Как устроен и работает светодиод

Выбор светодиодов: особенности решений типа DIP

Как мы отметили выше, DIP-светодиоды относятся к самым ранним продуктам, появившимся на рынке. Таким образом, в них задействованы довольно старые, но до сих пор востребованные технологии. Главные их преимущества — простота установки, удобство формы, низкое энергопотребление, слабый нагрев, а также достаточно высокая степень защищенности от внешнего воздействия.

Чаще всего рассматриваемые светодиоды выпускаются в диаметре 3 и 5 мм. Если проводить сравнения светодиодов по типам, то можно прийти к выводу, что рассматриваемые решения наиболее оптимальны для применения:

— в качестве элементов тюнинга автомобилей;

— как декоративные компоненты;

— в составе маломощных — как вариант самодельных — фонарей.

Рассматриваемые светодиоды имеют относительно невысокую стоимость и доступность на рынке. Можно отметить, что в числе самых часто встречаемых модификаций — светодиоды на 12 вольт. Они могут присутствовать в различных онлайновых каталогах, а также специализированных магазинах в широком ассортименте. Собственно, любые светодиоды на 12 вольт характеризуются достаточно высокой востребованностью на рынке.

Принцип действия

Принцип работы лампочки на светодиодах представляется как ряд преобразований, обеспечивающих свечение входящих в ее состав излучателей. При подаче питающего напряжения на цоколь сначала оно поступает на драйвер, назначение которого как раз и состоит в приведении высокого напряжения к приемлемому для LED ламп виду.

Чтобы кратко описать этот способ энергообеспечения, достаточно обратиться к следующей схеме:

Если выражаться простыми словами – ее работа может быть представлена так:

1. Сначала переменное напряжение подается на диодный мост, где частично выпрямляется.
2. Следующая за ним электролитическая емкость предназначена для сглаживания пульсаций.
3. После этого полностью выпрямленное напряжение подается на контроллер, управляющий работой LED лампы.
4. С электронного модуля оно через развязывающий импульсный трансформатор поступает непосредственно на светодиоды.

Важно!

При ответе на нередко задаваемый вопрос: для чего нужна такая развязка, ответим – ее наличие частично снижает угрозу поражения высоким напряжением при работе с цоколем лампы.

Принцип действия LED лампочки на 12 Вольт намного проще, поскольку для преобразования напряжения потребуется типовой блок питания и ничего больше. А это, в конечном счете, снижает стоимость всего изделия в целом.

Какие светодиоды используются

Один из главных элементов, который входит в состав светодиодной лампы, это диод. Им называют полупроводниковый кристалл, состоящий из нескольких слоёв. Именно он служит для преображения подаваемого на лампу электричества в свет. Производят диод на основе чипа — кристалла с площадкой, к которой подключены проводники.

Чтобы получить белое свечение, чип необходимо покрыть желтым люминофором. При смешивании синего и желтого цвета образуется белый. Существует 4 типа светодиодов:

• COB. При такой технологии производства чип монтируют в плату. Контакт получает надёжную защиту от окисления и чрезмерного нагрева. Также это положительно отражается на характеристиках свечения. Если такой чип выйдет из строя, отремонтировать схему нельзя. Это единственный недостаток технологии;
• DIP. Схема состоит из кристалла, двух присоединённых проводников, линза расположена сверху. Такие осветительные приборы в большинстве случаев используют в качестве подсветки на рекламных табло и световых украшениях;
• Диод SMD. Устанавливается на плоских поверхностях, что позволяет изготовить устройства разных форм. Отличается улучшенными характеристиками теплоотвода. Такие лампы можно использовать для любых источников света;
• «Пиранья». Конструкция похожа на схему DIP. Но здесь имеются 4 вывода, что обеспечивает улучшение отвода образующегося тепла и делает технологию более надёжной. Широкое распространение «пиранья» получила в автомобильной промышленности.

Светодиод вида «пиранья» в прозрачном корпусе.

Преимущества и недостатки светодиодных ламп.

