bezrecords Блог Светодиоды для начинающих. Как их готовить и с чем есть. Part 2

Что такое светодиод (LED): типы, как работает, история, схема

bezrecords                             Блог                                 Светодиоды для начинающих. Как их готовить и с чем есть. Part 2

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

Светодиоды повсюду вокруг нас: в наших телефонах, наших автомобилях и даже в наших домах. Каждый раз, когда горит что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним стоит светодиод.

Они бывают самых разных размеров, форм и цветов, но независимо от того, как они выглядят, у них есть одна общая черта это самая популярная вещь в электроники.

Огромный выбор светодиодов на ваш вкус и цвет вы можете приобрести на Алиэкспресс, нажав на кнопку ниже:

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

Короче говоря, светодиоды похожи на крошечные лампочки. Тем не менее, для сравнения светодиоды требуют гораздо меньше энергии. Они также более энергоэффективны, поэтому они не имеют тенденцию нагреваться, как обычные лампочки.

Это делает их идеальным устройством для мобильных телефонов и других электронных приборов с низким энергопотреблением.

Светодиоды высокой интенсивности нашли свое применение в акцентном освещении, прожекторах и даже автомобильных фарах!

Кто изобрел светодиод

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

Однако некоторые факторы не позволили технологии перейти к практическому использованию освещения. Стоимость была главной проблемой, первые светодиоды стоили более 200 долларов за диод.

 Другим ограничивающим фактором был цвет, до 70-х годов единственным цветом, который мог создавать светодиод, был красный.

 Еще одним фактором был световой поток, который в течение ряда лет ограничивал практическое использование светодиодов для визуальных сигналов, таких как световые индикаторы и знаки.

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

Характеристики светодиода (LED)

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

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

Советуем вам видео ниже «Как узнать параметры любого светодиода»

Полярность LED

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

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

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

Прямой ток светодиодов

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

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

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

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

Прямое напряжение LED

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

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

Как работает светодиод

Светодиод является двухпроводным полупроводниковым источником света. Это p-n переходной диод, который излучает свет при активации.

Когда к выводам приложено подходящее напряжение, электроны могут рекомбинировать с электронными отверстиями внутри устройства, выделяя энергию в виде фотонов.

Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света (соответствующий энергии фотона) определяется энергетической шириной запрещенной зоны полупроводника.

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

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

Эти примеси в виде дополнительных атомов способны либо обеспечивать свободные электроны (N-тип) в системе, либо высасывать некоторые из уже существующих электронов из атомов (P-тип), создавая «дыры» на атомных орбитах. В обоих случаях материал становится более проводящим.

 Таким образом, под воздействием электрического тока в материале N-типа электроны могут перемещаться от анода (положительный) к катоду (отрицательный) и наоборот в материале P-типа.

 Из-за свойства полупроводника ток никогда не будет идти в противоположных направлениях в соответствующих случаях.

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

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

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

Различные длины волн, вовлеченные в процесс, определяют различные цвета, производимые светодиодами. Следовательно, свет, излучаемый устройством, зависит от типа используемого полупроводникового материала.

 
Инфракрасный свет создается с использованием арсенида галлия (GaAs) в качестве полупроводника. Красный или желтый свет получают с использованием галлия-арсенида-фосфора (GaAsP) в качестве полупроводника.

 Красный или зеленый свет получается при использовании галлия-фосфора (GaP) в качестве полупроводника.

Простая светодиодная схема

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

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

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

Типы светодиодов

  • Сквозные светодиоды: они доступны в различных формах и размерах, и наиболее распространенными являются светодиоды 3 мм, 5 мм и 8 мм. Эти светодиоды доступны в различных цветах, таких как красный, синий, желтый, зеленый, белый и т. Д.
  • Светодиоды SMD (светодиоды для поверхностного монтажа): Светодиоды для поверхностного монтажа представляют собой специальную упаковку, которую можно легко установить на печатную плату. Светодиоды SMD обычно различаются в зависимости от их физических размеров. Например, наиболее распространенными светодиодами SMD являются 3528 и 5050.
  • Двухцветные светодиоды. Следующим типом светодиодов являются двухцветные светодиоды, как следует из названия, могут излучать два цвета. Двухцветные светодиоды имеют три контакта, обычно два анода и общий катод. В зависимости от конфигурации проводов, цвет будет активирован.
  • Светодиод RGB (красный — синий — зеленый): светодиоды RGB являются самыми любимыми и популярными среди любителей и дизайнеров. Даже компьютерные сборки очень популярны для реализации светодиодов RGB в корпусах компьютеров, материнских платах, оперативной памяти и так далее.
  • Светодиоды высокой мощности: Светодиод с номинальной мощностью, превышающей или равной 1 Вт, называется светодиодом высокой мощности. Это потому, что нормальные светодиоды имеют рассеиваемую мощность в несколько милливатт. Мощные светодиоды очень яркие и часто используются в фонариках, автомобильных фарах, прожекторах и так далее.

