Меню

Номинальный ток светодиода что это

Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Светодиоды стремительно вытесняют лампы накаливания практически из всех областей, где их позиции казались непоколебимыми. Конкурентные преимущества полупроводниковых элементов оказались убедительными: низкая стоимость, долгий срок службы, а главное – более высокий КПД. Если у ламп он не превышал 5%, то некоторые производители светодиодов декларируют превращение в свет не менее 60% потребленной электроэнергии. Правдивость этих заявлений остается на совести маркетологов, но быстрое развитие потребительских свойств полупроводниковых элементов ни у кого сомнений не вызывает.

Внешний вид светодиода синего цвета.

Что такое светодиод и его принцип работы

Светодиод (СД, LED) представляет собой обычный полупроводниковый диод, изготовленный на основе кристаллов:

  • арсенида галлия, фосфида индия или селенида цинка – для излучателей оптического диапазона;
  • нитрида галлия – для приборов ультрафиолетового участка;
  • сульфида свинца – для элементов, излучающих в инфракрасном диапазоне.

Выбор данных материалов обусловлен тем, что p-n переход диодов, изготовленных из них, при приложении прямого напряжения излучает свет. У обычных диодов из кремния или германия такое свойство выражено очень слабо – свечение практически отсутствует.

Излучение светодиода не связано со степенью нагрева полупроводникового элемента, его вызывает переход электронов с одного энергетического уровня на другой при рекомбинации носителей зарядов (электронов и дырок). Свет, испускаемый в результате, является монохроматическим.

Особенностью такого излучения является очень узкий спектр, и выделить нужный цвет светофильтрами затруднительно. А некоторые цвета свечения (белый, синий) при таком принципе изготовления недостижимы. Поэтому в настоящее время распространена технология, при которой внешняя поверхность светодиода покрывается люминофором, а его свечение инициируется излучением p-n перехода (которое может быть видимым или лежать в УФ-диапазоне).

Устройство светодиода

Светодиод изначально был устроен так же, как и обычный диод – p-n переход и два вывода. Только корпус из прозрачного компаунда или из металла с прозрачным окном для наблюдения свечения. Но в оболочку прибора научились встраивать дополнительные элементы. Например, резисторы – чтобы включать светодиод в цепь нужного напряжения (12 В, 220 В) без внешней обвязки. Или генератор с делителем для создания мигающих светоизлучающих элементов. Также корпус стали покрывать люминофором, который светится при зажигании p-n перехода – так удалось расширить возможности LED.

Тенденция к переходу на безвыводные радиоэлементы не обошла и светодиоды. SMD-приборы стремительно захватывают рынок осветительной техники, имея преимущества в технологии производства. Такие элементы не имеют выводов. P-n переход монтируется на керамическом основании, заливается компаундом и покрывается люминофором. Напряжение подводится через контактные площадки.

Внутреннее устройство светодиода.

В настоящее время светотехнические устройства стали оснащаться светодиодами, изготовленными по COB-технологии. Суть её в том, что на одной пластине монтируется несколько (от 2-3 до сотен) p-n переходов, соединяемых в матрицу. Сверху все помещается в единый корпус (или формируется модуль SMD) и покрывается люминофором. У такой технологии большие перспективы, но вряд ли она полностью вытеснит другие исполнения СД.

Какие виды светодиодов существуют и где они применяются

Светодиоды оптического диапазона применяются в качестве элементов индикации и в качестве осветительных приборов. Для каждой специализации существуют свои требования.

Индикаторные светодиоды

Задача индикаторного светодиода – показать состояние прибора (наличие питания, аварийный сигнал, срабатывание датчика и т.п.). В этой сфере широко применяются LED со свечением p-n перехода. Приборы с люминофором применять не запрещено, но особого смысла нет. Здесь яркость свечения не на первом месте. В приоритете контрастность и широкий угол обзора. На панелях приборов применяют выводные светодиоды (true hole), на платах – выводные и SMD.

Осветительные светодиоды

Для освещения, наоборот, в основном применяют элементы с люминофором. Это позволяет получить достаточный световой поток и цвета, близкие к естественным. Выводные СД из этой области практически выдавлены SMD-элементами. Широкое применение находят COB-светодиоды.

