Светодиод — Википедия

Светодиодная лампа

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД; англ. light-emitting diode, LED) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт о СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

При пропускании электрического тока через p-n-переход в прямом направлении носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой^[1]).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа A

IIIB^V (например, GaAs или InP) и A^IIB^VI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

Олег Лосев, советский физик, обнаруживший электролюминесценцию в карбиде кремния

Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом^[en] из Маркони Лабс^[en]. Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл — карбид кремния (карборунд, SiC), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.

Эти эксперименты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году О. В. Лосевым, который, экспериментируя в Нижегородской радиолаборатории с выпрямляющим контактом из пары карборунд — стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но тогда весомое значение этого наблюдения не было понято и потому не исследовалось в течение многих десятилетий.

Лосев показал, что электролюминесценция возникает вблизи спая материалов^[2]. Теоретического объяснения явлению тогда не было. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Им были получены два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.)^[3]

В 1961 году Джеймс Роберт Байард (англ.)русск. и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли технологию инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия (GaAs). После получения патента в 1962 году началось их промышленное производство.

Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал Ник Холоньяк в Университете Иллинойса для компании General Electric в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода». Его бывший студент, Джордж Крафорд (англ.)русск., изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз в 1972 году. В 1976 году Т. Пирсол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, специально адаптированный к передаче данных по волоконно-оптическим линиям связи.

Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $200 за штуку), их практическое применение было ограничено. Исследования Жака Панкова в лаборатории RCA привели к промышленному производству светодиодов; в 1971 году им был получен первый синий светодиод^[4][5]. Компания «Монсанто» была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах. Компании «Хьюллет-Паккард» удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.

В середине 1970-х годов в ФТИ им. А. Ф. Иоффе группой под руководством Жореса Алфёрова были получены новые материалы — полупроводниковые гетероструктуры, в настоящее время применяемые для создания лазерных и светодиодов

[6]^[7]. После этого началось серийное промышленное производство светодиодов. Открытие было удостоено Нобелевской премий в 2000 году^[8]. В 1983 году компания Citizen Electronics первой разработала и начала производство SMD-светодиодов, назвав их CITILED^[9].

В начале 1990-х Исама Акасаки, работавший вместе с Хироси Амано в университете Нагоя, а также Сюдзи Накамура, работавший в то время исследователем в японской корпорации «Nichia Chemical Industries», изобрели технологию изготовления синего светодиода (LED). За открытие дешевого синего светодиода в 2014 году им троим была присуждена Нобелевская премия по физике^[10][11]. В 1993 году Nichia начала их промышленный выпуск, а в 1996 начала выпуск белых светодиодов

[12].

Синий светодиод, в сочетании с зелёным и красным, дает белый свет с высокой энергетической эффективностью, что позволило в дальнейшем создать, среди прочего, светодиодные лампы и экраны со светодиодной подсветкой. В 2003 году, компания Citizen Electronics первой в мире произвела светодиодный модуль по запатентованной технологии непосредственно вмонтировав кристалл от Nichia на алюминиевую подложку с помощью диэлектрического клея по технологии Chip-On-Board.

Обозначение светодиода в электрических схемах

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

Светодиод работает при пропускании через него тока в прямом направлении (то есть анод должен иметь положительный потенциал относительно катода).

Из-за круто возрастающей вольт-амперной характеристики p-n-перехода в прямом направлении светодиод должен подключаться к источнику тока. Подключение к источнику напряжения должно производиться через элемент (или электрическую цепь), ограничивающий ток, например, через резистор. Некоторые светодиоды могут иметь встроенную токоограничивающую цепь, в таком случае для них указывается диапазон допустимых напряжений источника питания.

Непосредственное подключение светодиода к источнику напряжения, превышающего заявленное изготовителем падение напряжения для конкретного светодиода, может вызвать протекание через него тока, превышающего предельно допустимый, перегрев и мгновенный выход из строя. В простейшем случае (для маломощных индикаторных светодиодов) токоограничивающая цепь представляет собой резистор, последовательно включенный со светодиодом. Для мощных светодиодов применяются схемы с ШИМ, которые поддерживают средний ток через светодиод на заданном уровне и, при необходимости, позволяют регулировать его яркость.

Недопустимо подавать на светодиоды напряжение обратной полярности от источника с малым внутренним сопротивлением. Светодиоды имеют невысокое (несколько вольт) обратное пробивное напряжение. В схемах, где возможно появление обратного напряжения, светодиод должен быть защищён параллельно включенным обычным диодом в противоположной полярности.

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

	Цвет	длина волны (нм)	Напряжение (В)	Материал полупроводника
	Инфракрасный	λ > 760	ΔU < 1,9	Арсенид галлия (GaAs) Алюминия галлия арсенид (AlGaAs)
	Красный	610 < λ < 760	1,63 < ΔU < 2,03	Алюминия-галлия арсенид (AlGaAs) Галлия арсенид-фосфид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Оранжевый	590 < λ < 610	2,03 < ΔU < 2,10	Галлия фосфид-арсенид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Жёлтый	570 < λ < 590	2,10 < ΔU < 2,18	Галлия арсенид-фосфид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Зелёный	500 < λ < 570	1,9[15] < ΔU < 4,0	Индия-галлия нитрид (InGaN) / Галлия(III) нитрид (GaN) Галлия(III) фосфид (GaP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Алюминия-галлия фосфид (AlGaP)
	Синий	450 < λ < 500	2,48 < ΔU < 3,7	Селенид цинка (ZnSe) Индия-галлия нитрид (InGaN) Карбид кремния (SiC) в качестве субстрата Кремний (Si) в качестве субстрата — (в разработке)
	Фиолетовый	400 < λ < 450	2,76 < ΔU < 4,0	Индия-галлия нитрид (InGaN)
	Пурпурный	Смесь нескольких спектров	2,48 < ΔU < 3,7	Двойной: синий/красный диод, синий с красным люминофором, или белый с пурпурным пластиком
	Ультрафиолетовый	λ < 400	3,1 < ΔU < 4,4	Алмаз (235 нм)[16] Нитрид бора (215 нм)[17][18] Нитрид алюминия (AlN) (210 нм)[19] Нитрид алюминия-галлия (AlGaN) Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN) — (менее 210 нм)[20]
	Белый	Широкий спектр	ΔU ≈ 3,5	Сочетание трех светодиодов основных цветов (красный, синий, зеленый), либо люминофор, излучающий белый цвет под воздействием светодиода со спектром от синего до ультрафиолетового;

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 салатового 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^[21].

По сравнению с другими электрическими источниками света светодиоды имеют следующие отличия:

• Высокая световая отдача. Современные светодиоды сравнялись по этому параметру с натриевыми газоразрядными лампами^[22] и металлогалогенными лампами, достигнув 146 люмен на ватт^[23].
• Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих).
• Длительный срок службы — от 30 000 до 100 000 часов (при работе 8 часов в день — 34 года). Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «деградация» кристалла и постепенное падение яркости.
• Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света — ламп накаливания, газоразрядных ламп).
• Спектр современных белых светодиодов бывает различным — от тёплого белого = 2700 К до холодного белого = 6500 К.
• Спектральная чистота, достигаемая не фильтрами, а принципом устройства прибора.
• Отсутствие инерционности — включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутно-люминофорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 с до 1 мин, а яркость увеличивается от 30 % до 100 % за 3—10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды.
• Различный угол излучения — от 15 до 180 градусов.
• Низкая стоимость индикаторных светодиодов.
• Безопасность — не требуются высокие напряжения, низкая температура светодиода, обычно не выше 60 °C.
• Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.
• Экологичность — отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения в отличие от люминесцентных ламп.

• 

  Комнатное освещение

• 
• 

  В автомобильных фарах

• 

  Декоративное применение

• Подсветка линейкой светодиодов в IPod Touch 2G

На светодиодном экране показывают Tour de France 2010, Paris

• В уличном, промышленном, бытовом освещении (в том числе светодиодная лента).
• В качестве индикаторов — как в виде одиночных светодиодов (например, индикатор включения на панели прибора), так и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло (например, цифры на часах).
• Массив светодиодов используется в больших уличных экранах, в бегущих строках, информационных табло. Такие массивы часто называют светодиодными кластерами или просто кластерами.
• В оптопарах.
• Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях, прожекторах, светофорах, лампах тормозного освещения в автомобилях.
• Светодиоды используются в качестве источников модулированного оптического излучения (передача сигнала по оптоволокну, пульты ДУ, светотелефоны, интернет^[24]).
• В подсветке ЖК-экранов (мобильные телефоны, мониторы, телевизоры, планшеты и т. д.).
• В играх, игрушках, значках, USB-устройствах и прочее.
• В светодиодных дорожных знаках.
• В гибких ПВХ световых шнурах Дюралайт.
• В растениеводстве, так называемые фитолампы, оптимизированные под фотосинтез. В северных странах перспективная замена освещения в теплицах.

Основная статья: OLED

Многослойные тонкоплёночные структуры, изготовленные из органических соединений, которые эффективно излучают свет при пропускании через них электрического тока. Основное применение OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, чем жидкокристаллических.

Главная проблема для OLED — время непрерывной работы, которое должно быть не меньше 15 тыс. часов. Одна из проблем, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причём время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. Хотя сегодня «синий» OLED все-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов (2 года) непрерывной работы.

Дисплеи из органических светодиодов применяются в последних моделях сотовых телефонов, GPS-навигаторах, OLED-телевизорах, для создания приборов ночного видения.

По размеру выручки лидером является японская «Nichia Corporation»^[25].

Также крупным производителем светодиодов является «Royal Philips Electronics», политика которого заключается в приобретении компаний, изготавливающих светодиоды. Так, «Hewlett-Packard» в 2005 году продал компании «Philips» своё подразделение «Lumileds Lighting», а в 2006 были приобретены «Color Kinetics» и «TIR Systems» — компании с широкой технологической сетью по производству светодиодов с белым спектром излучения.

«Nichia Chemical» — подразделение компании «Nichia Corporation», где были впервые разработаны белый и синий светодиоды. На текущий момент ей принадлежит лидерство в производстве сверхъярких светодиодов: белых, синих и зелёных. Помимо вышеперечисленных гигантов, следует также отметить следующие компании: «Cree», «Emcore Corp.», «Veeco Instruments», «Seoul Semiconductor» и «Germany’s Aixtron», занимающиеся производством чипов и отдельных светодиодов.

