Светодиод для индикации тока

Светодиод для индикации тока

Е.Л. Яковлев. г.Ужгород
Существует ряд устройств как бытового, так и промышленного применения, не имеющих индикаторов наличия сети на входе источников питания. Хорошо, если удается косвенно судить об этом по наличию индикации во вторичных источниках питания, а если их нет?

Например, некоторые блоки авиационного наземного радиолокатора расположены в колонне привода антенны на высоте более пяти метров над землей. Индикация большинство напряжений имеется, кроме высоковольтного 2кВ. Для получения этого напряжения используется отдельный трансформатор 220 В / 2 кВ со своим предохранителем по первичной цепи, поэтому без индикации отказ предохранителя или выход из строя трансформатора определить практически очень сложно.
Наиболее целесообразно ислользовать для индикации наличия сети светодиод. Его размеры невелики, не сложно монтировать в любую аппаратуру, в том числе и бытовую.
Схема рис. 1 предельно проста [1 ]. Резистивный делитель напряжения R1 /R2 ограничивает напряжение на светодиоде VD1, который светит во время положительных полуволн сетевого напряжения. Экслериментально схема, как и другие в этой статье, проверялась и была работоспособной. Однако во время отрицательных полуволн сети, когда светодиод VD1 находится в запертом состоянии, к нему прикладывается напряжение, превышающее допустимое по TУ. Это нецелесообразно. Появляется и другая дилемма. Так, если использовать R1 указанного в первоисточнике номинала (для ограничения рассеиваемой резистором мощности и его нагрева), то требуется подбор типа свето-диода по максимальной яркости свечения на небольших, порядка 1 . 3 мА токах. А это уже затруднительно: чем больше ток светодиода, тем большая мощность будет рассеиваться на резисторе.



