Что такое инфракрасный светодиод и как его проверить?

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

Срок службы

Период эксплуатации прибора из трех кристаллов определяется временем наработки на отказ самого недолговечного элемента. В данном случае он у всех трех p-n переходов примерно одинаковый. Производители заявляют срок службы RGB-элементов на уровне 25 000-30 000 часов

Но к этой цифре надо относиться осторожно. Заявленное время жизни эквивалентно непрерывной работе в течение 3-4 лет

Вряд ли кто-то из производителей проводил ресурсные испытания (да еще в различных тепловых и электрических режимах) в течение столь долгого периода. За это время появляются новые технологии, испытания надо начинать заново – и так до бесконечности. Гораздо более информативен гарантийный срок эксплуатации. А он составляет 10 000-15 000 часов. Все, что дальше – в лучшем случае математическое моделирование, в худшем – голый маркетинг. Проблема в том, что на распространенные недорогие светодиоды сведения о гарантии производителя, как правило, отсутствуют. Но ориентироваться можно на 10 000-15 000 часов и держать в голове еще приблизительно столько же. А дальше уповать только на везение. И еще один момент – период службы очень сильно зависит от теплового режима во время эксплуатации. Поэтому один и тот же элемент в разных условиях прослужит разное время. Для продления срока жизни LED надо внимательно относиться к проблеме отведения тепла, не пренебрегать радиаторами и создавать условия для естественной циркуляции воздуха, а в некоторых случаях прибегать и к принудительной вентиляции.

Но даже уменьшенные сроки — это несколько лет эксплуатации (ведь LED не будет работать без пауз). Поэтому появление трехцветных светодиодов позволяет дизайнерам широко применять полупроводниковые приборы в их задумках, а инженерам – эти идеи реализовывать «в железе».

Вольт-амперная характеристика светодиода.

Она имеет нелинейный характер. Led начинает пропускать ток с определенного значения напряжения. Оно называется пороговым. Пороговый вольтаж определяется химическими соединениями полупроводников.

Вольт-амперная зависимость.

Синяя кривая описывает протекание электричества при прямом включении. Красная кривая — при обратном включении.

U_MAXи U_MAXОБР – предельно допустимые значения напряжений. При их превышении элемент сгорает.

U_MIN – минимальное величина напряжения. Начинается свечение.

Интервал между минимальным и максимальным — рабочая зона. Именно в ней диод светоизлучается.

I_MAX – предельное допустимое значение тока. При превышении светодиод перегорает.

Историческая справка

Исторически изобретателями светодиодов считаются физики Г. Раунд, О. Лосев и Н. Холоньяк, которые по-своему дополняли технологию в 1907, 1927 и 1962 годах, соответственно:

1. Г. Раунд исследовал излучение света твердотельным диодом и открыл электролюминесценцию.
2. О. В. Лосев в ходе экспериментов открыл электролюминесценцию полупроводникового перехода и запатентовал «световое реле».
3. Н. Холоньяк считается изобретателем первого светодиода, применяемого на практике.

Светодиод Холоньяка светился в красном диапазоне. Его последователи и разработчики дальнейших лет разработали жёлтый, синий и зелёный светодиоды. Первый элемент высокой яркости для применения в волоконно-оптических линиях был разработал в 1976 году. Синий светодиод  LED был сконструирован в начале 1990-х трио японских исследователей: Накамура, Амано и Акасаки.

В нынешнем мире светодиоды встречаются повсеместно:

• в наружном и внутреннем освещении светодиодными лампами и лентами;
• как индикаторы для буквенно-цифровых табло;
• в рекламной технике: бегущих строках, уличных экранах, стендах и т.п;
• в светофорах и уличном освещении;
• в дорожных знаках со светодиодным оснащением;
• в USB-устройствах и игрушках;
• в подсветке дисплеев телевизоров, мобильных устройств.

Достоинства и недостатки светодиодов

Плюсы

• Высокая механическая и вибрационная стойкость.
• Небольшой разогрев.
• Маленькие габаритные размеры, легкий
• Долговечность.
• Низкое энергопотребление и мощность.
• Возможность регулирования интенсивности свечения.
• Высокие декоративные качества: разнообразие цветов и оттенков свечения.
• Безынерционность: включаются сразу на полную мощность.
• Возможность работы при низких температурах.
• Низкая цена индикаторных светодиодов.
• Безопасность: низкие рабочие значения напряжения и тока.

