Как работает светодиод и из чего он состоит: принцип работы простыми словами

Общая информация о светодиодах

Светодиод — это полупроводник, который генерирует видимое излучение, когда через него проходит электрический ток. В этом его ключевое отличие от любой другой лампы. В обычных версиях нить накала или газ, заполняющий трубку или корпус, светится при нагревании. Полупроводник не перегревается. Излучение — это реакция материала на прохождение тока, а не на нагрев детали.

Светодиод излучает почти монохроматический свет определенной цветовой температуры. Полупроводники генерируют цветное излучение любого оттенка. В отличие от обычной лампочки, которая может менять цвет только с помощью светофильтра, полупроводник излучает красный или синий свет.

Важным преимуществом светодиода является возможность формировать направленный световой поток. В обычных источниках света он рассеивается во всех направлениях, и направление может быть сформировано только за счет формы светильника и потолка. Полупроводник генерирует направленное излучение под углом от 15 до 180 угловых градусов. Уличный фонарь этого типа освещает улицу под ногами прохожего, а не воздух в переулке.

В 1909 году Генри Раунд и Маркони Лебс впервые описали электролюминесценцию. В 1923 году советский инженер Лосев запатентовал устройство под названием световое реле, в котором полупроводниковый переход выступает в качестве источника света. Но только в 1961 году инфракрасный светодиод, разработанный Ником Холоньяком, получил промышленное применение. Источник белого света, который можно было использовать для освещения, не был разработан до начала 1990-х годов и появился на рынке в 1993 году.

Принцип работы

Конструкция состоит из кристалла полупроводника на платформе. Вокруг него расположен корпус с контактными кабелями и оптическая система, состоящая из пластиковой линзы. Размеры устройства очень маленькие — 3 * 2мм самый большой.

Когда электрический ток проходит вперед, носители заряда — электроны и дырки — движутся навстречу друг другу. Они рекомбинируют в обедненном слое диода и из-за перехода электронов на другой энергетический уровень излучают оптический свет.

Не все полупроводники генерируют свет одинаково при рекомбинации. Диоды из кремния, карбида кремния, германия практически не светят. Прямозонные полупроводники, например, соединение галлия и арсения, кадмия и теллура, генерируют гораздо более мощное излучение. Варьируя состав полупроводника, можно получить излучение любой длины: от ультрафиолетового до среднего инфракрасного.

Сфера применения

Широко используются светодиоды. Полупроводники не нагреваются, когда излучают свет. Эта особенность, вместе с минимальным размером, делает полупроводники особенно доступными.

Область применения светодиодов:

• уличное, промышленное и бытовое освещение — лампы, светильники, точечные светильники, светодиодные ленты производятся для любых вариантов освещения;
• индикация — в виде отдельных опций или буквенно-цифрового дисплея — например, цифр на часах;
• уличные экраны и информационные табло — в основе серии светодиодов;
• автомобильная промышленность — светодиоды используются как в качестве подсветки, так и в качестве стоп-сигнала;
• светодиоды действуют как источник света в волоконно-оптических линиях связи, где они модулируют обучение для формирования сигнала;
• подсветка LCD экранов в мониторах, телевизорах, мобильных телефонах;
• используется для производства светодиодных дорожных знаков;
• используется в играх, игрушках, USB-устройствах;
• производство фитоламп — светильников для теплиц, оптимизированных для фотосинтеза растений.

По интенсивности излучения и энергопотреблению светодиодные лампы все же немного уступают люминесцентным. Однако они намного безопаснее и служат дольше. Эта последняя особенность также делает их привлекательными при настройке уличного освещения.

Плюсы и минусы светодиодов Высокая светоотдача — 146 люмен на ватт Высокая прочность и вибростойкость Низкое потребление электроэнергии Длительный срок службы — 30-10 тысяч часов Количество включений и выключений не влияет на срок службы Различные цветовые температуры Высокая спектральная чистота Отсутствие инерция — нечувствительность к фосфору, ртути, УФ-излучению при полной яркости Высокая цена Ограниченный диапазон Высокая температурная чувствительность

Принцип работы или что светится в светодиоде

Подключая к pn переходу постоянное напряжение определенной величины и полярности, они вызывают электрический ток в переходе в виде противотока носителей электрического заряда — «дырок» — положительных «частиц» и электронов — отрицательных. Когда эти потоки встречаются в pn переходе, они рекомбинируют или сливаются. Свободный электрон с большей энергией входит в «дырку» и исчезает.