В схеме рис.2 один из отмеченных недостатков схемы рис. 1 устранен — во время отрицательных полуволн сетевого напряжения светодиод VD1 шунтируется сопротивлением открытого диода VD2. Падение напряжения на нем не превышает 0,8 В.
Коэффициент полезного действия большинства устройств, к сожалению, невелик. С этим мы привыкли мириться, хотя путей его повышения может быть много. Так, если вместо диода VD2 (рис.2) применить светодиод (рис.3), то потребление энергии схемой останется прежним, надежность работы не изменится, а сила света индикатора увеличится вдвое, т.к. во время отрицательных полуволн сетевого напряжения светодиод VD2 (рис.3) будет не только защищать светодиод VD1, но и излучать сеет.
Установив диод VD2 (рис.4) можно уменьшить рассеиваемую резистором R1 мощность вдвое по сравнению со схемой, показанной на рис.1.
Для повышения надежности работы светодиода целесообразно эашунтировать его обратносмещенньм диодом VD3 (рис.5).
Нагрев сопротивления входного делителя напряжения устраняется при использовании реактивного сопротивления конденсатора С1 (рис.6) [2]. Если используется светодиод VD1 с высокой светоотдачей при малом токе через него (2. 3 мА), то емкость конденсатора С1 может быть около 33 нФ. Если же такой светодиод приобрести проблематично, то достаточно увеличить емкость конденсатора. Ориентировочно можно считать, что конденсатор емкостью 0,1 мкФ имеет реактивное сопротивление на частоте 50 Гц около 32 кОм. При этом он может обеспечить ток светодиода величиной окало 7 мА при напряжении сети 220 В.
Резистор R1 ограничивает бросок тока через светодиод при подаче сетевого напряжения на схему.
Резистор R2 — защитный. При отключении устройства от се-
ти он участвует в разрядке конденсатора. Наличие диодов VD1, VD2 обязательно для работы конденсатора С1 на переменном токе.
При использовании двух светодиодов (рис.7) принцип роботы схемы сохраняется, но суммарная яркость свечения индикатора возрастает вдвое без увеличения потребляемой мощности. Если все же ограничиться одним светодиодом, то его можно включить в диагональ диодного место VD1. VD4 (рис.8) [4]. Избыточность схемы компенсируется использованием маломощных низковольтных диодов с небольшим допустимым напряжением, например, КД522.
Для повышения информативности работы схемы контроля напряжения можно использовать мигающие светодиоды (цена их около 3 грн.).
В схеме рис.9 [3] для обеспечения возможности роботы стандартного светодиода, например АЛ307Б, в импульсном режиме применен симметричный динистор VD1 типа DB3. Сейчас эти полупроводниковые изделия имеются набольшинстве радиорынков по цене 25 коп., но спросом не пользуются — еще не оценили всех возможностей этих очень маленьких (размером с диод КД522, например) симметричных динисторов.
Конденсатор С1 заряжается через резистор R1 и диод VD3. При достижении напряжения пробоя динистора VD1 он подключает к конденсатору С1 светодиод VD2 (через резистор R2). Разряжая конденсатор, светодиод VD2 ярко вспыхивает. Частоту вспышек можно изменять, варьируя емкость конденсатора С1 Так, при изменении емкости от 10 до 30 мкФ частота вспышек изменялась ориентировочно от 2 до 0,7 Гц. Схема легко размещается на печатной плате (рис.11), можно использовать и навесной монтаж.
Если имеется двухцветный светодиод, например R/G, то целесообразно использовать схему, показанную на рис.10 [3]. Она обладает большими функциональными возможностями. При разомкнутом положении выключателя SA1 (показан на чертеже) будет светиться светодиод VD1 (красный). Это будет происходить в положительные полуволны сетевого напряжения. Ввиду того, что емкостное сопротивление конденсатора С1 во много раз больше сопротивления нагрузки RH, светодиод VD2 (зеленый) светиться не будет.
Если же в цепи нагрузки RH будет обрыв, то светодиоды VD 1 (R) и VD2 (G) будут включены последовательно. Цвет свечения индикатора сигнализирует об этом.
При включении нагрузки RH выключателем SA1 цепь светодиода VD1 (R) шунтируется, и этот светодиод не зажигается. Происходит свечение светодиода VD2 (зеленого) в отрицательные полуволны сетевого напряжения. Назначение элементов С2 R2 аналогично назначению элементов С1, R1 соответственно.
Резистор R3 используется для разряда конденсаторов после отключения сетевого напряжения от устройства.
Диоды VD3, VD4 могут быть слаботочными и низковольтными, например, типа КД522.
В заключение хотелось бы обратить внимание на ориентировочный характер указанных на чертежах элементов схем. Их конкретные значения зависят от параметров используемых светодиодов, в частности, от величины тока светодиода, необходимого для обеспечения приемлемой яркости свечения. Необходимые значения величин элементов схем уточняются при макетировании.
Радиосхема №3, 2006г.

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Простой индикатор заряда батареи на двухцветном светодиоде

В статье предлагаются два варианта индикатора, цвет свечения которого, по мере разряда батареи, изменяется от зеленого до красного. Существует огромное количество схем, предназначенных для выполнения таких функций, но все из них, на мой взгляд, слишком сложны и дороги. Для моего индикатора требуется всего пять компонентов, один из которых – двухцветный светодиод.

Простейший вариант показан на Рисунке 1. Если напряжение на клемме B+ равно 9 В, будет светиться только зеленый светодиод, поскольку напряжение на базе Q1 равно 1.58 В, в то время, как напряжение на эмиттере, равное падению напряжения на светодиоде D1, в типичном случае составляет 1.8 В, и Q1 удерживается в закрытом состоянии. По мере уменьшения заряда батареи напряжение на светодиоде D2 остается практически неизменным, а напряжение на базе уменьшается, и в какой-то момент времени Q1 начнет проводить ток. В результате часть тока станет ответвляться в красный светодиод D1, и эта доля будет увеличиваться до тех пор, пока в красный светодиод не потечет весь ток.

Рисунок 1.	Базовая схема монитора напряжения батареи.

