Світлодіоди та їх застосування. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору

 Коментарі до статті

[an error occurred while processing this directive]

світлодіоди, або світловипромінюючі діоди (СІД, в англійському варіанті LED - light emitting diode) - напівпровідниковий прилад, що випромінює некогерентне світло при пропусканні через нього електричного струму. Робота ґрунтується на фізичному явищі виникнення світлового випромінювання при проходженні електричного струму через pn-перехід. Колір свічення (довжина хвилі максимуму спектра випромінювання) визначається типом використовуваних напівпровідникових матеріалів, що утворюють pn-перехід.

Переваги

1. Світлодіоди не мають жодних скляних колб та ниток розжарювання, що забезпечує високу механічну міцність та надійність (ударна та вібраційна стійкість)
2. Відсутність розігріву та високих напруг гарантує високий рівень електро- та пожежної безпеки
3. Безінерційність робить світлодіоди незамінними, коли потрібна висока швидкодія
4. Мініатюрність
5. Довгий термін служби (довговічність)
6. Високий ККД,
7. Відносно низька напруга живлення та споживані струми, низьке енергоспоживання
8. Велика кількість різних кольорів світіння, спрямованість випромінювання
9. Регульована інтенсивність

Недоліки

1. відносно висока вартість. Відношення гроші/люмен для звичайної лампи розжарювання, порівняно зі світлодіодами, становить приблизно 100 разів.
2. малий світловий потік від одного елемента
3. деградація параметрів світлодіодів з часом
4. підвищені вимоги до джерела живлення

Зовнішній вигляд та основні параметри

Світлодіоди мають кілька основних параметрів.

1. Тип корпусу
2. Типовий (робочий) струм
3. Падіння (робоче) напруження
4. Колір свічення (довжина хвилі, нм)
5. Кут розсіювання

В основному під типом корпусу розуміють діаметр та колір колби (лінзи). Як відомо, світлодіод – напівпровідниковий прилад, який необхідно запитати струмом. Так струм, яким слід запитати той чи інший світлодіод, називається типовим. При цьому на світлодіоді падає певна напруга. Колір випромінювання визначається як використовуваними напівпровідниковими матеріалами, і легуючими домішками. Найважливішими елементами, що використовуються у світлодіодах, є: Алюміній (Al), Галій (Ga), Індій (In), Фосфор (P), що викликають свічення в діапазоні від червоного до жовтого кольору. Індій (In), Галій (Ga), Азот (N) використовують для отримання блакитного та зеленого свічень. Крім того, якщо до кристала, що викликає блакитне (синє) свічення, додати люмінофор, то отримаємо білий колір світлодіода. Кут випромінювання визначається виробничими характеристиками матеріалів, а також колбою (лінзою) світлодіода.

В даний час світлодіоди знайшли застосування в різних областях: світлодіодні ліхтарі, автомобільна світлотехніка, рекламні вивіски, світлодіодні панелі та індикатори, рядки, що біжать, і світлофори і т.д.

Схема включення та розрахунок необхідних параметрів:

Так як світлодіод є напівпровідниковим приладом, то при включенні в ланцюг необхідно дотримуватися полярності. Світлодіод має два висновки, один із яких катод ("мінус"), а інший - анод ("плюс").

Світлодіод "горітиме" лише при прямому включенні, як показано на малюнку

При зворотному увімкненні світлодіод "горіти" не буде. Більш того, можливий вихід із ладу світлодіода при малих допустимих значеннях зворотної напруги.

Залежність струму від напруги при прямому (синя крива) і зворотному (червона крива) включення показані на наступному малюнку. Не важко визначити, що кожному значення напруги відповідає своя величина струму, що протікає через діод. Чим вище напруга, тим вище значення струму (і тим вища яскравість). Для кожного світлодіода існують допустимі значення напруги живлення Umax та Umaxобр (відповідно для прямого та зворотного включень). При подачі напруги понад цих значень настає електричний пробій, в результаті якого світлодіод виходить з ладу. Існує і мінімальне значення напруги живлення Umin, у якому спостерігається свічення світлодіода. Діапазон напруги живлення між Umin і Umax називається "робочою" зоною, так як саме тут забезпечується робота світлодіода.

\

1. Є один світлодіод, як його правильно підключити в найпростішому випадку?

Щоб правильно підключити світлодіод у найпростішому випадку необхідно підключити його через струмообмежуючий резистор.

Приклад 1

Є світлодіод з робочою напругою 3 вольти і робочим струмом 20 мА. Необхідно підключити його до джерела з напругою 5 вольт.