Светодиодная схема.

Справа n-полупроводниковая часть кристалла, «обогащенная» свободными электронами, слева p-полупроводниковая часть с положительными «частицами» — «дырками».

Энергия выделяется в виде световых квантов. Они испускаются, т.е они испускаются с конца кристалла. Поток того, сколько попадает в центр внимания. Его глянцевая поверхность отражает свет в нужном направлении. Благодаря особой конфигурации поверхности формируется необходимая диаграмма направленности светового потока.

Схема получения света в pn переходе.

Напряжение для питания перехода подается «+» — на анод диода и «-» — на катод.

Технические характеристики и их зависимость друг от друга

Основными функциональными и эксплуатационными параметрами светодиодных ламп являются:

• интенсивность светового потока (яркость);
• рабочее напряжение;
• сила тока;
• характеристика цвета;
• длина волны.

Напряжение и яркость светодиода прямо пропорциональны величине: чем она выше, тем выше другая. Но это не напряжение питающего тока, а величина падения напряжения на приборе. Кроме того, цвет светодиода также зависит от напряжения. Таким образом, яркость, длина волны, напряжение и цвет светодиода связаны друг с другом, и их взаимосвязь представлена ​​в таблице ниже.

Цвет	Длина волны	Напряжение
Белый	Широкий диапазон	3,0–3,7 В
УФ	10-400 нм	3,1-44 В
Альт	400-450 нм	2,8-4 В
Синий	450-500 нм	2,5–3,7 В
Зеленый	500-570 нм	2,2-3,5 В
Желтый	570-590 нм	2,1-2,2 В
Апельсин	590-610 нм	2,3-2,1 В
Красный	610-760 нм	1,6-2,03 В
Инфракрасный	> 760	<1,9 В

Принцип работы микроэлемента устроен таким образом, что для стабильной работы в соответствии с номинальными характеристиками необходимо контролировать не напряжение питания, а силу тока. Светодиоды работают от пульсирующего или постоянного тока, регулируя интенсивность которого можно изменять яркость излучения. Индикаторные светодиоды работают с током в диапазоне 10-20 мА, а световые — от 20 мА и выше. Так, например, элементам COB с четырьмя микросхемами требуется 80 мА.

Цветовая характеристика

Цвет свечения светодиодного элемента зависит от длины волны, измеряемой в нанометрах. Для изменения цвета свечения в полупроводниковый материал на стадии производства добавляют активные вещества:

• полупроводники обрабатываются алюминием-индий-галлием (AlInGaP) для получения красного цвета;
• оттенки зеленого и сине-синего спектра получены с использованием нитрида индия-галлия (InGaN);
• для получения белого свечения на основе синего светодиода его кристалл покрывают люминофором, преобразующим синий спектр в красный и желтый свет;
• нитрид индия-галлия используется для пурпурного свечения;
• для апельсина — фосфид арсенида галлия;
• для синего — селенид цинка, карбид кремния или нитрид индия-галлия.

Подобно методу получения белого света, вы можете использовать люминофор разных цветов для получения дополнительных оттенков. Следовательно, красный люминофор позволяет производить светодиоды розового и фиолетового цветов, а оттенки зеленого — салатные. В обоих случаях люминофор наносится на подложку в виде синих светодиодов.

А в чем же отличие от обычного диода?

Оказывается, светодиод все же отличается от обычного (сигнального) диода. Основное отличие, конечно же, заключается в дизайне. Таким образом, светодиод имеет специальную полусферическую защиту, которая защищает его от ударов и других механических воздействий извне. Также очень любопытен тот факт, что сам светодиодный переход излучает несколько фотонов. По этой причине корпус светодиода специально изготовлен из эпоксидной смолы, которая позволяет направлять фотоны, поднимаясь вверх в других направлениях.

Иногда встречаются светодиоды очень необычной формы. Среди них есть прямоугольная и цилиндрическая и даже стреловидная форма. Все зависит от того, где вы хотите сфокусировать свет, и от цели, для которой был создан этот светодиод.

Разновидности и устройство

Все светодиоды разделены на категории индикаторов и освещения.

Индикаторные устройства

Цель состоит в том, чтобы указать процессы и статус. Также используется для подсветки комбинации приборов, мониторов. Мощность у них сравнительно небольшая: до 0,02 Вт, яркость умеренная.

Классификация диодов связана с дизайном.