Для типичных элементов двухцветного светодиода различие в прямых напряжениях составляет 0.25 В. Именно этим значением определяется область перехода от зеленого цвета свечения к красному. Полная смена цвета свечения, задаваемая соотношением сопротивлений резисторов делителя R1 и R2, происходит в диапазоне напряжений

Середина области перехода от одного цвета к другому определяется разностью напряжений на светодиоде и на переходе база-эмиттер транзистора и равна приблизительно 1.2 В. Таким образом, изменение B+ от 7.1 В до 5.8 В приведет к смене зеленого свечения на красное.

Различия в напряжениях будут зависеть от конкретных комбинаций светодиодов и, возможно, их будет недостаточно для полного переключения цветов. Тем не менее, предлагаемую схему все равно можно использовать, включив диод последовательно с D2.

На Рисунке 2 резистор R1 заменен стабилитроном, в результате чего область перехода становится намного более узкой. Делитель больше не оказывает влияния на схему, и полная смена цвета свечения происходит при изменении напряжения B+ всего на 0.25 В. Напряжение точки перехода будет равно 1.2 В + V_Z. (Здесь V_Z – напряжение на стабилитроне, в нашем случае равное примерно 7.2 В).

Рисунок 2.	Схема на основе стабилитрона.

Недостатком такой схемы является ее привязка к ограниченной шкале напряжений стабилитронов. Еще больше усложняет ситуацию тот факт, что низковольтные стабилитроны имеют слишком плавный излом характеристики, не позволяющий точно определить, каким будет напряжение V_Z при малых токах в схеме. Одним из вариантов решения этой проблемы может быть использование резистора, включенного последовательно со стабилитроном, чтобы иметь возможность небольшой подстройки за счет некоторого увеличения напряжения перехода.

При показанных сопротивлениях резисторов схема потребляет ток порядка 1 мА. Со светодиодами повышенной яркости этого достаточно для использования прибора внутри помещения. Но даже такой небольшой ток весьма значителен для 9-вольтовой батареи, поэтому вам придется выбирать между дополнительным потреблением тока и риском оставить питание включенным, когда необходимости в нем нет. Скорее всего, после первой внеплановой замены батареи вы почувствуете пользу от этого монитора.

Схему можно преобразовать таким образом, чтобы переход от зеленого к красному свечению происходил в случае повышения входного напряжения. Для этого транзистор Q1 надо заменить на NPN и поменять местами эмиттер и коллектор. А с помощью пары NPN и PNP транзисторов можно сделать оконный компаратор.

С учетом довольно большой ширины переходной области, схема на Рисунке 1 лучше всего подходит для 9-вольтовых батарей, в то время как схема на Рисунке 2 может быть адаптирована для других напряжений.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Урок 19. Семисегментные светодиодные индикаторы (LED). Режимы управления, подключение к микроконтроллеру.

В уроке узнаем о схемах подключения семисегментных светодиодных индикаторов к микроконтроллерам, о способах управления индикаторами.

Светодиодные семисегментные индикаторы остаются одними из самых популярных элементов для отображения цифровой информации.

Этому способствуют следующие их качества.

• Низкая цена. В средствах индикации нет ничего дешевле светодиодных цифровых индикаторов.
• Разнообразие размеров. Самые маленькие и самые большие индикаторы – светодиодные. Мне известны светодиодные индикаторы с высотой цифры от 2,5 мм, до 32 см.
• Светятся в темноте. В некоторых приложениях это свойство чуть ли не решающее.
• Имеют различные цвета свечения. Бывают даже двухцветные.
• Достаточно малые токи управления. Современные светодиодные индикаторы могут подключаться к выводам микроконтроллеров без дополнительных ключей.
• Допускают жесткие условия эксплуатации (температурный диапазон, высокая влажность, вибрации, агрессивные среды и т.п.). По этому качеству светодиодным индикаторам нет равных среди других типов элементов индикации.
• Неограниченный срок службы.

Типы светодиодных индикаторов.