Яркие светодиоды на подложках из карбида кремния производит американская компания «Cree».

Крупнейшими^[26] производителями светодиодов в России и Восточной Европе являются компании «Оптоган» и «Светлана-Оптоэлектроника». «Оптоган» создана при поддержке ГК «Роснано». Производственные мощности компании расположены в Санкт-Петербурге. «Оптоган» занимается производством как светодиодов, так и чипов и матриц, а также участвует во внедрении светодиодов для общего освещения.
«Светлана-Оптоэлектроника» (г. Санкт-Петербург) — объединяет предприятия, которые осуществляют полный технологический цикл разработки и производства светодиодных систем освещения: от эпитаксиального выращивания полупроводниковых гетероструктур до сложных автоматизированных систем интеллектуального управления освещением.
Также крупным предприятием по производству светодиодов и устройств на их основе можно назвать завод «Samsung Electronics» в Калужской области.

1. ↑ Принцип работы светодиода (рус.). ledflux.ru. Дата обращения 15 марта 2018.
2. ↑ ФИЗИК ЛОСЕВ Жизнь ученого Лосева Олега Владимировича
3. ↑ О. В. Лосев — изобретатель кристадина и светодиода К 100-летию со дня рождения. Автор: Ю. Р. Носов
4. ↑ Light Emitting Diode
5. ↑ Milestones on Development of LED (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 9 октября 2014. Архивировано 14 октября 2014 года.
6. ↑ Самсонов А. Жорес Алфёров: флагман отечественной электроники (рус.) // Экология и жизнь : журнал. — 2010. — № 5.
7. ↑ Полупроводниковые гетероструктуры: от классических к низкоразмерным, или «конструктор» от Нобелевского лауреата (рус.). МФТИ. Дата обращения 21 марта 2019.
8. ↑ The Nobel Prize in Physics 2000 (рус.). The Nobel Prize. Дата обращения 21 марта 2019.
9. ↑ History | CITIZEN ELECTRONICS CO.,LTD. (неопр.). ce.citizen.co.jp. Дата обращения 1 июня 2019.
10. ↑ Нобелевская премия по физике присуждена за LED (рус.). BBC Russian (7 октября 2014). Дата обращения 21 марта 2019.
11. ↑ Нобелевская премия по физике присуждена за изобретение эффективных синих светодиодов (рус.). ТАСС (7 октября 2014). Дата обращения 21 марта 2019.
12. ↑ Nichia/История (рус.). Nichia. Дата обращения 16 июня 2019.
13. ↑ COB светодиоды и лампы на их основе // ledjournal.info.
14. ↑ Мал CSP-светодиод, да дешев // 19.03.2016 г. А. Васильев. elec.ru.
15. ↑ OSRAM: green LED (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 17 января 2011. Архивировано 21 июля 2011 года.
16. ↑ Koizumi, S.; Watanabe, K; Hasegawa, M; Kanda, H. Ultraviolet Emission from a Diamond pn Junction (англ.) // Science. — 2001. — Vol. 292, no. 5523. — P. 1899. — DOI:10.1126/science.1060258. — PMID 11397942.
17. ↑ Kubota, Y.; Watanabe, K.; Tsuda, O.; Taniguchi, T. Deep Ultraviolet Light-Emitting Hexagonal Boron Nitride Synthesized at Atmospheric Pressure (англ.) // Science : journal. — 2007. — Vol. 317, no. 5840. — P. 932. — DOI:10.1126/science.1144216. — PMID 17702939.
18. ↑ Watanabe, Kenji; Taniguchi, Takashi; Kanda, Hisao. Direct-bandgap properties and evidence for ultraviolet lasing of hexagonal boron nitride single crystal (англ.) // Nature Materials : journal. — 2004. — Vol. 3, no. 6. — P. 404. — DOI:10.1038/nmat1134. — PMID 15156198.
19. ↑ Taniyasu, Yoshitaka; Kasu, Makoto; Makimoto, Toshiki. An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres (англ.) // Nature : journal. — 2006. — Vol. 441, no. 7091. — P. 325. — DOI:10.1038/nature04760. — PMID 16710416.
20. ↑ LEDs move into the ultraviolet, physicsworld.com (17 мая 2006). Дата обращения 13 августа 2007.
21. ↑ Pastel Color Chip LED (неопр.).
22. ↑ Натриевая лампа — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
23. ↑ [http://ce.citizen.co.jp/up_img/news/W2JUhsNaM3Ji/20151026_e.pdf Expansion of the product lineup of LEDs for lighting ‘COB Series’: Development of “LEDs that have achieved the world’s highest-class luminous flux of more than 70,000 lm”] (неопр.).
24. ↑ Китайские ученые построили беспроводную сеть на светодиодах (неопр.). Lenta.ru (18 мая 2010). Дата обращения 14 августа 2010.
25. ↑ 3Q13 Global LED Market Share Leaders Архивная копия от 11 октября 2014 на Wayback Machine, Steve Sechrist, 11/19/2013
26. ↑ В Петербурге запустили завод светодиодов

Все что нужно знать про светодиоды

Последнее время, в интернете на различных компьютерных форумах я замечаю людей, которые хотят применить светодиоды для моддинга, однако не обладают достаточными знаниями для этого. Вместо полезных советов, такие люди зачастую выслушивают на тех же форумах рассуждения различных дилетантов, которые не разбираются в теме, а даже самый просто вопрос порождает эпические споры с философскими рассуждениями. Большинство информация из таких тем не только не принесет никакой пользы, а зачастую может и навредит. Для того что бы снять все самые популярные вопросы и заблуждения, которые касаются применения светодиодов в моддинге, я и решил написать сей небольшой опус.

Что такое светодиоды

В последнее время ведется много разговоров о светодиодах, постоянно появляются новости о все более мощных светодиодах, новых разработках и новых товарах на основе светодиодов (стоит вспомнить хотя бы новые жк-мониторы со светодиодной подсветкой от компании Apple). Так что же такое светодиод? Светодиод – это прибор на основе полупроводника, который излучает свет при пропускании через него электрического тока. Существует большое количество различных полупроводниковых материалов из которых делают светодиоды, причем характеристики светодиодов (цвет свечения, яркость свечения и т.д.) зависят от химического состава данных материалов.

Светодиоды разных размеров, цветов и яркости

Применение светодиодов в моддинге

Светодиоды это одни из первых вещей, которые начали применять в моддинге, ведь еще в конце 1999 – начале 2000 года первые моддеры меняли в своих корпусах стоковые светодиоды наскучивших цветов на более яркие светодиоды интересных и необычных цветов. Кроме того, некоторые моддеры самостоятельно изготавливали вентиляторы со светодиодной подсветкой, светодиодные лампы подсветки для корпуса и прочие моддинг-аксессуары. С появлением оптических мышек, моддеры начали заменять в них стандартные светодиоды, а так же устанавливать дополнительные. Однако нельзя сказать что, с появлением серийных вентиляторов с подсветкой, применение светодиодов в моддинге ушло в историю, скорее оно перешло в разряд классики, как и раундинг проводов (который, как всем известно, вошел в метаболизм каждого моддера) и прорезка блоухолов. Действительно, в современных корпусах уже с завода стоят яркие светодиоды синего, белого и других цветов, но ведь мы же хотим сделать вещи уникальными и персонализированными, ведь для этого мы и занимаемся моддингом, а учитывая теперешнее распространение дешевых и мощных светодиодов, не использовать их в моддинге – грех =), посему их используют по полной программе: ими подсвечивают корпуса, клавиатуры, вентиляторы, гравировки, люминесцентные краски и так далее. Светодиоды отлично применимы там, где нужна локальная или компактная подсветка, яркая или наоборот тусклая, ими отлично подсвечивать систему водяного охлаждения и т.п.

Вентилятор со светодиодной подсветкой

гибкая LED лента

Гибкая светодиодная лампа

Светодиоды, в случае применения их в моддинге, обладают следующими преимуществами и недостатками.

Преимущества

• Яркие и насыщенные цвета
• Надежность (длительный срок службы)
• Высокая эффективность
• Практически не греются
• Компактный размер

Недостатки

• Легко перегорают при неправильном подключении
• Далеко не plug-and-play, с точки зрения подключения

Разновидности светодиодов

Светодиоды разделяются на разные разновидности в зависимости от размеров, количества кристаллов в одном корпусе, яркости, мощности, по цвету излучения, а так же другим параметрам.

Пример светодиодов самых популярных размеров

Светодиоды различной формы и цвета

Свечение светодидов с диффузным (цветным) корпусом

Геометрические форма и размеры. Самыми популярными являются светодиоды в цилиндрическом корпусе стандартизированных размеров: 3/5/10 мм в диаметре, реже 8 мм, хотя иногда встречаются и до 20 мм в диаметре. Также существуют SMD-светодиоды, которые отличаются очень компактным размером – до 2 х 2 мм, предназначены они для припаивания прямо на плату и обычно используются для подсветки экранов. Существуют также светодиоды выполненные в корпусах квадратной или прямоугольной формы.

Количество кристаллов. В большинстве случаев, в корпусе одного светодиода находится один полупроводниковый кристалл, однако бывают случаи в которых в корпус одного светодиода устанавливают больше одного кристалла, например:

• Многоцветные светодиоды

В случае необходимости сделать многоцветных светодиод, в корпусе одного светодиода устанавливается более одного полупроводникового кристалла, причем сами кристаллы сделаны из разных материалов и соответственно излучают разные цвета: синий, зеленый, красный, желтый и так далее. Двухцветные светодиоды чаще всего используют как индикаторы (обычно красный/зеленый цвет), трехцветные светодиоды чаще всего используют для подсветки дисплеев и постройки светодиодных экранов так как данные светодиоды могут отображать три базовых цвета (синий/зеленый/красный), при смешивании которых можно получить всю палитру цветов, необходимых для отображения фото и видеоматериалов с достаточным качеством. Четырехцветные светодиоды достаточно редкие и содержат кристаллы для отображения, как видно из названия, четырех цветов (синий/зеленый/красный/желтый) и применяются в основном для создания белого света с высокими качественными характеристиками CRI (Color rendering index).