• DIP — кристалл слабого излучения, заключенный в корпус, обычно с выпуклой линзой. Форма корпуса цилиндрическая диаметром 3 мм и прямоугольная. Доступны модели, излучающие свет от инфракрасного до ультрафиолетового. Они могут быть одноцветными и многоцветными, если требуется сложная индикация. Недостатком устройства является небольшой угол рассеивания, не более 60 градусов.
• Super Flex «Пирана» — сверхяркий полупроводник в 4-выводном прямоугольном корпусе. Конструкция легко крепится к столу. Диод используется для подсветки автомобильных приборов, холодного света рекламных вывесок. Он излучает красный, зеленый, синий и 3 белых светодиода. Всего 2 корпуса: 3 и 5 мм с линзой и без. Угол рассеивания составляет от 40 до 120 градусов.
• Соломенная шляпа — внешне похожа на двухштырьковые цилиндрические модели, но ниже по высоте с линзой с большим радиусом. Полупроводник здесь расположен гораздо ближе к стенке линзы, что обеспечивает более широкий угол рассеивания — 100-140 градусов. Доступен с синими, красными, зелеными, желтыми и белыми светодиодами. Их чаще всего используют в декоративных целях, так как они создают рассеянный, а не направленный свет. Обычное применение — это места, где требуется равномерное освещение.
• SMD — вариант поверхностного монтажа. Кристаллы помещены в прямоугольные и квадратные, но плоские корпуса. Размеры указаны в маркировке — 0603,0805, где цифрами обозначены длина и ширина в сотых долях дюйма. Есть разновидности с выпуклой линзой и без нее. Суперяркие светодиоды мощностью до 0,1 Вт, цветные и белые. SMD-модели широко используются для монтажа подсветки.

Осветительные светодиоды

Лазерный светодиод

Такие полупроводники используются для освещения: помещений, улиц, автомобилей. Они намного мощнее и доступны только в белом цвете при разных температурах: холодный белый, теплый белый, дневной.

На самом деле белого излучения в природе не существует. Для получения генератора белого света комбинируют три основных цвета: красный, синий, желтый.

• SMD LED: большинство светодиодов освещения имеют такую ​​конструкцию. От индикаторных их отличает только высокая мощность. Угол рассеивания составляет 100-130 градусов, поэтому для равномерного освещения необходимо много светодиодов.
• COB — это, по сути, аналог платы, в которую интегрировано большое количество кристаллов SMD — несколько десятков. Угол рассеивания составляет 180 градусов, поэтому этот вариант подходит только для генерации диффузного излучения.
• Светодиод накаливания — спектр излучения близок к спектру излучения лампы накаливания. Его часто используют для освещения жилых комнат и для создания декоративного освещения. КПД модели выше, чем у SMD.

Светодиод SSMD

COB

Светодиод накаливания

Выпускается еще один необычный вариант — светодиодный лазерный диод. Кристаллы полупроводника внутри них излучают строго прямой световой поток — 5-10 градусов. Они используются в лазерных устройствах, таких как строительный уровень, в волоконно-оптических линиях связи, в целеуказателях.

Осветительные LED

Эти светодиоды используются для освещения помещений и улиц в составе фонарей, автомобильных фар, светодиодных лент и т.д., они обладают высокой мощностью, высокой интенсивностью излучения и доступны только в белом цвете в монтажных корпусах.

Обычно бывает две разновидности, различающиеся цветовой температурой: холодный белый и теплый белый).

Поскольку в природе нет кристаллов, излучающих белый свет, при производстве светодиодов используются разные технологии для смешивания трех основных цветов (RGB). Цветовая температура получаемого белого света зависит от того, как они добавлены.

Один из способов добиться белого свечения — покрыть излучающий кристалл тремя слоями люминофора, каждый из которых отвечает за свой основной цвет. Другой метод — нанесение двух слоев люминофора на синий кристалл.

1. Осветительные SMD LED

Большинство осветительных светодиодов также доступны в корпусах SMD. В отличие от индикаторных, они отличаются повышенной мощностью и выпускаются только в белом цвете.

Стоит отметить, что в качестве индикаторных светодиодов можно использовать некоторые маломощные светодиоды освещения, например, упомянутый выше SMD 3528, поэтому разделение на типы здесь достаточно условное.

Основная область применения SMD — светодиодные ленты и лампы, переносные лампы, автомобильные фары. При этом они дают достаточно направленное излучение (порядка 100⁰-130⁰), поэтому при освещении больших площадей необходимо использовать большое количество этих светодиодов для равномерного освещения площади.

