конспекты уроков Светодиоды

Светодиоды – это приборы, излучающие свет, изготовленные с применением полупроводниковых материалов. Благодаря механизму полупроводимости и сопутствующей ему рекомбинации в месте контакта двух полупроводников с разными типами проводимости светодиоды превращают электрический ток, по ним протекающий, в свет, без дополнительных преобразований.

Термин «рекомбинация» по отношению к физике полупроводников означает исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда с выделением энергии.

Светодиоды обозначаются короткой аббревиатурой буквами кириллицы – СД (светодиод), или СИД (светоизлучающий диод), или же латинскими буквами LED (Light Emitting Diode – с английского «светоизлучающий диод»).

Как делают светодиоды

Светодиоды – это кристаллы, выращенные или нарощённые из химических элементов на основе полупроводников и помещенные в специальный для каждого вида светодиодов корпус. Технологии изготовления светодиодов разнятся в зависимости от вида светодиода. Изготавливают светодиоды с добавлением различных химических элементов – полупроводников, неполупроводниковых металлов и их соединений и легирующих, то есть придающих составу определенные характеристики, примесей.

Виды светодиодов

Существует много видов светодиодов. Прежде всего светодиоды разделяются по применению. В основном по применению светодиоды подразделяются на два вида – индикаторные светодиоды и осветительные светодиоды. Еще светодиоды подразделяются по способу монтажа на монтажную плату. Индикаторные и осветительные светодиоды монтируются разными способами.

Индикаторные светодиоды

Индикаторные светодиоды (Нажмите для увеличения)

Индикаторные светодиоды обычно относятся к DIP типу светодиодов (Dual In-line Package) или называется по-другому – DIL (Dual In-Line – англ. двойное размещение в линию). Также этот способ монтажа именуется PHT (Plating Through Holes – англ. через отверстие платы).

К индикаторным можно отнести и светодиоды типа – Super Flux (обычно переводят как сверхяркие),называемые также – пиранья. Это светодиоды различных цветов в квадратном прозрачном корпусе с четырьмя выводами. Используются такие светодиоды в автомобилях, световой рекламе, декоративной подсветке.

Светодиоды “Super Flux” – Пиранья (Нажмите для увеличения)

Индикаторные светодиоды, как понятно из их названия, используются для индикации работы различных приборов и аппаратов. К примеру, огонек на панели телевизора – это работа индикаторного светодиода.

Индикаторные светодиоды, излучающие невидимый глазу инфракрасный свет, применяются в пультах дистанционного управления. Также индикаторные светодиоды применяются в автомобилях. светофорах, для подсветки LED мониторов и экранов. Отдельно выделяются OLED (Organic Light Emitting Diode), так называемые органические светодиоды, на основе действия которых осуществляется не просто подсветка жидкокристаллических экранов, а полностью работа OLED мониторов и телевизоров.

Осветительные светодиоды

Для освещения применяют светодиоды, излучающие белый свет. Обычно они подразделяются на излучающие холодный белый, просто белый и теплый белый цвета. Для получения излучения белого света применяется RGB технология (см. Цветовая температура цветодиодов). Пожалуй, это наиболее дешевый и распространенный метод, но при его использовании ухудшается индекс цветопередачи светильников, то есть при таком освещении изменяются для зрительного восприятия цвета освещаемых предметов.

Другой метод получения белого света заключается в том, что светодиод, излучающий невидимый глазу ультрафиолет, покрывается тремя видами люминофора, излучающими при их возбуждении голубой, зеленый и красный цвета. При смешении этих цветов опять-таки получается излучение белого света.

В третьем варианте на голубой светодиод наносят два вида люминофора, излучающих желтый и зеленый или красный и зеленый цвета, в результате чего и получают белый свет.Во втором и в третьем вариантах получается этакая модификация люминесцентной лампы.

