Плюс и минус у светодиода. определяем полярность led

Параметры качественного светодиодного фонаря

На сегодняшний день на рынке можно приобрести большое количество и обычных фонарей, но их активно вытесняют светодиодные. Произошло это в первую очередь из-за того, что последние дают намного более яркий свет.

Для того чтобы правильно подобрать светодиоды для фонариков, характеристики которых весьма разнообразны, необходимо при выборе учесть все основные требования покупателя

То, на что нужно обратить внимание – это тип луча, он может быть широким или узким. Какому виду отдать предпочтение, зависит от будущего применения

К примеру, чтобы можно было видеть предметы на расстоянии 30 метров, лучше подобрать фонарик с широким лучом, а модели с узким могут хорошо подсветить удаленные объекты. Чаще всего такое освещение имеют тактические приборы, которыми пользуются туристы, охотники и велосипедисты.

Еще одним важным фактором, влияющим на работу фонаря, является тип его питания. Для самых простых бытовых приборов используются обыкновенные батарейки типа АА или ААА, но для сильных и мощных устройств такого объема будет недостаточно. В этом случае необходимо воспользоваться литий-ионными аккумуляторами, которые могут работать беспрерывно в течение 5 часов.

Стоит обратить свое внимание и на светодиоды для фонариков, характеристики яркости которых отличаются между собой не более чем на 40%. Гарантией качества выбранных устройств служит наличие маркировки

В случаи ее отсутствия можно говорить о несертифицированном изделии, чаще всего китайского производства.

Цвета и материалы

Обычные светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов, в следующей таблице приведены доступные цвета с диапазоном длин волн, падение напряжения на диоде и материал:

Несмотря на то, что в мире широко выпускаются белые светодиоды в конструктиве синего/фиолетового свечения кристалла с нанесенным на него желтым или оранжевым люминофором, ничто не мешает нанести и люминофоры другого цвета свечения. В результате нанесения красного люминофора получают пурпурные или розовые светодиоды, гораздо реже выпускают светодиоды салатного цвета, где на синий кристалл наносится люминофор зеленого цвета свечения.

Светодиоды также могут иметь цветной корпус.

В 2001 году Citizen Electronics первой в мире произвела цветной SMD светодиод из цветной пастели под названием PASTELITE.

Разновидности белого цвета

Чаще всего в быту, для декораций и освещения используются белые светодиоды, характеристики которых зависят от их тона.

Теплый белый свет: его цветовая температура составляет 2700 К, и он отличается небольшим желтоватым оттенком, похожим на пламя, которое излучает свеча. Именно такой оттенок характерен для ламп накаливания, он успокаивает и расслабляет

Важно отметить, что использование матового или прозрачного плафона будет менять оттенок на более мягкий либо насыщенный. Этот вид света не основной, но он прекрасно подойдет для дополнительного и декоративного освещения, будет идеальным для установки в спальнях

Благодаря ему можно создать в помещении гармонию и домашнее тепло.

Натуральный белый свет: его цветовая температура составляет 4200 К, он является самым популярным и чаще всего используемым. Подходит для применения в качестве основного источника освещения помещений как коммерческого характера, так и бытового. Можно использовать для всех типов поверхностей, таких как кухонная столешница либо рабочий стол в кабинете. Как и теплый свет, натуральный имеет несколько оттенков. Светильники и лампы с матовым рассеиванием будут иметь совсем другой спектр насыщенности, чем приборы с прозрачной колбой. Он способствует получению более точного и направленного света, нежели матовый, через который излучаются мягкие блики ненавязчивого оттенка.

Холодный белый свет: его цветовая температура составляет 6000 К. Имеет своеобразный голубоватый оттенок. Этот тон является очень ярким и чаще всего используется для офисов, а также как локальное освещение. Достаточно широкое распространение получил на парковках, в подъездах, на придомовой территории, а также в парках, алеях и скверах. Часто устанавливается для подсветки уличных реклам, коммерческих вывесок и прочего.

Параметры сети

Рисунок 4. Драйвер светодиодного осветительного прибора

Все светодиоды функционируют только при подаче постоянного тока. Обычная сеть в розетке предполагает переменный ток с высоким показателем напряжения. Поэтому одним из основных компонентов любого осветительного прибора представляется драйвер. Данный источник питания создается на основе ШИМ модуляции и может похвастаться высокой надежностью.

