Относно използването на светодиоди, LED устройство, как да запалите LED

Сега всички са запознати със светодиодите: LED светлини, LED лампи, панделки и много други. Благодарение на усилията на разработчиците се появиха абсолютно екзотични устройства, например дюза на водна чешмяна.

Външно това е прозрачен пластмасов цилиндър: изля се хладна вода - вътре в дюзата светва син светодиод, става по-топло - пожълтява и дори ако водата е прекалено гореща, дюзата става червена. Съдържанието на вътрешното пълнене не е известно, но фактът, че светодиодите се използват като излъчващи елементи, е очевиден.

Първият светодиод е разработен в университета в Илинойс през 1962г. През 1990 г. се раждат ярки, а по-късно и супер светли светодиоди.

Самият светодиод е много подобен на конвенционален диоден токоизправител, само когато през него преминава постоянен ток, полупроводниковият кристал започва да свети. Английското име за светодиоди е светодиод, или LED, което буквално може да се преведе като светодиод.

За да се получат различни дължини на вълната на излъчване (цвят), към полупроводника се добавят различни добавки. Добавянето на алуминий, хелий, индий, фосфор кара кристалът да излъчва цветове от червено до жълто. За да получат сияние от синьо до зелено, кристалите са легирани с частици азот, галий или индий.

В наши дни белите светодиоди вероятно са най-често срещаните. По същество това са продукти за създаване на осветление, от фенерчета, сувенири до сериозни прожектори за монтаж на покриви и фасади на сгради. Но ето една интересна подробност: в природата няма полупроводников материал, който да свети в бяло.

Как да съм тук? Ултравиолетовото лъчение помогна да се измъкне от тази ситуация: "ултравиолетовият" кристал е покрит със слой фосфор, приблизително същият, както беше направен в луминесцентни лампи, в резултат на което светодиодът свети бяло.

Но има и някаква засада. Както при флуоресцентните лампи, фосфорът губи свойствата си с течение на времето, сиянието става слабо. Въпреки това, за да се случи такова износване, светодиодът трябва непрекъснато да свети поне една година, а може би и повече. Така че с периодичното включване и изключване, експлоатационният живот на тези устройства е доста голям.

Първоначално светодиодите са били предназначени главно за индикаторни устройства, те заменят миниатюрните лампи с нажежаема жичка. Ползите тук са неоспорими. Това е ниска консумация на енергия, ниско захранващо напрежение, а също и висока издръжливост: лампата с нажежаема жичка има експлоатационен живот не повече от хиляда часа, докато за светодиодите този параметър възлиза на няколко десетки хиляди.

Някои източници твърдят, че светодиодът може да работи непрекъснато до 11 години! Но в някои устройства, за да се замени електрическа крушка, трябва да се прибегне до значително разглобяване на кутията и целия дисплей. Тук чук, длето и някаква друга майка помагат изцяло.

Отличителен параметър на светодиодите е разнообразие от цветове, което елиминира нуждата от филтри. В сравнение с лампите с нажежаема жичка LED крушки притежават повишена механична якост, което улеснява понасянето на вибрации и ударни натоварвания. В разумни граници, разбира се.

LED устройство

Първите светодиоди са произведени в метални кутии с прозрачен прозорец. С подобряването на технологиите корпусът започна да се изработва изцяло от пластмаса.Цветът на пластмасата, като правило, съответства на цвета на сиянието, но прозрачните случаи също са много често срещани. Какъв цвят свети такъв LED, може да разберете само след включването му.

Същото като конвенционален диоден изправителСветодиодът има два пина анод и катод. Затова при свързване спазвайте полярността. Изходът на анода, като правило, е малко по-дълъг от катода, но това все още е нов светодиод. Ако краката вече са подрязани, тогава изводите могат да се определят от „пословичния“ мултицет: с правилната полярност на връзката светодиодът светва малко.

В обратна посока устройството трябва да показва голямо съпротивление, почти отворено, какъвто е случаят с конвенционален изправител. Вътрешното разположение на светодиода в прозрачен корпус е показано на фигура 1.

Фигура 1. Вътрешната структура на светодиода в прозрачен калъф

Как да запалим LED

Доста често радиолюбителите задават въпроса: „Какво напрежение е необходимо, за да запали светодиод?“. Тук можете да видите аналогията с лампи с нажежаема жичка. Тази лампа е за 220V, а тази е за 12. В случай на използване на LED, не може да се каже, че този светодиод е за 5V, а този е за 12V. Въпросът е защо е така?

Факт е, че светодиодът е устройство за ток: резистор с ограничаващ ток се включва последователно с него, както е показано на фигура 2.

