Характеристики видов и типов светодиодов

Длительное время светодиоды использовались только в качестве индикаторов для различных приборов. Современные устройства вполне могут заменить любые источники света для освещения домов, промышленных зданий, офисов, улиц и т. д.

На рынке освещения представлены разные виды светодиодов, которые отличаются характеристиками.

Чтобы знать, как выбрать led-устройства в зависимости от целей, нужно знать, как они устроены, работают, изучить основные параметры.

Что такое светодиод

Внешне светоизлучающий диод выглядит как кристалл на металлической основе, покрытый пластиковой линзой. Осветительный элемент состоит из таких частей:

• основа из алюминия или меди;
• полупроводниковый кристалл;
• катод (-) и анод (+);
• слой силикона;
• линза из пластика;
• защитный корпус.

На металлической основе зафиксирован катод и анод. На первом электроде закреплен полупроводниковый чип (кристалл). Контакты имеют проводники, которые подсоединяются к чипу p-n-переходом (электронно-дырочный переход). На этом участке с помощью соединительной проволоки объединяются 2 полупроводника с дырочным и электронным типом проводимости. Сверху конструкция покрыта слоем силикона и пластиковой колбой и помещена в корпус с выводами для подключения к цепи.

Устройство и принцип действия

Светодиоды излучают свет благодаря наличию p-n-перехода. На этом участке контактируют носители заряда p- и n-типа. Катод (n-тип) – это полупроводник с отрицательным зарядом, а анод (p-тип) является носителем положительного заряда (дырки). То есть, в первом образуются дырки (участки, где нет электронов), а второй скапливает электроны. На их поверхности размещены контактные площадки из металла, к которым прикреплены выводы методом пайки.

Когда к полупроводнику р-типа поступает положительный заряд, а к электрону n-типа – отрицательный, то на границе между диодом и катодом начинает протекать ток. При прямом включении отрицательные и положительные электроны встречаются, и на участке перехода (p-n-переход) происходит их рекомбинация (обмен). При подаче отрицательного напряжения со стороны катода на область р-типа, то происходит прямое смещение. Свечение появляется при выделении фотонов в результате обмена.

Основные технические характеристики светодиодов

При выборе led-лампочек нужно обращать внимание на их характеристики. Обычно параметры устройства указаны на упаковке или в техническом паспорте.

При покупке светодиодного устройства учитывайте такие его характеристики:

• величина тока потребления кристалла;
• напряжение;
• сопротивление;
• световой поток, угол излучения;
• цветовая температура.

Кроме того, необходимо знать, как расшифровать маркировку на плате, которая указывает на размер ЛЕД-элемента. Эти значения помогут вам узнать длину и ширину чипа, определить силу тока кристалла.

От параметров диода зависит возможность его применения в определенных условиях и обеспечение необходимого уровня освещенности.

Сила тока на кристалле

В продаже есть разные виды led-устройств: на 1, 2, 3 или 4 кристалла. Светодиодные лампочки с 1 элементом рассчитаны на ток 0.02 А. При увеличении количества чипов этот показатель увеличивается, например, ток потребления устройств на 4 чипа равен 0.08 А (по 0.02 А на каждый кристалл).

Внимание! Сила тока влияет на стабильность работы ЛЕД-лампы, если этот параметр увеличивается, то повышается вероятность преждевременной ее поломки. При сильных скачках тока светодиод перегорает сразу.

Чтобы продлить срок эксплуатации ЛЕД-светильника, нужно подключить к нему резистор, который стабилизирует ток. Чтобы подобрать прибор с подходящим сопротивлением, нужно учитывать характеристики светодиодной лампы. Сделать это поможет онлайн-калькулятор.

Напряжение

При выборе следует учитывать не напряжение питания ЛЕД-элемента, а величину его падения. Этот показатель соответствует уровню напряжения на выходе, после того, как через него проходит ток. Этот параметр можно найти на упаковке.

Существуют разные виды светодиодов, напряжение которых зависит от цвета свечения. Этот параметр у кристаллов с белым, зеленым, фиолетовым, синим светом находиться в диапазоне от 2.2 до 4 В, у элементов с красным, оранжевым, желтым светом – от 1.6 до 2.2 В. Напряжение ультрафиолетовых диодов колеблется от 3.1 до 4.4 В, а инфракрасных – около 1.9 В.

При соединении разных видов светодиодов параллельным способом нужно контролировать уровень падения напряжения каждого элемента. При незначительном повышении напряжения увеличивается и ток, тогда устройство сгорит.

Сопротивление диодов

Даже один светодиод может иметь разное сопротивление: дифференциальное (динамическое) и постоянному току. На участке ВАХ (вольт-амперная характеристика – зависимость тока от напряжения или наоборот на участке электроцепи) динамическое сопротивление незначительное и ниже сопротивления статического тока. На обратном пути динамическое сопротивление выше этого показателя тока.

Сопротивление кристалла меняется в зависимости от величины подаваемого на него напряжения. Чем последний показатель выше, тем ниже первое значение.