В отдельную категорию можно выделить приборы, предназначенные для передачи сигналов в оптическом или ИК-диапазоне. Например, для пультов дистанционного управления бытовой аппаратурой или для охранных устройств. А элементы УФ-диапазона могут использоваться для компактных источников ультрафиолета (детекторы валют, биологических материалов и т.д.).

Внешний вид осветительного светодиода.

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

Кунусообразный видимый телесный угол свечения светодиода.

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.

Как узнать, на какое напряжение рассчитан светодиод

Самый простой способ узнать номинальное напряжение светодиода – обратиться к справочной литературе. Но если попался прибор неизвестного происхождения без маркировки, то его можно подключить к регулируемому источнику питания и плавно поднимать напряжение с нуля. При определенном напряжении светодиод ярко вспыхнет. Это и есть рабочее напряжение элемента. При такой проверке надо иметь в виду несколько нюансов:

  • испытуемый прибор может быть со встроенным резистором и рассчитан на достаточно высокое напряжение (до 220 В) – не каждый источник питания имеет такой диапазон регулировки;
  • излучение светодиода может лежать вне видимого участка спектра (УФ или ИК) – тогда момент зажигания визуально не определить (хотя свечение ИК-прибора в некоторых случаях можно увидеть через камеру смартфона);
  • подключать элемент к источнику постоянного напряжения надо со строгим соблюдением полярности, в противном случае легко вывести LED из строя обратным напряжением, превышающим возможности прибора.

Если нет уверенности в знании цоколевки элемента, лучше поднять напряжение до 3…3,5 В, если светодиод не зажегся — убрать напряжение, поменять подключение полюсов источника и повторить процедуру.

Как определить полярность светодиода

Для определения полярности выводов существует несколько методов.

  1. У безвыводных элементов (включая COB) полюсность напряжения питания обозначается прямо на корпусе – символами или приливами на оболочке.
  2. Так как светодиод имеет обычный p-n переход, его можно прозвонить мультиметром в режиме проверки диодов. Некоторые тестеры имеют измерительное напряжение, достаточное для зажигания светодиода. Тогда правильность подключения можно контролировать визуально по свечению элемента.
  3. Некоторые приборы производства CCCP в металлическом корпусе имели ключ (выступ) в районе катода.
  4. У выводных элементов вывод катода более длинный. По этому признаку определить цоколевку можно только у непаянных элементов. У бывших в употреблении LED выводы укорачиваются и изгибаются для монтажа произвольным образом.
  5. Наконец, узнать расположение анода и катода возможно тем же методом, что и для определения напряжения светодиода. Свечение будет возможно только при правильном включении элемента – катод к минусу источника, анод – к плюсу.
Читайте также:  Диаметр проводника максимальный ток

Развитие технологий не стоит на месте. Ещё несколько десятилетий назад светодиод был дорогой игрушкой для лабораторных опытов. Сейчас без него трудно представить жизнь. Что будет дальше – покажет время.

Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Как правильно рассчитать резистор для светодиода?

Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Что такое полупроводниковый диод, виды диодов и график вольт-амперной характеристики

Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Сравнение основных параметров светодиодных ламп и ламп накаливания, таблица соответствия мощности и светового потока

Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Принцип работы и основные характеристики стабилитрона

Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Описание, технические характеристики и аналоги выпрямительных диодов серии 1N4001-1N4007

Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Что такое тиристор, как он работает, виды тиристоров и описание основных характеристик

Источник

О светодиодах

Запись дневника создана пользователем Лифтанутый, 21.02.12
Просмотров: 16.000, Комментариев: 12

Лифтанутый Эпоха массового внедрения светодиодов в жизнь наступила незаметно. Они быстро внедряются в повседневную жизнь. Освещение, бытовая техника, реклама, автомобили, а теперь еще и высокотехнологичное растениеводство — это неполный перечень сфер их использования.

Я, как дачник, заинтересовался последней сферой и здесь пытаюсь популярно сообщить полезную информацию о светодиодах для растений.

