Принцип работы светодиода: белый, желтый, кластер, из чего сделан и конструкция

Виды

Существующие на сегодняшний день светодиоды бывают следующих видов:

индикаторные – с маленькой мощностью, для подсветки в приборах;
осветительные – с большой мощностью, уровень освещенности соответствует обычным (люминесцентным и вольфрамовым) источникам света.

По типу соединения индикаторные делятся на:

тройные AIGaAs (алюминий – галлий – мышьяк) – оранжевый и желтый свет в областях видимого цветового спектра;
тройные GaAsP (галлий – мышьяк – фосфор) – желто-зеленый и красный свет в областях видимого спектра;
двойные GaP (галлий – фосфор) – оранжевый и зеленый свет в областях видимого спектра.

Светодиодные элементы различаются по типу корпуса:

DIP – оснащены встроенной оптической системой из линзы, кристалла и парой контактов. Устаревшая модель самой низкой мощности, используются для подсветки игрушек, световых табло;
Superflux или «пиранья» – аналогичные DIP, оснащены четырьмя контактами, лучше крепятся и меньше нагреваются за счет радиатора для светодиода. Используются для подсветки в автомобилях;
SMD – наиболее распространенный тип для множества источников света. Представляют собой чип (кристалл), смонтированный непосредственно на поверхности платы;
COB – усовершенствованные светодиоды SMD. Оснащены несколькими кристаллами (чипами), установленными на одну плату. Монтируются на керамические и алюминиевые основания.

Фото лампы с новыми типами светодиодов SMD

История появления

Так вышло, что работать над созданием диодов стало сразу два ученых: британец и немец. Следует заметить, что их открытия немного отличались. Первый основал изобретение на ламповых триодах, а второй – на твердотельных.

К сожалению, в то время наука не смогла сделать прорыв в этой сфере, однако для размышлений было дано очень много поводов.

Через несколько лет снова были открыты диоды (формально). Томас Эдисон запатентовал это изобретение. К сожалению, во всех своих работах при жизни это ему не пригодилось. Поэтому подобную технологию развивали другие ученые в разные годы. До начала XX века эти изобретения были названы выпрямителями. И только спустя время Вильям Иклз использовал два слова: di и odos. Первое слово переводится как два, а второе – путь. Язык, на котором было дано название, является греческим. И если переводить выражение полностью, то “диод” означает “два пути”.

Сфера применения

Относительно высокая стоимость светодиодов и лент, собранных на чипах WS2811 и WS2812B, ограничивает их область применения в сравнении с обычными LED-лентами. Главным образом их используют для решения таких задач, с которыми обычной светодиодной ленте не справиться:

для сборки полноцветных модулей;
в конструировании светильников, управляемых по принципу «soft lights»;
в качестве декоративной подсветки чего-либо;
в построении LED-видео экранов, используемых в уличной рекламе и шоу-бизнесе.

Интерес к адресной светодиодной ленте среди радиолюбителей вызван тем, что на её основе можно собрать подсветку, которая будет изменять цвет и яркость по заданному алгоритму.

Установка ПО на светодиодную ленту.

Схемы подключения светодиодов – как все правильно выполнить

Подобные элементы можно подключить двумя способами – последовательно и параллельно. При этом нельзя забывать, что световой диод должен быть расположен правильно. В противном случае схема работать не будет. В обычных элементах с цилиндрической формой это можно определить так: на катоде (-) виден флажок, он немного крупнее анода (+).

Такова схема последовательного подключения световых диодов

Как рассчитать сопротивление светодиода

Расчет сопротивления светового диода очень важен. Иначе элемент просто сгорит, не выдержав величины тока сети.

Разберемся, как рассчитать сопротивление для светодиода.

Сделать это можно по формуле:

R = (VS – VL) / I,где

VS–напряжение питания;
VL –номинальное напряжение для светодиода;
I – ток светодиода (обычно это 0.02 А, что равно 20 мА).

