Jak určit napájecí napětí LED diod? Odpověď

Navzdory skutečnosti, že elektrickým parametrem č. 1 pro LED je jmenovitý proud, je často pro výpočty nutné znát napětí na jejích svorkách. Termín „napětí LED“ se týká rozdílu potenciálu na přechodu pn v otevřeném stavu. Je to referenční parametr a spolu s dalšími charakteristikami je uveden v pasu pro polovodičové zařízení. 3, 9 nebo 12 voltů. Často narazíte na exempláře, o kterých se nic neví. Jak tedy zjistíte úbytek napětí na LED?

Teoretická metoda

Výborným vodítkem je v tomto případě barva záře, vnější tvar a velikost polovodičové součástky. Pokud je pouzdro LED vyrobeno z průhledné směsi, pak jeho barva zůstává záhadou, kterou vám pomůže vyřešit multimetr. Chcete-li to provést, otočte spínač digitálního testeru do polohy „check for break“ a dotkněte se svorek LED jednu po druhé sondami. Zdravý prvek v dopředném zkreslení bude vykazovat mírnou záři z krystalu. Můžeme tedy učinit závěr nejen o barvě záře, ale také o výkonu polovodičového zařízení. Existují další způsoby testování emitujících diod, které jsou podrobně popsány v tomto článku.

Světelné diody různých barev jsou vyrobeny z různých polovodičových materiálů. Právě chemické složení polovodiče do značné míry určuje napájecí napětí LED, přesněji úbytek napětí na pn přechodu. Vzhledem k tomu, že se při výrobě krystalů používají desítky chemických sloučenin, neexistuje přesné napětí pro všechny LED stejné barvy. Existuje však určitý rozsah hodnot, které často postačují k provedení předběžných výpočtů prvků elektronického obvodu. Na jedné straně velikost a vzhled pouzdra neovlivňují propustné napětí LED. Ale na druhou stranu. přes čočku vidíte počet emitujících krystalů, které lze zapojit do série. Fosforová vrstva v SMD LED může skrývat celý řetězec krystalů. Pozoruhodným příkladem jsou miniaturní vícečipové LED od Cree, jejichž úbytek napětí je často výrazně nad 3 volty.

V posledních letech se objevují bílé SMD LED, jejichž pouzdro obsahuje 3 krystaly zapojené do série. Často je lze nalézt v čínských 220 voltových LED lampách. Přirozeně nebude možné ověřit použitelnost LED krystalů v takové lampě pomocí multimetru. Standardní baterie testeru produkuje 9 V a minimální reakční napětí tříkrystalové diody emitující bílé světlo je 9,6 V. Existuje také dvoukrystalová modifikace s prahem odezvy 6 voltů.

Všechny technické vlastnosti LED můžete zjistit z internetu. Chcete-li to provést, musíte si stáhnout datový list pro model, který má podobný vzhled, nutně se stejnou barvou záře, zkontrolovat rozměry pasu se skutečnými a zapsat jmenovité hodnoty poklesu proudu a napětí. Je třeba mít na paměti, že tato technika je velmi přibližná, protože ve stejném pouzdře lze vyrábět 20 mA a 150 mA LED s rozptylem napětí až 0,5 voltu.

praktická metoda

Nejpřesnější údaje o propustném poklesu napětí na LED lze získat praktickým měřením. K tomu budete potřebovat nastavitelný zdroj stejnosměrného proudu (PSU) s napětím od 0 do 12 voltů, voltmetr nebo multimetr a odpor 510 Ohm (je možné více). Laboratorní obvod pro testování je znázorněn na obrázku. Všechno je zde jednoduché: odpor omezuje proud a voltmetr monitoruje propustné napětí LED. Plynule zvyšujte napětí ze zdroje energie a sledujte nárůst hodnot na voltmetru. Když je dosaženo prahu spouštění, LED začne vydávat světlo. V určitém okamžiku jas dosáhne nominální hodnoty a hodnoty voltmetru se přestanou prudce zvyšovat. To znamená, že pn přechod je otevřený a další zvýšení napětí z výstupu napájecího zdroje bude aplikováno pouze na rezistor.

Aktuální údaj na obrazovce bude jmenovité dopředné napětí LED. Pokud budete pokračovat ve zvyšování napájení obvodu, zvýší se pouze proud procházející polovodičem a potenciální rozdíl v něm se nezmění o více než 0,1-0,2 voltu. Nadměrný proud povede k přehřátí krystalu a elektrickému zhroucení pn přechodu.