Основные преимущества светодиодного освещения

• Экономия электроэнергии на освещении до 10 раз;
• Долговечность (срок в режиме непрерывного свечения службы не менее 5 лет);
• Отсутствие необходимости проведения дорогостоящих работ по обслуживанию светильников;
• Комфортное освещение с заданным спектром и без вредных пульсаций
• Простое решение для обеспечения аварийного режима освещения;
• Эстетически привлекательное решение при небольших затратах;
• Безопасность эксплуатации;
• Высокая устойчивость к вибрациям;

В освещении — светодиоды следующая, после электроламп, ступень развития. Но если с лампочкой мы уверенно управляемся, то со светодиодами знакомы далеко не все. Предлагаю устранить сей пробел – это пригодится в будущем.
Светодиоды – это большая группа высокотехнологичных изделий микроэлектроники, различающихся не только областью применения, но и по цветовыми характеристиками, размерами, внутренним устройством, мощностью светового потока и другими параметрами. Если разбить слово «светодиод» на составляющие, то мы получим «свето» и «диод». А диод, как мы знаем, может пропускать ток только в одном направлении(от + к -, от анода к катоду), широко используется в электронике,как выпрямитель переменного тока.

Светодиод — это полупроводниковый кристалл в корпусе или без корпуса с двумя выводами. Это могут быть проволочные вывода или контактные площадки для поверхностного монтажа. Когда через кристалл светодиода проходит постоянный электрический ток – он излучает свет (эмитирует). В выпрямительных диодах другие кристаллы, которые не светятся.

Для упрощения можно сказать, что есть две группы светодиодов: маломощные индикаторные и мощные сверх яркие.

Самые широко распространённые светодиоды – это индикаторные, они известны нам уже несколько десятков лет. Они есть в любом устройстве бытовой техники, приборах контроля и диагностики. Они могут быть любой формы, и цвета, но объединяет их небольшой номинальный ток, не превышающий 20мА. Падение напряжения на них не превышает 3В.

Если перемножить напряжение на силу тока, мы получаем мощность. Для индикаторных она не превышает 3В х 0,02 = 0,06Ватт. Это оправдывает их назначение – не освещать, а информировать.

Нам сегодня интересны другие, мощные и сверхяркие светодиоды, которые можно использовать для освещения, в том числе растений.
Они появились много позднее индикаторных, но сегодня уже стали относительно более доступными, благодаря наличию ebay.com и множества интернет-магазинов.
Они рекламируются под мощностью 1 и даже 3 ватта. Все, что мощнее 3Вт, это уже не единичные кристаллы, а собранные вместе, под одно питание, кристаллы 1Вт — светодиодные матрицы.[​IMG]
Пока нет системной классификации мощных светодиодов. Каждый производитель обозначает и маркирует их по своему, поэтому из маркировки понять что покупаешь – сплошная лотерея. Но их группируют по главному параметру — номинальному току.
У мощных светодиодов он бывает от 300 до 700мА и выше. Напряжение для светодиода — второстепенный параметр — главное ток!

Падение напряжения на мощных светодиодах определяется спектральной характеристикой кристалла и обычно составляет 1,8-2,0В для красных и 3,0-3,5В для синих, зеленых и белых.
Следует отметить, что светодиоды бывают монохромные, которые не имеют люминофора (прозрачные) и светят одним цветом -синим, красным) и белые, которые изготовлены на базе монохромных и светят БЕЛЫМ ( всеми цветами радуги), за счет люминофора.

Для того, чтобы включить светодиод, нужен источник постоянного напряжения — аккумулятор, батарейка, адаптер и пр. Напряжения светодиод возьмет столько, сколько ему нужно (от типа кристалла), а вот тока — сколько дадите. То есть если ваш источник питания может выдать 5 ампер — светодиод будет брать этот ток, но через какое-то время обязательно сгорит.