Семисегментный светодиодный индикатор отображает символ с помощью семи светодиодов – сегментов цифры. Восьмой светодиод засвечивает децимальную точку. Так что в семисегментном индикаторе 8 сегментов.

Сегменты обозначаются латинскими буквами от ”A” до ”H”.

Аноды или катоды каждого светодиода объединяются в индикаторе и образуют общий провод. Поэтому существуют индикаторы с общим анодом и общим катодом.

Светодиодный индикатор с общим анодом.

Светодиодный индикатор с общим катодом.

Статическое управление светодиодным индикатором.

Подключать светодиодные индикаторы к микроконтроллеру необходимо через резисторы, ограничивающие ток.

Расчет резисторов такой же, как для отдельных светодиодов.

R = ( U питания — U сегмента ) / I сегмента

Для этой схемы: I сегмента = ( 5 – 1,5 ) / 1000 = 3,5 мА

Современные светодиодные индикаторы достаточно ярко светятся уже при токе 1 мА. Для схемы с общим анодом засветятся сегменты, на управляющих выводах которых микроконтроллер сформирует низкий уровень.

В схеме подключения индикатора с общим катодом меняется полярность питания и сигналов управления.

Засветится сегмент, на управляющем выводе которого будет сформирован высокий уровень (5 В).

Мультиплексированный режим управления светодиодными (LED) индикаторами.

Для подключения каждого семисегментного индикатора к микроконтроллеру требуется восемь выводов. Если индикаторов (разрядов) 3 – 4, то задача становится практически не выполнимой. Просто не хватит выводов микроконтроллера. В этом случае индикаторы можно подключить в мультиплексированном режиме, в режиме динамической индикации.

Выводы одноименных сегментов каждого индикатора объединяются. Получается матрица светодиодов , подключенных между выводами сегментов и общими выводами индикаторов. Вот схема мультиплексированного управления трех разрядным индикатором с общим анодом.

Для подключения трех индикаторов потребовалось 11 выводов, а не 24, как при статическом режиме управления.

При динамической индикации в каждый момент времени горит только одна цифра. На общий вывод одного из разрядов подается сигнал высокого уровня (5 В), а на выводы сегментов поступают сигналы низкого уровня для тех сегментов, какие должны светиться в этом разряде. Через определенное время зажигается следующий разряд. На его общий вывод подается высокий уровень, а на выводы сегментов сигналы состояния для этого разряда. И так для всех разрядов в бесконечном цикле. Время цикла называется временем регенерации индикаторов. Если время регенерации достаточно мало, то человеческий глаз не заметит переключения разрядов. Будет казаться, что все разряды светятся постоянно. Для исключения мерцания индикаторов считается, что частота цикла регенерации должно быть не менее 70 Гц. Я стараюсь использовать не менее 100 Гц.

Схема динамической индикации для светодиодов с общим катодом выглядит так.

Меняется полярность всех сигналов. Теперь на общий провод активного разряда подается низкий уровень, а на сегменты, которые должны светиться – высокий уровень.

Расчет элементов динамической индикации светодиодных (LED) индикаторов.

Расчет несколько сложнее, чем для статического режима. В ходе расчета необходимо определить:

• средний ток сегментов;
• импульсный ток сегментов;
• сопротивление резисторов сегментов;
• импульсный ток общих выводов разрядов.

Т.к. разряды индикаторов светятся по очереди, то яркость свечения определяет средний ток. Мы должны выбрать его исходя из параметров индикатора и требуемой яркости. Средний ток будет определять яркость свечения индикатора на уровне, соответствующем статическому управлению с таким же постоянным током.

Выберем средний ток сегмента 1 мА.

Теперь рассчитаем импульсный ток сегмента. Чтобы обеспечить требуемый средний ток, импульсный ток должен быть в N раз больше. Где N число разрядов индикатора.

I сегм. имп. = I сегм. средн. * N

Для нашей схемы I сегм. имп. = 1 * 3 = 3 мА.