Pokud je provozní napětí na LED nastaveno na přibližně 1,9 voltu, ale nedochází k žádnému žhavení, lze infračervenou diodu vyzkoušet. Chcete-li to ověřit, musíte směrovat tok záření do zapnuté kamery telefonu. Na obrazovce by se měla objevit bílá skvrna.

Při absenci regulovaného napájení lze použít 9V „korunku“ Při měření lze použít i 3 nebo 9V síťový adaptér, který vytváří usměrněné stabilizované napětí a přepočítávat hodnotu rezistoru.

Nemám moc rád vzorce. Jako každý normální člověk :) Bolí mě z nich hlava a mám chuť něco hodit na zeď. Celý život jsem se jim snažil vyhýbat. A fungovalo to. Pak jsem se ale začal zajímat o LED diody a uvědomil jsem si – není úniku. Abyste dosáhli požadovaného výsledku – musíte pochopit – jak to funguje. Krůček po krůčku, krok za krokem, jsem se začal prodírat džunglí lumenů, kandel, steradiánů. Postupně se mi v hlavě začal tvořit jakýsi obraz. A zároveň litovat – proč mi to nikdo nedokázal vysvětlit jednoduchým, srozumitelným jazykem? Tolik ztraceného času. Pokusím se vás ušetřit bolesti hlavy a co nejjasněji vysvětlit – co je LED dioda a jak funguje. No a zároveň vysvětlím pár zákonů optiky

Článek je věnován těm, kteří si lámou hlavu s watty-kandelami-lumeny-luxy. A obecně s LED diodami. Napsal pokročilý konvička pro začínající konvičky

Běžná LED

Ať to kroutíte jak chcete, nejdříve se budete muset dotknout zákonů běžné elektřiny. Samozřejmě na ilustrativních příkladech :) Všichni víme, co je 220 voltů – je to něco, co vás může pořádně zasáhnout, pokud nedodržíte opatření. Když si koupíte elektrický spotřebič, například žehličku – v pasu je uvedeno, pro jaké napětí je určen. Obvykle je to 220 voltů. Ale ve stejném pasu jsou uvedeny i tyto parametry – střídavé napětí s frekvencí 50 hertzů. Proč vám výrobci tvrdohlavě uvádějí tyto parametry?

Vezměte si jakýkoli technický list elektrického spotřebiče a podívejte se – píše se v něm, že napájecí napětí by mělo být ~ 220 voltů, 50 Hz. Pojďme zjistit, jaké to je. Symbol „~“ znamená, že napětí by mělo být střídavé. Například v palubní síti automobilu je napětí konstantní. A konstantní je i v prstové baterii. Rozdíl je jednoduchý – konstantní napětí má plus a mínus – střídavé napětí ne. A proč ne? Je to velmi jednoduché. V síti se střídavým napětím si plus a mínus neustále mění místa. Stejný kontakt je někdy plus, někdy mínus. Jak často? A proto existuje další hodnota – 50 Hz.

Co je to Hz? Je to jedna oscilace za sekundu. To znamená, že v naší domácí síti se plus a mínus mění padesátkrát za sekundu. A teď – jaké je praktické využití těchto znalostí, jak se vztahují k LED?

Pojďme na to přijít. Řekněme, že máte v rukou žárovku na 220 voltů a 100 wattů. Pokud ji zapojíte do elektrické sítě, rozsvítí se všemi svými sto wattů. Ale co když těchto 100 wattů nepotřebujeme? Ale potřebujeme třeba 50? S tím nám pomůže DIODA.

Pokud rozdělíme slovo „LED“ na jeho složky, dostaneme „světlo“ a „dioda“. Tedy jde o běžnou diodu, která zároveň svítí.

Dioda je zařízení, které se nejlépe přirovnává například k ventilku nebo niplu v pneumatice auta. Můžete tam napumpovat vzduch, ale nipl ho ven nepustí. Běžná dioda vypadá jako černý sud se dvěma vývody – plus a mínus. To můžeme použít pro praktické experimenty, které mnoha lidem pomáhají upevnit si látku. Samozřejmě je nebezpečné začínat experimenty hned s 220 volty, ale s patřičnou opatrností se nic hrozného nestane. Veškeré experimenty však provádíte na vlastní nebezpečí

Budeme potřebovat žárovku do ledničky na 220 V, 15 W. Musíte pro ni najít vhodnou objímku a vytáhnout z ní dva dráty. Pak budeme potřebovat jakoukoli diodu, kterou lze získat například z vadné televize nebo magnetofonu. Čím větší, tím lépe. Nemusíte brát moc malé – koneckonců je to 220 voltů. Vedle ní je obvykle symbol ve tvaru trojúhelníku.

