 А, а затем, если мы сделаем то же самое для резистора 390 Ом, мы получим 0,018 А. Оба эти значения очень близки, и оба будут работать, но на всякий случай мы выбираем резистор на 390 Ом, так как поэтому наш светодиод прослужит дольше.Мы также можем комбинировать резисторы, чтобы получить точное значение, которое нам нужно, и я объясню это позже в статье.

Нам также нужно будет выбрать номинальную мощность резистора. Мы можем рассчитать это по формуле: Мощность = ток в квадрате X на сопротивление — таким образом, 0,018 А в квадрате, умноженное на 390 Ом, дает нам 0,126 Вт, поэтому для этой схемы подойдет резистор номиналом Вт.

Как долго батарея будет питать нашу схему? Допустим, эта батарея рассчитана на типичные 500 миллиампер-часов, мы просто делим это на наш общий ток цепи, который в данном случае составляет 18 миллиампер.Таким образом, разделение 500 миллиампер на 18 миллиампер даст нам около 27 часов. Хотя это тот самый максимум, на который он мог бы запитать нашу схему, на самом деле он, вероятно, этого не достигнет.

Хорошо, а что, если нам нужно несколько светодиодов? Один из вариантов — соединить их последовательно.

В этой конструкции падение напряжения каждого светодиода складывается. Таким образом, общее падение напряжения в цепи не должно превышать напряжение аккумулятора.

Следовательно, батарея на 3 вольта может достаточно питать только 1 светодиод при 20 миллиампер, а батарея на 9 вольт может достаточно питать 4 светодиода.

Если мы подключим 4 светодиода и подключим их к нашему настольному источнику питания постоянного тока, мы увидим, что они не включаются, пока их суммарное минимальное прямое напряжение не будет достигнуто на уровне около 6,3 вольт, однако оптимальные 20 миллиампер тока не будут достигнуты. пока около 8,6 вольт. При 9 В ток составляет около 35 мА, что явно слишком много, поэтому нам понадобится резистор.

Если мы подключим 5 светодиодов, они не загорятся, пока не будет около 8,3 вольт. При напряжении 9 вольт все они включены, но ток очень низкий, поэтому светодиоды тусклые, потому что напряжения недостаточно для полного питания светодиодов.Оптимальные 20 миллиампер в этом примере достигаются только при напряжении 10,7 В.

Итак, мы можем использовать этот метод, но мы ограничены напряжением батареи.

Что, если нам нужно больше светодиодов? Что ж, нам нужно соединить их параллельно.

Мы можем установить резистор на каждый светодиод или использовать один резистор для питания всех светодиодов. Начнем с первого примера.

Отдельные резисторы параллельной цепи

Эта конструкция позволяет использовать светодиоды разного цвета.Хотя легче рассчитать, все ли они одного цвета.

Допустим, мы хотим подключить 6 светодиодов к этой 9-вольтовой батарее. Каждый светодиод имеет падение напряжения 2 вольта и требует 20 миллиампер. Вся эта шина составляет 9 вольт, а вся эта шина — 0 вольт. Таким образом, на каждый светодиод будет подаваться напряжение 9 В. Это явно слишком много, поэтому нам нужно будет поставить резистор напротив каждого светодиода. Итак, у нас есть 9 вольт за вычетом 2 вольт для светодиода, что оставляет нам 7 вольт. Значит нам нужно сбросить 7 вольт на ветку.Мы рассчитываем номинал резистора на 7 вольт, разделенных на 0,02 ампера, что равняется 350 Ом. Затем мы находим номинальную мощность: 0,02 ампера в квадрате, умноженное на 350 Ом, дает нам 0,14 Вт, поэтому будет использоваться резистор Вт.

Затем нам нужно сложить все токи в каждой ветви. Таким образом, 0,02 ампера, умноженные на 6 светодиодов, дают нам 0,12 ампер.
Емкость 9-вольтовой батареи составляет около 500 миллиампер-часов, а наша схема использует 120 миллиампер, поэтому 500, разделенное на 120, дает нам около 4 часов автономной работы.

Мы видим, что на каждой ветви все еще достаточно напряжения для подключения дополнительных светодиодов. Допустим, мы размещаем по 3 светодиода на каждой ветви. Таким образом, каждая ветвь имеет уменьшение на 6 вольт, поэтому 9 вольт за вычетом 6 вольт равны падению на резисторе 3 вольт. Таким образом, 3 вольта, разделенные на 0,02 ампер, дают резистор 150 Ом. Обратите внимание, что общий ток в каждой ветви не увеличился, поэтому мы можем добавить больше светодиодов, пока не будет достигнуто максимальное напряжение.

Если мы хотим использовать светодиоды разного цвета, мы размещаем разные светодиоды на разных ветвях и находим подходящий резистор.Например, у нас могут быть красный, синий и зеленый светодиоды.
Каждый светодиод имеет одинаковую потребность в токе 20 миллиампер, но красный светодиод имеет падение напряжения 2 вольта, синий — 3,4 вольт, а зеленый — 3 вольта. Следовательно, резистор для красного светодиода составляет 9 вольт, вычитая 2 вольта, что дает нам 7 вольт, 7 вольт, разделенные на 0,02 ампер, приведут нас к резистору 350 Ом. На синем светодиоде 9 вольт вычитают 3,4 вольта, что оставляет нам 5,6 вольт, поэтому 5,6 вольт, разделенное на ток 0,02 ампер, оставляет нам резистор 280 Ом.И зеленый светодиод будет 9 вольт, вычесть 3 вольта, что оставляет нам 6 вольт, 6 вольт, разделенных на ток, дает нам резистор 300 Ом. Таким образом, общий ток составляет 60 мА. Таким образом, заряда батареи хватит примерно на 8 часов.

Коммунальные резисторы параллельной цепи

Другой способ подключения светодиодов — это их параллельное соединение, а затем использование одного резистора для ограничения общего тока. Для этого дизайна вы должны использовать только светодиоды того же цвета или того же рейтинга, мы увидим, почему это в ближайшее время, в этой статье.

Допустим, у нас есть батарея на 9 вольт и 3 красных светодиода с падением напряжения 2 вольта, и каждому из них требуется ток 20 миллиампер. Итак, мы просто складываем токи вместе, чтобы получить 60 мА, этот ток должен протекать через этот резистор.

Теперь, когда они подключены параллельно, все они будут иметь одинаковую разницу напряжений на них. Поэтому мы рассчитываем резистор на 9 вольт, вычитаем 2 вольта и получаем 7 вольт. Затем, поскольку весь ток протекает через этот резистор, нам нужно будет разделить 7 вольт на 60 миллиампер, и мы получим резистор на 116 Ом.Расчет мощности составляет 0,49 Вт, поэтому будет использоваться резистор на половину Вт.