Большая часть современных лампочек оснащаются встроенным драйвером, устанавливаемым во внутренней части радиатора. Этот компонент выпрямляет переменный ток и ограничивает напряжение. Драйвер может работать только с тем прибором, в который установлен. Он не рассчитан на дополнительную нагрузку извне.

Встречаются и выносные драйверы, применяемые на специфических источниках света и светодиодных лентах. В частности, при организации RGB подсветки используются усложненные схемы драйверов, способные подавать свое значение напряжения на каждый кристалл. Без подобной функции сформировать многоцветную подсветку невозможно.

Виды и характеристики светодиодов.

Светоизлучающие диоды различают по конструкции корпуса:

1. DIP – маломощные индикаторные цилиндрические элементы. Востребованы для подсветок экранов, индикации, световых гирлянд.
2. «Пиранья» — четырехконтактный DIP. Они крепче держатся на своем месте и меньше греются. Востребованы в автомобильной промышленности для подсветок.
3. SMD – внешне выглядит, как параллелепипед. За счет своей надежности и универсальности востребованы во многих отраслях светотехнической промышленности.
4. PCB Star светодиоды. Разновидность SMD.
5. СОВ – плоский SMD. Новейший тип.

Независимо от исполнения корпуса выделяют светодиоды:

1. Двухцветные. Они излучают одновременно два цвета. Обладают тремя контактами, один из которых общий.
2. Полноцветные RGB (красный-зеленый-синий). Изготавливаются из трех полупроводниковых кристаллов под общей линзой, обладают четырьмя электродами. По одному выводу для каждого полупроводникового элемента и один общий вывод. В SMD у прибора будет шесть выводов.

Пропорциональное смешение цветов дает всевозможные оттенки света. Например, при включении на 100% красного и зеленого получится желтый.

1. Адресные светодиоды − разновидность полноцветных. Отличаются от обычных RGB тем, что включаются по собственному индивидуальному коду. Востребован в лентах, где на адресном светодиоде можно задать неповторяющийся цветовой оттенок. При этом led-диод обладает собственным адресом, на который поступают команды от специального управляющего драйвера. Управление цветами происходит через микрочипы, которые встраиваются рядом с адресными светодиодами.
2. Сверхмощные (сверхяркие) светодиоды – элементы мощностью выше 1 Вт с силой тока от 300 мА. (Мощность обычных светодиодов измеряется чаще всего в милливаттах). Такие устройства светят очень ярким светом. Используются в фонариках, фарах, прожекторах и т.п.

Также led-элементы подразделяются на:

1. Индикаторные — маломощные.
2. Осветительные — приборы большой мощности.
3. Инфракрасные – излучают невидимый человеческому глазу инфракрасный спектр.

Инфракрасные диоды. Благодаря специально подобранным материалам проводников они испускают невидимые глазу инфракрасные лучи. Они безвредны для живых существ, но заметны для электронных систем регистрации. Востребованы во многих технических устройствах  и станках во всевозможных отраслях промышленности.

Индикаторные led-диоды. Выступают в роли индикаторов для техники,  подсветок дисплеев и т.п. Их делят по типу используемых полупроводников на:

• двойные – светят зеленым и оранжевым;
• тройные – светят желтым и оранжевым;
• тройные – светят красным и желто-зеленым.

Независимо от вида светодиоды характеризуются некоторыми параметрами.

Цвет излучения. Обусловлен химическим составом полупроводников. Некоторые вещества и соответствующие им цвета обозначены в таблице.

Яркость. Она пропорциональна силе тока, текущей сквозь элемент. Среди led-диоды, которые светят белым светом, выделяют яркие (20-25 милликандел) и сверхяркие (свыше 20 тысяч милликандел).

Сила тока. Светодиоды весьма чувствительны к силе тока. При превышении ее значения выше номинального led может перегореть. Поэтому не рекомендуется превышать максимальный прямой ток элемента. Точные значения для конкретного светодиода приводятся в техническом описании.

