Що поставити замість світлодіода що згорів

Світлодіод

Світлодіод – це різновид діода. Особливістю світлодіода є його здатність випромінювати світло при прямому підключенні, коли струм проходить від анода (+) до катода (-). Звідси скорочена назва світлодіода – LED, що означає: light emitting diode (з англ. – світловипромінювальний діод).

З чого складається світлодіод?

Так як світлодіод виготовляється на базі звичайного діода, то його структура включає в себе базові елементи діода. Для більшої функціональності в світлодіод додали нові елементи.

Як ми бачимо на зображенні, як і звичайний діод, світлодіод всередині має два шари напівпровідника p- і n-типу. Вони закріплені на клемі-підкладці, яка безпосередньо пов’язана з катодом. Верхній шар напівпровідника пов’язаний з анодом дротяним зв’язком.

Корпус світлодіода виготовляють з світлопрозорих матеріалів, в основному це пластик або скло. Залежно від конфігурації, світлодіод може бути з додатковими технічними рішеннями. Це інший корпус (форма, наявність лінзи, металеві тепловідвідні елементи) і внутрішні складові (кілька p-n пар напівпровідника, люмінесцентне заповнення, керуючий чіп, рефлектор та ін.)

Принцип роботи світлодіода

При прямому підключенні світлодіода до джерела живлення, відбувається рекомбінація електронів і дірок в забороненій зоні напівпровідників. При цьому виділяється певна кількість тепла і світла.

Зазначу, що напівпровідниковий кристал будь-якого діода при прямому підключенні випромінює фотони світла. Але спектр хвиль цього випромінювання знаходиться поза видимою зоною для людського ока.

Кристали світлодіодів виготовляють з домішками арсеніду і фосфіду галію, алюмінію, телуриду кадмію, селеніду цинку, з’єднань індію та інших. Домішки змінюють ширину забороненої зони і дозволяють задати світлодіоду потрібну інтенсивність світіння та колір.

Напрямок та кут розсіювання потоку світлового випромінювання в світлодіодах задають лінзи і рефлектори.

Кристали надпотужних світлодіодів розміщують на тепловідвідних площадках з міді або алюмінію для захисту від перегріву.

Застосування світлодіодів

Елементарна функція світлодіода це – індикація. Це може бути індикація стану приладу – вмикання/вимикання, або індикація режиму, в якому працює прилад. Щоб підсвітити панель приладу, на допомогу так само приходять світлодіоди.

Наприклад, ви включаєте аудіоколонки на комп’ютері і зелений світлодіод інформує вас про те, що живлення включено. Монітор комп’ютера перейшов в “енергозберігаючий режим” – про це інформує миготливий помаранчевий світлодіод, замість зазвичай палаючого синього. А щоб ви не шукали в темряві вимикач – він підсвічується світлодіодом.

Ще приклад використання – підсвічування дисплея. РК-дисплеї вимагають додаткового підсвічування з бічної або тильної сторони. Цю задачу вирішують світлодіоди. Ліхтарик, гірлянда, світлофор, рекламний рядок, який біжить, і навіть величезний LED-телевізор (світлодіоди виконують роль пікселів на екрані) – підсвічуються завдяки світлодіодам.

Світлодіоди удосконалюються і отримують все більше переваг. Наприклад, висока яскравість при відносно малому споживанні струму і широкий спектр кольорів дозволяють широко використовувати світлодіоди в декоруванні і освітленні (світлодіодні стрічки, світильники, лампи, прожектори).

Один з видів світлодіодів випромінює не тільки видимий діапазон хвиль світла. Приклад – пульт від телевізора або інших побутових приладів оснащений світлодіодом, який працює в інфрачервоному діапазоні хвиль. Завдяки ньому пристрій-приймач на приладі отримує інфрачервоні сигнали від пульту. А більш потужні ІЧ-моделі світлодіодів використовують аграрії, щоб забезпечити рослинам світло при будь-яких природних умовах.

Ультрафіолетовий світлодіод прийшов на заміну газорозрядним УФ-лампам. Його використовують в медицині, промисловості, косметології, криміналістиці.

Світлодіоди також «перекачують» колосальний обсяг інтернет-трафіку по оптоволоконних мережах. На відміну від звичайної лампи розжарювання – світлодіод може випромінювати імпульси світла з дуже високою частотою.

Різновиди, позначення

Світлодіод на схемі позначається наступним чином:

Знайомий нам діод доповнюється двома стрілками, спрямованими в бік по діагоналі від нього. Кругле обведення не є обов’язковим, і на багатьох схемах опускається. Позначення світлодіода літерою на принципових схемах залежить від виробника. Це може бути абревіатура HL, VD, LED.

Підключення світлодіода відбувається за такою схемою:

У схемі обов’язково (!) Повинен бути струмообмежуючий резистор. Якщо його не використовувати – термін служби світлодіода скоротиться в рази, а в деяких випадках без додаткового навантаження світлодіод може вийти з ладу після першого включення живлення.

Це викликано тим, що кристал напівпровідника досягає стану теплового пробою (пікові значення струму виробник вказує в специфікації), це виводить світлодіод з ладу.

Справа в тому, що визначальним параметром світлодіода є його робочий струм, а напруга живлення варіюється вже в залежності від нього.

Для того, щоб розрахувати, який резистор потрібен, скористайтеся формулами:

• Опір: R = (Uпит – ULED) / ILED
• Потужність: P = (Uпит – ULED) * ILED

де:

• Uпит – напруга джерела живлення;
• ULED – пряме падіння напруги світлодіода;
• ILED – робочий струм світлодіода.

Якщо отриманого результату в списку номіналів резисторів немає – використовуйте найближчий до нього в бік збільшення або змінюйте додатковими опорами. Також не забувайте і про потужність резистора. Недостатньо потужний буде грітися або перегорить. Використовуйте опір з запасом потужності 20-30%.

Майте на увазі, що різка зміна струму в ланцюзі світлодіода також згубно впливає на його роботу. Тому потрібно попередньо стабілізувати струм в ланцюзі. При використанні світлодіодних стрічок, ламп, і подібних приладів, використовують блоки живлення з автоматичною стабілізацією струму.

При експлуатації світлодіодів, захистіть їх від зворотного струму. Якщо зворотний струм перевищить допустиме виробником значення – світлодіод вийде з ладу. Включати світлодіоди можна як послідовно, так і паралельно, але обов’язково корегуйте струм резисторами. Найбільш ефективна схема підключення групи світлодіодів – послідовна.

Допускається підключення світлодіода в ланцюг змінного струму. У цьому випадку, коли через світлодіод буде проходити імпульс прямого струму – він буде світитися, імпульс зворотного – ні (буде блимати з частотою змінного струму). При такому підключенні використовуйте в схемі діод, який захистить світлодіод від імпульсів зворотного струму.

Світлодіоди умовно діляться на два типи:

Головна характеристика індикаторного світлодіода – відносно невисока потужність (при цьому висока яскравість) і широкий спектр кольорів. Колір, яким буде світитися такий світлодіод, визначається типом хімічної домішки, яку додають в кристал напівпровідника.

Види індикаторних світлодіодів

DIP світлодіод

Такі світлодіоди мають малий кут розсіювання (до 60 °).

Корпус, як правило, виготовлений з пластику або скла, може бути прозорим або кольоровим; циліндровим або прямокутним; з лінзою або без неї.

В одному корпусі таких світлодіодів можуть розміщуватися кристали з різним кольором світіння. У цих світлодіодів є додаткові виводи і підключаються вони за принципом загального анода або загального катода.

RGB світлодіод

На одній матриці розміщується відразу три кристали: червоний, зелений і синій. Завдяки незалежному керуванню такими кристалами, можна отримати будь-який колір.

Щоб ці кристали не виділялися точково через лінзу RGB – світлодіода, на корпус може наноситися матове покриття, яке згладжує колір.

Super Flux «Piranha»

Такий світлодіод дає пучок світла з кутом розсіювання в діапазоні 40 ° -120 °. Підвищена яскравість, але різних кольорів немає – можна вибрати тільки температуру білого світіння. На корпусі «піраньї» чотири виводи для кріплення на монтажній платі. Наявність лінзи залежить від моделі.

Straw Hat

Кристал напівпровідника в такому світлодіоді розташований близько до лінзи, за рахунок цього кут розсіювання 100°-140°.

Висота світлодіоду помітно зменшена щодо його пропорцій.

Ще одна відмінна риса Straw Hat – великий радіус лінзи.

SMD-світлодіоди

Мініатюрність – головне достоїнство SMD-світлодіоду.

Його корпус може бути розміром в 1 мм, і для економії місця виводи SMD-світлодіодів можуть бути просто контактними майданчиками на корпусі.

Широкий спектр кольорів і хороша яскравість – теж переваги SMD.

Види освітлювальних світлодіодів

Освітлювальний світлодіод дуже потужний і його інтенсивність світіння висока. Тому він використовується для виготовлення ламп, люстр, прожекторів, автомобільних фар. Колір освітлювального світлодіода – білий. Є варіанти теплою і холодною температурою свічення. До видів таких світлодіодів можна віднести:

Освітлювальний SMD LED

Освітлювальний SMD LED схожий за конфігурацією і розмірами корпусу з індикаторним SMD.

Але для збільшення яскравості, кристал покрили шаром люмінофора і вмонтували на мідну або алюмінієву основу, яка служить елементом, який регулює температуру.

Кут розсіювання 100 ° – 130 °.

COB-світлодіод

COB складається з безлічі синіх світлодіодів, які об’єднали в одному кристалі. Кілька десятків світлодіодів розташовані на загальному люмінофорному покритті.

Filament LED

Опис такого світлодіода можна обмежити зображенням.

Це декоративне підсвічування, ККД не високий.

Лазерний світлодіод

Кристал лазерного світлодіода має специфічну конфігурацію, яка дозволяє довго утримувати всередині фотон, який випромінюється. При цьому фотон сприяє утворенню нових фотонів, поки сила світлового потоку не перевищить рівень втрат.

Таким чином, світло ніби накопичується всередині кристала і при досягненні певного рівня – вивільняється у вигляді лазерного променя.

Лазерні зчитувальні пристрої, оптоволоконні комунікації, медичне обладнання або звичайна лазерна указка працюють завдяки лазерним світлодіодам.

Маркування світлодіодів, вимірювання

Міжнародних стандартів для світлодіодів немає. Кожен виробник закладає інформацію про елемент на свій розсуд.

Величини вимірювання показників світла для різних світлодіодів можуть бути вказані як в люменах, так і в канделах. Це пов’язано з тим, що люмен – це повний світловий потік, який включає в себе все світло, яке випромінюється джерелом (застосовується для світлодіодів з великим кутом розсіювання або над-яскравих).

Кількість кандел вказує силу світла, яке випромінює джерело в напрямку певного кута (може бути застосовано для світлодіодів з малим кутом розсіювання).

Наприклад, можна уявити звичайну лампу розжарювання: вимірюємо інтенсивність її світіння в люменах – так як світло від неї рівномірно розподіляється на всі боки. Якщо ж її розмістити всередині ліхтаря – напрямок світлового потоку обмежиться кутами рефлектора ліхтаря, і його інтенсивність (силу) ми будемо вже вимірювати в канделах.

Для визначення полярності світлодіода виробники пропонують такі варіанти:

Довжина ніжки катода коротша, ніж у анода, і з боку катода на корпусі зроблений зріз.

Розмір посадкових майданчиків деяких світлодіодів може відрізнятися.

Виробник може явно вказати на корпусі світлодіода його цоколь за допомогою знаків «+» і «-», відповідно розташованим контактам, або застосує власне маркування (точка, зарубка на корпусі або інший знак).

Якщо визначити візуально розташування контактів не виходить – протестуйте світлодіод самі, при цьому не забувайте обмежувати струм резистором.

Вольтамперна характеристика

На графіку представлена вольтамперна характеристика для всіх типів світлодіодів. Значення струму і напруги можуть коливатися в залежності від моделі світлодіода. Але всі вони мають пряму залежність: зі зростанням напруги збільшується сила прямого струму.

Якщо подати на світлодіод зворотний струм, він не буде світитися, але після досягнення позначки Umaxобр напівпровідник вийде з ладу. Ця точка називається напругою пробою. Діапазон Umin – Umax називають робочою зоною напруги світлодіода. Перевищення максимальних значень згубно впливають на його працездатність.

Види світлодіодів - які бувають, маркування та параметри світлодіодів

Світлодіоди (Light Emitting Diodes, LED) стали невід'ємною складовою сучасних технологій освітлення, електроніки та візуальних відображень. Вони відкрили широкі можливості в різних галузях, від побутового освітлення до великих екранів на стадіонах. Розвиток світлодіодних технологій дав змогу значно підвищити ефективність, довговічність та енергоефективність освітлення, що відкриває нові горизонти в сучасному дизайні та інженерії.
Для розуміння розмаїття LED та їхнього використання в різних галузях необхідно мати знання про їхні види, маркування та основні параметри. У цьому дослідженні будуть розглянуті основні типи, їхні характеристики та параметри, що дасть змогу краще розуміти їхній потенціал та використання в сучасних технологіях.

Основні види світлодіодів (маркування)

У світі світлодіодів існує кілька основних видів, кожен з яких має свої особливості та застосування. Розглянемо вивідні, SMD- і COB-світлодіоди для кращого розуміння їхніх характеристик і можливостей.

Вивідні являють собою ефективні та багатофункціональні джерела світла, які широко застосовуються в різних сферах, починаючи від електроніки та освітлення, і закінчуючи автомобільною промисловістю. Вони є важливим елементом у сучасних технологіях освітлення та сигналізації завдяки їхній високій яскравості, довговічності та ефективності, даючи змогу створювати яскраві та надійні джерела світла для різноманітних застосувань у багатьох галузях промисловості. Вихідні мають особливість у вигляді ніжок, призначених для встановлення в отвори друкованої плати. Вони широко застосовуються для індикації та підсвічування, а також у різних пристроях, включно з побутовими ліхтарями, портативними світильниками та лазерними покажчиками.

1. Прямокутні "Піранья": Характеризуються високою яскравістю та надійністю. Їхня прямокутна форма забезпечує зручність у монтажі та розміщенні на друкованих платах. Вони широко використовуються в автомобільній промисловості для створення яскравих задніх ліхтарів, покажчиків повороту та інших світлових елементів.
2. Циліндричні: Ті, що мають циліндричну форму, також відомі своєю високою інтенсивністю світла і довговічністю. Вони широко застосовуються в електроніці, освітленні та комунікаційних системах завдяки своїй компактності та високій ефективності.
3. Круглі (3, 5, 8 мм): Мають різні діаметри та надають різноманітні можливості в галузі освітлення та сигналізації. Елементи освітлення за меншими діаметрами (3 і 5 мм) часто використовують в якості індикаторів на різних пристроях, наприклад дисплеях, панелях чи пультах керування, натомість більшим діаметром (8 мм) використовуються в освітленні приміщень, вивісках і рекламних щитах.

SMD-світлодіоди

SMD-світлодіоди - це яскраві елементи з поверхневим монтажем, протилежність стандартним DIP-світлодіодам. Їх використовують у світлодіодній продукції для освітлення та підсвічування, як-от світлодіодні стрічки, надаючи широкий спектр кольорів і можливість створення монохромних або багатоколірних (RGB) моделей.
Технологія поверхневого монтажу забезпечує ефективне розміщення світлодіодів на платі, забезпечуючи хороші кути променів і ефективний тепловідвід. Процес створення охоплює вирощування кристала, обробку плівки, бінування та розміщення в корпус. Завдяки цьому та використанню високоякісних матеріалів, мають тривалий термін служби.
Вони встановлюються на плату, основою є світлодіодний чіп у корпусі з металевими виводами. Чіпи покриваються оптичним покриттям, а на потужні моделі встановлюються фокусувальні лінзи для спрямування світлового потоку.

COB-світлодіоди

COB-світлодіоди - нова технологія з високою щільністю кристалів, що утворюють компактну матрицю на загальній підкладці. Вони забезпечують більш інтенсивне та однорідне випромінювання світлового потоку, ніж SMD-технологія. Зазвичай з'єднуються в кластери для управління живленням, з урахуванням необхідної вихідної потужності та яскравості. Матричні світлодіоди мають широкий кут розсіювання світла (не менше 180 градусів), що робить їх ідеальним вибором для застосування в потужних світлових установках, таких як прожектори. Вони також ефективні в комерційному освітленні на відкритих просторах. У побутових умовах їх рідко використовують через інтенсивне світло, яке може бути неприємним у закритих приміщеннях.