Причина, по которой нам нужно использовать светодиоды с одинаковыми номиналами, заключается в том, что разница напряжений здесь составляет всего 2 Вольта. Таким образом, если мы используем одинаковые индикаторы рейтинга, они все загорятся. Но если мы поместим синий светодиод в схему, это потребует более высокого напряжения, которое он не сможет получить, поэтому этот светодиод не будет включаться.

Уловки с резистором

Теперь, когда мы имеем дело с этими схемами, мы часто обнаруживаем, что рассчитанное нами значение резистора не существует или его просто нет в наличии.Итак, мы можем комбинировать резисторы, чтобы получить нужное нам значение. Например, если нам нужен резистор на 200 Ом, мы могли бы разместить два резистора 100 Ом последовательно или мы могли бы разместить 2 резистора по 50 Ом и резистор 100 Ом. Значения резисторов просто складываются последовательно, что позволяет очень легко увеличить номинал резистора.

Чтобы уменьшить номинал резистора, мы просто размещаем их параллельно. Затем мы производим математические вычисления, чтобы найти эквивалентное сопротивление.

Допустим, у нас есть два резистора на 10 Ом, мы рассчитываем их по этой формуле.Это намного проще, чем кажется, просто введите это в свой калькулятор, и мы увидим, что он дает нам 5 Ом эквивалентного сопротивления.

Два резистора по 5 Ом дадут нам общее сопротивление 2,5 Ом.

Резистор на 200 Ом и 50 Ом даст нам сопротивление 40 Ом.

Три резистора по 10 Ом дадут нам сопротивление 3,33 Ом.

Считывание значений резистора

Как определить номинал резистора? Эти цветные полосы на теле подскажут нам значение, но нам нужно найти его на диаграмме.Обычно мы можем получить 4- или 5-полосные резисторы, поэтому давайте рассмотрим их несколько примеров.

Для 4-полосного типа первые 2 полосы — это цифры, которые мы объединяем, третья полоса — это множитель, а полоса 4 ^{-я полоса} — это допуск.

Например, этот 4-полосный резистор коричневый, черный, коричневый, золотой. Диапазон 1 равен 1, диапазон 2 равен 0, что дает нам 10. Диапазон 3 — это множитель, который равен 10, поэтому 10, умноженное на 10, дает 100 Ом. Тогда допуск золота составляет 5%.Таким образом, оно может быть от 95 Ом до 105 Ом. Когда мы измеряем это с помощью мультиметра, мы видим 98,2 Ом, что находится в пределах допуска. Итак, мы увидели, что предыдущий резистор был не очень точным.

Если мы хотим большей точности, нам нужен меньший допуск, такой как этот допуск 1%, тип 5 полос. В этом типе первые 3 полосы являются цифрами, 4 ^-я — это множитель, а 5 ^-я — это допуск.

Это оранжевый, оранжевый, черный, черный, коричневый.Итак, это 3, это 3, это 0 с множителем, равным единице, что дает нам 330 Ом, а допуск составляет 1%. Таким образом, это может быть от 327 Ом до 333 Ом. Когда я измеряю его мультиметром, мы видим, что он показывает 329,9 Ом, так что это идеально.

---

Одиночный светодиод, последовательные светодиоды и параллельные светодиоды

В этом проекте мы построим несколько простых светодиодных схем. В настоящее время люди вкладывают больше средств в светодиоды из-за их энергоэффективности. Домашнее освещение, офисное освещение, автомобильное освещение, уличное освещение и т. Д.все реализуются с использованием светодиодов.

Студенты, любители и производители часто работают со светодиодами в различных типах проектов. Некоторые из распространенных светодиодных проектов — это светодиодные ходовые огни, светодиодные лампы, светодиодные лампы Knight Rider и светодиодные мигалки.

Светодиоды являются очень чувствительными компонентами по отношению к напряжению и току, и они должны иметь номинальные значения тока и напряжения. Новички в электронике часто начинают со светодиодов, и первым проектом будет мигание светодиода.

Неправильное напряжение или ток на светодиодах приведет к их перегоранию.Для небольших проектов, таких как мигание светодиода, нам не нужно беспокоиться о горении светодиодов, поскольку мы можем подключить небольшой резистор (например, 330 Ом) последовательно со светодиодом (для питания 5 В).

Но по мере увеличения сложности схемы выбор правильного резистора с правильной мощностью становится важным. Итак, в этом проекте, который больше похож на учебное пособие, мы создадим несколько простых светодиодных цепей, таких как простая одиночная светодиодная цепь, светодиоды, включенные последовательно, светодиоды, включенные параллельно, и светодиоды высокой мощности.

Цепь 1 простых светодиодных цепей (цепь с одним светодиодом)

Первая цепь в простых цепях светодиодов представляет собой цепь с одним светодиодом.Мы попытаемся включить один 5-миллиметровый белый светодиод с помощью источника питания 12 В. Принципиальная схема этой схемы показана ниже.

Необходимые компоненты

• Блок питания 12 В
• Белый светодиод, 5 мм
• Резистор 330 Ом 1/2 Вт
• Соединительные провода
• Макетная плата

Принцип работы

На следующем изображении показана установка источник питания 12 В и резистор, ограничивающий ток. Важным компонентом (кроме светодиода, конечно) является резистор.Подключение небольшого светодиода к источнику питания 12 В приведет к сгоранию светодиода, и вы сразу увидите волшебный дым.

Итак, выбор правильного резистора с правильной мощностью очень важен. Сначала рассчитаем сопротивление.

Расчет последовательного резистора

Значение последовательного резистора можно рассчитать по следующей формуле.

R _СЕРИЯ = (V _S — V _LED ) / I _LED

Здесь V _S — источник или напряжение питания

V _LED — падение напряжения на светодиоде и

I _LED — это желаемый ток через светодиод.

В нашей простой светодиодной схеме, состоящей из одного светодиода, мы использовали 5-миллиметровый белый светодиод и источник питания 12 В.

Согласно техническому описанию 5-миллиметрового белого светодиода, прямое напряжение светодиода составляет 3,6 В, а прямой ток светодиода — 30 мА.

Следовательно, V _S = 12 В, V _LED = 3,6 В и I _LED = 30 мА. Подставляя эти значения в приведенное выше уравнение, мы можем вычислить значение последовательного сопротивления как

R _SERIES = (12 — 3.6) / 0,03 = 280 Ом. Поскольку резистора 280 Ом не будет, мы будем использовать следующий большой резистор, то есть 330 Ом. Следовательно, R _SERIES = 330Ω.

