На сколько вольт бывают светодиоды
Параметры светодиодов большей частью зависят от материала, из которого изготовлен p-n переход, хотя часть характеристик все же зависит от конструктива. Типовые значения рабочего напряжения и цвет свечения для маломощных элементов при токе 20 мА сведены в таблицу:
| Материал | Цвет свечения | Диапазон прямых напряжений, В |
| GaAs, GaAlAs | Инфракрасный | 1,1 – 1,6 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Красный | 1,5 – 2,6 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Оранжевый | 1,7 – 2,8 |
| GaAsP, GaP, AlInGaP | Желтый | 1,7 – 2,5 |
| GaP, InGaN | Зеленый | 1,7 – 4 |
| ZnSe, InGaN | Голубой | 3,2 – 4,5 |
| Люминофор | Белый | 2,7 – 4,3 |
Мощные осветительные светодиоды работают при больших токах. Так, кристалл популярного LED 5730 предназначен для длительной эксплуатации при токе 150 мА. Но из-за крутой ВАХ, стабилизирующей падение напряжения, его Uраб составляет около 3,2 В, что укладывается в указанное в таблице значение.
Светодиоды с волновыми ресиверами
На 12 вольт светодиод через волновой ресивер разрешается подключать только с открытым модулятором. В данном случае резисторы используются импульсного типа. Многие эксперты рекомендуют не применять поглощающие фильтры. Трансивер устанавливается с проходным изолятором. Иногда уровень номинального сопротивления может сильно повышаться в цепи. Чтобы решить представленную проблему, следует использовать сетчатые фильтры. На рынке они продаются разного размера. Расширитель в цепи используется с двумя переходниками. Если рассматривать схему с триггером, то светодиод следует устанавливать через усилитель. Таким образом решится проблема с резким повышением цветовой температуры.
Достоинства и недостатки светодиодов
Плюсы
- Высокая механическая и вибрационная стойкость.
- Небольшой разогрев.
- Маленькие габаритные размеры, легкий
- Долговечность.
- Низкое энергопотребление и мощность.
- Возможность регулирования интенсивности свечения.
- Высокие декоративные качества: разнообразие цветов и оттенков свечения.
- Безынерционность: включаются сразу на полную мощность.
- Возможность работы при низких температурах.
- Низкая цена индикаторных светодиодов.
- Безопасность: низкие рабочие значения напряжения и тока.
Минусы
- Высокая цена SMD.
- Ухудшения со временем качества кристалла: чем дольше светодиод работает, тем он тусклее.
- Повышенные требования к источнику питания.
- Недопустимы даже небольшие превышения минимальных и максимальных значений электрических параметров.
Расчет резистора для светодиода
Осуществить расчет резисторов по силам не только специалистам. Достаточно базовых знаний и понимания физики процесса. Чтобы определить необходимое сопротивление резисторов, нужно учитывать следующие важные факторы:
- Маркировка на устройстве отображает так называемое напряжение падения, которое необходимо для расчета необходимого напряжения и для подбора резисторов.
- Числовое значение напряжения определяется в виде разницы между напряжением агрегата и напряжением питания светодиода;
- Чтобы рассчитать необходимое сопротивление, нужно разделить остаточное напряжение на величину тока, необходимую для бесперебойной работы системы.
Математический расчет сопротивления резистора
Согласно второму правилу Кирхгофа, можно составить равенство U = Ur + Uled, которое можно интерпретировать таким образом: U = I x R + I x Rled, где Rled – это дифференциальное сопротивление.
Значение Rled меняется вместе с изменением работы полупроводника. В данном случае соотношение переменных величин тока и напряжения определяет величину сопротивления.
Также есть смысл вывести формулу для вычисления сопротивления резистора: R = (U – Uled) / I, Ом. В данной формуле Uled – это паспортная величина для конкретного типа светодиода.
Как рассчитать резистор графическим способом?
При наличии ВАХ светодиода расчет резистора для светодиодов можно осуществить графическим методом, хотя такой способ и не очень распространен. Зная ток нагрузки, можно с помощью графика определить прямое напряжение. Необходимо с оси ординат (I) провести прямую до пересечения с кривой и опустить на ось абсцисс.