Конструктивно осветительные SMD представляют собой кристалл, излучающий люминофор на рассеивающей тепло подложке, обычно из меди или алюминия. Есть разновидности с линзами и без.

2. COB светодиоды

Светодиоды COB (Chip On Board) широко используются. На самом деле это объединение большого количества (обычно нескольких десятков) кристаллов SMD в корпус, которые затем покрываются люминофором.

На изображении выше для сравнения показаны Cree SMD 5050 (слева) и COB — матрица из 36 микросхем (справа).

COB используются только для освещения. Их световой поток на порядок выше, чем у отдельных SMD. Однако следует отметить, что эти светодиоды не подходят для создания узконаправленного излучения из-за большого угла рассеяния светового потока. При этом также невозможно создать абсолютно ненаправленное излучение: угол рассеивания светодиодов меньше 180⁰.

было отмечено, что некоторым людям не нравится спектр излучения светодиодов, таких как SMD или COB. Кроме того, недостаточное количество светодиодов при освещении больших площадей приводит к тому, что освещение получается дискретным, то есть сильно освещенные участки чередуются с плохо освещенными. Это необходимо учитывать при выборе светодиодов для освещения.

3. Filament LED

Этот тип светодиода также используется только для освещения. Их широко используют в качестве декоративного освещения жилых помещений. Спектр люминесценции, в отличие от SMD и COB, намного приятнее для человеческого глаза и напоминает свет лампы накаливания. При этом сохранены все присущие светодиоду преимущества: низкое энергопотребление и длительный срок службы.

В этом видео показано сравнение декоративной лампы накаливания мощностью 40 Вт и лампы накаливания мощностью 4 Вт:

Здесь видно, что при меньшей мощности в 10 раз световой поток лампы накаливания в 3–4 раза выше.

При этом эффективность нити накала даже выше, чем у самих SMD: первые при той же мощности позволяют получить большую освещенность. Это достигается с помощью технологии Chip On Glass (COG), в которой светоизлучающие кристаллы устанавливаются на стеклянную подложку, а затем покрываются люминофором.

Сама подложка имеет цилиндрическую форму, что позволяет получить угол рассеивания светового потока 360⁰. То есть эти светодиоды очень хорошо генерируют ненаправленное излучение.

Как подключить светодиоды к сети переменного тока 220 В через блок питания

Есть несколько типов блоков питания:

• Стабилизированные источники постоянного напряжения для светодиодов на 5 и 12 вольт. При колебаниях параметров сети напряжение на выходе такого источника питания остается постоянным и равным заявленному в паспорте значению. Светодиодные лампы подключаются через резисторы.
• Драйвер — импульсный блок питания со стабилизированным током. Характеристики, которые учитываются при его выборе: максимальное и минимальное выходное напряжение, выходной ток (рабочий). Драйвер содержит схему стабилизации тока при входном напряжении 220 В. При подключении светодиодного эмиттера к драйверу резистор не требуется.

Виды

Существующие в настоящее время светодиоды бывают следующих типов:

• индикатор — малая мощность, для освещения в приборах;
• освещение — с большой мощностью, уровень освещенности соответствует обычным источникам света (люминесцентным и вольфрамовым.

По типу подключения индикаторы делятся на:

• тройной AIGaAs (алюминий — галлий — мышьяк) — оранжевый и желтый свет в видимом цветовом спектре;
• тройной GaAsP (галлий — мышьяк — фосфор) — желто-зеленый и красный свет в видимой области спектра;
• двойной GaP (галлий — фосфор) — оранжевый и зеленый свет в видимой области спектра.

Светодиодные элементы различаются по типу корпуса:

• DIP — оснащен интегрированной оптической системой, состоящей из линзы, кристалла и пары контактов. Устаревшая модель наименьшей мощности, используемая для освещения игрушек, диапроекторов;
• Superflux или «пиранья» — аналог DIP, оснащен четырьмя контактами, лучше атакует и меньше нагревается благодаря радиатору для светодиода. Используется для автомобильного освещения;
• SMD — наиболее распространенный тип для различных источников света. Они представляют собой микросхему (кристалл), закрепленную непосредственно на поверхности платы;
• COB — Современные светодиоды SMD. Оборудован множеством кристаллов (чипов), установленных на одной плате. Устанавливаются на керамическую и алюминиевую основу.

Фотолампы с новыми типами светодиодов SMD

Более продвинутые модели IDS по-прежнему не всегда могут заменить светодиоды SMD.