Dále budeme potřebovat napájecí kabel se zástrčkou, nějaké dráty a páječku. Pro začátek jednoduše zapojte žárovku do sítě a pamatujte si, jak svítí. Poté ji odpojte a sestavte obvod podle schématu vlevo.

Nezapomeňte pečlivě izolovat všechna spojení izolační páskou. Zapojte ji do objímky. Jak vidíte, žárovka svítí mnohem hůř. To není překvapivé – nyní dostává pouze polovinu potřebného napětí – dioda neumožňuje druhé. Pokud byl váš experiment úspěšný a dioda je dostatečně velká – nyní můžete kteroukoli ze svých žárovek udělat prakticky věčnou.

Například máte na chodbě 50wattovou lampu, která neustále zhasíná. Vezměte si 100wattovou, zapněte ji přes diodu – bude svítit jako 50wattová, ale nezhasne. Je tu však jedna nuance – dioda musí být dimenzována na 220 V a proud alespoň jeden ampér. Nejlepší je koupit ji v obchodě s rádiovými součástkami.

No, jelikož jsme si ujasnili, co je dioda, dává smysl přejít k tématu, které nás zajímá – LED. LED, jak je nyní jasné, má také plus a mínus. To znamená, že pro svůj provoz je potřeba zdroj konstantního napětí – baterie, baterie, napájecí zdroj. Napájecí zdroj by měl uvádět, že produkuje konstantní napětí (DC). Obvykle je na krytu jednotky nálepka s tímto obsahem.

Vstup – ~220V 50HZ,

výstup – 12v, 0,5 A DC

To znamená, že taková jednotka může produkovat konstantní napětí 12 voltů a proud 0,5 ampéru.

Všimněte si, že nabíječka mobilního telefonu je také napájecí zdroj. Obvykle má parametry 5-6 voltů, 0,2-0,5 A. Často je velmi vhodné jej použít k napájení LED, protože nabíječka stabilizuje proud. Ale o tom později, v následujících článcích.

Záleží nám na dvou parametrech – provozním napětí LED diody a proudu. Provoznímu napětí LED diody se také říká „úbytek napětí“. V podstatě tento termín znamená, že po LED diodě bude napětí v obvodu menší o velikost tohoto úbytku. To znamená, že pokud napájíme LED diodu s úbytkem napětí 3 volty, spotřebuje tyto tři volty a zařízení zapojené za ní ve stejném obvodu dostane o 3 volty méně. Nejdůležitější je ale pochopit, že LED diodě záleží na proudu, nikoli na napětí. Bude odebírat tolik napětí, kolik potřebuje, ale proudu – tolik, kolik jí dáte. To znamená, že pokud váš zdroj napájení dokáže dodat 10 ampérů, LED dioda bude odebírat proud, dokud se nevypálí. Logika je zde jednoduchá – připojená LED dioda spotřebovává proud a začíná se zahřívat. Čím více se zahřívá, tím více proudu jí může protékat – od tepla se roztahuje. Spolu s proudem roste i úbytek napětí na diodě. A tak dále, dokud se úplně nevypálí – proud nikdo neomezil. A to je nutné provést pomocí omezovacího prvku.

Všimněte si, že pokud má napájecí zdroj výstupní napětí rovné provoznímu napětí LED, není třeba omezovat proud. Čili pokud máte např. bílou LED a 3,6voltovou baterii z mobilu, můžete ji připojit přímo k této baterii a LED nic neudělá. Klidně by urval další proud – ale není tam dostatečné napětí. Baterie mobilního telefonu 3,6 V je tedy ideálním zdrojem energie pro experimentování s bílými a modrými LED diodami. Proč jen s nimi? Více v dalších článcích.

Obecně musíme k LED diodě zapojit jakýsi odbočovač a nastavit ho na požadovanou hodnotu. Jako takový odbočovač mohou fungovat různá zařízení. Nejjednodušší z nich je rezistor.