Преимущества светодиодов

  1. Для управления светодиодом достаточно очень низкого напряжения и тока. В диапазоне voltage- от 1 до 2 вольт. Ток — от 5 до 20 миллиампер.
  2. Общая выходная мощность будет менее 150 милливатт.

  3. Время отклика очень меньше — всего около 10 наносекунд.
  4. Устройство не требует нагрева и разогрева.
  5. Миниатюрный по размеру и, следовательно, легкий.
  6. Имеют прочную конструкцию и поэтому могут противостоять ударам и вибрациям.

  7. Срок службы светодиода составляет более 20 лет.

Недостатки светодиодов:

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

Мигание светодиодом на Ардуино. Мигалка и маячок

bezrecords                             Блог                                 Светодиоды для начинающих. Как их готовить и с чем есть. Part 2

Мигание светодиодом на Arduino – первое, что делают на этой платформе начинающие ардуинщики. Проекты, связанные со светодиодами – самые популярные уроки, с которых начинается большинство учебников.

В этой статье мы с вами узнаем, как сделать своими руками маячок и мигалку на Ардуино.

Для работы вам потребуется плата Arduino Uno, Nano, Pro Mini или Mega, а также установленная на компьютер программа Arduino IDE.

Мигаем встроенным светодиодом

Самый первый проект всегда лучше делать как можно более простым и понятным. Лучше всего сначала просто сообщить миру о том, что программа работает. В других языках программирования это достигается выводом текста на экран фразы «Hello, World» , которая стала по-настоящему культовой. С ее помощью новые программы приветствуют мир уже на протяжении половины столетия.

На плате Ардуино нет встроенного экрана, поэтому мы не можем вывести нашу гениальную надпись. Конечно, можно было бы воспользоваться экраном компьютера, но тогда первый проект получится слишком сложным. Именно поэтому почти все проекты для начинающих основаны на использовании светодиодов. Ими мы будем мигать, учась основам схемотехники и  программирования.

Встроенный светодиод в Ардуино Uno, Nano и Mega

Почти на каждой плате Arduino находится несколько встроенных светодиодов, предназначенных для индикации. Один из них подключен к пину 13 и вы можете управлять им программно – включать и выключать. Более подробно об этом написано в нашей статье, посвященной светодиодам.

Мы должны написать и загрузить в ардуино скетч, который будет мигать встроенным в плату ардуино светодиодом – включать его каждую секунду, а потом на секунду выключать.

Вам понадобится: ничего, кроме платы ардуино. Сложность:  простой проект.

Что мы узнаем:

  • Как мигает светодиод.
  • Что такое скетч и как написать программу.
  • Как включить и зажечь светодиод.
  • Как выключить светодиод.
  • Как сделать задержку в программе.

Вопросы, на которые вы уже должны знать ответы:

Как мигает светодиод

Алгоритм программы очень прост.

  1. Мы должны подать напряжение на светодиод (на тот пин, к которому подсоединен светодиод, в нашем случае, 13).
  2. Затем ждем некоторое время. Например, секунду.
  3. После чего убираем напряжение.
  4. И опять немного ждем, чтобы глаз мог заметить, что света нет.
  5. Начинаем все с первого пункта

На русском все выглядит очень просто. Осталось только перевести на язык, понятный Ардуино. Мы заменяем каждую строчку нашего алгоритма командой.

  1. Включить – команда digitalWrite
  2. Подождать – команда delay
  3. Выключить – команда digitalWrite
  4. Подождать – команда delay

Для того, чтобы записать все эти команды, а потом перевести их в машинопонятный язык и загрузить в микроконтроллер мы используем программу Arduio IDE. В ней мы пишем наш код (или вставляем готовый из примера), в ней же нажмем несколько кнопок для проверки, трансляции и загрузки программы в Ардуино.

Давайте соберем все, что нужно, вместе в одной инструкции.

Пошаговая инструкция

Выполняем действия по шагам – в результате обязательно получим результат.

