Как определить на сколько вольт светодиод?

Теоретический метод

Прекрасной подсказкой в этом случае является цвет свечения, внешняя форма и размеры полупроводникового прибора. Если корпус светодиода выполнен из прозрачного компаунда, то цвет его остаётся загадкой, разгадать которую поможет мультиметр. Для этого переключатель цифрового тестера переводят в положение «проверка на обрыв» и щупами поочерёдно касаются выводов светодиода. У исправного элемента в прямом смещении будет наблюдаться небольшое свечение кристалла. Таким образом, можно сделать вывод не только о цвете свечения, но и о работоспособности полупроводникового прибора. Существуют и другие способы тестирования излучающих диодов, о которых подробно написано в данной статье.

Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. Именно химический состав полупроводника во многом определяет напряжение питания светодиодов, точнее, падение напряжение на p-n-переходе. В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Однако есть определённый диапазон значений, которых зачастую достаточно для проведения предварительных расчетов элементов электронной цепи.

В последние годы появились белые SMD светодиоды, в корпусе которых размещено 3 последовательно соединённых кристалла. Их часто можно встретить в китайских светодиодных лампах на 220 вольт. Естественно убедиться в исправности LED-кристаллов в такой лампе при помощи мультиметра не удастся. Стандартная батарейка тестера выдаёт 9 В, а минимальное напряжение срабатывания трёхкристального белого светоизлучающего диода – 9,6 В. Также встречаются двухкристальная модификация с порогом срабатывания от 6 вольт.

Узнать все технические характеристики светодиода можно из интернета. Для этого нужно скачать datasheet на схожую по внешним признакам модель, обязательно такого же цвета свечения, сверить паспортные размеры с действительными и выписать номинальные значения тока и падения напряжения. Следует учитывать, что данная методика весьма приблизительна, так как в одинаковом корпусе могут быть изготовлены светодиоды на 20 мА и на 150 мА с разбросом напряжения до 0,5 вольт.

Характеристики светодиодов

Светодиоды описываются множеством параметров. Важнейшие из них:

• сила света и энергетическая эффективность – Лм и Лм/Вт;
• угол расхождения светового потока по уровням 0,5 или 0,7, градусы – у обычных от 120 до 140 град., у индикаторных моделей – от 15 до 45 град.;
• мощность, потребляемая при работе, Вт – малая – до 0,5, средняя – 0,5-3, большая – более 3;
• рабочий ток через диод, мА или А;
• цвет или оттенок белого света, цветовая температура, градусы Кельвина, К – от 2000-2500 К – теплый белый и до 6500-9500 К – белый холодный.

Есть и другие характеристики, но они используются реже. Например, вольт-амперная характеристика, ВАХ светодиода – кривая зависимости тока через переход от приложенного к нему рабочего напряжения. Применяется при электрических расчетах режима работы светодиода.

Размеры

Размеры светодиода определяются габаритами его корпуса. Для корпусов SMD – длина, ширина, толщина. Первые две величины заложены в обозначении, например, SMD2835, где две пары цифр – это 2,8 мм – ширина и 3,5 мм – длина. Толщину корпуса нужно брать из описания или паспорта на диод.

Размеры SMD3528 и SMD2835. Справа внизу серый уголок – ключ, обозначающий катод.

Для цилиндрических DIP-диодов важные характеристики – диаметр корпуса и его высота с линзой. При этом нужно учесть длину проволочных выводов и рекомендации производителя по их изгибу перед монтажом.

Длина волны

Такая характеристика светодиодов, как длина волны используется очень редко. Чаще называют цвет свечения.

Длина волны свечения диода измеряется в нанометрах – нм. В паспортных данных изделия она указывается не всегда.

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.

Как определить искомый параметр для одного диода

Если нет возможности с помощью справочной литературы выяснить, какой ток потребляет один светодиод, тогда можно осуществить измерения своими руками. Это необходимо делать в той ситуации, когда длина подсветки будет не целой (например, 2,4 м).

Светодиоды

Для определения нужной величины вам понадобятся:

• лабораторный блок питания, рассчитанный на 12 вольт;
• постоянные резисторы (1 кОм, 560 Ом и 2,2 кОм);
• миллиамперметр;
• цифровой вольтметр;
• монтажный провод;
• мощный переменный резистор на 470-680Ом.