Минусы

• Высокая цена SMD.
• Ухудшения со временем качества кристалла: чем дольше светодиод работает, тем он тусклее.
• Повышенные требования к источнику питания.
• Недопустимы даже небольшие превышения минимальных и максимальных значений электрических параметров.

Немного теории

Для нормальной работы светодиода требуется постоянное напряжение или ток. Они должны быть:

1. Постоянными по направлению. Т. е. ток в цепи светодиода при приложении напряжения должен течь от «+» источника напряжения к его «–».
2. Стабильными, т. е. постоянными по величине, в течение времени работы диода.

3. Не пульсирующими – после выпрямления и стабилизации величины постоянных напряжения или тока не должны периодически изменяться.

Для светодиодов вначале использовали имевшиеся источники напряжения – 5, 9, 12 В. А рабочее напряжение p-n перехода от 1,9-2,4 до 3,7-4,4 В. Поэтому включение диода напрямую – это почти всегда его физическое сгорание от перегрева большим током. Ток нужно ограничивать токоограничивающим резистором, тратя энергию на его нагрев.

Светодиоды можно включать последовательно по несколько штук. Тогда, собрав из них цепочку, можно по сумме их прямых напряжений дойти почти до напряжения источника питания. А оставшуюся разницу «погасить», рассеяв ее в виде тепла на резисторе.

Разновидности

Деление сверхярких светодиодов на виды является довольно условным, т.к. каждый имеет свои уникальные характеристики.

На сегодняшний день основными странами-производителями ультраярких светодиодов являются США (компания «CREE»), Тайвань (компания «Epistar») и, конечно же, Китай.

Наиболее полную классификацию таких светоизлучающих диодов предоставила компания «CREE», в  соответствии с которой их можно разделить на следующие типы:

• в стандартных корпусах круглого (3 и 5мм) или овального (4 и 5мм) сечения с двумя выводами STD (серии 374, 503, 512, 535, 4SM, 5SM и т.д.);
• в корпусе типа P4 («Пиранья») (серии Р41, Р42, Р43);
• в корпусах для поверхностного монтажа PLCC (серии LM1, LM3, LM4, LA1, LN6, LP6 и т.д.).

Последняя группа led является наиболее разнообразной и востребованной. В нее входят светодиоды разных цветов с различным количеством кристаллов. Они также отличаются углами рассеивания и размерами.

На фото показан внешний вид ультраярких и мощных светоизлучающих диодов согласно классификации фирмы «CREE».

Мощные сверхяркие

В отдельную группу можно выделить мощные сверхяркие светодиоды XLamp. Их главной конструктивной особенностью является наличие радиатора для отвода тепла, вызванного большим рабочим током (350мА и выше).

Данная группа имеет три варианта исполнения – XR, XP и MC. Они отличаются между собой формами и размерами корпусов. Именно они нашли широкое применение во внутреннем и наружном освещении автомобилей.

Светодиоды SMD

LED SMD также можно условно отнести к мощным сверхъярким светоизлучающим диодам. Они имеют несколько серий (3528, 5050,3014, 3020, 2835 и т.д.). Но самым востребованным на рынке светодиодного освещения является SMD 5050.

Он нашел широкое применение в светильниках благодаря белому цвету свечения. Мощность такого led может достигать 1Вт, поэтому его корпус имеет теплоотвод.

На фото мы можем увидеть, как выглядит LED SMD 5050.

Многообразие видов светодиодных лент

Конкуренция на рынке светотехнического оборудования заставляет производителей закрывать все ниши применения LED-приборов, и даже создавать новые. Делается это путем выпуска разновидностей осветителей, не имеющих аналогов и прототипов в более ранних разработках.

По цвету излучения

Монохромные ленты

С разработкой светодиода с белым цветом излучения у LED-оборудования не осталось препятствий для полного завоевания рынка. Но даже белый свет не одинаков, и имеет градации по спектру излучения, характеризуемого цветовой температурой (в Кельвинах).

Шкала цветовых температур.

Потребитель может выбрать от теплых красно-желтых оттенков до холодных сине-фиолетовых. Также можно приобрести монохромные светильники с цветом, отличным от белого. В их маркировке присутствует название цвета на английском языке (Green, Blue и т.д.).

RGB-светильники

Этот тип лент содержит три светодиода красного, зеленого и синего цветов. Это дает возможность получать свечение практически любого цвета путем смешивания в разных пропорциях трех основных оттенков. И это свечение можно изменять динамически. У дизайнеров в руках оказывается почти неограниченный потенциал по созданию архитектурных подсветок, визуальных эффектов и т.д. Такие приборы в обозначении имеют символы RGB и управляются с помощью контроллеров (промышленных или любительской разработки).

