Применение светодиодов в быту

Примеры использования светодиодов

Как только производство светодиодов достигло промышленно значимых масштабов, началось их повсеместное внедрение. Использование светодиодов в наши дни настолько обширно, что если оглянуться вокруг, то почти наверняка на глаза попадется что-нибудь, где есть светодиоды. Чем объясняется такая их популярность?

Все просто: светодиод – это очень эффективный, безопасный, и недорогой источник света, который отвечает многим запросам по освещению, не уступая ни лампам накаливания, ни неоновым лампам, и на самом деле, существенно превосходя их все. Где же используются светодиоды, каковы сферы их применения? Ответ на этот вопрос мы и попробуем здесь дать.

В первую очередь обратим внимание на то, что многие жидкокристаллические экраны, например, экраны телевизоров, мониторов, дисплеи мобильных телефонов, и разнообразных мобильных гаджетов, имеют светодиодную подсветку. Это касается как старых моделей, так и новейших, ибо меняются сами светодиоды, но суть остается неизменной.

Например, подсветка дисплея Retina в ноутбуке Apple MacBook Pro, осуществляется 48 яркими светодиодами, расположенными внизу дисплея, свет которых преобразуется системой рассеивания, благодаря чему дисплей отображает картинку наилучшим для человеческого восприятия образом.

Одиночные светодиоды в качестве индикаторов включения на лицевых панелях различных бытовых приборов давно стали нормой. Здесь можно вспомнить индикаторы режима ожидания телевизора или DVD-плеера, свидетельствующие о том, что прибор включен в розетку. Сюда же относится подсветка жидкокристаллических часов на том же DVD-плеере, и аналогичные подсветки часов на других бытовых устройствах, на кухонной технике, и т.д.

Подсветка приборов в автомобиле заслуживает особого внимания, поскольку это неразрывно связано с обеспечением безопасности жизни людей, как пассажиров, так и пешеходов. Использование здесь светодиодов открывает также широкие возможности для тюнинга, и все ограничивается лишь творческим подходом хозяина автомобиля.

Говоря об автомобилях и об индикации, нельзя не упомянуть светодиодные дорожные знаки. За последние пару лет их все чаще можно встретить как на улицах мегаполисов, так и на широких автострадах.

Что касается светофоров, то в них давно используют светодиоды, и появление мощных светодиодов в последние годы делает свет светофоров более качественным, более комфортным для водителей.

Уличное светодиодное освещение – важный шаг к энергосбережению в масштабах городов. В уличных фонарях используют мощные светодиоды, которые позволяют многократно экономить электроэнергию, а срок их службы существенно превосходит любые другие лампы, достигая 50000 часов.

Пример использования светодиодов в освещении — уличные светильники УСС, которые отличаются совей многофункциональностью и лакончиным дизайном. Средний срок службы таких светильников — около 20 лет.

Мощные светодиоды применяются также в промышленных прожекторах на предприятиях, ими сейчас заменяют индустриальные лампы. Служат они для освещения оборудования, установок, и просто как источники света в больших производственных помещениях, цехах большой площади, и т.п.

Бытовое светодиодное освещение заслуживает особого внимания. В первую очередь важно отметить, что компактные люминесцентные лампы уже могут быть заменены светодиодными лампами, отличающимися повышенной экономичностью и долговечностью. Это касается и потолочных встраиваемых светильников, и ночников, а также декоративной подсветки.

Декоративная подсветка – поистине всеобъемлющее применение светодиодов, а особенно — светодиодных лент. Светящиеся знаки на стенах, узоры на дверях комнат, узоры на стенах, «звездное небо» на потолке, световое зонирование пространства в жилище, — это все далеко не полный список декоративных решений.

Дежурное или ночное освещение, подсветка ступенек, подсветка мебели, делающая обычные предметы интерьера яркими и необычными, подсветка сувениров на стеллажах, и многое другое. Как видим, для светового оформления интерьера светодиоды подходят идеально.

Примечательно и световое оформление интерьеров автомобилей, способное придать индивидуальность каждому салону.

Внешнее светодиодное оформление автомобиля – еще один способ создания индивидуального стиля.

Не обойдутся без тюнинга и фары. Мощные лампы уже могут быть заменены на светодиодные.

При снижении нагрузки на генератор, световой поток остается достаточно сильным, это важное преимущество светодиодной технологии по сравнению как с обычными, так и с галогенными лампами накаливания.