Плюсы

• энергоэффективность – потребляемая мощность в 8-10 раз меньше, чем у ламп накаливания;
• большой срок службы – светят примерно в 25 раз дольше ламп накаливания;
• практически не нагреваются;
• широкий выбор цветовых температур позволяет «играть» с освещением интерьера;
• стабильная яркость при перепадах напряжения;
• мгновенное включение;
• количество включений не влияет на работоспособность;
• стойкость к механическим повреждениям и вибрациям;
• возможность применения в «умном доме»;
• отличные декоративные качества – выпускается множество интересных форм и размеров;
• не привлекают мошек и других насекомых из-за отсутствия ультрафиолетового свечения;
• безопасная утилизация и эксплуатация из-за отсутствия в составе опасных веществ.

Минусы

• сравнительно высокая стоимость, хотя она постоянно снижается;
• мерцание (пульсация), которое невидно невооруженному глазу, но очень опасно для зрения (более распространено в дешевых моделях, которые часто производятся без драйвера);
• сложность конструкции приводит к повышению стоимости и снижению надежности в сравнении с лампами накаливания;
• непригодны для использования при очень низких и очень высоких температурах;
• во многих моделях яркость невозможно регулировать при помощи диммера;
• если используется выключатель с подсветкой, то LED лампа может мерцать или светиться в выключенном состоянии (как этого избежать, читайте в статье «Почему моргает светодиодная лампа»);
• снижение яркости в процессе эксплуатации;
• высокий процент брака среди изделий, особенно среди недорогих.

В заключение стоит отметить, что светодиодные источники света – действительно экономичные осветительные приборы. Только перед выбором надо внимательно изучить технические характеристики.

Во-первых, ими экономически целесообразно заменять лампы накаливания мощностью свыше 60 Вт. Иначе стоимость самой светодиодной лампы не окупится.

Во-вторых, стоит заменять только источники света в светильниках, которые работают максимальное количество часов в день.

Как выбрать светодиодную ленту

Выбор светодиодной ленты необходимо начинать с выяснения ее назначения и исходя из этого подбирать на основе известных характеристик. Например, для применения на улице требуется светодиодная лента, которую можно соединять в одну длинную полосу, и которая будет защищена от влияния погодных условий. Таким требованиям удовлетворяет светодиодная лента на 220 В. Она размещается внутри прозрачной пластиковой трубки, что делает ее защищенной от любых воздействий влаги и пыли, может соединяться в одну длинную полосу до 100 м и не требует сложного блока питания. Фактически, она подключается напрямую в сеть 220 В.

Для подсветки подвесного потолка подойдет маломощная светодиодная лента со степенью защиты IP20, т.е. без каких-либо покрытий. Так как такая LED лента имеет потребление в пределах 10 Вт/м, ее монтировать без дополнительной системы охлаждения, приклеивая прямо к подвесному полотку. Но, если планируется использование светодиодной ленты в качестве основного освещения, что сразу переводит ее в категорию потребления мощности более 14 Вт/м, для ее установки потребуется алюминиевый профиль, который и будет рассеивать излишки выделяемого тепла.

Для подсветки в ванной комнате потребуется светодиодная лента с влагозащитой, что соответствует уже степени защиты не менее IP54. Такие ленты имеют со стороны светодиодов силиконовое покрытие, выполняющее роль защиты. При установке защищенных LED лент также требуется учитывать потребляемую мощность на один метр светодиодной ленты, и при необходимости использовать алюминиевый профиль.

Маркировка светодиодов по цвету, правила расшифровки кода маркировки светодиодной ленты

С учетом этого параметра единой системы стандартов не существует. Маркировка светодиодов по цвету непосредственно на корпусе затруднена по причине миниатюрности изделий. Обозначения делают на лентах. Ниже приведена информация о продукции CREE.

Типовое название составлено следующим образом: АААВВВ-СК-0000-ZZZZZ. Первые три буквы («ААА») – это серия. Для рассмотренной выше модификации XM-L будут указано «XML». Следующие три позиции («BBB») – цвет:

• GRN, BLU, RED и другие обозначения понятны в переводе с английского (зеленый, синий, красный соответственно).
• WHT – белый цвет.
• Однако BWT – тоже белый, но в этом варианте речь идет о приборах второго поколения.
• HEW – еще одна модификация белого. Здесь отмечена особой аббревиатурой улучшенные энергетические характеристики прибора.