Розрахуємо опір струмообмежувального резистора

R = Uгасяче / I світлодіода
Uгасяче = U харчування - Uсвітлодіода
U харчування = 5 В
Uсвітлодіода = 3 В
Iсвітлодіода = 20 мА = 0.02 А
R = (5-3) / 0.02 = 100 Ом = 0.1 кОм

Тобто треба взяти резистор опором 100 Ом

2. Як підключити кілька світлодіодів?

Декілька світлодіодів підключаємо послідовно або паралельно, розраховуючи необхідні опори.

Приклад 1.

Є світлодіоди з робочою напругою 3 вольти і робочим струмом 20 мА. Потрібно підключити 3 світлодіоди до джерела 15 вольт.

Виробляємо розрахунок: 3 світлодіоди на 3 вольти = 9 вольт, тобто 15 вольтового джерела достатньо для послідовного включення світлодіодів

Розрахунок аналогічний попередньому прикладу

R = Uгасяче / I світлодіода
Uгасяче = U харчування - N * Uсвітлодіода
U харчування = 15 В
Uсвітлодіода = 3 В
Iсвітлодіода = 20 мА = 0.02 А
R = (15-3 * 3) / 0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм

Приклад 2

Нехай є світлодіоди з робочою напругою 3 вольти і робочим струмом 20 мА. Потрібно підключити 4 світлодіоди до джерела 7 вольт

Проводимо розрахунок: 4 світлодіоди на 3 вольти = 12 вольт, значить нам не вистачить напруги для послідовного підключення світлодіодів, тому підключатимемо їх послідовно-паралельно. Розділимо їх на дві групи по 2 світлодіоди. Тепер треба зробити розрахунок струмообмежувальних резисторів. Аналогічно попереднім пунктам робимо розрахунок струмообмежувальних резисторів для кожної гілки.

R = Uгасяче/I світлодіода
Uгасяче = U харчування - N * Uсвітлодіода
U харчування = 7 В
Uсвітлодіода = 3 В
Iсвітлодіода = 20 мА = 0.02 А
R = (7-2 * 3) / 0.02 = 50 Ом = 0.05 кОм

Оскільки світлодіоди у гілках мають одігакові параметри, то опори у гілках однакові.

Приклад 3

Якщо є світлодіоди різних марок то комбінуємо їх таким чином, щоб у кожній гілки були світлодіоди тільки ОДНОГО типу (або з однаковим робочим струмом). При цьому необов'язково дотримуватись однакової напруги, тому що ми для кожної гілки розраховуємо свій власний опір

Наприклад, є 5 різних світлодіодів:
1 червоний напруга 3 вольта 20 мА
2й зелений напруга 2.5 вольта 20 мА
3-ий синій напруга 3 вольта 50 мА
4 білий напруга 2.7 вольта 50 мА
5-ий жовтий напруга 3.5 вольта 30 мА

Оскільки поділяємо світлодіоди за групами струму
1) 1-ий та 2-ий
2) третій і четвертий
3) 5ий

розраховуємо для кожної гілки резистори

R = Uгасяче/I світлодіода
Uгасяче = U харчування - (UсвітлодіодаY + UсвітлодіодаX + …)
U харчування = 7 В
Uсвітлодіода1 = 3 В
Uсвітлодіода2 = 2.5 В
Iсвітлодіода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм

аналогічно
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом

Аналогічно можна розташувати будь-яку кількість світлодіодів.

Важливе зауваження!

При підрахунку струмообмежувального опору виходять числові значення яких немає в стандартному ряді опорів, тому підбираємо резистор з опором трохи більшим, ніж розрахували.

3. Що буде якщо є джерело напруги з напругою 3 вольта (і менше) і світлодіод з робочою напругою 3 вольта?

Допустимо (АЛЕ небажано) включати світлодіод у ланцюг без струмообмежувального опору. Мінуси очевидні – яскравість залежить від напруги живлення. Краще використовувати dc-dc конвертери (перетворювачі, що підвищують напругу).

4. Чи можна включати кілька світлодіодів з однаковою робочою напругою 3 вольта паралельно один до джерела 3 вольта (і менше)? У "китайських" ліхтариках так і зроблено.

Знову, це допустимо у радіоаматорській практиці. Мінуси такого включення: оскільки світлодіоди мають певний розкид за параметрами, то спостерігатиметься наступна картина, одні світяться яскравіше, а інші тьмяніші, що не є естетичним, що ми й спостерігаємо у наведених вище ліхтариках. Краще використовувати dc-dc конвертери (перетворювачі, що підвищують напругу).

Важливе зауваження!