Спектры излучения

Современные светодиоды имеют шесть основных спектров, то есть их свечение может быть желтым, зеленым, красным, синим, голубым и белым. И самым сложным для ученых оказалось создание на кристаллах элемента синего света.

Как правило, частота излучения светодиодов узкая. По всем данным его можно назвать монохромным. И, конечно же, имеет принципиальное отличие от частоты солнечного излучения или ламп накаливания.

Уже более года ведутся споры о влиянии такого излучения на зрение человека, а также на все тело в целом. Но проблема в том, что все эти дискуссии пока ни к чему не привели, потому что нет ни одного документального подтверждения исследований в этой области.

Устройство, конструкция и технологические отличия

Есть множество признаков, по которым светодиоды можно разделить на группы. Одно из них — технологическое отличие и небольшое отличие в устройстве, которое вызвано особенностями электрических параметров и будущей областью применения светодиода.

DIP

Двухсторонний цилиндрический корпус из эпоксидной смолы был первой конструкцией кристалла, излучающего свет. Округлый цветной или прозрачный цилиндр действует как линза, формируя прямой луч света. Штыри вставляются в отверстия на печатной плате (DIP) и припаиваются для обеспечения электрического контакта.

Излучающий кристалл расположен на катоде, имеющем форму флага, и соединен с анодом тончайшей проволокой. В пачке есть модели с двумя и тремя кристаллами разного цвета с количеством выводов от двух до четырех. Кроме того, внутри корпуса может быть встроен микрочип, который контролирует последовательность световых кристаллов или задает чистоту его мигания.

Светодиоды в DIP-корпусе — это слаботочные светодиоды, которые используются в подсветках, системах отображения и гирляндах.

В попытке увеличить световой поток появился аналог с улучшенным устройством в DIP-корпусе с четырьмя выводами, получивший название «пиранья». Однако повышенная светоотдача компенсировалась размером светодиода и сильным нагревом кристалла, ограничивающим радиус действия «пираньи». А с появлением технологии SMD их производство практически прекратилось.

SMD

Полупроводники для поверхностного монтажа принципиально отличаются от своих предшественников. Их внешний вид расширил конструктивные возможности систем освещения, позволил уменьшить габариты светильника и полностью автоматизировать установку. Сегодня SMD-LED — наиболее востребованный компонент, используемый для построения источников света любого формата.

Основание корпуса, на котором закреплен кристалл, является хорошим проводником тепла, что значительно улучшает отвод тепла от светоизлучающего кристалла. В устройстве с белым светодиодом между полупроводником и линзой имеется слой люминофора для установки желаемой цветовой температуры и нейтрализации ультрафиолетового излучения. В SMD-компонентах с большим углом излучения линзы нет, а сам светодиод имеет форму параллелепипеда.

COB

Chip-On-Board — одно из самых последних практических достижений, которое в ближайшем будущем станет лидером в производстве белых светодиодов для искусственного освещения. Отличительная особенность светодиодного устройства, использующего технологию COB, заключается в следующем: десятки безкорпусных кристаллов и подложка прикрепляются к алюминиевой основе (подложке) через диэлектрический клей, затем полученная матрица покрывается общим слоем люминофора. В результате получается источник света с равномерным распределением светового потока, исключающим появление теней.

Вариантом COB является Chip-On-Glass (COG), который включает размещение множества мелких кристаллов на стеклянной поверхности. В частности, широко известны нити 220 В, в которых стеклянный стержень со светодиодами с люминофорным покрытием действует как излучающий элемент.

Смешение цветов

Современные диодные ленты могут давать световой поток разных оттенков. Устройство может воспроизводить однотонный цвет. При создании многочипового устройства можно получить огромное количество разных оттенков. Подобно телевизору или монитору компьютера, диод может создавать любой цвет, используя модель RGB (обозначает красный, зеленый, синий).

Это простой принцип для понимания того, как работают светодиоды RGB. Белое освещение также можно создать с помощью этой технологии. Для этого все три цвета смешиваются в равных пропорциях.

Однако, помимо представленной технологии, можно получить белое свечение, когда коротковолновый радиационный диод (ультрафиолетовый, синий) соединен вместе с желтым люминофороподобным покрытием. Когда фотоны желтого и синего объединяются, получается белое свечение.

Получение светодиода определенного цвета

Ранее мы проанализировали принцип работы светодиода и обнаружили, что световой поток формируется, когда в полупроводнике происходит «PN» переход с выделением фотонов, видимых человеческим глазом. Однако как добиться разного светодиодного освещения? Для этого есть несколько вариантов. Рассмотрим каждую из них.

