Что такое светодиод: описание и характеристики

Светодиодные приборы разного назначения и конфигурации по-прежнему остаются одним из самых перспективных направлений развития осветительной техники. В городах активно внедряют светодиодные лампы в уличное освещение. Бытовые приборы, спецтехника и декоративные элементы освещения тоже переводятся на светодиодную комплектацию.

Из этой статьи вы узнаете все о светодиодах. Здесь мы рассмотрим, какие характеристики светодиоды могут иметь, в каких обозначениях выражаются их параметры, и многое другое.

Основные характеристики светодиодов

Для начала расскажем кратко, что такое светодиод. Это прибор, испускающий свет за счет полупроводниковых свойств использованных при его изготовлении материалов.

Чтобы правильно выбрать светодиодное устройство, нужно учитывать ряд характеристик:

• величина напряжения питания;
• размеры;
• мощность;
• угол излучения;
• срок деградации прибора;
• светоотдача;
• количество выводов;
• цветовая температура.

Сила тока на кристалле

Стандартная сила тока для светодиода составляет 0,02 Ампера. Однако встречаются и приборы, способные работать с мощностью в 0,08 А. Этот эффект достигается путем размещения 4х полупроводниковых кристаллов под одним корпусом. Так как каждый кристалл в отдельности работает с малой мощностью в 0,02 Ампера, прибор на 4х кристаллах будет потреблять 0,08 А.

Чтобы светодиод работал правильно, необходимо подавать на него ток равномерной величины. Даже если слегка повысить силу поступающего тока, заметным образом снизится интенсивность излучения. Это означает, что кристалл «стареет», то есть постепенно изнашивается и вскоре может выйти из строя.

При этом цветовая температура будет расти, что приведет к медленному перегреванию элемента. В итоге начнется постепенное изменение цвета освещения. Оно сместится к синей части спектра, а сам прибор раньше времени выйдет из строя.

Если же подать силу тока значительно выше необходимой, светодиод не выдержит нагрузки очень быстро. Это приведет к почти моментальному перегоранию осветительного прибора.

Напряжение

К диодам нельзя применить выражение «напряжения питания». Чтобы описать свойства прибора, следует пользоваться характеристикой «падения напряжения». Она описывает, какое напряжение формируется в светодиоде, когда через него пропускается номинальный электрический ток.

На упаковке к светодиодным приборам, в графе «напряжение» указывается именно эта характеристика. Зная ее, можно вывести, какое напряжение остается на кристалле. Его и учитывают при различных расчетах.

Для изготовления светодиодов могут быть использованы разные виды полупроводников. Напряжение тоже будет разниться в зависимости от вида примененного материала. Установить его примерное значение можно, обратив внимание на цвет кристалла. Полупроводник светится белым, зеленым или синим, если его напряжение составляет приблизительно 3 Вольт. В это же время, напряжение в красных и желтых кристаллах будет меньше. Оно составит от 1,8 до 2,4 Вольт.

Параллельное подключение приборов с одним и тем же номиналом, при напряжении 2 Вольт, может вывести светодиоды из строя. Это происходит ввиду разброса параметров. Если увеличить напряжение всего на 0,1 Вольт, сила тока на светодиоде взлетит в 1,5 раза. Как результат, часть светодиодов перегорит. Оставшиеся приборы начнут работать чересчур тускло и неравномерно. Поэтому номинал светодиода всегда должен соответствовать величине тока, проходящего через устройство. К примеру, для фонариков напряжение питания не должно быть более 3,6-3,7 В.

Сопротивление диодов

Собственное, прямое сопротивление диода крайне мало. Чтобы справиться со внезапными скачками напряжения в сети и адаптировать прибор к различным источникам подключения, используются методы по ограничению потребляемого тока. В приборы типа LED встраиваются стабилизаторы токов, своеобразные драйверы. Их задача заключается в преобразовании электрического тока. Они приводят его к необходимой величине.

Если необходимо включить в сеть только один светодиод, это лучше сделать при помощи токоограничительного резистора. Чтобы подобрать правильный резистор, нужно определить, устройство с каким сопротивлением подойдет в этом конкретном случае. Расчет проводится на основе характеристик светодиода. Для проведения вычислений можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Светоотдача и угол свечения

Если нужно сравнить характеристики осветительных приборов между собой, следует учесть силу излучения. Диоды испускают от 1 до 5 люмен света при диаметре прибора в 5 мм. При этом лампа накаливания мощностью в 100 Ватт может испускать световой поток в 1000 люмен.