Единственное ограничение такие светильники имеют по белому цвету – чистый белый получить из трех основных цветов невозможно. Для случаев, где это критично, к каждым трем цветным светодиодам добавляется один белый. Он «подкрашивает» синтезированный белый цвет. Маркируется такая лента литерами RGBW (RGB+White).

Светильник на основе адресных светодиодов

Эта разновидность LED-лент не имеет аналогов в мире осветительной техники и обладает безграничной мультимедийной составляющей. Ее главное отличие от обычной RGB-ленты в том, что доступно регулирование свечения каждого трехцветного элемента отдельно. Светильники с шиной SPI могут управляться от промышленных пультов, для приборов с однопроводной шиной (например, на основе элементов WS2812b) используют схемы управления на основе микроконтроллеров (в том числе, на платформе Ардуино). Это позволяет полностью использовать возможности, заложенные разработчиками.

Разновидности по исполнению

Обычные LED-ленты имеют степень защиты IP20. Это означает, что прибор защищен от попадания твердых частиц размером более 12,5 см и совсем не защищен от попадания воды. Такое исполнение не позволяет применять осветитель на открытом пространстве, не говоря о влажных помещениях. Поэтому производятся специальные типы лент с дополнительной защитой:

• в виде надетой на полотно прозрачной силиконовой трубки – в маркировке присутствует обозначение P;
• полотно может быть залито прозрачным герметиком – обозначается символами SE;
• если присутствуют оба способа защиты (силиконовая трубка заполнена герметиком), в маркировке есть символы PGS.

Светодиодный светильник в герметичном исполнении.

Такие методы защиты позволяют выпускать LED-светильники со степенью защиты до наивысшей (IP68) и применять ленты даже под водой.

По применяемым светоизлучающим элементам

Для формирования светового потока LED-лент применяются различные типы светодиодов, включая корпусные цилиндрические. Но наибольшее распространение получили ленты на основе безвыводных элементов (SMD). Такое исполнение наиболее технологично при производстве и позволяет несколько снизить стоимость светотехники. Форм-фактор LED маркируется четырьмя цифрами, обозначающими размеры элемента в плане (длина и ширина). Эти символы обычно входит в маркировку ленты.

Внешний вид основных светодиодов применяемых в лентах.

Таблица размеров LED

Тип светоизлучающего элемента	Габариты, мм
	3,5 х 2,8
	5,6 х 3
	5 х 5
	5,7 х 3

Для лент RGB используются светодиоды, содержащие в одном корпусе три кристалла с различными цветами излучения. Они имеют раздельное управление, но их аноды соединены. Обычно эти элементы применяются также в безвыводном исполнении.

Трехцветная LED-сборка.

Для создания адресных лент используют миниатюрные ШИМ-драйверы, в которые могут быть встроены светоизлучающие p-n переходы. Но также широко применяются микросхемы с внешним подключением трех LED базовых цветов (или светодиодной матрицы в едином корпусе).

Адресный светодиод WS2812B.

Основные различия между светодиодом и диодом

Диод представляет собой полупроводниковое устройство, которое проводит ток только в одном направлении. В то время как светодиод является типом диода, который излучает свет.
Диод изготовлен из полупроводникового материала, и электроны этого материала отдают свою энергию в виде тепла

Принимая во внимание, что светодиод состоит из арсенида галлия и фосфида галлия, электроны которого излучают свет при передаче энергии.
Диод преобразует переменный ток в постоянный ток, тогда как светодиод преобразует напряжение в свет.
Диод имеет высокое обратное напряжение пробоя, в то время как светодиод имеет низкое обратное напряжение пробоя. Напряжение пробоя — это напряжение, при котором может протекать ток обратного направления.
В диоде падение напряжение во проводящем состоянии составляет 0,7 В в случае использования кремниевого материала и 0,3 В в случае германия

В то время как в LED падение напряжение в проводящем состоянии составляет примерно от 1,2 до 2,0 В.
Диод выпрямляет переменный ток, в то
время как светодиод отображает свет.
LED используется в автомобильных фарах, светофорах, вспышках фотоаппаратов, в медицинских устройствах и многих других. В то время как обычный полупроводник
используется в цепях защиты, выпрямителях напряжения, умножителях напряжения.

