O korzystaniu z diod LED, urządzenia LED, jak zapalić diodę LED

Wszyscy znają teraz diody LED: światła LED, lampy LED, wstążki i wiele innych. Dzięki staraniom twórców pojawiły się absolutnie egzotyczne urządzenia, na przykład dysza na kranu.

Na zewnątrz jest to przezroczysty plastikowy cylinder: wlewa się zimna woda - wewnątrz dyszy świeci się niebieska dioda LED, robi się cieplej - zmienia kolor na żółty, a nawet jeśli woda jest zbyt gorąca, dysza zmienia kolor na czerwony. Zawartość wewnętrznego wypełnienia jest nieznana, ale fakt, że diody LED są używane jako elementy emitujące, jest oczywisty.

Pierwsza dioda LED została opracowana na University of Illinois w 1962 roku. W 1990 r. Narodziły się jasne, a później bardzo jasne diody LED.

Sama dioda LED jest bardzo podobna do konwencjonalnej diody prostowniczej, tylko gdy przepływa przez nią prąd stały, kryształ półprzewodnika zaczyna świecić. Angielska nazwa diod LED to dioda elektroluminescencyjna lub LED, która dosłownie może być przetłumaczona jako dioda elektroluminescencyjna.

Aby uzyskać różne długości fali promieniowania (koloru), do półprzewodnika dodaje się różne domieszki. Dodatek glinu, helu, indu, fosforu powoduje, że kryształ emituje kolory z czerwonego na żółty. Aby uzyskać świecenie z niebieskiego na zielony, kryształy są domieszkowane cząsteczkami azotu, galu lub indu.

W dzisiejszych czasach białe diody LED są prawdopodobnie najczęstsze. Zasadniczo są to produkty do tworzenia oświetlenia - od latarek, pamiątek po poważne reflektory do montażu na dachach i fasadach budynków. Ale oto interesujący szczegół: w naturze nie ma materiału półprzewodnikowego, który mógłby świecić na biało.

Jak tu być Promieniowanie ultrafioletowe pomogło wydostać się z tej sytuacji: kryształ „ultrafioletowy” jest pokryty warstwą luminoforu, mniej więcej taką samą jak w lampach fluorescencyjnych, w wyniku czego dioda LED świeci na biało.

Ale jest też trochę zasadzki. Podobnie jak w lampach fluorescencyjnych luminofor z czasem traci swoje właściwości, blask staje się słaby. Aby jednak nastąpiło takie zużycie, dioda LED musi świecić nieprzerwanie przez co najmniej rok, a może nawet dłużej. Tak więc przy okresowym włączaniu i wyłączaniu żywotność tych urządzeń jest dość duża.

Początkowo diody LED były przeznaczone głównie do wskazywania urządzeń, zastąpiły miniaturowe żarówki. Korzyści tutaj są niezaprzeczalne. Jest to niskie zużycie energii, niskie napięcie i duża trwałość: lampa żarowa ma żywotność nie większą niż tysiąc godzin, podczas gdy diody LED mają ten parametr w dziesiątkach tysięcy.

Niektóre źródła podają, że dioda LED może pracować nieprzerwanie do 11 lat! Ale w niektórych urządzeniach, aby wymienić żarówkę, należy zastosować znaczny demontaż obudowy i całego panelu wyświetlacza. Tutaj młot, dłuto i jakaś inna matka pomagają w pełni.

Charakterystycznym parametrem diod LED jest różnorodność kolorów, co eliminuje konieczność stosowania filtrów. W porównaniu do lamp żarowych Żarówki LED posiadają zwiększoną wytrzymałość mechaniczną, co ułatwia tolerowanie wibracji i obciążeń udarowych. Oczywiście w rozsądnych granicach.

Urządzenie LED

Pierwsze diody LED zostały wyprodukowane w metalowych obudowach z przezroczystym okienkiem. Gdy technologia uległa poprawie, kadłub zaczął być całkowicie wykonany z tworzywa sztucznego.Kolor plastiku z reguły odpowiada kolorowi blasku, ale przezroczyste obudowy są również bardzo powszechne. Jakiego koloru świeci taka dioda LED, można dowiedzieć się dopiero po jej włączeniu.

Taki sam jak konwencjonalna dioda prostowniczaDioda LED ma dwa piny anody i katody. Dlatego podczas łączenia należy obserwować biegunowość. Wyjście anody z reguły jest nieco dłuższe niż katody, ale wciąż jest to nowa dioda LED. Jeśli nogi są już przycięte, wnioski można określić za pomocą „przysłowiowego” multimetru: przy prawidłowej polaryzacji połączenia dioda LED lekko się zapala.

W przeciwnym kierunku urządzenie powinno wykazywać duży opór, prawie otwarty, jak ma to miejsce w przypadku konwencjonalnej diody prostowniczej. Wewnętrzny układ diody LED w przezroczystej obudowie pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Wewnętrzna struktura diody LED w przezroczystej obudowie

Jak zapalić diodę LED

Dość często amatorzy-amatorzy radiowi zadają pytanie: „Jakie napięcie jest potrzebne, aby zapalić diodę LED?”. Tutaj możesz zobaczyć analogię z żarówkami. Ta lampa jest na 220 V, a ta na 12. W przypadku zastosowania diody LED nie można powiedzieć, że ta dioda jest na 5 V, a ta na 12 V. Pytanie brzmi: dlaczego tak jest?

Faktem jest, że dioda LED jest urządzeniem prądowym: rezystor ograniczający prąd jest włączany szeregowo z nim, jak pokazano na rysunku 2.