Теперь, когда мы рассчитали сопротивление последовательного резистора, следующим шагом будет вычисление номинальной мощности этого резистора.

Расчет мощности резистора

Номинальная мощность резистора определяет величину мощности, которую резистор может безопасно рассеивать. Номинальная мощность резистора может быть рассчитана по следующей формуле.

P _RES = V _RES * I _RES

Здесь V _RES — это падение напряжения на резисторе, а

I _RES — ток через резистор.

Мы знаем, что напряжение питания составляет 12 В, а падение напряжения на светодиодах составляет 3,6 В. Таким образом, падение напряжения на последовательном резисторе составляет

В _RES = 12 — 3,6 = 8,4 В.

Ток через резистор такой же, как ток через светодиод, поскольку они подключены последовательно.Таким образом, ток через последовательный резистор равен

I _RES = 30 мА.

Подставляя эти значения в приведенную выше формулу, мы получаем мощность, рассеиваемую резистором.

P _RES = 8,4 * 0,03 = 0,252 Вт.

На всякий случай мы всегда должны выбирать следующее возможное значение, поэтому мы выбрали резистор ½ Вт (0,5 Вт).

После того, как выбран правильный резистор, мы можем подключить резистор последовательно и подать питание 12 В на светодиод.

Цепь 2 простых светодиодных цепей (светодиоды последовательно)

Следующая схема в проекте «Простые светодиодные схемы» соединяет светодиоды последовательно. В этой схеме мы последовательно подключим три 5-миллиметровых белых светодиода к одному источнику питания 12 В. На следующем изображении показана принципиальная электрическая схема последовательно подключенных светодиодов.

Принципиальная схема светодиодов в серии

Компоненты, необходимые для светодиодов серии

• Белые светодиоды 5 мм x 3
• Резистор 47 Ом (1/4 Вт)
• Блок питания 12 В
• Соединительные провода
• Макетная плата

  Принцип работы

  Поскольку светодиоды подключены последовательно, ток через все они будет одинаковым i.е. 30 мА (для белого светодиода 5 мм). Поскольку три светодиода соединены последовательно, все светодиоды будут иметь падение напряжения 3,6 В, т.е. на каждом светодиоде будет падение напряжения 3,6 В.

  В результате падение напряжения на резисторе упадет до 12 — 3 * 3,6 = 1,2 В. Отсюда мы можем рассчитать сопротивление как R = 1,2 / 0,03 = 40 Ом. Итак, нам нужно выбрать резистор 47 Ом (следующий доступный).

  Исходя из номинальной мощности резистора, она равна 1,2 * 0,03 = 0,036. Это очень низкая номинальная мощность, и минимально доступная мощность составляет Вт.

  После того, как все компоненты выбраны, мы можем соединить их на макетной плате и включить схему, используя источник питания 12 В. Все три последовательных светодиода загорятся с максимальной интенсивностью.

  Цепь 3 простых светодиодных цепей (светодиоды в параллели)

  Последняя схема в простом учебном пособии по светодиодным цепям — это параллельные светодиоды. В этой схеме мы попытаемся подключить параллельно три 5-миллиметровых белых светодиода и зажечь их от источника питания 12 В. Принципиальная схема для светодиодов при параллельном подключении показана на следующем изображении.

  Принципиальная схема светодиодов, подключенных параллельно

  Компоненты, необходимые для светодиодов, подключенных параллельно

  • Источник питания 12 В
  • Белые светодиоды 3 x 5 мм
  • Резистор 100 Ом (1 Вт)
  • Принцип подключения проводов
  9049 Bread of Operation

  Для светодиодов, подключенных параллельно, падение напряжения на всех светодиодах будет 3,6 В. Это означает, что падение напряжения на резисторе составляет 8,4 В (12 В — 3,6 В = 8,4 В).

  Теперь, поскольку светодиоды подключены параллельно, ток, требуемый для всех светодиодов, в три раза больше индивидуального тока через светодиод (который составляет 30 мА).

  Следовательно, общий ток в цепи составляет 3 * 30 мА = 90 мА. Этот ток также будет протекать через резистор. Следовательно, номинал резистора можно рассчитать как R = 8,4 / 0,09 = 93,33 Ом. Ближайшее более высокое значение сопротивления составляет 100 Ом.

  Мощность, рассеиваемая резистором, равна 8,4 В * 0,09 А = 0,756 Вт. Поскольку следующая более высокая мощность составляет 1 Вт, мы использовали резистор на 1 Вт.

  Подключите три светодиода параллельно, а также последовательно подключите резистор 100 Ом (1 Вт) к источнику питания.При включении питания загорятся все светодиоды.

  Дополнительные схемы

  Предупреждение: Использование источника питания 230 В переменного тока на макетной плате очень опасно. Будьте предельно осторожны.

  • Еще одна интересная светодиодная схема — это DIY LED Light Bulb . В этом случае мы разработали светодиодную лампочку и использовали ее как обычную лампочку.

  Предупреждение: Даже в этом проекте используется 230 В переменного тока для питания светодиодной лампы. Будьте осторожны при обращении с сетевым питанием.

  Как разработать простую светодиодную схему

  Автор

  Обновлено 28 сентября 2017 г.

  Светодиодные схемы очень легко спроектировать. Светодиод или светоизлучающий диод — это источник света с очень низким током, который очень безопасен и долговечен для использования в вашем проекте. Эта статья покажет вам, как спроектировать и построить очень простую светодиодную схему.

  Первый шаг — выбрать, сколько светодиодов вы хотите зажечь, и их тип (цвет, яркость).С помощью этой простой схемы вы будете несколько ограничены количеством напряжения, которое можно безопасно обеспечить для вашего проекта.

  Рассчитайте необходимое напряжение от источника питания.

  Ищите спецификацию «прямого напряжения диода» на веб-сайте производителя или на упаковке. Если у вас нет этой информации, вы можете использовать следующее для оценки:

  Красный или Оранжевый 2,0 В Желтый 2,1 В Зеленый 2,2 В Истинный зеленый, Синий, Белый 3,3 В Синий (430 нм) 4,6 В

  Допустим, вы хотите иметь 3 красных светодиода в вашей цепи.Используйте только значение прямого напряжения диода. Итак, необходимо 3 x 2,0 = 6 В.

  Когда у вас будет необходимое напряжение, выберите, как вы хотите запитать схему. Вы хотите подключить его к розетке и не менять батарейки или хотите свободы передвижения?