SMD светодиоды (Нажмите для увеличения)

По способу монтажа осветительные светодиоды бывают SMD типа (Surface Mounted Device – англ. прибор. монтируемый на поверхность).

SMD светодиод состоит из подложки. которая может играть роль теплоотвода, если изготавливается из соответствующих материалов, например, алюминия или меди. На подложке располагается кристалл светодиода, припаянный своими контактами к контактам корпуса, в котором заключена подложка.

Сверху кристалл закрыт линзой или люминофором, в зависимости от применения диода. И уже на контакты корпуса подается напряжение, когда SMD светодиод вмонтирован в прожектор, в потолочный светильник, на светодиодную лампу или светодиодную ленту. На подложке могут располагаться один, два или три светодиода и соответственное количество выводов контактов опять-таки в зависимости от того, как светодиод будет применяться.

COB светодиоды (Нажмите для увеличения)

Кроме SMD типа существуют светодиоды COB типа (Chip On Board – англ. чип на плате). На одной плате-подложке, служащей теплоотводом, припаивается большое количество кристаллов, и все они покрываются сплошным слоем люминофора соответствующего состава. Получается один большой светодиод с соответствующей яркостью. Такая технология позволяет упростить и удешевить изготовление светодиодных ламп, а также получить больший световой поток с меньшей площади по сравнению с SMD светодиодами.

Светодиоды COB удобно использовать для освещения, для чего они практически и так используются. SMD же светодиоды могут применяться не только для освещения, но и как индикаторные или декоративные. Лампа на SMD светодиодах более ремонтно пригодна – можно заменить один перегоревший светодиод, а в лампе на COB светодиодах придется заменить всю плату-подложку. К тому же лампы на COB светодиодах дают простор для действий недобросовестных производителей – покупатель не может визуально определить количество кристаллов и соотнести их с заявленными характеристиками лампы.

Характеристики светодиодов

Основные характеристики светодиодов – это рабочий ток, напряжение, мощность, световой поток, сила света (эффективность), цветовая температура, габариты и угол рассеивания.

Рабочий ток светодиодов

Светодиоды работают только от определенной силы тока. Эта характеристика наиболее важна для работоспособности светодиода. Если светодиод рассчитан на рабочий ток в 0,02А, то даже небольшое превышение этой величины приведет к быстрой деградации светодиода и выходу его из строя. Чуть более высокое превышение силы тока ведет к мгновенному перегоранию светодиода. Рабочий ток светодиодов различен – более мощные светодиоды работают на более высоком токе. В светодиодных лампах и светильниках установлены драйвера, дающие именно ту величину тока, которая нужна для светодиодов, установленных в этих приборах. Если же требуется подключить светодиод отдельно, то необходимо знать характеристики этого светодиода, чтобы ограничить ток соответствующим драйвером, токоограничивающим резистором или конденсатором.

Напряжение светодиодов

Рабочее напряжение светодиодов зависит от полупроводников и других химических элементов, использованных при изготовлении этих светодиодов. Так как применение разных типов материалов для изготовления существующих видов светодиодов ведет к излучению света различных цветов, то рабочее напряжение можно определить по цвету светодиода. Или, говоря другими словами, светодиоды разных цветов имеют разное рабочее напряжение.

Для питания светодиодных лент и светильников обычно используются драйвера, дающие на выходе 12 вольт постоянного тока.

Мощность светодиодов

Мощность светодиода зависит от его рабочего тока и падения напряжения на нем. Падение напряжения разных светодиодов колеблется в диапазоне, примерно, 1,5 – 4 вольта. Рабочий ток индикаторных и маломощных светодиодов обычно составляет 15 – 20 мА. Ток мощных осветительных светодиодов может быть 150, 350, 750 мА и доходить до 1А.

Светодиоды – чрезвычайно полезные и интересные источники света. Их применение в большинстве случаев оправданно, а в некоторых случаях просто необходимо. Но заменить все остальные осветительные устройства они не в состоянии и должны применяться в наших домах наряду