Светодиодный источник света

Излучающий диод (светодиод)

Излучающий диод, работающий в видимом диапазоне волн, часто называют светоизлучающим, или светодиодом.

Рассмотрим устройство, характеристики, параметры и систему обозначений излучающих диодов.

Устройство. Схематическое изображение структуры излучающего диода представлено на рис. 1,а, а его условное графическое обозначение – на рис. 1,б.

Излучение возникает при протекании прямого тока диода в результате рекомбинации электронов и дырок в области p-n

-перехода и в областях, примыкающих к указанной области. При рекомбинации излучаются фотоны.

Характеристики и параметры. Для излучающих диодов, работающих в видимом диапазоне (длина волн от 0,38 до 0,78 мкм

, частота около 1015Гц ), широко используются следующие характеристики:

· зависимость яркости излучения L

от тока диодаi (яркостная характеристика);

зависимость силы света Iv

от тока диодаi .

Рис. 1.

Яркостная характеристика для светоизлучающего диода типа АЛ102А представлена на рис. 2. Цвет свечения этого диода – красный.

Рис. 2. Яркостная характеристика светодиода

График зависимости силы света от тока для светоизлучающего диода типа АЛ316А представлен на рис. 3. Цвет свечения – красный.

Рис. 3.

Для излучающих диодов, работающих не в видимом диапазоне, используют характеристики, отражающие зависимость мощности излучения Р

от тока диодаi . Зона возможных положений графика зависимости мощности излучения от тока для излучающего диода типа АЛ119А, работающего в инфракрасном диапазоне (длина волны 0,93…0,96мкм ), представлена на рис. 4.

Приведем для диода АЛ119А его некоторые параметры:

· время нарастания импульса излучения – не более 1000 нс

· время спада импульса излучения – не более 1500 нс

· постоянное прямое напряжение при i

=300мА – не более 3В ;

· постоянный максимально допустимый прямой ток при t

<+85°C – 200мА ;

· температура окружающей среды –60 …+85°С.

Рис. 4 . Зависимость мощности излучения от тока светодиода

Отметим, что излучающие диоды типа ЗЛ115А, АЛ115А, работающие в инфракрасном диапазоне (длина волны 0,95 мкм

, ширина спектра не более 0,05мкм ), имеют коэффициент полезного действия не менее 10 %.

Система обозначени. светоизлучающих диодов предполагает применение двух или трех букв и трех цифр, например АЛ316 или АЛ331. Первая буква указывает на материал, вторая (или вторая и третья) – на конструктивное исполнение: Л – единичный светодиод, ЛС – ряд или матрица светодиодов. Последующие цифры (а иногда буквы) обозначают номер разработки.

Применения UVВ светодиодов:

1. Солярий

Искусственный загар

Производители выпускают светодиодные лампы двух стандартов: европейского и американского. Коэффициент UVB/UVA является показателем соотношения количества лучей типа А и В. Разница у них следующая:

Излучение типа А является длинноволновым, мягким и дает бронзово-золотистый оттенок коже. Получить от него ожог практические невозможно.

Излучение типа В имеет более короткие волны. Именно оно вызывает синтез меланина и создает быстрый загар. Будьте осторожны, от него можно получить ожог.

Отношение UVB / UVA — это мера количества лучей типа A и B.

2. Медицина

Средневолновой ультрафиолет (280-320 нм) применяется для лечения острых воспалительных заболеваний внутренних органов, как правило, дыхательной системы, опорно-двигательного аппарата, периферийной нервной системы и даже неправильного обмена веществ. Воздействие такого УФ излучения на клетки тканей организма провоцирует изменения в структурной организации белковых соединений, меняя их физико-химические свойства, что активизирует различные положительные процессы в тканях и, как следствие, восстановление нормализации их функций.

Электромагнитный спектр и ультрафиолетовые диоды

В английской терминологии светодиоды, излучающие в ультрафиолетом диапазоне, известны как UVA, UVВ и UVС LED в зависимости от длины волны излучения. Сохраним эту аббревиатуру.

Название	Аббревиатура	Длина волны
Ультрафиолет A	UVA	315 – 400 нм
Ультрафиолет B	UVB	280 – 315 нм
Ультрафиолет C	UVC	100 – 280 нм

Электромагнитный спектр с выделением поддиапазонов УФ

Рассмотрим все три типа светодиодов, узнаем, что у них общего и чем они отличаются.