  Напряжение постоянного тока работает проще всего. Батарейки AA, AAA или 9 В дешевы, и их легко найти для простого проекта. Самый простой способ использовать переменный ток в качестве источника питания — это настенная розетка (стенная бородавка), большие черные вилки, которые поставляются с большинством электронных устройств, которые вы покупаете.У вас, вероятно, есть целая коробка, сидящая без дела. Вам придется отрезать вилку от конца шнура. Используйте мультиметр, чтобы определить положительный и отрицательный провод.

  Напряжение переменного тока также может быть предусмотрено в схеме. Переменный ток будет управлять светодиодом только половину времени, поскольку напряжение распространяется волнообразно. Двухполупериодный мостовой выпрямитель можно использовать для полного питания светодиодов. По сути, это то, что делает за вас стенная бородавка.

  Найдите источник питания, превышающий рассчитанное значение прямого напряжения диода из шага 2.В нашем случае мы рассчитали 6 вольт. Потребуется напряжение источника питания более 6 вольт. Если вы управляете большим количеством светодиодов, ток также может иметь значение.

  Рассчитайте необходимое сопротивление резистора светодиода.

  Светодиоды

  нельзя подключать напрямую к батарее или источнику питания. Светодиод будет мгновенно разрушен из-за слишком большого тока. Ток нужно уменьшить. Самый простой способ сделать это — использовать резистор. Рассчитайте номинал резистора светодиода по следующей формуле:

  Значение резистора светодиода, R = (напряжение питания — напряжение светодиода) / ток светодиода

  В нашем примере:

  Допустим, мы используем батарею 9 В, тогда напряжение питания = 9 В.Напряжение светодиода для красных светодиодов, начиная с шага 2, составляет 2,0 В, ток светодиода составляет 20 мА (это типичное значение, если не указано производителем)

  Если значение резистора недоступно, выберите ближайшее значение стандартного резистора, которое больше . Если вы хотите увеличить срок службы батареи, вы можете выбрать более высокое значение резистора, чтобы уменьшить ток. Уменьшение тока приведет к уменьшению яркости светодиода.

  R = (9 — 2,0) / 20 мА = 350 Ом, используйте следующее более высокое стандартное значение = 360 Ом

  Соедините вашу схему вместе.

  Вы можете соединить провода напрямую, использовать обжимные соединители или использовать небольшую печатную плату. Выберите лучший метод в зависимости от размера вашего проекта.

  Последний шаг — установить светодиоды в вашем проекте. Radio Shack и другие продают хромированные или пластиковые держатели для светодиодов, которые позволяют легко установить профессиональное крепление. Вы можете добавить к своим светодиодным схемам кнопки мгновенного действия или переключатели включения / выключения.

  Спроектировать и построить простую светодиодную схему — несложный проект.

  Наконечники

  Более длинный провод светодиода — это положительный момент.Не меняйте местами провода светодиода. Помните, что если у вас нет под рукой резистора подходящего номинала, вы можете подключить более 1 резистора последовательно и сложить их значения, чтобы получить общее сопротивление.

  Предупреждения

  Убедитесь, что при использовании переменного тока с двухполупериодным выпрямителем учитывайте падение напряжения. Для уверенности измерьте выход мультиметром. Никогда не подключайте светодиоды параллельно. Всегда соблюдайте осторожность при работе с источниками питания и паяльником. Они могут быть опасными.

  Описание серии

  и параллельных цепей

  Надеюсь, те, кто ищет практическую информацию об электрических схемах и подключении светодиодных компонентов, первыми нашли это руководство.Вполне вероятно, что вы уже читали здесь страницу Википедии о последовательных и параллельных схемах, возможно, несколько других результатов поиска Google по этой теме, но все еще неясны или желаете получить более конкретную информацию, касающуюся светодиодов. За годы обучения, обучения и объяснения концепции электронных схем клиентам мы собрали и подготовили всю важную информацию, которая поможет вам понять концепцию электрических цепей и их связь со светодиодами.

  Перво-наперво, не позволяйте, чтобы электрические схемы и компоненты проводки светодиодов казались устрашающими или сбивающими с толку — правильное подключение светодиодов может быть простым и понятным, если вы следите за этим постом. Давайте начнем с самого основного вопроса…

  Какой тип цепи мне следует использовать?
  Один лучше другого… Последовательный, Параллельный или Последовательный / Параллельный?

  Требования к освещению часто диктуют, какой тип схемы можно использовать, но если есть выбор, наиболее эффективным способом использования светодиодов высокой мощности является использование последовательной схемы с драйвером светодиодов постоянного тока.Последовательная схема помогает обеспечить одинаковое количество тока для каждого светодиода. Это означает, что каждый светодиод в цепи будет иметь одинаковую яркость и не позволит одному светодиоду потреблять больше тока, чем другому. Когда каждый светодиод получает одинаковый ток, это помогает устранить такие проблемы, как тепловой выход из строя.

  Не волнуйтесь, параллельная схема по-прежнему является жизнеспособным вариантом и часто используется; позже мы обрисуем этот тип схемы.

  Но сначала давайте рассмотрим схему серии :

  Часто называемый «гирляндным» или «замкнутым» током в последовательной цепи следует один путь от начала до конца, при этом анод (положительный) второго светодиода подключен к катоду (отрицательному) первого.На изображении справа показан пример: для подключения последовательной цепи, подобной показанной, положительный выход драйвера подключается к положительному выводу первого светодиода, а от этого светодиода выполняется соединение от отрицательного к положительному полюсу второго. Светодиод и так далее, до последнего светодиода в цепи. Наконец, последнее подключение светодиода идет от отрицательного вывода светодиода к отрицательному выходу драйвера постоянного тока, создавая непрерывный цикл или гирляндную цепь.
  
  Вот несколько пунктов для справки о последовательной цепи:

  1. Одинаковый ток течет через каждый светодиод
  2. Общее напряжение цепи — это сумма напряжений на каждом светодиоде
  3. При выходе из строя одного светодиода вся схема не будет работать
  Цепи серии
  4. проще подключать и устранять неисправности
  5. Различное напряжение на каждом светодиодах — это нормально

  Питание последовательной цепи:

  Концепция петли к настоящему времени не проблема, и вы определенно можете понять, как ее подключить, но как насчет питания последовательной цепи.