Определять нужно следующим образом:

• выясняем полярность диода с помощью монтажного провода и постоянного резистора. Если диод загорится, то это будет «+»;
• собираем электрическую цепь: постоянный резистор для нужного диода, переменный резистор, а также миллиамперметр. Параллельно светодиоду нужно подключить вольтметр;

Вольтметр

• переменный резистор ставим на максимальное сопротивление;
• подключаем цепь;
• записываем показания прибора;
• далее уменьшаем сопротивление для переменного резистора и смотрим на вольтметр. Показания нужно записывать каждые 0,1В при нарастающем напряжении;
• когда напряжение будет расти меньше чем ток — уменьшаем сопротивление резистора.

В результате получим ток одного диода.

Принцип работы диодов для чайников

Чтобы понять, как работает светодиод, нужно знать, что такое p-n-переход. Это область, в которой соприкасаются полупроводники p и n типа, в результате чего один тип проводимости переходит к другому. N тип содержит электроны проводимости как носители заряда. Полупроводник p типа носитель положительного заряда (дырки).

Анод (p типа) является положительным электродом, катод (n типа) это отрицательный электрод. Внешняя поверхность катода и анода содержит контактные металлические площадки с припаянными выводами. Когда к аноду подается положительный заряд электричества, а к катоду отрицательный, то на р-n переходе между кристаллом катодом начинает течь ток.

Варианты и места использования, плюсы и минусы применения

Применять светодиодную ленту можно практически везде, что делает данную разновидность универсальной. Но есть несколько вариантов, используемых чаще всего и обеспечивающих хороший результат:

1. Подсветка потолка по периметру. Ленту прокладывают в нише или за плинтусом, который крепится с небольшим отступом от поверхности. За счет отражения свет получается рассеянным, обеспечивая равномерный эффект и красивое выделение контура помещения.

2. Прокладка ленты под выступающими элементами или в углублениях на потолке сложной конфигурации. За счет этого можно выделить оригинальные детали оформления и подчеркнуть их. Бывают разные варианты, все зависит от ситуации.

3. Подсветка ниш в стене или под мебелью. Такое решение придает интерьеру современные нотки. А если расположить светодиодную ленту по нижнему контуру кровати, шкафа или других элементов обстановки, это придаст им парящий эффект.

4. Использование светодиодной ленты в качестве основного освещения. В этом случае в потолок встраивается алюминиевый профиль большой ширины, внутри которого наклеивается несколько рядов для обеспечения нужной интенсивности света. Снаружи элемент закрывается рассеивателем, чтобы делает освещение равномерным и мягким.

5. Подсветка фасадов и других элементов наружного оформления или использования ленты в беседках, патио и т.д. В этих случаях используют влагозащищенную ленту в силиконовой оболочке, которая не боится осадков и перепадов температур.

6. Освещение шкафчиков изнутри на кухне. Оригинальное решение, которое часто используется в фасадах со стеклянными вставками.

7. Подсветка ступеней лестницы – это не только делает конструкцию оригинальной, но и повышает безопасность.

Можно использовать подсветку и в других случаях, здесь перечислены только основные. Светодиоды очень популярны в силу ряда плюсов:

1. Привлекательный внешний вид интерьера с мягкой подсветкой. За счет равномерного приглушенного освещения можно добиться разных эффектов, что расширяет возможности оформления.
2. Большое разнообразие вариантов, они могут отличаться по ряду критериев, что позволяет подобрать подходящее решение для любых условий.
3. Экономичное потребление электроэнергии. На сегодня это самый энергосберегающий вариант, уменьшающий расходы на электричество.
4. Безопасность использования. Во-первых, во время работы диоды нагреваются намного меньше ламп накаливания и галогенных вариантов. Во-вторых, в них не содержатся опасные вещества, как в люминесцентных колбах. В-третьих, система работает от низкого напряжения, поэтому опасность поражения током отсутствует и можно использовать ленту в помещениях с повышенной влажностью.
5. Установка светодиодной подсветки намного проще, чем любого другого варианта оборудования. Разобраться в монтаже не трудно, если следовать инструкции, работа займет немного времени.

Ленту можно расположить практически везде.

Срок службы у светодиодной подсветки также намного больше, чем у любого другого аналога.

Есть у этого вида подсветки и определенные минусы. Главным является высокая цена за качественные ленты, хотя с каждым годом она становится все меньше. Также нужно учесть, что длительный срок работы возможен только при правильной установке, любые ошибки уменьшают ресурс в разы.

Рекомендуем: Как установить светодиодную ленту на карнизе для штор

Интересные факты.

Светодиодная лента.

