Позначення світлодіоду на схемі

Світлодіод (Light Emitting Diode, LED) – це напівпровідниковий діод, здатний випромінювати світло, коли до нього додана напруга у прямому напрямку. По суті, це діод, що перетворює електричну енергію на світлову. Залежно від матеріалу з якого виготовлений світлодіод, він може випромінювати світло різної довжини хвилі (різного кольору) та мати різні електричні характеристики.

Світлодіоди застосовуються в багатьох сферах нашого життя як засоби відображення візуальної інформації. Наприклад, у вигляді одиночних випромінювачів або у вигляді конструкцій з кількох світлодіодів – семисегментних індикаторів, світлодіодних матриць, кластерів тощо. Також останніми роками світлодіоди активно займають сегмент освітлювальних приладів. Їх використовують в автомобільних фарах, ліхтарях, світильниках та люстрах.

На електричних схемах світлодіод позначається символом діода із двома стрілками. Стрілки спрямовані від діода, що символізує світлове випромінювання. Не плутай із фотодіодом, у якого стрілки направлені до нього.

На вітчизняних схемах буквене позначення одиночного світлодіода – HL.

Стандартний одноколірний світлодіод має два висновки – це анод та катод. Визначити який із висновків є анодом, можна візуально. У світлодіодів з дротяними висновками анод зазвичай довший за катод.

У SMD світлодіодів висновки однакові, але на звороті зазвичай є маркування у вигляді трикутника або подібності букви T. Анодом є висновок, до якого звернена одна сторона трикутника або верхня частина букви Т.

Якщо не виходить визначити візуально де якісь висновки, можна продзвонити світлодіод. Для цього потрібно джерело живлення або адаптер, здатний даватинапруга близько 5 Вольт. Підключаємо будь-який висновок світлодіода до мінусу джерела, а другий підключаємо до плюсової клеми джерела через опір 200 – 300 Ом. Якщо світлодіод правильно підключений, він засвітиться. В іншому випадку змінюємо висновки подекуди і повторюємо процедуру.

Можна обійтися без резистора, якщо не підключати плюсову клему джерела живлення, а швидко "черкнути" їй виведення світлодіода. Але взагалі подавати велику напругу на світлодіод, не обмежуючи при цьому струм, не можна – він може вийти з ладу!

Напруга світлодіода

Світлодіод випромінює світло, якщо до нього прикласти напругу в прямому напрямку: до анода - плюс, а до катода - мінус.

Мінімальна напруга, при якій світлодіод починає світитися, залежить від його матеріалу. У таблиці нижче наведено значення напруги світлодіодів при тестовому струмі 20 мА і кольори, які вони випромінюють. Ці дані я взяв із каталогу світлодіодів фірми Vishay, різних даташитів та Вікіпедії.

Найбільша напруга потрібна для блакитних та білих світлодіодів, а найменша для інфрачервоних та червоних.

У наведеній таблиці дано приблизні значення напруги світлодіода. Зазвичай цього достатньо, щоб увімкнути його. Точну величину прямої напруги конкретного світлодіода можна дізнатись у його датасіті в розділі Electrical Characteristics. Там зазначено номінальне значення прямої напруги за заданого струму світлодіода. Наприклад заглянемо в даташит на червоний SMD світлодіод фірми Kingbright.

Вольт-амперна характеристика світлодіода

Вольт-амперна характеристика світлодіода показує взаємозв'язок між прикладеною напругою та струмом світлодіода. На малюнку нижче показана пряма галузь характеристики з того ж таки даташита.

Якщо світлодіод підключити до джерела живлення (до анода +, до катода -) і з нуля поступово підвищувати на ньому напругу, то струм світлодіода змінюватиметься згідно з цим графіком. По ньому видно, що після проходження точки "загину", струм через світлодіод різко зростатиме при невеликих змінах напруги. Це якраз та причина, через яку світлодіод не можна підключати до будь-якого джерела живлення без резистора, на відміну від лампочки розжарювання.

Чим вищий струм, тим яскравіше світиться світлодіод. Однак підвищувати струм світлодіода до нескінченності, звісно, не можна. При великому струмі світлодіод перегріється та згорить. До речі, якщо відразу подати на світлодіод високу напругу, він навіть може шльопнути, як слабенька петарда!

Інші характеристики світлодіода

Які ще характеристики світлодіода цікаві з погляду практичного використання?

Максимальна потужність розсіювання, максимальні значення постійного та імпульсного прямих струмів та максимальна зворотна напруга. Ці характеристики показують граничні значення напруги та струмів, які не варто перевищувати. Вони описані в датасіті в розділі Absolute Maximum Ratings.

Якщо прикласти до світлодіода напругу у зворотному напрямку, світлодіод не засвітиться, та й взагалі може вийти з ладу. Справа в тому, що при зворотній напрузі може наступити пробій, в результаті якого зворотний струм світлодіода різко зросте. І якщо потужність (зворотний струм * на зворотну напругу), що виділяється на світлодіоді, перевищить допустиму - він згорить. У деяких даташитах додатково наводиться і зворотна гілка вольт-амперної характеристики, з якої видно, при якій напрузі настає пробій.

Інтенсивність випромінювання (сила світла)

Грубо кажучи, це характеристика, що визначає яскравість світла світлодіода при заданому тестовому струмі (зазвичай 20 мА). Позначається - Iv, а вимірюється мікроканделах (mcd). Чим яскравіший світлодіод, тим вище значення Iv. Наукове визначення сили світла є у вікіпедії.

Також цікавий графік залежності відносної інтенсивності випромінювання світлодіода від прямого струму. У деяких світлодіодів, наприклад, зі збільшенням струму інтенсивність випромінювання зростає дедалі менше. На малюнку наведено кілька прикладів.

Спектральна характеристика

Вона визначає в якому діапазоні довжин хвиль випромінює світлодіод, грубо кажучи колір випромінювання. Зазвичай наводиться пікове значення довжини хвилі та графік залежності інтенсивності випромінювання світлодіода від довжини хвилі. Я рідко дивлюся ці дані. Знаю, наприклад, що світлодіод червоний і мені цього достатньо.

Кліматичні характеристики

Вони визначають діапазон робочих температур світлодіода та залежності параметрів світлодіода (прямого струму та інтенсивності випромінювання) від температури. Якщо світлодіод планується використовувати за високих або низьких температур, варто звернути увагу і на ці характеристики.

Як працює світлодіод?

Матеріал статті розрахований на електронників-початківців, а тому я навмисно не торкаюся фізики роботи світлодіода. Усвідомлення того, що світлодіод випромінює фотони в результаті рекомбінації носіїв заряду в p-n переході, не несе ніякої корисної інформації для практичного використання світлодіодів. Та й не лише для використання, а й для розуміння в принципі.

Однак, якщо вам хочеться покопатися в цій темі, то даю напрям, куди рити – Пасинков В.В, Чиркін Л.К. "Напівпровідниковіприлади" або Зі.С "Фізика напівпровідникових приладів". Це вузівські підручники - там все по-дорослому.

Про підключення світлодіодів у наступному матеріалі.

Поділився статтею – отримав світлодіодний промінь добра!