  Второй маркер выше гласит: «Общее напряжение цепи — это сумма напряжений на каждом светодиоде». Это означает, что вы должны подать как минимум сумму прямых напряжений каждого светодиода. Давайте посмотрим на это, снова используя приведенную выше схему в качестве примера, и предположим, что светодиод представляет собой Cree XP-L, работающий от 1050 мА с прямым напряжением 2,95 В. Сумма трех из этих прямых напряжений светодиодов равна 8,85 В _{постоянного тока} . Таким образом, теоретически 8,85 В — это минимально необходимое входное напряжение для управления этой схемой.

  В начале мы упоминали об использовании драйвера светодиода постоянного тока, потому что эти силовые модули могут изменять свое выходное напряжение в соответствии с последовательной схемой. Поскольку светодиоды нагреваются, их прямое напряжение изменяется, поэтому важно использовать драйвер, который может изменять свое выходное напряжение, но сохранять тот же выходной ток. Чтобы получить более полное представление о драйверах светодиодов, загляните сюда. Но в целом важно убедиться, что ваше входное напряжение в драйвере может обеспечивать выходное напряжение, равное или превышающее 8.85V мы рассчитали выше. Некоторым драйверам требуется вводить немного больше, чтобы учесть питание внутренней схемы драйвера (драйвер BuckBlock требует накладных расходов 2 В), в то время как другие имеют функции повышения (FlexBlock), которые позволяют вводить меньше.

  Надеюсь, вы сможете найти драйвер, который сможет дополнить вашу светодиодную схему последовательно включенными диодами, однако существуют обстоятельства, которые могут сделать это невозможным. Иногда входного напряжения может быть недостаточно для питания нескольких светодиодов последовательно, или, может быть, слишком много светодиодов для подключения последовательно, или вы просто хотите ограничить стоимость драйверов светодиодов.Какой бы ни была причина, вот как понять и настроить параллельную схему светодиодов.

  Параллельная цепь:

  Если последовательная схема получает одинаковый ток к каждому светодиоду, параллельная схема получает одинаковое напряжение на каждый светодиод, а общий ток на каждый светодиод представляет собой общий выходной ток драйвера, деленный на количество параллельных светодиодов.

  Опять же, не волнуйтесь, здесь мы увидим, как подключить параллельную светодиодную схему, и это должно помочь связать идеи воедино.

  В параллельной схеме все положительные соединения связаны вместе и обратно к положительному выходу драйвера светодиода, а все отрицательные соединения связаны вместе и обратно к отрицательному выходу драйвера.Давайте посмотрим на это на изображении справа.

  В примере, показанном с выходным драйвером 1000 мА, каждый светодиод будет получать 333 мА; общий выход драйвера (1000 мА), деленный на количество параллельных цепочек (3).

  Вот несколько пунктов для справки о параллельной цепи:

  1. Напряжение на каждом светодиоде одинаковое
  2. Полный ток — это сумма токов, протекающих через каждый светодиод
  3. Общий выходной ток распределяется через каждую параллельную цепочку
  4. Точное напряжение требуется в каждой параллельной цепочке, чтобы избежать перегрузки по току

  Теперь давайте повеселимся, объединим их вместе и наметим серию / параллельную цепь :

  Как следует из названия, последовательная / параллельная цепь объединяет элементы каждой цепи.Начнем с последовательной части схемы. Допустим, мы хотим запустить в общей сложности 9 светодиодов Cree XP-L по 700 мА каждый с напряжением 12 В _{постоянного тока} ; прямое напряжение каждого светодиода при 700 мА составляет 2,98 В _{постоянного тока} . Правило номер 2 из пунктов маркированного списка последовательной цепи доказывает, что напряжение 12 В _{постоянного тока} недостаточно для последовательной работы всех 9 светодиодов (9 x 2,98 = 26,82 В, _{постоянного тока,} ). Тем не менее, 12 В _{постоянного тока} достаточно для работы трех последовательно включенных (3 x 2,98 = 8,94 В, _{постоянного тока,} ). И из правила № 3 параллельной схемы мы знаем, что общий выходной ток делится на количество параллельных цепочек.Итак, если бы мы использовали BuckBlock на 2100 мА и имели три параллельных ряда по 3 последовательно соединенных светодиода, тогда 2100 мА было бы разделено на три, и каждая серия получила бы 700 мА. На изображении в качестве примера показана эта установка.

  Если вы пытаетесь настроить светодиодную матрицу, этот инструмент планирования светодиодных схем поможет вам решить, какую схему использовать. На самом деле он дает вам несколько различных вариантов различных последовательных и последовательных / параллельных цепей, которые будут работать. Все, что вам нужно знать, это ваше входное напряжение, прямое напряжение светодиодов и количество светодиодов, которые вы хотите использовать.

  Падение нескольких светодиодных цепочек:

  При работе с параллельными и последовательными / параллельными цепями следует помнить о том, что если цепочка или светодиод перегорят, светодиод / цепочка будет отключена из цепи, так что дополнительная токовая нагрузка, которая шла на этот светодиод, будет раздать остальным. Это не большая проблема для массивов большего размера, поскольку ток будет рассеиваться в меньших количествах, но как насчет схемы с двумя светодиодами на цепочку? Затем ток будет удвоен для оставшегося светодиода / цепочки, что может быть более высокой нагрузкой, чем светодиод может выдержать, что приведет к перегоранию и разрушению вашего светодиода! Обязательно помните об этом и постарайтесь создать такую ​​настройку, которая не испортит все ваши светодиоды, если один из них перегорит.

  Другая потенциальная проблема заключается в том, что даже когда светодиоды поступают из одной производственной партии (одного и того же бункера), прямое напряжение все еще может иметь допуск 20%. Варьирование напряжений в отдельных цепочках приводит к тому, что ток не делится поровну. Когда одна струна потребляет больше тока, чем другая, перегруженные светодиоды нагреваются, и их прямое напряжение будет изменяться сильнее, что приведет к более неравномерному распределению тока; это называется тепловым разгоном. Мы видели, как многие схемы, настроенные таким образом, работают хорошо, но требуется осторожность.Для получения дополнительной информации об этой концепции и способах ее избежать (текущее зеркало) есть отличная статья на сайте LEDmagazine.com.

  светоизлучающих диодов (LED) — learn.sparkfun.com

  Добавлено в избранное Любимый 63

  Введение

  Светодиоды окружают нас: В наших телефонах, автомобилях и даже в наших домах. Каждый раз, когда загорается что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним находится светодиод.Они бывают самых разных размеров, форм и цветов, но независимо от того, как они выглядят, у них есть одно общее: они — бекон электроники. Они широко используются для улучшения любого проекта и часто добавляются к невероятным вещам (ко всеобщему удовольствию).