Светоотдача, угол свечения

При сравнении яркости разных источников света нужно учитывать характеристики светового излучения. Этот параметр разных видов светодиодов отличается, например, кристалл 5 мм излучает световой поток 1 – 5 Лм, а этот параметр ультраярких диодов выше. Мощность излучения света лампы с нитью накала (100 Вт) – 1000 Лм. Но при этом, обычные лампочки имеют рассеянный свет, а led-элементы – узконаправленный. Чтобы провести корректное сравнение, нужно учитывать угол свечения диодов.

Разные виды светодиодов имеют угол рассеивания от 20 до 120°. Благодаря своей конструкции они излучают яркий свет по центру, а по краям степень свечения уменьшается. Это позволяет создать качественное освещение при минимальном потреблении электроэнергии.

Чтобы увеличить площадь освещенности led-элемента, применяются рассеивающие линзы.

Сравнение мощности светодиодных ламп с лампами накаливания

Если вы решили провести замену обычных ламп на современные led-устройства, то вам нужно обращать внимание на его мощность. Для расчета используйте поправочный коэффициент К = 8.

Например, если вы решили заменить лампочки на 100 Вт, то вычислить подходящую мощность ЛЕД-элемента можно по такой формуле: 100Вт : 8 = 12.5 Вт. Облегчить выбор поможет таблица ниже, в которой показано соответствие мощности ламп с нитью накала светодиодам:

Еще один важный параметр при выборе ламп – это эффективность. Вычислить эту величину поможет такая формула: Лм : Вт. Средний показатель для обычных лампочек – от 10 до 12 Лм/Вт, а для разных видов светодиодов – от 130 до 140 Лм/Вт.

Цветовая температура как критерий комфортности восприятия света

Разные виды светодиодов отличаются температурой свечения, которая измеряется в К (Кельвин). На этот параметр тоже стоит обращать внимание, если вы хотите, чтобы свет был комфортным для восприятия.

Маркировка температуры свечения обозначается четырьмя цифрами и буквой К. Учитывайте этот показатель, чтобы выбрать лампу для определенной области применения:

Все чаще температуру света разных видов светодиодов определяют с учетом разной длины волн. В маркировке это выглядит так – λ, которую измеряют в нм (нанометр).

Размер чипа: условное обозначение в маркировке

Условное обозначение размера разных видов светодиодов состоит из 4 цифр, которые указаны на плате. К наиболее популярным led-устройствам в зависимости от их геометрических параметров относят 5050, 3528. Однако сейчас их вытеснили более яркие изделия с маркировкой 5630, 5730.

Первые 2 цифры указывают на длину кристалла, а 2 последние – ширину в мм. Например, длина ЛЕД устройства 5630 равна 56 мм, а ширина – 30 мм. Параметры сторон изделия отличаются, потому что на основании находиться разное количество элементов. Например, устройство 3528 содержит 1 кристалл, а 5050 – 3 элемента.

Размер кристалла

Габариты светодиодного элемента влияют на силу тока, который через него проходит. Устройства квадратной формы оснащены обычными диодами на 1 или 2 В, их размер – 30 или 45 Мил (1 mil = 0.0254 мм). Более мощные приборы рассчитаны на 10, 20, 30, 50 или 100 В, с габаритами 24 х 24 Мил, 24 х 44 Мил, 44 х 44 Мил.

Изделия малой мощности могут состоять из ЛЕД-элементов разного размера. Они вмещают 2 – 3 чипа, которые могут быть соединены последовательно и параллельно.

Индикаторные и осветительные led

В продаже есть 2 вида светодиодов: осветительные, индикаторные. Мелкие led-индикаторы монтируют в дисплеи, панели разных приборов. Для этой цели используются маломощные кристаллы (около 0.2 В) с невысокой яркостью.

Осветительные ЛЕД-элементы применяются в светильниках для ламп, лент, фарах автомобилей и т. д. Это сверхъяркие виды светодиодов с мощностью до нескольких десятков Вт.

Индикаторные led

Чтобы выбрать подходящий индикаторный ЛЕД-элемент, нужно ознакомиться с их видами и типами. В эту группу входят такие разновидности диодов: DIP, Super Flux «Piranha», Straw Hat, SMD. Все они отличаются конструкцией, размерами, яркостью излучения и т. д. Их применяют в разных сферах.

DIP светодиоды

Это разновидность светоизлучающих устройств, которые имеют выводной корпус и часто выпуклую линзу. Разные виды светодиодов из это группы отличаются формой и диаметром корпуса. Цилиндрические элементы имеют окружность колбы от 3 мм. Также в продаже есть диоды с прямоугольным корпусом.

Они имеют широкий спектральный диапазон, бывают одноцветными и многоцветными (RGB ленты). Однако их угол свечения не превышает 60°.

Их используют для уличной рекламы, индикаторов.

Super Flux Piranha

Этот вид светодиодов отличается самым высоким показателем по световому потоку. Он имеет прямоугольный корпус с 4 пинами (выводы), поэтому его можно жестко присоединить к плате.