Особенности расчета
Каким бы ни было подключение резистора, всегда есть свои тонкости и нюансы. Постараемся разобраться, в чем особенности последовательного, параллельного и смешанного способов соединения.
Последовательное соединение
При последовательной схеме светодиоды расставляются друг за другом, и обычно достаточно одного резистора, если удастся корректно произвести расчет сопротивления. Это можно объяснить тем, что в электроцепи в каждом месте установки электроприбора имеется один и тот же ток, значение которого не изменяется.
Параллельное соединение
Часто бывает необходимость в подключении нескольких диодов к одному и тому же источнику. В теории можно использовать один токоограничивающий резистордля питания нескольких LED, соединенных параллельно.
Стоит отметить, что даже в «китайских» моделях производитель устанавливает отдельный ограничительный резистор. При общем балласте для нескольких LED значительно растет вероятность поломки диодов, излучающих свет.
Смешанное соединение
При выборе смешанного соединения схему следует рассчитывать отдельно для каждой последовательной цепи. Если количество и типы светодиодов одинаковы в каждой из последовательных цепей, расчет можно произвести единожды для любой группы диодов
Важно, чтобы все светодиоды были однотипными, как минимум, в пределах общей цепи
Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора
Рассмотрим пример расчета сопротивления резистора LED SMD 5050, при работе с которой следует учитывать некоторые конструкционные особенности светодиода, который включает три независимых кристалла.
При условии, что LED SMD 5050 одноцветный, напряжение на кристалле будет отличаться максимум на 0.1 В. Таким образом, светодиод может быть запитан от одного резистора, а три анода можно объединить в одну группу, три катода – соответственно, в другую. Для подключения SMD 5050 с параметрами ULED=3,3 В и ILED=0,02 А.
R = (5 – 3.3) / (0.02 х 3) = 28.3 Ом. Ближайший стандартный показатель составляет 30 Ом. К установке принимаем резистор с сопротивлением 30 Ом и мощностью 0.25 Вт.
Для максимального удобства и скорости проведения расчетов можно использовать специальный онлайн калькулятор расчет резистора. Этот инструмент дает возможность произвести расчет резисторов в кратчайшие сроки с минимальными затратами времени и сил.
Как определить напряжение
Самый очевидный метод определения напряжения полупроводникового прибора – это использовать регулируемый источник питания. Если блок питания регулируется с нуля и при этом возможен контроль тока (а еще лучше – его ограничение), то больше ничего не нужно.
Надо подключить LED к источнику, строго соблюдая полярность. Дальше надо плавно поднимать напряжение (до 3..3,5 В). При определенном напряжении светодиод вспыхнет в полную силу. Этот уровень будет примерно соответствовать рабочему току, который можно считать по амперметру. Если у прибора нет встроенного амперметра, то крайне желательно контролировать ток по внешнему прибору.
Проверка светодиода с помощью регулируемого источника питания.
Такой метод применим к приборам оптического диапазона. Свечение УФ- и ИК-светодиодов не видно человеческим зрением, но в последнем случае можно наблюдать за включением LED через камеру смартфона. Таким методом можно отследить появление инфракрасного излучения.
Свечение ИК-светодиода не видно невооруженным глазом, но наблюдается через камеру смартфона.
Если регулируемого источника нет, можно взять обычный блок питания с фиксированным выходом, заведомо превышающим предполагаемое напряжение светодиода. Или даже батарейку на 9 В, но в этом случае можно будет проверить только светодиод небольшой мощности. К светоизлучающему элементу надо последовательно припаять резистор так, чтобы ток в цепи не превысил верхний предел. Если предполагается, что LED маломощный и работает при токе не более 20 мА, то для источника с выходным напряжением 12 В резистор должен быть около 500 Ом. Если используется мощный осветительный прибор (например, типоразмера 5730) с током 150 мА (батарейка такой ток обеспечит не всегда), то резистор должен быть около 10 Ом. Надо подключить цепочку к источнику постоянного напряжения, убедиться в зажигании LED и замерить падение напряжения на нем.
Светодиод с припаянным резистором.
Существуют и альтернативные способы узнать, на сколько вольт рассчитан светодиод.
