Основной характеристикой диода является его способность пропускать ток только в одном направлении. Это главная функция диода, однако диоды имеют разнообразные вариации, и для некоторых из них однонаправленная проводимость не является ключевой особенностью. Если уместно, можно изучить, как обозначается светодиод на схемах.
Вот, например, Светодиод.
Обозначение светодиода
Практически тот же диод, и проводимость у него односторонняя, но при пропускании прямого тока он светится. И это уже его основная функция. И так, светодиод, это диод, который при пропускании через него прямого тока излучает свет.
Светодиоды мы встречаем часто, — индикаторы у различной аппаратуры, бывают светодиодные фонарики, ёлочные гирлянды, рекламные табло, осветительные лампы и даже светофоры.
Рис. 1. Как выглядит обычный индикаторный светодиод, обозначение на схемах.
На рисунке 1 показано как выглядит обычный индикаторный светодиод. Конечно больше он похож на лампочку с двумя проволочными выводами. Но! У этой «лампочки» есть анод и катод, и горит она только если анод подключен к плюсу источника питания, а катод к минусу (анодный вывод обычно длиннее катодного).
Но и это еще не все! В отличие от лампочки светодиод нельзя подключать непосредственно к источнику питания, а только через токоограничительный резистор. Поскольку светодиод все же диод, он имеет довольно низкое прямое сопротивление и диодную характеристику.
То есть, существует такая странная вещь, как Падение прямого напряжения на диоде. Так вот, в отличие от номинального напряжения лампочки, здесь зависимость тока от напряжения работает совсем не по Закону Ома. То есть, хорошо пропускать ток в прямом направлении диод начинает только тогда, когда напряжение на нем больше некоторого значения.
И при этом, ток резко возрастает, что может привести к повреждению диода или светодиода. Поэтому, если вы подключите светодиод прямо к батарейке (без токоограничительного резистора), то очень высока вероятность того, что светодиод перегорит.
Подключение светодиода
На рисунке 2 показано как обычно подключают светодиод. Здесь взят светодиод с напряжением падения 1,6V (Un). Батарейка на 4,5V, поэтому чтобы не сжечь светодиод последовательно ему включен резистор R1, на котором падает избыток напряжения (4,5 -1,6 = 2,9V).
Рис. 2. Схема подключения светодиода через гасящий резистор.
Теперь попробуем рассчитать сопротивление резистора R1. Допустим, номинальный ток через светодиод 10mA, напряжение падения 1,6V, напряжение источника питания 4,5V. То есть, сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы на нем падало 2,9V, и был ток 10mA (0,01 А).
Переходим к Закону Ома: R= U/I = 2,9 / 0,01 = 290 Ом. То есть, вполне нормально будет поставить R1 сопротивлением 300 Ом. Бывают светодиоды разных цветов, — красные, зеленые, желтые, синие, белые. Еще конечно различаются по яркости света, по напряжению падения, по току.
Что такое двухцветный светодиод
Интересная вещь — двухцветный светодиод. Практически это два светодиода в одном корпусе. Бывают они с двумя и с тремя выводами (рис. 3).
Рис. 3. Светодиоды с двумя и тремя выводами, обозначения на схемах.
Двухвыводный двухцветный светодиод представляет собой два светодиода разных цветов (обычно, красный и зеленый), включенных встречно-параллельно.
Подключение двухцветных светодиодов
Цвет свечения такого светодиода зависит от направления тока через него. Это показано на рисунке 4.
Рис. 4. Цвет свечения двухцветного светодиода зависит от направления тока через него.
Трехвыводные двухцветные светодиоды тоже содержат в одном корпусе два светодиода (красный и зеленый), но у них один общий вывод от катода (или анода), а аноды (или катоды) выведены на разные выводы (рис.5). Фактически такие светодиоды трехцветные.
На рисунке 5 показано как переключаются цвета трехвыводного светодиода с общим катодом, — если включен S1 то горит один цвет, например, красный. Если включен S2 — горит другой цвет, например, зеленый. Ну, а если включить оба S1 и S2 то будут гореть оба цвета, что даст желтый цвет.
Рис. 5. Схема подключения трехвыводного двухцветного светодиода.
Мигающий светодиод
Кроме светодиодов постоянного свечения, существуют и мигающие. Одноцветный мигающий светодиод это почти то же, что обычный одноцветный, но в нем есть электронный прерыватель тока, который периодически выключает светодиод. Поэтому он мигает. Существуют двух, трех и многоцветные мигающие светодиоды.
Внутри такого светодиода есть несколько разноцветных светодиодов, и схема электронного переключателя, которая их поочередно переключает.
Выглядит одно- или многоцветный мигающий светодиод как обычный, — прозрачный корпус и два вывода. Подключать его тоже нужно через токоограничительный резистор.