Существование светодиодов основных оттенков (красный, синий, зеленый) создает огромные возможности построения больших рекламных дисплеев для отображения полноценной анимации.

Это и просто светодиодные вывески с графикой различных оттенков и цветов, и гигантские полотна, как огромный экран, простирающийся на 500 метров над главной улицей Лас-Вегаса, состоящий из 12,5 миллионов светодиодов.

Светодиодные бегущие строки и световые коробы, в которых также использованы светодиоды, давно стали привычным рекламным атрибутом магазинов и прочих заведений, где владельцы всегда применяют современные методы визуального привлечения внимания потенциальных посетителей.

Светодиоды применяют для передачи модулированного оптического излучения по оптоволокну, также они успешно работают в высокоскоростных оптронах.

Светодиодные лампы применяются и в растениеводстве. Светодиодные лампы мощностью 8 Вт могут использоваться в теплицах, оранжереях, и садах, где растения по каким-то причинам не получают достаточного количества света.

Светодиодное освещение улучшает фотосинтез растений, поскольку специально предназначенные для них светодиодные лампы обладают более высокой светоотдачей, у них отсутствует тепловое излучение, а главное – это нужный спектр света.

Специальные светодиодные лампы для растений комбинируют две длины волны, состоящие на 1 часть из синего (450-460 нм) и на 8 частей из красного света (650-670 нм), либо на 6 частей из красного и на 3 из синего. Здесь отсутствует ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, поэтому такие лампы абсолютно безопасны как для любых растений, так и для окружающей среды.

Несколько примеров использования светодиодов на практике из других статей на Электрик Инфо:

Светодиоды. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Светодиоды для человечества стали одним из наиболее распространенных источников света для промышленных и бытовых нужд. Этот полупроводниковый прибор имеет один электрический переход, он преобразует электроэнергию в энергию видимого светового излучения. Явление открыто Генри Джозефом Раундом в 1907 году. Первые эксперименты были поставлены советским физиком-экспериментатором О.В. Лосевым, которому в 1929 году удалось получить рабочий прототип современного светодиода.

Первые современные светодиоды (СД, СИД, LED) были созданы в начале шестидесятых годов. У них было слабое красное свечение, их применяли в качестве индикаторов включения в самых разных приборах. В 90-х появились синие, желтые, зеленые и белые светодиоды. Их стали выпускать в промышленных масштабах многие компании. Сегодня LED-диоды применяются повсеместно: в светофорах, лампочках, автомобилях и т.д.

Устройство

Светодиод представляет полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, который создает оптическое излучение при прохождении через него тока в прямом направлении.

Стандартный индикаторный светодиод выполнен из следующих частей:

1 — Эпоксидная линза
2 — Проволочный контакт
3 — Отражатель
4 — Полупроводник (Определяет цвет свечения)
5 и 6 — Электроды
7 — Плоский срез

В основании светодиода закрепляются катод и анод. Все устройство сверху герметично закрыто линзой. На катоде установлен кристалл. На контактах имеются проводники, которые подсоединены к кристаллу p-n-переходом (проволока соединения для объединения двух проводников с различными типами проводимости). Для создания стабильной работы светодиода применяется теплоотвод, который необходим для осветительных приборов. В индикаторных приборах тепло не имеет решающего значения.

DIP-диоды имеют выводы, которые монтируются в отверстия печатной платы, они при помощи пайки подсоединяются на электрический контакт. Имеются модели с несколькими кристаллами различного цвета в одном корпусе.

SMD-светодиоды сегодня являются наиболее востребованными источниками света любых форматов.

  • Основа корпуса, куда крепится кристалл, является отличным проводником тепла. Благодаря этому в разы улучшился отвод тепла от кристалла.
  • В структуре белых светодиодов между линзой и полупроводником имеется слой люминофора, который нейтрализует ультрафиолет и задает необходимую цветовую температуру.
  • В SMD-компонентах, имеющих широкий угол излучения, линза отсутствует. При этом сам светодиод выделяется формой параллелепипеда.
Chip-On-Board (COB) представляют новейшее практическое достижение, которое должно занять в искусственном освещении лидерство в создании белых светодиодов.

Устройство светодиодов по технологии COB предполагает следующее:
  • На алюминиевую основу посредством диэлектрического клея крепят десятки кристаллов без подложки и корпуса.
  • Полученная матрица покрывается общим слоем люминофора. В итоге получается источник света, который имеет равномерное распределение светового потока без возможности появления теней.