• Светодиоды повышенной мощности

Для повышения яркости (количества света) светодиода иногда в корпус одного светодиода устанавливают несколько светоизлучающих кристаллов одного цвета (обычно ставят четыре кристалла), чем кратно увеличивают яркость светодиода. Это можно сравнить с четырехъядерными процессорами =).

Яркость. Из-за большого спектра применения светодиодов, производители выпускают светодиоды с различной яркостью: от не очень ярких для индикаторных целей до суперякрих, в основном для подсветки чего-то. На показатель яркости также влияет диаграмма направленности светодиода, например светодиод одной мощности с углом излучения в 20 градусов кажется более ярким, чем светодиод такой же мощности но с более широким углом излучения, например 140 градусов.

Мощность. Для разных целей производятся светодиоды различных мощностей: от сотых долей ватта до серьезных 5 и более ватт на одном кристалле. Типичные моддерские, так называемые «ультраяркие», светодиоды имеют мощность примерно в 60 мВт (примерно 1/16 Вт), и если их использовать в подсветке корпуса среднего размера то их может понадобиться примерно от 15 до 25 штук. Среднестатистический четырехъкристальный суперяркий светодиод имеет мощность примерно в 240 мВт (1/4 Вт) и таких светодиодов для подсветки корпуса среднего размера нужно примерно от 4 до 8 штук, в зависимости от прочих особенностей. К классу супермощных светодиодов относятся светодиоды с мощностью от одного ватта, что на первый взгляд вроде бы и не много, однако это только на первый взгляд – такие светодиоды в среднем в 15-20 раз ярче, чем самые распространенные светодиоды! Одним или двумя такими светодиодами можно подсветить весь корпус!

Цвет. В зависимости от полупроводника, на основе которого выполнен светодиод, так же отличается цвет, излучаемый светодиодом . В продаже чаще всего можно встретить светодиоды таких цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, ультрафиолетовый. Светодиоды всех цветов находят свое применение в моддинге, причем как для индикаторных целей, так и для подсветки. Существуют также светодиоды, работающие в инфракрасном диапазоне, но поскольку их излучение не видно невооруженному глазу – их применение ограничено пультами ДУ и видеокамерами ночного видения.

Особого внимания заслуживают синие, фиолетовые и ультрафиолетовые светодиоды – все они вызывают люминесценцию (флюоресценцию) некоторых красителей, но в разной степени. Синие светодиоды вызывают не очень яркую люминесценцию, а также немного искажают ее цвет задевая своим синим излучением. Фиолетовые светодиоды напротив – выглядят тусклыми, но вызывают сильную люминесценцию, обычно их продают под видом ультрафиолетовых светодиодов, но это не так. Ультрафиолетовые светодиоды довольно-таки редко встречаются в продаже, а те что встречаются обычно являются ультрафиолетовыми светодиодами длинноволнового диапазона ультрафиолета, так называемого УФ-А (UV-A) – самого безопасного, внешне эти светодиоды выглядят очень тусклыми из-за низкой чувствительности человеческого глаза к диапазону мение 400 нм, но эти светодиоды вызывают еще более сильную люминесценцию, чем фиолетовые – это связано с большей энергией этого диапазона излучения.

вечение светодиодов с прозрачным корпусом

Типичные характеристики светодиодов

Две главных характеристики светодиодов это напряжение и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА, в свою очередь одноватные светодиоды обычно потребляют 300-400 мА. Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.

При использовании светодиодов, лучше уточнить сколько светодиоду необходимо вольт у продавца или изготовителя, но когда эта информация не доступна, можно воспользоваться следующей таблицей.

Таблица примерных напряжений светодиодов в зависимости от цвета

Цветовая характеристика	Длинная волны	Напряжение
Инфракрасные	от 760 нм	до 1.9 В
Красные	610 – 760 нм	от 1.6 до 2.03 В
Оранжевые	590 – 610 нм	от 2.03 до 2.1 В
Желтые	570 – 590 нм	от 2.1 до 2.2 В
Зеленые	500 – 570 нм	от 2.2 до 3.5 В
Синие	450 – 500 нм	от 2.5 до 3.7 В
Фиолетовые	400 – 450 нм	2.8 до 4 В
Ультрафиолетовые	до 400 нм	от 3.1 до 4.4 В
Белые	Широкий спектр	от 3 до 3.7 В

Правила подключения и расчет светодиодов

Светодиод пропускает электрический ток только в одном направлении, а это значит что для того чтобы светодиод излучал свет, он должен быть правильно подключен. У светодиода два контакта: анод(плюс) и катод (минус). Обычно, длинный контакт у светодиода – это анод, но бывают и исключения так что лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.

Светодиоды относятся к таком типу электронных компонентов которому, для долгой и стабильной работы, важно не только правильное напряжение, но и оптимальная сила тока – так что всегда, при подключении светодиода, нужно их подключать через соответствующий резистор. Иногда этим правилом пренебрегают, но результат чаще всего один – светодиод или сразу сгорает, или его ресурс очень значительно сокращается. В некоторые светодиоды резистор встроен «с завода» и их сразу можно подключать к источнику 12 или 5 вольт, но такие светодиоды в продаже встречаются довольно-таки редко и чаще всего к светодиоду необходимо подключать внешний резистор.

Стоит помнить, что резисторы так же отличаются своими характеристиками и, для подключения их к светодиодам, вам необходимо выбрать резистор правильного номинала. Для того чтобы рассчитать необходимый номинал резистора следует воспользоваться законом Ома – это один из самых важных физических законов, связанных с электричеством. Данный закон все учили в школе, но практически никто его не помнит =).

Закон Ома – это физический закон с помощью которого вы можете определить взаимозависимость напряжения (U), силы тока (I) и сопротивления (R). Суть эго проста: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между концами проводника, если при прохождении тока свойства проводника не меняются.

Этот закон визуально отображается при помощи формулы: U= I*R
Когда вы знаете напряжение и сопротивления, с помощью этого закона можна найти силу тока по формуле: I = U/R
Когда вам известно напряжение и сила тока, можно найти сопротивление: R = U/I
Когда вам известна сила тока и сопротивление, можно вычислить напряжение: U = I*R

Теперь рассмотрим на примере. У вас есть светодиод с рабочим напряжением в 3 В и силой тока в 20 мА, вы его хотите подключить к источнику напряжения 5В из USB-разъема или БП, чтобы при этом он не сгорел. Значит у нас есть напряжение 5 В, но светодиоду нужно только 3 В, значит от 2 В нам необходимо избавиться (5В – 3В=2В). Чтобы избавится от лишних 2 В нам необходимо подобрать резистор с правильным сопротивлением, которое рассчитывается следующим образом: мы знаем напряжение от которого необходимо избавиться и знаем силу тока нужную светодиоду – воспользуемся формулой изложенной выше R = U/I. Соответственно 2В/0.02 А= 100 Ом. Значит вам необходим резистор на 100 Ом.

Иногда, в зависимости от характеристик светодиода, необходимый резистор получается с не стандартным номиналом, который нельзя найти в продаже, например 129 или 111.7 Ом =). В таком случае необходимо просто взять резистор немного большего сопротивления, чем рассчитанный – светодиод будет работать не на 100 процентов своей мощности, а примерно на 90-95 %. В таком режиме светодиод будет работать более надежно, а снижение яркости визуально не будет заметно.

Также можно рассчитать насколько мощный резистор вам нужен – для этого умножаем напряжение, которое будет задерживаться на резисторе, на силу тока, которая будет в цепи. В нашем случае это 2В х 0.02 А = 0.04 Вт. Значит вам подойдет резистор такой мощности или большей.

Светодиоды иногда подключают по несколько штук параллельно или последовательно, используя один резистор. Для правильного подключения следует помнить что при параллельном подключении суммируется сила тока, а при последовательном суммируется требуемое напряжение. Параллельно и последовательно можно подключать только одинаковые светодиоды с использование одного резистора, а если вы используете разные светодиоды с разными характеристиками, то лучше рассчитать каждому светодиоду свой резистор – так будет надежней. Светодиоды даже одной модели имеют небольшое расхождение в параметрах и, при подключении большого количества светодиодов параллельно или последовательно, это небольшое расхождение в параметрах может выдать результатом много сгоревших светодиодов =). Еще одним подводным камнем может стать тот факт, что продавец или производитель (намного реже) может дать немного не верные данные по светодиодам, а сами светодиоды могут иметь не четкое рабочее напряжение, а набор из параметров минимального/оптимального и максимального напряжения. Данный фактор не будет особо влиять при подключении небольшого количества светодиодов, а в случае подключения большого количества – результатом могут быть все те же сгоревшие светодиоды. Так что с параллельным и последовательным подключением не стоит чересчур увлекаться, надежней будет чтобы к каждому светодиоду или небольшой группе светодиодов (3-5 штук) подключался отдельный резистор. Рассмотрим несколько примеров подключения.

Схема параллельного подключения светодиодов

Схема последовательного подключения светодиодов

Пример 1. Вы хотите подключить последовательно три светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 В и 20 мА, к источнику тока с напряжением 12 В (например из molex-разъема). Три светодиода по 3 вольта каждый будут вместе потреблять 9 вольт (3 В x 3=9 В). Наш источник тока обладает напряжением в 12 вольт, соответственно от 3 вольт надо будет избавиться (12 В – 9 В = 3 В). Так как подключение последовательное, то сила тока составит 20мА, соответственно 3 вольта (напряжение, от которого необходимо избавится) делим на 0.02 А (сила тока, необходимая каждому светодиоду) и получаем значение необходимого сопротивления – 150 Ом. Значит нужен резистор на 150 Ом.

Пример 2. У вас в наличии четыре светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 вольта, и источник питания на 12 В. В такой ситуации можно подумать что резистор не нужен, однако это не так – светодиоды очень чувствительны к силе тока и лучше добавить в цепь резистор на 1 Ом. Резистор данного номинала не повлияет на яркость свечения, а будет чем-то на подобии «предохранителя» – светодиоды будут работать намного надежней. Без применения резистора, в данному случае, светодиоды могут попросту сгореть, быстро или не очень.

