Wszystko, co musisz wiedzieć o diodach LED: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Dioda elektroluminescencyjna to urządzenie elektroniczne, które emituje światło, gdy przepływa przez nie prąd. Diody LED to małe, niezwykle wydajne, jasne, tanie elementy elektroniczne. Ludzie myślą, że diody LED to tylko zwykłe elementy emitujące światło i mają tendencję do pomijania interesujących faktów i cech diod LED. W tej instrukcji nauczę Cię „Wszystko, co musisz wiedzieć o diodach LED”, które obejmuje ich działanie, prąd i moc znamionową, konstrukcje, typy, kalkulator rezystorów dla diod LED, zastosowania, testowanie i prosty obwód LED.

Oto link do bezpłatnej aplikacji na Androida „Kalkulator rezystora LED”: Kalkulator rezystora LED. Ta aplikacja pomaga obliczyć odpowiednią wartość rezystora wymaganą dla diody LED.

Historia diody LED

Kapitan Henry Joseph Round był jednym z pierwszych pionierów radia i otrzymał 117 patentów. Jako pierwszy doniósł o obserwacji elektroluminescencji z diody, co doprowadziło do odkrycia diody elektroluminescencyjnej. Vladimirovich Losev zaobserwował emisję światła z karborundowych połączeń punktowych. W trakcie swojej pracy jako radiotechnik zauważył, że diody kryształowe stosowane w odbiornikach radiowych emitują światło, gdy przepływa przez nie prąd. W 1927 r. Losev opublikował w rosyjskim czasopiśmie szczegóły dotyczące swojej pracy nad diodami elektroluminescencyjnymi. Kilka lat później Nick Holonyak, Jr. wynalazł pierwszą diodę LED o widmie widzialnym (czerwoną) w 1962 roku, pracując jako naukowiec-konsultant w laboratorium General Electric Company w Syracuse w stanie Nowy Jork.

Lista części:

• Różne kolorowe diody LED - AliExpress
• Diody LED RGB - Diody LED
• Diody IR - AliExpress

Krok 1: Skład i praca

OBRAZ:

1. Dremeling LED.
2. Widok z góry na elektrody LED. (większa katoda, mniejsza anoda).
3. Zbliżenie anody i katody LED. (LED przekrojony na pół).
4. Anoda i katoda LED usunięte z plastikowej powłoki.

Kompozycja

Najpopularniejsze diody LED składają się z galu (Ga), arsenu (As) i fosforu (P). Nowoczesne diody LED to nie tylko typy GaAsP – jest mnóstwo innych półprzewodników! Te półprzewodniki są również używane w różnych innych komponentach elektronicznych.

Pracujący

Dioda LED to dioda P-N Junction, która emituje światło. Gdy dioda LED jest skierowana do przodu, emituje światło zamiast ciepła wytwarzanego przez normalną diodę. Gdy złącze P-N jest w kierunku przewodzenia, w przypadku diody LED część dziur łączy się z elektronami z obszaru N, a część elektronów z obszaru N łączy się z dziurą z obszaru P. Każda rekombinacja promieniuje światłem lub fotonami.

Diody LED mają polaryzację, a zatem nie działają, jeśli są podłączone w odwrotnej polaryzacji. Najłatwiejszą metodą sprawdzenia polaryzacji zwykłej diody LED jest przytrzymanie diody LED blisko oka. Zobaczysz, że są dwie elektrody. Grubsza to katoda(-). Światło jest emitowane z katody. Cieńsza elektroda to Anoda (+). [Chociaż ta metoda sprawdzania polaryzacji nie zadziała w przypadku niektórych diod LED, takich jak diody LED o wysokiej wydajności itp., gdzie jest odwrotnie]. Generalnie diody LED są produkowane w taki sposób, że długość przewodów katody i anody jest różna. Z tego powodu diody LED są produkowane z przewodem anodowym (+) dłuższym niż przewód katodowy (-). Ułatwia to również określenie polaryzacji. Uwaga: Niektórzy producenci utrzymują obie elektrody o tej samej długości. Aby TESTOWAĆ polaryzację, będziesz musiał użyć multimetru.

Krok 2: Wskaźniki prądu i mocy, prawo Haitza

OBRAZ: Symbol LED

Zwykłe diody IR mogą działać do ~1,5V, ale zwykłe czerwone diody LED wymagają ~1,8V, wspólne zielone diody LED wymagają ~2V, a wspólne niebieskie i białe diody LED (które oczywiście są niebieskie z powłoką fosforową) wymagają dobrego 3V.