Мультиметром
Правильная полярность подключения LED к тестеру.
У некоторых мультиметров напряжение, подаваемое на клеммы в режиме тестирования диодов, достаточно велико для зажигания LED. Такой измерительный прибор можно использовать для определения рабочего напряжения светодиода, одновременно проверяя цоколевку полупроводникового элемента. При верном подключении p-n переход начнет светиться, а тестер покажет какое-то сопротивление (зависит от типа LED). Проблема этого метода в том, что для замера фактического значения Uрабочего на выводах светодиода потребуется второй мультиметр. И другой момент: измерительного напряжения мультиметра вряд ли будет достаточно для вывода светодиода в рабочую точку по току. Визуально это заметно по недостаточно яркому свечению, а для замеров это будет означать, что светодиод не вышел на линейную часть ВАХ и фактическое значение рабочего напряжения будет выше.
По внешнему виду
Сигнальные светодиоды различного цвета свечения.
Рабочее напряжение приблизительно можно оценить по внешнему виду и цвету свечения LED (иногда цвет можно определить даже не подавая питание на прибор). Для этого можно воспользоваться таблицей, приведенной выше. Но однозначно определить напряжение по цвету свечения светодиода не получится. Зачастую производители подкрашивают компаунд, чтобы цвет излучения p-n перехода сложился с цветом линзы и получился новый оттенок. К тому же даже в пределах одного цвета существует разброс параметров (см. таблицу) для светодиодов разных типов. Так, для LED белого свечения разница напряжений может достигать более 50%.
Как правильно подключить светодиод к бортовой сети.
Для правильной работы светодиода необходимо ограничить ток протекающий через него.
Для этого, к бортовой сети светодиод подключается последовательно с токоограничивающим резистором. Необходимость в ограничении тока обосновывается зависимостью срока службы светодиода от проходящего тока, чем он выше тем меньше срок службы. Но следует отметить, что зависимость эта нелинейная и при превышении определенного рекомендованного порога (смотрите Datasheet на вашу модель) диод выходит из строя.
На рисунке приведены несколько вариантов включения светодиодов с резисторами а так же указаны какие из включений являются оптимальными, какие правильными но менее оптимальными в плане энергопотребления, а какое неправильное и приведет к значительному сокращению срока службы светодиодов. С вариантом схемы включения определились, теперь предстоит выяснить какой резистор нужен для светодиода.
Онлайн калькулятор: “Расчет резистора для светодиода”.
Формула для расчета резистора выглядит следующим образом: R= (Uпит – (Uпр.св* N))/I
Где: Uпит- напряжение источника питания Uпр.св- прямое напряжение на светодиоде, N-количество светодиодов, I- ток проходящий через светодиод. Естественно возникает вопрос где взять эти данные? Для тех кто решил махнуть рукой т.к. не знает ничего о названии и происхождении добытых диодов,- скажу не спешите, чуть ниже будет дано универсальное решение вашего вопроса.
Давайте рассмотрим в качестве примера Datasheet на 3 миллиметровый светодиод фирмы kingbright
На рисунке ниже скриншот с указанием характеристик светодиода при силе тока проходящего через него 2 мА при температуре 25С. Из всех представленных характеристик нас интересует лишь Forward Voltage – прямое напряжение на светодиоде.
- мощности
- импульсного тока
- прямого постоянного тока (DC Forward Current) именно это значение нас и интересует, в данном случае нельзя допускать прохождение тока выше 25 миллиампер
(при температуре 25 градусов по Цельсию).
Последний рисунок иллюстрирует зависимость характеристик от условий использования:
- зависимость прямого напряжения от проходящего тока
- зависимость интенсивности светового потока от проходящего тока
- зависимость проходящего тока от температуры
- зависимость интенсивности светового потока от от температуры
Исходя из полученных в Datasheet данных можно сделать вывод, что оптимальным является значение проходящего тока от 2 до 10 миллиампер, при этом типовое значение прямого напряжение на выводах светодиода составляет от 1,9 до 2 Вольт.
