Полярность светодиода: как определить где плюс, где минус, различаются ли анод и катод (длинная и короткая ножки) диода smd и прочих визуально, обозначение на схеме

Сферы применения

Проще перечислить те сферы нашей жизни, где smd-светодиодов нет, чем те, где они используются. Белые диоды можно встретить:

• в тактических и карманных фонариках;
• в автомобильных лампах;
• в бытовых лампочках различной мощности;
• в декоративной внутренней и наружной подсветке.

Разноцветные RGB и RGBW применяются не менее широко:

• в вывесках, дорожных знаках, светофорах, указателях, рекламе;
• в лампах освещения, с изменяемой цветовой температурой;
• в ландшафтном дизайне;
• в декоративной внутренней и наружной подсветке;
• в приборах индикации.

Примеры использования smd светодиодов

Вот вкратце и все о smd светодиодах. Теперь ты знаешь, почему они так называются, какими бывают и где используются.

В настоящее время светодиоды обрели широкую популярность. При этом четко разделить их по мощности, яркости свечения, области применения, форм-фактору и другим параметрам не представляется возможным, поскольку у каждого производителя своя классификация. Тем не менее, различные виды светодиодов можно объединить в классы по некоторым характерным признакам.

Подключение светодиода.

Самым простым случаем подключения светодиода является подключение с резистором. Последний необходим для токоограничения, чтобы исключить перегорание led при скачках напряжения.

При подключении led-элементов по любой схеме не забывайте придерживаться полярности! Иначе полупроводниковый прибор не будет светить и перегорит.

Электрическая схема соединения светодиода (LED) и резистора (R).

При соединении нескольких светоизлучающих диодов возможны разные варианты их соединения.

Последовательное подключение.

Схема последовательного соединения.

Элементы соединяются последовательно с учетом полярности. В цепи значение тока   постоянно, а напряжение на led-элементах суммируется.

Параллельное соединение.

Схема параллельного соединения светодиодов через один резистор.

В этом случае постоянным в цепи сохраняется напряжение, а силы тока на элементах складываются. У данного типа соединения есть недостаток. На разных светодиодах может быть неодинаковое падение напряжения. Поэтому ток на каком-нибудь элементе может превысить допустимый, что приведет к поломке.

Во избежание этого следует подключать к каждой параллельной цепи свой резистор.

Схема параллельного подключения.

Параллельно-последовательное соединение.

При подключении большого количества светодиодов стоит использовать параллельно-последовательную электрическую схему. При этом в параллельных ветках напряжение одинаковое.

Электрическая схема параллельно-последовательного соединения.

Индикаторные и осветительные LED

Чтобы яснее представлять, какие бывают светодиоды, их можно разделить на две большие группы: индикаторные и осветительные.

Индикаторные используются в основном в целях цветовой индикации, а также при подсветке дисплеев, приборных панелей и других приборов. То есть это светодиоды сравнительно небольшой мощности (до 0.2 Вт) с умеренной яркостью.

Осветительные LED используются при освещении помещений в составе светодиодных ламп и лент, в автомобильных фарах и везде, где требуется получить высокую интенсивность свечения. Мощность таких светодиодов может достигать десятков ватт.

Как узнать какой светодиод стоит в лампе

Самый простой вариант – если лампа полностью исправна. В этом случае надо просто измерить падение напряжения на любом из элементов. Если при подаче питания один или несколько элементов не светят (или все), надо идти другим путем.

Если лампа построена по схеме с драйвером, то на драйвере указано выходное напряжение в виде верхнего и нижнего пределов. Это связано с тем, что драйвер стабилизирует ток. Для этого ему надо изменять напряжение в определенных границах. Фактическое напряжение придется измерить мультиметром и убедиться, что оно в норме. Далее визуально (по дорожкам печатной платы) определить количество параллельных цепочек светодиодов в матрице и количество элементов в цепочке. Напряжение драйвера нужно разделить на число последовательно соединенных элементов. Если напряжение на драйвере не обозначено, то его можно лишь замерить по факту.

Драйвер на рабочий ток 300 мА и выходное напряжение 45-64 В.

Если светильник построен по схеме с балластным резистором и его сопротивление известно (или его можно измерить), то напряжение светодиода можно определить расчетным способом. Для этого надо знать рабочий ток. В этом случае надо рассчитать:

• падение напряжения на резисторе – Uрезистора=Iраб*Rрезистора;
• падение напряжения на цепочке LED – Uled=Uпитания – Uрезистора;
• разделить Uled на количество приборов в цепочке.