Diody LED nie mają „napięcia znamionowego”; są napędzane prądem. Jasność jest w przybliżeniu proporcjonalna do prądu, a nie wprost proporcjonalna do napięcia. Przy każdym konkretnym prądzie będą miały napięcie przewodzenia, ale jest to drugorzędne w stosunku do prądu, który jest głównym czynnikiem, który należy kontrolować.

Aktualne oceny

Aktualne wartości znamionowe diod LED są również podobne. Diody LED mają na ogół standardowy prąd znamionowy. Większość diod LED wymaga około 5-25 mA. Prąd wymagany przez diodę LED czasami zależy od koloru diody LED. Jeśli dostarczysz nadmiar prądu, dioda LED spali się i ulegnie uszkodzeniu. Z drugiej strony, jeśli dostarczysz bardzo niski prąd, dioda LED nie będzie wytwarzać maksymalnej mocy. Nowoczesne ultrajasne czerwone/zielone diody LED mogą dawać akceptowalną moc wyjściową (do wykorzystania statusu itp.) przy zaledwie 1mA

Oceny mocy

Diody LED mogą mieć różne moce znamionowe w zależności od ich typu, konstrukcji i prądu znamionowego itp. Diody LED są również dostępne w pakietach „High Power LED”. Diody LED są mniej nieefektywne niż konwencjonalne żarówki, takie jak CFL i żarówki żarowe.

Prawo Haitza

Stwierdza, że co dekadę koszt lumenów (jednostka wyemitowanego użytecznego światła) spada dziesięciokrotnie, a ilość światła generowanego na pakiet LED wzrasta dwudziestokrotnie dla danej długości fali (koloru) światła. Jest uważany za diodowy odpowiednik prawa Moore'a, które mówi, że liczba tranzystorów w danym układzie scalonym podwaja się co 18-24 miesiące. Obie ustawy opierają się na optymalizacji procesu produkcji urządzeń półprzewodnikowych.

Krok 3: Buduj

OBRAZ:

1. Podstawowa dioda LED.
2. Kopuła LED.
3. Dioda SMD (duża).
4. Dioda SMD (mała).
5. Wyświetlacz LED używany w 7-segmentowym wyświetlaczu.

Diody LED produkowane są w różnych kształtach i rozmiarach. Kolor plastikowej soczewki jest często taki sam jak rzeczywisty kolor emitowanego światła, ale nie zawsze. Na przykład, fioletowy plastik jest często używany do diod podczerwieni, a większość niebieskich urządzeń ma bezbarwne obudowy. Nowoczesne diody LED o dużej mocy, takie jak te używane do oświetlenia i podświetlenia, zazwyczaj można znaleźć w obudowach urządzeń do montażu powierzchniowego (SMD). Niektóre diody LED mają rozproszone plastikowe soczewki.

Podstawowa dioda LED

Podstawowa dioda LED jest jedną z najczęściej używanych diod LED. Ze względu na popularność, jego cena jest stosunkowo tańsza w porównaniu z innymi diodami LED. Wygląda bardzo prosto, a projekt jest bardzo prosty.

Kopuła LED

Jest to rodzaj diody LED, która ma kształt kopuły. Kształt ten ma za zadanie zwiększyć obszar, do którego dociera światło. Innymi słowy, kąt emisji (obwód) światła z diody LED jest większy niż w przypadku podstawowej diody LED. Zwykle zależy to od tego, jak daleko umieszczają emiter światła od kopuły. Arkusze specyfikacji prawie zawsze podają „kąt połowy mocy” (kąt poza osią, przy którym widzisz tylko połowę jasności). Jeśli potrzebujesz znacznie szerszego kąta emisji, możesz odciąć kopułę za pomocą narzędzia dremel. Jeśli Ci zależy, możesz później spiłować lub wypolerować końcówkę, ale nie jest to konieczne. Im bliżej przytniesz go do urządzenia nadawczego, tym szerszy kąt uzyskasz. Ale uważaj, aby nie przeciąć zbyt blisko, ponieważ jest tam mały drut, którego zwykle nie widać gołym okiem. Chociaż ten rodzaj diody LED jest nieco droższy niż podstawowa dioda LED.