Поэтому ток светодиода нужно обязательно ограничивать. Простейший элемент ограничения тока – резистор, который включается последовательно и «гасит» избыток напряжения, преобразуя проходящий ток в тепло.
Например вам нужно сделать индикатор наличия напряжения для автомобиля на светодиоде. Зная, что падение напряжения на индикаторном светодиоде 3в (для зеленых), вычисляем, что нам нужно «погасить лишнее напряжение» бортовой сети 12-3=9В. Применив закон Ома, разделим 9Вольт на 0,02А (20мА –ток светодиода) и получим сопротивление гасящего резистора 45О Ом.
Мощные светодиоды так подключать тоже можно, но неудобно – нужны мощные резисторы, ток ведь большой! Эти резисторы называют гасящими, они резко снижают КПД светильника в целом. Поэтому для мощных светодиодов выпускаются особые источники питания — которые непрерывно обеспечивают стабильный ток (constant current). Это – драйверы, чисто маркетинговое название — чтобы не путать их с блоками питания — источниками напряжения (constant voltage).
Исправный драйвер, а это довольно сложное электронное устройство — ни при каких условиях не выдаст больше тока, чем он рассчитан — как бы вы не подключали диоды. Драйвер отличить от обычного источника напряжения можно только по маркировке – внешне они идентичны.
В магазинах теперь продают множество светодиодных светильников, имеющих цоколь и форму привычных нам ламп накаливания, галогенных и даже люминесцентных трубок. Это объясняется экономическими соображениями и переходным периодом, когда имеются миллионы люстр, бра и пр. — не выбрасывать же их сразу.
Многих смущает высокая стоимость светодиодных ламп. Но считать их чрезмерно дорогими — нет оснований. Они просто — другие. Давайте рассмотрим, почему они такие дорогие. Что такое лампа накаливания? Стеклянная колба с цоколем, внутри которой находится вольфрамовая спираль. По сути своей лампа больше греет, нежели светит.

КПД обычной лампы накаливания не превышает 5%. Есть и другие лампы, но их КПД все равно намного ниже ,чем у светодиодных. Ни о какой экономичности говорить здесь не приходится, именно поэтому во всех странах начали массово запрещать этот источник света. (Когда у нас ввели запрет на выпуск ламп более 100вТ — стали выпускать лампы 99вТ). У светодиодов КПД составляет до 50%.

Итак, из чего состоит светодиодная лампа? Безусловно, один из важнейших компонентов — светодиод. От того, какой он, зависит то, как светит наша лампа.
Главный параметр осветительного светодиода — количество люмен на ватт. У дорогих светодиодов световой поток выше. И что немаловажно — они меньше греются, ведь у них выше КПД. А значит, лампа на дорогих светодиодах будет долговечнее и экономичнее. Дорогие светодиоды – это американские, европейские, корейские и японские бренды. Из Китая приходят похожие лампы, но… только внешне. К ак известно, надёжность составного устройства определяется надежностью самого ненадежного узла. В цоколе лампы еще располагается источник питания (драйвер) и, к сожалению, именно он определяет срок службы всей лампы. На сегодня это самое узкое место светодиодной лампы.
Еще один немаловажный компонент светодиодной лампы — радиатор. Он должен обеспечить хороший теплоотвод. На нем китайцы экономят
Все это имеет место в дешевых китайских поделках, потому что сэкономить они могут только на том, чего не видно (драйверах и радиаторах). . Но положение постепенно исправляется и при желании можно найти достойные экземпляры.
Так что пока на светодиодах можно сэкономить электроэнергию, но не деньги.

Читайте также:  Ток восход алушта лестница

О «растительных» светодиодах.

Это мощные и яркие светодиоды монохромного свечения: синие с длиной волны (440нм) и красные (660нм) , которые используются для выращивания рассады или досвечивания овощей, цветов и ягод в любое время года. Их использование основано на теории фотосинтеза, описанной русским ученым Тимирязевым. Их не нужно путать с подобными цветными светодиодами, предназначенными для декоративно — рекламных целей. Поэтому важно запомнить длины волн «растительных» светодиодов в нанометрах 440 и 660.

[​IMG]

Именно такие светодиоды, можно назвать правильными для досветки растений. Мы должны познакомиться с китайскими светодиодами, которые в несколько раз дешевле «брендов», недоступных нам.