  1. Берем плату Arduino UNO. Убеждаемся, что на ней есть встроенный светодиод.
  2. Подключаем плату Arduino к компьютеру через USB-кабель. В результате должны загореться лампочки.
  3. Открываем на компьютере программу Arduino IDE (вы уже должны знать, как это делается или прочитайте статьи на нашем сайте по ссылкам выше).
  4. Проверяем, что ардуино подключился: найдите в меню «Инструменты», подменю «Порт». Оно должно быть активным. Нажмите на этот пункт и посмотрите список портов. Один из них должен быть отмечен галочкой. Если этого не произошло, выберите порт с самым большим номером и отметьте его. Если это не помогло – смотрите раздел с описанием типичных проблем чуть ниже.
  5. Открываем меню Файл. В нем находим подменю «Примеры», и в нем подменю Basics. Находим в открывшемся списке меню строчку Blink и нажимаем на нее. Должно открыться отдельное окно Arduino с текстом программы (в самом верху будет серый текст).Открываем пример Blink в Ардуино IDE
  6. Найдите в меню кнопку “загрузить скетч” (со стрелочкой) и нажмите ее. Начнется процесс проверки (компиляции) скетча и загрузки в плату.
  7. После того, как скетч загружен и в статусном окне внизу появится надпись «Загрузка завершена», можно проверять результат. Посмотрите на плату – вы должны увидеть мигающий огонек. Значит, мы сделали это!
  8. Проверьте, что программа работает как надо – замерьте паузы между включением и выключением.

Обратите внимание! Если вы отключите контроллер от компьютера и просто подадите на него питание (например, от батареек), то программа все равно будем выполняться! Ваша программа записана в память микроконтроллера и теперь будет в нем до тех пор, пока вы не перезапишите ее другой программой.

Поздравляем! У вас получилось реализовать ваш первый проект на Ардуино. Если все мигает так, как надо. Теперь можем переходить к анализу программы и сбору электронной схемы с отдельным светодиодом. Если же что-то не получилось, давайте разберемся, почему.

Если что-то пошло не так

  • У вас нет платы контролера Ардуино. Это большая проблема, т.к. без платы освоить адуино практически невозможно. Проблему можно решить, купив контроллер в одном из интернет-магазинов. Другим вариантом может стать один из сервисов, имитирующих работу ардуино. Например, Tinkercad.
  • Плата не находится. Эта проблема может возникнуть, если у вас нет USB драйвера для платы. Посмотрите эту статью с описанием того, что можно сделать. В ряде случаев также помогает отключение антивирусов. Если ничего не помогает, попробуйте поменять плату, а затем и компьютер (подключить ардуино к другому компьютеру). Гораздо меньше проблемы возникает при работе с ардуино в среде Windows.
  • Нет программы. Ситуация практически невероятная, ведь примеры всегда идут вместе с программой Arduino IDE.  Вы можете скачать программу у нас на сайте – далее в статье вы найдете ссылку
  • Скетч не загружается. Вы могли выбрать не тот контроллер в списке плат. Убедитесь, что выбран Arduino/Genuino Uno или Nano, если вы работаете с платой Uno и Nano соответственно. В некоторых случаях проблема может быть вызвана использованием устаревшего чипа ATMEGA 168. В этом случае выберите тип платы Nano и в пункте меню “процессор” – версию 168.

Программа и скетч мигающего светодиода

Давайте теперь рассмотрим программу, которую мы загрузили из примеров и проанализируем.

Устройство и принцип работы светодиода

bezrecords                             Блог                                 Светодиоды для начинающих. Как их готовить и с чем есть. Part 2

На данный момент светодиоды получили просто широчайшее распространение во многих сферах промышленности. И с момента открытия в 1963 году красного светодиода до сегодняшнего дня технология постоянно развивается.

Сейчас на полках магазинов можно встретить изделия произведенные по технологиям DIP, COB, COG, SMD, filament. В этой статье я расскажу вам о каждой из технологии и о том, по какому принципу функционируют все светодиоды.

Что такое светодиод

Устройство светодиода типа DIP

Устройство светодиода типа SMD

Устройство светодиода типа COB

Как работает светодиод

Заключение

Что такое светодиод

Итак, для начала давайте разберемся, что представляет из себя светодиод. Светодиод – это полупроводниковый компонент, у которого присутствует электронно-дырочный переход, где при протекании электрического тока в прямом направлении создается фотонное излучение в видимом спектре.