Светодиод и диод выполнены из разных материалов, благодаря чему они имеют разные свойства. Диод сделан из кремния или германия, поэтому он дает энергию в виде тепла. А LED сделан из арсенида галлия фосфида галлия, которые выделяют энергию в виде света.

Срок службы

Производители COB-матриц заявляют средний срок службы около 30 000 часов. Это около 3,5 лет непрерывной работы. У обычных светодиодов в технических характеристиках этот период указывается обычно в пределах до 50 000 часов (5,5 лет). Часто делается вывод о низкой надежности COB-элементов. На самом деле опыт эксплуатации новых светоизлучающих приборов еще не накоплен. Все цифры получены в результате расчетов, в которых часто не учитываются условия эксплуатации. И вряд ли кто-либо из изготовителей проводил реальные ресурсные испытания, длящиеся несколько лет. В них нет смысла – за это время придут новые технологии и материалы.

Надо учитывать, что гарантийные сроки и тех, и других элементов устанавливаются примерно одинаковыми – в районе 15 000 часов. Все, что дальше – прогнозы и чистый маркетинг

Поэтому все сведения о сроке службы на сегодняшний день носят характер деклараций, и относиться к ним следует с осторожностью

Как узнать полярность SMD?

SMD активно применяются практических в любой технике:

• Лампочки;
• светодиодные ленты;
• фонарики;
• индикация чего-либо.

Их внутренностей разглядеть не получится, поэтому нужно либо использовать приборы для проверки, либо полагаться на корпус светодиода.

Например, на корпусе SMD 5050 есть метка на углу в виде среза. Все выводы, расположенные со стороны метки – это катоды. В его корпусе расположено три кристалла, это нужно для достижения высокой яркости свечения.

Подобное обозначение у SMD 3528 тоже указывает на катод, взгляните на эту фотографию светодиодной ленты.

Маркировка выводов SMD 5630 аналогична – срез указывает на катод. Его можно распознать еще и по тому, что теплоотвод на нижней части корпуса смещён к аноду.

Виды светодиодов:

– индикаторные;

– осветительные.

Индикаторные представляют собой слабые по яркости и мощности элементы, применяемые чаще всего в различных электронных приборах в качестве индикаторов включения/выключения той или иной функции: подсветка панели приборов в транспортном средстве, жидкокристаллическом телевизоре, компьютерном блоке питания и прочее. Их распространение весьма широко, т.к. эти маломощные LED-приборы не требуют дорогостоящего оборудования для изготовления, а потому их себестоимость мала.

Осветительные диоды – это элементы с высокой мощностью и яркостью, основная область применения которых – осветительные электрические приборы.

Цоколевка 5мм диодов

Чтобы подключить диоды как на схеме нужно определиться где у светодиода плюс и минус. Для начала рассмотрим на примере распространённых маломощных 5 мм диодов.

На рисунке выше изображен: А — анод, К — катод и схематическое обозначение.

Обратите внимание на колбу. В ней видно две детали – это небольшой металлический анод, и широкая деталь похожая на чашу – это катод

Плюс подключается к аноду, а минус к катоду.

Если вы используете новые LED элементы, вам еще проще определить их цоколевку. Определить полярность светодиода поможет длина ножек. Производители делают короткую и длинную ножку. Плюс всегда длиннее минуса!

Если вы паяете не новый диод, тогда плюс и минус у него одинаковой длины. В таком случае определить плюс и минус поможет тестер или простой мультиметр.

Технология RGB

Принцип работы RGB-светодиода основывается на оптическом эффекте, позволяющем получить разнообразные цветовые оттенки в результате смешения трех основных компонентов палитры. На одной матрице установлены сразу три кристалла. Для адаптации к различным условиям существует несколько модификаций изделий. Они изготавливаются с общим катодом или анодом, а иногда и без таковых (с шестью основными выводами).

Чаще всего световая технология используется для оформления рекламных щитов, декорирования строений, обрамления мостов, памятников архитектуры и других конструкций. Принцип работы многоцветного светодиода идентичен. Однако конструктивные особенности увеличивают конечную стоимость изделий и усложняют схему подсоединения к электрической сети.

Каковы основные характеристики светодиодов?

При выборе таких элементов для той или иной цели, каждый обращает внимание на их технические данные. Основное, на что следует обратить внимание, приобретая приборы на их основе:

• ток потребления;
• номинальное напряжение;
• потребляемая мощность;
• температура цвета;
• сила светового потока.

Это то, что мы можем увидеть на маркировке светодиодных ламп. На самом же деле, характеристик намного больше. О них сейчас и поговорим.

