Справочные характеристики светодиодов и устройство

Светодиод — это полупроводниковый диод, который при приложенном прямом напряжении излучает свет. Светодиоды бывают разных цветов, разной яркости свечения и мощности. У светодиодов, как и у типовых диодов, два внещних вывода – катод и анод. На принципиальных схемах светодиод обозначается следующим образом.

При прямом напряжении к катоду светодиода прикладывается отрицательное напряжение, а к аноду положительное. При увеличении номинального тока или напряжения есть риск перегорания светодиода. Если элемент используется для подсветки, целесообразней применять специальные схемы (драйверы) для генерации требуемого тока и напряжения. Часто светодиоды применяют в роли индикаторов и запитывают непосредственно от выводов микроконтроллера через добавочное сопротивление, которое ограничивает ток и создает нужный уровень падения напряжения.

Внутри полупроводника электроны и дырки светодиода располагаются в энергетических зонах. Ширина запрещенной зоны определяет энергию частиц света (фотон), излучаемых этим полупроводниковым радиокомпонентом.

Энергия фотона задает длину волны испускаемого света и, следовательно и цвет светодиода. Различные материалы с разными запрещенными зонами генерируют множество цветов света. Точная длина волны, т.е испускаемый свет радиокомпонентом может быть настроен с помощью изменения состава активной или светоизлучающей области.

Эти элементы состоят из соединений полупроводниковых элементов из III и V группы периодической системы Менделеева. Конкретными примерами таких веществ, которые обычно применяются при изготовлении светодиодов, являются фосфид галлия (GaP), арсенид галлия (GaAs) и нитрид галлия (GaN).

Общие принципы работы и устройство светодиодов

Характер проводимости этих свето излучающих полупроводниковых элементов определяется как самим материалом, так и добавлеными легирующими веществами. Как нам уже известно при подаче напряжения прямой полярности через p-n переход начнет течь ток ток, а при рекомбинации электронов и дырок происходит выброс энергии соответствующий видимому диапазону спектра с длиной волны от 700 до 400 нм.

Видео курс - устройство светодиода

Для получения свечения в красных и желтых областях применяются полупроводниковые МДГС (многопроходные двойные гетероструктуры) на основе GaAlAs и AlGalnP, а для зеленого и синего свечения — на основе нитридов индия и галлия и их производных (InN, GaN, InGaN, AlInGaN).

Излучение генерируется на р-n переходе между кристаллом и кристаллодержателем, к которым через электроды подается напряжение требуемой полярности. С помощью отражателя боковое излучение направляется вдоль оптической оси светоизлучаещего элемента. Все внутренние элементы залиты прозрачным полимером с максимально высоким коэффициентом преломления являющимся корпусом. Купол корпуса выполняет функцию линзы.

Внешние выводы используются не только для подачи напряжения, но и для фиксации на печатных платах. Кроме торцевой конструкции, имеются элементы, у которых внешние выводы расположены в плоскости основания.

Светодиоды выпускаются в различных корпусах. У наиболее распространённых видов имеется круглая пластиковая и прозрачная оболочка диаметром 3 - 5 мм и два металлических вывода. Более короткий вывод обозначает катод, длинный, соответственно, - анод.

Сверхъяркие светодиоды белого свечения конструкция и параметры

В начале девяностых годов миру был представлен первый светодиод синего и белого цвета свечения. С тех пор началась и продолжается по настоящее время технологическая гонка в производстве сверхъярких мощных светодиодов белого свечения. Известно, что ни какой светодиод не способен излучать белый свет, так как белый свет это сумма всех цветов. Поэтому цвет излучения зависит от ширины энергетической запрещенной зоны перехода, где осуществляется рекомбинация электронов и дырок.

Ширина энергетической запрещенной зоны, как нам уже известно зависит от материала добавленного в полупроводник. Так для получения белого света на кристалл синего светодиода наносят тонкий слой люминофора, который под воздействием синего спектра испускает жёлтый и красный свет. В результате смешения синего, жёлтого и красного на выходе получаем белый свет.

Напряжение питания сверхъярких светодиодов, как правило, составляет от 2,8 до 3,9 вольт. Срок эксплуатации светодиодов хоть и достаточно велик, но они очень чувствительны к токовым перегрузкам. Чтобы исключить их перегрузки а, следовательно полный или частичный выход из строя, необходимо использовать драйверы питания для светодиодов на специализированных микросхемах, а для регулировки яркости свечения рекомендуется применять импульсную модуляцию. Устройство типичного сверхъяркого светодиода, показано на схеме ниже:

Следует упомянуть, что мощный сверхъяркий светодиод, изготовленный с нарушением технологии через некоторое время работы теряет свою светоотдачу. Как правило, они продаются на китайских аукционах дешевле аналогов. Это происходит из-за того, что желтеет эпоксидный материал колбы и уменьшается излучающая способность синего светодиодного чипа с нанесенным на него слоем люминофора.

Основные параметры светодиодов

Характеристики светодиодов можно разделить на входные и выходные. К входным параметрам относятся: прямой ток I_пр; прямое падение напряжения при номинальном токе U_пр; максимально допустимое обратное напряжение U_{обр. макс}; вольтамперная характеристика.

Номинальный прямой ток I_пр через кристалл размером 0,1 х0,1 мм равен 20-40 мА. Максимально допустимый прямой ток Iпр макс зависит от условий охлаждения, конструкции светодиода, а при импульсном режиме — от скважности импульсов.