Если сравнить светодиод с обычной лампочкой Ильича или же люминесцентной лампой, то главным отличием будет тот факт, что у диода спектр излучения почти полностью расположен в узком видимом (для человеческого глаза) диапазоне. И для того, чтобы получить определенный цвет излучения применяется специализированный химический состав люминофора и непосредственно полупроводников.

Устройство светодиода типа DIP

yandex.ru

Давайте начнем наше подробное знакомство со светодиодов, произведенных по технологии DIP.

В большинстве случаев внешне данный диод реализован так: эпоксидный полусферический корпус, внутрь которого помешен катод с треугольной платформой где размещен кристалл. Рядом расположенный анод соединён с кристаллом с помощью тончайшего проводка. Вывода выполняются различной длины, где более длинная ножка это плюс, а более короткая – минус.

Так же существуют более сложные изделия с несколькими кристаллами, рассчитанными на свечение различными цветами. Помимо этого в корпус может встраиваться микрочип, с помощью которого задается очередность работы кристаллов и частота их мигания.

Сами по себе светодиоды в DIP оболочке относятся к слаботочным, а применяются в основном, в модулях подсветки и индикации. Например, всеми нами любимые новогодние гирлянды, как раз и выполнены с применением DIP светодиодов.
yandex.ru

В попытках увеличить светоотдачу данный тип светодиодов претерпел значительные изменения и был создан светодиод в DIP оболочке с четырьмя контактами, который получил грозное имя «пиранья».

Они нашли свое применение в рекламных вывесках, автомобильных подсветках и т.д.

yandex.ru

Развитие технологии привело к появлению светодиодов произведенных по технологии SMD.

Устройство светодиода типа SMD

Данный тип светодиодов (с непосредственной фиксацией на поверхности печатной платы) разительно отличается от своего предшественника. Появление SMD- светодиода позволило автоматизировать производство различных систем освещения, уменьшить их габариты и снизить себестоимость.

Современные реалии таковы, что сейчас такой тип светодиодов является самым популярным.

Более широкое и массивное основание крепления самого кристалла позволило создать отличный отвод тепла в процессе работы кристалла.

yandex.ru

В белых светодиодах такой конструкции люминофор занимает место между кристаллом и рассеивающей линзой. Это обеспечивает полную ликвидацию ультрафиолетового диапазона и создает нужную цветовую температуру двух диапазонов Cool white (холодный белый) и warm white (теплый белый)

Устройство светодиода типа COB

Chip-On-Board данная технология является одной из последних разработок, которая, безусловно, в скором времени завоюет свою нишу на рынке.

Характерная особенность данной технологии заключена в следующем: на основу из алюминия (подложку) с применением диэлектрического клея закрепляются десятки небольших кристаллов без корпуса и подложки, далее образованную матрицу закрывают единым слоем люминофора.

В конечном результате получается источник освещения с равномерным распределением светового потока без создания эффекта теней.

yandex.ru

Разновидностью COB технологии является COG (Chip – On – Glass), где кристаллы размещаются на подложке из стекла. Ярким примером такой технологии являются филаментные лампы, рассчитанные на напряжение 220 В.

yandex.ru

Где источником света являются стеклянные стержни, на которые закреплены светодиоды закрытые слоем люминофора.

Заключение

Это все, что я хотел вам рассказать о принципе работы светодиодов и их существующих разновидностях. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком (Это поможет создавать больше материалов). И спасибо за ваше внимание!

Правильное подключение светодиодов

bezrecords                             Блог                                 Светодиоды для начинающих. Как их готовить и с чем есть. Part 2

На сегодняшний день существуют сотни разновидностей светодиодов, отличающихся внешним видом, цветом свечения и электрическими параметрами.

Но всех их объединяет общий принцип действия, а значит, и схемы подключения к электрической цепи тоже базируются на общих принципах.

Достаточно понять, как подключить один индикаторный светодиод, чтобы затем научиться составлять и рассчитывать любые схемы.

Распиновка светодиода

Прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о правильном подключении светодиода, необходимо научиться определять его полярность. Чаще всего индикаторные светодиоды имеют два вывода: анод и катод. Гораздо реже в корпусе диаметром 5 мм встречаются экземпляры, имеющие 3 или 4 вывода для подключения. Но и с их распиновкой разобраться тоже несложно.

Всего существует 3 надёжных способа определения полярности: визуальный, с помощью мультиметра и путём подключения к источнику напряжения. Каждый из них по-своему уникален и интересен, в связи с чем данная тема вынесена в отдельную статью: «Где плюс, а где минус?»