Разновидностью Chip-On-Board является Chip-On-Glass (COG) технология, предусматривающая размещение на поверхности из стекла множества мелких кристаллов. К примеру, это филаментные лампы, где излучающим элементом является стеклянный стержень со светодиодами, которые покрыты люминофором.

Принцип действия
Несмотря на технологические особенности и разновидности, работа всех светодиодов основывается на общем принципе функционирования излучающего элемента:
  • Преобразование электроэнергии в световой поток осуществляется в кристалле, который выполнен из полупроводников с самым разным типом проводимости.
  • Материал с n­-проводимостью обеспечивают путем легирования его электронами, а материал с p-проводимостью при помощи дырок. В результате в сопредельных слоях появляются дополнительные носители заряда разной направленности.
  • При подаче прямого напряжения стартует движение электронов, а также дырок к p-n-переходу.
  • Заряженные частицы проходят барьер и начинают рекомбинировать, вследствие этого протекает электрический ток.
  • Процесс рекомбинации электрона и дырки в зоне p-n-перехода идет выделением энергии в качестве фотона.

В целом, указанное физическое явление свойственно всем полупроводниковым диодам. Однако длина волны фотона в большинстве случаев располагается за пределами видимого спектра излучения. Чтобы элементарная частица двигалась в диапазоне 400-700 нм, ученые проводили множество опытов и экспериментов с разными химическими элементами. В итоге появились новые соединения: фосфид галлия, арсенид галлия и более сложные формы. У каждой из них своя длина волны, то есть свой цвет излучения.
К тому же, кроме полезного света, который испускает светодиод, на p-n-переходе образуется некоторое количество теплоты, которое уменьшает эффективность полупроводникового прибора. Именно поэтому в конструкции мощных светодиодов предусматривается эффективный отвод тепла.

Разновидности
На текущий момент LED-диоды могут быть следующих видов:
  • Осветительные, то есть с большой мощностью. Их уровень освещенности равен вольфрамовым и люминесцентным источникам света.
  • Индикаторные – с небольшой мощностью, их применяют для подсветки в приборах.

Индикаторные LED-диоды по типу соединения делятся на:
  • Двойные GaP (галлий, фосфор) – имеют зеленый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
  • Тройные AIGaAs (алюминий, мышьяк, галлий) – имеют желтый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
  • Тройные GaAsP (мышьяк, галлий, фосфор) – имеют красный и желто-зеленый свет в структуре видимого спектра.
По типу корпуса светодиодные элементы могут быть:
  • DIP — устаревшая модель низкой мощности, их применяют для подсветки световых табло и игрушек.
  • «пиранья» или Superflux – аналоги DIP, но с четырьмя контактами. Они применяются для подсветки в автомобилях, меньше нагреваются и лучше крепятся.
  • SMD – самый распространенный тип, применяются во множестве источников света.

COB – это усовершенствованные светодиоды SMD.

Применение

Область применений светодиодов условно можно разделить на две широкие категории:
  1. Освещение.
  2. С использованием прямого света.

Светодиод в освещении применяется для освещения объекта, пространства или поверхности, вместо того, чтобы быть непосредственно видимым. Это интерьерная подсветка, фонарики, освещение фасадов зданий, освещение в автомобилях, подсветка клавиш мобильных телефонов и дисплеев и так далее. Широкое применение LED-диоды находят в коммуникаторах и сотовых телефонах.

Прямой светодиодный свет применяется для передачи информации, к примеру, в полноцветных видео дисплеях, в которых LED-диоды формируют пиксели дисплея, а также в алфавитно-цифровых табло. Прямой свет также применяется сигнальных устройствах. К примеру, это индикаторы поворота и стоп-сигналы автомобилей, светофоры и знаки.

Будущее светодиодов

Ученые создают светодиоды нового поколения, к примеру, на основе нано-кристаллических тонких пленок из перовскита. Они дешевые, эффективные и долговечные. Исследователи надеются, что такие LED-диоды будут применяться вместо обычных экранов ноутбуков и смартфонов, в том числе в бытовом и уличном освещении.

Создаются и волоконные LED-диоды, которые предназначены для создания носимых дисплеев. Ученые считают, что создаваемый метод производства волоконных светодиодов позволит наладить массовый выпуск и сделать интеграцию носимой электроники в одежду и текстиль совершенно недорогой.

Типичные характеристики

Светодиоды характеризуются следующими параметрами:
  • Цветовая характеристика.
  • Длина волны.
  • Сила тока.
  • Напряжение (тип применяемого напряжения).
  • Яркость (интенсивность светового потока).