Пример расчета №1
Если ввести в онлайн калькулятор напряжение бортовой сети 12 (В), значение тока 2 (мА), значение прямого напряжения 1,9 (В) количество светодиодов 1 получим расчетное значение резистора = 5050 Ом Ближайший производственный номинал резистора 5100 Ом или 5,1 кОм маркировка отечественных резисторов 5к1 маркировка smd резистора 512
Пример расчета №2
Если ввести в калькулятор напряжение бортовой сети грузовика 24 (В), значение тока 10 (мА) светим по полной:), значение прямого напряжения 2 (В) количество светодиодов 3 (маленькая гирлянда получилась) расчетное значение резистора = 1800 Ом Ближайший производственный номинал резистора 1800 Ом или 1,8 кОм маркировка отечественных резисторов 1к8 маркировка smd резистора 182
Рекомендации по подключению светодиодов с неизвестными характеристиками:
Светодиодные элементы все чаще применяются в сферах деятельности человечества как осветительные приборы для помещений, в уличных фонарях, карманных фонариках, при освещении аквариума. В автомобильной индустрии группы светодиодов широко используются для подсветки габаритных огней, стоп сигналов и поворотов.
Внешний вид светодиодов
Отдельными элементами с различными цветами обеспечивают подсветку приборной панели, индикацию понижения уровня охлаждающей жидкости радиатора. Невозможно перечислить все направления их использования: от украшения новогодней елки, подсветки аквариума до приборов ракетно-космической техники.
Они постепенно вытесняют обычные лампы накаливания. Многочисленные Интернет магазины в режиме онлайн продают светодиодные ленты и другие осветительные приборы. Также можно найти калькулятор расчета схем драйверов для них, если появится необходимость их ремонта или изготовления своими руками. Такому бурному развитию есть целый ряд причин.
Принцип работы и устройство световых диодов
Светодиоды отличает от привычных осветительных приборов отсутствие в нем нити накала, хрупкой колбы и газа в ней. Это принципиально отличный от них элемент. Говоря научным языком, свечение создается за счет наличия в нем материалов р- и n-типа. Первые накапливают положительный заряд, а вторые – отрицательный. Материалы р-типа накапливают в себе электроны, в то время, как в n-типе образуются дырки (места, где электроны отсутствуют). В момент появления на контактах электрического заряда они устремляются к р-n-переходу, где каждый электрон инжектируется именно в р-тип. Со стороны обратного, отрицательного контакта n-типа в результате подобного движения и возникает свечение. Оно обусловлено выделением фотонов. При этом не все фотоны излучают видимый человеческим глазом свет. Сила, которая заставляет двигаться электроны, называется током светодиода.
Эта информация ни к чему обычному обывателю. Достаточно знать, что светодиод имеет прочный корпус и контакты, которых может быть от 2-х до 4-х, а также то, что каждый светодиод имеет свое номинальное напряжение, необходимое для свечения.
Устройство светового диода с пояснениями
Полезно знать! Подключение производится всегда в одинаковом порядке. Это значит, что если к контакту «-» на элементе подключить «+», то свечения не будет – материалы р-типа просто не смогут зарядиться, а значит не будет и движения к переходу.
Основные характеристики светодиодов
Как и любой диод, LED имеет общие, «диодные» характеристики. Предельные параметры, превышение которых ведет к выходу прибора из строя:
- максимально допустимый прямой ток;
- максимально допустимое прямое напряжение;
- максимально допустимое обратное напряжение.
Остальные характеристики носят специфический «светодиодный» характер.
Цвет свечения
Цвет свечения – этот параметр характеризует СД оптического диапазона. У осветительных приборов в большинстве случаев белый с различной световой температурой. У индикаторных может быть любым из видимой цветовой гаммы.
Длина волны
Этот параметр в определенной степени дублирует предыдущий, но с двумя оговорками:
- у приборов ИК и УФ диапазонов видимого цвета нет, поэтому для них эта характеристика единственная, характеризующая спектр излучения;
- этот параметр больше применим для светодиодов с непосредственным излучением – элементы с люминофором излучают в широкой полосе, поэтому однозначно их свечение длиной волны не охарактеризовать (какая длина волны может быть у белого цвета?).
Поэтому длина излучаемой волны – достаточно информативная цифра.