Любопытно то, что во время мигания, в промежутках когда мигающий светодиод гаснет ток через него резко снижается. Поэтому мигающие светодиоды иногда используют как генераторы импульсов. На одних схемах мигающий светодиод обозначают как обычный, на других в его обозначение вводят символ выключателя (рис. 6).
Рис. 6. Обозначение на схемах и подключение мигающего светодиода.
Мигающий светодиод может служить не только индикатором, но и ключом для прерывания тока. Например, для того чтобы мигала гирлянда из нескольких светодиодов.
Если гирлянда состоит из нескольких последовательно включенных светодиодов, то чтобы она замигала достаточно чтобы один из этих светодиодов был мигающим. На рисунке 7 показана схема оригинального сигнального устройства для легкового автомобиля.
Рис. 7. Схема сигнального устройства на светодиодах для легкового автомобиля.
Это стояночное сигнальное устройство, оно потребляет незначительный ток от автомобильного аккумулятора. Состоит гирлянда из четыех светодиодов, которые нужно установить в фары автомобиля. Свечение светодиодов ночью очень заметно, особенно если они мигают.
Поэтому автомобиль, припаркованный в темном дворе перестает быть «невидимкой» для других машин или прохожих. И риск случайного повреждения машины снижается.
В схеме на рисунке 7 мигающий светодиод один — HL2. Остальные обычные. Так как включены последовательно мигают все. Светодиоды НL1, HL3, HL4 — любое индикаторные, красные, HL2 — любой мигающий красный.
Другие светодиоды, токоограничительный резистор
Сейчас уже ноябрь, и возникает необходимость в подготовке к новогодним торжествам. Вот здесь и могут помочь светодиоды. Лампы накаливания, конечно, тоже заслуживают уважения, как заслуженные ветераны новогодних торжеств.
Но светодиоды по многим характеристикам выгоднее и лучше ламп накаливания, особенно если дело касается не только освещения, но декоративного украшения новогодней ёлки.
Светодиоды бывают разные, на ёлке наиболее эффектно будут выглядеть сверхяркие разных цветов. Такими светодиодами можно украсить не только маленькую настольную ёлку, но полноразмерную. Они бывают красные, желтые, белые, синие, зеленые, оранжевые.
Еще бывают мигающие, причем, есть такие мигающие, которые мигают двумя или тремя разными цветами. Выглядит это очень интересно, в отличие от лампы накаливания, которая менять свой цвет не может
Но перед началом мастерить гирлянды следует усвоить некоторые отличия светодиодов от ламп накаливания. А связаны эти отличия с тем, что светодиоды, это, по сути дела, диоды, только такие, которые светятся при пропускании через них прямого тока.
В отличие от лампы накаливания светодиод полярная вещь, — у него есть анод (плюс) и катод (минус). Кроме того, вольт-амперная характеристика у светодиода как у диода, то есть, при возрастании прямого напряжения больше напряжения падения на диоде, очень сильно увеличивается ток. Вообще, это выглядит как борьба двух «упрямцев» — источника питания и светодиода.
Светодиод стремится понизить напряжение источника до своего номинального прямого напряжения, а источник стремится повысить напряжение падения на светодиоде до напряжения на своем выходе.
Чаще всего этот «поединок» проигрывает светодиод. Поэтому, если светодиод подключить к источнику тока непосредственно, его можно испортить. Вот поэтому последовательно со светодиодом включают токоограничительные резисторы (рис.8).
Резистор служит демпфером между этими «упрямцами», и каждый из них остается при своем напряжении.
Рис. 8. Как подключить токоограничительный резистор к светодиоду, схема.
Чтобы рассчитать токоограничительный резистор для светодиода, воспользуйтесь формулами и калькулятор из статьи — Расчёт резистора для светодиода, формулы и калькулятор.
Гирлянда на светодиодах
На рисунке 9 показана гирлянда из восьми светодиодов. Номинальное напряжение падения на каждом около 2V. Резистор R1 ограничивает ток.
А питаться гирлянда может от источника напряжением 20-25V. Чтобы гирлянда мигала достаточно чтобы одни из светодиодов был мигающим. HL1 во время мигания прерывает ток в цепи, поэтому одновременно с ним мигают и остальные семь светодиодов.
Рис. 9. Схема самодельной гирлянды из восьми светодиодов.
На рисунке 10 показана гирлянда состоящая из практически неограниченного числа светодиодов. Здесь светодиоды включены параллельно (через токоограничительные резисторы). Это значит, что каждый из них живет своею собственной жизнью и на работу остальных не влияет.
Здесь можно использовать самые разные светодиоды, — разных цветов, мигающие и немигающие. При этом, немигающие будут гореть ровно, а мигающие будут мигать.
Можно поставить двух или трехцветные мигающие, — они будут переливаться разными цветами. В общем, гирлянда будет вся сверкать, переливаться… очень красиво. И чем разнообразнее светодиоды, тем красивее.
Рис. 10. Схема гирлянды, состоящей из практически неограниченного числа светодиодов.
