Все, что вам нужно знать о светодиодах: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Светоизлучающий диод - это электронное устройство, которое излучает свет, когда через него проходит ток. Светодиоды - это небольшие, чрезвычайно эффективные, яркие, дешевые электронные компоненты. Люди думают, что светодиоды - это просто обычные светоизлучающие компоненты, и склонны упускать из виду интересные факты и особенности светодиодов. В этом руководстве я расскажу вам «Все, что вам нужно знать о светодиодах», включая их работу, ток и номинальную мощность, сборки, типы, калькулятор резисторов для светодиодов, использование, тестирование и простую схему светодиодов.

Вот ссылка на бесплатное приложение для Android «LED Resistor Calculator»: LED Resistor Calculator. Это приложение поможет вам рассчитать соответствующее значение резистора, необходимого для светодиода.

История светодиода

Капитан Генри Джозеф Раунд был одним из пионеров радио и получил 117 патентов. Он был первым, кто сообщил о наблюдении электролюминесценции от диода, что привело к открытию светодиода. Владимирович Лосев наблюдал световое излучение точечных переходов из карборунда. Работая радиотехником, он заметил, что кристаллические диоды, используемые в радиоприемниках, излучают свет, когда через них пропускается ток. В 1927 году Лосев опубликовал в одном из российских журналов подробные сведения о своей работе над светодиодами. Пару лет спустя Ник Холоньяк-младший изобрел первый светодиод видимого спектра (красный) в 1962 году, работая научным консультантом в лаборатории компании General Electric в Сиракузах, штат Нью-Йорк.

Список деталей:

• Светодиоды разных цветов - AliExpress
• Светодиоды RGB - AliExpress
• ИК светодиоды - AliExpress

Шаг 1: Состав и работа

ИЗОБРАЖЕНИЕ:

1. Дремание светодиода.
2. Вид сверху на электроды светодиода. (больший - катод, меньший - анод).
3. Крупный план анода и катода светодиода. (Светодиод разрезан пополам).
4. Анод и катод светодиода удалены из пластиковой оболочки.

Состав

Наиболее распространенные светодиоды состоят из галлия (Ga), мышьяка (As) и фосфора (P). Современные светодиоды - это не просто типы GaAsP - существует множество других полупроводниковых вариаций! Эти полупроводники также используются в различных других электронных компонентах.

Работающий

Светодиод - это диод с P-N переходом, излучающий свет. Когда светодиод находится в прямом смещении, он излучает свет вместо тепла, выделяемого обычным диодом. Когда P-N-переход находится в прямом смещении, в случае светодиода некоторые дырки объединяются с электронами N-области, а некоторые электроны из N объединяются с дырками из P-области. Каждая рекомбинация излучает свет или фотоны.

Светодиоды имеют полярность и, следовательно, не работают, если они подключены с обратным смещением. Самый простой способ проверить полярность обычного светодиода - подержать светодиод близко к глазу. Вы увидите, что электродов два. Более толстый - это катод (-). Свет излучается катодом. Более тонкий электрод - это анод (+). [Хотя этот метод проверки полярности не работает для некоторых светодиодов, таких как светодиоды высокой эффективности и т. Д., Где верно обратное]. Обычно светодиоды изготавливаются так, что длина выводов катода и анода различается. По этой причине светодиоды изготавливаются с анодным (+) проводом, более длинным, чем катодный (-). Это также упрощает определение полярности. Примечание. Некоторые производители оставляют оба провода электродов одинаковой длины. Чтобы проверить полярность, вам понадобится мультиметр.

Шаг 2: Текущие рейтинги и рейтинги мощности, закон Хейтца

ИЗОБРАЖЕНИЕ: светодиодный символ

Обычные ИК-светодиоды могут работать до ~ 1,5 В, но для обычных красных светодиодов требуется ~ 1,8 В, для обычных зеленых светодиодов требуется ~ 2 В, а для обычных синих и белых светодиодов (которые, конечно, синие с люминофорным покрытием) требуется хорошее напряжение 3 В.