UVА LED или Светодиоды группы А

UVA – это ближний ультрафиолет или черный свет и имеет длину волны в диапазоне от 315 до 400 нм.

На практике UVA диапазон в зависимости от используемой длины волны условно подразделяются еще на три категории:

«Верхний» UVA (Длины волн – в диапазоне 390 нм – 420 нм.)

«Верхние» устройства типа UVA доступны с конца 1990-х годов. Эти ультрафиолетовые светодиоды традиционно используются в первую очередь в таких применениях, как обнаружение или проверка подделок (валюта, водительское удостоверение, документы и т. д.). Они долговечны и просты в изготовлении. Требования к выходной мощности для этих устройств очень низкие. В результате они являются самыми дешевыми из всех продуктов UV.

«Средний» UVA (Длины волн (приблизительно 350 нм – 390 нм).

За последние несколько лет использования «средний» компонент светодиодов UVA показал наибольший рост. Большинство применений в этом диапазоне длин волн предназначены для ультрафиолетового отвердевания различных материалов, таких как клеи, покрытия и краски. Светодиоды этого диапазона обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными технологиями отвердевания, в которых используются ртутные или флуоресцентные лампы. Это связано с большей эффективностью, меньшей стоимостью и миниатюризацией устройств. Налицо явная тенденция к возрастанию роли светодиодов для отвердевания.

«Нижний» UVA (Длины волн (приблизительно 300 нм – 350 нм).

«Нижний» UVA и «верхний» диапазоны UVB (приблизительно 300 нм – 350 нм) являются самыми последними разработками на рынке светодиодов группы А. Эти устройства предлагается использовать в различных приложениях, включая УФ-отвердевание, биомедицину, ДНК-анализ и различные типы зондирования. 

Существует значительное перекрытие этих трёх спектральных поддиапазонов VUА ультрафиолетового излучения, поэтому необходимо учитывать не только то, что лучше всего подходит для того или иного приложения, но и то, что является наиболее экономичным решением. Светодиоды с более «низкой» длиной волны, как правило, стоят дороже и часто значительно, чем со «средней» длиной волны и, тем более, по сравнению с «верхним» диапазоном.

UVВ LED или Светодиоды группы В

UVB известен как средневолновый ультрафиолетовый свет и имеет длину волны в диапазоне от 280 нм до 315 нм. По своему применению он также условно подразделяется на две категории:

Диапазон UVB 300-315 нм отвечает за загар. Такие лучи от солнца проходят сквозь атмосферу Земли, и мы ими часто пользуемся на пляже или в горах. Лампы и светодиоды группы В, работающие в этом диапазоне, используются в основном в соляриях.

Диапазон UVB 280-300 нм частично может применяться для бактерицидных и стерилизационных целей. Более подробно об этом смотрите и читайте в разделе о светодиодах группы С.

UVС LED или Светодиоды группы С

UVС – это коротковолновый ультрафиолет с длиной волны в диапазоне от 200 нм до 280 нм.

В обычных условиях лучи UVC не достигают поверхности Земли, задерживаясь в атмосфере. Частично излучение этого спектра можно встретить на вершинах гор.

Свет, создаваемый на этих длинах волн, не только вреден для микроорганизмов, вирусов, бактерий и других форм жизни, которые могут соприкасаться с ним, но и опасен для людей. Светодиодные лампы диапазона С обязательно должны быть экранированы. Очень вредно смотреть на свет, испускаемый такими лампами, невооруженным глазом. Воздействие этих длин волн может вызывать рак кожи, временную или постоянную потерю зрения, или его серьезное ухудшение.

А теперь рассмотри подробно применение всех типов УФ светодиодов.

Каким образом подключаются светодиоды: некоторые схемы

Основное правило при подключении, это наличие сопротивления. Его задача – не дать, при скачке напряжения, увеличенной силе тока спалить световой диод. Но его необходимо правильно высчитать. Сейчас попробуем понять, как это сделать.

Рассчитываем номинал сопротивления для светодиода

Для правильного расчета сопротивления для светодиода нам понадобится следующая формула:

R=(Uпит-Uпад)/I, где R – необходимое нам сопротивление; Uпит – входное напряжение; Uпад – номинальное напряжение светодиода и I – ток светодиода. Однако стоит помнить, что характеристики светодиода 3 Вт одного производителя могут не совпасть с параметрами идентичного, но изготовленного другой фирмой.