При желании возможно все. Схема довольно проста – используем блок питания от сломанного мобильного телефона или любой другой. Главное, чтобы в нем был выпрямитель

Важно не переусердствовать с нагрузкой (с численностью диодов), иначе есть риск сжечь блок питания. Стандартное зарядное устройство вполне выдержит 6-12 элементов

Можно смонтировать цветную подсветку для клавиатуры компьютера, взяв по 2 синих, белых, красных, зеленых и желтых элемента. Получается довольно красиво.

Полезная информация! Напряжение, которое выдает блок питания равно 3.7 В. Это значит, что диоды нужно соединить последовательно скоммутированными парами параллельно.

Параллельное и последовательное соединение: как они выполняются

По законам физики и электротехники при параллельном соединении напряжение распределяется равномерно по всем потребителям, оставаясь неизменным на каждом из них. При последовательном монтаже поток делится и на каждом из потребителей оно становится кратным их количеству. Иными словами если взять 8 световых диодов, соединенных последовательно, они будут нормально работать от 12 В. Если же из подключить параллельно – они сгорят.

Параллельно подключенные последовательные тройки световых диодов

Подключение световых диодов на 12 В как самый оптимальный вариант

Любая светодиодная лента рассчитана на подключение к стабилизатору, выдающему 12 или 24 В. На сегодняшний день на прилавках российских магазинов представлен огромный ассортимент изделий различных производителей с этими параметрами. Но все же преобладают ленты и контроллеры именно 12 В. Это напряжение более безопасно для человека, да и стоимость таких приборов более низка. О самостоятельном подключении к сети 12 В говорилось чуть выше, ну а с подключением к контроллеру проблем возникнуть не должно – к ним прилагается схема, с которой разберется даже школьник.

Идеальная подсветка потолка при помощи светодиодной ленты

Преимущества и недостатки светодиодных ламп.

Плюсы

энергоэффективность – потребляемая мощность в 8-10 раз меньше, чем у ламп накаливания;
большой срок службы – светят примерно в 25 раз дольше ламп накаливания;
практически не нагреваются;
широкий выбор цветовых температур позволяет «играть» с освещением интерьера;
стабильная яркость при перепадах напряжения;
мгновенное включение;
количество включений не влияет на работоспособность;
стойкость к механическим повреждениям и вибрациям;
возможность применения в «умном доме»;
отличные декоративные качества – выпускается множество интересных форм и размеров;
не привлекают мошек и других насекомых из-за отсутствия ультрафиолетового свечения;
безопасная утилизация и эксплуатация из-за отсутствия в составе опасных веществ.

Минусы

сравнительно высокая стоимость, хотя она постоянно снижается;
мерцание (пульсация), которое невидно невооруженному глазу, но очень опасно для зрения (более распространено в дешевых моделях, которые часто производятся без драйвера);
сложность конструкции приводит к повышению стоимости и снижению надежности в сравнении с лампами накаливания;
непригодны для использования при очень низких и очень высоких температурах;
во многих моделях яркость невозможно регулировать при помощи диммера;
если используется выключатель с подсветкой, то LED лампа может мерцать или светиться в выключенном состоянии (как этого избежать, читайте в статье «Почему моргает светодиодная лампа»);
снижение яркости в процессе эксплуатации;
высокий процент брака среди изделий, особенно среди недорогих.

В заключение стоит сказать, что светодиодные источники света – действительно экономичные осветительные приборы. Только перед выбором надо внимательно изучить технические характеристики.

Во-первых, ими экономически целесообразно заменять лампы накаливания мощностью свыше 60 Вт. Иначе стоимость самой светодиодной лампы не окупится.

Во-вторых, стоит заменять только источники света в светильниках, которые работают максимальное количество часов в день.

И, в-третьих, специалисты советуют вначале опробовать несколько марок светодиодных ламп, чтобы определиться, чья цветовая температура (и другие параметры) устроит ваши глаза на 100%.

Производство светодиодов

В светодиодах свет излучает p-n переход, образованный двумя полупроводниковыми материалами огромной степени чистоты. В миллионах и десятках миллионов атомов полупроводникового кремния или германия, может присутствовать один или несколько атомов другого вещества-примеси. Если в полупроводник n- или p-типа ввести строго определенное количество легирующего металла, то получается сплав с требуемыми характеристиками.