Светодиоды не имеют «номинального напряжения»; они действительны. Яркость примерно пропорциональна току, а не прямо пропорциональна напряжению. При любом конкретном токе они будут иметь прямое напряжение, но оно вторично по отношению к току, который является основным фактором, который необходимо контролировать.

Текущие рейтинги

Номинальный ток светодиодов аналогичен номинальному напряжению. Светодиоды обычно имеют стандартный номинальный ток. Большинству светодиодов требуется около 5-25 мА. Ток, необходимый для светодиода, иногда зависит от цвета светодиода. Если вы подадите избыточный ток, светодиод сгорит и повредится. С другой стороны, если вы подаете очень низкий ток, светодиод не будет обеспечивать максимальную мощность. Современные сверхяркие красные / зеленые светодиоды могут давать приемлемый выход (для использования в статусе и т. Д.) При токе всего 1 мА.

Номинальная мощность

Светодиоды могут иметь различную номинальную мощность в зависимости от их типа, конструкции, номинальных значений тока и т. Д. Светодиоды также поставляются в корпусах «High Power LED». Светодиоды менее неэффективны, чем обычные лампочки, такие как КЛЛ и лампы накаливания.

Закон Хейтца

В нем говорится, что каждое десятилетие стоимость люмена (единицы полезного излучаемого света) падает в 10 раз, а количество света, генерируемого каждой светодиодной упаковкой, увеличивается в 20 раз для данной длины волны (цвета) света. Он считается светодиодным аналогом закона Мура, который гласит, что количество транзисторов в данной интегральной схеме удваивается каждые 18–24 месяца. Оба закона основаны на оптимизации процесса производства полупроводниковых устройств.

Шаг 3. Сборка

ИЗОБРАЖЕНИЕ:

1. Базовый светодиод.
2. Купол LED.
3. Светодиод SMD (большой).
4. Светодиод SMD (малый).
5. Светодиодный индикатор, используемый в 7-сегментном дисплее.

Светодиоды выпускаются самых разных форм и размеров. Цвет пластиковой линзы часто совпадает с фактическим цветом излучаемого света, но не всегда. Например, фиолетовый пластик часто используется для инфракрасных светодиодов, а большинство синих устройств имеют бесцветные корпуса. Современные высокомощные светодиоды, такие как те, которые используются для освещения и подсветки, обычно встречаются в корпусах для устройств поверхностного монтажа (SMD). Некоторые светодиоды имеют рассеивающие пластиковые линзы.

Базовый светодиод

Базовый светодиод - один из наиболее широко используемых светодиодов. Из-за своей популярности его цена относительно дешевле по сравнению с другими светодиодами. Он выглядит очень просто, а дизайн очень прост.

Купол LED

Это тип светодиода, имеющий форму «купола». Эта форма предназначена для увеличения площади, на которую передается свет. Другими словами, угол испускания (окружности) света от светодиода больше, чем у основного светодиода. Обычно это контролируется тем, как далеко они размещают излучатель света от купола. В спецификациях почти всегда указан «угол половинной мощности» (угол вне оси, при котором вы видите только половину яркости). Если вам нужен гораздо более широкий угол излучения, вы можете отрезать купол с помощью инструмента dremel. Если вам не все равно, вы можете подпилить или отполировать конец, но это не обязательно. Чем ближе вы отрежете его к эмиссионному устройству, тем более широкий угол вы получите. Но будьте осторожны, чтобы не разрезать слишком близко, потому что там есть крошечный провод, который обычно нельзя увидеть на глаз. Хотя этот тип светодиода немного дороже обычного светодиода.