Сначала уточним, что такое мощность светодиода. Китайцы рекламируют нам одноваттные, трехваттные и т.д. светодиоды. Они вводят нас в заблуждение, потому что мощность определяется только электрическими параметрами питания.
У каждого светодиода существует понятие — номинальный рабочий ток. Номинальный – это самый большой ток, который светодиод выдерживает длительное время без деградации. Только им определяется максимальная мощность светодиода. Если Вы выполните вычисления ниже, то убедитесь, что заявленная мощность

Через китайский светик можно пропустить максимум ток в 700 мА. Это означает, что его максимальная мощность равна произведению напряжения на ток, то есть примерно 3,5 В*0,7А=2,5 ватта. А для красных и того меньше. К тому же у дешевых кристаллов падение напряжения больше, чем у качественных брендовых, и на токе 0,7А может достигать 4-4,5 вольт, а это уже полноценные три ватта. Чем меньше падение напряжения на токе 700 мА, тем экономичнее светодиод – выше его КПД. Однако это ненадежно.

Большинство китайских светодиодов изготавливается в так называемом корпусе «эммитер», у которого диаметр теплоотводящего медного основания, всего около 5,5 мм. Это предъявляет повышенные требования к качеству теплового контакта с радиаторм. Размер кристалла пока невелик, примерно 1,5мм х 1,5мм. Чем больше размер кристалла, тем выше его световой поток, номинальный ток и максимальная мощность.

Я заметил, что при увеличении тока регулятором, глаз совсем не замечает увеличение светового потока, а нагрев да, растет. Поэтому не следует гнаться за большими токами, а подобрать его, чтобы светик не нагревался выше 80 градусов или предпринимать меры для принудительного отвода тепла – вентилятор.

Источник

Введение

Светодиод (Light Emitting Diode, LED) — это полупроводниковый диод, способный излучать свет, когда к нему приложено напряжение в прямом направлении. По сути, это диод, преобразующий электрическую энергию в световую. В зависимости от материала из которого изготовлен светодиод, он может излучать свет разной длины волны (разного цвета) и иметь различные электрические характеристики.

Светодиоды применяются во многих сферах нашей жизни в качестве средств отображения визуальной информации. Например, в виде одиночных излучателей или в виде конструкций из нескольких светодиодов — семисегментных индикаторов, светодиодных матриц, кластеров и так далее. Также в последние годы светодиоды активно занимают сегмент осветительных приборов. Их используют в автомобильных фарах, фонарях, светильниках и люстрах.

Применение светодиодов

Обозначение светодиода на схеме

На электрических схемах светодиод обозначается символом диода с двумя стрелками. Стрелки направлены от диода, символизируя световое излучение. Не путай с фотодиодом, у которого стрелки направлены к нему.

На отечественных схемах буквенное обозначение одиночного светодиода — HL.

Обозначение светодиода

Выводы и маркировка светодиода

Стандартный одноцветный светодиод имеет два вывода — это анод и катод. Определить какой из выводов является анодом, можно визуально. У светодиодов с проволочными выводами анод обычно длиннее катода.

где у светодиода плюс

У SMD светодиодов выводы одинаковые, но на обратной стороне обычно есть маркировка в виде треугольника или подобия буквы T. Анодом является вывод, к которому обращена одна сторона треугольника или верхняя часть буквы Т.

маркировка smd светодиода

Если не получается определить визуально где какие выводы, можно прозвонить светодиод. Для этого понадобится источник питания или адаптер, способный давать напряжение около 5 Вольт. Подключаем любой вывод светодиода к минусу источника, а второй подключаем к плюсовой клемме источника через сопротивление 200 — 300 Ом. Если светодиод подключен правильно, он засветится. В противном случае меняем выводы местами и повторяем процедуру.

Можно обойтись без резистора, если не подключать плюсовую клемму источника питания, а быстро «чиркнуть» ей по выводу светодиода. Но вообще подавать большое напряжение на светодиод, не ограничивая при этом ток, нельзя — он может выйти из строя!

Напряжение светодиода

Светодиод испускает свет, если к нему приложить напряжение в прямом направлении: к аноду — плюс, а к катоду — минус.

включение светодиода

Минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светится, зависит от его материала. В таблице ниже приведены значения напряжений светодиодов при тестовом токе 20 мА и цвета, которые они излучают. Эти данные я взял из каталога светодиодов фирмы Vishay, различных даташитов и Википедии.

напряжения разных светодиодов

Самое большое напряжение требуется для голубых и белых светодиодов, а самое маленькое для инфракрасных и красных.