Покрытие люминофором

Эта технология позволяет получать практически любой цвет, но часто используется для производства белых светодиодов. Для этого используется специальный реагент — люминофор, которым накрывают красный или синий светодиод. После обработки синий светодиод начинает светиться белым.

RGB — технология

Этот тип устройства способен излучать любой оттенок светового спектра благодаря использованию в кристалле 3 светодиодов: красного, зеленого и синего. В зависимости от интенсивности свечения каждого из них изменяется излучаемый свет.

Применение различных примесей и различных полупроводников

Благодаря этой технологии длина волны излучаемого светового потока изменяется в переходной зоне «PN». А как известно, в зависимости от длины волны меняется ее цвет. Более отчетливо это видно на следующем фото:

Теперь давайте рассмотрим следующий вопрос: каковы электрические характеристики этих устройств и что необходимо для их надежной работы.

Типоразмеры SMD светодиодов

SMD — Surface Mount Device — электронные компоненты или устройства, установленные на поверхности (правильнее, на поверхности платы). Именно такой тип установки стал наиболее распространенным в мире электроники, и в результате светодиоды SMD также являются наиболее распространенными, т.е. Светодиоды предназначены для поверхностного монтажа. Иногда их называют светодиодными чипами, но такое название встречается довольно редко.

Есть много самых распространенных размеров светодиодов SMD. Как правило, разные производители придерживаются общепринятых стандартов, хотя, например, световой поток светодиодов одного типоразмера может отличаться от производителя к производителю.

SMD 3528

Светодиоды SMD 3528 — пожалуй, один из самых распространенных вариантов. Они имеют прямоугольную форму со сторонами 3,5 и 2,8 миллиметра. Толщина 1,4 мм. Для облегчения монтажа на корпусе светодиода со стороны катода делается угловой вырез, что позволяет однозначно определить правильное положение элемента. Светоизлучающая поверхность имеет форму круга и, как правило, покрыта люминофором, который различается в зависимости от цели использования светодиода. Существенной особенностью этих светодиодных элементов является сильная зависимость их яркости от температуры. Поэтому, когда светодиод нагревается до 80 ° C, его яркость может уменьшиться на 25% и более.

SMD 5050

Светодиоды SMD 5050 имеют квадратный корпус 5,0 на 5,0 мм, внутри которого расположены три кристалла по своим характеристикам, идентичные установленным в SMD 3528. По сути, SMD 5050 можно считать более продвинутой версией светодиода 3528. Возможность установки Три кристалла в одном корпусе позволяют создавать более мощные и яркие светодиоды, а возможность независимого управления каждым кристаллом позволяет создавать многоцветные светодиоды RGB, которые могут излучать почти весь спектр света, видимый для окружающей среды Человеческий глаз.

SMD 5630

Появление светодиода нового типа с размером корпуса 5,6 на 3,0 мм не только привело к внешним изменениям обычного размера SMD, но и ознаменовало внесение заметных улучшений в их конструкцию, что повлияло на существенные показатели их работы. Использование новых материалов и инженерных решений позволило увеличить мощность и светоотдачу 5630 светодиодов по сравнению с предыдущими аналогами.

Несмотря на наличие четырех выводов в SMD 5630, используются только два. Второй — отрицательный катод, четвертый — положительный анод. В этом случае катодный ключ находится возле первого вывода. Размещение микросхем SMD 5630 на металлической подложке является хорошей практикой, поскольку она значительно улучшает отвод тепла от рабочей зоны и, как следствие, продлевает срок службы высокотехнологичного устройства.

На рисунке ниже четко показана разница между направлением светового потока и углами обзора для светодиодов 3528, 5050 и 5630. Невооруженным глазом вы заметите увеличение этих показателей с увеличением форм-фактора светодиода микросхемы.

Сравнительные характеристики направления и угла излучения светодиодов 3528, 5050 и 5630

SMD 5730

Братья-близнецы светодиодов 5630 — светодиоды SMD 5730 — появились на рынке почти одновременно со своими младшими товарищами по племени и во многих отношениях являются их аналогами. Из конструктивных отличий стоит отметить, что светодиоды 5,7 х 3,0 мм имеют всего два контакта, в отличие от светодиодов 5630. При этом они немного выше (примерно на 0,5 мм). Кроме того, светодиоды 5730 делятся по потребляемой мощности на два класса — 0,5 Вт и 1 Вт и часто обозначаются SMD 5730-05 и SMD 5730-1 соответственно. Устройства обоих этих классов являются высокоэффективными светоизлучающими устройствами с низким тепловым сопротивлением кристалла / подложки примерно 4 ° C, что значительно увеличивает энергоэффективность и срок службы оборудования на их основе.