Прожектор на светодиодах с датчиком движения – удобно и экономично

Если же нет желания производить самостоятельно все вычисления, можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Подключение светодиода к сети 220 В: схемы и правила

Здесь необходим обычный диод перед источником света. Это значит, что можно, высчитав необходимое количество светодиодов и соединив их последовательно, включить в цепь перед первым из них диод VD1 1N4001. Этого будет вполне достаточно, чтобы избежать обратного пробоя. Однако о сопротивлениях перед каждым из светодиодов забывать нельзя.

Прекрасные ночники на светодиодах для дома

Статья по теме:

Параллельное и последовательное подключение – в чем разница

Последовательное подключение применяется для компенсации высокого напряжения. Иными словами, если у нас 2 лампы на 127 В, а напряжение в сети 220, мы можем соединить их последовательно, и они будут прекрасно работать. Если же их соединить в параллель, то они просто взорвутся.

На схеме это выглядит так. При последовательном подключении светодиодов анод одного из них соединен с катодом другого. Такая цепь продолжается до тех пор, пока суммарное напряжение светодиодов не совпадет или не приблизится вплотную к напряжению сети.

При параллельном соединении все аноды соединяются между собой, как и катоды.

Статья по теме:

Как подключить светодиоды к 12 В

Здесь принципиальных различий с подключением светодиодов к сети в 220 В нет. Разница лишь в количестве элементов и расчетах их сопротивлений. Но 12 В все же безопаснее. А значит, если у начинающего мастера нет опыта в подобных делах, лучше потренироваться на подключении светодиодов на 12 В.

Светодиоды на 12 В, как и лента, питаются через такой блок-стабилизатор

Статья по теме:

Светодиодная лента на led 2835

Светодиодные ленты (СЛ) широко используются как для освещения, так и в декоративных целях. Поэтому об этом изделии, собранном на светодиодах smd 2835, стоит поговорить отдельно, как о наиболее популярном и доступном.

Светодиодная лента smd 2835 обычно собирается из smd светодиод мощностью 0.2 Вт, поскольку охлаждение более мощных приборов ленте с относительно тонкими токопроводящими дорожками весьма проблематично. Количество smd полупроводников на 1 м СЛ может быть разным – 60 или 120. Напряжение питания – 12, 24 или сеть 220 В, причем величина его зависит от конструктивного исполнения и наличия БП, а не от количества светодиодов на метр. У изделия с плотностью светодиодов 60 шт/м удельные мощность и светоотдача, естественно, будут в 2 раза ниже.

СЛ  на 60 (слева) и 120 smd светодиодов на метр

Важно. Светодиодная лента на smd светодиодах этого типа имеет относительно высокую мощность, а потому крепить ее нужно только на металлический (обычно алюминиевый) профиль, который будет служить радиатором. По конструктивному исполнению светодиодная лента различается на:

По конструктивному исполнению светодиодная лента различается на:

• герметичную;
• пылевлагозащищенную;
• слабозащищенную;
• без защиты.

Выбирая прибор, обязательно учти, в каких условиях ему придется работать. Покупай ленту только с соответствующей степенью защиты от окружающей среды.

Теперь по мощности и светоотдаче. Зная мощность одного светодиода, нетрудно посчитать удельную мощность самой СЛ. Для изделия с 60 диодами на 1 м удельная мощность будет составлять 0.2*60=15 Вт/м. Для 120-диодной ленты, соответственно, 30 Вт/м.

Естественно, эти расчеты справедливы лишь для фирменных изделий, изготовленных из настоящих светодиодов, а не из подделок. Но подвох здесь в том, что на мировом рынке 90% лент изготовлены именно на основе китайских smd 2835! Более того, нередко продавцы позиционируют их как «премиум», вводя в заблуждение покупателя. Как же определить, настоящий ли это «премиум» или тебе пытаются «впарить» маломощную подделку?

Как узнать мощность светодиодов, используемых в ленте

Прежде всего, цена. Стоимость маломощной ленты в разы отличается от цены на настоящее изделие. Далее, удельная мощность. Каждый, кто знаком с арифметикой, легко просчитает, какие светодиоды установлены в ленту. Для этого достаточно заглянуть в сопроводительную документацию и нажать 4 кнопки калькулятора.

