Smd светодиоды: типы, виды, маркировка, размеры, и их хаpaктеристика, основные технические параметры светодиодных смд ламп для внешнего освещения

Основные характеристики светодиодов

Как и любой диод, LED имеет общие, «диодные» характеристики. Предельные параметры, превышение которых ведет к выходу прибора из строя:

• максимально допустимый прямой ток;
• максимально допустимое прямое напряжение;
• максимально допустимое обратное напряжение.

Остальные характеристики носят специфический «светодиодный» характер.

Цвет свечения

Цвет свечения – этот параметр характеризует СД оптического диапазона. У осветительных приборов в большинстве случаев белый с различной световой температурой. У индикаторных может быть любым из видимой цветовой гаммы.

Длина волны

Этот параметр в определенной степени дублирует предыдущий, но с двумя оговорками:

• у приборов ИК и УФ диапазонов видимого цвета нет, поэтому для них эта характеристика единственная, характеризующая спектр излучения;
• этот параметр больше применим для светодиодов с непосредственным излучением – элементы с люминофором излучают в широкой полосе, поэтому однозначно их свечение длиной волны не охарактеризовать (какая длина волны может быть у белого цвета?).

Поэтому длина излучаемой волны – достаточно информативная цифра.

Потребляемый ток

Потребляемый ток – это рабочий ток, при котором яркость излучения оптимальна. При его небольшом превышении не происходит скорого выхода прибора из строя – и в этом его отличие от максимально допустимого. Снижение его также нежелательно – интенсивность излучения упадет.

Мощность

Потребляемая мощность – здесь все просто. На постоянном токе – это просто произведение потребляемого тока на приложенное напряжение. Путаницу в это понятие вносят производители светотехники, указывая на упаковке крупными цифрами эквивалентную мощность – мощность лампы накаливания, световой поток которой равен потоку данного светильника.

Видимый телесный угол

Видимый телесный угол проще всего представить в виде конуса, исходящего из центра источника света. Данный параметр равен углу раскрыва этого конуса. Для индикаторных светодиодов он определяет, как срабатывание сигнализации будет видно со стороны. Для осветительных элементов от него зависит световой поток.

Максимальная сила света

Максимальная сила света в технических характеристиках прибора указывается в канделах. Но на практике удобнее оказалось оперировать понятием светового потока. Световой поток (в люменах) равен произведению силы света (в канделах) на видимый телесный угол. Два светодиода с равной силой света дают разное освещение при разном угле. Чем больше угол, тем больше световой поток. Так удобнее для расчета систем освещения.

Падение напряжения

Падение напряжения при прямом токе – это напряжение, которое падает на светодиоде в открытом состоянии. Зная его, можно рассчитать напряжение, потребное, например, для открывания последовательной цепочки светоизлучающих элементов.

Watch this video on YouTube

История создания светодиода.

Она насчитывает всего чуть больше ста лет. Первое упоминание о свечении диода относится к 1907 году. Английский физик Генри Раунд заметил разноцветное излучение при течении электричества через соединения карбид кремния-металл. Такое явление получило название электролюминесценция.

Спустя почти двадцать лет в 1923 году российский ученый Олег Лосев проводил подобные эксперименты в Нижнем Новгороде. Физик обнаружил свечение на месте контакта карбида кремния и стальной проволоки. Лосев опубликовал результаты своих исследований, и обосновал, что электролюминесценция наблюдается именно на границе соприкосновения разнородных материалов. Теоретическую базу под открытие подвести не смогли, и дальнейшего развития оно не получило. Хотя Лосев предсказал использование электролюминесценции для создания маломощных и миниатюрных источников света. Физик даже придумал конструкцию светового реле, но дальше исследования не продолжились.

В 1961 году, еще через сорок лет, американские изобретатели Д. Р. Байард и Г. Питтман придумали технологию выпуска светодиодов из арсенида галлия. В 1962 году они получили патент, и начался промышленный выпуск. Однако, их led-элемент испускал инфракрасное излучение, то есть был не видим человеческому глазу.

Но в том же 1962 году американский физик Ник Холоньяк изобрел красный светодиод. В 1971 году его соотечественник Жак Панков придумал синий. А в 1972 Джордж Крафорд открыл желтый led.