Пример 3. Вы хотите параллельно подключить три светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 В и 20 мА, к источнику тока с напряжением 12 В. Поскольку при параллельном подключении суммируется сила тока, а не напряжение, трем светодиодам потребуется сила тока в 60 мА (20 мА x 3 = 60 мА). Наш источник тока обладает напряжением в 12 вольт, а светодиодам необходимо напряжение в 3 вольта, соответственно от 9 вольт необходимо избавиться (12 В – 3 В = 9 В). Так как подключение параллельное, то сила тока составит 60мА, соответственно 9 вольт (напряжение, от которого необходимо избавится) делим на 0.06 А (сила тока, необходимая всем светодиодам) и получаем значение необходимого сопротивления – 150 Ом. Значит нужен резистор на 150 Ом.

Так же в интернете существует большое количество разнообразных «калькуляторов для светодиодов», которыми вы можете воспользоваться. Достаточно зайти на соответствующий сайт, указать характеристики светодиодом и источника тока и вы получите все необходимые данные по резистору, а так же его цветовую маркировку. Пример такого калькулятора вы можете увидеть на сайте led-calculator.com.

Видео процесса выращивания светодиодов.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!

---

About xXHelsinGXx

«Тайный код» производителей светодиодов

В массовых моделях светильников и ламп-ретрофитов сейчас очень часто применяются так называемые SMD-светодиоды. А светодиодная лента, вообще (за редким исключением) выпускается только с их использованием. В описании светотехнической продукции весьма редко сообщают о параметрах, установленных в ней SMD-светодиодов, ограничиваются лишь указанием четырех цифр — они официально считаются типоразмером светодиода, то есть несут информацию о длине и ширине его корпуса. Но, на самом деле, типоразмер дает ориентировочную информацию и о некоторых других параметрах SMD-светодиода. Поэтому опытные специалисты могут сравнивать между собой светильники и делать выбор только на основе указанных типоразмеров.

К концу 80-х годов XX века электронные устройства стали настолько сложными, что ремонт их стал осуществляться не пайкой отдельных компонентов, а заменой целых функциональных блоков. Поэтому задача обеспечения ремонтопригодности отдельной печатной платы стала не актуальной, зато потребовалось удешевить монтаж и увеличить его скорость, чтобы замена целой платы была экономически выгодной. Традиционный способ монтажа, предусматривающий использование ручного труда, оказался для решения этой задачи непригоден.

Выход был найден в виде технологии SMD (Surface Mounting Devices — компоненты, монтируемые на поверхность платы). Полностью автоматизированный монтаж осуществляется на той же стороне платы, где находятся токопроводящие дорожки, путем припа-ивания контактных площадок непосредственно к ним. При этом в плате не требуется делать отверстия для выводов. Компоненты поступают в машину для пайки, закрепленными на лентах. В свою очередь, эти ленты наматываются на специальные бобины. Дополнительное преимущество SMD-технологии — высокая плотность монтажа, недостижимая для традиционного подхода. Главный недостаток — низкая ремонтопригодность изделия, но, как уже отмечалось, в современных устройствах ремонт электроники осуществляется заменой готового блока.

В 2000-х годах произошел переход в жидкокристаллических дисплеях и телевизорах от подсветки матрицы люминесцентными лампами с холодным катодом к светодиодной подсветке. Для этого были созданы специальные SMD-светодиоды, так как светодиоды в распространенных тогда DIP-корпусах для подсветки дисплеев не подходили. В производство SMD-свето-диодов были вложены значительные средства, в результате к концу 2000-х годов предложение на рынке стало опережать спрос. И тогда производители обратили свой взор в сторону быстро развивающегося рынка светодиодного освещения.

Полупроводниковая светотехника в конце 2000-х развивалась в направлении применения в светильнике или лампе-ретрофите как можно меньшего числа светодиодов с как можно большей мощностью каждый. Тогда казалось, что это приведет к удешевлению светильников: чем меньше светодиодов, тем меньше затрат на их установку. Уже тогда были освоены в массовом производстве светодиоды мощностью до 3 Вт каждый, и, казалось, можно наращивать мощность отдельного светодиода. Но обнаружилось, что такой подход ведет только к удорожанию светильника, так как нужно использовать высокоэффективные теплоотводы, а также специальные оптические системы, чтобы не слепило глаза мощное световое излучение, исходящее от точечного источника.

Следует помнить, что SMD — это всего лишь технология монтажа и она может использоваться для самых разных типов светодиодов. Корпус, пригодный для SMD-монтажа, могут иметь и некоторые модели мощных светодиодов (порядка 3 Вт). Для таких SMD-светодиодов рассматриваемая здесь система обозначения типоразмера обычно не применяется, производители светильников приводят полное название светодиода.

На основе SMD-светодиодов стали строить по-настоящему массовые светильники и лампы-ретро-фиты. Если использовать большое количество светодиодов малой мощности (не более 0,2 Вт), то для их охлаждения будет достаточно естественной циркуляции воздуха вдоль платы. Для получения мягкого, рассеянного освещения достаточно простейшего рассеивателя, а в ряде случаев можно обойтись и без него. При этом необходимость в монтаже десятков, а то и сотен светодиодов в одном светильнике не является проблемой, так как процесс монтажа SMD-светодио-дов полностью автоматизирован.

Типоразмер SMD-светодиода обозначается четырьмя цифрами. Первые две цифры — округленное до целого значение длины корпуса в миллиметрах, умноженное на 10. Следующие две цифры — округленное до целого значение ширины корпуса в миллиметрах, умноженное на 10. Например, корпус светодиода SMD 3528 имеет размеры 3,5 х 2,8 мм.

В одном корпусе SMD-светодиода может располагаться не один, а несколько кристаллов. Они могут иметь отдельные выводы или же быть соединены последовательно.

Причины зависимости параметров от типоразмера

Безусловно, размеры корпуса косвенно влияют, например, на такой параметр, как максимально допустимая мощность, подаваемая на светодиод. Или на напряжение питания (в большем корпусе можно разместить большее количество кристаллов, соединенных последовательно). Но могут ли они оказать влияние, скажем, на индекс цветопередачи? И, если да, чем обусловлено такое влияние?

Помимо уже упомянутых физических параметров, напрямую зависящих от размеров корпуса светодиода, есть еще как минимум два фактора, определяющих его характеристики. Во-первых, это то, для каких применений изначально разрабатывались SMD-све-тодиоды данного типоразмера. Ситуация на рынке светотехники быстро меняется. Разработали, например, хорошие SMD-светодиоды специально для замены люминесцентных ламп, а тут случилось перепроизводство ретрофитов. Тогда вместо ретрофитов эти светодиоды идут в светильники. Во-вторых, время появления данного типоразмера на рынке. Для SMD-светодиодов каждый типоразмер жестко привязан к технологическим процессам. Причем для определенного типоразмера эти процессы у разных производителей практически одинаковы. Если технологию усовершенствовали, то в результате, как правило, хоть на долю миллиметра, но размеры корпуса изменились. Именно это обстоятельство и позволяет указывать в данных по светильникам в качестве основного параметра светодиодов их типоразмер.

Для снижения себестоимости готовой продукции компании, производящие светильники, практикуют закупки SMD-светодиодов от разных производителей, какие в данный момент стоят дешевле. В разных партиях светильника одной и той же модели могут применяться светодиоды различного происхождения, но их типоразмер остается неизменным.

Рассмотрим наиболее распространенные типоразмеры SMD-светодиодов и свойственные им особенности.

SMD 3528

Самый «древний» типоразмер SMD-светодиодов, появился еще в середине 2000-х годов. Изначально разрабатывался для подсветки ЖК-матриц, для чего он используется до сих пор. Именно на его примере были перенесены технологии из подсветки ЖК-матриц в освещение.

Из-за особенностей конструкции мощность SMD 3528 ограничена значением 0,1 Вт

Внутри светодиода SMD 3528 находится только один кристалл, поэтому падение напряжения в прямом направлении для белого светодиода лежит в пределах от 2,8 до 3,5 В. Корпус, как правило, имеет два вывода.

Недостатком светодиодов типоразмера 3528 является плохой отвод тепла от кристалла. По сути, отвод тепла возможен только в воздух, обтекающий корпус небольших размеров, а также в плату через паяные соединения, но размер контактных площадок тоже очень маленький. Все эти обстоятельства ограничивают подводимую к светодиоду мощность значением 0,1 Вт.

Основным преимуществом типоразмера 3528 является исключительная дешевизна светодиодов. Главным образом это связано с тем, что используются уже давно существующие производственные линии, затраты на которые уже многократно окупились. При этом, как правило, используются морально устаревшие технологии, из-за чего светоотдача таких светодиодов составляет порядка 70 лм/Вт.

Оптимальное применение SMD 3528 в светотехнике — светодиодные ленты для декоративной подсветки. Малые размеры корпуса в сочетании с дешевизной позволяют размещать светодиоды на ленте с большой плотностью, в результате чего при взгляде издалека светодиоды сливаются в непрерывную линию.

Светодиоды SMD 3528 — удачный выбор для декоративных светодиодных лент

Но для мощных осветительных лент, светильников, а также ретрофитов типоразмер 3528 не подходит, хотя в самой дешевой продукции малоизвестных производителей и применяется. Обычно для достижения приемлемых для светильника параметров светодиоды SMD 3528 «разгоняют», то есть вводят в форсированный режим, не предусмотренный разработчиками. Обратной стороной «разгона» является снижение времени службы светодиода против заявленного производителем.

SMD 2835

Тем не менее, размеры светодиода 3,5 х 2,8 мм оказались удобными для лент и ретрофитов. В результате в 2011 году была предложена конструкция корпуса такого светодиода, отличающаяся пониженным тепловым сопротивлением (4°С/Вт). Такой корпус имеет контактные площадки увеличенного размера, что обеспечивает эффективный теплообмен с платой. Нижняя поверхность корпуса ровная, в некоторых моделях светодиодов, в дополнение к контактным площадкам, через которые подается питание, есть еще и контактная площадка для теплоотвода.