Optické aspekty použití LED

Předpokládejme, že jsme se naučili, jak zapojit LED a omezit její proud. Vyvstává otázka – jak jasně svítí? Zde se budeme muset trochu ponořit do optiky.

Mezi vlastnostmi LED diod, zejména těch výkonných, se často uvádí typ rozložení světla. Obvykle se jedná o tzv. Lambertovskou LED. Dále ji budeme považovat za nejběžnější. Co tento termín znamená? „Lambertovská“ LED dioda svítí rovnoměrně do všech směrů bez ohledu na směr. Pokud by LED dioda byla koule, svítila by rovnoměrně do všech směrů – to je podstata Lambertova diagramu. Abychom si to ujasnili – slunce je Lambertovský zdroj.

Standardní provedení LED diody je krystal, tenká destička, která září. Podívejte se do průhledného okénka LED diody – a uvidíte tento krystal. Vedou k němu tenké kontaktní dráty. Pokud zapojíte svou fantazii, můžete si světlo vycházející z LED diody představit jako kulovitý oblak visící nad ní. Světlo jsou malé částice zvané fotony. To znamená, že nad LED diodou visí koule naplněná fotony. A čím více světla LED dioda vyzařuje, čím větší je koule, tím dále fotony letí, tlačí se a posouvají se navzájem. Většina z nich letí vzhůru kolmo k rovině krystalu, takže maximální intenzita světla LED diod je 90 stupňů vzhledem k rovině krystalu. Doufám, že vám nyní diagramy poskytované výrobci LED diod byly jasnější Abychom to zcela objasnili, podívejme se na příklad.

Předpokládejme, že existuje LED dioda, na jejímž vrcholu visí světelná koule o průměru 1 metru, kterou vyzařuje (dobrá LED dioda! :)).

Spodní stupnice je procento tohoto metru, horní je stupeň záření. Podle tohoto diagramu je nejvíce fotonů v horním bodě se stupněm 0 a dosahem 1 metr. Vypadá to divně, ale tak to je. Začne to vypadat méně divně, pokud si vzpomenete, že světlo je vlnění, ne nadarmo se pro charakteristiky uvádí vlnová délka. Proto si naši světelnou sféru lze představit jako elektromagnetické pole s určitou hustotou. Ale to už je džungle – pojďme dál

Úhel polovičního jasu

Výrobce obvykle uvádí takový parametr, jako je dvojnásobný úhel polovičního jasu. Co tento termín znamená? Jak jsme zjistili, LED dioda dává maximální světlo uprostřed a nahoře, tj. úhel je nulový. Čím dále od středu, tím méně světla. Úhel polovičního jasu je, když při „0“ stupních LED dioda dává 100 konvenčních jednotek světla a například při 30 stupních (vzhledem k ose „0“) – 50. úhel polovičního jasu Na obrázku je I svítivost, Imax je maximální svítivost. ImaxCos je polovina svítivosti. Proč „dvojnásobný“ – vynásobíme stupně dvěma, LED dioda svítí symetricky. Výsledkem je pěkný rovnoramenný trojúhelník světla. Světlo je také mimo tento trojúhelník, máme světelnou kouli, ale výchozím bodem pro charakteristiku LED diody je poloviční úhel.

Candela

Nyní můžeme zvážit, co je Candela. Candela je starým způsobem „svíčka“. Pamatujete, jak se říkávalo – lustr nebo lampa se stovkou svíček? Za starých časů bylo potřeba nějakého referenčního bodu. Dohodli jsme se, že vezmeme svíčku požadované tloušťky, zapálíme ji a budeme ji považovat za standard, stejnou kandelu. V dnešní době už samozřejmě uvažují jinak. Nebudu podrobně vysvětlovat jak, to je nad rámec článku. Jednoduše existuje jednotka pro měření intenzity světla a jmenuje se Candela. Jeho hlavním rysem je použití směrových zdrojů pro měření intenzity světla. Proto se u 5mm LED uvádějí hodnoty v kandelách, přesněji milikandelách (1 cd = 1000 mcd).

Je čas zjistit, jak se 5mm LED diody nebo jakékoli jiné v plastovém pouzdře liší od výkonných.

Designové vlastnosti 5mm indikačních LED

Jak již bylo zmíněno výše, LED dioda je krystal vyzařující světlo. Podívejme se na konstrukci LED diody v 5mm plastovém pouzdře. Při bližším zkoumání najdeme dvě důležité věci – čočku a reflektor. Krystal LED diody je umístěn v reflektoru. Tento reflektor nastavuje počáteční úhel rozptylu. Poté světlo prochází pouzdrem z epoxidové pryskyřice. Dosáhne čočky – a zde se začne rozptylovat do stran pod úhlem závislým na konstrukci čočky. V praxi – od 5 do 160 stupňů.