Если Iраб неизвестен, его можно принять равным 20-25 мА (схема с резистором применяется для маломощных фонарей). Точность будет приемлема для практических целей.

Конструкция

Светодиод — это полупроводниковый элемент, по конструкции схожий с диодом. При прохождение через светодиод тока создается видимое глазу оптическое излучение. Данная деталь состоит из:

1. Анода, через который подается положительный заряд.
2. Катода, через который подается отрицательный заряд.
3. Отражателя световых потоков.
4. Излучающего полупроводникового чипа или кристалла.
5. Рассеивателя свечения.

Для ламп любых форм эта стандартная конструкция. Для достижения яркости, производители только увеличивают число слоев или количество кристаллов. Эти значения прямо влияют на мощность.

Альтернативное определение вольтажа

Первым шагом для расчета потребления энергии светодиодами является определение напряжения светодиода. Если нет мультиметра под рукой, можно изучить данные производителя и найти паспортное U светодиодного блока. В качестве альтернативы можно оценить U, основываясь на цвете светодиодов, например, напряжение питания белого светодиода 3,5 В.

После того, как замерено напряжение светодиода, определяют ток. Его можно измерить непосредственно с помощью мультиметра. Данные завода- изготовителя дают приблизительную оценку тока. После этого можно очень быстро и легко вычислить энергопотребление светодиодов. Чтобы рассчитать потребление энергии светодиодом, просто умножают U светодиода (в вольтах) на ток светодиода (в амперах).

Результат, измеренный в ваттах — это мощность, которую используют светодиоды. Например, если светодиод имеет U 3,6 и ток 20 миллиампер, он будет использовать 72 милливатт энергии. В зависимости от размера и масштаба проекта показания напряжения и тока могут измеряться в меньших или больших единицах, чем базовый ток или ватт. Может потребоваться преобразования единиц. При выполнении этих расчетов помнят, что 1000 милливатт равно одному ватту, а 1000 миллиампер равно одному амперу.

Преимущества

За небольшое количество времени сверхяркие и другие диоды стали довольно популярными и востребованными в различных сферах. Причина же скрывается именно в преимуществах, которые сейчас рассмотрим.

• Изделия энергоэффективные. Среди всех имеющихся источников света данный вид считается максимально экономичным. Как правило, использование диодов позволяет снизить запросы на электричество до 80 %. Светодиод сверхяркий белый потребляет больше всего по сравнению с остальными.
• Продукт способен долго работать, не требуя особенного обслуживания или профилактического осмотра.
• Диод не сильно избирателен, что касается температурного режима. Поэтому использовать его можно в любых условиях.
• Если необходим источник света, который защищен от попадания влаги и способен выдерживать удары, то среди сверхярких диодов есть такие модели.
• При работе изделие не нагревается. Единственное, за чем необходимо следить – блок питания. Именно он принимает всю нагрузку на себя и нагревается.

Тепловой контроль

Поиск оптимальной мощности для системы поможет узнать больше о контроле тепла, который понадобится для надежной работы ЛЭД, поскольку светодиоды выделяют тепло, которое может быть очень опасным для устройства. Слишком много тепла заставит светодиоды производить меньше света, а также сокращают время эксплуатации. Для светодиода с напряжением питания 1 вт мощности рекомендуется искать радиатор с параметрами 3 квадратных дюйма для каждого ватта светодиодов.

В настоящее время светодиодная промышленность растет довольно быстрыми темпами и важно знать разницу в светодиодах. Это общий вопрос, поскольку изделия могут варьироваться от очень дешевых до дорогих

Нужно быть осторожными в покупке дешевых светодиодов, так как они и могут работать отлично, но, как правило, не работают долго и быстро горят из-за плохих параметров. При изготовлении светодиодов производитель указывает в паспортах характеристики со средними значениями. По этой причине покупатели не всегда знают точные характеристики светодиодов по световому потоку, цвету и прямому напряжению.

Что такое RGB-светодиод

Обычные светоизлучающие полупроводниковые приборы имеют один p-n переход в одном корпусе, либо представляют собой матрицу из нескольких одинаковых переходов (COB-технология). Это позволяет в каждый момент времени получить один цвет свечения – непосредственно от рекомбинации основных носителей или от вторичного свечения люминофора. Вторая технология дала разработчикам широкие возможности в выборе цвета свечения, но менять окраску излучения в процессе эксплуатации прибор не может.