Падение напряжения. Характеризует допустимую разницу между величинами входного и выходящего напряжения. У значения напряжения для светодиодов есть максимальное значение, превышение которого приведет к поломке led. Значения указываются в техническом описании.

Полярность. Поскольку ток в светодиоде течет только от p -слоя к n -слою, для предотвращения поломок стоит полярность. Обычно ее определяют по внешнему виду, маркировке или особым пометкам на корпусе. (Подробнее смотрите в статье «определение полярности»). Также узнать полярность можно из технической документации.

Угол рассеивания света. Определяется формой линзы, конструкцией кристалла и от используемых для изготовления кристалла веществ. Может меняться от 15 до 180 градусов.

Что такое диод

Полупроводниковый диод или просто диод представляет из себя радиоэлемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. По аналогии с гидравликой диод можно сравнить с обратным клапаном: устройством, которое пропускает жидкость только в одном направлении.

обратный клапан

Диод – это радиоэлемент с двумя выводами. Некоторые  диоды выглядят почти также как и резисторы:

А некоторые выглядят чуточку по-другому:

Есть также и SMD исполнение диодов:

Выводы диода называются – анод и катод. Некоторые по ошибке называют их “плюс” и “минус”. Это неверно. Так говорить нельзя.

На схемах диод обозначается так

Он может пропускать электрический ток только от анода к катоду.

Маркировка стабилитронов

Маркировка наносится на корпус стабилитрона в виде цифр и букв (или буквы). Различают принципиально два разных типа маркировки. Стабилитрон в стеклянном корпусе имеет привычную для нас маркировку, непосредственно обозначающую номинальное напряжение стабилизации. Цифры могут быть разделены буквой V, выполняющую роль десятичной точки. Например, 5V1 означает 5,1 В.

Менее понятный способ маркировки состоит из четырех цифр и буквы в конце. Если вы не опытный радиолюбитель, то без даташита никак не обойтись. Для примера расшифруем параметры опорного диода серии 1N5349B. Больше всего нас интересует первый столбец, в котором приведено номинальное напряжение 12 В. Второй столбец – номинальное значения ток – 100 мА.

Катод стабилитрона любого типа обозначается кольцом черного или синего цвета, которое наносится на корпус со стороны соответствующего вывода.

Разновидности светодиодов

Существуют самые разные светодиоды, параметры и характеристики которых полностью зависят от их видов:

1. Моргающие: используются в индикаторах для привлечения внимания. Этот вид практически не отличается от обычных, однако для его изготовления применяется встроенный кругооборот мультивибратора, который мерцает с перерывом в 1 секунду. Основные виды таких диодов распространяют однотонные световые лучи, более сложные по своим характеристикам могут вспыхивать несколькими оттенками поочередно либо одновременно, благодаря параметру RGB.

2. Многоцветные моргающие светодиоды, характеристики которых достаточно разнообразны и могут быть представлены в двух разных кристаллах, работающих один навстречу другому, поэтому, когда загорается первый, то полностью гаснет второй. При помощи тока, который движется в начальном направлении, появляется один цвет, а в противоположном – другой. Благодаря такому виду работы образуется и третий цвет, так как два основных смешиваются.

3. Трехцветные светодиоды, параметры и характеристики которых заключаются в наличии нескольких светоизлучающих диодов, не связанных друг с другом, но совмещеных в одном корпусе. Они работают по отдельности, могут светиться одновременно, но управление у них остается совершенно разным.

4. Светоизлучающие RGB-диоды с синими, красными и зелеными элементами, в которых используется связь с четырьмя проводами и единым общим катодом либо анодом.

5. Монохромные дисплеи с семью сегментами, а так же с применением starburst – формата. Такие экраны показывают все цифры, а некоторые даже определенный набор букв. Использование Starburst позволяет отображать все символы.

Достаточно распространенные в 80-х годах алфавитно-цифровые и числовые дисплеи стали менее популярны после появления ж/к мониторов.