Для эксперимента заходим в Интернет и смотрим на товар. Я зашел на с виду приличный сайт и выбрал две ленты: «премиум» и «эконом». Первая ровно в 6 раз дороже второй:

1. Светодиодная лента smd 2835 120 СW Premium.
2. Светодиодная лента smd 2835 120 CW Econom.

Характеристики первой:

• светодиодов на 1 м – 120;
• удельная мощность – 8.4 Вт/м;
• удельный световой поток – 635 лм/м;
• напряжение питания – 12 В.

Характеристики второй:

• светодиодов на 1 м – 120;
• удельная мощность – 9.6 Вт/м;
• удельный световой поток – 360 лм/м;
• напряжение питания – 12 В.

Посмотрим, что это за премиум. Рассчитываем мощность 1 светодиода: 8.4/120=0.07 Вт. Световой поток одного светодиода: 635/120=5.3 лм. Приплыли… Этот «премиум» собран на китайских светодиодах мощностью 0.09 Вт со световым потоком 8 лм. Причем, чтобы сие чудо проработало подольше, конструкторы обеспечили диодам  облегченный режим. Они сильно уменьшили потребляемую мощность токоограничивающими резисторами, что вызвало уменьшение светового потока в полтора раза.

Что же тогда вставили в ленту эконом? Считаем. Мощность светодиода: 9.6/120= 0.08 Вт. Световой поток рассчитывать не будем: очевидно, что он в 2 раза ниже, чем у предыдущей модели. Какой кристалл воткнули находчивые разработчики в корпус светодиода smd 2835? Об этом известно только самому производителю. Можно лишь предположить, что умельцы в корпус smd 2835 встроили кристалл из smd 3528, а то и из чего похуже. А может, они для привлекательности просто завысили удельную мощность, но забыли пересчитать световой поток, кто знает.

Как я уже говорил выше, низкокачественные подделки нередко сопровождаются документацией, в которой характеристики могут существенно завышаться. Поэтому метод расчета по заявленным характеристикам может не сработать. Здесь останется ориентироваться лишь на стоимость и на визуальную яркость.

Есть еще один вариант: измерить сопротивление токоограничивающего резистора, рассчитать ток через него, а по току судить о мощности включенных в его цепь светодиодов (обычно их 3, реже 5). Но этот метод требует специальных знаний, а потому здесь я его рассматривать не буду.

Разновидности

Полупроводниковые источники света классифицируются по назначению и типу. В зависимости от того, с какой целью они используются, различают:

1. Осветительные.
2. Индикаторные.
3. Декоративные.
4. Узкоспециализированные.

А вот какие бывают светоизлучающие диоды по типу:

• маломощные выводные;
• RGB;
• инфракрасные;
• ультрафиолетовые;
• SMD;
• COB;
• Филаментные;
• OLED.

Рассмотрим их особенности, отличия, сферы использования.

Маломощные индикаторные светодиоды

Простейшие светодиоды DIP — полупроводниковый кристалл заключён в линзу из светопропускающего материала. Для подачи питания имеют длинные выводы — анод и катод (плюс и минус). Светят сравнительно слабо, а потому используются в основном для индикации. Начинающие радиолюбители внедряют их в свои первые схемы. В карманных фонариках тоже встречаются. Среди выводных светодиодов есть супер яркие. Собрав из них группу, можно добиться приличной яркости.

Представитель простейших LED

RGB светодиоды

Выпускаются в таком же форм-факторе, что и предыдущие. Визуально отличаются наличием четырёх выводов — один катод и три анода. Внутри линзы на индивидуальных арматурах установлены три кристалла из разных материалов. Если подавать питание на каждый из них отдельно, то такой светодиод будет светиться красным, синим или зелёным. Если на все кристаллы подать одинаковый ток, получится белый свет (результат смешения красного, синего и зелёного). Регулируя плавно ток каждого кристалла, можно получать практически любые цвета радуги.

RGB выводные

Инфра и ультра светодиоды

Инфракрасные и ультрафиолетовые светодиоды не излучают видимого света. Устроены они точно так же, как и обычные выводные. Только для изготовления п-н переходов используются материалы, которые излучают инфракрасные или ультрафиолетовые волны при протекании через них электрического тока. Инфракрасные светодиоды часто применяются для передачи сигналов на расстоянии. Ультрафиолетовые используются в фитолампах, сушилках, машинках для проверки подлинности денежных купюр.