Светодиодная яркость пропорциональна протекающему через него току, то есть чем напряжение будет выше, тем будет больше яркость. Единицей силы света служит люмен на стерадиан, она также измеряется в милликанделах. Бывают яркие (20-50 мкд.), а также сверх яркие (20000 мкд. и более) LED-диоды белого свечения.

Величина падения напряжения – характеристика допустимых значений прямого и обратного включений. Если подача напряжений выше этих значений, то наблюдается электрический пробой.

Сила тока определяет яркость свечения. Сила тока осветительных элементов обычно равняется 20 мА, для индикаторных светодиодов она составляет 20-40 мА.

Цвет излучения светодиода зависит от активных веществ, внесенных в полупроводниковый материал.

Длина волны света определяется разностью энергий при переходе электронов на этапе рекомбинации. Она определяется легирующими примесями и исходным полупроводниковым материалом.

Светодиоды: прикладное использование

Общие сведения о светодиодах

Светодиоды можно классифицировать по следующим признакам:

  • по форме корпуса прибора;
  • по типу индикатора: символьный или графический;
  • по диапазону излучаемого спектра – видимый, инфракрасный (ИК) или ультрафиолетовый (УФ);
  • по мощности прибора;
  • и ряду других.

Корпуса единичных светодиодов весьма разнообразны и представлены на следующем рисунке.

Разнообразные корпуса светодиодов

Символьные индикаторы отличаются между собой:

  • цветом символа – красные, зеленые, оранжевые и другие;
  • количеством сегментов символа – семисегментные и другие;
  • схемой включения индикатора: различают включение с общим анодом или с общим катодом.

Символьные индикаторы

Графические светодиодные индикаторы отличаются между собой:

  • цветом элементарного пиксела;
  • размером самой сборки элементов;
  • количеством элементов в сборке;
  • схемой включения: так же как и в символьных индикаторах, в графических светодиодных индикаторах различают включение с общим анодом или с общим катодом.

Графические светодиодные индикаторы

В последнее время интенсивно развивается такое направление, как светодиодные фито лампы; строго говоря, под этим термином понимается единичный фитосветодиод, размещенный на радиаторе и обладающий способностью интенсивного излучения в видимом спектре.

Светодиодная фито лампа

Существуют OLED-дисплеи. Под OLED (Organic LED) понимают органические светодиоды, т.е. некие органические структуры, способные излучать свет в видимом диапазоне при воздействии на них электрического тока. Они дают возможность создавать гибкие дисплеи. Кроме того, яркость OLED-дисплея может контролироваться попиксельно, что является недоступным в LED и LCD дисплеях.

Структура OLED дисплея

Использование светодиодов

Применение светодиодов весьма разнообразно: быт, промышленность, транспорт, связь и т. д.

Единичные ИК-светодиоды с давних пор применяются в пультах дистанционного управления (ПДУ) различных бытовых приборов, в выключателях освещения и т.д.

Существует группа стандартов IrDA, описывающая протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием ИК-диапазона в качестве носителя.

Группа стандартов IrDA

Аппаратная реализация, как правило, представляет собой пару, состоящую из передатчика в виде светодиода и приемника в виде фотодиода, которые распложены на каждой из сторон линии связи. Наличие передатчика и приемника на каждой из сторон является необходимым для использования протоколов гарантированной доставки данных.

Символьные светодиодные индикаторы применяются в электронных приборах для индикации величины измеряемого параметра — тока, напряжения, сопротивления, и т.д.

Символьные светодиодные индикаторы

Графические светодиодные индикаторы применяются для создания дисплеев; обычно их называют “бегущая строка”.

Светодиодный дисплей

Светодиодные лампы получают все большее распространение практически везде – в источниках наружного освещения, фарах автомобилей, декоративной подсветке зданий, светофорах, фонарях, обозначающих границы аэропорта и т. д.