Ток потребления светодиода – что это такое

Ток потребления светодиода равен 0.02 А. Но это относится лишь к элементам с одним кристаллом. Существуют и более мощные световые диоды, в составе которых может быть 2, 3 и даже 4 кристалла. В этом случае ток потребления будет увеличиваться, кратно числу чипов. Именно этот параметр и диктует необходимость подбора резистора, который впаивается на вводе. В этом случае сопротивление светодиода не дает высокому току мгновенно сжечь LED элемент. Это может произойти по причине высокого тока сети.

RGB прожекторы с контроллером и пультом ДУ действительно хороши

Номинальное напряжение

Напряжение светодиода имеет прямую зависимость от его цвета. Это происходит по причине разности материалов для их изготовления. Рассмотрим эту зависимость.

Цвет светодиода	Материал	Прямое напряжение при 20 мА
		Типовое значение (В)	Диапазон (В)
ИК	GaAs, GaAlAs	1,2	1,1-1,6
Красный	GaAsP, GaP, AlInGaP	2,0	1,5-2,6
Оранжевый	GaAsP, GaP, AlGaInP	2,0	1,7-2,8
Желтый	GaAsP, AlInGaP, GaP	2,0	1,7-2,5
Зеленый	GaP, InGaN	2,2	1,7-4,0
Голубой	ZnSe, InGaN	3,6	3,2-4,5
Белый	Синий/УФ диод с люминофором	3,6	2,7-4,3

Сопротивление световых диодов

Сам по себе один и тот же светодиод может иметь различное сопротивление. Меняется оно в зависимости от включения в цепь. В одну сторону – около 1 кОм, в другую – несколько МОм. Но здесь есть свой нюанс. Сопротивление светодиода нелинейно. Это значит, что оно может изменяться в зависимости от подаваемого на него напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже будет сопротивление.

Точечный потолочный светильник на диодах очень экономичен

Светоотдача и угол свечения

Угол светового потока светодиодов может различаться, в зависимости от их формы и материала изготовления. Он не может превышать 120. По этой причине, если требуется большее рассеивание, применяют специальные отражатели и линзы. Это качество «направленного света» и способствует наибольшей силе светового потока, которая может достигать 300-350 Лм у одного светодиода на 3 Вт.

Мощность светодиодных ламп

Мощность светодиода – величина сугубо индивидуальная. Она может варьироваться в диапазоне от 0.5 до 3 Вт. Определить ее можно по закону Ома P = I×U, где I – сила тока, а U – напряжение светодиода.

Мощность – довольно важный показатель. Особенно когда необходимо рассчитать какой блок питания необходим для того или иного количества элементов.

Цветовая температура

Этот параметр схож с другими лампами. Наиболее приближены то температурному спектру к светодиодным люминесцентные лампы. Измеряется цветовая температура в К (Кельвин). Свечение может быть теплым (2700-3000К), нейтральным (3500-4000К) или холодным (5700-7000К). На самом деле оттенков много больше, здесь указаны основные.

На такой платформе могут быть сотни кристаллов

Размер чипа LED элемента

Этот параметр самостоятельно измерить при покупке не удастся и сейчас уважаемому читателю станет понятно почему. Самые распространенные размеры – это 45х45 mil и 30х30 mil (соответствуют 1 Вт), 24х40 mil (0.75 Вт) и 24х24 mil (0.5 Вт). Если перевести в более привычную систему измерений, то 30х30 mil будут равны 0.762х0.762мм.

Чипов (кристаллов) в одном светодиоде может быть много. Если элемент не имеет слоя люминофора (RGB – цветной), то количество кристаллов можно подсчитать.

Важно! Не стоит приобретать очень дешевые светодиоды китайского производства. Они могут оказаться не только низкого качества, но и характеристики их чаще всего завышены.
Подделку довольно тяжело отличить от оригинала при покупке

Где используются светодиоды

Одной из основных областей применения светодиодов является использование их в качестве сигнальных лампочек. Например, этот прибор может использоваться для того, чтобы проконтролировать идет ли по цепи ток или она обесточена.

Цепь с сигнальной лампочкой представляет собой ряд приборов, последовательно соединенных между собой: светодиод, резистор, выключатель и источник постоянного тока.

Схема типичной цепи с сигнальной лампочкой

Когда выключатель цепи с сигнальной лампочкой замкнут, то напряжение прямого смещения от источника тока подается на светодиод (который разработан таким образом, чтобы срабатывать только, когда имеется прямое смещение). Электроны, которые прорываются через P-N переход, соединяются с отверстиями, в результате чего энергия высвобождается в виде света. Резистор, установленный в этой цепи, ограничивает протекание тока по ней, с тем, чтобы защитить светодиод от повреждений, которые может вызвать чрезмерный ток.