Получение белого цвета. Есть три варианта. Первый – по технологии RGB. Включение всех трех цветов на 100% дает белый цвет. Во втором случае на линзу наносят три люминофора: голубой, красный и зеленый. Третий вариант заключается в нанесении красного и зеленого люминофора на оптическую систему голубого светодиода.

Работа при повышенных температурах. С ростом температуры в области p-n-перехода уменьшается яркость свечения. Причем у красных и желтых падение яркости больше, чем у синих и зеленых. Поэтому нужно использовать хороший теплоотвод и не допускать эксплуатации led при повышенных температурах.

Как готовят полупроводники? В основном по технологии металлоорганической эпитаксии в атмосфере особо чистых газов. Выращиваются пленки толщиной от ангстремов до микрон. Разные слои легируются примесями, которые дадут слою высокую концентрацию электронов или дырок, то есть сформируют n или p структуру полупроводника. Зачем пленки травят, создают контакты к n и p слоям и делят на чипы нужных размеров.

Чем хороша СОВ-технология? Тем, что кристаллы монтируются на металлическую подложку, которая одновременно выполняет функции радиатора. Таким образом получают отличный теплоотвод непосредственно от полупроводникового кристалла. Дополнительно можно получить разную форму светодиода, разную гибкость и и.п.

Как правильно рассчитать требуемый параметр

Чтобы определить, сколько ампер или какой ток будет потреблять led на 12 или 24 вольт, нужно просто выяснить тип приобретенной продукции и по таблице, приведенной выше, выяснить искомый параметр. Из таблицы мы получим уже готовые значения для изделий с длиной до пяти метров. При этом, если длина подсветки будет превышать 5 метров, к конечному значению таблицы нужно просто приплюсовать необходимую длину. Гораздо проблематичнее дела обстоят при вычислении нужного параметрам в ситуации, когда длина подсветки составляет, например, 2,4 м. В таком случае необходимо вычислить, сколько светодиодов приходиться на кусочек (в данном случае 0,4 м). Это можно выяснить, подсчитав количество диодов вручную. После этого, используя метод пропорций, можно легко вычислить, сколько тока будут потреблять конкретное количество источников света.

Расположение диодов

Как видим, каждая осветительная установка будет носить исключительно индивидуальный характер. Поэтому расчет нужно проводить для каждой отдельной подсветки. Это позволит избежать ситуации преждевременного выхода из рабочего состояния источников света вследствие нарушения условий эксплуатации. После этого можно спокойно подбирать блок питания. Поскольку вычисленное количество потребляемого тока это и будет тот параметр, по которому необходимо подбирать преобразователь. От блока питания можно запитать led с напряжением в 12, 18 и 24 вольт. Вычислив, какую мощность имеет 1 м изделия, можно легко вычислить данный параметр для всей длины подсветки. Для этого полученное значение просто умножает на общую длину осветительного прибора

Обратите внимание! Осуществляя расчеты для подбора оптимального блока питания, обязательно необходимо закладывать в них 20-30 % от полученного конечного результата, формируя тем самым запас прочности покупаемого преобразователя. Такой объем запаса необходимо делать из-за того, что в сети напряжения иногда встречаются скачки

Они, в ситуации, когда блок питания был выбран без хотя бы минимального запаса в 20%, могут вывести его из строя. Это означает, что преобразователь может просто перегореть. В результате вы не сможете пользоваться свой подсветкой, пока его не замените. Но бывают ситуации, когда от перенапряжения из строя выходят и сами диоды.

Светодиодная подсветка в комнате

Чтобы вычислить энергопотребление подсветки, необходимо потребляемую мощность всей подсветки (с учетом 20-30 % запаса) нужно просто умножить на то количество времени, сколько она будет включена в день. К примеру, предполагается, что работать светодиодное изделие будет в течение четырех часов. Но здесь в расчетах необходимо учитывать цвет светодиодов.

А в чем же отличие от обычного диода?

Оказывается, световой диод все же отличается от обычного (сигнального) диода. Основное отличие, конечно же, заключается именно в конструкции. Так, у светодиода есть специальная полусферическая защита, которая хранит его от ударов и других механических воздействий извне. Также очень любопытен тот факт, что светодиодный переход самостоятельно излучает довольно мало фотонов. Именно по этой причине корпус светодиода специально делают из эпоксидной смолы, которая позволяет направить фотоны, идущие в другие стороны строго вверх.

Встречаются иногда и очень необычные формы светодиодов. Среди них и прямоугольная, и цилиндрическая и даже форма в виде стрелки. Все зависит от того, куда нужно концентрировать свет, а это зависит от цели, для которой этот светодиод создается.