SMD LED

Ten typ diody LED ma zazwyczaj bardzo małe rozmiary. SMD oznacza urządzenie do montażu powierzchniowego. Jak sama nazwa wskazuje, ta dioda LED jest przylutowana do powierzchni płytki drukowanej, w przeciwieństwie do konwencjonalnych elementów z otworami przelotowymi. Te diody LED są na ogół lutowane przez maszyny (precyzyjne roboty lutownicze) i są niezwykle trudne do lutowania ręcznego (chociaż ręczne lutowanie diod SMD nie jest niemożliwe). Aby ręcznie przylutować diody LED SMD, potrzebujesz tylko cienkiej lutownicy, trochę cienkiego lutu, jasnego światła i ewentualnie lupy oraz dobrych i precyzyjnych umiejętności lutowania.

Wyświetlacz LED

Ten rodzaj diody LED jest używany głównie w wyświetlaczach, ponieważ ma płaski kształt.

Krok 4: Typy

OBRAZ:

1. Diody LED kopuły.
2. Diody podczerwieni.
3. 7-segmentowy wyświetlacz LED
4. Trójkolorowa dioda LED (zmieniająca kolor dioda LED).

Kolorowa dioda LED

Kolorowe i białe diody LED są używane głównie we wskaźnikach, lampach, sprzęcie oświetleniowym itp. Są to jedne z najczęściej używanych diod LED

Dioda LED zmieniająca kolor (trójkolorowa dioda LED)

W tego typu diodach LED kolor emitowany przez diodę zmienia się w określonym czasie. W tę diodę LED wbudowany jest niewielki układ scalony (IC) w celu kontrolowania opóźnienia czasowego między przejściem różnych kolorów. Diody LED tri/bicolor nie zmieniają koloru, w rzeczywistości są to dwie oddzielne diody LED (często czerwona i zielona) w jednej obudowie. Obracasz jeden lub drugi, aby uzyskać dwa kolory, a oba, aby uzyskać trzeci.

Dioda podczerwieni (IR)

Ten rodzaj diody LED emituje promienie podczerwone światła. Te promienie podczerwone nie są widoczne dla ludzkiego oka. Ten typ diody LED działa na ogół na częstotliwości transmisji 38KHz. Projektant moduluje diodę LED, aby odbiornik mógł odróżnić ją od innych źródeł podczerwieni. Diody LED są również modulowane przy bardzo niskich częstotliwościach, aby po prostu pokazywać migającą diodę LED, i często są modulowane przy stosunkowo wysokich częstotliwościach ze zmiennym cyklem pracy, aby skutecznie kontrolować ich jasność. A potem niektóre są modulowane na znacznie wyższych częstotliwościach w celu przesyłania danych (jak na przykład w światłowodach). Jest używany głównie w urządzeniach do komunikacji zdalnie sterowanej i małego zasięgu. Możesz przetestować diodę IR LED, obserwując ją pod kamerą, gdy prąd jest przyłożony do diody LED. Innymi słowy, kamery mogą wykrywać promienie podczerwone emitowane przez diodę LED. Kamery, które nie mają filtra blokującego IR, generalnie widzą w pobliżu podczerwieni całkiem dobrze (i zwykle są to tanie kamery, a zwłaszcza kamery bezpieczeństwa). Należy jednak wspomnieć, że nawet niektóre kamery w telefonach komórkowych nie widzą zbyt dobrze diod podczerwieni ze względu na ich filtr blokujący IR.

7-segmentowy wyświetlacz LED

7-segmentowa dioda LED to dioda składająca się z 7 diod LED wyświetlacza połączonych w formie 8. Jest używana w kalkulatorach, wyświetlaczach itp. Dioda podobna do tej służy również do wyświetlania liter.

UV LED

Diody UV LED emitują ultrafioletowe promienie światła. Promienie te mają różne zastosowania, takie jak sterylizacja, oczyszczanie wody itp.

Krok 5: Kalkulator rezystorów dla diod LED

OBRAZY:

1. Różne rezystory i dioda LED.
2. Logo aplikacji Kalkulator rezystancji LED.

Tak więc najczęściej zadawane pytanie dotyczące diod LED dotyczy odpowiedniego rezystora do użycia wraz z nimi. Powodem, dla którego rezystor jest używany razem z diodami LED, jest ochrona ich przed nadmiernym prądem, który może spalić i uszkodzić diodę LED. Ale wybór odpowiedniej diody LED nie jest taki prosty. Czemu? Cóż, jeśli wybierzesz bardzo wysoką rezystancję, dioda LED nie będzie emitować maksymalnego światła. A jeśli masz niski opór, istnieje ryzyko uszkodzenia diody LED.