Рассчитываем сопротивление резисторов, ограничивающих ток.

R = ( U питания — U сегмента ) / I сегм. имп.

R = ( 5 – 1,5 ) / 0.003 = 1166 Ом

Определяем импульсные токи общих выводов разрядов. Одновременно светиться могут 8 сегментов, значит надо импульсный ток одного сегмента умножить на 8.

I разряда имп. = I сегм. имп. * 8

Для нашей схемы I разряда имп. = 3 * 8 = 24 мА.

• сопротивление резисторов выбираем 1,1 кОм;
• выводы микроконтроллера управления сегментами должны обеспечивать ток не менее 3 мА;
• выводы микроконтроллера выбора разряда индикатора должны обеспечивать ток не менее 24 мА.

При таких значениях токов индикатор может быть подключен непосредственно к выводам платы Ардуино, без использования дополнительных ключей. Для ярких индикаторов, таких токов вполне достаточно.

Схемы с дополнительными ключами.

Если индикаторы требуют больший ток, то необходимо использовать дополнительные ключи, особенно для сигналов выбора разрядов. Общий ток разряда в 8 раз больше тока одного сегмента.

Схема подключения светодиодного индикатора с общим анодом в мультиплексированном режиме с транзисторными ключами выбора разрядов.

Для выбора разряда в этой схеме необходимо сформировать сигнал низкого уровня. Соответствующий ключ откроется и подаст питание на разряд индикатора.

Схема подключения светодиодного индикатора с общим катодом в мультиплексированном режиме с транзисторными ключами выбора разрядов.

Для выбора разряда в этой схеме необходимо сформировать сигнал высокого уровня. Соответствующий ключ откроется и замкнет общий вывод разряда на землю.

Могут быть схемы, в которых необходимо использовать транзисторные ключи и для сегментов, и для общих выводов разрядов. Такие схемы легко синтезируются из двух предыдущих. Все показанные схемы используются при питании индикатора напряжением равным питанию микроконтроллера.

Ключи для индикаторов с повышенным напряжением питания.

Бывают индикаторы больших размеров, в которых каждый сегмент состоит из нескольких светодиодов, соединенных последовательно. Для питания таких индикаторов требуется источник с напряжением большим, чем 5 В. Ключи должны обеспечивать коммутацию повышенного напряжения с управлением от сигналов уровней микроконтроллера (обычно 5 В).

Схема ключей, замыкающих сигналы индикатора на землю, остается неизмененной. А ключи питания должны строиться по другой схеме, например, такой.

В этой схеме активный разряд выбирается высоким уровнем управляющего сигнала.

Между переключением разрядов индикатора на короткое время (1-5 мкс) должны выключаться все сегменты. Это время необходимо на завершение переходных процессов коммутации ключей.

Конструктивно выводы разрядов могут быть объединены как в одном корпусе многоразрядного индикатора, а может быть собран многоразрядный индикатор из отдельных одноразрядных. Более того, можете собрать индикатор из отдельных светодиодов, объединенных в сегменты. Так обычно поступают, когда необходимо собрать индикатор очень больших размеров. Все приведенные выше схемы будут справедливы и для таких вариантов.

В следующем уроке подключим семисегментный светодиодный индикатор к плате Ардуино, напишем библиотеку для управления им.

Мигающие светодиоды (Blinking LEDs)

Устройство и параметры мигающих светодиодов

Мигающий светодиод (МСД) представляет собой светодиод со встроенным интегральным генератором импульсов с частотой вспышек 1,5 – 3 Гц. Многие, наверное, видели такие светодиоды на прилавках магазинов радиодеталей.

Есть мнение, что с практической точки зрения, мигающие светодиоды бесполезны и могут быть заменены более дешёвой альтернативой – обычными индикаторными светодиодами, которые стоят дешевле.

Возможно, такой взгляд на мигающие светодиоды имеет право на жизнь, но хотелось бы сказать несколько слов в защиту мигающего светодиода.