SMD-светодиоды могут иметь 4 вывода (2 анода и 2 катода), что обусловлено технологией их производства. Третий и четвёртый выводы могут быть электрически незадействованными, но использоваться в качестве дополнительного теплоотвода.

Приведенное расположение выводов не является стандартом. Для вычисления полярности лучше сначала заглянуть в datasheet, а затем подтвердить увиденное мультиметром. Визуально определить полярность SMD-светодиода с двумя выводами можно по срезу.

Срез (ключ) в одном из углов корпуса всегда расположен ближе к катоду (минусу).

Простейшая схема подключения светодиода

Нет ничего проще, чем подключить светодиод к низковольтному источнику постоянного напряжения. Это может быть батарейка, аккумулятор или маломощный блок питания. Лучше, если напряжение будет не менее 5 В и не более 24 В.

Такое подключение будет безопасным, а для его реализации понадобится лишь 1 дополнительный элемент – маломощный резистор. Его задача – ограничить ток, протекающий через p-n-переход на уровне не выше номинального значения.

Для этого резистор всегда устанавливают последовательно с излучающим диодом.

Всегда соблюдайте полярность при подключении светодиода к источнику постоянного напряжения (тока).

Если из схемы исключить резистор, то ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивлением источника ЭДС, которое очень мало. Результатом такого подключения станет мгновенный выход из строя излучающего кристалла.

Расчёт ограничительного резистора

Взглянув на вольт-амперную характеристику светодиода, становится понятно: насколько важно не ошибиться при расчёте ограничительного резистора. Даже небольшой рост номинального тока приведёт к перегреву кристалла и, как следствие, к снижению рабочего ресурса. Выбор резистора производят по двум параметрам: сопротивлению и мощности. Сопротивление рассчитывают по формуле:

  • U – напряжение питания, В;
  • ULED – прямое падение напряжения на светодиоде (паспортное значение), В;
  • I – номинальный ток (паспортное значение), А.

Полученный результат следует округлить до ближайшего номинала из ряда Е24 в большую сторону, а затем рассчитать мощность, которую должен будет рассеивать резистор:

R – сопротивление резистора, принятого к установке, Ом.

Более подробную информацию о расчётах с практическими примерами можно получить в статье о расчете резистора для светодиода.  А тот, кто не желает погружаться в нюансы, может быстро рассчитать параметры резистора с помощью онлайн-калькулятора.

Включение светодиодов от блока питания

Речь пойдёт о блоках питания (БП), работающих от сети переменного тока 220 В. Но даже они могут сильно отличаться друг от друга выходными параметрами. Это могут быть:

  • источники переменного напряжения, внутри которых есть только понижающий трансформатор;
  • нестабилизированные источники постоянного напряжения (ИПН);
  • стабилизированные ИПН;
  • стабилизированные источники постоянного тока (светодиодные драйверы).

Подключить светодиод можно к любому из них, дополнив схему нужными радиоэлементами. Чаще всего в качестве блока питания применяют стабилизированные ИПН на 5 В или 12 В.

Данный тип БП подразумевает, что при возможных колебаниях напряжения сети, а также при изменении тока нагрузки в заданном диапазоне напряжение на выходе изменяться не будет. Это преимущество позволяет подключать к БП светодиоды, используя только резисторы.

И именно такой принцип подключения реализован в схемах с индикаторными светодиодами. Подключение мощных светодиодов и светодиодных матриц нужно производить через стабилизатор тока (драйвер).

Несмотря на их более высокую стоимость, только так можно гарантировать стабильную яркость и продолжительную работу, а также исключить преждевременную замену дорогостоящего светоизлучающего элемента. Такое подключение не требует наличия дополнительного резистора, а светодиод присоединяется непосредственно к выходу драйвера с соблюдением условия:

  • Iдрайвера – ток драйвера по паспорту, А;
  • ILED – номинальный ток светодиода, А.

При несоблюдении условия, подключенный светодиод перегорит от перегрузки по току.

В качестве источника питания можно использовать даже одну пальчиковую батарейку на 1,5 В. Но для этого придётся собрать небольшую электрическую схему, которая позволит повысить напряжение питания до нужного уровня. О том, как это сделать, можно узнать из статьи «Как подключить светодиод от батарейки на 1,5 В».

Последовательное подключение

Собрать рабочую схему на одном светодиоде – несложно. Другое дело, когда их несколько. Как правильно подключить 2, 3 … N светодиодов? Для этого нужно научиться рассчитывать более сложные схемы включения.