Достоинства и недостатки светодиодов SMD

К плюсам LED в исполнении SMD относятся:
упрощение (следовательно, удешевление) производства печатных плат – отсутствует (или сводится к минимуму) этап сверления и металлизации отверстий;
упрощение (удешевление) технологии монтажа элементов на плату – отсутствует этап формовки и изгиба выводов, сама процедура пайки лучше поддается автоматизации и т.п.;
возможность обратную сторону платы делать из металла – упрощается проблема отвода тепла;
проще охлаждать сами элементы из-за плотного прилегания к плате большой поверхностью;
меньший размер электронных устройств из-за небольшого размера деталей и плотного размещения;
снижение побочных емкостей и индуктивностей, что важно при разработке высокочастотных устройств.

Есть и недостатки:
если устройство собирается вручную, потребуются более квалифицированные мастера;
высока инвестиционная составляющая стоимости готовой продукции – оборудование для монтажа сложное и стоит дорого;
при тепловом расширении или изгибе печатной платы возможен отрыв контактов элементов от мест пайки, а также возникновение микротрещин.

В целом плюсы перевешивают – в итоге готовые изделия имеют меньшие размеры, массу и себестоимость.

Как определить анод и катод диода

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод.  Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).

Световой поток

Световой поток – параметр мощности свечения ЛЕД прибора, измеряемый в люменах. Характеристика позволяет определить эффективность и экономичность конкретной модели в установленных условиях эксплуатации.

По световому потоку производится сравнение светодиодных приборов с лампами накаливания и другими источниками света. Для этого применяют особые таблицы.

Мощность светового потока в разы выше, чем у других источников света. Подбирая модели по этим параметрам, не стоит забывать о том, что после выработки времени эксплуатации светодиодные модели значительно теряют в яркости.

Рисунок 1.  Показатели светового потока

Сколько вольт имеет прямое напряжение светодиода

Вольт-амперная характеристика LED.

Если изучить стандартную вольт-амперную характеристику светодиода, можно заметить на ней несколько характерных точек:

1. В точке 1 p-n переход начинает открываться. Через него начинает идти ток и LED начинает светиться.
2. При увеличении напряжения ток достигает рабочего значения (в данном случае 20 мА), и в точке 2 напряжение является рабочим для данного LED, яркость свечения становится оптимальной.
3. При дальнейшем увеличении напряжения ток растет, и в точке 3 достигает своего максимально допустимого значения. После этого он быстро выходит из строя, а кривая ВАХ растет только теоретически (штриховой участок).

Надо заметить, что после окончания перегиба и выхода на линейный участок ВАХ имеет большую крутизну, что ведет к двум последствиям:

• при увеличении тока (например, при неисправности драйвера или отсутствии балластного резистора) напряжение растет слабо, поэтому можно говорить о постоянном падении напряжения на p-n переходе, независимо от рабочего тока (эффект стабилизации);
• при небольшом увеличении напряжения ток растет быстро.

Способы выявления полярности

Определение полярности светодиода по внешнему виду

Выделяют несколько основных методов, по которым можно выяснить, где плюс у светодиода, а где минус. Самый простой способ — визуальный осмотр элемента и определение полярностей по внешнему виду.

Для новых LED-элементов характерной чертой является длина ножек. Анод (плюс) всегда будет длиннее катода (минуса). Как памятка мастеру — первая литера «К» от слова «катод» означает «короткий». Можно оценить визуально и колбу лампочки. Если она хорошо просматривается, мастер увидит так называемую «чашечку». В ней расположен кристаллик. Это и есть катод.

Нелишне обратить внимание и на ободок LED-детали. Многие производители предпочитают проставлять специальную маркировку-обозначение напротив катода

Она может выглядеть как засечка (риска), маленький срез или точка. Не увидеть их сложно.

Использование мультиметра

Определение полярности светодиода при помощи мультиметра

Если определить светодиод – анод/катод – визуально не получается, можно использовать специальное оборудование. Таковым является мультиметр. Вся процедура проверки займет не более минуты. Действуют таким образом:

• На аппарате устанавливают режим измерения сопротивления.
• Щупы мультиметра аккуратно соединяют с ножками LED-лампочки. Предположительный плюс ставят к красному проводку. Минус — к черному. При этом касание делают кратковременным.
• Если контакты установлены правильно, аппарат покажет сопротивление, близкое к 1,7 кОм. При неправильном подключении ничего не произойдет.