Tak więc wymyślono prostą formułę:

Rezystancja = (napięcie źródła - napięcie LED) / (prąd LED / 1000)

*Pamiętaj, że prąd LED jest w miliamperach (mA)

Aby ułatwić te obliczenia, możesz skorzystać z bezpłatnego kalkulatora rezystancji LED aplikacji na Androida. Jest to aplikacja zaprojektowana specjalnie dla tego Instruktażu. Do tej aplikacji zostaną dodane inne funkcje i więcej funkcji związanych z elektroniką oraz kalkulatorów. Aplikacja została opracowana przez BluBot Technologies. Możesz sprawdzić jego instrukcje i skontaktować się z nim za pośrednictwem jego Orangeboard @Nathan Neal Dmello. Podejmuje również różne inne projekty w zakresie tworzenia aplikacji, stron internetowych, programów komputerowych itp. Możesz skontaktować się z nim za pośrednictwem jego strony internetowej.

Krok 6: Zastosowania

OBRAZ:

1. Pilot do telewizora bez wciśniętego przycisku.
2. Pilot do telewizora z wciśniętym przyciskiem i wykrytą lampą błyskową IR LED.
3. Pasek kopułowych diod LED z latarki awaryjnej.
4. Lampa błyskowa LED aparatu w smartfonie.
5. Wskaźniki zasilania LED laptopa.

Diody LED są używane wszędzie. Od lampy błyskowej telefonu, przez system muzyczny w samochodzie, przez oświetlenie ogrodowe, po ekran telewizora. Zasadniczo ich adaptacyjny charakter i wydajność zapewniły im miejsce w większości elektronicznych gadżetów.

Niektóre z najbardziej znanych zastosowań to:

1. Oświetlenie.
2. Wyświetlacze.
3. Wskaźniki.
4. Dekoracyjne światła i przedmioty.
5. Zdalne sterowanie.
6. Sterylizacja.
7. Oczyszczanie wody.
8. Stomatologia i inne zastosowania medyczne.

Krok 7: Testowanie i obwód

OBRAZ:

1. Multimetr używany do testowania diod LED.
2. Prosty obwód za pomocą diody LED.

Testowanie

Klasycznym szybkim testerem koloru, jasności i polaryzacji jest po prostu 3V litowa bateria pastylkowa (np. CR2032). Do tego oczywiście krótko dotykaj diody LED o niższym napięciu, w przeciwnym razie mogą się przegrzać!

Niektóre diody LED można przetestować, aby sprawdzić, czy działają prawidłowo, za pomocą multimetru i wykonując następujące czynności:

1. Ustaw pokrętło multimetru na funkcję „Ciągłość”.
2. Teraz podłącz anodę (+) diody LED do CZERWONEJ/dodatniej/(+) sondy multimetru i podłącz katodę (-) diody LED do CZARNEJ/ujemnej/(-) sondy multimetru.
3. Jeśli dioda LED działa, multimetr zacznie wydawać sygnał dźwiękowy. A wartość zostanie wyświetlona na ekranie multimetru. Oprócz tego dioda LED powinna się zaświecić.

*Testowanie diody LED za pomocą funkcji ciągłości multimetru zwykle nie działa, ponieważ większość multimetrów stosuje tylko niskie napięcie, poniżej 1V, do testów rezystancji i ciągłości. Jeśli tak, multimetr nie wyda ciągłego sygnału dźwiękowego; może wydać jeden krótki sygnał dźwiękowy. Wiele multimetrów ma funkcję testu diody, wskazywaną przez symbol diody, która nakłada na diodę napięcie do 2 V. To niezawodnie wskaże polaryzację wielu diod LED, ale niekoniecznie niebieskich i białych diod LED o wysokim napięciu przewodzenia.

Możesz również przetestować diodę LED i dowolny inny element za pomocą tego obwodu: - Elektroniczny tester elementów czujnika

Okrążenie

Jest to jeden z najbardziej podstawowych i wszechstronnych obwodów, jakie można znaleźć, wykorzystujący w nim diodę LED. Powodem, dla którego jest to świetny obwód na początek, jest to, że może również sprawdzić działanie innych komponentów elektronicznych lub czujników elektronicznych. Możesz również zapoznać się ze szczegółowym samouczkiem, który pomoże ci wykonać ten obwód: Elektroniczny tester komponentów czujnika

Drugie miejsce w konkursie technicznym

Druga nagroda w konkursie Naucz to! Konkurs sponsorowany przez Dremel