Далее на позициях «СК»указывают качество цветопередачи:

• Для светильников наружного освещения этот параметр не является определяющим. Такие светодиоды маркируют «01».
• Аббревиатурой L1 обозначают типовые изделия, характеристики которых определяются в технических паспортах.
• При значениях коэффициента цветопередачи CRI от 70; 80; 85; 90 и выше применяют сочетания B1; H1; P1; U1 соответственно.

Какие лампочки применяются

В зависимости от конструкции и параметров холодильника внутри камеры устанавливаются следующие разновидности:

• лампы накаливания;
• светодиодные;
• люминесцентные;
• галогенные.

Если интересно, какая лампочка лучше подойдет для установки вместо изделия, которое перегорело, нужно изучить основные параметры каждого из вариантов. Например, лампа накаливания является наиболее простой по принципу действия, служит недолго (средний показатель — 1000 часов). Она продуцирует излучение желтого цвета, которое считается наиболее комфортным для глаз. Данный вариант имеет существенный недостаток: его отличает высокая мощность. По этому критерию он уступает более современным аналогам.

Учитывая, что размеры камеры холодильника сравнительно небольшие, уровень энергопотребления при включении лампы накаливания увеличивается незначительно. По данной причине такие источники света все еще используются в одно- и двухкамерных агрегатах.

Светодиодная лампочка для холодильника — наилучший выбор. Она не греется, а значит, не будет влиять на микроклимат агрегата в процессе эксплуатации. Кроме того, лампа данного вида отличается устойчивостью к воздействию перепадов температур и низких значений этого параметра. Существует большое количество моделей такой продукции. Кроме того, они отличаются по цветовой температуре, что позволяет подобрать лампочку, продуцирующую излучение требуемого оттенка (белое, нейтральное, желтое и т. д.).

Цена данного варианта сегодня приемлемая. Мнение о том, что такие лампочки дорогостоящие, является мифом. Учитывая, что служат они намного дольше аналогов накаливания (в 30-50 раз), целесообразно приобрести изделие на базе светодиодов. Его отличает длительный период службы. Однако нужно помнить, что со временем (ближе к окончанию срока эксплуатации) такие лампочки начинают тускнеть. Это явление — результат их механизма работы. Потеря насыщенности освещения происходит через десятки лет непостоянной эксплуатации (как в случае с холодильником).

Люминесцентные лампы сходны по свойствам со светодиодными аналогами, но служат меньше — до 15000 часов, а также они функционируют по другому принципу (внутри содержится газообразное вещество). Однако это достаточно длительный период, учитывая, что в холодильнике лампа не горит постоянно. Еще отмечается, что данная разновидность продуцирует холодный свет.

В крупногабаритной технике встречаются и галогенные лампочки. Они во многом напоминают аналоги накаливания, но служат дольше — до 2000 часов. Недостатком галогенного варианта является высокая интенсивность нагрева. Еще его отличает существенная мощность. Данные факторы могут способствовать незначительному увеличению уровня энергопотребления. При касании они взрываются. Такое явление обусловлено существенным ростом температуры нагрева стеклянной колбы в 1 точке на поверхности изделия.

При выборе лампы учитывают и нагрузка на электросеть. Для освещения камеры внутри холодильника нет необходимости в установке мощных изделий: 60, 100 и более Вт. Это нецелесообразный расход электроэнергии. Предельное значение мощности ламп для холодильников — 40 Вт. Однако этот вариант подходит для освещения крупногабаритных устройств.

Если устанавливаются светодиодные лампы, в данном случае мощность варьируется в пределах 15-25 Вт. Этого достаточно для освещения камеры, характеризующейся средними размерами. Если холодильник большой, устанавливается 2 лампы умеренной мощности или 1 шт., но более высокой мощности.

Варианты освещения LED светильниками

Уличное LED освещение. Яркое, мощное освещение готовыми (в сборе) светильниками антивандального исполнения со светодиодами различного типа и высокой IP (степенью защиты корпуса).

Уличный LED светильник

LED лампы для дома и офиса. Лампы, идущие на смену лап накаливания, галогенных и люминесцентных ламп. Имеют стандартные винтовые цоколи E 14 и E27 и цоколи GU5.3, GU10. (читать статью: Типы цоколей светодиодных ламп: маркировка, обозначение, фото)

Фото лампочки LED, цоколи

Фото лампочки LED, корпуса

LED подсветка, декоративная. Более известна как светодиодная лента.