Впрочем, до семидесятых годов XX века светоизлучающие диоды оставались очень дорогими. Фирма «Монсанто» первой в мире удалось организовать массовое производство led в качестве индикатора.

В семидесятых годах группе советских ученых под начальством Ж. Алферова удалось синтезировать неизвестные до этого полупроводниковые вещества. Их начали получать на предприятиях и в лабораториях. А на основе этих соединений запустили серийное изготовление светодиодов.

В 1983 году Citizen Electronics придумала и внедрила на своих предприятиях светодиоды плоской конструкции (SMD).

В девяностые годы японские ученые И. Акасаки, Х. Амано и С. Накамура придумали, как значительно удешевить производство синих led. Технологию успешно опробовала фирма Nichia с 1993 года. А с 1996 года они начали изготовление белых led-элементов, чей свет получается из сочетания красного, синего и зеленого. В дальнейшем на базе открытия японских ученых стали стремительно развиваться новые методы производства световой техники: лампочек, дисплеев с подсветкой и других приборов.

В 2003 Citizen Electronics придумали новейшую технологию производства СОВ (Chip-On-Board). Она заключается в монтаже полупроводникового элемента на подложку при помощи специального непроводящего клея.

Очевидно, что история светоизлучающих диодов только набирает обороты, а технологии становятся все более совершенными.

Для создания разных цветов потребовалось много времени.

Характеристики светодиодных лент

Мощность СДЛ напрямую зависит от типа используемых CMD диодов и плотности их размещения (установленное количество на 1 метр).

Тип светодиода	Количество светодиодов на 1 м	Потребляемая мощность 1 м ленты
SMD 3528	60 шт.	4.8 Вт
SMD 3528	120 шт.	9.6 Вт
SMD 3528	240 шт.	19.2 Вт
SMD 5050	30 шт.	7.2 Вт
SMD 5050	60 шт.	15 Вт
SMD 5050	120 шт.	25 Вт

Зная потребляемую мощность СДЛ можно выбрать мощность блока питания (БП), которая выбирается с учётом 20% запаса.

Рабочее напряжение

Светодиодные элементы работают от стабильного постоянного напряжения значением 12, 24 или 36 Вольт. Для получения такого уровня напряжения используется led-драйвер, который преобразует переменное напряжение 220 В в постоянное с необходимым уровнем рабочего напряжения.

Led драйвер на 24 В

Значение рабочего (питающего) напряжения указывается в характеристиках СДЛ. При подаче большего значения кристаллы выйдут из строя, при подаче меньшего – не загорятся или будут излучать тусклый свет.

Существует модификация СДЛ, работающей от сети 220 В. Её применение в домашних условиях не безопасно. Чаще всего такие СДЛ применяются в местах с высокой степенью защиты (например, декоративное уличное освещение).

Тип SMD светодиода

Тип диода обозначается четырьмя цифрами XXYY, где XX – длина,YY – ширина.

Например, SMD 3528 длиной 3,5 мм, ширина – 2,8 мм.

Виды SMD диодов

Подробнее о SMD-диодах можете узнать тут

Плотность установки светодиодов

Данная характеристика определяет количество кристаллов, установленных на 1 метре платы. Чем больше кристаллов, тем ярче СДЛ.

Распространены СДЛ с плотностью 30, 60 и 120 светодиодов на 1 погонный метр. Для подсветки применяют значение 30 и 60, для освещения – 60 и 120.

Плотность установки диодов

Плотность установки диодов

Цвет свечения светодиода

Цвет свечения СДЛ выбирается в зависимости от её назначения. Для локального освещения – белый цвет теплого или холодного оттенка, для дизайнерских решений – красный, синий, зеленый, желтый или многоцветная RGB лента.

Интенсивность свечения (яркость) 

Яркость СДЛ зависит от яркости каждого установленного диода, которая прямо пропорциональна его размеру. Т.е. чем больше размер кристалла, тем выше его свечение.

Характеристика	3528	5050	5630	5730-05	5730-1
Световой поток, лм	5	15	40	40	100
Мощность, Вт	0.06	0.2	0.5	0.5	1

Яркость определяется как произведение длины СДЛ (в метрах) на количество установленных светодиодов (на 1 метре) и на значение яркости одного диода.