Однако лампа накаливания отдает в пространство рассеянный свет. В противоположность этому, излучение от светодиода всегда направленное. Каждый прибор имеет конкретный угол рассеивания.

Углы рассеивания могут варьироваться от 20 до 120 градусов. Самый яркий свет исходит от центра прибора. Уровень освещенности падает, по мере приближения к границам угла рассеивания.

Исходя из этих свойств, конструкция источника освещения подбирается с учетом следующих характеристик:

1. Светодиоды используют для направленного освещения конкретного места/объекта. Лампы с применением технологии LED потребляют мало мощности, поэтому их выгодно использовать в самых разнообразных сферах.
2. Для покрытия светом большого пространства, в конструкцию осветительного прибора включают рассеивающие линзы.

Цветовая температура – комфорт восприятия светового потока

Температура свечения измеряется в градусах Кельвина. Осветительные приборы разделяются по классам, в зависимости от температуры света и его цветовых характеристик.

Цвет	Температура, К
Теплый белый	Менее 3300
Дневной белый	О 330 до 5300
Холодный белый	Больше 5300

Важно! Комфорт восприятия светового потока, излучаемого светодиодами, напрямую определяется температурой LED-прибора. Это связано с особенностями устройства человеческих глаз и мозга.

Указания на температуру свечения содержатся в маркировке осветительных приборов светодиодного типа. Значение цветовой температуры выражается четырехзначным числом. К ней добавляется буква «К», чтобы было ясно, что значение указано в Кельвинах.

LED-лампу следует использовать с учетом ее цветовой температуры. Например, белый цвет теплого оттенка заменяет традиционную лампу накаливания. С помощью светодиодов такого класса, освещаются жилые помещения и офисы.

Светодиодные лампы нейтрального оттенка способствуют верной цветопередаче. Их с успехом применяют для освещения рабочих мест на предприятиях производственного характера. Холодный белый используется при создании ночного освещения, в уличных и ручных фонарях.

Температура свечения 1800 К характерна для светодиодов красного света. Для желтого этот показатель составляет 3300 К. Цветовая температура синего – 7500 К. Подобные разноцветные лампы чаще всего используются в декоративных целях. Также их применяют для создания фито-подсветки. Ее задача – положительно сказываться на росте рассады.

Цвет имеет волновую природу. Поэтому температуру свечения можно выражать при помощи длины волн. Это обозначение также активно применяется в маркировке приборов, работающих на светодиодах. Длина волны при этом подписывается как «λ», то есть «лямбда». Эту величину измеряют в нанометрах и обозначают на письме как «нм».

Интересно! Большая величина светового потока характерна для устройств, имеющих холодный белый цвет. В то же время, минимальная величина свойственна приборам теплого белого оттенка.

Размер чипа: условное обозначение в маркировке

Размер кристалла часто обозначается как «mil». Это обозначение светодиодов обычно подразумевают тысячные доли дюйма.

Размеры стандартного кристалла – 30х30 mil, и 45х45 mil. Если перевести в миллиметры, получится 0,762х0,762 мм и 1,143х1,143 мм.

Размер кристалла

От размера кристалла зависит сила тока, которую прибор может пропустить через себя. Квадратные приборы имеют 1 или 2 В мощности. Их размер при этом – 30 мм в первом случае, или 45 мм во втором.

Мощные приборы могут иметь кристалл на 10, 20, 30, а также 50 и 100 В. Параметры светодиодов при этом могут быть: 24 на 24 мм, или 24 на 44 мм. Возможен и вариант 44 на 44 мм.

Модели с небольшой мощностью могут состоять всего из 2 или 3 элементов. Их размеры разнятся, а кристаллы подключаются как по прямой, так и параллельно.

Габариты и вес светодиодов

Хорошие светодиоды весят тяжелее. Это объясняется тем, что более качественные приборы изготавливают из меди. Менее качественные модели делаются на основе алюминия или его сплавов.

Приборы с небольшой мощностью имеют совсем небольшую разницу в массе. Однако если мощность светодиода составляет от 10 В до 100 В, медь будет превосходить по весу алюминий в 2, а то и в 3 раза. Вес светодиодной лампы обычно тяжелее схожей лампочки накаливания в 5 или 6 раз.