Лента светодиодная синяя (Blue)

Светодиодные прожектора.

Фото прожектора LED

Grow light освещения для подсветки растений.

Фото LED подсветки растений

Фонарики с LED светом.

LED фонарик

Что такое светодиоды

В последнее время ведется много разговоров о светодиодах, постоянно появляются новости о все более мощных светодиодах, новых разработках и новых товарах на основе светодиодов (стоит вспомнить хотя бы новые жк-мониторы со светодиодной подсветкой от компании Apple). Так что же такое светодиод? Светодиод – это прибор на основе полупроводника, который излучает свет при пропускании через него электрического тока. Существует большое количество различных полупроводниковых материалов из которых делают светодиоды, причем характеристики светодиодов (цвет свечения, яркость свечения и т.д.) зависят от химического состава данных материалов.

Светодиоды разных размеров, цветов и яркости

Принцип работы

При пропускании электрического тока через p-n-переход в прямом направлении носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV (например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

Преимущества и недостатки светодиодных ламп.

Плюсы

• энергоэффективность – потребляемая мощность в 8-10 раз меньше, чем у ламп накаливания;
• большой срок службы – светят примерно в 25 раз дольше ламп накаливания;
• практически не нагреваются;
• широкий выбор цветовых температур позволяет «играть» с освещением интерьера;
• стабильная яркость при перепадах напряжения;
• мгновенное включение;
• количество включений не влияет на работоспособность;
• стойкость к механическим повреждениям и вибрациям;
• возможность применения в «умном доме»;
• отличные декоративные качества – выпускается множество интересных форм и размеров;
• не привлекают мошек и других насекомых из-за отсутствия ультрафиолетового свечения;
• безопасная утилизация и эксплуатация из-за отсутствия в составе опасных веществ.

Минусы

• сравнительно высокая стоимость, хотя она постоянно снижается;
• мерцание (пульсация), которое невидно невооруженному глазу, но очень опасно для зрения (более распространено в дешевых моделях, которые часто производятся без драйвера);
• сложность конструкции приводит к повышению стоимости и снижению надежности в сравнении с лампами накаливания;
• непригодны для использования при очень низких и очень высоких температурах;
• во многих моделях яркость невозможно регулировать при помощи диммера;
• если используется выключатель с подсветкой, то LED лампа может мерцать или светиться в выключенном состоянии (как этого избежать, читайте в статье «Почему моргает светодиодная лампа»);
• снижение яркости в процессе эксплуатации;
• высокий процент брака среди изделий, особенно среди недорогих.

В заключение стоит сказать, что светодиодные источники света – действительно экономичные осветительные приборы. Только перед выбором надо внимательно изучить технические характеристики.

Во-первых, ими экономически целесообразно заменять лампы накаливания мощностью свыше 60 Вт. Иначе стоимость самой светодиодной лампы не окупится.

Во-вторых, стоит заменять только источники света в светильниках, которые работают максимальное количество часов в день.

И, в-третьих, специалисты советуют вначале опробовать несколько марок светодиодных ламп, чтобы определиться, чья цветовая температура (и другие параметры) устроит ваши глаза на 100%.

Характеристики СМД светодиодов

Каждый вид SMD светодиода характеризуется не только величиной излучения и количеством потребляемого тока, но и другими параметрами. Тип изделия определяет применение прибора и особенности монтажа.

Характеристики светодиода 3528

Как видно из таблицы, светодиод SMD 3528 бывает однокристальным и трехкристальным. В первом случае он может генерировать белый нейтральный и теплый свет, а также желтый, синий, зеленый и красный. Во втором подает сразу несколько цветов. Однокристальный вариант оборудован 2 выводами для подсоединения, а трехкристальный – 4 (1 катод и 3 анода). Чтобы предупредить влияние окружающей среды, кристаллы заливаются прозрачным компаундом. Материал может включать люминофор: так выравнивают цветовые показатели прибора.

Световой поток, который излучает прибор, невелик. Зато SMD 3528 обладает миниатюрными размерами и регенерирует разные цвета. Благодаря этому светодиоды используют в лентах подсветки и недорогих декоративных светильниках.