Типоразмер 2835 пригоден не только для лент, но и для офисных светильников

Новый типоразмер назвали SMD 2835. То есть размеры те же, но изменения отражены перестановкой двух групп цифр в обозначении.

Максимальная подводимая мощность для типоразмера 2835, в зависимости от модификации, может составлять от 0,2 до 1 Вт. Светоотдача составляет около 100 лм/Вт.

Обычно в корпусе 2835 только один кристалл, но для мощных светодиодных лент выпускаются светодиоды SMD 2835 стремя кристаллами, включенными последовательно, прямое напряжение на таком светодиоде составляет 9-10 В.

Основное предназначение светодиодов SMD 2835 — ретрофиты и мощные осветительные ленты. Есть удачные примеры использования данного типоразмера и в недорогих офисных светильниках.

SMD 5050

Размер корпуса увеличен до 5×5 мм, что позволило разместить в нем три кристалла. Корпус имеет шесть выводов, то есть у каждого светодиода есть своя пара выводов. Выпускаются белые или монохромные светодиоды типоразмера 5050, а также RGB светодиоды. Для белых или монохромных можно реализовать последовательное соединение кристаллов, в результате чего прямое напряжение на белом светодиоде, в зависимости от модификации, составляет от 8,4 до 11,5 В. Данная возможность оказалась очень востребованной производителями светодиодных лент, так как позволяет использовать в ленте только параллельное соединение светодиодов. А это, в свою очередь, при напряжении питания 12 В уменьшает шаг резки ленты до одного светодиода против треху SMD 3528.

Отличительная особенность SMD 5050 — возможность размещения в корпусе трех кристаллов разных цветов

Недостатком типоразмера 5050 заключается в том, что в конструкции такого корпуса был «законсервирован» технологический уровень конца 2000-х годов, когда он был разработан. Тепло может отводиться за счет обтекания корпуса воздухом или за счет передачи на плату через контактные площадки небольшого размера, используемые для подачи питания. Суммарная подводимая мощность для всех кристаллов такого светодиода не превышает 0,2 Вт, хотя, конечно, производители бюджетных светильников и ретрофи-тов широко применяют «разгон». Наличие трех кристаллов в одном корпусе дает повышенный нагрев, так что при «разгоне» светодиоды типоразмера 5050 очень быстро выходят из строя. Производители сверхбюджетных светильников очень любят типоразмер 5050 за повышенное прямое напряжение, что упрощает построение светильника по бездрайверной схеме, характеризующейся высоким уровнем пульсации.

Светодиоды типоразмера 5050 продолжают совершенствоваться, так как для недорогих декоративных светодиодных лент, особенно RGB, ничего лучше пока не придумали. Светоотдача для светодиодов белого свечения составляет 80-90 лм/Вт. Но для светильников и ретрофитов типоразмер светодиодов 5050 безнадежно устарел.

SMD 5060

На самом деле, этот типоразмер должен по правилам называться SMD 5055, так как размер корпуса составляет 5 х 5,5 или 5 х 5,4 мм. Но по маркетинговым причинам его назвали SMD 5060, чтобы подчеркнуть принадлежность к следующему поколению по сравнению с предшественником SMD 5050.

Помимо небольшого увеличения размера корпуса, снижено температурное сопротивление, что обеспечило лучший тепловой режим для светодиодов. Это позволило повысить надежность светодиодов и увеличить светоотдачу до 100 лм/Вт. Верхний предел подводимой мощности поднялся до 0,3 Вт. Улучшение температурного режима работы коснулось и люминофора, что повысило стабильность его параметров. Поэтому белые светодиоды SMD 5060 обладают более высоким CRI (около 80) по сравнению с SMD 5050.

В остальном конструкция сохранила прежние особенности: 3 кристалла, 6 выводов, возможность создания RGB-светодиодов в данном типоразмере.

Основное применение SMD 5060 — осветительные светодиодные ленты. Как правило, такие светодиоды устанавливают в современные ленты с напряжением питания 24 В, шаг резки составляет 2 светодиода.

SMD 5630

Предыдущие типоразмеры предусматривали квадратную или схожую с ней форму. Но, с точки зрения эффективности теплоотвода, предпочтительно соотношение сторон корпуса SMD-светодиода, близкое к 2:1. Когда этот факт был установлен учеными, производители SMD-светодиодов стали разрабатывать типоразмеры с данным соотношением. Люминофор в таких светодиодах занимает почти всю лицевую поверхность, что обеспечивает более мягкий свет. Большие контактные площадки, гладкая нижняя поверхность и наличие (опционально) специальной дополнительной площадки для отвода тепла позволяют повысить подводимую мощность до 0,3 Вт.

Светодиоды SMD 5630 широко используются в лампах-ретрофитах

В светодиодах типоразмера SMD 5630 используется только один чип, но контактных площадок предусмотрено четыре, что улучшает тепловой контакт и делает более прочным крепление. Последнее обстоятельство делает удобным применение SMD 5630 в лампах типа «кукуруза», где светодиоды располагаются на поверхности корпуса лампы. Другой сферой применения SMD 5630 являются мощные осветительные ленты.

SMD 5730

Относительно современный типоразмер. По сравнению с SMD 5630 имеет немного большие размеры и только два вывода. Подводимая мощность может достигать, в зависимости от модификации, 0,5 или даже 1 Вт. Светоотдача составляет 100-130 лм/Вт. Всего этого удалось достичь благодаря расположению светодиода на металлической подложке, которая с нижней стороны корпуса находится в непосредственном контакте с платой.

Наиболее распространенные типоразмеры SMD-светодиодов

Типоразмер	Подводимая мощность, не более, Вт	Светоотдача, лм/Вт	Особенности	Оптимальные сферы применения
2835	0,1	Около 70	Низкая цена	Декоративные светодиодные ленты
3014	0,1	100-140	CRI до 90	Дизайнерские светильники, осветительные и декоративные светодиодные ленты
3528	1	Около 100	Большая мощность	Осветительные светодиодные ленты, офисные светильники
5050	0,2	80-90	Три кристалла, возможность RGB	Декоративные светодиодные ленты
5060	0,3	Около 100	Высокая надежность, три кристалла, возможность RGB	Осветительные светодиодные ленты
5630	0,3	Около 100	Прочное крепление, хороший теплоотвод	Лампы- ретроф иты, осветительные светодиодные ленты
5730	1	100-130	Большая мощность	Промышленные светильники, осветительные светодиодные ленты

Благодаря высокой светоотдаче, светодиоды SMD 5730 нашли свое применение в модулях для промышленного освещения. Также светодиоды типоразмера SMD 5730 иногда используются в мощных осветительных лентах.

Пример мощной осветительной ленты со светодиодами SMD 5730

SMD3014

Наиболее современный типоразмер, такие светодиоды массово выпускаются с 2013 года. Изначально этот типоразмер разрабатывался для решения задачи замены люминесцентных ламп Т5 на светодиодные ретрофиты. Это предъявляло повышенные требования к светодиодам, так как указанный тип ламп имел светоотдачу более 100 лм/Вт, а также высококачественный трехполосный люминофор, обеспечивающий превосходную точность цветопередачи. Поэтому светодиоды типоразмера SMD 3014 имеют светоотдачу 100-140 лм/Вт и CRI, достигающий 90. Позже выпуск светодиодных ретрофитов Т5 для широкого применения был признан экономически нецелесообразным, тем не менее, светодиоды SMD 3014 продолжили свою жизнь в качестве источника света с высокими характеристиками.

В корпусе размещается один, реже — два кристалла, соединенных последовательно. Прямое напряжение составляет приблизительно 3 или 6 В, в зависимости от количества кристаллов.

Металлические контактные площадки, через которые подводится электропитание, занимают почти всю площадь нижней поверхности, что обеспечивает отличный теплоотвод. SMD 3014 — самый маленький типоразмер для SMD-светодиодов, предназначенных для освещения, подводимая мощность не превышает 0,1 Вт. Но зато эти светодиоды можно размещать близко друг к другу, что открывает новые возможности для дизайнеров. Благодаря своим особенностям, SMD 3014 используются также в светильниках и светодиодных лентах с переменной цветовой температурой.

Типоразмер 3014 создавался изначально для замены люминесцентных ламп Т5, но потом его сфера применения была расширена

Заключение

Безусловно, параметры SMD-светодиодов определяются не только типоразмерами, но еще и качеством кристаллов, а также люминофора. Тем не менее, знание особенностей тех или иных типоразмеров позволяет избежать грубой ошибки при выборе светильника или же светодиодной лампы, когда, ради удешевления, в устройство установлены светодиоды, явно непредназначенные для такого применения.

Алексей ВАСИЛЬЕВ

Сверхяркие SMD-светодиоды в корпусе 0805

Неопознанные потому, что в лоте не указаны их характеристики.
В обзоре экспериментальным путём попробую выяснить это, а также переделаю подсветку на экранчике LCD5110.

Светодиоды расфасованы в пять полосок по 20штук, на каждую наклеено по опознавательному кружочку с соответствующим цветом

Полотно фотографий всех светодиодов с двух сторон, под микроскопом.
Все фото развернул так, чтобы катоды (минусовые выводы) были справа.

Белый

Жёлтый

Красный

Зелёный

Синий

Размеры
Небольшие, что-то приблизительно около 2×1.2мм

Проверка

Для большинства светодиодов, как я выяснил, максимальный безопасный ток лежит в пределах 10-15мА.
Сами светодиоды обладают свойством стабилизировать напряжение за счёт уменьшения внутреннего сопротивления, это свойство и помогло выявить рабочее напряжение светодиода.
Методик опознания рабочего напряжения, которое обычно является усреднённым значением, есть несколько.
Например подключить светодиод к регулируемому БП через резистор в 220-680Ом, постепенно поднимать напряжение вверх и наблюдать за напряжением источника и напряжением на светодиоде, которое сначала будет одинаково расти в обоих случаях, затем при достижении определённого значения, появится ощутимая разница, а светодиод при этом будет светить с нормальной яркостью.
Как пример: неизвестный светодиод, включили в цепь через сопротивление 220Ом, подняли напряжение источника до 5В, на светодиоде замеренное напряжение составило 3В, падение на резисторе — 2В.

