Главная » Справочник » Светодиод — работа, характеристики, расчет

Светодиод — работа, характеристики, расчет

Светодиоды есть везде — в наших телефонах, в наших автомобилях и даже в наших домах. Всякий раз, когда светится какое-либо электронное устройство, есть большая вероятность, что за ним стоит светодиод.

Светодиоды похожи на крошечные лампочки. Низкое энергопотребление, небольшой размер, быстрое переключение и длительный срок службы делают их идеальными для мобильных устройств и других приложений с низким энергопотреблением.

LED обозначает светоизлучающий диод. Это особый тип диодов, которые преобразуют электрическую энергию в свет. Они имеют очень похожие электрические характеристики с обычным диодом PN перехода. Вот почему символ светодиода похож на обычный диодный PN-переход, за исключением того, что он имеет стрелки, указывающие на излучение света.

Светодиод — конструкция

Светодиоды настолько распространены, что они бывают самых разных форм, размеров и цветов. Светодиоды, которые вы, скорее всего, будете использовать, являются стандартными светодиодами для сквозного монтажа с двумя ножками. На следующем рисунке показаны его части.

Конструкция светодиода сильно отличается от обычного диода. PN-соединение светодиода окружено прозрачной жесткой пластиковой оболочкой из эпоксидной смолы.

Оболочка сконструирована таким образом, что испускаемые соединением фотоны света фокусируются вверх через куполообразную верхнюю часть светодиода, которая действует как линза. Вот почему излучаемый свет выглядит ярче сверху светодиода.

Как и в обычном диоде, положительная сторона светодиода называется анодом, а отрицательная сторона светодиода называется катодом. Катод обычно обозначается наличием более короткого вывода, чем анод. Кроме того, внешняя сторона пластикового корпуса обычно имеет плоский срез или выемку, которая также может указывать на катодную сторону светодиода.

Не все светодиоды имеют полусферическую форму, некоторые имеют прямоугольную форму, а некоторые имеют цилиндрическую форму, но в основном они построены одинаково.

Светодиод — работа

Как и обычный диод, светодиод работает только в режиме прямого смещения. Когда светодиод имеет прямое смещение, свободные электроны пересекают PN-переход и рекомбинируют с дырками. Поскольку эти электроны падают с более высокого на более низкий энергетический уровень, они излучают энергию в форме фотонов (света).

В обычных диодах эта энергия излучается в виде тепла, а в светодиоде энергия излучается в виде света. Этот эффект называется электролюминесценцией.

Светодиод — цвета

Светодиоды доступны в широком спектре цветов, наиболее распространенными из которых являются красный, зеленый, желтый, синий, оранжевый, белый и инфракрасный (невидимый) свет.

В отличие от обычных диодов, которые сделаны из германия или кремния, светодиоды сделаны из таких элементов, как галлий, мышьяк и фосфор. Смешивая эти элементы в разных пропорциях, производитель может производить светодиоды, излучающие разные цвета, как показано в таблице ниже.

Фактический цвет светодиода определяется длиной волны излучаемого света, которая, в свою очередь, определяется фактическим полупроводниковым материалом, используемым для изготовления диода.

Поэтому цвет света, излучаемого светодиодом, НЕ определяется цветом корпуса светодиода. Это только увеличивает светоотдачу и показывает его цвет, когда он не освещен.

Напряжение и ток светодиода

Для большинства светодиодов малой мощности типичное падение напряжения составляет от 1,2 В до 3,6 В для токов от 10 мА до 30 мА. Точное падение напряжения, конечно, будет зависеть от используемого полупроводникового материала, цвета, допуска, а также от других факторов.

Поскольку светодиод является в основном диодом, его кривые характеристик IV могут быть построены для каждого цвета, как показано ниже.

Если не указано иное, следует учитывать номинальное падение напряжения 2 В и прямой ток 20 мА.

Яркость светодиодов

Яркость светодиода напрямую зависит от того, какой ток он потребляет. Чем больше ток, тем ярче будет светить светодиод.

Вы можете контролировать яркость светодиода, управляя величиной тока через него.

Резистор для ограничения тока

Если вы подключите светодиод непосредственно к батарее или источнику питания, он будет пытаться рассеивать как можно больше энергии и почти мгновенно разрушит себя.

Поэтому важно ограничить количество тока, протекающего через светодиод. Для этого мы используем резисторы. Резистор ограничивает поток электронов в цепи и препятствует тому, чтобы светодиод пытался потреблять слишком много тока.

Токоограничивающий резистор размещается между светодиодом и источником напряжения следующим образом:

В приведенной выше схеме резистор имеет узловое напряжение VS слева и узловое напряжение VF справа, напряжение на резисторе представляет собой разницу между двумя напряжениями.

Применяя закон Ома, ограничивающий ток резистор рассчитывается как:

Основной пример

Предположим, что красный светодиод с прямым падением напряжения 1,8 В подключен к источнику постоянного тока 5 В. Рассчитайте значение токоограничивающего резистора, необходимого для ограничения прямого тока примерно до 10 мА.

Решение:

Используя вышеприведенную формулу, токоограничивающий резистор имеет вид:

Это говорит о том, что нам понадобится резистор 320 Ом для ограничения тока до 10 мА. Но 320 Ом не является стандартным предпочтительным значением, поэтому нам нужно выбрать следующее наивысшее значение, которое равно 330 Ом.

Давайте пересчитаем прямой ток для резистора ограничения тока 330 Ом:

Мы получили новое значение прямого тока 9,6 мА, и это нормально.

Многоцветные светодиоды

Большинство светодиодов дают только один выход цветного света. Тем не менее, теперь доступны многоцветные светодиоды, которые могут воспроизводить различные цвета в одном корпусе. Они фактически имеют несколько светодиодов, изготовленных в одной упаковке.

RGB светодиоды

На первый взгляд, RGB (красный, зеленый, синий) светодиоды выглядят как обычные светодиоды, однако внутри обычной светодиодной упаковки фактически имеется три светодиода: один красный, один зеленый и один синий. Контролируя интенсивность каждого из отдельных светодиодов, вы можете смешивать практически любой цвет, какой пожелаете.

Светодиод RGB имеет четыре контакта: по одному для каждого цвета и общий вывод. У одних общий контакт — это анод, а у других — катод.

Двухцветные светодиоды

В отличие от RGB LED, у двухцветного светодиода отсутствует синий светодиод внутри светодиода. Как правило, есть только два светодиода, один красный и один зеленый. Управляя интенсивностью каждого из отдельных светодиодов, вы можете смешивать только оттенки красного и зеленого.

Двухцветный светодиод имеет три контакта: по одному для каждого цвета и общий вывод. Подобно RGB LED, на некоторых общий контакт — это анод, а на других — катод.

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан. Обязательные для заполнения поля помечены *

*