Для изготовления кристалла светодиода с p-n переходом необходимо провести десятки технологических операций. Это:

нагрев до строго определенной температуры;
испарение металла в вакууме;
осаждение металлических паров на поверхность полупроводника строго определенное время;
поверхность должна иметь заданную температуру;
давление в камере – точно соответствовать требуемому и мн. др.

С высокой точностью выдержать требуемые параметры всех операций невозможно. Поэтому операций выполняют с технологическими допусками – отклонениями. Даже в одной партии полупроводниковых приборов, изготовленных в один день возможен разброс параметров от десятков процентов до нескольких раз.

Готовые светодиоды в технологические партии сортируют по величине важнейших параметров, например по световому потоку, 10 Лм с точностью ± 5, 10 или 20%.

Американцы и англичане дискрет малой величины назвали bin или rank, а операцию сортировки каких-то предметов – биновка, распиновка или ранжирование.

Производство светодиодов ведут по важнейшим параметрам:

величина светового потока;
прямое рабочее напряжение на p-n переходе;
оттенок свечения или цветовая температура и др. параметры.

Величина дискретизации в бинах конкретного светодиода дает инженерам информацию, как быстро он деградирует, т. е. меняет оттенок свечения, уменьшает яркость, качество света и цветовоспроизведения – Ra или CRI.

Светодиоды по bin-группам, например по цветопередаче сортируют люди-эксперты, а если параметр можно измерить – по приборам.

Комнатное и местное освещение: особенности устройства

Необходимо помнить, что по мощности светодиоды подбираются в соотношении к излучателям с нитью накаливания 1:8. Это значит, что там, где хватало обычной лампы 80 Вт, будет вполне достаточно LED-прибора 10 Вт. Светодиодные излучатели имеют такие же цоколи, а значит, все, что нужно сделать при замене на них простых – это вывернуть старые и ввернуть новые.

В качестве местного освещения идеальным вариантом будет применение светодиодных лент или спотов, которые достаточно направить на определенный участок. Таким образом можно выполнить зонирование помещения. Часто местная подсветка осуществляется настольными приборами. В таком случае достаточно просто ввернуть в них LED-лампу с матовым рассеивателем. Он сделает поток мягче, а значит, не будет ослеплять.

Проверка светодиода мультиметром – как ее выполнить

Самым простым и доступным способом является «прозвонка». На мультиметрах есть отдельное положение переключателя, специально для диодов. Переключив прибор в нужную позицию, прикасаемся щупами к ножкам светодиода. Если на дисплее высветилась цифра «1», следует поменять полярность. В этом положении зуммер мультиметра должен издавать звуковой сигнал, а светодиод светиться. Если подобного не произошло, значит, он вышел из строя. Если же световой диод исправен, но при впайке его в схему не работает, этому может быть две причины – неправильное его расположение или выход из строя резистора (у современных SMD-компонентов он уже встроен, что будет ясно в процессе «прозвонки»).

Мультиметром довольно просто прозвонить световой диод

Схемы подключения двухцветных светодиодов

Чтобы сделать электроприбор своими руками, необходимо знать, как подключить двухсветный светодиод. Самый простой (но не совсем правильный) вариант – подключаем питания к ножкам через резистор и определяем циклов включения/выключения.

Чтобы добавить к схеме резистор, необходимо рассчитать значения его сопротивления и мощности.

С 2015 года ГОСТом 29433-2014 определены новые параметры напряжения электросети:

номинальное
230 В;
минимальное
207 В, под нагрузкой 198 В;
максимальное
253 В.

Сопротивление резистора должно иметь
такое значение, чтобы через него мог протекать ток, необходимый для нормального
функционирования двухцветного светодиода, но элемент при этом не перегревался. Поэтому
значение номинального тока 20 мА для расчетов заменяется другим значениеем – 7
мА = 0,007 А, позволяющим диоду нормально светиться.

Сопротивление:

Купить нужно элемент на 33 кОм.

Мощность резистора:

Купить нужно элемент на 2 Вт.