  Однако, в отличие от бекона, после приготовления они бесполезны. Это руководство поможет вам избежать случайных светодиодных барбекю! Но обо всем по порядку. Что именно — это , эта светодиодная штука, о которой все говорят?

  светодиода (это «эл-и-ди») — это особый тип диодов, преобразующих электрическую энергию в свет.Фактически, LED означает «светоизлучающий диод». (Он делает то, что написано на жестяной банке!) И это отражается в сходстве схемных символов диода и светодиода:

  Короче говоря, светодиоды похожи на крошечные лампочки. Однако светодиоды требуют намного меньше энергии для включения по сравнению. Они также более энергоэффективны, поэтому не нагреваются, как обычные лампочки (если вы действительно не накачиваете их энергией). Это делает их идеальными для мобильных устройств и других приложений с низким энергопотреблением.Однако не стоит их исключать из игры с большим потенциалом. Светодиоды высокой интенсивности нашли свое применение в акцентном освещении, прожекторах и даже автомобильных фарах!

  У вас уже есть тяга? Желание поставить светодиоды на все? Хорошо, оставайтесь с нами, и мы покажем вам, как это сделать!

  Рекомендуемая литература

  Вот еще несколько тем, которые будут обсуждаться в этом руководстве. Если вы не знакомы с каким-либо из них, пожалуйста, ознакомьтесь с соответствующим руководством, прежде чем продолжить.

  Что такое схема?

  Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

  Что такое электричество?

  Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!

  Диоды

  Праймер диодный! Свойства диодов, типы диодов и их применение.

  Электроэнергия

  Обзор электроэнергии, скорости передачи энергии. Мы поговорим об определении мощности, ваттах, уравнениях и номинальной мощности. 1,21 гигаватта учебного удовольствия!

  Полярность

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

  Рекомендуемый просмотр

  Как ими пользоваться

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

  Давайте пройдемся по книге правил:

  1) Полярность имеет значение

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

  Положительная сторона светодиода называется «анодом» и отмечена более длинным «выводом» или ножкой.Другая, отрицательная сторона светодиода называется «катодом» . Ток течет от анода к катоду и никогда не течет в обратном направлении. Перевернутый светодиод может препятствовать правильной работе всей схемы, блокируя прохождение тока. Так что не волнуйтесь, если добавление светодиода нарушит вашу цепь. Попробуйте перевернуть.

  2) Морское течение равняется лунному свету

  Яркость светодиода напрямую зависит от того, сколько тока он потребляет. Это означает две вещи. Во-первых, сверхяркие светодиоды разряжают батареи быстрее, потому что дополнительная яркость возникает из-за потребляемой дополнительной мощности.Во-вторых, вы можете управлять яркостью светодиода, контролируя количество проходящего через него тока. Но установка настроения — не единственная причина сократить свое течение.

  3) Есть такая вещь, как слишком много мощности

  Если вы подключите светодиод напрямую к источнику тока, он попытается рассеять столько энергии, сколько ему позволено потреблять, и, как трагические герои прошлого, он уничтожит себя. Вот почему важно ограничить силу тока, протекающего через светодиод.

  Для этого мы используем резисторы. Резисторы ограничивают поток электронов в цепи и защищают светодиод от попыток потреблять слишком большой ток. Не волнуйтесь, требуется лишь немного математики, чтобы определить наилучшее значение резистора для использования. Вы можете узнать все об этом в примерах применения нашего руководства по резисторам!

  Резисторы

  1 апреля 2013 г.

  Учебник по резисторам. Что такое резистор, как они ведут себя параллельно / последовательно, расшифровка цветовых кодов резисторов и применения резисторов.

  Не позволяйте всей этой математике пугать вас, на самом деле довольно сложно что-то напортачить. В следующем разделе мы рассмотрим, как сделать схему на светодиодах без калькулятора.

  Светодиоды без математики

  Прежде чем мы поговорим о том, как читать таблицу, давайте подключим несколько светодиодов. В конце концов, это руководство по светодиодам, а не руководство по и .

  Это также не учебник по математике, поэтому мы дадим вам несколько практических правил по настройке и работе светодиодов.Как вы, наверное, уже поняли из информации в последнем разделе, вам понадобится аккумулятор, резистор и светодиод. Мы используем аккумулятор в качестве источника питания, потому что его легко найти, и он не может обеспечить опасное количество тока.

  Базовый шаблон для схемы светодиода довольно прост: просто подключите батарею, резистор и светодиод последовательно. Нравится:
  

  
  

  Резистор 330 Ом

  Хорошее сопротивление резистора для большинства светодиодов составляет 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 приведенную выше схему и посмотрите, что произойдет.

  Пробная версия и ошибка

  Что интересно в резисторах, так это то, 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 пережечь светодиод! Учитывая, что у вас есть несколько светодиодов и резисторов, с которыми можно поиграть, вот блок-схема, которая поможет вам разработать схему светодиодов методом проб и ошибок:
  

  
  

  Броски с таблеткой

  Еще один способ зажечь светодиод — просто подключить его к батарейке типа «таблетка»! Поскольку батарейка не может подавать достаточно тока, чтобы повредить светодиод, вы можете соединить их напрямую! Просто вставьте батарейку CR2032 между выводами светодиода.Длинная ножка светодиода должна касаться стороны батареи, отмеченной знаком «+». Теперь вы можете обернуть все это скотчем, добавить магнит и приклеить его к вещам! Ура пуховикам!

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

  Получить подробности

  Не подключайте какие-либо странные светодиоды к своим цепям, это просто не здорово. Сначала узнайте их. А как лучше даташит читать.

  В качестве примера мы рассмотрим техническое описание нашего базового красного 5-миллиметрового светодиода.

  Светодиодный ток

  Начиная сверху и спускаясь вниз, первое, что мы встречаем, — это очаровательный столик:

  Ах да, но что все это значит?

  Первая строка в таблице показывает, какой ток ваш светодиод может выдерживать непрерывно.В этом случае вы можете дать ему 20 мА или меньше, и он будет светить наиболее ярко при 20 мА. Вторая строка сообщает нам, каким должен быть максимальный пиковый ток для коротких импульсов. Этот светодиод может обрабатывать короткие удары до 30 мА, но вы не хотите поддерживать этот ток слишком долго. Эта таблица данных достаточно полезна, чтобы предложить стабильный диапазон тока (в третьей строке сверху) 16-18 мА. Это хорошее целевое число, которое поможет вам произвести расчеты резисторов, о которых мы говорили.