Мультиметр можно эксплуатировать и в режиме проверки диодов. Здесь при правильном соблюдении полярностей лампочка даст свет. Особенно хорошо такая рекомендация работает с диодами зеленого и красного цветов. Белые и синие требуют напряжения более 3В, поэтому даже при правильном подключении могут не засветиться.

Чтобы проверить элементы этих колеров через мультиметр, можно применить режим определения характеристик транзистора. Он есть на всех современных моделях приборов. Здесь действуют так:

• Выставляют нужный режим.
• Лампочку ножками вставляют в специальные пазы С (коллектор) и Е (эмиттер). Они предназначены для транзистора в нижней части устройства.

Если минус светодиода подключен к коллектору, лампочка даст свет.

Метод подачи напряжения

Определение полярности светодиода методом подачи напряжения

Чтобы определить полярности светодиода, можно использовать для этого источники напряжения (аккумуляторная батарейка). Но лучше всего применить лабораторный блок питания с наличием плавной регулировки напряжения, а также вольтметр постоянного тока.

Действуют таким образом:

• ЛЕД-лампочку подключают к источнику питания и медленно поднимают напряжение.
• Если полярности элемента соблюдены правильно, светодиод даст колер.
• Если при достижении 3-4 В лампочка так и не засветится, плюс и минус подключены неверно.

Если у мастера нет блока питания или батареи на 5-12 В, можно последовательно соединить между собой несколько элементов по 1,5 В. Пригодятся здесь аккумулятор от мобильного телефона или авто. Но стоит помнить: при подключении LED-элементов к мощным устройствам рекомендуется параллельно применять токоограничивающий резистор.

Определение полярности с помощью техдокументации

Если светодиод только что купленный, к нему прилагается техническая документация от производителя. Здесь указаны основные данные о лампочках:

• масса;
• цоколевка светодиодов;
• габариты;
• электрические параметры:
• иногда распиновка (схема подключения).

Светодиод — полярность обозначения

Обозначение светодиода на схеме позволяет легко определить его полярность, но чтобы определить ее у только что купленного элемента, нужно посмотреть на его контакты. Плюсовой вывод анода обычно имеет большую длину, чем катода.

Если светодиод установлен на плате, а она по каким-либо причинам не имеет маркировки элементов, то полярность полупроводника можно определить, внимательно посмотрев на его корпус. Со стороны катода (отрицательного вывода) на корпусе есть засечка плоской формы. Также у прозрачных типов корпусов светодиода видна его внутренность. Подобие чашечки, в которой расположен кристалл полупроводника, имеет прямое соединение с катодом.

В том случае, когда невозможно определить полярность вышеперечисленными способами, но в наличие есть электронный мультиметр, можно использовать его. Берут обычный диод с известной полярностью, ставят прибор на операцию прозвонки и подключают к полупроводнику. Запоминают полярность, когда диод проводит ток. Подключают светодиод к измерительным щупам. Добиваются, чтобы он проводил ток, отмечают его полярность.

Основные выводы

Большинство потребителей при покупке источников света ориентируются на срок службы. При выборе светодиодов решающую роль играет стоимость.

Эффективность этих источников света зависит от многих факторов, в том числе качества охлаждения и пускорегулирующего устройства. На практике модули из СМД-диодов часто проигрывают люминесцентным лампам с цоколем по соотношению цены и срока службы.

По-другому складывается ситуация с прожекторами с датчиками движения. Они экономят электроэнергию и удобны в использовании благодаря отсутствию выключателя. Такие приборы служат долго, если изготовлены одним из ведущих производителей. Эти осветительные приборы достаточно широко используются дизайнеры ландшафта.

Необходимо так же учесть, что заявленный срок службы чаще всего далек от реального. Этот параметр зависит от пропускаемого через диод тока и качества системы охлаждения. Чем выше ток, тем быстрее деградирует кристалл, поэтому самые мощные изделия служат не более 40-50 тыс. часов. При снижении яркости на 30% осветительное оборудование меняется.

Предыдущая
СветодиодыПодключения RGB светодиодной ленты: популярные схемы
Следующая
СветодиодыНазначение, виды и принцип работы линзы для светодиода