Излучение инфракрасного светодиода не видно человеческим глазом, поэтому такие светодиоды не применяются в качестве индикаторов. Они используются в различных датчиках, подсветках видеокамер. Кстати, если инфракрасный светодиод запитать и посмотреть на него через камеру мобильного телефона, то его свечение будет хорошо видно.

инфракрасный светодиод

В показанной таблице даны примерные значения напряжения светодиода. Обычно этого достаточно, чтобы его включить. Точную величину прямого напряжения конкретного светодиода можно узнать в его даташите в разделе Electrical Characteristics. Там указано номинальное значение прямого напряжения при заданном токе светодиода. Для примера заглянем в даташит на красный SMD светодиод фирмы Kingbright.

прямой ток светодиода

Вольт-амперная характеристика светодиода

Вольт-амперная характеристика светодиода показывает взаимосвязь между приложенным напряжением и током светодиода. На рисунке ниже показана прямая ветвь характеристики из того же даташита.

вольт-амперная характеристика светодиода

Если светодиод подключить к источнику питания (к аноду +, к катоду -) и с нуля постепенно повышать на нем напряжение, то ток светодиода будет меняться согласно этому графику. По нему видно, что после прохождения точки «загиба», ток через светодиод будет резко возрастать при небольших изменениях напряжения. Это как раз та причина, по которой светодиод нельзя подключать к любому источнику питания без резистора, в отличии от лампочки накаливания.

Чем выше ток, тем ярче светится светодиод. Однако повышать ток светодиода до бесконечности, естественно, нельзя. При большом токе светодиод перегреется и сгорит. Кстати, если сразу подать на светодиод высокое напряжение он даже может шлепнуть, как слабенькая петарда!

взрыв светодиода

Остальные характеристики светодиода

Какие еще характеристики светодиода представляют интерес с точки зрения практического использования?

Максимальная мощность рассеяния, максимальные значения постоянного и импульсного прямых токов и максимальное обратное напряжение. Эти характеристики показывают предельные значения напряжений и токов, которые не стоит превышать. Они описаны в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings.

характеристики светодиода

Если приложить к светодиоду напряжение в обратном направлении, светодиод не засветится, да и вообще может выйти из строя. Дело в том, что при обратном напряжении может наступить пробой, в результате которого обратный ток светодиода резко возрастет. И если выделяемая на светодиоде мощность (обратный ток * на обратное напряжение) превысит допустимую — он сгорит. В некоторых даташитах дополнительно приводится и обратная ветвь вольт-амперной характеристики, из которой видно, при каком напряжении наступает пробой.

Интенсивность излучения (сила света)

Грубо говоря, это характеристика, определяющая яркость свечения светодиода при заданном тестовом токе (обычно 20 мА). Обозначается — Iv, а измеряется в микроканделах (mcd). Чем ярче светодиод, тем выше значение Iv. Научное определение силы света есть в википедии.

Также представляет интерес график зависимости относительной интенсивности излучения светодиода от прямого тока. У некоторых светодиодов, например, при увеличении тока интенсивность излучения растет все меньше и меньше. На рисунке приведено несколько примеров.

интенсивность излучения светодиода

Спектральная характеристика

Она определяет в каком диапазоне длин волн излучает светодиод, грубо говоря цвет излучения. Обычно приводится пиковой значение длины волны и график зависимости интенсивности излучения светодиода от длины волны. Я редко смотрю на эти данные. Знаю, например, что светодиод красный и мне этого достаточно.

Климатические характеристики

Они определяют диапазон рабочих температур светодиода и зависимости параметров светодиода (прямого тока и интенсивности излучения) от температуры. Если светодиод планируется использовать при высоких или низких температурах, стоит обратить внимание и на эти характеристики.

Как работает светодиод?

Материал статьи рассчитан на начинающих электронщиков, а потому я намеренно не касаюсь физики работы светодиода. Осознание того, что светодиод излучает фотоны в результате рекомбинации носителей заряда в области p-n перехода, не несет никакой полезной информации для практического использования светодиодов. Да и не только для использования, но и для понимания в принципе.

Читайте также:  Электропривод переменного тока с асинхронными двигателями

Однако, если вам хочется покопаться в этой теме, то даю направление, куда рыть — Пасынков В.В, Чиркин Л.К. «Полупроводниковые приборы» или Зи.С «Физика полупроводниковых приборов». Это ВУЗ`овские учебники — там все по-взрослому.