Candela se používá k označení svítivosti takových LED diod. Směrové LED diody vyzařují světlo v určitém prostorovém úhlu. Abychom pochopili, co je prostorový úhel, stačí si představit následující obrázek. Vezmete baterku, zapnete ji a umístíte ji do kbelíku na samotné dno, poté zavřete víko. Světlo uvnitř má tedy tvar kužele ve tvaru našeho kbelíku. Tento kužel, omezený víkem, je prostorový úhel.

Pokusím se vysvětlit význam rozložení světla jednodušším způsobem. Řekněme, že svítivost naší baterky je 1 kandela, tj. 1000 mikrokandel (abychom to obrazněji vystihli, můžeme mikrokandely považovat za fotony :)). Pokud budeme pokračovat v analogii, máme plný kbelík mikrokandel. Objem kbelíku lze v případě potřeby vypočítat – vítejte v geometrii Pokud tedy vezmeme dvakrát větší kbelík, mikrokandely budou v něm rovnoměrně rozloženy, tj. nebudou v něm žádné další Ve všech těchto vysvětleních najdete odpověď na posvátnou otázku – kolik LED diod je potřeba k nahrazení stowattové žárovky. Více o tom níže.

Designové vlastnosti vysoce výkonných LED

Na rozdíl od indikačních LED nejsou ty výkonné pouze zařízením, ale také marketingovým produktem. Dnes mezi velkými výrobci probíhá skutečný závod o lumeny – kdo jich má víc? A nikoho nezajímá, že tyto lumeny je stále potřeba aplikovat. Jdeme popořadě.

Hlavním rozdílem mezi vysoce výkonnou LED a indikační LED v její čisté podobě je minimalizace jakýchkoli překážek pro světlo opouštějící pouzdro LED. Proto mají vysoce výkonné LED diody Lambertův diagram. K čemu to v praxi vede? Zapnete LED a dostanete nad ní pěknou malou kouli světla. A co dělat dál? Jak mohou osvětlit povrch, který potřebujete? Musíte použít jinou optiku nebo reflektory, což nevyhnutelně vede ke ztrátám, a tedy k poklesu světelného toku. Pokud jste tedy po zakoupení výkonné LED nezískali dobrou optiku, navíc navrženou speciálně pro její design, radujte se brzy – bolest hlavy je stále před námi.

Dostat lumeny, které potřebujete, na povrch, který chcete osvětlit, není snadný úkol.

Lumen

Jak jste již pochopili, kandely nejsou vhodné pro posouzení svítivosti výkonných LED diod. K tomu existují lumeny – to je celkové množství světla, které LED dioda dokáže vydat při zapojení se specifikovanými hodnotami proudu a napětí. Pamatujete si analogii s kbelíkem s ohněm? Hodí se i zde. Předpokládejme, že pokud má LED dioda svítivost 100 lumenů, pak i náš kbelík bude obsahovat 100 lumenů.

Běžná žárovka o výkonu 100 W je také Lambertův zdroj. Průměrný světelný výkon této žárovky je 10-15 lumenů na watt. To znamená, že žárovka o výkonu 100 W nám dá řekněme 1000 lumenů. Takže k nahrazení žárovky o výkonu 100 W LED diodami potřebujete 10 kusů po 100 lumenech. Je to tak jednoduché? Bohužel ne. Blížíme se k pojmu LUX.

Luxus

Lux je poměr počtu lumenů a osvětlené plochy. 1 lux je 1 lumen na metr čtvereční. Řekněme, že máme čtvercovou plochu o ploše jednoho metru. Celá je rovnoměrně osvětlena žárovkou umístěnou v určité vzdálenosti svisle shora. Výrobce deklaroval pro tuto žárovku osvětlení 100 luxů. Vezmeme-li přístroj, který měří intenzitu světla, a změříme-li ji v libovolném bodě našeho čtverce, měli bychom dostat 100 lumenů. Pokud ano, výrobce nás neoklamal.

• Základy elektrotechniky pro PC moddery
• Profese likvidátor pojistných událostí
• Víme, co je ANODA?

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Pomoci začínajícím elektrikářům

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli: