Светодиоды и их применение

lasers_madtehnik · 19.03.2010, 21:30

Светодиоды и их применение
Светодиоды, или светоизлучающие диоды (СИД, в английском варианте LED — light emitting diode)— полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Работа основана на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-n-переход. Цвет свечения (длина волны максимума спектра излучения) определяется типом используемых полупроводниковых материалов, образующих p-n-переход.
Вложение 469 Вложение 470 Вложение 472

Достоинства:

Светодиоды не имеют никаких стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает высокую механическую прочность и надежность(ударная и вибрационная устойчивость)
Отсутствие разогрева и высоких напряжений гарантирует высокий уровень электро- и пожаробезопасности
Безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда требуется высокое быстродействие
Миниатюрность
Долгий срок службы (долговечность)
Высокий КПД,
Относительно низкие напряжения питания и потребляемые токи, низкое энергопотребление
Большое количество различных цветов свечения, направленность излучения
Регулируемая интенсивность

Недостатки:

Относительно высокая стоимость. Отношение деньги/люмен для обычной лампы накаливания по сравнению со светодиодами составляет примерно 100 раз
Малый световой поток от одного элемента
Деградация параметров светодиодов со временем
Повышенные требования к питающему источнику

Внешний вид и основные параметры:
У светодиодов есть несколько основных параметров.

Тип корпуса
Типовой (рабочий) ток
Падение (рабочее) напряжения
Цвет свечения (длина волны, нм)
Угол рассеивания

В основном под типом корпуса понимают диаметр(чаще всего встречаются 3 и 5 мм) и цвет колбы (линзы),но также бывают светодиоды с плоским верхом,цилиндрические и прямоугольные.Для SMD и SMT светодиодов под типом корпуса подразумевается типоразмер или форму(например "звездочка" или star). Как известно, светодиод - полупроводниковый прибор, который необходимо запитать током. Так ток, которым следует запитать тот или иной светодиод называется типовым. При этом на светодиоде падает определенное напряжение. Цвет излучения определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями. Важнейшими элементами, используемыми в светодиодах, являются: Алюминий (Al), Галлий (Ga), Индий (In), Фосфор (P), вызывающие свечение в диапазоне от красного до жёлтого цвета. Индий (In), Галлий (Ga), Азот (N) используют для получения голубого и зелёного свечений. Кроме того, если к кристаллу, вызывающему голубое (синее) свечение, добавить люминофор, то получим белый цвет светодиода. Угол излучения также определяется производственными характеристиками материалов, а также колбой (линзой) светодиода.
В настоящее время светодиоды нашли применение в самых различных областях: светодиодные фонари, автомобильная светотехника, рекламные вывески, светодиодные панели и индикаторы, бегущие строки и светофоры и т.д.

Схема включения и расчет необходимых параметров:
Вложение 442
Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод ("минус"), а другой - анод ("плюс").Светодиод будет "гореть" только при прямом включении, как показано на рисунке.При обратном включении светодиод "гореть" не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.

Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на следующем рисунке. Не трудно определить, что каждому значению напряжения соответствует своя величина тока, протекающего через диод. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется "рабочей" зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.
Вложение 444

пример включения светодиода

Что бы правильно подключить светодиод в самом простом случае необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.
Вложение 455

Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.
Расчитаем сопротивление токоограничивающего резистора
R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода
Uпитания = 5 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R =(5-3)/0.02= 100 Ом = 0.1 кОм
Тоесть надо взять резистор сопротивлением 100 Ом

Программа для расчета резистора для светодиода.
Простая и удобная программа,можно выбрать падение на светодиоде,ток,напряжение питания,кол-во светодиодов и тип их соединения(параллельное,последовательное)
Вложение 467