Инфракрасный, несмотря на то, что синий

SMD светодиоды

Кристаллы находятся на теплоотводящей подложке, не проводящей ток. Сверху полупроводник заливается люминофором, который служит для получения света нужной цветовой температуры. Также слой люминофора способствует рассеянию излучения. Выводы для подключения питания короткие. Устанавливаются такие светодиоды поверхностным монтажом. Увидеть их можно в светодиодных лентах, энергосберегающих и автомобильных лампочках. Есть как осветительные модели, так и индикаторные. В СМД исполнении выпускаются также ультрафиолетовые, инфракрасные и разноцветные варианты. Маркировка светодиодов для поверхностного монтажа — это четыре цифры, обозначающие длину и ширину их корпуса.

СМД разные

COB матрицы

Chip On Board — это матрица из полупроводниковых кристаллов, соединённых последовательно, параллельно или смешанным способом. Расположены на теплоотводящем материале-подложке и залиты люминофором. Как правило, имеют токоограничивающие элементы в SMD исполнении. Для питания предусмотрены два вывода. Такие элементы предназначены для получения яркого направленного света. Используются в мощных тактических фонарях, прожекторах. От чего зависит яркость свечения светодиода? Чем больше кристаллов на плате, тем ярче излучаемый матрицей свет. Конечно, при этом, увеличивается потребляемый ток и электрическая мощность.

COB матрицы от 2 до 300 Вт

Filament LED

Филаментные светодиоды — это сборки последовательно соединённых кристаллов, помещённых в трубку из люминофорного материала. Во включённом состоянии такая “нить” имитирует тело накала, как в лампах накаливания. Собственно, используются они для производства таких ламп. Они дают тёплый мягкий свет, потому их часто применяют при оформлении интерьеров в стилях ретро и лофт. Отличить такую лампочку для светильников от лампы накаливания можно только во выключенном состоянии — сквозь колбу видна длинная “нить”, которая заметно толще классической спирали накала.

Филаментные LED

OLED

Органические светодиоды, которые применяются для производства современных цветных дисплеев. Имеют достаточно сложное устройство и состоят из анода, подложки, катода и полимерной прослойки. Токопроводящий слой выполнен из органических материалов. Увидеть такие светодиоды затруднительно, так как они микроскопические. Однако смотрим мы на них ежедневно, так как они есть в телевизорах, мониторах, смартфонах, смарт-часах.

OLED

Почему светодиод светит

Кристалл светодиода, как и у обычных диодов состоит из двух типов полупроводника — с электронной (n
-типа) и с дырочной (p
-типа) проводимостью.
На границе разнотипных полупроводников существует энергетический барьер («запрещённая зона»), который препятствует p-n переходам. Под действием электрического поля происходит рекомбинация
электронно-дырочной пары
с излучением кванта света
. Однако, не всякий p-n-переход излучает свет. Для нужно выполнение 2х условий: во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона, а во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. На практике одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно для выполнения обоих условий и потому приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры («гетероструктуры»). За изучение таких гетероструктцр российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

Цвет светодиода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электронно-дырочные пары, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Именно с этим было связано столь позднее появление синих светодиодов.

Яркость светодиода зависит от проходящего через него тока. Чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

Отдельно следует сказать про белые светодиоды. Как известно, чистого белого света в природе не существует, а то, что мы называем белым светом, на самом деле есть комбинация зелёного, синего и красного цветов. Поскольку кристалл светодиода излучает чистый свет, то белый он излучать не может. Поэтому для получения белого света изготовителям приходится прибегать к некоторым трюкам. Существует 2 способа получить белый свет от светодиода:

1. смешивание цветов по технологии RGB, когда внутри светодиода близко друг к другу располагаются 3 кристалла: красный, зелёный и синий. Одновременное свечение всех 3х с одинаковой яркостью даст на выходе белый свет. Регулируя яркость отдельных цветов, можно получить нужный оттенок белого. Такой способ обычно применяется при изготовлении светодиодных экранов.
2. Покрывать синий или ультрафиолетоый светодиод слоями люминофора.

Классификация

По одной из них светодиоды по назначению группируют так:

1. Индикаторные.
2. Осветительные.

Индикаторные в своей группе делятся на следующие виды.