Использование светодиодов в наружной рекламе

Отдельной областью применения светодиодов являются OLED-дисплеи. Преимуществом таких дисплеев считается их дешевизна по сравнению с жидкокристаллическими. Недостатком — малый срок службы люминофоров некоторых цветов. Постепенно эти недостатки устраняются. При сравнении с индикаторами STN и FSTN, OLED технология позволяет получить намного более высококонтрастное изображение. Для сравнения, контрастность STN-индикатора составляет 5:1, контрастность FSTN-индикатора составляет 10:1, контрастность OLED-индикатора достигает значения 3000:1 без использования поляризатора, с использованием поляризатора контрастность может достигать значения 10000:1. Информация, отображаемая на индикаторе OLED, будет хорошо видна как в темноте, так и при солнечном свете, так же такой индикатор обладает хорошим показателем угла обзора, свыше 160°. Символьный OLED-индикатор может найти применение в устройствах с высоким требованием к читаемости изображения при наличии интенсивного внешнего освещения и широких углах обзора.

OLED дисплей

Светодиоды с успехом применяются в оптопарах. Оптопары делятся на диодные, транзисторные, тиристорные и т. д. Применяются оптопары для гальванической развязки электрических цепей.

Оптопара, в центре виден светодиод

Светодиоды применяются в различных дисплеях для подсветки (backlight), для замены CCFL ламп. Это позволяет уменьшить потребляемую подсветкой мощность и сулит другие конструктивные преимущества, например, позволяет уменьшить толщину дисплея.

Светодиодная подсветка мониторов

Светодиодные ИК-кластеры применяются для подсветки теле- и видеокамер.

Светодиодная ИК-подсветка видеокамеры

Мощные светодиоды видимого спектра применяются в качестве вспышки в фотоаппаратах.

Светодиодная фотовспышка

Мощные УФ-светодиоды применяются для обеззараживания воды вместо ртутной бактерицидной лампы. Достоинством светодиодов является компактность, разнообразие корпусов приборов, механическая прочность, отсутствие времени прогрева перед началом работы, экономия энергии, долгий срок службы, отсутствие, собственно, ртути (канцерогена).

Применение УФ-светодиодов

В отдельную группу можно отнести оптические прерыватели и отражательные оптроны. И прерыватели, и отражательные оптроны – это оптопары с открытым оптическим каналом. Оптические прерыватели применяются для подсчета количества прерываний светового потока между передатчиком (светодиодом) и фотоприемником (обычно – фотодиодом).

Отражательные оптроны – применяются для обнаружения поворота объекта или отклонения его от вертикали.

Отдельной областью применения светодиодов являются оптоволоконные линии связи, где светодиоды применяются в качестве преобразователя электрического сигнала в оптический.

NASA планирует применять светодиоды в космической медицине на длинах волн оптимальных для заживления ран и лечения рака.

В качестве альтернативы лазерному, фирмой OKI был создан светодиодный принтер.Нетрадиционной областью является применение единичных светодиодов в электрических схемах в качестве стабилизаторов напряжения вместо стабилитронов при обратном включении и в цепях смещения транзисторов при прямом включении.

Литература:
У. Титце, К. Шенк Полупроводниковая схемотехника, М. Мир, 1982

Светлый угол — светодиоды

. форум о светодиодах и свете

  • Список форумов‹СВЕТОДИОДЫ — практическое применение‹Светодиоды в быту
  • Изменить размер шрифта
  • FAQ
  • Регистрация
  • Вход