Работа светодиодов

Светодиоды существует в разных цветах, бывают двух и трехцветными, мигающими и меняющими цвет. Чтобы пользователь мог запрограммировать последовательность работы светильника, используются различные решения, которые напрямую зависят от напряжения питания светодиода. Для подсветки светодиода требуется минимальное напряжение (пороговое), при этом яркость будет пропорциональна току. Напряжение на светодиоде немного увеличивается с током, потому что есть внутреннее сопротивление. Когда ток слишком высок, диод нагревается и перегорает. Поэтому ток ограничивают до безопасной величины.

Резистор помещается последовательно, поскольку для решетки диода требуется гораздо более высокое напряжение. Если U обратное, ток не течет, но для высокого U (например, 20 В) возникает внутренняя искра (пробой), которая разрушает диод.

Как и для всех диодов, ток протекает через анод и выходит через катод. На круглых диодах катод имеет более короткий провод, а корпус имеет катодную боковую тарелку.

Какое напряжение идёт на диод

Производители указывают номинальное прямое напряжение. Это значение будет различным для каждого типа светодиода. Но не нужно каждый раз проверять значения в документации. Достаточно использовать примерную таблицу, содержащую безопасные диапазоны напряжения:

Прямое напряжение LED в зависимости от цвета

Приведенная таблица содержит значения, которые были записаны из даташитов наиболее популярных производителей светодиодов. Конечно есть исключения, например сверх-яркие или мощные светодиоды. Но в случае с обычными, можно смело пользоваться этой таблицей.

А это ещё одна, аналогичная.

В общем когда пропускаем через LED ток желаемой интенсивности (например 20 мА), то прямое напряжение на нем устанавливается само. 

Светодиоды малой мощности

Так же их называют индикаторными. Их смело можно назвать самым распространенным видом светодиодов. Они небольшого размера (2-20 миллиметров в диаметре). Индикаторными их называют по самому частому применению – вы наверняка их видели практически во всей бытовой технике. Практически все белые маломощные светодиоды обладают параметрами 20МА 3,2 вольт. То есть его мощность – 0,06ватт. Так же к этому виду светодиодов относят светодиоды поверхностного монтажа или SMD – светодиоды. Это светодиоды, которые подсвечивают экраны, кнопки и т.п. Так же из них делают светодиодные ленты, часто используемые для декорирования помещений. Ленты бывают либо SMD 3528, либо 5050. SMD 3528 делается как раз из таких индикаторных светодиодов. А вот SMD 5050 сделаны из соединенных по трое светодиодов. Их мощность – в районе 0,2 ватта.

Устройство и принцип работы светодиодов

Светодиодом
называется прибор-полупроводник, способный преобразовывать электрический ток в
видимое световое излучение. Часто применяемое обозначение светодиода ЛЕД
является абберевиатурой light-emitting diode
– светоизлучающий диод.

В
отличие от ламп, излучение которых лежит в широком спектре, кристалл светодиода по внешнему полю излучает конкретный цвет. Диапазон освещения определяется
химическими особенностями полупроводников, используемых в каждом случае.

Все модели светодиодов содержат следующие элементы:

• катод, отвечающий за подачу отрицательной части волны постоянного тока на полупроводниковый кристалл;
• анод, осуществляющий подачу положительной части волны на кристалл;
• рассеиватель, увеличивающий угол свечения;
• рефлектор, который отражает световой поток на рассеиватель;
• кристалл или чип полупроводника, осуществляющий излучение светового потока, используя p-n переход.

Конструкция
диода включает два полупроводника, легированных разными примесями. Один из них
содержит свободные электроны, а второй – отверстия (дырки). Это обеспечивает
p-n переход между полупроводниками, когда электроны переходят от донора к
реципиенту, занимая свободные отверстия и выделяя фотоны. Данная реакция
возможна при наличии источника постоянного тока. На практике применяются
гетероструктуры – многослойные полупроводники, имеющие самый маленький вес.

Зная, какие бывают светодиоды по мощности и по внешнему виду, можно выбрать
прибор для разных случаев. Они делятся на две большие группы:

1. Индикаторные. Маленькие светодиоды относительно небольшой мощности с умеренной яркостью. Применяются для цветовой индикации, при подсветке приборных панелей и прочего.
2. Осветительные. Их мощность может доходить до нескольких десятков Ватт, за счёт чего достигается свечение высокой интенсивности. Используются в составе светодиодных лент и ламп для освещения помещений, в фарах и иных приборах.