О подключении светодиодов в следующем материале.

Поделился статьей — получил светодиодный луч добра!

Источник



Технические характеристики и параметры светодиодов

Существует множество светодиодов различных форм, размеров, мощностей. Однако любой светодиод — это всегда полупроводниковый прибор, в основе которого — прохождение тока через p-n-переход в прямом направлении, вызывающее оптическое излучение (видимый свет).

Принципиально все светодиоды характеризуются рядом конкретных технических характеристик, электрических и световых, о которых мы и поговорим далее. Данные характеристики вы сможете найти в даташите (в технической документации) на светодиод.

Электрические характеристики — это: прямой ток, прямое падение напряжения, максимальное обратное напряжение, максимальная рассеиваемая мощность, вольт-амперная характеристика. Световые параметры — это: световой поток, сила света, угол рассеяния, цвет (или длина волны), цветовая температура, световая отдача.

Прямой номинальный ток (If – forward current)

Номинальный прямой ток — это ток, при прохождении которого через данный светодиод в прямом направлении, производитель гарантирует паспортные световые параметры данного источника света. Другими словами, это рабочий ток светодиода, при котором светодиод точно не перегорит, и сможет нормально работать на протяжении всего срока эксплуатации. В этих условиях p-n-переход не будет пробит и не перегреется.

Кроме номинального тока есть еще такой параметр, как пиковый прямой ток (Ifp – peak forward current) – максимальный ток, который можно пропускать через переход лишь импульсами длительностью по 100 мкс при коэффициенте заполнения не более DC = 0.1 (точные данные — см.даташит). Теоретически максимальный ток — это предельный ток, который кристалл может выдерживать лишь кратковременно.

На практике величина номинального прямого тока зависит от размера кристалла, от типа полупроводника, и лежит в диапазоне от единиц микроампер до десятков миллиампер (для светодиодных сборок типа COB — еще больше).

Индикаторные светодиоды

Прямое падение напряжения (Vf – forward voltage)

Прямое падение напряжения на p-n-переходе, вызывающее номинальный ток светодиода. Напряжение прикладывается к светодиоду так, что анод имеет положительный потенциал относительно катода. В зависимости от химического состава полупроводника, от длины волны оптического излучения, различаются и прямые падения напряжения на переходе.

Кстати, по прямому падению напряжения можно определить химический состав полупроводника. А вот приблизительные диапазоны прямых падений напряжений для различных длин волн (цветов света светодиодов):

Инфракрасные светодиоды с длиной волны более 760 нм на базе арсенида галлия имеют характерное падение напряжения менее 1,9 В.

Красные (например галлия фосфид — от 610 нм до 760 нм) — от 1,63 до 2,03 В.

Оранжевые (галлия фосфид — от 590 до 610 нм) — от 2,03 до 2,1 В.

Желтые (галлия фосфид, от 570 до 590 нм) — от 2,1 до 2,18 В.

Зеленый (галлия фосфид, от 500 до 570 нм) — от 1,9 до 4 В.

Синий (селенид цинка, от 450 до 500 нм) — от 2,48 до 3,7 В.

Фиолетовый (индия-галлия нитрид, от 400 до 450 нм) — от 2,76 до 4 В.

Ультрафиолетовый (нитрид бора, 215 нм) — от 3,1 до 4,4 В.

Белые (синий или фиолетовый с люминофором) — около 3,5 В.

Инфракрасные светодиоды

Максимальное обратное напряжение (Vr – reverse voltage)

Максимальное обратное напряжение светодиода, как и любого светодиода, — это такое напряжение, при прикладывании которого к p-n-переходу в обратной полярности (когда потенциал катода больше потенциала анода) происходит пробой кристалла, и светодиод выходит из строя. Подавляющее большинство светодиодов имеют обратное максимальное напряжение в районе 5 В. Для сборок COB – еще больше, а для инфракрасных светодиодов бывает и до 1-2 вольт.