Характеристики платы

Ширина платы подбирается с учетом места её установки, как правило, это от 8 до 10 мм для эксплуатации в стандартных каналах и домашних условиях, от 10 до 20 мм – герметичные влагозащищенные СДЛ для улицы и эксплуатации под водой.

Длина платы рассчитывается по длине поверхности, на которой будет производиться установка. В стандартных катушках выпускается от 3 до 25 метров.

Цвет выбирается исходя из её назначения: прозрачный, белый, коричневый и серый цвета.

Резка

Для достижение необходимой длины СДЛ разрезается в специальных местах не разрывая схему подачи напряжения.

Обозначение места резки

Разрез проводится в местах окончания одного из блок-участков, для каждого типа СДЛ установлена своя кратность.

Вид светодиодной ленты	Кратность резки
SMD 3528 60 LED 12V	3 светодиода — 5 см
SMD 3528 120 LED 12V	6 светодиодов — 5 см
SMD 3528 240 LED 24V	12 светодиодов — 5 см
SMD 5050 30 LED 12V	3 светодиода — 10 см
SMD 5050 60 LED 12/24V	6 светодиода — 10 см
SMD 5050 120 LED 24V	12 светодиода — 10 см

Маркировка

Маркировка СДЛ обязательно содержит информацию об источнике света, цвете свечения кристалла, вид выводов диодного чипа, размер корпуса, плотность установки led элементов, степень защиты.

Таблица маркировки светодиодных лент

Лазерные диоды

И напоследок еще об одном типе, который нельзя отнести ни к индикаторным, ни к осветительным LED, – лазерный диод. Собственно, светодиодом его можно считать с натяжкой, поскольку по технологии производства он не имеет ничего общего с обычными LED.

Лазерные диоды представляют собой особым образом обработанные полупроводниковые кристаллы, которые при подаче напряжения генерируют очень узкий пучок света. При этом образцы нового поколения позволяют получить угол расхождения луча в пределах 5-10⁰. Встречаются как модели, работающие в видимом диапазоне, так и вне его (УФ и ИК).

Широкое применение эти диоды нашли в лазерных указках, целеуказателях, DVD-приводах, оптических компьютерных мышах, линиях оптоволоконной связи.

Светодиодные ленты SMD 3528 — характеристики и виды

Конструктивно любая светодиодная лента (СЛ) представляет собой гибкую пластиковую основу с токопроводящими дорожками, на которые установлены светодиоды того или иного типа с токоограничивающими резисторами.

На фото хорошо видно, что лента разделена на группы по 3 светодиода и по одному токоограничивающему резистору – общему для всей группы. Каждая группа рассчитана на питание 12 В, и все они соединены параллельно, образуя длинную ленту.

При необходимости укоротить ленту до нужной длины мы просто отрезаем нужное количество групп (место разреза отмечено пикрограммками ножниц) и подключаем отрезок все к тем же 12 В, соблюдая полярность

Поскольку лента на фото изображена монохромной (неважно, какого цвета), то она имеет всего два пятачка для подачи напряжения: подали – все светодиоды загорелись

Если у нас лента 3528 RGB, то пятачков будет 4: один общий, трое остальных отвечают за группу светодиодов своего цвета. Сами же диоды расположены поочередно: красный, синий, зеленый, красный, синий и т. д. Подавая на соответствующий пятачок напряжение, мы можем заставить светиться только светодиоды конкретного цвета.

В зависимости от необходимой удельной мощности плотность расположения диодов на одном метре может различаться. Наиболее популярная плотность для серии SMD 3528 – 240, 120 или 60 светодиодов на метр.

Расположение светодиодов на лентах SMD3528 240, 120 и 60 led

Вполне очевидно, что создаваемый одним метром ленты первого типа световой поток будет вдвое выше светового потока второй и вчетверо выше третьей. Это необходимо учитывать при выборе ленты, перед покупкой прочитав сопроводительную документацию. Ориентироваться в выборе можно как на создаваемый одним метром ленты световой поток, так и на потребляемую метром мощность.

Степень защиты

И последняя, очень важная характеристика любой светодиодной ленты – степень ее защиты от окружающей среды.