Другой метод проще: подключить исследуемый светодиод к источнику 12В через резистор 1К, поступаемый ток при этом не превысит безопасных 12мА, и также замерить напряжение на выводах светодиода, оно и будет рабочим, например на том же неизвестном светодиоде напряжение в этом случае будет тоже 3В, а падение на резисторе составит уже 9В.

Подбор резистора под нужный ток
Если было выяснено, что светодиод рассчитан на напряжение 3В, а требуемый для нормального свечения ток 15мА, то резистор подбирается по формуле:
R = падение напряжения на резисторе / ток.
При этом падение напряжения на резисторе можно узнать по формуле:
напряжение источника — напряжение светодиода.
Т.е. если например БП выдаёт 5В, рабочее напряжение светодиода 2В (падение на резисторе 3В), а нужный ток 15мА, то:
R = 5В — 2В / 0,015A = 3В / 0,015А = 200 Ом.
Но поскольку в стандартных наборах резисторов редко можно найти именно рассчитанный номинал, то обычно берут тот, что идёт следующий за ним, например в моём случае оказался номиналом 220 Ом.

Мощность резистора
Необходимо будет ещё сопоставлять расчётную рассеиваемую мощность на резисторе с мощностью самого резистора, чтобы предотвратить его сгорание. Находится рассеиваемая мощность на резисторе по формуле:
P = квадрат падения напряжения на резисторе / номинал резистора.
Т.е. если например БП выдаёт 12В, рабочее напряжение светодиода 2В (падение на резисторе 10В), а сам резистор на 680 Ом., то:
P = 10В * 10В / 680 Ом = 0,147 Вт.
Это значит, что использовать резисторы здесь нужно с мощностью не меньше 0,25 Вт, а популярные SMD-резисторы в корпусе 0805 с мощностью 0,125 Вт — уже не годятся, могут сгореть.

В роли тестовой площадки будет выступать кусочек макетной платы, куда были припаяны по одному светодиоду каждого цвета, катоды (минусовые выводы) соединил проволокой в общий вывод, аноды (плюсовые выводы) оставил по отдельности. Слева направо: белый, жёлтый, красный, зелёный, синий.

На этой анимации просто проверяю их на общую работоспособность (БП 12В, резистор 1К), дабы убедится, что они рабочие и всё правильно припаяно (тестер включен в разрыв цепи). Проверку можно произвести тестером и в режиме прозвонки, однако яркость свечения светодиодов будет значительно меньше

Регулируемого блока питания у меня нет, пришлось городить «огород и костыли» из понижающего преобразователя и двух тестеров. Подстроечник у преобразователя очень чувствительный и точно подобрать значение очень трудно, поэтому значения напряжений на парных скриншотах могут разниться на несколько десятков милливольт, так как тест проходил в два этапа, сначала у всех светодиодов замерил напряжение, потом ток.
Резисторы подбирал, исходя из того, что есть в наличии и чтобы ток был на уровне 12мА или меньше, при таком токе светодиоды светят достаточно ярко без дискомфорта для глаз. Если ток выше, то спустя несколько секунд взгляда на свечение, появляются «зайчики». При подаче 25-30мА, яркость свечения сравнима со сваркой.
Забегая вперёд, отмечу, что светодиоды красного и жёлтого свечения имеют рабочее напряжение в пределах 2В, остальные — в пределах 3В.

12В, СИНИЙ, резистор 1 кОм

12В, ЗЕЛЁНЫЙ, резистор 1 кОм

12В, БЕЛЫЙ, резистор 1 кОм

12В, КРАСНЫЙ, резистор 1 кОм

12В, ЖЁЛТЫЙ, резистор 1 кОм

5В, СИНИЙ, резистор 220 Ом

5В, ЗЕЛЁНЫЙ, резистор 220 Ом

5В, БЕЛЫЙ, резистор 220 Ом

5В, КРАСНЫЙ, резистор 220 Ом

5В, ЖЁЛТЫЙ, резистор 220 Ом

3.3В, СИНИЙ, резистор 22 Ом

3.3В, ЗЕЛЁНЫЙ, резистор 22 Ом

3.3В, БЕЛЫЙ, резистор 22 Ом

3.3В, КРАСНЫЙ, резистор 100 Ом

3.3В, ЖЁЛТЫЙ, резистор 100 Ом

Подключение напрямую без резистора и последствия
Рискованное дело, но вполне применимое, только если напряжение источника — меньше номинального напряжения светодиода, и оно — стабилизированное.
На видео ниже я так и сделал с синим светодиодом (3В), только при этом плавно поднимал напряжение от 0.8В до 5В.
Едва уловимое свечение появилось на отметке выше 1.5В, пиковая яркость — 4В, а при 4.5В — яркость стала спадать, а дальше закипание пространства со стороны катода и сгорание светодиода с последующим выделением резкого запаха.

Перепайка светодиодов на дисплее LCD5110
Имеется в наличии уже многим знакомый экран Nokia LCD5110, широко используемый в самоделках. В продаже эти дисплеи всегда можно встретить с двумя версиями подсветки — либо с голубой подсветкой, либо с белой подсветкой — как раз у меня такой. Однако белая подсветка как по мне — скучновата. Тогда решил удалить старые белые светодиоды и вместо них припаять обозреваемые, например зелёные, под «старину».

Чтобы отделить металлическую часть дисплея от платы, нужно отогнуть четыре выступающие части по углам

К резинке, которая прилегает к контактной площадке, нельзя прикасаться, иначе будет плохой контакт после сборки. Лучше дисплей сразу же отложить далеко в сторону. А на самой контактной площадке были следы, её я протёр ваткой, смоченной в растворе для промывки плат

Как видно, здесь установлено четыре белых светодиода, если обратится к фото повыше, то на каждом установлено по одному SMD-резистору с маркировкой 301 (300Ом)

Феном выпаял эти светодиоды

Паяльником припаял на их место зелёные

Подал напряжение 3.3 В — работает, светятся

Общий потребляемый ток почти 12мА, напряжение на отдельном светодиоде 2.5В, резисторы на 300 Ом применены здесь с хорошим запасом, на них падает 0.8В и менять их не требуется.

До переделки и после переделки
Результатом остался удовлетворён. В данном случае на экран выведены температура и влажность (параллельно экспериментировал со своими шрифтами и выводом графики на экран)

Выводы

Единственное, что может смутить — довольно высокая цена, в других местах за те же деньги можно набрать гораздо больше светодиодов. Также к нареканию конечно стоило бы отнести то, что продавец не указал характеристики, хотя с другой стороны, тот, кто покупает это, обычно знает, как их определить.

Плюсы
— Работают
— Яркие

Минусы
— Монтаж SMD требует аккуратности
— Высокая цена

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Виды светодиодов: параметры и классификация

Содержание:

1. Какие бывают светодиоды
2. Параметры
3. Классификация

Светодиодное освещение приобретает все большую популярность и постепенно вытесняет традиционные осветительные приборы. Многие виды светодиодов, выпускаемых производителями, постоянно совершенствуются, их конструкция с каждым годом становится лучше. Увеличивается мощность, корпуса становятся более оптимизированными для использования в различных областях. Огромный выбор цветов дает возможность создавать нужное освещение в разных помещениях. Современные светодиоды, благодаря характерным признакам, могут легко классифицироваться по видам, что в значительной степени облегчает их выбор для тех или иных целей.

Какие бывают светодиоды

Самые первые светодиоды применялись в качестве индикаторов и продолжают использоваться в этой сфере до сих пор. Наибольшее распространение получили индикаторные светодиоды, которые являются элементами выводного монтажа. Они имеют прямоугольную или круглую линзу и встречаются, начиная с самых простых устройств, и заканчивая сложнейшим современным оборудованием. Используются не только для индикации, но и в качестве подсветки.

Наиболее характерные представители этой группы имеют круглые выпуклые линзы, диаметр которых составляет от 3 до 10 мм. Однако незначительный ток этих светодиодов не дает возможности получить большое количество света, делая их использование в качестве осветительных приборов нецелесообразным. Больше всего они подходят для таких приборов, как бегущая строка и световое табло. Они требуют незначительного тока и напряжения и почти не нагреваются.

Индикаторные светодиоды могут быть белыми или цветными в соответствии со стандартным цветовым спектром. Некоторые конструкции выпускаются в многоцветном варианте. В этом случае одна линза оборудуется тремя переходами, а нижняя часть – четырьмя выводами. Такие элементы получаются более функциональными, что дает возможность создания цветных светодиодных табло.

С развитием технологий, в выводном монтаже стали использоваться более современные яркие светодиоды. Сила света этих элементов значительно выше, чем у индикаторных светодиодов, поэтому они стали широко применяться для карманных фонариков.

Поверхностный монтаж на печатную плату все чаще выполняется с помощью светодиодов, совместивших индикаторные и осветительные функции. Известные под маркой SMD – Surface Mounted Device. Они заключены в корпуса со стандартной размерной линейкой. По мощности их можно сравнить с индикаторными светодиодами. Большое количество таких светодиодов может быть смонтировано на небольшой площади печатной платы. За счет этого удается получить светодиодные лампы, ленты и панели практически любых размеров.

Отдельно стоит отметить группу сверхъярких светодиодов, широко используемых в наружной рекламе и тюнинге автомобилей. Они известны под названием «Пиранья», имеют прямоугольную форму и улучшенные рассеивающие свойства. Четыре вывода позволяют жестко закрепить элемент на плате или другой плоскости. Основные цвета – белый, красный, зеленый и синий, размеры составляют 3-7,7 мм.

В настоящее время светодиоды наиболее широко используются в светодиодном освещении помещений. Они представлены модельным рядом СОВ, что означает Ghip On Board. Данные источники света могут быть теплыми и холодными, белыми, желтыми и других оттенков. По цвету они похожи на обычные лампы накаливания, лампы дневного света и даже на естественный солнечный свет. Эти параметры напрямую зависят от характеристик полупроводников и нанесенного люминофора. Для нанесения покрытия используются в основном синие светодиоды, что дает возможность получения красного, зеленого, желтого и другого цвета. Световые качества максимально приближены к люминесцентному освещению.