Мигающий светодиод, по сути, представляет завершенное функциональное устройство, которое выполняет функцию световой сигнализации (привлечения внимания). Отметим то, что мигающий светодиод по размерам не отличается от рядовых индикаторных светодиодов.

Несмотря на компактность в мигающий светодиод входит полупроводниковый чип-генератора и некоторые дополнительные элементы. Если выполнить генератор импульсов на стандартных элементах с использованием обычного индикаторного светодиода, то конструктивно такое устройство имело бы куда большие размеры. Также стоит отметить то, что мигающий светодиод довольно универсален – напряжение питания такого светодиода может лежать в пределах от 3 до 14 вольт – для высоковольтных, и от 1,8 до 5 вольт для низковольтных экземпляров.

Перечислим отличительные качества мигающих светодиодов.

Компактное устройство световой сигнализации

Широкий диапазон питающего напряжения (вплоть до 14 вольт)

Различный цвет излучения. В некоторых вариантах мигающих светодиодов могут быть встроены несколько (обычно – 3) разноцветных светодиода с разной периодичностью вспышек.

Применение мигающих светодиодов оправдано в компактных устройствах, где предъявляются высокие требования к габаритам радиоэлементов и электропитанию – мигающие светодиоды очень экономичны, т.к электронная схема МСД выполнена на МОП структурах.
Мигающий светодиод может с лёгкостью заменить целый функциональный узел.

Условное графическое обозначение мигающего светодиода на принципиальных схемах ничем не отличается от обозначения обычного светодиода за исключением того, что линии стрелок – пунктирные и символизируют мигающие свойства светодиода.

Разберёмся подробнее в конструкции мигающего светодиода.

Если взглянуть сквозь прозрачный корпус мигающего светодиода, то можно заметить, что конструктивно он состоит из двух частей. На основании катодного (отрицательного вывода) размещён кристалл светоизлучающего диода.

Чип генератора размещён на основании анодного вывода.

Посредством трёх золотых проволочных перемычек соединяются все части данного комбинированного устройства.

Чип генератора состоит из высокочастотного задающего генератора – он работает постоянно — частота его по разным оценкам колеблется около 100 кГц. Совместно с ВЧ-генератором работает делитель на логических элементах, который делит высокую частоту до значения 1,5 – 3 Гц.
Применение высокочастотного генератора совместно с делителем частоты связано с тем, что для реализации низкочастотного генератора требуется использование конденсатора с большой ёмкостью для времязадающей цепи.

В микроэлектронике для создания конденсатора ёмкостью несколько микрофарад потребовалось бы использование большей площади полупроводника для создания обкладок конденсатора, что с экономической стороны нецелесообразно.

Чтобы не расходовать площадь подложки полупроводника на создание конденсатора большой ёмкости инженеры пошли на хитрость. Высокочастотный генератор требует небольшой ёмкости конденсатора во времязадающей цепи, поэтому и площадь обкладок минимальна.

Для приведения высокой частоты до значения 1-3 Гц используются делители на логических элементах, которые легко разместить на небольшой площади полупроводникового кристалла.

Кроме задающего ВЧ-генератора и делителя на полупроводниковой подложке выполнен электронный ключ и защитный диод. У мигающих светодиодов, рассчитанных на напряжение питания 3-12 вольт, также встраивается ограничительный резистор. У низковольтных МСД ограничительный резистор отсутствует. Защитный диод необходим для предотвращения выхода из строя микросхемы при переполюсовке питания.

Для надёжной и долговременной работы высоковольтных МСД, напряжение питания желательно ограничить на уровне 9 вольт. При увеличении напряжения возрастает рассеиваемая мощность МСД, а, следовательно, и нагрев полупроводникового кристалла. Со временем чрезмерный нагрев может привести к быстрой деградации мигающего светодиода.

На примере мигающего светодиода L-816BID фирмы Kingbright рассмотрим основные параметры мигающих светодиодов.