Наиболее распространенная и бюджетная будет иметь класс IP20 (защита от проникновения предметов размерами больше 12 мм). То есть она практически не защищена ни от пыли, ни от влаги. Припаяли детальки, да так все и оставили. Вполне очевидно, что эту ленту можно использовать только в закрытых сухих помещениях или встраивать в корпус с нужным классом защиты. Отличить ее от защищенных вариантов несложно даже визуально.

Если мы собираемся организовывать подсветку, скажем, в гараже или в ванной, то придется выбрать влагозащищенную ленту, покрытую силиконом с IP65 (полная защита от пыли и струй воды с любого направления.) Подойдет она и для ландшафтной подсветки, так как может работать под дождем.

Ну и, наконец, если лента у нас будет работать в воде, скажем, подсвечивать бассейн, то должна быть в силиконовом рукаве или полностью влита в силикон. Степень защиты таких лент – IP67 (кратковременное погружение в воду на глубину 1 м) или IP68 (постоянное погружение) в зависимости от материалов и исполнения.

Об отличиях нашей ленты от SMD 5050 и лент других типов говорить смысла нет – они те же, что и у светодиодов конкретного типа. А этот вопрос мы уже разобрали.

На этом беседу о светодиодах SMD 3528 и светодиодной ленте, собранной на базе этих полупроводников, можно закончить. Теперь мы знаем их характеристики и всегда сможем выбрать подходящие для наших целей.

0%

Для каких целей ты собираешь конструкцию?

Локальное освещение

Дежурный свет

Декоративная белая подсветка.

Декоративная цветная подсветка.

Общее освещение.

Какое питание будет у конструкции?

Батарейки

От сети 220В.

Бортовая сеть автомобиля

Аккумулятор достаточно большой емкости

Миниатюрные аккумуляторы

Устройство светодиода.

Led-диод состоит из полупроводникового кристалла, который закреплен на подложке, корпуса с контактами и оптической системы.

Устройства индикаторных (DIP), плоских (SMD) и СОВ элементов различаются снаружи. 

Конструктивное устройство DIP.

DIР-светодиод в разрезе.

В основании прибора монтируются контакты. Кристалл (один или несколько) закреплен на катоде. К кристаллу присоединяется проволока. Она соединяет полупроводники с анодом. Это необходимо для группировки двух проводников с различными типами проводимости. Сверху led-элемент герметично покрывается линзой. Корпус устройства изготавливается в виде цилиндра из эпоксидной смолы, край которого обрезан со стороны катода. Монтаж led-элемента происходит путем пайки длинных выводов.

Конструктивное устройство SMD.

SMD-светодиод в разрезе.

Корпус изготавливается параллелепипедом. Его основа – теплоотвод от кристалла. На  нее монтируется полупроводниковый элемент. Контактный провод соединяет его с анодом. Контакты выполняются плоскими. Сверху элемент герметично накрывается линзой.

Конструктивное устройство СОВ.

COB-технология – новейшее направление в производстве.

Такие светоизлучающие диоды имеют в основании теплопроводящую подложку (обычно алюминиевую). На нее непроводящим клеем закрепляют полупроводниковые кристаллы, которые объединены по последовательно-параллельной схеме. Сверху все покрывается люминофором.

Такой тип led легко монтируется, выдает хороший световой поток и не искажает цвета. Востребованы в производстве небольших, ярких прожекторов и декоративной подсветки. В отличие от DIP и SMD способны работать при повышенных температурах. Но из-за своего устройства имеют меньший срок эксплуатации по сравнению.

Если на одной подложке смонтировано множество кристаллов, то такой led-элемент называется светодиодной матрицей.

Конструктивное устройство PCB Star.

Состоит из одного большого кристалла, который монтируется на алюминиевую подложку в форме звезды. За счет увеличенной площади кристалла повышается мощность светодиода. Упрощается его фокусировка. Поэтому РCB Star востребованы в производстве ярких источников света: от фонариков до прожекторов.

Индикаторные LED

Индикаторные светодиоды, в свою очередь, можно разбить на несколько групп.

DIP светодиоды

Светодиоды этого типа представляют собой светоизлучающий кристалл в выводном корпусе, часто с выпуклой линзой. Типы корпусов: цилиндрические, диаметром 3, 4, 5, 8, 10… мм, и прямоугольные.