Характеристики светодиода 5050

Светодиод SMD 5050 может включать 3 или 4 кристалла. Для одноцветного светильника выбирают одинаковые или близкие по оттенку кристаллы. 5050 отличается более высокой яркостью – в 3 раза больше, чем 3528. В диодах предусмотрена такая же защита: прозрачный компаунд или люминофор.

Прибор отличается лучшим соотношением мощности и цены и обеспечивает любой цвет светового потока. Как правило, 5050 устанавливают на декоративные осветительные ленты – одноканальные, RGB, RGBW. Если увеличить плотность крепления – до 60 штук на 1 м, светодиодную ленту можно использовать не только как украшение, но и для освещения интерьерных элементов. Ленты оснащены контроллерами, что позволяет регулировать оттенок и интенсивность света.

Характеристики светодиода 5630

Элемент 5630 имеет только однокристальное исполнение, но отличается высокой мощностью: генерирует световой поток в 57 люменов. Цвет белый, с разной температурой: холодный, дневной, теплый. Прибор защищен 2 старисторами и может выдерживать импульс тока до 400 мА.

У светодиода 4 вывода, но работу элемента обеспечивает только 2. 2 других вместе с подложкой требуются для отвода тепла. Применяют диод при изготовлении мощных ламп и прожекторов.

Важно! Яркость диода зависит от температуры воздуха. При +85 градусов показатель падает на 25%.

Характеристики светодиода 5730

Однокристальный вариант обладает такой же мощностью, что и 5630, а вот трехкристальный SMD светодиод 5730 втрое мощнее: изучает свет яркостью до 158 люменов. Также предназначен для получения светового потока белого цвета, но с разной цветовой температурой.

Модификация отличается очень низким тепловым сопротивлением, что позволяет обойтись без двух дополнительных выводов, как в 5630. При этом она выдерживает также импульсный ток.

Элемент отличается высокой производительностью и используется также как и 5630 – при производстве мощных светодиодных светильников.

Характеристики светодиода 3014

Однокристальный элемент умеренной мощности – до 11 люменов, и очень небольших размеров. В качестве защиты используется компаунд. Светодиод генерирует белый свет – теплый, холодный, основные цвета, а также оранжевый. Эту относительно недавно появившуюся модификацию относят к категории слаботочных.

При монтаже изделия нужно учитывать его особенность: выводы у него нетипично длинные и достигают нижней части корпуса. Таким образом, улучшается теплоотвод.

Главное назначение 3014 – модули и ленты декоративной подсветки. Нередко диоды применяют при производстве автомобильных ламп и настольных приборов.

Характеристики светодиода 2835

Из всех типов SMD светодиодов модель является самой мощной: излучает примерно на 20% больше света, чем 5730. Так можно уменьшить энергопотребление. Однокристальный прибор производят в трех версиях разной мощности. Он излучает белый свет разной температуры. По размерам близок к элементу 3528, но имеет круглую линзу.

Этот вариант наиболее популярен, так как применяют его при изготовлении буквально любых осветительных приборов: ламп на улице, прожекторов, бытовых светодиодных светильников. А это означает большое количество подделок, где вместо одноваттного диода устанавливают элемент меньшей мощности.

Виды и характеристики светодиодов.

Светоизлучающие диоды различают по конструкции корпуса:

1. DIP – маломощные индикаторные цилиндрические элементы. Востребованы для подсветок экранов, индикации, световых гирлянд.
2. «Пиранья» — четырехконтактный DIP. Они крепче держатся на своем месте и меньше греются. Востребованы в автомобильной промышленности для подсветок.
3. SMD – внешне выглядит, как параллелепипед. За счет своей надежности и универсальности востребованы во многих отраслях светотехнической промышленности.
4. PCB Star светодиоды. Разновидность SMD.
5. СОВ – плоский SMD. Новейший тип.

Независимо от исполнения корпуса выделяют светодиоды:

1. Двухцветные. Они излучают одновременно два цвета. Обладают тремя контактами, один из которых общий.
2. Полноцветные RGB (красный-зеленый-синий). Изготавливаются из трех полупроводниковых кристаллов под общей линзой, обладают четырьмя электродами. По одному выводу для каждого полупроводникового элемента и один общий вывод. В SMD у прибора будет шесть выводов.

Пропорциональное смешение цветов дает всевозможные оттенки света. Например, при включении на 100% красного и зеленого получится желтый.