Важно! Габариты светодиодов можно легко определить. Маркировка светодиодов содержит все необходимые характеристики. Длина обозначена первыми двумя цифрами в маркировке. Следующие две цифры – ширина. Размеры светодиодных ламп выражаются в миллиметрах.

Как следует из цифр маркировки, у светодиода 5730 ширина 30 мм. Его длина при этом – 57 мм. Соотношение сторон продиктовано количеством кристаллов, из которых состоит прибор.

Мощность светодиодных ламп в сравнении с лампой накаливания

Матовая колба, в которой сидит светодиодный источник излучения, поглощает до 20% яркости. Нагревание драйвера устройства тоже требует определенной затраты мощностей. На это обязательно уходит 1 Вольт. Отсюда получается, что светодиодная лампа на 10 Ватт использует для освещения пространства всего 7 Ватт из них.

7 Ватт обеспечивают 700-800 люмен светоотдачи. При этом эффективность лампы накаливания на 100 Ватт составляет 1300 лм. Отсюда следует, что светодиодная лампочка на 10 Ватт не может заменить лампу накаливания на 100 Ватт. Однако обычно это впечатление сглаживается, поскольку светодиодное излучение приятнее для человеческих глаз.

Если сравнить световой поток этих источников освещения между собой без учета поглощающего эффекта матовой колбы, их характеристики будут выглядеть следующим образом:

Лампа  накаливания, количество Ватт	Светодиодная лампочка, количество Ватт	Световой поток, Люмен
25	3	250
40	5	400
60	8	650
100	14	1300
150	22	2100

В таком виде информация и будет указана и в специализированном справочнике.

Какие бывают светодиоды

Рассмотрим классификацию приборов LED в зависимости от их назначения, и технических характеристик.

Свойства и параметры индикаторных моделей

Индикаторные светодиоды могут иметь диаметр: 3, 5, 10 или 8 мм. Их напряжение варьируется от 2,5 до 5 Вольт. При этом они потребляют электрического тока от 10 до 25 миллиампер. Средняя яркость такого диода – всего от 100 до 1000 милликанделл. Данные приборы обладают круглыми или прямоугольными линзами.

Осветительные диоды

Активнее всего диоды применяются в освещении. Осветительные диоды изготавливаются, путем покрытия синего светодиода слоем люминофора. Светодиоды COB представляют собой подложку с расположенными на ней полупроводниками. Кристаллы при этом залиты люминофором нужных цветов. Плотность размещенных кристаллов обеспечивает повышенную яркость излучаемого света.

Обычно осветительным диодам требуется питание от 3 до 35 вольт. Они пропускают ток от 100 мА и до 2,5 А, а то и больше.

Типоразмеры smd светодиодов и их характеристики

SMD-светодиоды – это приборы, вмонтированные в печатные платы. Название «SMD» берется по имени технологии монтажа на поверхность (ТМП). Расшифровка аббревиатуры звучит как «Surface Mount Technology». Это означает, что осветительный прибор монтируется на поверхность платы. Компоненты для технологии поверхностного монтажа могут обозначаться как «чип-компоненты».

Размеры SMD-светодиодов определяют другие их характеристики. Приборы могут различаться по:

• мощности;
• яркости;
• цветовой температуре.

Типоразмеры, имеющие максимальный спрос:

• современный и технологичный 2835;
• классический 3528;
• мощный 3014;
• яркий 5050;
• не искажающий цвета 5630;
• улучшенная версия своего предшественника, 5730.

Рассмотрим подробнее конкретные типы размеров светодиодов и их характеристики.

Основные параметры светодиодов smd 2835

Эти приборы характеризуются большой площадью излучения. Излучения SMD 2835 образует форму прямоугольника. Если сравнить его с круглым прибором типа SMD 3528, SMD 2835 выигрывает по характеристике светоотдачи.

При этом высота элемента SMD 2835 получается намного меньше. Она составляет всего 0,8 мм, а световой поток прибора при этом – 50 люмен.

Светодиоды SMD 2835 имеют термостойкий полимерный корпус. Он может сопротивляться воздействию интенсивных температур вплоть до 240 градусов по Цельсию. При этом излучение склонно ухудшаться всего на 5% за 3000 часов. Другие характеристики прибора этого типа:

• тепловое сопротивление составляет 4 С/Вт;
• рабочий ток может иметь максимальное значение в 0,18 А;
• температура кристалла составляет 130 градусов по Цельсию;
• для SMD 2835 делаются большие контактные площадки, поэтому от него лучше отводится тепло.