СОВ светодиоды

Максимальная мощность рассеяния (Pd — total power dissipation)

Эта характеристика измеряется при температуре окружающей среды в 25°C. Это та мощность (зачастую в мВт), которую корпус светодиода еще способен рассеивать непрерывно, и не перегорит. Она вычисляется как произведение падения напряжения на текущий через кристалл ток. Если это значение будет превышено (произведение напряжения на ток), то очень скоро кристалл будет пробит, произойдет его тепловое разрушение.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ — график)

Нелинейная зависимость тока через p-n-переход от приложенного к переходу напряжения, называется вольт-амперной характеристикой (сокращенно — ВАХ) светодиода. Эта зависимость изображается в даташите графически, и по имеющемуся в распоряжении графику можно очень просто увидеть, какой ток при каком напряжении пойдет через кристалл светодиода.

Характер ВАХ зависит от химического состава кристалла. ВАХ оказывается очень полезна при проектировании электронных устройств со светодиодами, ведь благодаря ей можно без поведения практических измерений узнать, какое напряжение необходимо приложить к светодиоду, чтобы получить заданный ток. Еще с помощью ВАХ можно более точно подобрать к диоду токоограничительный резистор.

Светодиоды в электронной схеме

Сила света, световой поток (luminous intensity, luminous flux)

Световые (оптические) параметры светодиодов измеряются еще на стадии их производства, при нормальных условиях и на номинальном токе через переход. Температура окружающей среды принимается равной 25°C, устанавливается номинальный ток, и измеряются сила света (в Кд — кандела) или световой поток (в Лм — люмен).

Под световым потоком в один люмен понимают световой поток, испускаемый точечным изотропным источником с силой света, равной одной канделе, в телесный угол в один стерадиан.

Технические характеристики и параметры светодиодовСлаботочные светодиоды характеризуются непосредственно силой света, которая указывается в милликанделах. Кандела — это единица силы света, а одна кандела — это сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Другими словами, сила света количественно отражает интенсивность светового потока в определенном направлении. Чем меньше угол рассеяния — тем больше будет сила света светодиода при одном и том же световом потоке. Например сверхъяркие светодиоды обладают силой света в 10 и более кандел.

Светодиодные лампы

Угол рассеяния светодиода (Viewing angle)

Эта характеристика часто описывается в документации на светодиоды как «двойной угол половинной яркости тэта», и измеряется в градусах (deg-degrees-градусы). Название именно таково, поскольку светодиод как правило имеет фокусирующую линзу, и яркость не по всему углу рассеяния получится равномерной.

Вообще этот параметр может лежать в диапазоне от 15 до 140°. У SMD светодиодов этот угол шире, чем у выводных собратьев. Например 120° для светодиода в корпусе SMD 3528 — это нормально.

Длина волны света (Dominant Wavelength)

Измеряется в нанометрах. Характеризует цвет излучаемого светодиодом света, который в свою очередь зависит от длины волны и от химического состава полупроводникового кристалла.

Инфракрасное излучение имеет длину волны более 760 нм, красный цвет — от 610 нм до 760 нм, желтый — от 570 до 590 нм, фиолетовый — от 400 до 450 нм, ультрафиолетовый — менее 400 нм. Белый свет выделяется при помощи люминофоров из ультрафиолетового, фиолетового или синего.

Цветовая температура (CCT — Color Temperature)

Данная характеристика задается в документации на белые светодиоды и измеряется в кельвинах (К). Холодный белый (около 6000К), теплый белый (около 3000К), белый (около 4500К) — точно показывает оттенок белого света.

Цветовая температура источников света

В зависимости от цветовой температуры, цветопередача будет разной, и воспринимается человеком белый цвет с разной цветовой температурой — по разному. Теплый свет более комфортен, он лучше подойдет для дома, холодный — больше подходит общественным помещениям.

LED лампы

Для светодиодов, применяемых для освещения сегодня, данная характеристика находится в районе 100 Лм/Вт. Мощные модели светодиодных источников света превзошли компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), и достигают 150 и более Лм/Вт. По сравнению с лампами накаливания, светодиоды превосходят их по световой отдаче более чем в 5 раз.

В принципе, световая отдача численно показывает, насколько эффективен источник света в плане энергопотребления: сколько ватт требуется для получения определенного количество света — сколько люмен наватт.

Источник