  Следующие несколько строк менее важны для целей данного руководства.Обратное напряжение — это свойство диода, о котором в большинстве случаев не стоит беспокоиться. Рассеиваемая мощность — это количество энергии в милливаттах, которое светодиод может использовать до того, как получит повреждение. Это должно работать само по себе, пока вы держите светодиод в пределах предполагаемых номинальных значений напряжения и тока.

  Напряжение светодиода

  Давайте посмотрим, какие еще столы они сюда поставили … Ах!

  Это полезный столик! Первая строка сообщает нам, каким будет падение прямого напряжения на светодиоде.Прямое напряжение — это термин, который часто используется при работе со светодиодами. Это число поможет вам решить, какое напряжение вашей цепи потребуется для подачи на светодиод. Если у вас есть более одного светодиода, подключенного к одному источнику питания, эти числа действительно важны, потому что прямое напряжение всех светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение питания. Мы поговорим об этом более подробно позже, в более глубоком разделе этого руководства.

  Длина волны светодиода

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

  Яркость светодиода

  Последняя строка (обозначенная как «Luminous Intensity») — это показатель яркости светодиода. Единица мкд, или милликандела , 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. На 200 мкд этот светодиод будет хорошим индикатором.

  Угол обзора

  Далее у нас есть веерообразный график, который представляет угол обзора светодиода. В светодиодах разных стилей используются линзы и отражатели, чтобы либо сконцентрировать большую часть света в одном месте, либо максимально широко его распределить. Некоторые светодиоды похожи на прожекторы, испускающие фотоны во всех направлениях; Другие настолько ориентированы, что вы не можете сказать, что они идут, если не смотрите прямо на них.Чтобы прочитать график, представьте, что светодиод вертикально стоит под ним. «Спицы» на графике обозначают угол обзора. Круглые линии представляют интенсивность в процентах от максимальной интенсивности. У этого светодиода довольно узкий угол обзора. Вы можете видеть, что если смотреть прямо на светодиод, то он самый яркий, потому что при 0 градусах синие линии пересекаются с самым внешним кругом. Чтобы получить угол обзора 50%, то есть угол, при котором свет становится вдвое слабее, проследите по кругу 50% по графику, пока он не пересечет синюю линию, затем проследите за ближайшей спицей, чтобы определить угол.Для этого светодиода угол обзора 50% составляет около 20 градусов.

  Размеры

  Наконец, механический чертеж. Это изображение содержит все размеры, которые вам потребуются для установки светодиода в корпусе! Обратите внимание, что, как и у большинства светодиодов, у этого есть небольшой фланец внизу. Это очень удобно, если вы хотите установить его на панели. Просто просверлите отверстие идеального размера для корпуса светодиода, и фланец не даст ему провалиться!

  Теперь, когда вы знаете, как расшифровать таблицу, давайте посмотрим, какие необычные светодиоды вы можете встретить в дикой природе…

  Типы светодиодов

  Поздравляю, вы знаете основы! Может быть, вы даже заполучили несколько светодиодов и начали зажигать, это круто! Хотели бы вы активизировать свою игру в миг? Давайте поговорим о том, как сделать это за пределами вашего стандартного светодиода.

  Крупный план сверхяркого 5-мм светодиода крупным планом

  Виды светодиодов

  Вот список других персонажей.

  RGB светодиоды

  Светодиоды

  RGB (красный-зеленый-синий) на самом деле представляют собой три светодиода в одном! Но это не значит, что он может делать только три цвета.Поскольку красный, зеленый и синий являются дополнительными основными цветами, вы можете управлять интенсивностью каждого из них, чтобы создать каждый цвет радуги. Большинство светодиодов RGB имеют четыре контакта: по одному для каждого цвета и общий контакт. У некоторых общий штифт — это анод, а у других — катод.

  Светодиод с общим прозрачным катодом RGB

  Светодиоды с интегральными схемами

  Велоспорт

  Некоторые светодиоды умнее других. Возьмем, к примеру, светодиодный индикатор велосипедного режима. Внутри этих светодиодов на самом деле есть интегральная схема, которая позволяет светодиоду мигать без какого-либо внешнего контроллера.Вот крупный план ИС (большой черный квадратный чип на кончике наковальни), контролирующий цвета.

  5-миллиметровый светодиод с медленным циклом крупным планом

  Просто включите его и смотрите! Они отлично подходят для проектов, где вам нужно немного больше действий, но нет места для схем управления. Есть даже мигающие светодиоды RGB, которые сменяют тысячи цветов!

  Адресные светодиоды

  Светодиоды других типов можно регулировать индивидуально.Существуют разные наборы микросхем (WS2812, APA102, UCS1903, и это лишь некоторые из них), используемые для управления отдельным светодиодом, соединенным в цепочку. Ниже представлен крупный план WS2812. Большая квадратная микросхема справа регулирует цвета по отдельности.

  Адресный WS2812 PTH крупным планом

  Встроенный резистор

  Что это за магия? Светодиод со встроенным резистором? Вот так. Есть также светодиоды с небольшим токоограничивающим резистором. Если вы внимательно посмотрите на изображение ниже, на стойке есть небольшая черная квадратная микросхема, которая ограничивает ток на этих типах светодиодов.

  Светодиод со встроенным резистором крупным планом

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

  Суперяркий зеленый светодиод с питанием от встроенного резистора

  Примечание: В техническом описании светодиодов со встроенным резистором указано, что рекомендуемое прямое напряжение составляет около 5 В. При тестировании на 5 В он потребляет около 18 мА.Стресс-тест с батареей 9В, тянет около 30мА. Вероятно, это верхний предел входного напряжения. Использование более высокого напряжения может сократить срок службы светодиода. При напряжении около 16 В светодиод перегорел.

  Пакеты для поверхностного монтажа (SMD)

  Светодиоды

  SMD — это не столько конкретный вид светодиода, сколько тип корпуса. Поскольку электроника становится все меньше и меньше, производители придумали, как втиснуть больше компонентов в меньшее пространство. Детали SMD (устройство для поверхностного монтажа) представляют собой крошечные версии своих стандартных аналогов.Вот крупный план адресного светодиода WS2812B, упакованного в небольшой корпус 5050.

  Адресный WS2812B Крупный план

  Светодиоды

  SMD бывают разных размеров, от довольно больших до меньших, чем рисовое зернышко! Поскольку они такие маленькие и у них есть прокладки вместо ножек, с ними не так легко работать, но если у вас мало места, они могут быть именно тем, что прописал врач.

  WS2812B-5050 Упаковка	APA102-2020 Пакет

  Светодиоды SMD также упрощают и ускоряют сборку и установку машин для установки партии светодиодов на печатные платы и полосы.Вероятно, вы не стали бы вручную паять все эти компоненты вручную.