Для проверки рассчитывается ток при максимальном напряжении:

Мощность:

Это значит, что резистор на 2 Вт не
перегреется даже при максимальном значении напряжения сети.

На
таймере 555

Таймером 555 называют интегральное устройство, генерирующее импульсы через определенные промежутки времени. Доступны модели в пластиковом и металлическом DIP и SMD корпусе на 4,5 – 16 В. Основная сфера применения в быту – управление трехцветными лентами и лампами. Таймер 555 включает цвета поочередно. Стандартное напряжение питания 5 В, перевести на 12 В можно, если поменять сопротивление резисторов.

Похожую схему с таймером 555 можно
создать для управления двухцветным светодиодом. Нужно запитать схему от сети
220 В через понижающий трансформатор. Напряжение стабилизирует регулятор 7805.
У трансформатора может быть одна или несколько обмоток. При втором варианте
требуется дополнительный вывод от обмотки на 12 В.

Если светодиод многоцветный, в схему включается столько таймеров, сколько цветов. Цветные элементы подключаются к выводам 555 через резисторы. В процессе изменения сопротивления интенсивность свечения меняется от минимального до максимального значения.

До
1а

Чтобы управлять двухцветными
светодиодами, работающими на токе до 1 А, используется схема TA7291P,
оснащенная двумя входами и выходами. Двухцветный светодиод подключается к
выходу. Если логика диодов, транзисторов и реле одинаковая, а выходы
отличаются, чип не светится.

При одинаковых логических уровнях схема
работает иначе. Если на входах уровни различаются, один из выходов присоединяется
с общей проводкой, что приводит к присоединению с ней катода двухцветного диода
и резистора. Напряжение на втором выходе меняется одновременно с напряжением на
входе. Это дает возможность регулировать интенсивность свечения.

Напряжение на втором выходе подается из
микроконтроллера, выдающего импульсы. Кроме яркости свечения микроконтроллер контролирует
входы, поэтому возможно регулирование алгоритма управления и оттенков свечения.

Устройство светодиода, принципы излучения света

Полупроводниковый переход p-n типа подключают к источнику постоянного напряжения в соответствии с полярностью выводов.

Внутри контактного слоя веществ p- и n-типов под его действием начинается движение свободных отрицательно заряженных электронов и дырок, которые обладают положительным знаком заряда. Эти частицы направляются к притягивающим их полюсам.

Устройство светодиода, принцип получения света полупроводником

В переходном слое заряды рекомбинируют. Электроны проходят из зоны проводимости в валентную, преодолевая уровень Ферми.

За счет этого часть их энергии освобождается с выделением световых волн различного спектра и яркости. Частота волны и цветопередача зависят от вида смешанных материалов, из которых сделан p-n переход.

Для излучения света внутри активной зоны полупроводника требуется соблюсти два условия:

Эта сложная техническая задача решается несколькими путями. Один из них — создание нескольких слоев p-n переходов, когда образуется сложная гетероструктура.

История создания первых ламп

В 1955 году Рубин Браунштейн обнаружил инфракрасное излучение арсенида галлия — полупроводник, который позже будет использоваться Ником Холоньяком-младшим и С. Беваккой для создания первого красного светодиода в 1962 году. В течение нескольких лет исследователи ограничились некоторыми цветами, такими как красный (1962), желтый, зеленый и более поздний синий (1972).

Вклад японских ученых

В 1990-х годах исследования Shuji Nakamura и Takashi Mukai of Nichia в полупроводниковой технологии InGaN позволили создать синие светодиоды высокой яркости, а затем адаптироваться к белым, добавив желтый люминофор. Это продвижение позволило использовать новые крупные приложения, такие как освещение и подсветка телевизионных экранов и ЖК-экранов. 7 октября 2014 года Шудзи Накамура, Исаму Акасаки и Хироши Амано получили Нобелевскую премию по физике за работу над голубыми светодиодами.

Влияние температуры

При увеличении уровня напряжения источника сила тока через полупроводниковый слой возрастает и свечение увеличивается: в зону рекомбинации поступает повышенное количество зарядов за единицу времени. Одновременно происходит нагрев токоведущих элементов. Его величина критична для материала внутренних тоководов и вещества p-n перехода. Излишняя температура способна их повредить, разрушить.