SMD светодиод

Этот тип светодиода обычно очень маленький по размеру. SMD означает устройство для поверхностного монтажа. Как следует из названия, этот светодиод припаян к поверхности печатной платы, в отличие от обычных компонентов со сквозным отверстием. Эти светодиоды обычно паяются машинами (точными паяльными роботами), и их чрезвычайно сложно паять вручную (хотя и не невозможно припаять светодиоды SMD вручную). Чтобы припаять SMD светодиоды вручную, вам понадобится только паяльник с тонким наконечником, немного тонкого припоя, яркий свет и, возможно, лупа, а также хорошие и точные навыки пайки.

Светодиодный дисплей

Этот тип светодиода в основном используется в дисплеях, поскольку его форма плоская.

Шаг 4: Типы

ИЗОБРАЖЕНИЕ:

1. Купольные светодиоды.
2. ИК-светодиоды.
3. 7-сегментный светодиодный индикатор
4. Трехцветный светодиод (светодиод, меняющий цвет).

Цветной светодиод

Цветные и белые светодиоды в основном используются в индикаторах, лампах, осветительном оборудовании и т. Д. Они являются одними из наиболее часто используемых светодиодов.

Светодиод изменения цвета (трех / двухцветный светодиод)

В светодиодах этого типа цвет, излучаемый светодиодом, изменяется в течение определенного периода времени. В этот светодиод встроена крошечная интегрированная схема (IC), которая контролирует временную задержку между переходом между различными цветами. Трех / двухцветные светодиоды не меняют цвет, на самом деле это два отдельных светодиода (часто красный и зеленый) в одном корпусе. Вы поворачиваете один или другой, чтобы получить два цвета, и оба, чтобы получить третий.

Инфракрасный (ИК) светодиод

Этот тип светодиодных лучей излучает инфракрасные лучи света. Эти инфракрасные лучи не видны человеческому глазу. Этот тип светодиода обычно работает на частоте передачи 38 кГц. Разработчик модулирует светодиод, чтобы приемник мог отличить его от других источников ИК-излучения. Светодиоды также модулируются на очень низких частотах, чтобы просто показать мигающий светодиод, и часто модулируются на относительно высоких частотах с изменяющимся рабочим циклом для эффективного управления их яркостью. А затем некоторые из них модулируются на гораздо более высоких частотах для отправки данных (например, в волоконной оптике). Он в основном используется в устройствах связи с дистанционным управлением и малой дальности. Вы можете проверить ИК-светодиод, наблюдая за ним под камерой, пока через светодиод проходит ток. Другими словами, камеры могут обнаруживать ИК-лучи, исходящие от светодиода. Камеры, которые не имеют блокирующего ИК-фильтра, обычно могут довольно хорошо видеть в ближнем ИК-диапазоне (и, как правило, это дешевые камеры и, в частности, камеры видеонаблюдения). Но следует отметить, что даже некоторые камеры сотовых телефонов не очень хорошо видят ИК-светодиоды из-за их блокирующего ИК-фильтра.

7-сегментный светодиодный индикатор

7-сегментный светодиодный индикатор - это светодиод, состоящий из 7 светодиодных индикаторов, соединенных в форме 8. Он используется в калькуляторах, дисплеях и т. Д. Подобный светодиод также используется для отображения алфавитов.

УФ светодиод

УФ-светодиоды излучают ультрафиолетовые лучи света. Эти лучи имеют различные применения, такие как стерилизация, очистка воды и т. Д.

Шаг 5: Калькулятор резисторов для светодиодов

ИЗОБРАЖЕНИЙ:

1. Различные резисторы и светодиод.
2. Логотип приложения "Калькулятор сопротивления светодиодов".

Таким образом, наиболее частый вопрос, который задают о светодиодах, - это подходящий резистор для использования вместе с ним. Причина, по которой резистор используется вместе со светодиодами, заключается в том, чтобы защитить их от чрезмерного тока, который может вызвать ожог и повреждение светодиода. Но выбрать правильный светодиод не так-то просто. Почему? Что ж, если вы выберете очень высокое сопротивление, светодиод не будет излучать максимум света. И если у вас низкое сопротивление, есть вероятность повреждения светодиода.