В продаже есть светодиоды с красным, зеленым, синим и белым светом, последние отличаются цветовой температурой. Вы можете приобрести ЛЕД-элементы с линзой (3, 5 мм) или без нее. Угол, в пределах которого расходиться световой поток достаточно широкий – от 40° до 120°.

Пиранью монтируют в приборы автомобиля, дневные ходовые огни, магазинные вывески и т. д.

Straw Hat

Эти диоды еще называют «соломенная шляпа», это связано с их конструкцией. Они выглядят, как обычные led-лампочки с колбой в форме цилиндра и двумя выводами, но их высота меньше, а радиус линзы больше.

Светодиод размещен близко к передней стенке колбы, поэтому угол свечения достигает 100 – 140°. ЛЕД-устройства представлены в красном, синем, зеленом, желтом и белом цвете. Они излучают направленный световой поток, поэтому их применяют в качестве интерьерной подсветки или заменяют ими лампы аварийной сигнализации.

SMD светодиоды

Кроме выводных индикаторных светодиодов в продаже имеются устройства типа SMD. В эту группу входят цветные диоды с очень ярким светом, а также белые элементы с низкой мощностью (до 0.1 Вт) для поверхностной установки.

Размеры лампочек отличаются, например, изделие SMD 0603 – это сверхмалый светодиод, который используют для декоративной подсветки, монтируют в автомобильные лампы, приборные панели и т. д. Кроме того, выпускаются устройства 0805, 1210 и т. д. Лампочка может быть с линзой или без нее.

Чаще всего светодиоды типа SMD применяют для создания ЛЕД-лент. Это обусловлено тем, что их легко монтировать на основание.

Осветительные led

Это высокомощные кристаллы, которые излучают яркий свет. Они применяются для установки на поверхность приборов и выпускаются в белом цвете. Температура свечения разных видов светодиодов отличается: от холодного до теплого белого.

Это интересно! Чтобы получить кристалл белого цвета, применяют новые технологии, во время которых смешиваются 3 базовых оттенка RGB. Чтобы получить белый свет, элемент покрывают 3 шарами люминофора или наносят 2 слоя вещества на голубой кристалл.

Осветительные SMD led

Многие виды светодиодов имеют корпус типа SMD. Такие устройства обладают большей мощностью, чем индикаторные. Они состоят из кристалла, покрытого люминофором, который размещен на теплоотводящем основании. Есть изделия с колбой или без нее.

Осветительные SMD часто монтируют в лампы, ленты, ручные фонари, фары автомобилей и т. д. Угол их рассеяния света – от 100 до 130°, поэтому для равномерного освещения большой площади применяют большое количество элементов.

COB светодиоды

Очень популярны led-устройства типа COB. Они представляют собой плату с 9 и более элементами, которые залиты люминофором. Световой поток этих видов светодиодов намного выше, чем у SMD. Их угол свечения большой, поэтому их не применяют для создания направленного освещения. Однако диоды типа COB не получиться использовать для общей подсветки, так как угол рассеяния меньше 180°.

Светодиоды типа COB наименее ремонтопригодны, если перегорит один элемент, то придется заменить матрицу.

Filament led

Эта разновидность светодиодов широко применяется для декоративного освещения. Свет этих лампочек намного приятнее для восприятия, чем излучение от устройств типа SMD или COB. Кроме того, Filament имеют более высокий коэффициент полезного действия. Это связано с их конструкцией: диоды устанавливают на цилиндрическое стеклянное основание, а потом покрывают люминофором. Угол их свечения достигает 360°, что позволяет создать направленный свет.

Лазерные диоды

Лазерные устройства – это отдельный вид светодиодов, который не относиться ни к индикаторным, ни к осветительным. Да и технология его создания мало чем напоминает производство стандартных led-элементов.

По сути, это полупроводниковый лазер, который построен на базе светодиода. При включении они излучают очень узкий световой пучок. Современные устройства имеют угол рассеяния от 5 до 10°. В продаже имеются устройства, которые работают в видимом диапазоне, а также инфракрасные и ультрафиолетовые лазерные диоды.

Такие кристаллы устанавливают в лазерные указки, целеуказатели, приводы оптических дисков, оптические мыши и т. д.

Основные выводы

На осветительном рынке представлены разные виды светодиодов. При выборе изделия нужно ознакомиться с его характеристиками, чтобы подобрать наиболее подходящее для вас. Важно учитывать величину тока, напряжение, сопротивление, мощность светового излучения, угол свечения, цветовую температуру. Также необходимо уметь расшифровать маркировку на ЛЕД-устройстве, которая указывает на его размер. Кроме того, необходимо знать, что существуют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые применяются для цветовой индикации, а вторые – для освещения. Если вы будете разбираться в этой информации, то без проблем подберете наиболее подходящие led-элементы для конкретных целей.

Предыдущая

Лампы и светильникиОсобенности и характеристики распространенных типов ртутных ламп

Следующая

Лампы и светильникиКак правильно паять светодиодную ленту