Параметри світлодіодів у світлодіодних лампах, стрічці, світильниках

Види SMD світлодіодів та їхні особливості

Існує безліч відмінностей між SMD-світлодіодами, залежно від їхньої конструкції та характеристик. Вони класифікуються за різними параметрами і застосовуються в різних галузях світлотехніки. Різноманітність моделей і типів SMD-світлодіодів дає змогу обирати найбільш підходящий варіант для конкретної продукції або проєкту в галузі освітлення.

Одно-, дво-, трикристальні SMD світлодіоди

Однокристальні діоди являють собою світловипромінювальні елементи, що складаються з одного монохромного кристала. Вони розрізняються за ступенем потужності та яскравості. Моделі малої потужності споживають струм до 20 мА і забезпечують світловий потік від 5 до 2000mCd, залежно від конкретної модифікації. Однокристальні елементи освітлення часто комплектуються лінзами сферичної або плоскої форми для поліпшення світлорозподілу. Потужніші однокристальні світлодіоди, які споживають струм від 50 мА до 1 А, потребують ефективної системи тепловідведення для підтримки оптимальної роботи.
Багатокристальні, зі свого боку, містять різну кількість кристалів, що дає їм змогу забезпечувати необхідну яскравість і колірну палітру світіння. Робоча напруга багатокристальних світлодіодів встановлюється виробниками відповідно до вимог конкретного проєкту або продукції.

Колір світіння

1. Одноколірні створюються на основі однокристальних чипів, здатних випромінювати світло різних основних кольорів, таких як білий, жовтий та інші. Вони мають просту структуру, але забезпечують яскраве, чітке світіння в обраному кольорі.
2. Мультиколірні мають трикристальну структуру, складається з чипів, здатних випромінювати базові кольори, такі як зелений, червоний і синій. Ці базові кольори змішуються в різних пропорціях, що дає змогу створювати широкий спектр відтінків. Потоки світла від трьох кристалів об'єднуються в один пучок світла за допомогою оптичної лінзи або просторового складання. Для регулювання яскравості та колірної палітри таких світлодіодів часто застосовується RGB-контролер, який забезпечує гнучкість у налаштуванні та зміні колірного відтінку світла.

Типорозмір

• 3528 - це модель малої потужності з низькою енергоефективністю. Вона економічна за вартістю, часто використовується в неяскравих світлодіодних стрічках. Її корпус має прямокутну форму розміром 3,5х2,8х1,4 мм.
• 5050 - це чип, який складається із трьох кристалів 3528, які забезпечують зелене, червоне та синє світіння. Загальна яскравість утричі вища. Корпус квадратний з шістьма виводами та розмірами 5,0х5,0х1,6 мм.
• 2835 - це однокристальний чип із невеликим енергоспоживанням та високою потужністю. Збільшена площа контактів сприяє ефективному відведенню тепла, а шар люмінофорного покриття збільшує інтенсивність світлового потоку. Його розмір становить 2,8х3,5х0,8 мм.
• 5630 і SMD5730 - це різновиди потужних світлодіодів з високою яскравістю. Вони мають чотири виводи та розміри 5,6х3,0х0,77 мм. SMD5730 має модифікації 5730-05 і 5730-1.
• 3014 - це потужне джерело світлодіодного випромінювання з високим світловим потоком та різними варіантами за кількістю кристалів. Збільшена площа тепловідвідної підкладки забезпечує ефективне відведення тепла.
• Існують також рідкісні розміри світлодіодних елементів SMD-технології, як-от 3030, 7020, 8520, та час від часу виробники презентують нові модифікації із іншими типорозмірами, які відрізняються своїми характеристиками.

Рейтинг SMD-світлодіодів

Виробники пропонують різноманітні рейтинги, підкреслюючи свої унікальні характеристики та інноваційні досягнення.

CREE (США): Ґрунтуючись на матеріалах InGaN із запатентованою підкладкою G SIC®, CREE створює LED-елементи високої ефективності.