Характеристики светодиодов smd 5050

SMD 5050 состоит из трех светодиодов со схожими характеристиками. Они объединены под одним корпусом. Их технические особенности соответствуют свойствам кристаллов SMD 3528.

Интересно! Каждому светодиоду свойственно значение рабочего тока в 0,02 А. Поэтому общая величина тока составляет 0,06 Ампера. Превышение этой величины неминуемо приведет к поломке светодиодов.

Другие характеристики прибора:

1. Напряжение в SMD 5050 составляет 3-3,3 Вольт.
2. Его светоотдача – 18-21 люмен.
3. Мощность SMD 5050 образуется из суммы мощностей диодов в отдельности. Это означает, что 0,7 Вт умножается на 3. Таким образом, суммарная мощность составит 0,21 Вт.
4. Цвет светодиодов SMD 5050 может быть как многоцветным, так и просто желтым, белым, зеленым или синим.

Так как в SMD 5050 осветительные диоды располагаются очень близко к друг другу, стало возможным изготавливать приборы, допускающие точное управление каждым цветом в отдельности. Для управления обычно используются контроллеры. Они позволяют менять цвет диодов в специально обозначенное время, регулировать яркость свечения и другие параметры устройства.

Типовые характеристики светодиода smd 5730

Для SMD 5730 характерен корпус с размерами 5,7х3 мм. Эти диоды отличаются такими характеристиками:

• усиленная мощность;
• высокая яркость;
• хорошие показатели эффективности;
• износостойкость;
• сопротивляемость разным температурным режимам;
• влагоустойчивость;
• изрядным сроком службы;
• работают на импульсном токе.

SMD 5730 делится на две разновидности:

1. SMD 5730-0,5. Как видно из названия, его мощность составляет 0,5 Ватт. Номинальный ток для этого типа приборов соответствует значению 0,15 А. Максимальная сила тока, с которой может справиться этот прибор, составляет 0,18 А. Эта величина возможна при импульсной работе прибора. При этом он может создавать световой поток до 45 люмен.
2. SMD 5730-1. По названию можно заметить, что его мощность – 1 Ватт. Для работы ему необходим постоянный ток в 0,35 Ампер. При переводе в импульсный режим, эта величина может увеличиться до 0,8 Ампер. Показатель светового потока может доходить до 110 люмен. Это свидетельствует об очень высокой эффективности светоотдачи. Корпус для прибора делают из термостойкого полимера. Он может выдержать до 250 градусов по Цельсию.

SMD 5730 рассеивает свет под углом в 120 градусов. Световой поток деградирует всего на 1% за целых 3000 часов.

Характеристики светодиодов Cree

«Cree» – американская компания, занимающаяся производством самых ярких и мощных светодиодов. Это очень известная марка, выпускающая качественную продукцию с выдающимися характеристиками:

1. Однокристальные светодиоды Xlamp. Излучение расходится по краям устройства. Данная технология сделала возможным выпуск светильников с очень большим углом свечения. При этом в конструкцию входит лишь небольшое число кристаллов.
2. Однокристальные XQ-E High Intensity. Угол свечения диодов этого типа находится в диапазоне от 100 до 145 градусов. Размеры этих приборов – всего 1,6 х 1,6 мм. В это же время, их мощность составляет 3 В, а световой поток – целых 330 люмен.
3. Многокристальные диоды этой компании могут потреблять от 6 В до 72 В. Для устройств этого типа характерны мощности до 4 Ватт, и более 4 Ватт. Многокристальные диоды делятся на группы, в зависимости от показателя мощности.

Цветопередача всех светодиодов однокристальной конструкции находится в границах CRE 70-90.

Основные выводы

Быстродействие и отличные технические характеристики светодиодных ламп сделали их самым популярным источником освещения. Правильно подобранные параметры прибора позволяют организовать эффективное освещение с наименьшими затратами электроэнергии. Выбирая лампочку, обязательно следует обратить внимание на ее мощность и светоотдачу. А чтобы прибор освещения идеально вписался в обстановку и исправно выполнял свои функции, нужно учесть цветовую температуру выбранных диодов.

Предыдущая

СветодиодыКак подключить светодиод к 12 Вольтам

Следующая

СветодиодыЧто лучше ксенон или светодиодные лампы для авто