Потребляемый ток
Потребляемый ток – это рабочий ток, при котором яркость излучения оптимальна. При его небольшом превышении не происходит скорого выхода прибора из строя – и в этом его отличие от максимально допустимого. Снижение его также нежелательно – интенсивность излучения упадет.
Мощность
Потребляемая мощность – здесь все просто. На постоянном токе – это просто произведение потребляемого тока на приложенное напряжение. Путаницу в это понятие вносят производители светотехники, указывая на упаковке крупными цифрами эквивалентную мощность – мощность лампы накаливания, световой поток которой равен потоку данного светильника.
Видимый телесный угол
Видимый телесный угол проще всего представить в виде конуса, исходящего из центра источника света. Данный параметр равен углу раскрыва этого конуса. Для индикаторных светодиодов он определяет, как срабатывание сигнализации будет видно со стороны. Для осветительных элементов от него зависит световой поток.
Максимальная сила света
Максимальная сила света в технических характеристиках прибора указывается в канделах. Но на практике удобнее оказалось оперировать понятием светового потока. Световой поток (в люменах) равен произведению силы света (в канделах) на видимый телесный угол. Два светодиода с равной силой света дают разное освещение при разном угле. Чем больше угол, тем больше световой поток. Так удобнее для расчета систем освещения.
Падение напряжения
Падение напряжения при прямом токе – это напряжение, которое падает на светодиоде в открытом состоянии. Зная его, можно рассчитать напряжение, потребное, например, для открывания последовательной цепочки светоизлучающих элементов.
Watch this video on YouTube
Делаем простой детектор СВЧ-поля
Категории: Наука, Обзоры
Делаем Wi-Fi усилитель на 2,4 Ггц
Самодельная Wi-Fi антенна из бумаги и фольги
Простой ремонт светодиодной лампы
Прошивка и переделка iMAX B6 до 200w
Вам интересно, в каком из ваших мобильных телефонов самый мощный передатчик, в нижней или верхней части вашего смартфона стоит передающая антенна, горизонтально расположена или вертикально, что больше излучает микроволновка или телефон?
Предлагаем вам сделать своими руками простенький детектор электромагнитного СВЧ-излучения. Этот детектор пригодится также в настройке и сравнении характеристик разных передатчиков и антенн, позволит определить в горизонтальной или вертикальной поляризации передается сигнал и т. д..
Параллельное соединение светодиодов
Светодиоды имеют две ножки, поэтому их можно успешно подключать параллельно или последовательно. Если бы все диоды были соединены параллельно, схема выглядела бы так:
Но это недопустимое решение!
Каждый светодиод имеет прямое напряжение, которое может незначительно отличаться от одного светодиода к другому — даже в пределах одной и той же серии. Ток для всех 4 LED течет от резистора и распределяется между диодами. В этом случае на светодиодах будет выставлено одно напряжение, потому что они включены параллельно. Сколько это будет? Неизвестно.
Ведь может оказаться, что на одном светодиоде прямое напряжение будет намного ниже, чем на остальных. Тогда почти весь ток, пропускаемый резистором, будет проходить именно через него. Светодиоды станут светить неравномерно, и со временем могут быть повреждены.
Что еще хуже, когда один из светодиодов выходит из строя и перестает светить, его ток будет распространяться на другие диоды. Таким образом, вместо 4 светодиодов, через которые протекает, например 10 мА (всего 40 мА), в схеме будет уже 3 светодиода, через которые протекает ~ 13 мА (ведь всего 40 мА). А если сразу 3 LED повреждены, весь ток (40 мА) будет проходить через последний, что приведет к его гарантированному повреждению!
Если светодиоды не идентичны, одни светятся ярче, другие — темнее. Этот эффект особенно заметен, когда берем светодиоды разного цвета.
Практический метод
Самые точные данные о прямом падении напряжения на светодиоде можно получить путём проведения практических измерений. Для этого понадобится регулируемый блок питания (БП) постоянного тока с напряжение от 0 до 12 вольт, вольтметр или мультиметр и резистор на 510 Ом (можно больше). Лабораторная схема для тестирования показана на рисунке.