DIP-диоды

Аббревиатура получена от Dual In-line Package или «двойное размещение в линию». Обычно корпусы – цилиндры, но есть и параллелепипеды. На нижнем торце проволочные аксиальные выводы, параллельные основной оси симметрии корпуса. Вывод катода меньшей длины, чем анода.

ДИП-светодиод над печатной платой, видна пайка в металлизованные отверстия.

Деление на типы – по диаметру корпуса и линзе на верхнем торце. Диаметры от 2-3 до 20 мм и более. Цвет свечения – любой, белых оттенков несколько.

Один из типов – мигающий 2-мя цветами, имеет 3 вывода.

Диоды Straw Hat

Дословный перевод – соломенная шляпа или брыль. Применяя к светодиодам – корпус похож на шляпу с округлым верхом.

Вариант ДИП-светодиода под названием Straw Hat или «соломенная шляпа».

Видны выводы разной длины, короткий – катод. Видны и ограничители высоты установки. Под линзой – кристалл с желтым люминофором.

Super Flux “Piranha”

Прямой перевод – сверхпоток. Piranha – перевод на русский язык – пиранья. Название светодиод получил из-за особенностей металлических выводов в виде узких полосок. Для упрощения установки в отверстия печатной платы у концов выводов при штамповке срезали углы. Так получились острые «зубы» хищной рыбы.

На выводе отштампованы «плечики» – ограничители, задающие высоту корпуса над платой. Так открыли корпус для охлаждения воздухом снизу. Кристаллы для пассивного охлаждения разместили на верхних торцах выводов.

Разместив в корпусе 2 или 3 чипа, увеличили поток света. А диод попал в группу сверхъярких.

Светодиод вида «пиранья» в прозрачном корпусе.

Виден кристалл, «накрытый» линзой и зауженные выводы-формирователи высоты установки.

SMD-светодиоды

Аббревиатура от Surface Mounted Device, перевод с английского – устройство, установленное на поверхность. Имеют вид прямоугольных корпусов из пластика или керамики. Выводы – снизу и на боковой части корпуса в виде контактных площадок.

Чаще всего – осветительные, но при малой мощности могут быть и индикаторными. Мощности от мВт (милливатт) до Вт. Свечение – любой цвет или оттенок белого света.

Основные технические характеристики

Диодные лампы характеризуются следующими основными параметрами:

• яркость (интенсивность светового потока);
• напряжение (тип используемого напряжения);
• сила тока;
• длина волны и цветовая характеристика.

Сравнение конструктивных особенностей обычных и мощных диодов

Яркость

Яркость воспринимается зрительными ощущениями, поскольку освещённость предмета на сетчатке глаза пропорциональна его яркости. Складывается она из нескольких параметров. называется Световой поток это количество световой энергии. Единица измерения люмен.

Единицей силы света является один люмен на стерадиан, также измеряемый в канделах: 1 cd. Измеряется яркость в милликанделах. Различают яркие (20 – 50 мкд.) и сверх яркие (20000 мкд. и выше) светодиоды белого свечения. Светодиодная яркость пропорциональна величине протекающего через него тока, т. е. чем выше напряжение, тем больше яркость.

Рекомендуем Вам также более подробно прочитать про возможности и область применения диммеров.

Напряжение

Напряжение, необходимое для работы светодиода, это не напряжение питания, а величина падения напряжения на светодиоде. Колебания напряжения питания вызывает перегорание светодиода. Напряжение напрямую зависит от цвета.

Сравнительная характеристика светодиодов разного цвета

Цвет	Длина волны, нм	Напряжение, В
Инфракрасный	от 760	до 1,9
Красный	610-760	от 1,6 до 2,03
Оранжевый	590-610	от 2,03 до 2,1
Желтый	570-590	от 2,1 до 2,2
Зеленый	500-570	от 2,2 до 3,5
Синий	450-500	от 2,5 до 3,7
Фиолетовый	400-450	от 2,8 до 4,0
Ультрафиолетовый	до 400	от 3,1 до 4,4
Белый	широкий спектр	от 3,0 до 3,7

Сила тока

Работает светодиод на постоянном или пульсирующем токе. Поднимая или снижая интенсивность можно варьировать яркость свечения. Рабочий ток индикаторных светодиодов 20 – 40 мА. Сила тока осветительных элементов составляет от 20 мА. СОВ (на 4 чипа), например, рассчитаны на 80 мА. Одноваттные светодиоды потребляют приблизительно 300-400 мА.