Внутри светодиодов энергия электрического тока переходит в световую непосредственно, без излишних процессов: не так, как у ламп с нитями накаливания. При этом образуются минимальные потери полезной мощности, обусловленные низким нагреванием токопроводящих элементов.

Рабочая температура светодиода и нити накаливания

За счет этого создается высокая экономичность этих источников. Но, их можно применять только там, где сама конструкция защищена, блокирована от внешнего нагрева.

Принцип работы двухцветных светодиодов

Принцип работы элементов с двумя выводами простой. Цвет свечения меняется одновременно с изменением полярности подключения. Это значит, что цвет полностью зависит от того, в какому пути проходит ток. При подаче плюса на один из выводов один кристалл начинает светиться, второй запирается. После смены полярности запертый начинает светиться, светящийся запирается.

Такая схема используется в индикаторах,
работающих от переменного напряжения. Двухцветные диоды соединяются параллельно
и встречно, ток ограничивает один резистор. Такие элементы часто монтируются в кнопочные
выключатели, при помощи которых меняется цвет свечения.

Так как цвет свечения светодиодов
ненасыщенный и тусклый, при смешении образуется оттенок, который человеку
сложно определить. Еще одна особенность – изменение оттенка при взгляде на источник
света с различных ракурсов.

Ситуация меняется, если речь идет о двухцветном светодиоде с тремя выводами в сочетании с микроконтроллером. Эта схема дает возможность включать каждый цвет по отдельности и одновременно оба. При подключении к схеме ШИМ регулятора появляется возможность менять яркость свечения каждого кристалла, чтобы добавить дополнительные оттенки.

Устройство светодиода, особенности разных конструкций

Модели с люминофором и RGB-изделия создаются для разного промышленного и бытового применения.

Способы питания

Индикаторный светодиод первых массовых выпусков потреблял около 15 мА при питании от чуть меньшей величины, чем два вольта постоянного напряжения. Современные изделия имеют повышенные характеристики: до четырех вольт и 50 мА.

Светодиоды для освещения питаются таким же напряжением, но потребляют уже несколько сотен миллиампер. Производители сейчас активно разрабатывают и проектируют устройства до 1 А.

С целью повышения эффективности светоотдачи создаются светодиодные модули, которые могут использовать последовательную подачу напряжения на каждый элемент. В таком случае его величина возрастает до 12 либо 24 вольт.

При подаче напряжения на светодиод требуется учитывать полярность. Когда она нарушена, то ток не проходит и свечения не будет. Если же используется переменный синусоидальный сигнал, то свечение происходит только при прохождении положительной полуволны. Причем его сила так же пропорционально меняется по закону появления соответствующей величины тока с полярным направлением.

Следует учитывать, что при обратном напряжении возможен пробой полупроводникового перехода. Он происходит при превышении 5 вольт на одном монокристалле.

Способы управления

Для регулировки яркости излучаемого света применяют один из двух методов управления:

Первый способ простой, но неэффективный. При снижении уровня напряжения ниже определённого порога светодиод может просто потухнуть.

Метод же ШИМ исключает подобное явление, но он значительно сложнее в технической реализации. Ток, пропускаемый через полупроводниковый переход монокристалла, подается не постоянной формой, а импульсной высокой частоты со значением от нескольких сотен до тысячи герц.

За счет изменения ширины импульсов и пауз между ними (процесс называют модуляцией) осуществляется регулировка яркости свечения в широких пределах. Формированием этих токов через монокристаллы занимаются специальные программируемые управляющие блоки со сложными алгоритмами.

Спектр излучения

Частота выходящего из светодиода излучения лежит в очень узкой области. Ее называют монохроматической. Она кардинальным образом отличается от спектра волн, исходящего от Солнца или нитей накаливания обычных осветительных ламп.

О влиянии такого освещения на человеческий глаз ведется много дискуссий. Однако, результаты серьезных научных анализов этого вопроса нам неизвестны.