Светодиоды в быту

  • Объявления Ответов Просмотров Последнее сообщение
  • Черный и белый список контрагентов
    1 . 50 , 51 , 52 kulibin » 23 май 2013, 14:25 775 933990 TD_Elura
    09 июн 2021, 10:38
  • Темы Ответов Просмотров Последнее сообщение
  • Освещение КВАРТИР и др. помещений СВЕТОДИОДАМИ
    1 . 381 , 382 , 383 kulibin » 18 дек 2009, 22:14 5743 1321087 mnv
    24 фев 2021, 15:21
  • КОНКУРС
    1 . 41 , 42 , 43 kulibin » 10 дек 2011, 02:40 634 259155 Aleksandr_A
    11 апр 2018, 20:23
  • КОНКУРС — ОПРОС
    1 , 2 , 3 kulibin » 29 мар 2012, 23:10 35 22222 19jurij72
    11 апр 2012, 12:38
  • Сколько времени работает светодиодная лампа
    1 , 2 , 3 , 4 , 5 Tatty » 19 фев 2017, 09:02 68 16599 barsuk
    26 май 2021, 15:23
  • Освещение пресноводного аквариума
    1 . 70 , 71 , 72 016 » 26 авг 2010, 23:21 1070 544452 Wadik
    02 май 2021, 06:34
  • Ремонт светодиодного светильника
    1 , 2 Роман » 14 апр 2021, 10:35 15 473 Олег64
    15 апр 2021, 11:36
  • Освещение спальни — помощь с выбором
    alexbelkin » 12 окт 2020, 19:02 2 424 Invisible_Light
    13 окт 2020, 23:52
  • Качественный СД
    1 , 2 Beer100 » 19 сен 2020, 15:44 24 1606 Beer100
    23 сен 2020, 14:47
  • Подобрать резистор
    sad11364 » 20 авг 2020, 16:56 4 568 kentik
    09 сен 2020, 16:18
  • Ремонт светодиодной люстры.
    SergeyRost » 15 авг 2020, 05:07 5 596 Invisible_Light
    16 авг 2020, 10:11
  • Led лента smd 3528 возможная максимальная длина подключения.
    Игорь_56 » 18 июн 2020, 12:37 2 440 sergei28
    19 июн 2020, 23:18
  • Расстояние от LED-линейки до рассеивателя
    malex » 21 янв 2019, 03:41 6 1626 mnv
    09 май 2020, 01:28
  • Что это за светодиодная лента? Где купить?
    k.hindemit » 22 мар 2020, 19:13 14 1850 mnv
    09 май 2020, 01:27
  • Лампа Navigator 20W
    1 , 2 sad11364 » 30 мар 2020, 17:35 18 2037 Invisible_Light
    02 апр 2020, 01:08
  • Люстра из реек для мебели
    1 , 2 , 3 , 4 , 5 iurii » 11 апр 2015, 03:22 63 19837 Wadik
    19 мар 2020, 20:38
  • Проблемы с подсветкой стекла с фотопечатью
    1 , 2 Pavel73 » 28 сен 2012, 20:32 21 8853 Invisible_Light
    18 мар 2020, 21:49
  • Что это за светодиодная лента?
    Mefokiso » 12 мар 2020, 01:44 9 949 Baikal
    17 мар 2020, 02:24
  • Светодиоды для интерьера
    Makka » 09 апр 2019, 03:48 3 890 Invisible_Light
    11 мар 2020, 16:13
  • сверхтонкий светильник из ленты 220 вольт
    1 , 2 , 3 Obormot » 18 июн 2016, 15:45 37 11963 mnv
    27 фев 2020, 13:17
  • Драйвер с диммированием
    1 . 7 , 8 , 9 Denvas » 17 фев 2011, 23:53 133 41931 Simona
    31 янв 2020, 13:21
  • Мигают светодиоды, в чем проблема ?
    1 , 2 Azel » 07 янв 2020, 16:24 16 2314 sergei28
    17 янв 2020, 07:29
  • Замена светодиодов в потолочном светильнике Евросвет
    Conroe » 05 ноя 2019, 13:40 14 2138 Олег64
    12 ноя 2019, 14:34
  • включение с диммером
    1 , 2 , 3 , 4 хасен76 » 23 июн 2011, 01:13 48 20298 tipa
    12 окт 2019, 13:03
  • Покрасить светодиод для уменьшения яркости и изменения цвета
    Yagamy » 13 авг 2019, 01:11 4 1301 mnv
    16 авг 2019, 16:39
  • Как лучше включать подсветку лестницы?
    1 , 2 vladtr61 » 11 мар 2018, 14:59 17 4915 nsk-sergey
    19 апр 2019, 09:23

Кто сейчас на форуме

Зарегистрированные пользователи: AdsBot [Google] , Bing [Bot] , BVlad, Светочъ, Google [Bot] , Google Feedfetcher , kentik, Kodmig, Ledsvet2017, mailru , MAQ, mnv, regent, Zadnitca, Пашка177, Мифодий, Тимур З, Яндексбот

Права доступа к форуму

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

  • Список форумов
  • Наша команда • Удалить cookies форума • Часовой пояс: UTC + 6 часов


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB

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.

Достоинства:

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

Недостатки:

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

Внешний вид и основные параметры:

У светодиодов есть несколько основных параметров:

1. Тип корпуса
2. Типовой (рабочий) ток
3. Падение (рабочее) напряжения
4. Цвет свечения (длина волны, нм)
5. Угол рассеивания

В основном, под типом корпуса понимают диаметр и цвет колбы (линзы). 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:

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. Нетрудно 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.

1. Имеется один светодиод, как его подключить правильно в самом простом случае?

Чтобы правильно подключить светодиод в самом простом случае, необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.

Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.

Рассчитаем 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

То есть, надо взять резистор сопротивлением 100 Ом

P.S. Вы можете воспользоваться on-line калькулятором расчета резистора для светодиода

2. Как подключить несколько светодиодов?