Сравнительные характеристики светодиодных микросхем SMD5730-05 и SMD5730-1Параметр SMD Максимально допустимое значение Единица измеренияSMD5730-05SMD5730-1

Постоянный ток	180	350	но
Прямой импульсный ток	400	800	но
Рассеяние мощности	0,5	1.1	W
Температура перехода	130	130	° C
Рабочая температура	— 40 / + 65	— 40 / + 65	° C
Температура хранения	— 55 / + 100	— 55 / + 100	° C
Температура пайки	300 ° C в течение 2 сек.	300 ° C в течение 2 сек.

Как видно из представленных данных, светодиоды 5730-1, обладая вдвое большей рассеиваемой мощностью, работают даже при больших токах. Поэтому при выборе между светодиодами 5730-05 и 5730-1 необходимо учитывать как условия отвода тепла в готовом изделии, так и электрические параметры светодиода.

Сравнительные характеристики светодиодов разных типоразмеровПараметр 3528505056305730 (0,5 Вт) 5730 (1 Вт)

Световая отдача (лм / Вт)	5	15	40	40	100
Мощность, Вт	0,06	0,2	0,5	0,5	1.0
Температура, ° C	+65	+65	+80	+80	+80
Ток, А	0,02	0,06	0,15	0,15	0,30
Напряжение, В	3.3	3.3	3.3	3,4	3,4
Габаритные размеры, мм	3,5 х 2,8 дюйма	5,0 х 5,0	5,6 х 3,0 дюйма	5,7 х 3,0 дюйма	5,7 х 3,0 дюйма

SMD 3014

Относительно новые светодиоды с форм-фактором 3,0 x 1,4 мм не только имеют значительно меньшие внешние размеры, чем предыдущие SMD, но также значительно более энергоэффективны.

Эти светодиоды работают с максимальным током 30 мА, поэтому они классифицируются как слаботочные устройства. Кроме того, при установке необходимо учитывать, что контакты анода и катода не только выводятся на боковые поверхности, но и уходят под нижнюю часть изделия. Целью этого изменения было увеличение теплоотвода от меньшего, но более мощного потребителя.

SMD 2835

Светодиоды SMD 2835 вобрали в себя, пожалуй, лучшие характеристики других светодиодов SMD. Хотя размеры светодиодов 2835 такие же, как у светодиодов 3528 (3,5 x 2,8 мм), SMD2835 имеет другую конструкцию светоизлучающей поверхности, выполненную в форме прямоугольника, что снижает неэффективные потери энергии и увеличивает характеристики оптики, в частности, доработка угла.

Конструктивные особенности светодиодов 2835 (использование анодных и катодных контактов в качестве подложки радиатора) сближают эти устройства с SMD3014, в котором реализован тот же принцип. По электрическим характеристикам наиболее близкими к SMD2835 являются SMD5730-05

Основные характеристики

Покупая светодиод, необходимо оценить его важнейшие параметры. К ним относятся значение номинального тока, напряжения, вольт-амперной характеристики и другие.

Вольтамперная характеристика

Светодиод на схеме работает, если ток проходит вперед. Однако вольт-амперная характеристика в этом направлении не является линейной. То есть для того, чтобы полупроводник начал проводить ток, последний должен достичь определенного порогового напряжения.

Эта особенность определяется материалом устройства. ВАХ позволяет только выбрать токоограничивающий резистор и точно рассчитать, какое напряжение должно быть приложено к кристаллу.

Прямой номинальный ток и падение напряжения

Прямой номинальный ток — это рабочий ток, при котором светодиод не перегорит, pn переход не сломается, и устройство будет работать нормально.

Укажите в паспорте и пиковый ток — максимальный, который прибор может проводить только импульсами.

Номинальный ток светодиода вызывает падение напряжения на pn переходе. Значение зависит от состава полупроводника, длины волны. Так, оранжевый светодиод горит при подаче напряжения от 2,03 до 2,1 вольт, а белый — при 3,5 вольт.

Максимальное обратное

Напряжение, при котором происходит разрушение кристалла. В среднем обратный максимум составляет 5 В. Для COB значение выше, а для инфракрасных индикаторов всего 1-2 В.