Выпускаются в очень широком диапазоне цветов – вплоть до ИК и УФ диапазонов. Могут быть как одноцветными, так и многоцветными (когда в одном корпусе сосредоточено несколько кристаллов разных цветов), — например, RGB.

Одним из недостатков этих LED можно отметить невысокий угол рассеяния светового потока: обычно не более 60⁰.

Super Flux “Piranha”

Конструктивно светодиоды Пиранья представляют собой сверхъяркие светодиоды в прямоугольном корпусе с четырьмя выводами. Такая конструкция позволяет надежно закрепить светодиод на плате.

Доступные разновидности: красный, зеленый, синий и три белых (различаются температурой свечения). Выпускаются в корпусах с линзой (3 и 5 мм) и без нее. Угол рассеяния варьируется в пределах от 40⁰ до 120⁰.

Область применения Piranha – подсветка автомобильных приборов, дневных ходовых огней, рекламных вывесок и т.д.

Straw Hat

Наряду с Piranha, большим углом рассеяния светового потока обладают светодиоды типа Straw Hat («соломенная шляпа»). Внешне они напоминают обычные цилиндрические двухвыводныне LED, но с меньшей высотой и увеличенным радиусом линзы, за что и получили свое название.

Излучающий кристалл в этих светодиодах расположен ближе к передней стенке линзы (не забудьте почитать про назначение линзы для светодиода), благодаря чему достигается угол рассеяния порядка 100-140⁰.

Выпускаются красные, синие, зеленые, желтые и белые LED. Благодаря способности создавать ненаправленное излучение, могут использоваться в декоративных целях, в качестве замены ламп аварийной тревоги и других местах, где требуется равномерная подсветка с низким энергопотреблением.

SMD светодиоды

Кроме выводных LED, выпускаются светодиоды типа SMD. Сюда следует отнести сверхъяркие цветные и белые светодиоды мощностью около 0.1 Вт в корпусе для поверхностного монтажа. Размеры корпусов обычно стандартные для любых элементов типа SMD: 0603, 0805, 1210 и т.д., где маркировка обозначает длину и ширину в сотых долях дюйма или в миллиметрах. При этом существуют как разновидности с выпуклой линзой, так и без нее.

Благодаря простоте монтажа, на основе этих LED выпускаются светодиодные ленты. Например, широкую известность в этой области приобрел светодиод Cree SMD 3528.

Принцип работы светодиода

Несмотря на рассмотренные технологические особенности, работа всех светодиодов базируется на общем принципе действия излучающего элемента. Преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разным типом проводимости. Материал с n­-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с p-проводимостью – дырками. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности.

Вообще, данное физическое явление применимо ко всем полупроводниковым диодам. Но в большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Чтобы заставить элементарную частицу двигаться в диапазоне 400-700 нм ученым пришлось провести немало экспериментов с подбором подходящих химических элементов. В результате появились новые соединения: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы, каждая из которых характеризуется своей длиной волны, а значит, и цветом излучения.

Кроме полезного света, испускаемого светодиодом, на p-n-переходе выделяется некоторое количество теплоты, которая снижает эффективность полупроводникового прибора. Поэтому в конструкции мощных светодиодов должна быть продумана возможность реализации эффективного отвода тепла.

Сколько вольт имеет прямое напряжение светодиода

Если изучить стандартную вольт-амперную характеристику светодиода, можно заметить на ней несколько характерных точек:

1. В точке 1 p-n переход начинает открываться. Через него начинает идти ток и LED начинает светиться.
2. При увеличении напряжения ток достигает рабочего значения (в данном случае 20 мА), и в точке 2 напряжение является рабочим для данного LED, яркость свечения становится оптимальной.
3. При дальнейшем увеличении напряжения ток растет, и в точке 3 достигает своего максимально допустимого значения. После этого он быстро выходит из строя, а кривая ВАХ растет только теоретически (штриховой участок).

Надо заметить, что после окончания перегиба и выхода на линейный участок ВАХ имеет большую крутизну, что ведет к двум последствиям:

• при увеличении тока (например, при неисправности драйвера или отсутствии балластного резистора) напряжение растет слабо, поэтому можно говорить о постоянном падении напряжения на p-n переходе, независимо от рабочего тока (эффект стабилизации);
• при небольшом увеличении напряжения ток растет быстро.