1. Адресные светодиоды − разновидность полноцветных. Отличаются от обычных RGB тем, что включаются по собственному индивидуальному коду. Востребован в лентах, где на адресном светодиоде можно задать неповторяющийся цветовой оттенок. При этом led-диод обладает собственным адресом, на который поступают команды от специального управляющего драйвера. Управление цветами происходит через микрочипы, которые встраиваются рядом с адресными светодиодами.
2. Сверхмощные (сверхяркие) светодиоды – элементы мощностью выше 1 Вт с силой тока от 300 мА. (Мощность обычных светодиодов измеряется чаще всего в милливаттах). Такие устройства светят очень ярким светом. Используются в фонариках, фарах, прожекторах и т.п.

Также led-элементы подразделяются на:

1. Индикаторные — маломощные.
2. Осветительные — приборы большой мощности.
3. Инфракрасные – излучают невидимый человеческому глазу инфракрасный спектр.

Инфракрасные диоды. Благодаря специально подобранным материалам проводников они испускают невидимые глазу инфракрасные лучи. Они безвредны для живых существ, но заметны для электронных систем регистрации. Востребованы во многих технических устройствах  и станках во всевозможных отраслях промышленности.

Индикаторные led-диоды. Выступают в роли индикаторов для техники,  подсветок дисплеев и т.п. Их делят по типу используемых полупроводников на:

• двойные – светят зеленым и оранжевым;
• тройные – светят желтым и оранжевым;
• тройные – светят красным и желто-зеленым.

Независимо от вида светодиоды характеризуются некоторыми параметрами.

Цвет излучения. Обусловлен химическим составом полупроводников. Некоторые вещества и соответствующие им цвета обозначены в таблице.

Яркость. Она пропорциональна силе тока, текущей сквозь элемент. Среди led-диоды, которые светят белым светом, выделяют яркие (20-25 милликандел) и сверхяркие (свыше 20 тысяч милликандел).

Сила тока. Светодиоды весьма чувствительны к силе тока. При превышении ее значения выше номинального led может перегореть. Поэтому не рекомендуется превышать максимальный прямой ток элемента. Точные значения для конкретного светодиода приводятся в техническом описании.

Падение напряжения. Характеризует допустимую разницу между величинами входного и выходящего напряжения. У значения напряжения для светодиодов есть максимальное значение, превышение которого приведет к поломке led. Значения указываются в техническом описании.

Полярность. Поскольку ток в светодиоде течет только от p -слоя к n -слою, для предотвращения поломок стоит полярность. Обычно ее определяют по внешнему виду, маркировке или особым пометкам на корпусе. (Подробнее смотрите в статье «определение полярности»). Также узнать полярность можно из технической документации.

Угол рассеивания света. Определяется формой линзы, конструкцией кристалла и от используемых для изготовления кристалла веществ. Может меняться от 15 до 180 градусов.

Что такое светодиодное освещение

Светодиодное освещение – это одна из перспективных технологий искусственного освещения, базирующаяся на использовании светодиодных источников света.

Применение светодиодов в качестве источников света стало возможным после получения диодов, которые испускают белый спектр. Принцип действия led основывается на физике полупроводников. Диод представляет собой два соприкасающихся друг с другом полупроводниковых материалов, в одном из которых преобладают электроны, а в другом – положительный ионы. При прохождении через границу соприкосновения электрического тока происходит рекомбинация электронов и ионов. В результате электроны переходят на другой энергетический уровень, появляется избыток энергии. У светодиодов этот излишек выходит в виде светового излучения (в малой степени в виде тепла).

Схема появления излучения

В зависимости от используемых полупроводниковых веществ различается длина испускаемых световых волн. Самыми первыми (1962 год) были придуманы led-элементы, которые светили красным. Потом появились желтые и зеленые цвета. В 1971 году изобрели диод синего цвета, но лишь спустя 20 лет была придумана недорогая технология его изготовления.

Белый свет был придуман самым последним: в 1995 году. Но потребовалось еще несколько лет, чтобы создать лампочку, которая бы светила с яркостью, достаточной для бытового и промышленного применения.

С тех пор уже примерно 10-15 лет доля светодиодного освещения постоянно растет за счет многочисленных достоинств и постоянного снижения стоимости.

Качественная led-лампа состоит из нескольких элементов: цоколь, драйвер, радиатор, светодиод, рассеиватель (колба).