Несколько светодиодов подключаем последовательно или параллельно, рассчитывая необходимые сопротивления.

Имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 3 светодиода к источнику 15 вольт.

Производим расчет: 3 светодиода на 3 вольта = 9 вольт , то есть 15 вольтового источника достаточно для последовательного включения светодиодов

Расчет аналогичен предыдущему примеру

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 15 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (15-3*3)/0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм

Пусть имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 4 светодиода к источнику 7 вольт

Производим расчет: 4 светодиода на 3 вольта = 12 вольт, значит нам не хватит напряжения для последовательного подключения светодиодов, поэтому будем подключать их последовательно-параллельно. Разделим их на две группы по 2 светодиода. Теперь надо сделать расчет токоограничивающих резисторов. Аналогично предыдущим пунктам делаем расчет токоограничительных резисторов для каждой ветви.

R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода
Uпитания = 7 В
Uсветодиода = 3 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R = (7-2*3)/0.02 = 50 Ом = 0.05 кОм

Так как светодиоды в ветвях имеют одинаковые параметры, то сопротивления в ветвях одинаковые.

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом, чтобы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление

Например имеются 5 разных светодиодов:
1-ый красный напряжение 3 вольта 20 мА
2-ой зеленый напряжение 2.5 вольта 20 мА
3-ий синий напряжение 3 вольта 50 мА
4-ый белый напряжение 2.7 вольта 50 мА
5-ый желтый напряжение 3.5 вольта 30 мА

Так как разделяем светодиоды по группам по току
1) 1-ый и 2-ой
2) 3-ий и 4-ый
3) 5-ый

рассчитываем для каждой ветви резисторы:
R = Uгасящее/Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – (UсветодиодаY + UсветодиодаX + …)
Uпитания = 7 В
Uсветодиода1 = 3 В
Uсветодиода2 = 2.5 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм

аналогично
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом

Аналогично можно расположить любое количество светодиодов

При подсчете токоограничительного сопротивления получаются числовые значения которых нет в стандартном ряде сопротивлений, ПОЭТОМУ подбираем резистор с сопротивлением немного большим чем рассчитали.

3. Что будет если имеется напряжение источник с напряжением 3 вольта (и меньше) и светодиод с рабочим напряжением 3 вольта?

Допустимо (НО НЕЖЕЛАТЕЛЬНО) включать светодиод в цепь без токоограничительного сопротивления. Минусы очевидны – яркость зависит от напряжения питания. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).

4. Можно ли включать несколько светодиодов с одинаковым рабочим напряжением 3 вольта параллельно друг другу к источнику 3 вольта (и менее)? В «китайских» фонариках так ведь и сделано.

Опять, это допустимо в радиолюбительской практике. Минусы такого включения: так как светодиоды имеют определенный разброс по параметрам, то будет наблюдаться следующая картина, одни будут светится ярче, а другие тусклее, что не является эстетичным, что мы и наблюдаем в приведенных выше фонариках. Лучше использовать dc-dc конвертеры (преобразователи повышающие напряжение).

Полноцветный светодиод или по другому RGB-светодиод — Red, Green, Blue. Смешивая эти три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность (Red: 100%, Green: 100%, Blue: 100%), то получится свечение белого цвета. Если зажечь только два (Red: 100%, Green: 100%, Blue: 0%), то будет светиться желтый цвет.

Конструктивно, RGB-светодиод состоит из трех кристаллов под одним корпусом и имеет 4 вывода: один общий и три цветовых вывода.
RGB-светодиоды бывают:
1. С общим анодом (CA)
2. С общим катодом (CC)
3. Без общего анода или катода (6 выводов). Как правило в SMD-исполнении.

Самый длинный вывод RGB-светодиода, обычно является общим (анодом или катодом).

При подключении данных светодиодов, следует учесть, что напряжение, подаваемое для свечения цвета может быть разным для разных цветов.
К примеру, возьмем 5мм светодиод MCDL-5013RGB (I=20мА):
Ured = 2.0 Вольт
Ugreen = 3.5 Вольт
Ublue = 3.5 Вольт

Также следует отметить то, что для некоторых типов RGB-светодиодов необходимо использовать рассеиватель, иначе будут видны составляющие цвета.