Схема последовательного подключения представляет собой цепь из нескольких светодиодов, в которой катод первого светодиода соединен с анодом второго, катод второго с анодом третьего и так далее.

Через все элементы схемы течёт ток одинаковой величины:

А падения напряжений суммируются:

Исходя из этого, можно сделать выводы:

  • объединять в последовательную цепь целесообразно только светодиоды с одинаковым рабочим током;
  • при выходе из строя одного светодиода произойдёт обрыв цепи;
  • количество светодиодов ограничено напряжением БП.

Параллельное подключение

Если от БП с напряжением, например, 5 В, необходимо зажечь несколько светодиодов, то их придется соединить между собой параллельно. При этом последовательно с каждым светодиодом нужно поставить резистор. Формулы для расчёта токов и напряжений примут следующий вид:

Таким образом, сумма токов в каждой ветви не должна превышать максимально допустимый ток БП. При параллельном подключении однотипных светодиодов достаточно рассчитать параметры одного резистора, а остальные – будут такого же номинала.

Все правила последовательного и параллельного подключения, наглядные примеры, а также информацию о том, как нельзя включать светодиоды, можно найти в данной статье.

Смешанное включение

Разобравшись со схемами последовательного и параллельного подключения, пришло время комбинировать. Один из вариантов комбинированного подключения светодиодов показан на рисунке.

Кстати, именно так устроена каждая светодиодная лента.

Включение в сеть переменного тока

Подключать светодиоды от БП не всегда целесообразно. Особенно, если речь идёт о необходимости сделать подсветку выключателя или индикатор наличия напряжения в сетевом удлинителе. Для подобных целей достаточно будет собрать одну из простых схем подключения светодиода к сети 220 В.

Например, схема с токоограничительным резистором и выпрямительным диодом, защищающим светодиод от обратного напряжения.

Сопротивление и мощность резистора вычисляют по упрощённой формуле, пренебрегая падением напряжения на светодиоде и диоде, так как оно на 2 порядка меньше напряжения сети:

Из-за большой мощности рассеивания (2–5 Вт), резистор часто заменяют неполярным конденсатором. Работая на переменном токе, он как бы «гасит» лишнее напряжение и почти не нагревается.

Подключение мигающих и многоцветных светодиодов

Внешне мигающие светодиоды ничем не отличаются от обычных аналогов и могут мигать одним, двумя или тремя цветами по заданному производителем алгоритму. Внутреннее отличие состоит в наличии под корпусом ещё одной подложки, на которой расположен интегральный генератор импульсов.

Номинальный рабочий ток, как правило, не превышает 20 мА, а падение напряжения может варьироваться от 3 до 14 В. Поэтому перед подключением мигающего светодиода нужно ознакомиться с его характеристиками.

Если их нет, то узнать параметры можно экспериментальным путём, подключившись к регулируемому БП на 5–15 В через резистор сопротивлением 51-100 Ом.

В корпусе многоцветного RGB-светодиода расположены 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов нужно помнить, что каждому цвету свечения соответствует своё падение напряжения.

Ещё раз о трёх важных моментах

  1. Прямой номинальный ток – главный параметр любого светодиода. Занижая его, мы теряем в яркости, а завышая – резко сокращаем срок службы. Поэтому лучшим источником питания является светодиодный драйвер, при подключении к которому через светодиод всегда будет протекать постоянный ток нужной величины.
  2. Напряжение, приведенное в datasheet к светодиоду, не является определяющим и лишь указывает на то, сколько вольт упадёт на p-n-переходе при протекании номинального тока. Его значение необходимо знать для того, чтобы правильно вычислить сопротивление резистора, если светодиод будет работать от обычного БП.
  3. Для подключения мощных светодиодов важно не только надёжное электропитание, но и качественная система охлаждения. Установка на радиатор светодиодов с мощностью потребления более 0,5 Вт станет залогом их стабильной и продолжительной работы.

[block id=”3″]

Схема подключения светодиода

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

Главное требование к параметрам питания – ограничение тока цепи.

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

Как рассчитать ограничительный резистор

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

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

Включение светодиода через блок питания без резистора

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

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

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

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

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

Схема зарядного устройства от мобильного телефона

Блок питания большинства низковольтных бытовых приборов

Как включить светодиод в сеть переменного тока

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

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

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

Схема подключения в сеть переменного тока на рисунке справа.

Мигающий

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

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

Разноцветный

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

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

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

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

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

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)
Загрузка…

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.