Текущие показания на экране и будут номинальным прямым напряжением светодиода. Если ещё продолжить наращивать питание схемы, то расти будет только ток через полупроводник, а разность потенциалов на нём изменится не более чем на 0,1-0,2 вольт. Чрезмерное превышение тока приведёт к перегреву кристалла и электрическому пробою p-n-перехода.
Если рабочее напряжение на светодиоде установилось около 1,9 вольт, но при этом свечение отсутствует, то возможно тестируется инфракрасный диод. Чтобы убедиться в этом, нужно направить поток излучения на включенную фотокамеру телефона. На экране должно появиться белое пятно.
В отсутствии регулируемого блока питания можно воспользоваться «кроной» на 9 В. Также можно задействовать в измерениях сетевой адаптер на 3 или 9 вольт, который выдаёт выпрямленное стабилизированное напряжение, и пересчитать номинал сопротивления резистора.
Вычисление напряжения питания светодиода является необходимым шагом для любого проекта электроосвещения, и, к счастью, это сделать просто. Такие измерения необходимы, чтобы рассчитать мощность светодиодов, поскольку нужно знать его ток и напряжение. Мощность светодиода рассчитывается путем умножения тока на напряжение. При этом нужно быть крайне осторожным при работе с электрическими цепями, даже при измерениях небольших величин. В статье подробно рассмотрим вопрос о том, как узнать напряжение, чтобы обеспечить правильную работу светодиодных элементов.
Светодиод SMD 5050
Проще говоря, эти светодиодные чипы называются SMD 5050, поскольку размеры светодиодов 5,0 мм х 5,0 мм . Они имеют 3 светодиодных диода в одном корпусе (иногда называемые tri-chips) и намного ярче, чем отдельные светодиодные чипы 3528.
Они используются, когда вам нужна небольшая подсветка для вашей проектной области и особенно, для цветов RGB. Теоретически, сравнивая одинаковое количество микросхем, светодиоды SMD 5050 могут обеспечить световой поток в 3 раза больше, чем у полос 3528 , и поэтому светодиод 5050 хорошо подходит для освещения областей, которые могут подвергаться воздействию высоких уровней окружающего света. Однако, поскольку они больше по размеру, есть только так много, что вы можете поместиться на печатной плате. При использовании 5050 чипов существуют некоторые ограничения яркости.
Хотя они производят больше тепла, чем мелкие чипы, он по-прежнему значительно ниже, чем другие варианты освещения. Для этих типов светодиодов требуется более толстая печатная плата для отвода тепла от чипов.
5050-ые отличаются от 3528 светодиодов тем, что 5050 могут объединить три разных микросхемы внутри корпуса, чтобы создать миллионы цветовых вариаций .
Хотя размеры светодиодов 5050 можно использовать в одноцветных приложениях, мы обнаружили, что светодиоды 5050 лучше подходят для RGB и 3528 SMD с высокой плотностью для одноцветных приложений.
____________________________________________________________________________________________
Светодиодный прожектор SMD 3528
Они называются SMD3528, потому что размеры светодиодов составляют 3,5 мм * 2,8 мм. Эти светодиодные чипы (один светодиод на микросхему) яркие, но не такие яркие, как 5050 бок о бок. Однако при использовании в более высоком количестве может быть ярче, чем сравниваемая полоса 5050.
Эти светильники отлично подходят для подсветки телевизора, цветных брызг стен, акцентного освещения для изготовления коронок и картин, под столами и шкафами, барами и т. Д.
3528 светодиодов могут быть наиболее экономически эффективными, но не будут такими же яркими, если сравнивать их по отдельности с микросхемой 5050, но когда их 600 на барабане, они могут быть ярче, чем полоса 5050.
Совет по покупке: при сравнении освещения светодиодной полосы между компаниями, если обе конкурирующие полосы используют одни и те же чипы, посмотрите, сколько светодиодов находится на полосе, и найдите выход люмен для определения яркости.
Обратите внимание на количество светодиодов на ноге или метр. При поиске яркого светодиодного фонаря убедитесь, что вы сравниваете яблоки с яблоками, так как не все светодиодные полосы сделаны одинаково. ______________________________________
______________________________________