Представленные выше схемы не отличаются высокой точность рассчитанных параметров, это связано с тем, что при протекании тока через светодиод происходит выделение тепла в нем, что приводит к разогреву p-n перехода, наличие токоограничивающего сопротивления снижает этот эффект, но установление баланса происходит при немного повышенном токе через светодиод. Поэтому целесообразно для обеспечения стабильности применять стабилизаторы тока, а не стабилизаторы напряжения. При применении стабилизаторов тока, можно подключать только одну ветвь светодиодов.

Использование светодиодов в быту

Начало использования светодиодной технологии

Считается, что первый работающий светодиод создал Ник Холоньяк в 1962 году. Однако, технология была достаточно далека от той, что мы имеем сейчас, и не использовалась в быту. В то время разрабатывали светодиоды, которые выдавали свечение желтого, красного и других цветов. Именно поэтому они и не находили применения в обычной жизни людей, а использовались в основном в качестве индикаторов для различного рода электронных приборов, игрушек и др.

Когда в начале 1990 годов все же удалось получить свет белого цвета, то появилась проблема – диоды были недостаточно мощные и не могли освещать помещение. Пока шла работа по решению данной проблемы, их использовали в фонариках.

И только в начале 2000-х годов технология создания светодиодов действительно совершила прорыв, и светодиодные светильники составила серьезную конкуренцию лампам накаливания. Однако даже на сегодняшний момент еще не все люди понимают преимущества использования светодиодных ламп. Самое большое распространение они получили в коммерческой среде, где существует необходимость постоянного мощного освещения. Примеры их использования можно увидеть в залах гипермаркетов, витринах магазинов и подсветках рекламных вывесок.

Преимущества использования светодиодов

Есть несколько плюсов использования светодиодных светильников по сравнению с другими лампочками:

  • Низкая температура во время работы. Светодиоды не нагреваются, что позволяет использовать их совместно с материалами, которые могут загореться от высокой температуры.
  • Низкое потребление электроэнергии. Как сказано в пункте выше, светодиодные лампочки не нагреваются, чего не скажешь о лампах накаливания, которые 80% энергии преобразую в тепло. Светодиоды же почти полностью преобразовывают электричество в свет и экономят его.
  • Долгий срок службы. Он может достигать ста тысячи часов.
  • Чистый свет, излучаемый в узкой части спектра.
  • Светодиоды легко переносят перебои в напряжении, что делает их безопасными.

Светодиодная лента в интерьере

Дизайнеры, стараясь угодить нормам освещения в помещении и требованиям по оформлению помещения, все чаще используют контурную подвеску по всему потолку. Организовать такого рода подсветку можно во многих конструкциях квартиры или дома благодаря светодиодным лентам. Гибкость в использовании таких лент заслужила им большую популярность.

Светодиодная лента представляет собой гибкую полосу одинакового размера светодиодов, расположенных на равном расстоянии друг от друга и имеющих одинаковую мощность.

Светодиодные ленты смогут организовать подсветку кухонного фартука, пространства за телевизором, полки мебели, зеркала или арки. Они устанавливаются практически в любое место, где по соображениям практичности или красоты уместно их использование.

В гипсокартонных потолках ленты располагают в нишах конструкции, чтобы создать видимость летающих частей потолка. Также, для многоуровневого потолка можно установить ленту сбоку. Для декорирования стандартного натяжного потолка оригинально будет поместить светодиодную ленту внутри его пространства.

Как выбрать хорошую светодиодную лампу

Есть несколько параметров, по которым стоит осуществлять выбор подходящей лампы:

  • Мощность. Обычно хватает мощности, которая в 8 раз меньше мощности стандартной лампы накаливания.
  • Количество светодиодов. Чем больше светодиодов в лампе, тем дольше она прослужит.
  • Конструкция лампы. Лампы могут принимать различную форму, например шарообразную или грушевидную.
  • Материал корпуса. Чаще всего это выбор между пластмассой и стеклом (прозрачным или матовым).
  • Цоколь. Для данных ламп выделяют два типа цоколей: винтовые и штырьковые.
  • Пыле и влагозащищенность. В зависимости от помещения, куда устанавливается лампа, нужно выбрать степень ее защищенности.
  • Цена. Здесь стоит помнить, что светодиодные лампы не стоят дешево, но при этом все равно являются более выгодными в использовании благодаря большому сроку службы.

К выбору светодиодного светильника стоит подойти ответственно, ведь качество освещения имеет прямое влияние на самочувствие и зрение. Лучше выбирать проверенных производителей с хорошей репутацией, которые имеют в своем ассортименте качественную сертифицированную продукцию.