Длина волны и цветовая характеристика

Излучаемый диодом цвет зависит от длины волны светового излучения. Измеряется она нанометрами (0.000000001 метра). Монохроматическое (одночастотное) излучение связано с длиной волны, перемещающейся внутри. Границы длины волны соотносятся с основными цветами определенным образом.

Цвет излучения светодиода меняется при внесении в полупроводниковый материал активных веществ. Для получения светодиодов красного цвета в качестве полупроводников используется алюминий индий – галлий (AllnGaP), для цветов сине – голубого и зеленого спектра – индий – нитрид галлия (InGaN).Чтобы получить, например, белый свет, кристалл синего светодиода покрывают тонким слоем люминофора, который излучает жёлтый и красный свет под действием синего спектра.

В результате смешивания цветов получается белый свет. Белые светодиоды определяются цветовой температурой, измеряемой в К.

Рекомендуем Вам также ознакомиться с тем, как работает датчик движения.

Лампы с диодами могут быть разных цветов

Светодиодная плата

Плата предназначена для крепления светодиодов в любом необходимом количестве и положении. Форма платы бывает:

• прямоугольная;
• линейка;
• круглая;
• квадратная;
• звездчатая
• произвольная.

Виды плат:

• металлические (односторонние, двухсторонние и многослойные);
• изолированные металлические подложки (односторонние, двухсторонние и многослойные, жестко – гибкие).

Дополнительную информацию об история возникновения и принципах функционирования светодиодных элементов смотрите на видео:

Светодиоды это один из новейших источников освещения, имеет широкий спектр применения и большие перспективы. Благодаря соотношению всех параметров светодиодный тип освещения может стать ведущим среди множества осветительных приборов и разнообразных источников света.

Характеристики светодиодов

Вольт-амперная характеристика светодиодов в прямом направлении нелинейна. Диод начинает проводить ток, начиная с некоторого порогового напряжения. Это напряжение позволяет достаточно точно определить материал полупроводника.

Современные сверхъяркие светодиоды обладают менее выраженной полупроводимостью, чем обычные диоды. Высокочастотные пульсации в питающей цепи (т. н. «иголки») и выбросы обратного напряжения приводят к ускоренному деградированию кристалла. Скорость деградирования также зависит от питающего тока (нелинейно) и температуры кристалла (нелинейно).

CRI (индекс цветопередачи)

Для более ясного понимания этой характеристики, целесообразно ознакомиться с принципами восприятия цветов человеческим глазом. Белый свет включает в себя весь спектр. Попадая на окружающие нас предметы, отражается только та часть спектра, которая соответствует цвету предмета. Естественно, источник с искаженным спектром будет искажать человеческое цветовосприятие.

Для определения степени достоверности передачи цветов при освещении искусственным источником был разработан индекс цветопередачи (CRI). Степени значений индекса цветопередачи расположены в границах 0 – 100. Показатель 100 соответствует солнечному свету и является сравнительным эталоном.

Полноценный индекс CRI, при котором искажение будет минимальным, не должен быть ниже значения 90.

Устройство и принцип работы светодиода

На самом деле существенного отличия в принципе работы обычного светодиода видимого диапазона и ультрафиолетового – нет.

Разные материалы при определенных условиях способны посылать в пространство волны разной длины. Это позволяет человеческому глазу увидеть тот или иной цвет видимого спектра, соответствующий определенной длине волны. В светодиодах длина волны излучения и, следовательно, цвет LED зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава полупроводника можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от инфракрасного излучения до ультрафиолета. Для создания именно ультрафиолетового излучения нужны полупроводники с широкой запрещенной зоной. Для этого используются такие материалы как: арсенид галлия алюминия, нитрид галлия, нитрид алюминия и т.д. В результате этого получаются светодиоды со спектром излучения, находящиеся в любом УФ диапазоне от 100 до 400 нм.

Так выглядят светодиоды разного свечения в зависимости от ширины запрещенной зоны используемых материалов.

Физика процесса излучения.

Рассмотрим кратко как происходит процесс излучения в LED. Для создания светового потока конструкция светодиода предусматривает наличие двух полупроводников, один из которых в своем составе должен содержать свободные электроны (n), а другой – их недостаток или «дыры» (р).