Однако, нужно учитывать и мощность источника питания. Если при резисторах сопротивлением по 510 Ом и напряжении источника питания 12V (а можно от 6 до 18V), ток через каждый светодиод будет где-то около 0.02А.
То есть, если светодиодов десять, то ток 0.2А, а если эта гирлянда из ста светодиодов, то ток, соответственно, будет целых 2 А. Поэтому выбирайте источник, который способен выдать необходимый ток. Например, сетевой адаптер от ноутбука дает ЗА, а источник питания игровой приставки «Денди» только 0,3 А (300 мА).
Так что блок от «Денди» может питать только 15 светодиодов. Впрочем, сопротивления резисторов можно увеличить. Тогда ток снизится (согласно закону Ома), но и яркость свечения светодиодов тоже снизится.
Но число светодиодов можно увеличить и не увеличивая ток. На рисунке 11 показана гирлянда вроде той, что на рисунке 10. Но в ней светодиоды включены по три последовательно.
Такая гирлянда может питаться напряжением 9-18V, потребляя ток всего около 0,02А на каждую тройку светодиодов. Таким образом, число светодиодов увеличивается втрое, при том же потреблении тока. При этом чтобы тройка светодиодов мигала, достаточно чтобы в ней был один мигающий светодиод.
Рис. 11. Схема светодиодной гирлянды, в которой светодиоды включены по три последовательно.
В каждой ветви (рис. 11) может быть светодиодов и больше и меньше трех. Важно то, чтобы суммарное напряжение падения светодиодов было как минимум на 10% меньше напряжения источника питания, в противном случае, светодиоды гореть не будут либо будут гореть очень слабо.
Сопротивление гасящего резистора, включенного последовательно светодиоду или светодиодам нужно выбирать таким, чтобы сила тока через светодиод была не более допустимого для него значения, но такой, чтобы свечение было достаточно ярким.
Рассчитать гасящее сопротивление для цепи со светодиодами можно по формуле:
R = (U — Uc) /1, где U — напряжение питания.
Uc — суммарное напряжение падения последовательно включенных светодиодов, I -сила тока.
Например, напряжение питания 12V, последовательно включены три светодиода, с напряжениями падения 1,9V, 2,4V и 2,1V. Требуется сила тока через светодиоды 17мА.
Считаем Uc = 1,9 + 2,4 + 2,1 = 6,4V. Затем вычисляем R = (12 — 6,4) / 0,017 = 329,4 Ом, то есть, нужен резистор на 330 Ом.
В этой формуле разность (U — Uc) не должна быть отрицательной или равной нулю. То есть, напряжение питания всегда должно быть больше напряжения падения на светодиодах.
Однако нужно учесть и то, что если в цепи есть мигающий светодиод, то напряжение питания не должно быть больше максимально допустимого для мигающего светодиода, находящегося в выключенном состоянии.
К сожалению, этот параметр не всегда приводится в справочниках, но подавляющее большинство мигающих светодиодов нормально переносят прямое напряжение до 30V в выключенном состоянии. А вот при большем напряжении некоторые выходят из строя.
Детали
В приведенных здесь схемах можно использовать практически любые светодиоды. Желательно сверхяркие. Мигающие светодиоды, включенные в последовательных цепях должны быть одноцветными.
Двух или трехцветный мигающий светодиод скорее не мигает, а переключает свои цвета, и существенных импульсов в цепи не создает, поэтому включенные последовательно с ним немигающие светодиоды мигать не будут. В лучшем случае их свечение будет только подрагивать.
У всех новых светодиодов (не выпаянных из плат) анод обозначен более длинным выводом. А короткий — катод. У выпаянных назначение выводов нужно проверять мультиметром (так как прозванивают обычные диоды).
Андреев С. РК-11-2018.
Почему светодиоды не гаснут до конца?
Светодиоды могут не гаснуть до конца, потому что у них есть некоторое время задержки перед полным выключением. Это связано с особенностями работы светодиодов и схемы управления ими.
Светодиоды являются полупроводниковыми элементами, которые включаются и выключаются путем изменения напряжения на них. Однако, когда напряжение на светодиоде снижается до некоторого порогового значения, светодиод не гаснет сразу, а продолжает светиться слабым светом. Это явление называется свечением насыщения.
Кроме того, схема управления светодиодами также может влиять на то, насколько быстро светодиод гаснет. Некоторые схемы используют плавное изменение напряжения на светодиодах, чтобы достичь более плавного и мягкого перехода от яркого свечения к полному выключению. В результате этого светодиоды могут не гаснуть до конца, а оставаться слабо светящимися еще некоторое время после того, как они должны были бы выключиться.
Таким образом, некоторое свечение насыщения или небольшая задержка перед полным выключением светодиодов являются нормальными явлениями и не указывают на неполадки в работе светодиодов или их управляющих схем.
Видео. Подключение светодиода. Как рассчитать резистор для светодиода