Производство

При изготовлении светодиодов используется только автоматическая линия, в которой работают станки-роботы по заранее спроектированной технологии.

Физический ручной труд человека полностью исключен из производственного процесса.

Подготовленные специалисты осуществляют только контроль за правильным протеканием технологии.

Принцип работы

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).

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 AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (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.

Особенности световых эффектов

При рекомбинации дырок и электронов в разных составах веществ p-n перехода создается неодинаковое излучение света. Его принято характеризовать параметром квантового выхода — количеством выделенных световых квантов для единичной рекомбинированной пары зарядов.

Он формируется и происходит на двух уровнях светодиода:

На первом уровне квантовый выход у правильно выполненных монокристаллов может достигать величины, близкой к 100%. Но, для обеспечения этого показателя требуется создавать большие токи и мощный отвод тепла.

Внутри самого источника на втором уровне часть света рассеивается и поглощается элементами конструкции, чем снижает общую эффективность излучения. Максимальное значение квантового выхода здесь намного меньше. У светодиодов, испускающих красный спектр, оно достигает не более 55%, а у синих снижается еще больше — до 35%.

Какие бывают светодиоды

Рассмотрим классификацию приборов LED в зависимости от их назначения, и технических характеристик.

Свойства и параметры индикаторных моделей

Индикаторные светодиоды могут иметь диаметр: 3, 5, 10 или 8 мм. Их напряжение варьируется от 2,5 до 5 Вольт. При этом они потребляют электрического тока от 10 до 25 миллиампер. Средняя яркость такого диода – всего от 100 до 1000 милликанделл. Данные приборы обладают круглыми или прямоугольными линзами.

Осветительные диоды

Активнее всего диоды применяются в освещении. Осветительные диоды изготавливаются, путем покрытия синего светодиода слоем люминофора. Светодиоды COB представляют собой подложку с расположенными на ней полупроводниками. Кристаллы при этом залиты люминофором нужных цветов. Плотность размещенных кристаллов обеспечивает повышенную яркость излучаемого света.

Основные технические характеристики

Диодные лампы характеризуются следующими основными параметрами:

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

Сравнение конструктивных особенностей обычных и мощных диодов

Яркость

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

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

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

Напряжение

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

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

Сила тока

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

Длина волны и цветовая характеристика

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

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

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

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

Лампы с диодами могут быть разных цветов

Светодиодная плата

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

прямоугольная;
линейка;
круглая;
квадратная;
звездчатая
произвольная.

Виды плат:

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

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

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

В чем самые главные плюсы технологии LED?

Одной из главных особенностей светодиодов является его высокий КПД. Дело в том, что обычная лампа накаливания при работе выделяет очень много тепла, а вот светодиод, напротив, остается достаточно холодным. Все это происходит из-за того, что он в большую часть света производит именно в видимом для человека спектре и не расходует энергию на ненужные длины волн. Это позволяет технологии LED серьезно доминировать над уже устаревшими лампами накаливания. Кроме того, светодиоды гораздо меньше по размеру и их можно располагать благодаря этому как угодно и где угодно.

Можно выстраивать из них целые фигуры и даже программировать последовательность того, как они загорятся с помощью мини-компьютеров. Таким образом, это дает очень большой толчок для дальнейшего развития и совершенствования, но довольно лирики.

Достоинства и недостатки светодиодных светильников

Подобные приборы, как и любые другие, обладают как положительными, так и отрицательными качествами, однако вторых значительно меньше. Среди плюсов можно отметить:

низкое потребление энергии при длительном сроке эксплуатации (до 50 000 часов);
высокий коэффициент полезного действия (КПД), который достигается за счет малой теплоотдачи;
возможность выбора любого цвета, включая многоцветные светодиодные ленты;
возможность диммирования, что позволяет выполнить зонирование помещений.

Стоит отметить безвредность светодиодов для человеческого организма

Если обратить внимание на люминесцентные светильники, то они со временем начинают пропускать сквозь трещины в люминофоре ультрафиолет. К тому же их утилизация как бытовых отходов запрещена по причине содержания в колбе паров тяжелых металлов, в том числе ртути

Устройство светодиодных светильников не предусматривает использования вредных для организма веществ.