Степень защиты

Степень защиты ленты обозначается двумя латинскими буквами — «IP» и двумя цифрами после них.

ленты без защиты — IP20

Она не защищена от влаги, брызг и очень слабо защищена от механических воздействий. Открыты места пайки, контакты и т.д. Некоторые производители прописывают в документах IP33, но это также можно отнести к изделиям без защиты.

При попадании влаги на такую ленту может произойти замыкание и она перегорит.

ленты с защитой IP65 или IP54

На нее с верхней стороны нанесен защитный состав. Среди специалистов ее называют — лента в силиконе. На самом деле это не силикон, а эпоксидное покрытие. 

Эта светодиодная лента боится морозов, потому что ее защита при отрицательных температурах просто дубеет и становится жесткой и хрупкой.

ленты с защитой IP67

Это уже вполне герметичное изделие. Такую ленту можно монтировать даже на улице. Она помещена в силиконовый чехол и не боится влаги и дождя.

максимальная защита IP68

Такая лента укладывается в П-образный силиконовый профиль и сверху заливается эпоксидным составом. Она способна выдержать даже помещение в воду. Часто применяется для подсветки в фонтанах или в ванной.

Ознакомившись со всеми характеристиками при следующем походе в магазин на вопрос продавца: «Какую вам светодиодную ленту нужно?» вы должны смело и со знанием дела ответить:

Принцип работы и устройство светодиодной ленты

Светодиодная лента – источник света, который представляет собой плату с равноудаленными друг от друга светодиодами. Основание ленты изготовлено из диэлектрического материала толщиной от 0,2 до 0,5 мм, на нем располагаются токопроводящие дорожки и площадки. На эти монтажные площадки на ленте устанавливаются светодиоды и резисторы для ограничения тока. Главным элементом, который выполняет полезную работу по излучению света, является светодиод. Принцип его работы основан на электронно-дырочном переходе при пропускании через светодиод электрического тока в прямом направлении.

Для работы лента подсоединяется к специальному трансформатору, который понижает напряжение с 220В до 12-36В. Она может быть сделана во влагозащитном исполнении или без такового и может иметь специальный самоклеящийся слой для быстрого монтажа.

Принцип работы.

Кристалл состоит из полупроводниковых материалов, которые расположены слоями. Свечение появляется после протекания электричества между границами их соприкосновения. В одном полупроводнике (n) преобладают электроны (отрицательные частицы), а в другом (p) –  ионы – дырки (положительные частицы). Полупроводниковые соединения способны пропускать электричество только  от p -слоя к n -слою, т.е. в одну сторону.

Схема появления излучения.

Под воздействием электричества электроны из n-слоя и дырки из р-слоя начинают двигаться к р-n-переходу. Происходит рекомбинация дырки и электрона — между р-n-границей протекает ток. Электроны переходят на низший энергетический уровень, с высоких орбиталей на более низкие. Освобождается энергия, которая  излучается в виде фотонов.

Описанный процесс протекает во всех полупроводниковых диодах. Но длина волны фотона не всегда находится в заметном человеческому глазу спектре. Для появления видимости необходимо движение элементарных частиц в определенном интервале: от 400 до 700 нм. Это достигается подбором определенных химических веществ. У каждого есть особая длина волны и цвет излучения.

Самые удачные материалы получаются из соединений типа AIIIBV и AIIBVI где II, III, V и VI – валентности элементов. Например, уже упоминавшийся арсенид галлия, фосфат индия или селенид цинка  и теллурид кадмия. Подобные соединения называют прямозонными. Возможно получение разнообразных  по свечению светодиодов: от ультрафиолетовых до инфракрасных.

К другой группе относятся непрямозонные полупроводники. Это карбид кремния, сам кремний, германий и другие. Диоды из них свет светят очень неярко. Впрочем, научные работы по использованию таких веществ продолжаются. Основные поиски решения ведутся в области технологий квантовых точек и фотонных кристаллов.

Кроме света при p-n-переходе освобождается еще и тепло. Для его отвода необходим теплоотвод (часто в этой роли выступает корпус изделия) или радиатор.

Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод — самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода.
Основная его функция — это проводить электрический ток в одном направлении,
и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.