Частота вспышек светодиода L-816BID непостоянна и изменяется в зависимости от напряжения питания.

Как видно из графика с увеличением питающего напряжения (forward voltage) частота вспышек светодиода L-816BID уменьшается c 3 Гц (Hz) при напряжении питания 3,5 вольт, до 1,5 Гц при 14.

Зависимость прямого тока (forward current), протекающего через светодиод L-816BID, от приложенного постоянного прямого напряжения (forward voltage) показана на графике. Из графика видно, что максимальный потребляемый ток – 44 mA (0,044 A). Минимальный потребляемый ток составляет 8 mA.

Безопасно проверить исправность мигающего светодиода, например, при покупке, можно с помощью батарейки на 4,5 вольта и последовательно включенного совместно со светодиодом резистора сопротивлением 51 Ом, мощностью не менее 0,25 Вт.

Цоколёвка выводов мигающих светодиодов аналогична цоколёвке обычных светодиодов. Длинный вывод – анод (+), более короткий – катод (-).

Введение

Светодиод (Light Emitting Diode, LED) — это полупроводниковый диод, способный излучать свет, когда к нему приложено напряжение в прямом направлении. По сути, это диод, преобразующий электрическую энергию в световую. В зависимости от материала из которого изготовлен светодиод, он может излучать свет разной длины волны (разного цвета) и иметь различные электрические характеристики.

Светодиоды применяются во многих сферах нашей жизни в качестве средств отображения визуальной информации. Например, в виде одиночных излучателей или в виде конструкций из нескольких светодиодов — семисегментных индикаторов, светодиодных матриц, кластеров и так далее. Также в последние годы светодиоды активно занимают сегмент осветительных приборов. Их используют в автомобильных фарах, фонарях, светильниках и люстрах.

Обозначение светодиода на схеме

На электрических схемах светодиод обозначается символом диода с двумя стрелками. Стрелки направлены от диода, символизируя световое излучение. Не путай с фотодиодом, у которого стрелки направлены к нему.

На отечественных схемах буквенное обозначение одиночного светодиода — HL.

Выводы и маркировка светодиода

Стандартный одноцветный светодиод имеет два вывода — это анод и катод. Определить какой из выводов является анодом, можно визуально. У светодиодов с проволочными выводами анод обычно длиннее катода.

У SMD светодиодов выводы одинаковые, но на обратной стороне обычно есть маркировка в виде треугольника или подобия буквы T. Анодом является вывод, к которому обращена одна сторона треугольника или верхняя часть буквы Т.

Если не получается определить визуально где какие выводы, можно прозвонить светодиод. Для этого понадобится источник питания или адаптер, способный давать напряжение около 5 Вольт. Подключаем любой вывод светодиода к минусу источника, а второй подключаем к плюсовой клемме источника через сопротивление 200 — 300 Ом. Если светодиод подключен правильно, он засветится. В противном случае меняем выводы местами и повторяем процедуру.

Можно обойтись без резистора, если не подключать плюсовую клемму источника питания, а быстро «чиркнуть» ей по выводу светодиода. Но вообще подавать большое напряжение на светодиод, не ограничивая при этом ток, нельзя — он может выйти из строя!

Напряжение светодиода

Светодиод испускает свет, если к нему приложить напряжение в прямом направлении: к аноду — плюс, а к катоду — минус.

Минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светится, зависит от его материала. В таблице ниже приведены значения напряжений светодиодов при тестовом токе 20 мА и цвета, которые они излучают. Эти данные я взял из каталога светодиодов фирмы Vishay, различных даташитов и Википедии.

Самое большое напряжение требуется для голубых и белых светодиодов, а самое маленькое для инфракрасных и красных.

Излучение инфракрасного светодиода не видно человеческим глазом, поэтому такие светодиоды не применяются в качестве индикаторов. Они используются в различных датчиках, подсветках видеокамер. Кстати, если инфракрасный светодиод запитать и посмотреть на него через камеру мобильного телефона, то его свечение будет хорошо видно.