Прямое падение напряжения U_пр на светодиоде при номинальном токе зависит от энергии излучаемых квантов и составляет от 1,5 В для диодов, излучающих в ИК-области, до 4,2 В для светодиодов, излучающих синий и фиолетовый свет.

К выходным параметрам относятся: световой поток Ф; угол излучения; осевая сила света I₀; цветность излучения или длина волны в области максимума излучения λмакс; световая отдача (для ИК-диодов — КПД); яркость L (указывается для светящихся пластин); инерционность т; люмен-амперная характеристика (зависимость светового или лучистого потока светодиода от прямого тока).

Справочник на отечественные светодиоды

В данном справочнике вы найдете параметры и описание на следующие отечественные светодиоды КЛ101А, КЛ101Б, КЛ101В, 2Л101А, 2Л101Б, АЛ102А, АЛ102АМ, АЛ102Б, АЛ102БМ, АЛ102В, АЛ102ВМ, АЛ102Г, АЛ102ГМ, АЛ102Д, АЛ102ДМ, 3Л102А, 3Л102Б, 3Л102В, 3Л102Г, 3Л102Д, АЛ112А..М, АЛ301А-1, АЛ301Б-1, АЛ307АМ..НМ, АЛ310А, АЛ310Б, АЛ316А, АЛ316Б, АЛС331А, 3ЛС331А, АЛ341А..И, КЛ360А, КЛ360Б, 3Л360А, 3Л360Б, КЛД901А, КИПД01А-1Л, КИПД01Б-1Л, КИПД02А-1К, КИПД02Б-1К, КИПД02В-1Л,КИПД02Г-1Л, КИПД02Д-1Ж, КИПД02Е-1Ж, КИПМ02А-1К, КИПМ03А-1К, КИПМ04Б-1К и многие другие

Устройство и параметры мигающих светодиодов

Мигающий светодиод (МС) это обычный светоизлучающий полупроводник, но имеющий встроенный интегральный генераторо импульсов с частотой следования импульсов 1,5 – 3 Гц. МС это завершенный функциональный прибор, который выполняет функцию световой сигнализации.

Кроме того, мигающий светодиод довольно универсален – напряжение питания его может находиться в диапазоне от 3 до 14 вольт – для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных МС. Использование мигающих светодиодов оправдано в компактных схемах, где существуют жесткие требования к габаритам компонентов и электропитанию – мигающие светодиоды очень энергоэкономичны, т.к схема МС построена на МОП структурах. Такой светодиод с легкостью способен заменить целый функциональный узел.

Если взглянуть через прозрачный корпус МС, то можно увидеть, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании отрицательного вывода (катода) размещён светоизлучающий кристалл. Чип внутреннего генератора размещён на основании анодного вывода. С помощью трех перемычек соединяются все компоненты этого устройства.

Чип генератора состоит из ВЧ генератора – он работает постоянно - частота его колеблется в диапазоне близком к 100 кГц. Совместно с ним работает делитель на логических элементах, который делит ВЧ импульсы до уровня 1,5 – 3 Гц.

Как подключить светодиод в простейшем случае

Разные светодиоды имеют не только различные цвета, но и рабочие напряжения. Важной характеристикой любого подобного радиокомпонента является его номинальный ток. В зависимости от уровня рабочего напряжения потребуется рассчитать добавочный резистор для светодиода (простейший драйвер), чтобы избежать повреждения от большого тока.

В электронных самоделках с типовым питанием в 5 вольт для большинства маломощных светодиодов, как правило, сопротивления номиналом около 200-240 Ом должно хватить.

Расчет светодиода

Примеры расчета электронных компонентов схем, для правильного включения LED

Led драйвера для подключения светодиодов

На первой практической схеме представлен простой, мощный и дешевый светодиодный драйвер, который способен собрать даже начинающий радиолюбитель. Эта схема led драйвера идеально сочетается с мощными и сверхяркими светодиодами, и может быть применена для любого их колличества, с любым видом питания.

RGB светодиоды устройство, подключение и управление

Помимо простых LED компонентов, имеются также RGB-светодиоды, которые способны отображать абсолютно любой цвет, из системы системе RGB. Такой RGB компонент можно представить в виде отдельных трех светодиодов объединенных в один корпус: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Изменяя интенсивность свечения каждого из них, мы и генерируем любой цвет.

В основе принципа работы трехцветного RGB светодиода базируется оптический эффект получения разнообразных цветных оттенков путем смешивания красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) цвета. Конструктивно внутреннее устройство RGB светодиода представляет собой три цветных светоизлучающих полупроводниковых кристалла, смонтированных в одном корпусе.

У RGB элементов имеется четыре внешних вывода для подключения - по одному для каждого из цветов и один общий анод или катод.

Как проверить светодиод

Светодиод по своей внутренней структуре напоминает обычный диод. Поэтому проверить его можно аналогичным образом — включением в прямом направлении, т.е. между анодом и катодом светодиода необходимо приложить положительное напряжение. Проверка не составит больших проблем, если у вас есть мультиметр. В отличие от стандартных кремниевых диодов, прямое напряжение на которых около 0,6…0,7 В, светодиод обладает более высоким значением этого параметра, причем в зависимости от цвета свечения и материала изготовления. Так красные светоизлучающие полупроводники имеют напряжение – 1,5…2 В, зеленые – 1,9…4 В, белые – в районе 3…3,5 В.