Конструкция LED лампы

Цоколь необходим для подключения к патрону светильника. Для удобства использования и взаимозаменяемости источников света цоколи у led выпускаются тех же видов, что и у других часто применяющихся ламп. Это винтовые е14, е27, штырьковые g4, g9, gu5,3 и другие.

Драйвер – самый важный элемент, который не видим глазу, он прячется в цоколе. Он стабилизирует поступающее напряжение, преобразует переменный ток в постоянный. За счет стабилизации электричества достигается долгий срок службы led-ламп и некоторые другие достоинства. Также драйвер питает светодиоды.

Драйвер состоит из микросхем, импульсного трансформатора, конденсаторов. Во многом высокая цена на светодиодные лампы объясняется ценой драйвера. Для снижения стоимости готовой лампочки производители заменяют этот элемент на простой блок питания. Блок питания не обеспечивает стабилизации тока и напряжения, что негативно сказывается на качестве источника света. Кроме того драйвер невозможно установить в миниатюрные лампочки: не хватает места.

Радиатор отводит от светодиода возникающее тепло

Чем он больше, тем лучше охлаждается источник света, что важно для мощных и больших ламп

Рассеиватель помогает распределить световой поток в пространстве, защищает корпус от пыли, влаги.

Светодиоды – основной рабочий элемент, за счет которого появляется свечение.

Принцип работы светодиодных источников освещения

Светодиод — это полупроводниковый прибор, способный к преобразованию электрического тока в световой поток. Основным элементом конструкции является светоизлучающий кристалл. Он установлен на алюминиевом или медном основании, фиксируется с помощью слоя силикона. К поверхности кристаллов подведены анод и катод, на которые подается напряжение питания. Сверху установлена линза из силикатного стекла или эпоксидного компаунда (в дешевых моделях). Вокруг кристалла находится рефлектор, формирующий световой поток и определяющий угол раскрытия данного светодиода.

Свечение возникает вследствие
рекомбинации электронов и дырок на p-n переходе. Для усиления процесса границу между
полупроводниками легируют специальными материалами, увеличивающими эффект.
Рекомбинация происходит при ударе электрона о поверхность слоя n, когда
возникает т.н. туннельный эффект —
электрон ударяется о противоположные границы слоев, и при каждом ударе образуется
фотон света.

Это базовая конструкция
светодиода, которая послужила основой для создания множества более мощных и
ярких устройств. Для создания таких конструкций изготавливаются матрицы из
множества кристаллов, которые излучают световой поток одновременно,
демонстрируя высокую яркость.

Основные выводы

Светодиоды – это компоненты, которые активно используются во многих сферах деятельности. Их можно встретить в освещении улиц и домов, подсветке экранов мобильного телефона и компьютера, в качестве индикаторов. Строение элемента:  полупроводниковый кристалл, подложка, линза и электроды.

Излучающие диоды бывают нескольких типов – SMD, DIP, COB, они различаются по конструкции и техническим характеристикам. Получить устройство нужного цвета можно с помощью RGB технологии, нанесения люминофора на поверхность и путем подбора полупроводников для кристалла. Производство светодиодов активно развивается, и появляются все новые приборы с улучшенными характеристиками.

Следующая
Лампы и светильникиКак сделать светильник из светодиодной ленты на 12 и 220 Вольт своими руками

Основные выводы

Светодиодные лампы
получили наибольшее распространение в форме груши, кукурузы и свечи. При этом
по назначению они разделяются на три основные вида – общие, направленные и
линейные. Кроме того, между собой они различаются по следующему ряду
технических характеристик:

1. Сфере применения.
2. Особенностям конструкции и параметрам производимого потока света.
3. Разновидности применяемых led-кристаллов.
4. Структуре цокольного элемента.
5. Температуре цвета.
6. Материалу охлаждающей части.
7. Мощности.

При выборе светодиодной
лампы нужно учитывать не только ее светотехнические свойства, но также внешний
вид и его соответствие светильнику, параметры блока питания и управляющего
оборудования (диммера и контроллера).

Предыдущая
СветодиодыТехнические характеристики и схема подключения светодиодов SMD 5050
Следующая
СветодиодыКак сделать простой драйвер для светодиодов с питанием от 220 В своими руками