На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction).
Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод.
Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.

Диод в состоянии покоя

Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя.
То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.

Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы.
В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки.
В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков,
возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.

Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки.
В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах.
В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия
(стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.

Обратное включение диода

Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении.
Подключим источник питания — плюс к катоду, минус к аноду.

В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода.
Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода.
В результате, плотность вещества у электродов повышается.
В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.

Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток.
При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.

Прямое включение диода

Меняем полярность источника питания — плюс к аноду, минус к катоду.
В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания.
Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь,
положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам.
PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью,
между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода.
Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P.
Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона).
Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.

Чтобы не возникло путаницы, напомню,
что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.

Недостатки реального полупроводникового диода

На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток,
измеряемый в микро, или наноамперах ( в зависимости от модели прибора ).
В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде.
В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении.
Такое напряжение называется напряжение пробоя.
Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.

При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения Vϒ,
для того чтобы диод начал хорошо проводить ток.
Для кремниевых приборов Vϒ — это примерно 0.7V, а для германиевых — около 0.3V.
Более подробно об этом, и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода пойдет речь в статье ВАХ полупроводникового диода.

Сравнение SMD светодиодов

Применение
SMD диодов повсеместно. Эти
относительно маломощные светодиоды
являются основой лампочек общего освещения, индикаторных панелей и систем
аварийного освещения. Наибольшей популярностью пользуются светодиодные ленты на
СМД диодах. Существуют и их вариации в виде модулей и
линеек, где используются планарные
светодиоды.

Определить тип и размер
корпусов SMD диодов можно по
маркировке, цифры которой обозначают ширину и длину. Новые модификации
конструируются на группах, состоящих из четырёх равных по мощности светодиодов
разных цветов – «G+R+W+B». Это увеличивает светоотдачу и расширяет
световые оттенки, поэтому такой тип
светодиодов самый яркий.

Классификация
светодиодов по типоразмерам следующая:

Маркировка SMD	3528	5630	3014	5050	5730-05	5730-1	2835
Световой поток, Лм	5	40	8	15	40	100	25
Мощность, Вт	0,06	0,5	0,07	0,2	0,5	1	0,2
Температура,оС	до 65	до 80	до 65	до 65	до 80	до 80	до 65
Ток, мА	20	150	30	60	150	30	60
Напряжение, А	3,3	3,3	3,3	3,3	3,4	3,4	3,4
Габариты, мм	3,5х2,8	5,3х3	3х1,4	5х5	4,8х3	4,8х3	2,8х3,5

Таблица включает усреднённые технические характеристики, которые показывают лучшие светодиоды с белым светом. Самые мощные лампы холодного и
тёплого белого света обладают меньшим световым потоком и, имея равную яркость светодиодов, дают лучшее
освещение, чем цветные.

Обратите внимание! Светоотдача тёплых тонов может быть на 10% меньше той, что отражают маркировка и характеристики, а холодных – на 10% больше, поэтому они самые энергоэффективные. Реальные
технические характеристики и качество светодиодов в значительной
степени определяет марка светодиодов,
причём колебания могут доходить до 15%

Качественные
светодиоды выпускают крупные японские, европейские и китайские бренды. Бюджетные же
устройства неизвестных китайских
производителей, занесённые в каталог,
обычно очень слабые, и вместо заявленных 0,5 Ватт могут выдавать 0,15 или даже
0,09

Реальные
технические характеристики и качество светодиодов в значительной
степени определяет марка светодиодов,
причём колебания могут доходить до 15%. Качественные
светодиоды выпускают крупные японские, европейские и китайские бренды. Бюджетные же
устройства неизвестных китайских
производителей, занесённые в каталог,
обычно очень слабые, и вместо заявленных 0,5 Ватт могут выдавать 0,15 или даже
0,09.

Такие
низкие показатели мощности объясняются тем, что внутри корпуса смонтирован
кристалл меньшего размера. Это характерно для низкокачественной китайской
продукции. Поэтому, самостоятельно проектируя источник питания, стоит
стремиться к реальным показателям тока в нагрузке, равным около 95% от
заявленного. При небольшой недогрузке можно увеличить рабочий ресурс даже для
устройств, где используются не самые лучшие
светодиоды.

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.