RGB светодиод содержит в одном корпусе три p-n перехода с разным цветом свечения:

• красным (Red);
• зеленым (Green);
• синим (Blue).

Аббревиатура из английских названий каждого цвета и дала название этому типу LED.

Светодиоды малой мощности

Так же их называют индикаторными. Их смело можно назвать самым распространенным видом светодиодов. Они небольшого размера (2-20 миллиметров в диаметре). Индикаторными их называют по самому частому применению – вы наверняка их видели практически во всей бытовой технике. Практически все белые маломощные светодиоды обладают параметрами 20МА 3,2 вольт. То есть его мощность – 0,06ватт. Так же к этому виду светодиодов относят светодиоды поверхностного монтажа или SMD – светодиоды. Это светодиоды, которые подсвечивают экраны, кнопки и т.п. Так же из них делают светодиодные ленты, часто используемые для декорирования помещений. Ленты бывают либо SMD 3528, либо 5050. SMD 3528 делается как раз из таких индикаторных светодиодов. А вот SMD 5050 сделаны из соединенных по трое светодиодов. Их мощность – в районе 0,2 ватта.

Принцип работы светодиодов

Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.

При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны.

Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия:

ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света;

полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.

Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.

Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).

Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.

Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.

Основные параметры светодиодов

Перед тем, как
рассматривать особенности существующих конструкций, следует ознакомиться с
основными характеристиками приборов:

1. Светоотдача, или эффективность (Лм/Вт). Является отношением светового потока к используемой мощности. Эта величина высчитывается перед тем, как определить применимость диодов для различных осветительных систем. Модели 2020 года обладают показателями 120-140 Лм/Вт, то есть в несколько раз больше, чем у ламп накаливания.
2. Цветовая температура (Кельвины). Применяется в следующих диапазонах:

• 2500-3000 К – тёплый белый свет (WW);
• 4000-5000 К – нейтральный белый свет (NW);
• 6500-95000 К – холодный белый свет (CW).

Обратите внимание! Нейтральный свет диодов считается оптимальным для офисной работы, так как подсвечиваемые предметы имеют наибольшую чёткость. Также выделяют цветные (синий, красный, жёлтый, зелёный) и RGB световые диоды

Также выделяют цветные (синий, красный, жёлтый, зелёный) и RGB световые диоды.

3. Мощность светодиода (Вт, мА). Необходима для выбора подходящего источника питания. Диоды бывают:

• малой мощности – менее 0,5 Вт (20-60 мА);
• средней мощности – от 0,5 до 3 Вт (100-700 мА);
• большой мощности – более чем
  3 ватта (от 1000 мА).

Обратите внимание! Чтобы продлить срок службы блока питания, его необходимо выбирать с запасом в 15-20%, превышающим реальную мощность светодиода. 4

Угол свечения (градусы). Обычно составляет 120-140о, для индикаторных – 15-45о

4. Угол свечения (градусы). Обычно составляет 120-140о, для индикаторных – 15-45о.

5. Ресурс, или деградация (часы). Определяет длительность эксплуатации. На ресурс влияют:

• токовая деградация, когда через световые
  диоды пропускается избыточная сила тока;
• температурная
  деградация, возникающая при некачественном отводе электронной энергии.

Обратите внимание! Чтобы лучшие светодиоды прослужили заявленное количество часов, температура в точке пайки должна быть не более 65оС

Мощные светодиоды

Условно можно поделить на:

• Брендовые (фирмы CREE, Nichia, Osram и другие…)
• Китайские

Что касается брендовых, они всем хороши, кроме, пожалуй, завышенной цены. Зато приобретая такие светодиоды, вы будете уверены в их качестве, к тому же все показатели, в том числе и мощность, указаны в инструкции. Так же нужно учитывать, что подобные компании выпускают светодиоды для заводской сборки. Вручную это тоже можно сделать, но будет гораздо сложнее. Китайские светодиоды обладают гораздо большим ассортиментом. Но при всем многообразии китайские светодиоды грешат отклонениями от стандартов (точнее одних стандартов просто нет), и невысоким качеством. Обычный светодиод китайского производства обладает мощностью примерно в 2,6 ватта. Так же выпускают светодиоды с увеличенным кристаллом.

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

Напряжение питания устройств на светодиодах

Независимо от яркости и мощности модуля, все они собираются из светодиодных матриц, которые рассчитаны на питание 3,3В. Для мощных модулей используют различные комбинации соединения с питанием от 12В до 24В. Это необходимая мера для уменьшения нагрузки по току.