Фигура 2 LED схема на окабеляване чрез резистор, ограничаващ тока

Лесно е да се види, че светодиодът е свързан към източник на постоянен ток с правилната полярност: анодът е свързан към положителния полюс на акумулатора, а катодът - чрез ограничаващия резистор, съответно, към отрицателния. Естествено, ограничаващият резистор може да бъде включен и в разкъсването на анодния изход, защото веригата е серийна!

Източникът на постоянен ток на фигурата е показан като галванична клетка с напрежение не повече от един и половина волта. Всъщност това може да бъде батерия от клетки с напрежение 12 ... 24V, а при правилно включване дори и мрежа за променлив ток от 220V. Основното е да ограничите постоянния ток през светодиода на нивото, посочено в техническата документация. За повечето съвременни светодиоди този ток е 20mA.

Но ето правилно да направим малка забележка относно проблема с LED напрежението. Факт е, че в момента с цел миниатюризация на електронното оборудване е създадено производство на светодиоди с интегриран ограничителен резистор, вграден в корпуса. Тази интеграция ни позволява да кажем, че този светодиод има работно напрежение 12V, а този е само 5.

Именно с тази маркировка можете да видите ценовите марки по рафтовете на радиопазарите. Вярно е, че такива устройства не са често срещани, следователно, не трябва да се забравя за ограничаващия резистор.

Има и категория светодиоди, проектирани за конкретно работно напрежение. Това са така наречените мигащи светодиоди, съдържащи интегриран генератор вътре, което кара кристала да мига с дадена честота. Опитите за промяна на мигащата честота с помощта на външни кондензатори и други трикове са обречени на неуспех. Въпреки че известна промяна в честотата може да бъде постигната чрез промяна на захранващото напрежение.

И така, мигащите светодиоди се произвеждат специално за определено напрежение: високо напрежение 3 ... 14V и ниско напрежение 1,8 ... 5V. В същото време вграденият ограничаващ резистор за мигащи светодиоди с ниско напрежение отсъства. Тук трябва да проявите максимално внимание. Но обратно към обикновените светодиоди.

Така че, вече беше казано, че постоянният ток на повечето светодиоди е 20 милиампеса. Възможно е да направите малко по-малко (просто яркостта ще спадне, а цветът ще бъде малко по-различен от очакваното), но повече е крайно нежелателно. Именно тази стойност на тока е предназначена да осигури ограничаващия резистор, показан на фигура 2.

За да изчислите стойността на съпротивлението на този резистор, трябва да знаете два параметъра.Първо, това е захранващото напрежение на веригата (имайте предвид, че това е СХЕМИ, а не единичен светодиод) и второ, директен спад на напрежението върху светодиода.

Този директен спад е предвиден в техническата документация, а за повечето видове светодиоди е в диапазона от 1,8 ... 3,6 V (за всеки тип свой, но най-често 2V). Това ще бъде директният спад на напрежението на светодиода при ток от 20 mA. С такива данни е много просто да се изчисли съпротивлението на ограничаващия резистор. За да изясните откъде идва, можете да използвате простата диаграма, показана на фигура 3.

Фигура 3LED схема за свързване

Очевидно е, че серийно свързаният резистор R1 и LED HL1 са разделител на напрежението. Известно е също, че директен спад на напрежението върху светодиода според референтните данни е точно 2V. Тук имаме толкова добър светодиод.

Тогава при захранващо напрежение от 12 V падането на напрежението през резистора R1 ще бъде 12V - 2V = 10V. Следователно, според закона на Ом, е лесно да се изчисли съпротивлението на резистора, при което токът през светодиода ще бъде 20mA: R = U / I = 10V / 20mA = 0,5KΩ.

Формула за изчисляване на ограничаващия резистор:

Тук всичко е ясно и просто. В числителя са захранващото напрежение и директен спад на напрежението на светодиода. Знаменателят съдържа необходимия ток през светодиода, умножен по коефициент на надеждност 0,75. В механиката това се нарича граница на безопасност.

В случай, че няколко светодиода са свързани последователно, спадът на напрежението върху тях просто се сумира и се замества във формулата, показана по-горе. Естествено, в този случай съпротивлението R в този случай става по-малко, отколкото за единичен светодиод.

Естествено, някаква мощност се освобождава върху резистора. Така че резисторът да не изгори веднага или с течение на времето, неговата мощност обикновено се изчислява по формулата:

Всички количества имат размер на системата SI: напрежение във волта, съпротивление в ома, мощност във ватове.

Доста често има нужда от различни методи за свързване на светодиоди, свързването им към различни източници на енергия, но това ще бъде разгледано в продължението на статията.

Вижте също: Как да свържете LED лентата към захранването

Борис Аладишкин