Мощные светодиоды

Условно можно поделить на:

• Брендовые (фирмы CREE, Nichia, Osram и другие…)
• Китайские

Что касается брендовых, они всем хороши, кроме, пожалуй, завышенной цены. Зато приобретая такие светодиоды, вы будете уверены в их качестве, к тому же все показатели, в том числе и мощность, указаны в инструкции. Так же нужно учитывать, что подобные компании выпускают светодиоды для заводской сборки. Вручную это тоже можно сделать, но будет гораздо сложнее. Китайские светодиоды обладают гораздо большим ассортиментом. Но при всем многообразии китайские светодиоды грешат отклонениями от стандартов (точнее одних стандартов просто нет), и невысоким качеством. Обычный светодиод китайского производства обладает мощностью примерно в 2,6 ватта. Так же выпускают светодиоды с увеличенным кристаллом.

Классификация светодиодов по их области применения

Такие элементы могут быть индикаторными и осветительными. Первые были изобретены раньше вторых, при этом они уже давно используются в радиоэлектронике. А вот с появлением первого осветительного светодиода начался настоящий прорыв в электротехнике. Спрос на осветительные приборы подобного типа неуклонно растет. Но и прогресс не стоит на месте – изобретаются и внедряются в производство все новые виды, которые становятся все ярче, не потребляя при этом больше энергии. Разберем более подробно, какими бывают светодиоды.

Индикаторные светодиоды: немного истории

Первый такой светодиод красного цвета был создан в середине ХХ века. Хотя он имел низкую энергоэффективность и излучал тусклое свечение, направление оказалось перспективным и разработки в этой обрасти продолжились. В 70-х годах появляются зеленые и желтые элементы, а работы по их усовершенствованию не прекращаются. К 90-му году сила их светового потока достигает 1 Люмена.

В наше время светодиодные лампы могут быть даже такими

1993 год ознаменован появлением в Японии первого синего светодиода, который был намного ярче предшественников. Это означало, что теперь, совмещая три цвета (которые и составляют все оттенки радуги), можно получить любой. В начале 2000-х сила светового потока уже достигает 100 Люмен. В наше время светодиоды не перестают совершенствоваться, наращивая яркость без увеличения потребляемой мощности.

Использование светодиодов в бытовом и промышленном освещении

Сейчас подобные элементы используются во всех отраслях, будь то машино- или автомобилестроение, освещение производственных цехов, улиц или квартир. Если взять последние разработки, то можно сказать, что даже характеристики светодиодов для фонариков порой не уступают старым галогеновым лампам на 220 В. Попробуем привести один пример. Если взять характеристики светодиода 3 Вт, то они будут сопоставимы с данными лампы накаливания с потреблением 20-25 Вт. Получается экономия электроэнергии почти в 10 раз, что при ежедневном постоянном использовании в квартире дает весьма существенную выгоду.

Фонари на диодах со специальными линзами светят на расстояние до 3 км

Чем хороши светодиоды и есть ли в них минусы

О положительных качествах световых диодов можно сказать многое. Основными из них можно назвать:

• Экономичность без потери силы светового потока – здесь они вне конкуренции;
• Прочный корпус – отсутствует опасность механического повреждения;
• Долговечность – такие элементы работают в десятки раз дольше ламп накаливания;
• Компактность – имеют малые габариты;
• Наиболее безопасны – работают от сети 3-24 В;
• Экологичны – не требуют специальной утилизации.

Что же касается отрицательных сторон, то их всего две:

• Работают только с постоянным напряжением;
• Вытекает из первого – высокая стоимость ламп на их основе по причине необходимости использования драйвера(электронного стабилизирующего блока).

Ультрафиолетовый и инфракрасный световые диоды – изготавливают даже такие

Основные выводы

На осветительном рынке представлены разные виды светодиодов. При выборе изделия нужно ознакомиться с его характеристиками, чтобы подобрать наиболее подходящее для вас

Важно учитывать величину тока, напряжение, сопротивление, мощность светового излучения, угол свечения, цветовую температуру. Также необходимо уметь расшифровать маркировку на ЛЕД-устройстве, которая указывает на его размер

Кроме того, необходимо знать, что существуют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые применяются для цветовой индикации, а вторые – для освещения. Если вы будете разбираться в этой информации, то без проблем подберете наиболее подходящие led-элементы для конкретных целей.

Предыдущая

Лампы и светильникиОсобенности и характеристики распространенных типов ртутных ламп

Следующая

Лампы и светильникиКак правильно паять светодиодную ленту