Рассмотрим следующую ситуацию:

Необходим источник света мощностью 50Вт. Для его создания потребуется пятьдесят одноваттных модулей. Если все их подключить параллельно, напряжение питания составит лишь 3,3 В, но сила тока в цепи будет достигать 50 х 0,3А = 15 Ампер. Это очень-очень много.

Все электроприборы в квартире при одновременном включении редко требуют больше 10-15 Ампер. Большая сила тока приводит к значительному тепловыделению через проводники, и что бы запитать такой агрегат понадобился бы силовой многожильный медный кабель толщиной в палец.

Для снижения тока в цепи светодиодные модули соединяют последовательно. В классической схеме подключения, рассмотренное выше устройство будет состоять из восьми каскадов, состоящих из шести последовательно включённых светодиодов с напряжением питания 24В. Тогда мощность нагрузки составит лишь 8 х 0,3А = 2,4 А. А это уже ненамного больше мощности обыкновенной зарядки для мобильного телефона.

С помощью техдокументации

Другие способы определения выводов можно поискать в техдокументации на элементы – в справочниках или онлайн-источниках. Для этого как минимум необходимо знать тип светодиода или его производителя. В документации может содержаться информация о габаритах и цоколевке прибора.

Но даже если данных сведений в спецификации не найдется, напрасно усилия не пропадут. Техдокументация может стать источником информации о предельных параметрах электронного прибора. Эти знания помогут правильно выбрать режим работы, а также не допустить выхода светодиода из строя при проверке расположения выводов.

Обозначение и цветовая маркировка

У каждого производителя собственная маркировка светодиодов. Например, в обозначении светодиода – LED-WW-SMD5050 его буквенные и цифровые элементы имеют расшифровку:

• LED – светодиод;
• WW – цвет свечения Warm White – белый теплый 2700-3500 K;
• SMD – корпус для поверхностного монтажа;
• – размеры корпуса в десятых долях миллиметра – 5,0×5,0.

Варианты аббревиатур оттенков белого света:

• DW – Day White – белый дневной (4000-5000 K);
• W – White, белый чистый (6000-8000 K);
• CW или WC – Cool White – белый холодный (8000-10 000 K);
• WSC – White Super Cool – белый суперхолодный , цветовая температура 15 000 К с характерным синеватым оттенком;
• NW – Neutral White – нейтральный белый – 5000 K.

Графическое и буквенное изображение на схеме

Анод, он же плюс светодиода на электрических схемах изображается треугольником. Катод (минус) — поперечной черточкой.

Внешний вид светодиода АЛ307 и его обозначение на чертежах и схемах.

Часто используемым сокращением является латинская аббревиатура HL

Устройство светодиода

 Состоит он из:

– чипа – полупроводникового кристалла;

– электродов (катода и анода),

– тонкого проволочного контакта, соединяющего анод (в некоторым конструкциях также и катод) с чипом (полупроводниковым кристаллом),

– подложки, на которой размещен сам чип (полупроводниковый кристалл);

– корпуса, оснащенного контактными выводами;

– оптической системы.

Оптическое излучение возникает в результате прохождения прямого электрического тока через кристалл, а излучаемый цвет зависит от материала (химического состава), из которого тот изготовлен, а также возможного включения в состав чипа (кристалла) различных добавок. Большинство светодиодов имеет один полупроводниковый кристалл, но существуют диоды с двумя и более чипами. Такие приборы изготавливаются, если требуется увеличить их мощность или получить разноцветное свечение.

Обычно светодиод подключается к электрической сети через резистор, устанавливаемый на вводе.

Резистор предохраняет светодиод от скачков напряжения и высокой силы тока. В случае отсутствия резистора светодиод может перегореть.

Светодиоды типа SMD

Такие элементы имеют более широкое назначение, что связано с основными характеристиками. Принцип работы светодиодов данного типа позволяет организовывать освещение различных форматов. Полупроводниковые приборы с фиксированной печатной платой имеют компактные габариты, благодаря чему они могут использоваться даже в самых маленьких светильниках.

Базовая часть корпуса, на которую фиксируется кристалл, обладает высокой теплопроводностью, поэтому отвод тепла производится эффективно. Обычно между линзой и основным элементом укладывается слой люминофора, предоставляющий возможность нейтрализовать ультрафиолет, а также задать определенную цветовую температуру. В изделиях с рассеянным излучением линза не устанавливается. Сам элемент по форме напоминает параллелепипед.