  Крупный план адресной светодиодной матрицы 8×32 (WS2812-5050)	Адресная светодиодная лента 5 м (APA102-5050) с питанием от ленты

  Высокая мощность

  мощных светодиода от таких производителей, как Luxeon и CREE, невероятно яркие. Они ярче суперярких! Как правило, светодиод считается высокомощным, если он может рассеивать мощность 1 Вт или более.Это необычные светодиоды, которые вы найдете в действительно хороших фонариках. Массивы из них могут быть построены даже для прожекторов и автомобильных фар. Поскольку через светодиоды пропускается очень много энергии, часто требуются радиаторы. Радиатор — это, по сути, кусок теплопроводящего металла с большой площадью поверхности, задача которого — отводить как можно больше отработанного тепла в окружающий воздух. Некоторое тепловыделение может быть встроено в конструкцию некоторой коммутационной платы, такой как показанная ниже.

  Светодиод высокой мощности RGB	Алюминиевая задняя часть для рассеивания тепла

  Светодиоды высокой мощности могут выделять так много тепла, что они могут повредить себя без надлежащего охлаждения. Не позволяйте термину «отработанное тепло» вводить вас в заблуждение, эти устройства по-прежнему невероятно эффективны по сравнению с обычными лампами. Для управления можно использовать драйвер светодиода постоянного тока.

  Светодиоды специальные

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

  ИК-светодиод

  На противоположном конце спектра также можно встретить ультрафиолетовые светодиоды. Ультрафиолетовые светодиоды заставят определенные материалы светиться, как черный свет! Они также используются для дезинфекции поверхностей, потому что многие бактерии чувствительны к УФ-излучению.Они также могут быть использованы для обнаружения подделок (счетов, кредитных карт, документов и т. Д.), Солнечных ожогов, список можно продолжить. При использовании этих светодиодов надевайте защитные очки.

  УФ-светодиод для проверки банкноты США

  Другие светодиоды

  Имея в вашем распоряжении такие модные светодиоды, нет оправдания тому, что ничего не светится. Однако, если ваша жажда знаний о светодиодах не утолена, читайте дальше, и мы подробно рассмотрим светодиоды, цвет и интенсивность света!

  Углубляясь в глубину

  Итак, вы закончили серию LEDs 101 и хотите большего? О, не волнуйтесь, у нас есть еще.Начнем с науки, которая заставляет светодиоды светиться … эээ … мигать. Мы уже упоминали, что светодиоды — это особый вид диодов, но давайте углубимся в то, что именно это означает:

  То, что мы называем светодиодом, на самом деле представляет собой светодиод и упаковку вместе, но сам светодиод на самом деле крошечный! Это чип из полупроводникового материала, легированного примесями, который создает границу для носителей заряда. Когда ток течет в полупроводник, он перескакивает с одной стороны этой границы на другую, высвобождая при этом энергию.В большинстве диодов эта энергия уходит в виде тепла, но в светодиодах эта энергия рассеивается в виде света!

  Длина волны света и, следовательно, цвет зависят от типа полупроводникового материала, из которого изготовлен диод. Это потому, что структура энергетических зон полупроводников различается в зависимости от материала, поэтому фотоны излучаются с разными частотами. Вот таблица распространенных светодиодных полупроводников по частоте:

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

  В то время как длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника, интенсивность зависит от количества энергии, проталкиваемой через диод.Мы немного говорили об интенсивности света в предыдущем разделе, но это нечто большее, чем просто цифра, показывающая, насколько ярко что-то выглядит.

  Единица измерения силы света называется кандела, хотя, когда вы говорите об интенсивности одного светодиода, вы обычно находитесь в диапазоне милликандел. В этом устройстве интересно то, что на самом деле это не показатель количества световой энергии, а реальный показатель «яркости». Это достигается за счет того, что мощность, излучаемая в определенном направлении, взвешивается 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.

  Яркость светодиодов может составлять от десятков до десятков тысяч милликандел. Световой поток на вашем телевизоре, вероятно, составляет около 100 мкд, тогда как у хорошего фонарика может быть 20 000 мкд. Глядя прямо во все, что ярче нескольких тысяч милликандел, может быть болезненно; не пытайся.

  Падение прямого напряжения

  О, я также обещал, что мы поговорим о концепции прямого падения напряжения.Помните, когда мы смотрели техническое описание и упоминали, что прямое напряжение всех ваших светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение вашей системы? Это связано с тем, что каждый компонент в вашей схеме должен распределять напряжение , и количество напряжения, которое каждая часть использует вместе, всегда будет равняться доступному количеству. Это называется законом напряжения Кирхгофа. Поэтому, если у вас есть источник питания 5 В и каждый из ваших светодиодов имеет прямое падение напряжения 2,4 В, то вы не можете питать более двух одновременно.

  Законы Кирхгофа также пригодятся, когда вы хотите приблизительно определить напряжение на данной детали на основе прямого напряжения других деталей. Например, в примере, который я только что привел, есть источник питания 5 В и 2 светодиода с падением прямого напряжения 2,4 В каждый. Конечно, мы бы хотели добавить резистор, ограничивающий ток, не так ли? Как узнать напряжение на 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

  Значит, на резисторе 0,2 В! Это упрощенный пример, и это не всегда так просто, но, надеюсь, он дает вам представление о том, почему так важно прямое падение напряжения. Используя число напряжения, которое вы получаете 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 резисторов ограничения тока

  Если вам нужно рассчитать точное значение резистора, ограничивающего ток, последовательно со светодиодом, ознакомьтесь с одним 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 зажигай светодиоды, что хочешь! А теперь … драматическая реконструкция светодиода без перенапряжения токоограничивающего резистора и его выгорания:

  Ага… это не впечатляюще.

  Если вы хотите узнать больше о некоторых темах, связанных со светодиодами, посетите эти другие руководства:

  Свет

  Свет — полезный инструмент для инженера-электрика. Понимание того, как свет соотносится с электроникой, является фундаментальным навыком для многих проектов.

  ИК-связь

  В этом руководстве объясняется, как работает обычная инфракрасная (ИК) связь, а также показано, как настроить простой ИК-передатчик и приемник с Arduino.

  Как делают светодиоды

  Мы совершим экскурсию по производителю светодиодов и узнаем, как изготавливаются 5-миллиметровые светодиоды PTH для SparkFun.

  Simon Says Руководство по сборке

  Независимо от того, какой вид приобретенного вами набора для сквозной пайки Simon Says, это руководство поможет вам пройти весь процесс сборки.

  Хотите узнать больше о светодиодах?

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