NICHIA (Японія): Виступаючи в ролі еталона якості світлових параметрів, NICHIA забезпечує рівномірний просторовий розподіл світла, високу температурну стабільність, відтворюваність освітлення.

TOYODA GOSEI (Японія): Відомий своїм освітлювальним елементом, що відтворює світло, аналогічне сонячному на 99%. Крім того, компанія розробляє ефективні модулі глибокого ультрафіолетового світла, які борються з вірусами, бактеріями.

OSRAM (Німеччина): OSRAM представляє широкий асортимент інноваційних розробок, включно зі світлодіодними елементами в ультрафіолетовому випромінюванні типу С, здатними знезаражувати повітря, воду та робочі поверхні. Крім того, компанія виробляє елементи освітлення різних типів.

Lumileds (Європа): Відомий своєю високою якістю продукції, завдяки суворому контролю матеріалів та технологічних процесів, а також всебічному тестуванню готових виробів.

Як правильно розшифрувати маркування?

Дешифрування маркування SMD-світлодіодів відіграє ключову роль, надаючи користувачеві цінну інформацію про характеристики продукту. Наприклад, якщо розглядати світлодіод із маркуванням SMD 2835 UWC 5, розшифровка буде такою: це світлодіод типорозміру 2835 за розмірами 2,8×3,5 мм, які мають потужність 0,5 Вт та світяться білим кольором.

• 3528: Габарити 3,5×2,8 мм, містить 1 кристал.
• 5050: Габарити 5×5 мм, містить 3 або 4 кристали.
• 5630: Габарити 5,6×3 мм, містить 1 кристал.
• 5730: Габарити 5,7×3 мм, містить 1 або 2 кристали.
• 3014: Габарити 3×1,4 мм, містить 1 кристал.
• 2835: Габарити 2,8×3,5 мм, містить 1 кристал.

Як визначити світлодіод за зовнішнім виглядом?

Для виявлення типу світлодіодний діод на основі його зовнішнього вигляду потрібно виконати вимірювання розмірів діода із використанням звичайної лінійки. Отримані дані зіставляються з інформацією в таблиці, що дає змогу визначити тип виробу й описати його характеристики.

Як визначити полярність світлодіода?

У корпусі вивідного діода, прозорого і SMD, присутні характерні маркери для визначення анода і катода. Наприклад, на SMD-корпусах є кутовий зріз, який позначає катодний вивід. Також на тильній стороні часто розташовується майданчик тепловідведення, зміщений у бік анода. Іншим способом визначення полярності є піктограми, часто представлені у вигляді трикутника, букв Т або П. Орієнтація виступів букв і вершини трикутника вказує на катод.
Важливо пам'ятати, що в корпусі вивідного світлодіода також можуть бути присутніми інші характеристики для визначення полярності. Наприклад, на деяких корпусах може бути виділено довший вивід, що вказує на анод, тоді як катодний вивід може бути коротшим. Крім того, в деяких випадках на самому корпусі можуть бути нанесені літерні або числові позначення, де "К" позначає катод, а "А" - анод. За необхідності завжди слід звертатися до документації або специфікацій для точного визначення полярності світлодіода.

Переваги та недоліки світлодіодів

Застосування світлодіодів

Кожен LED - це напівпровідниковий діод, який світиться, коли через нього пропускається електричний струм. Він укладений в оптичну лінзу, яка визначає його потужність, спрямованість та колірний спектр залежно від типу напівпровідника та лінзи.

1. Освітлювальні LED мають високу інтенсивність світла, використовуються для створення освітлювальних приладів, внутрішнього освітлення, автомобільних фар, ліхтарів та інших пристроїв.
2. Індикаторні LED використовуються для світлової індикації на технічному обладнанні, приладових панелях, дисплеях, рекламних вивісках, новорічних гірляндах та інших подібних пристроях. Вони зазвичай мають невисоку потужність та яскравість.

Вони можуть випромінювати світло не тільки у видимій області спектра. Наприклад, існують ультрафіолетові світлодіоди, які застосовуються в різних пристроях, від принтерів до медичних та криміналістичних приладів.
Також світлодіоди використовують у сільському господарстві для створення штучного світла, необхідного для ефективного цілорічного вирощування рослин.