Rycina 2 Schemat okablowania LED przez rezystor ograniczający prąd

Łatwo zauważyć, że dioda LED jest podłączona do źródła prądu stałego o prawidłowej biegunowości: anoda jest podłączona do dodatniego bieguna akumulatora, a katoda odpowiednio przez rezystor ograniczający do ujemnego. Naturalnie rezystor ograniczający można również uwzględnić w pęknięciu wyjścia anodowego, ponieważ obwód jest szeregowy!

Źródło prądu stałego na rysunku pokazano jako ogniwo galwaniczne o napięciu nie większym niż półtora wolta. W rzeczywistości może to być bateria ogniw o napięciu 12 ... 24 V, a przy odpowiednim włączeniu nawet sieć oświetlenia AC 220 V. Najważniejsze jest ograniczenie prądu stałego przez diodę LED na poziomie określonym w dokumentacji technicznej. W przypadku większości nowoczesnych diod LED prąd ten wynosi 20 mA.

Ale tutaj jest słuszne zrobić małą uwagę na temat napięcia LED. Faktem jest, że obecnie, w celu miniaturyzacji sprzętu elektronicznego, powstała produkcja diod LED ze zintegrowanym opornikiem ograniczającym zintegrowanym w obudowie. Ta integracja pozwala nam powiedzieć, że ta dioda LED ma napięcie robocze 12 V, a ta ma tylko 5.

Dzięki temu oznaczeniu można zobaczyć metki na półkach rynków radiowych. To prawda, że ​​takie urządzenia nie są powszechne, dlatego nie należy zapominać o rezystorze ograniczającym.

Istnieje również kategoria diod LED przeznaczonych do określonego napięcia roboczego. Są to tak zwane migające diody LED zawierające zintegrowany generator wewnątrz, który sprawia, że ​​kryształ miga przy danej częstotliwości. Próby zmiany częstotliwości migania za pomocą zewnętrznych kondensatorów i innych sztuczek skazane są na niepowodzenie. Chociaż pewną zmianę częstotliwości można osiągnąć zmieniając napięcie zasilania.

Tak więc migające diody LED są wytwarzane specjalnie dla określonego napięcia: wysokiego napięcia 3 ... 14 V i niskiego napięcia 1,8 ... 5 V. W tym samym czasie nie ma wbudowanego rezystora ograniczającego dla migających diod LED niskiego napięcia. Tutaj musisz wykazać maksymalną uwagę. Ale wracając do zwykłych diod LED.

Tak więc już powiedziano, że prąd stały większości diod LED wynosi 20 miliamperów. Można zrobić trochę mniej (tylko jasność spadnie, a kolor będzie nieco inny niż oczekiwano), ale więcej jest wysoce niepożądane. Jest to ta wartość prądu, która ma zapewnić opornik ograniczający pokazany na rysunku 2.

Aby obliczyć wartość rezystancji tego rezystora, powinieneś znać dwa parametry.Po pierwsze, jest to napięcie zasilania obwodu (zwróć uwagę, to SCHEMATY, a nie pojedyncza dioda LED), a po drugie bezpośredni spadek napięcia na diodzie LED.

Ten bezpośredni spadek jest określony w dokumentacji technicznej, a dla większości rodzajów diod LED mieści się w zakresie 1,8 ... 3,6 V (dla każdego typu osobny, ale najczęściej 2 V). Będzie to bezpośredni spadek napięcia na diodzie LED przy prądzie 20 mA. Przy takich danych bardzo łatwo jest obliczyć rezystancję rezystora ograniczającego. Aby wyjaśnić, skąd pochodzi, możesz użyć prostego schematu pokazanego na rysunku 3.

Rycina 3Schemat połączeń LED

Oczywiste jest, że szeregowo połączony rezystor R1 i LED HL1 są dzielnikiem napięcia. Wiadomo również, że bezpośredni spadek napięcia na diodzie LED zgodnie z danymi odniesienia wynosi dokładnie 2 V. Tutaj mamy tak dobrą diodę LED.

Następnie, przy napięciu zasilania 12 V, spadek napięcia na rezystorze R1 wyniesie 12 V - 2 V = 10 V. Dlatego zgodnie z prawem Ohma łatwo jest obliczyć rezystancję rezystora, przy którym prąd przez diodę LED wyniesie 20 mA: R = U / I = 10 V / 20 mA = 0,5 KΩ.

Wzór do obliczania rezystora ograniczającego:

Tutaj wszystko jest jasne i proste. W liczniku są napięcie zasilania i bezpośredni spadek napięcia na diodzie LED. Mianownik zawiera wymagany prąd przez diodę LED pomnożony przez współczynnik niezawodności 0,75. W mechanice nazywa się to marginesem bezpieczeństwa.

W przypadku, gdy kilka diod LED jest połączonych szeregowo, spadek napięcia na nich po prostu sumuje się i jest zastępowany wzorem pokazanym powyżej. Oczywiście w tym przypadku rezystancja R w tym przypadku staje się mniejsza niż dla pojedynczej diody LED.

Oczywiście część rezystancji jest uwalniana. Aby rezystor nie wypalił się natychmiast lub z upływem czasu, jego moc oblicza się zwykle na podstawie wzoru:

Wszystkie wielkości mają wymiar układu SI: napięcie w woltach, rezystancja w omach, moc w watach.

Dość często istnieje potrzeba różnych sposobów łączenia diod LED, łączenia ich z różnymi źródłami zasilania, ale zostanie to omówione w dalszej części artykułu.

Zobacz także: Jak podłączyć pasek LED do zasilacza

Boris Aladyshkin