Так была изобретена простая формула:

Сопротивление = (Напряжение источника - Напряжение светодиода) / (Ток светодиода / 1000)

* Имейте в виду, что ток светодиода измеряется в миллиамперах (мА)

Чтобы упростить этот расчет, воспользуйтесь этим бесплатным калькулятором сопротивления светодиодов в приложении для Android. Это приложение, разработанное специально для этого руководства. В это приложение будут добавлены другие функции, а также функции и калькуляторы, связанные с электроникой. Приложение было разработано компанией BluBot Technologies. Вы можете ознакомиться с его инструкциями и связаться с ним через Orangeboard @Nathan Neal Dmello. Он также занимается различными другими проектами по разработке приложений, веб-сайтов, компьютерных программ и т. Д. Вы можете связаться с ним через его веб-сайт.

Шаг 6: Использует

ИЗОБРАЖЕНИЕ:

1. Пульт ТВ без нажатой кнопки.
2. Пульт ДУ телевизора с нажатой кнопкой и обнаружена вспышка ИК-светодиода.
3. Полоса светодиодов купола от аварийного фонарика.
4. Светодиодная вспышка камеры смартфона.
5. Светодиодные индикаторы питания ноутбука.

Светодиоды используются везде. От вспышки телефона до музыкальной системы автомобиля, садовых огней и телевизора. В основном их адаптивный характер и эффективность дали им место в большинстве электронных устройств.

Некоторые из наиболее известных применений:

1. Осветительные приборы.
2. Отображает.
3. Индикаторы.
4. Декоративное освещение и предметы.
5. Дистанционное управление.
6. Стерилизация.
7. Очистка воды.
8. Стоматология и другие медицинские приложения.

Шаг 7: Тестирование и схема

ИЗОБРАЖЕНИЕ:

1. Мультиметр используется для проверки светодиода.
2. Простая схема с использованием светодиода.

Тестирование

Классический быстрый тестер цвета, яркости и полярности - это всего лишь литиевая таблетка на 3 В (например, CR2032). Разумеется, прикасайтесь к ним только кратковременно, иначе они могут перегреться!

Некоторые светодиоды можно проверить, чтобы проверить правильность их работы с помощью мультиметра, выполнив следующие действия:

1. Установите шкалу мультиметра в положение «Непрерывность».
2. Теперь подключите анод (+) светодиода к КРАСНОМУ / положительному / (+) щупу мультиметра и подключите катод (-) светодиода к ЧЕРНОМ / отрицательному / (-) щупу мультиметра.
3. Если светодиод работает, мультиметр начнет издавать звуковой сигнал. И значение отобразится на экране мультиметра. В дополнение к этому должен загореться светодиод.

* Проверка светодиода с использованием функции проверки целостности цепи мультиметра обычно не работает, поскольку большинство мультиметров подают только низкое напряжение, менее 1 В, для проверки сопротивления и целостности цепи. Если это так, мультиметр не будет издавать непрерывный звуковой сигнал; он может издать один короткий звуковой сигнал. Многие мультиметры имеют функцию проверки диодов, обозначенную символом диода, которая подает напряжение на диод до 2 В. Это надежно скажет вам полярность многих светодиодов, но не обязательно сине-белых светодиодов с высоким прямым напряжением.

Вы также можете проверить светодиод и любой другой компонент с помощью этой схемы: - Тестер компонентов электронного датчика

Схема

Это одна из самых простых и универсальных схем, которые вы можете найти, в которой используется светодиод. Причина, по которой это отличная схема для начала, заключается в том, что она также может проверять работу любых других электронных компонентов или электронных датчиков. Вы также можете ознакомиться с подробным руководством, которое поможет вам создать эту схему: Тестер компонентов электронного датчика.

Финалист в техническом конкурсе

Второй приз в конкурсе Teach It! Конкурс, спонсируемый Dremel