Представлені вище схеми не відрізняються високою точністю розрахованих параметрів, це пов'язано з тим, що при протіканні струму через світлодіод відбувається виділення тепла в ньому, що призводить до розігріву pn переходу, наявність опору токообмежує знижує цей ефект, але встановлення балансу відбувається при трохи підвищеному струмі через світлодіод . Тому доцільно для забезпечення стабільності застосовувати стабілізатори струму, а не стабілізатори напруги. При застосуванні стабілізаторів струму можна підключати тільки одну гілки світлодіодів.

Автор: Sivent; Публікація: cxem.net

Дивіться інші статті розділу Початківцю радіоаматору.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

У світі сучасної технології звуку виробники прагнуть не тільки бездоганної якості звучання, але й поєднання функціональності з естетикою. Одним із останніх інноваційних кроків у цьому напрямку є нова бездротова акустична система Samsung Music Frame HW-LS60D, представлена ​​на заході 2024 World of Samsung. Samsung HW-LS60D – це не просто акустична система, це мистецтво звуку у стилі рамки. Поєднання 6-динамічної системи з підтримкою Dolby Atmos та стильного дизайну у формі фоторамки робить цей продукт ідеальним доповненням до будь-якого інтер'єру. Нова колонка Samsung Music Frame оснащена сучасними технологіями, включаючи функцію адаптивного звуку, яка забезпечує чіткий діалог на будь-якому рівні гучності, а також автоматичну оптимізацію приміщення для насиченого звукового відтворення. За допомогою з'єднань Spotify, Tidal Hi-Fi і Bluetooth 5.2, а також інтеграцією з розумними помічниками, ця колонка готова задовольнити ...>>

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Випадкова новина з Архіву Навігація всередині приміщень 19.07.2017 ZTE Corporation оголосила про запуск свого рішення щодо організації "розумної" навігації та визначення місцезнаходження автомобіля всередині приміщень (Indoor Intelligent Navigation, Smart Car Seeking). Рішення забезпечує безшовну навігацію на вулиці та всередині приміщень, "розумне" визначення місцезнаходження автомобіля та відкриту систему обслуговування (COS). Використовуючи рішення для внутрішнього покриття QCell, технологію мобільних периферійних обчислень (MEC) і заснований на технології IoT механізм виявлення об'єктів за допомогою магнітної індукції, рішення "розумне" управління внутрішніми парковками (як для паркувань з великою кількістю паркувальних місць, так і для багаторівневих паркувань) вимагає малих витрат та демонструє високу ефективність. Рішення дозволяє оператору побудувати сучасну, зручну в експлуатації та "розумну" будівлю, встановивши стабільний зв'язок між об'єктами у вирішенні. Використання навігаційних приладів при русі на вулиці вже стало невід'ємною частиною нашого повсякденного життя, проте пошук вільного місця для паркування в підземній парковці часто займає досить тривалий час. Впоратися з цим завданням дозволяє рішення ZTE щодо організації "розумної" навігації та визначення місцезнаходження автомобіля всередині приміщень. При виявленні автомобіля, що наближається, система внутрішнього покриття QCell автоматично повідомляє про це в систему MEC. Це забезпечує високу точність навігації всередині приміщення, гарантує можливість резервування паркувального місця та планування маршруту руху автомобіля. Сучасні підземні паркування найчастіше є багаторівневими, та їх площа може перевищувати 10 тис. кв. м. У таких умовах легко заблукати або забути, де саме було припарковано автомобіль. Використання QCell дозволяє відстежити маршрут руху користувача, а заснований на технології IoT механізм виявлення об'єктів за допомогою магнітної індукції - визначає алгоритми руху, аналізує і запам'ятовує місце паркування автомобіля. Щоб отримати детальну інформацію про точне розташування свого автомобіля та про те, як до нього дістатися, клієнту, перебуваючи на внутрішній парковці, достатньо відсканувати QR-код і натиснути на "Navi." у спеціальному додатку. Таким чином водієві більше не потрібно запам'ятовувати номер паркувального місця, обліковий номер паркувальної зони або маршрут руху, зараз достатньо включити навігацію і в режимі реального часу дотримуватися вказівок системи.

Інші цікаві новини:

▪ Червоне вино захистить від застуди

▪ Штучний острів для біженців

▪ Нові модулі Bluetooth 5.0 від STMicroelectronics

▪ Хочете близнюків - пийте молоко

▪ Судноплавство забруднює повітря

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Стабілізатори напруги. Добірка статей

▪ стаття Зелений змій. Крилатий вислів

▪ стаття Хто є володарем світового рекорду тривалості перебування при владі? Детальна відповідь

▪ стаття Виготовлення електронної плати. Поради радіоаматорам

▪ стаття Олійні лаки. Прості рецепти та поради

▪ стаття Бантик з мотузки. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024