Конструктивно светодиоды СОВ состоят из множества кристаллических полупроводников, смонтированных на общую подложку и покрытых люминофором. Таким образом, удается достичь высокой яркости за счет суммарного светового потока, создаваемого несколькими источниками света, расположенными очень плотно между собой. В случае необходимости такие светодиоды могут применяться как индикаторы.

В процессе эксплуатации данным элементам обязательно необходим отвод тепла, а устройства повышенной и высокой мощностью оборудуются радиаторами. В противном случае под влиянием тепла светодиодные кристаллы будут разрушаться. Если они окажутся частично разрушенными, потребуется замена всей подложки. Поэтому рекомендуется заранее позаботиться об охлаждении.

Сегодня все более популярными становятся источники света Filament, светодиоды у которых напоминают обычную нить накаливания. Световые свойства этого вида светодиодов заметно превосходят любые модели СОВ. Это достигается за счет большого количества кристаллов, смонтированных на стеклянную подложку. Далее вся конструкция заливается флуоресцентным составом. Данная технология получила название Chip On Glass, что означает чип на стекле.

Величина видимого телесного угла составляет 3600, поэтому световая отдача выше, чем у плоских матриц. Светодиодная лампа на 6 Вт по световому излучению равна обычной лампе накаливания на 60 Вт.

Параметры светодиодов

Одной из основных характеристик светодиодов является рабочий ток. Дело в том, что данные элементы могут работать лишь при определенной силе тока, обеспечивающей нормальную работоспособность. Поэтому даже незначительное превышение установленной величины тока, быстро приведет к выходу из строя светодиода – он просто перегорит.

Рабочий ток отличается у каждого типа источника света. Более мощным элементам требуется соответствующий более высокий ток. Для регулировки необходимой величины тока в каждой светодиодной лампе и светильнике установлены специальные драйвера. Если же светодиод подключается отдельно, необходимо знание его технических характеристик для ограничения тока с помощью нужного драйвера, конденсатора или резистора.

Не менее важным параметром светодиодов является рабочее напряжение. Его величина зависит от самих полупроводников и других материалов, применяемых при изготовлении. Таким образом, светодиоды с разными цветами отличаются различным рабочим напряжением. То есть, значение рабочего напряжения можно установить по цвету того или иного светодиода.

В большинстве случаев питание светильников и светодиодных лент осуществляется с помощью драйверов, с выходным постоянным током 12 В. То есть, в последовательной цепи может быть только 4 светодиода с рабочим напряжением 3 В. Если включить дополнительно пятый светодиод, такая цепь не будет работать. Данная характеристика называется также падением напряжения, составляющим в данном случае 3 вольта.

Нельзя забывать и о таком параметре, как мощность светодиода. На ее показатели оказывают влияние две предыдущие характеристики – рабочий ток и падение напряжения. Большой ток для мощных светодиодов должен совмещаться с качественной системой охлаждения. Для этого используются алюминиевые и медные радиаторы, а также вентиляторы-кулеры принудительного обдува.

Мощность любого светодиода определяется путем умножения значения напряжения на силу тока. При расчетах светодиодной сборки учитываются все используемые элементы. Например, общая мощность светодиода, включающего 100 кристаллов по 1 ватту, будет составлять 100 Вт.

Световой поток, испускаемый осветительными светодиодами, отличается более высокой мощностью по сравнению с другими источниками – лампами накаливания, люминесцентными и другими светильниками с такой же, или более высокой мощностью. Следовательно, у них и более высокая световая отдача на каждый ватт мощности того или иного светодиода. Тем не менее, эти превосходные качества будут заметно отличаться, в зависимости от типа и качества изготовления конкретного элемента.

Немаловажное значение имеет угол рассеивания. У светодиодов он меньше, чем у других светильников. Для его расширения применяются специальные рассеивающие линзы. При необходимости создания узкого угла рассеивания используются собирательные линзы, сужающие световой луч. Яркость светодиодного пучка света будет неравномерной в границах угла рассеивания. Яркое свечение в центре постепенно снижается с приближением светового потока к краям этого угла.

Классификация

Все что вы хотели знать про светодиоды

Последнее время, в интернете на различных компьютерных форумах я замечаю людей, которые хотят применить светодиоды для моддинга, однако не обладают достаточными знаниями для этого. Вместо полезных советов, такие люди зачастую выслушивают на тех же форумах рассуждения различных дилетантов, которые не разбираются в теме, а даже самый просто вопрос порождает эпические споры с философскими рассуждениями. Большинство информация из таких тем не только не принесет никакой пользы, а зачастую может и навредит. Для того что бы снять все самые популярные вопросы и заблуждения, которые касаются применения светодиодов в моддинге, я и решил написать сей небольшой опус.

Что такое светодиоды

В последнее время ведется много разговоров о светодиодах, постоянно появляются новости о все более мощных светодиодах, новых разработках и новых товарах на основе светодиодов (стоит вспомнить хотя бы новые жк-мониторы со светодиодной подсветкой от компании Apple). Так что же такое светодиод? Светодиод — это прибор на основе полупроводника, который излучает свет при пропускании через него электрического тока. Существует большое количество различных полупроводниковых материалов из которых делают светодиоды, причем характеристики светодиодов (цвет свечения, яркость свечения и т.д.) зависят от химического состава данных материалов.

Светодиоды разных размеров, цветов и яркости

Применение светодиодов в моддинге

Светодиоды это одни из первых вещей, которые начали применять в моддинге, ведь еще в конце 1999 — начале 2000 года первые моддеры меняли в своих корпусах стоковые светодиоды наскучивших цветов на более яркие светодиоды интересных и необычных цветов. Кроме того, некоторые моддеры самостоятельно изготавливали вентиляторы со светодиодной подсветкой, светодиодные лампы подсветки для корпуса и прочие моддинг-аксессуары. С появлением оптических мышек, моддеры начали заменять в них стандартные светодиоды, а так же устанавливать дополнительные. Однако нельзя сказать что, с появлением серийных вентиляторов с подсветкой, применение светодиодов в моддинге ушло в историю, скорее оно перешло в разряд классики, как и раундинг проводов (который, как всем известно, вошел в метаболизм каждого моддера) и прорезка блоухолов. Действительно, в современных корпусах уже с завода стоят яркие светодиоды синего, белого и других цветов, но ведь мы же хотим сделать вещи уникальными и персонализированными, ведь для этого мы и занимаемся моддингом, а учитывая теперешнее распространение дешевых и мощных светодиодов, не использовать их в моддинге — грех =), посему их используют по полной программе: ими подсвечивают корпуса, клавиатуры, вентиляторы, гравировки, люминесцентные краски и так далее. Светодиоды отлично применимы там, где нужна локальная или компактная подсветка, яркая или наоборот тусклая, ими отлично подсвечивать систему водяного охлаждения и т.п.

Вентилятор со светодиодной подсветки

Гибкая светодиодная лампа

Светодиоды, в случае применения их в моддинге, обладают следующими преимуществами и недостатками.

Преимущества

• Яркие и насыщенные цвета
• Надежность (длительный срок службы)
• Высокая эффективность
• Практически не греются
• Компактный размер

Недостатки

• Легко перегорают при неправильном подключении
• Далеко не plug-and-play, с точки зрения подключения

Разновидности светодиодов

Светодиоды разделяются на разные разновидности в зависимости от размеров, количества кристаллов в одном корпусе, яркости, мощности, по цвету излучения, а так же другим параметрам.

Пример светодиодов самых популярных размеров

Светодиоды различной формы и цвета

Свечение светодидов с диффузным (цветным) корпусом

Геометрические форма и размеры. Самыми популярными являются светодиоды в цилиндрическом корпусе стандартизированных размеров: 3/5/10 мм в диаметре, реже 8 мм, хотя иногда встречаются и до 20 мм в диаметре. Также существуют SMD-светодиоды, которые отличаются очень компактным размером — до 2 х 2 мм, предназначены они для припаивания прямо на плату и обычно используются для подсветки экранов. Существуют также светодиоды выполненные в корпусах квадратной или прямоугольной формы.

Количество кристаллов. В большинстве случаев, в корпусе одного светодиода находится один полупроводниковый кристалл, однако бывают случаи в которых в корпус одного светодиода устанавливают больше одного кристалла, например:

• Многоцветные светодиоды

В случае необходимости сделать многоцветных светодиод, в корпусе одного светодиода устанавливается более одного полупроводникового кристалла, причем сами кристаллы сделаны из разных материалов и соответственно излучают разные цвета: синий, зеленый, красный, желтый и так далее. Двухцветные светодиоды чаще всего используют как индикаторы (обычно красный/зеленый цвет), трехцветные светодиоды чаще всего используют для подсветки дисплеев и постройки светодиодных экранов так как данные светодиоды могут отображать три базовых цвета (синий/зеленый/красный), при смешивании которых можно получить всю палитру цветов, необходимых для отображения фото и видеоматериалов с достаточным качеством. Четырехцветные светодиоды достаточно редкие и содержат кристаллы для отображения, как видно из названия, четырех цветов (синий/зеленый/красный/желтый) и применяются в основном для создания белого света с высокими качественными характеристиками CRI (Color rendering index).

• Светодиоды повышенной мощности

Для повышения яркости (количества света) светодиода иногда в корпус одного светодиода устанавливают несколько светоизлучающих кристаллов одного цвета (обычно ставят четыре кристалла), чем кратно увеличивают яркость светодиода. Это можно сравнить с четырехъядерными процессорами =).

Яркость. Из-за большого спектра применения светодиодов, производители выпускают светодиоды с различной яркостью: от не очень ярких для индикаторных целей до суперякрих, в основном для подсветки чего-то. На показатель яркости также влияет диаграмма направленности светодиода, например светодиод одной мощности с углом излучения в 20 градусов кажется более ярким, чем светодиод такой же мощности но с более широким углом излучения, например 140 градусов.