Устройство р-n перехода и излучение фотонов

Если соединим такие полупроводники с (р) и (n) областями, то между ними возникает «P-N» переход, в результате которого электроны от донора (n-тип) переходят в другой полупроводник (р-тип) и занимают свободные дыры с выделением фотонов. Эта реакция проходит только при наличии источника постоянного тока.

Принцип излучения света полупроводником.

При протекании электрического тока через p-n-переход в прямом направлении носителями заряда являются электроны и дырки. Они устремляются навстречу друг другу и рекомбинируют, т.е. происходит исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда с выделением энергии в виде излучения фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой). Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света (соответствующий энергии фотона) определяется энергетической шириной запрещенной зоны полупроводника Е_g. Для видимого диапазона Е_g у применяемых материалов порядка 1-3 еВ, для синего света и ультрафиолета Е_g больше 3-4 еВ.

Ультрафиолетовый светодиод в рабочем состоянии.

По форме, конструкции и размерам светодиоды могут существенно отличаться друг от друга. В качестве примера на следующем рисунке приведен УФ LED фирмы «Everlight».

Общий вид ультрафиолетового светодиода «Everlight» с защитным кварцевым стеклом.

Яркость свечения регулируют изменением силы тока, а диаграмму направленности формирует вторичная оптика светильника или линза, расположенная непосредственно над светоизлучающим кристаллом.

В последнее время светодиоды видимого диапазона и особенно УФ LED, находят все большее и больше применение в разных областях нашей жизни. Появление светодиода с ультрафиолетовым свечением стало возможным после разработки светодиода синего света на основе нитрида галлия (GaN). В 1993 году С. Накамура создал первый синий диод, который характеризовался высокой яркостью. С этого момента стало возможным создавать любой цвет спектра (в том числе белый).

Сюдзи Накамура, инженер компании Nichia, получил за эту работу в 2014 году Нобелевскую премию по физике.

Сюдзи Накамура и Михаил Назаров в Гонконге на международном симпозиуме в 2012 году обсуждают проблемы синих диодов.

Таблица напряжения светодиодов

Чтобы светодиод обеспечивал при работе все характеристики, заданные его конструкцией и технологией изготовления, ему нужно обеспечить расчетное электропитание. Например, подать на его анод и катод напряжение, которое будет немного больше прямого напряжения p-n перехода. Избыток напряжения следует «погасить» на последовательно включенном резисторе. Резистор называется токоограничивающим. Он служит для того, чтобы не допустить превышения тока через p-n переход.

Таблица. Прямое напряжение p-n перехода светодиода цветного свечения.

Цвет свечения	Напряжение рабочее, прямое, В
белый	3,5
красный	1,63–2,03
оранжевый	2,03–2,1
желтый	2,1–2,18
зеленый	1,9–4,0
синий	2,48–3,7
фиолетовый	2,76–4
инфракрасный	до 1,9
ультрафиолетовый	3,1–4,4

Мощные светодиоды, их характеристики

Мощные светодиоды на основе COB-матриц. У крупных моделей в углах корпуса имеются отверстия для крепления. Модели небольших размеров крепятся пайкой на печатную плату.

В дополнение к обычным характеристикам светодиодов у мощных моделей добавляются несколько дополнительных характеристик:

• номинальная мощность, Вт;
• размер чипа, мм;
• номинальный рабочий ток кристалла или матрицы;
• срок службы, связанный со стандартами L 70, L80 и др.

Маломощные светодиоды

По величине потребляемой мощности – это светодиоды от 0,05 до 0,5 Вт, рабочий ток – 20-60 мА (средней мощности – 0,5-3 Вт, ток 0,1-0,7 А, большой – более 3 Вт, ток 1 А и более).

Конструктивно к маломощным светодиодам относятся несколько групп LED-излучателей света:

• светодиоды в корпусах SMD обычные и сверхъяркие;
• диоды типа DIP в цилиндрических корпусах – для монтажа в отверстия печатных плат;
• в корпусах типа «пиранья» – для монтажа в отверстия.

Маломощные светодиоды в разных корпусах.

На картинке светодиоды сверху вниз:

1. В цилиндрических корпусах типа DIP – с гибкими проволочными выводами для пайки в отверстия платы.
2. В корпусах типа «пиранья», они же Superflux, пайка в отверстия.
3. В корпусах с планарными выводами для монтажа на контактные площадки одно- и двухсторонних печатных плат или в «колодцы» многослойных плат.