Световой поток

Интенсивность или интенсивность света в заданном направлении источника. Чем меньше угол рассеивания, тем больше сила света при том же световом потоке.

Показатели измеряются при температуре + 25 ° С. Обычно выражается в люменах.

Угол рассеивания

Параметр изменяется от 15 до 180 градусов, а в некоторых моделях даже достигает 5 градусов. Чем шире угол излучения, тем больше рассеянного света излучает устройство. Но обычно светодиод снабжен фокусирующей линзой, поэтому яркость света не одинакова по углу рассеивания.

Длина волны и цветовая температура

Индикатор указывает на характер излучения. Длина волны инфракрасного излучения более 760 нм, видимого желтого — от 560 до 590 нм, ультрафиолетового — менее 400 нм.

Цветовая температура обычно обозначается белыми светодиодами. Точно определяет оттенки белого цвета, например, холодный белый имеет температуру 6000 К, днем ​​- 4500 К.

Световая отдача

Характеристика освещения светодиодами, определяющая, сколько люмен выдает лампа при определенной мощности — 1 Вт. В среднем для светодиодов это 100 лм / Вт. Появились модели, у которых этот показатель выше, чем у люминесцентных, и достигает 150 и более Лм / Вт.

Как устроены и чем отличаются светодиоды разных типов

Светодиоды можно классифицировать по разным критериям. Главное отличие — в технологии и электрических параметрах.

DIP

Аббревиатура DIP происходит от слов Direct Package Online. Такие светодиоды известны с конца прошлого века. Устройство представляет собой прозрачную стеклянную или пластиковую колбу размером 3 или 5 мм, в которой находится кристалл полупроводника. Лампочка представляет собой линзу и формирует прямой луч света. Кристалл прикреплен к катоду, который соединен с анодом проволокой. Из корпуса выходят контакты в виде металлических ножек, через которые светодиод включается в цепь.

Характеристики и технические характеристики светодиода AL307 Читайте также

Они бывают круглой, овальной, прямоугольной формы. Напряжение питания — от 5В до 25мА.

Внутри линзы обычно находится кристалл, но есть модели с двумя и более разными цветами. Такие модели могут быть оснащены тремя и четырьмя штырями. Принцип работы светодиода этого типа задается микрочипом.

Дип-светодиоды невысокой точности, используются в гирляндах, для индикации, подсветки, уличного освещения. По сравнению с SMD-диодами, они имеют следующие преимущества:

• яркость;
• направленный световой поток;
• долгий срок службы при работе на открытом воздухе;
• потребление электроэнергии.

Главный недостаток — большие размеры, от 3 мм.

Важно! Со временем яркость свечения может уменьшиться. Это связано с деградацией кристалла и материалов, из которых изготовлены светодиоды.

SMD

Светодиоды SMD — это устройства для поверхностного монтажа. В настоящее время этот тип диодов наиболее востребован. С их появлением расширились возможности создания систем освещения. Размер светильника стал уменьшаться, установка была автоматизирована.

Принцип работы SMD-светодиода: излучающий кристалл закреплен на подложке, от которой отводится тепло. На нем монтируются выходы. Микросхема управления находится внутри. Протектор представляет собой овальную или сферическую стеклянную или пластиковую линзу.

Преимущества SMD:

• небольшая цена;
• надежность;
• продолжительность жизни;
• высокая светоотдача.

Смеющиеся светодиоды SMD загораются специальным клеем. Самые маленькие диоды — 0,6 х 0,3 мм. Максимальная яркость 8000 кд / м2.

Существует технология, при которой кристалл наносится на проводящую подложку без использования пакета. В качестве защиты используется специальный слой, который выбирается исходя из назначения светодиодов.

Применяются для освещения интерьеров, дорожных знаков, рекламных экранов высокого разрешения.

COB

Светодиоды Chip On Board (COB) имеют большое количество матриц на одной подложке. Их еще называют светодиодными матрицами. Сверху переливается фосфором.

Основные преимущества:

• простота установки;
• хороший световой поток;
• высокий индекс цветопередачи;
• разнообразие форм.

Недостатки:

• цена;
• сама жизнь;
• светоотдача ниже, чем у SMD.

COB активно используют при создании ярких точечных светильников и в других светильниках, где требуется акцентное освещение.

Важно! Из-за высокой температуры требуется силиконовая оптика. Устойчив к высоким температурам. Перед подключением его нужно подготовить, иначе держатель деформируется и кристалл повредится.