Мощность. Для разных целей производятся светодиоды различных мощностей: от сотых долей ватта до серьезных 5 и более ватт на одном кристалле. Типичные моддерские, так называемые «ультраяркие», светодиоды имеют мощность примерно в 60 мВт (примерно 1/16 Вт), и если их использовать в подсветке корпуса среднего размера то их может понадобиться примерно от 15 до 25 штук. Среднестатистический четырехъкристальный суперяркий светодиод имеет мощность примерно в 240 мВт (1/4 Вт) и таких светодиодов для подсветки корпуса среднего размера нужно примерно от 4 до 8 штук, в зависимости от прочих особенностей. К классу супермощных светодиодов относятся светодиоды с мощностью от одного ватта, что на первый взгляд вроде бы и не много, однако это только на первый взгляд — такие светодиоды в среднем в 15-20 раз ярче, чем самые распространенные светодиоды! Одним или двумя такими светодиодами можно подсветить весь корпус!

Цвет. В зависимости от полупроводника, на основе которого выполнен светодиод, так же отличается цвет, излучаемый светодиодом . В продаже чаще всего можно встретить светодиоды таких цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, ультрафиолетовый. Светодиоды всех цветов находят свое применение в моддинге, причем как для индикаторных целей, так и для подсветки. Существуют также светодиоды, работающие в инфракрасном диапазоне, но поскольку их излучение не видно невооруженному глазу — их применение ограничено пультами ДУ и видеокамерами ночного видения.

Особого внимания заслуживают синие, фиолетовые и ультрафиолетовые светодиоды — все они вызывают люминесценцию (флюоресценцию) некоторых красителей, но в разной степени. Синие светодиоды вызывают не очень яркую люминесценцию, а также немного искажают ее цвет задевая своим синим излучением. Фиолетовые светодиоды напротив — выглядят тусклыми, но вызывают сильную люминесценцию, обычно их продают под видом ультрафиолетовых светодиодов, но это не так. Ультрафиолетовые светодиоды довольно-таки редко встречаются в продаже, а те что встречаются обычно являются ультрафиолетовыми светодиодами длинноволнового диапазона ультрафиолета, так называемого УФ-А (UV-A) — самого безопасного, внешне эти светодиоды выглядят очень тусклыми из-за низкой чувствительности человеческого глаза к диапазону мение 400 нм, но эти светодиоды вызывают еще более сильную люминесценцию, чем фиолетовые — это связано с большей энергией этого диапазона излучения.

Свечение светодиодов с прозрачным корпусом

Типичные характеристики светодиодов

Две главных характеристики светодиодов это напряжение и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА, в свою очередь одноватные светодиоды обычно потребляют 300-400 мА. Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.

При использовании светодиодов, лучше уточнить сколько светодиоду необходимо вольт у продавца или изготовителя, но когда эта информация не доступна, можно воспользоваться следующей таблицей.

Таблица примерных напряжений светодиодов в зависимости от цвета

Цветовая характеристика	Длинная волны	Напряжение
Инфракрасные	от 760 нм	до 1.9 В
Красные	610 — 760 нм	от 1.6 до 2.03 В
Оранжевые	590 — 610 нм	от 2.03 до 2.1 В
Желтые	570 — 590 нм	от 2.1 до 2.2 В
Зеленые	500 — 570 нм	от 2.2 до 3.5 В
Синие	450 — 500 нм	от 2.5 до 3.7 В
Фиолетовые	400 — 450 нм	2.8 до 4 В
Ультрафиолетовые	до 400 нм	от 3.1 до 4.4 В
Белые	Широкий спектр	от 3 до 3.7 В

Правила подключения и расчет светодиодов

Светодиод пропускает электрический ток только в одном направлении, а это значит что для того чтобы светодиод излучал свет, он должен быть правильно подключен. У светодиода два контакта: анод(плюс) и катод (минус). Обычно, длинный контакт у светодиода — это анод, но бывают и исключения так что лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.

Светодиоды относятся к таком типу электронных компонентов которому, для долгой и стабильной работы, важно не только правильное напряжение, но и оптимальная сила тока — так что всегда, при подключении светодиода, нужно их подключать через соответствующий резистор. Иногда этим правилом пренебрегают, но результат чаще всего один — светодиод или сразу сгорает, или его ресурс очень значительно сокращается. В некоторые светодиоды резистор встроен «с завода» и их сразу можно подключать к источнику 12 или 5 вольт, но такие светодиоды в продаже встречаются довольно-таки редко и чаще всего к светодиоду необходимо подключать внешний резистор.

Стоит помнить, что резисторы так же отличаются своими характеристиками и, для подключения их к светодиодам, вам необходимо выбрать резистор правильного номинала. Для того чтобы рассчитать необходимый номинал резистора следует воспользоваться законом Ома — это один из самых важных физических законов, связанных с электричеством. Данный закон все учили в школе, но практически никто его не помнит =).

Закон Ома — это физический закон с помощью которого вы можете определить взаимозависимость напряжения (U), силы тока (I) и сопротивления (R). Суть эго проста: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между концами проводника, если при прохождении тока свойства проводника не меняются.

Этот закон визуально отображается при помощи формулы: U= I*R
Когда вы знаете напряжение и сопротивления, с помощью этого закона можна найти силу тока по формуле: I = U/R
Когда вам известно напряжение и сила тока, можно найти сопротивление: R = U/I
Когда вам известна сила тока и сопротивление, можно вычислить напряжение: U = I*R

Теперь рассмотрим на примере. У вас есть светодиод с рабочим напряжением в 3 В и силой тока в 20 мА, вы его хотите подключить к источнику напряжения 5В из USB-разъема или БП, чтобы при этом он не сгорел. Значит у нас есть напряжение 5 В, но светодиоду нужно только 3 В, значит от 2 В нам необходимо избавиться (5В — 3В=2В). Чтобы избавится от лишних 2 В нам необходимо подобрать резистор с правильным сопротивлением, которое рассчитывается следующим образом: мы знаем напряжение от которого необходимо избавиться и знаем силу тока нужную светодиоду — воспользуемся формулой изложенной выше R = U/I. Соответственно 2В/0.02 А= 100 Ом. Значит вам необходим резистор на 100 Ом.

Иногда, в зависимости от характеристик светодиода, необходимый резистор получается с не стандартным номиналом, который нельзя найти в продаже, например 129 или 111.7 Ом =). В таком случае необходимо просто взять резистор немного большего сопротивления, чем рассчитанный — светодиод будет работать не на 100 процентов своей мощности, а примерно на 90-95 %. В таком режиме светодиод будет работать более надежно, а снижение яркости визуально не будет заметно.

Также можно рассчитать насколько мощный резистор вам нужен — для этого умножаем напряжение, которое будет задерживаться на резисторе, на силу тока, которая будет в цепи. В нашем случае это 2В х 0.02 А = 0.04 Вт. Значит вам подойдет резистор такой мощности или большей.

Светодиоды иногда подключают по несколько штук параллельно или последовательно, используя один резистор. Для правильного подключения следует помнить что при параллельном подключении суммируется сила тока, а при последовательном суммируется требуемое напряжение. Параллельно и последовательно можно подключать только одинаковые светодиоды с использование одного резистора, а если вы используете разные светодиоды с разными характеристиками, то лучше рассчитать каждому светодиоду свой резистор — так будет надежней. Светодиоды даже одной модели имеют небольшое расхождение в параметрах и, при подключении большого количества светодиодов параллельно или последовательно, это небольшое расхождение в параметрах может выдать результатом много сгоревших светодиодов =). Еще одним подводным камнем может стать тот факт, что продавец или производитель (намного реже) может дать немного не верные данные по светодиодам, а сами светодиоды могут иметь не четкое рабочее напряжение, а набор из параметров минимального/оптимального и максимального напряжения. Данный фактор не будет особо влиять при подключении небольшого количества светодиодов, а в случае подключения большого количества — результатом могут быть все те же сгоревшие светодиоды. Так что с параллельным и последовательным подключением не стоит чересчур увлекаться, надежней будет чтобы к каждому светодиоду или небольшой группе светодиодов (3-5 штук) подключался отдельный резистор. Рассмотрим несколько примеров подключения.

Схема параллельного подключения светодиодов

Схема последовательного подключения светодиодов

Пример 1. Вы хотите подключить последовательно три светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 В и 20 мА, к источнику тока с напряжением 12 В (например из molex-разъема). Три светодиода по 3 вольта каждый будут вместе потреблять 9 вольт (3 В x 3=9 В). Наш источник тока обладает напряжением в 12 вольт, соответственно от 3 вольт надо будет избавиться (12 В — 9 В = 3 В). Так как подключение последовательное, то сила тока составит 20мА, соответственно 3 вольта (напряжение, от которого необходимо избавится) делим на 0.02 А (сила тока, необходимая каждому светодиоду) и получаем значение необходимого сопротивления — 150 Ом. Значит нужен резистор на 150 Ом.

Пример 2. У вас в наличии четыре светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 вольта, и источник питания на 12 В. В такой ситуации можно подумать что резистор не нужен, однако это не так — светодиоды очень чувствительны к силе тока и лучше добавить в цепь резистор на 1 Ом. Резистор данного номинала не повлияет на яркость свечения, а будет чем-то на подобии «предохранителя» — светодиоды будут работать намного надежней. Без применения резистора, в данному случае, светодиоды могут попросту сгореть, быстро или не очень.

Пример 3. Вы хотите параллельно подключить три светодиода, каждый из которых рассчитан на 3 В и 20 мА, к источнику тока с напряжением 12 В. Поскольку при параллельном подключении суммируется сила тока, а не напряжение, трем светодиодам потребуется сила тока в 60 мА (20 мА x 3 = 60 мА). Наш источник тока обладает напряжением в 12 вольт, а светодиодам необходимо напряжение в 3 вольта, соответственно от 9 вольт необходимо избавиться (12 В — 3 В = 9 В). Так как подключение параллельное, то сила тока составит 60мА, соответственно 9 вольт (напряжение, от которого необходимо избавится) делим на 0.06 А (сила тока, необходимая всем светодиодам) и получаем значение необходимого сопротивления — 150 Ом. Значит нужен резистор на 150 Ом.

Так же в интернете существует большое количество разнообразных «калькуляторов для светодиодов», которыми вы можете воспользоваться. Достаточно зайти на соответствующий сайт, указать характеристики светодиодом и источника тока и вы получите все необходимые данные по резистору, а так же его цветовую маркировку. Пример такого калькулятора вы можете увидеть на сайте led-calculator.com.