В показанной таблице даны примерные значения напряжения светодиода. Обычно этого достаточно, чтобы его включить. Точную величину прямого напряжения конкретного светодиода можно узнать в его даташите в разделе Electrical Characteristics. Там указано номинальное значение прямого напряжения при заданном токе светодиода. Для примера заглянем в даташит на красный SMD светодиод фирмы Kingbright.

Вольт-амперная характеристика светодиода

Вольт-амперная характеристика светодиода показывает взаимосвязь между приложенным напряжением и током светодиода. На рисунке ниже показана прямая ветвь характеристики из того же даташита.

Если светодиод подключить к источнику питания (к аноду +, к катоду -) и с нуля постепенно повышать на нем напряжение, то ток светодиода будет меняться согласно этому графику. По нему видно, что после прохождения точки «загиба», ток через светодиод будет резко возрастать при небольших изменениях напряжения. Это как раз та причина, по которой светодиод нельзя подключать к любому источнику питания без резистора, в отличии от лампочки накаливания.

Чем выше ток, тем ярче светится светодиод. Однако повышать ток светодиода до бесконечности, естественно, нельзя. При большом токе светодиод перегреется и сгорит. Кстати, если сразу подать на светодиод высокое напряжение он даже может шлепнуть, как слабенькая петарда!

Остальные характеристики светодиода

Какие еще характеристики светодиода представляют интерес с точки зрения практического использования?

Максимальная мощность рассеяния, максимальные значения постоянного и импульсного прямых токов и максимальное обратное напряжение. Эти характеристики показывают предельные значения напряжений и токов, которые не стоит превышать. Они описаны в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings.

Если приложить к светодиоду напряжение в обратном направлении, светодиод не засветится, да и вообще может выйти из строя. Дело в том, что при обратном напряжении может наступить пробой, в результате которого обратный ток светодиода резко возрастет. И если выделяемая на светодиоде мощность (обратный ток * на обратное напряжение) превысит допустимую — он сгорит. В некоторых даташитах дополнительно приводится и обратная ветвь вольт-амперной характеристики, из которой видно, при каком напряжении наступает пробой.

Интенсивность излучения (сила света)

Грубо говоря, это характеристика, определяющая яркость свечения светодиода при заданном тестовом токе (обычно 20 мА). Обозначается — Iv, а измеряется в микроканделах (mcd). Чем ярче светодиод, тем выше значение Iv. Научное определение силы света есть в википедии.

Также представляет интерес график зависимости относительной интенсивности излучения светодиода от прямого тока. У некоторых светодиодов, например, при увеличении тока интенсивность излучения растет все меньше и меньше. На рисунке приведено несколько примеров.

Спектральная характеристика

Она определяет в каком диапазоне длин волн излучает светодиод, грубо говоря цвет излучения. Обычно приводится пиковой значение длины волны и график зависимости интенсивности излучения светодиода от длины волны. Я редко смотрю на эти данные. Знаю, например, что светодиод красный и мне этого достаточно.

Климатические характеристики

Они определяют диапазон рабочих температур светодиода и зависимости параметров светодиода (прямого тока и интенсивности излучения) от температуры. Если светодиод планируется использовать при высоких или низких температурах, стоит обратить внимание и на эти характеристики.

Как работает светодиод?

Материал статьи рассчитан на начинающих электронщиков, а потому я намеренно не касаюсь физики работы светодиода. Осознание того, что светодиод излучает фотоны в результате рекомбинации носителей заряда в области p-n перехода, не несет никакой полезной информации для практического использования светодиодов. Да и не только для использования, но и для понимания в принципе.

Однако, если вам хочется покопаться в этой теме, то даю направление, куда рыть — Пасынков В.В, Чиркин Л.К. «Полупроводниковые приборы» или Зи.С «Физика полупроводниковых приборов». Это ВУЗ`овские учебники — там все по-взрослому.

О подключении светодиодов в следующем материале.

Поделился статьей — получил светодиодный луч добра!