Что касается недостатков, то их отмечается всего два:

Та же светодиодная лента требует установки дополнительного оборудования – адаптера, а иногда и контроллера. А вот спрятать эти устройства бывает сложно.
Деградация кристаллов. Со временем сила светового потока снижается. Интенсивность деградации зависит от качества самого чипа и блока питания, с которым он работает.

Прямое и обратное напряжение

Напряжение, которое оказывает воздействие на диод, разделяют по двум критериям:

Прямое напряжение – это то, при котором происходит открытие диода и начинается прохождение через него прямого тока, при этом показатели сопротивления прибора являются крайне низкими.
Обратное напряжение – это то, которое обладает обратной полярностью и обеспечивает закрытие диода с прохождением через него обратного тока. Показатели сопротивления прибора при этом начинают резко и значительно расти.

Сопротивление p-n-перехода является постоянно меняющимся показателем, в первую очередь на него оказывает влияние прямое напряжение, подающееся непосредственно на диод. Если напряжение увеличивается, то показатели сопротивления перехода будут пропорционально уменьшаться.

Это приводит к росту параметров прямого тока, проходящего через диод. Когда данный прибор закрыт, то на него воздействует фактически все напряжение, по этой причине показатели проходящего через диод обратного тока являются незначительными, а сопротивление перехода при этом достигает пиковых параметров.

Достоинства и недостатки осветительных светодиодов

Человечество пока не изобрело идеальный
источник света. Каждый вид имеет свои плюсы и минусы.

К достоинствам светодиодов потребители
относят:

преобразование электроэнергии в свет с минимальными потерями;
малый нагрев при надлежащем уровне теплоотвода;
чистоту излучаемого света;
отсутствие инфракрасной и ультрафиолетовой составляющей;
надежность и механическую прочность;
срок службы до 100 тыс. часов (если изделие качественное);
безопасность благодаря низкому напряжению потребляемого тока;
экономичность при большом потоке света;
высокую светоотдачу (до 250 лм/Вт);
небольшие размеры;
широкую область применения;
возможность организовать систему освещения практически любого цвета;
угол рассеивания, позволяющий подобрать вариант для любого помещения;
оптимальный коэффициент пульсации;
экологичность (отсутствие вредных веществ);
простоту утилизации.

При создании или замене системы
освещения стоит вспомнить о недостатках:

необходимости
в качественном драйвере;
старении
светодиодов в процессе эксплуатации;
высокой
стоимости.

Основная причина недоверия рядовых
потребителей – наличие на рынке большого объема некачественной продукции. При
покупке требуется не только драйвер, но и устройство качественной системы
охлаждения.

Заключение

Лента основана на светодиодах WS2812B в корпусе LED 5050, куда в корпус производители поместили не только три встроенных светодиода (Красный, Зеленый, Синий), но и управляемый ШИМ драйвер, управляющий их яркостью. Благодаря этому мы можем получить произвольный цвет, изменяя яркость встроенных светодиодов, а так же управлять отдельно взятым пикселем на ленте. Собственно, три встроенных разноцветных светодиода вместе с ШИМ драйвером и образуют светодиод WS2812B.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.arduino.on.kg

www.ledjournal.info

www.electrik.info

www.vyrashhivanie-iz-semyan.ru

Предыдущая
ПолупроводникиКак устроены многоцветные светодиоды
Следующая
ПолупроводникиЧто такое NTC термисторы

Основные выводы

Быстродействие и отличные технические характеристики светодиодных ламп сделали их самым популярным источником освещения. Правильно подобранные параметры прибора позволяют организовать эффективное освещение с наименьшими затратами электроэнергии

Выбирая лампочку, обязательно следует обратить внимание на ее мощность и светоотдачу. А чтобы прибор освещения идеально вписался в обстановку и исправно выполнял свои функции, нужно учесть цветовую температуру выбранных диодов

СветодиодыКак подключить светодиод к 12 Вольтам

СветодиодыЧто лучше ксенон или светодиодные лампы для авто

Что такое светодиод и как он работает — устройство и особенности