Светодиоды могут также использоваться в цифровых дисплеях, например, в наручных часах или калькуляторах.

С помощью высвечивания различных комбинаций из семи элементов на дисплее можно отображать любую цифру от нуля до девяти.

Цифровой дисплей на калькуляторе из семи элементов

Каждый светодиод соединен последовательно с резистором и выключателем, где каждый выключатель представляет собой внешнюю управляющую цепь. Выключатели имеют обозначения от А до G, чтобы соответствовать элементам дисплея. Семь последовательных проводов соединены параллельно с источником постоянного тока. Для того, чтобы подать питание на какой-либо светодиод, замыкается соответствующий выключатель. Каждый последовательно включенный в цепь резистор ограничивает ток, проходящий по проводу, и, тем самым, предотвращает повреждение светодиодов от чрезмерно большого тока.

Схема внешней цепи управления для цифрового дисплея калькулятора

Цифры появляются на цифровом дисплее в результате различных сочетаний семи выключателей. Например, если выключатели А и В замкнуты, то соответствующие элементы на дисплее загорятся и образуют цифру 1. Подобным же образом цифра 2 может быть образована с помощью выключателей A, C, D, F и G, которые будут замкнуты одновременно.

Замыкая соответствующие выключатели в определенных комбинациях, на дисплее можно получать цифры от 0 до 9. Если элементы расположить несколько иным образом, то на дисплее можно получить знак плюса, минуса, десятичные точки или же буквы алфавита.

Светодиоды могут использоваться даже для обеспечения искусственного освещения для роста растений. Основными преимуществами светодиодов в этом случае являются: низкое потребление электричества и тепловыделения, а также возможность настройки необходимого спектра излучения.

Альтернативы светодиодному освещению

Из уже выпускаемых перспективных альтернативных источников света можно назвать индукционные лампы. Они имеют долгий срок службы (до 150000 часов), высокую светоотдачу (до 160 лм/Вт). Индукционные источники света нечувствительны к скачкам напряжения, частым включениям-выключениям. Правда, подходят они только для освещения больших пространств: промышленного, уличного. Использование индукционных ламп в быту ограничивается большими габаритами и вредными излучениями (ультрафиолетовым и электромагнитным).

По всему миру ведутся разработки новых технологий освещения. В США предложили альтернативный источник света, работающий на основе поливинилкарбазола с ирридием с углеродными многослойными нанотрубками. В России ученые опробуют технологию катодолюминесцентных ламп.

Но пока это только разработки, которым далеко до внедрения в производство. Светодиодное освещение остается на лидирующих позициях.

Устройство светодиодных источников

Конструкция светодиодной лампы

Общая конструкция ламп идентична, могут быть небольшие отличия. Они сложнее с технической точки зрения, чем лампы накаливания. Чтобы узнать, из чего состоит лампочка, ее нужно разобрать, в то время как в классическом источнике света с нитью накала просмотреть внутреннюю часть можно через стеклянную колбу.

Из чего состоит светодиодный светильник:

• Led. В лампе устанавливается один или несколько светодиодов. Они отличаются по мощности, цвету свечения, размерам. Количество диодов в матрице может быть различным, вычисляется на производстве для обеспечения оптимального уровня света. Диоды припаиваются к алюминиевой или текстолитовой плате разных размеров и форм. Группы соединяются друг с другом последовательно.
• Драйвер. Используется для преобразования сетевого напряжения в необходимую для работы светодиодов величину. Схемы драйверов бывают разными, чаще всего применяются трансформаторные. По конструкции выделяют открытые и закрытые, которые устанавливаются прямо в корпус лампочки. В дешевых китайских изделиях часто ставятся некачественные драйверы, которые неэффективны и могут навредить здоровью.
• Цоколь. Светодиодные лампочки пришли на замену лампам накаливания, поэтому устанавливаться должны аналогичным образом. Изготавливаются приборы со стандартными цоколями Е27 и Е14.
• Корпус. Колба изготавливается из пластика или стекла. Полная герметичность не требуется, так как в составе нет вредных паров ртути и газов.
• Радиатор. Так как во время работы выделяется некоторое количество тепла, его нужно отвести, чтобы не было перегрева. Алюминиевая плата понижает негативное влияние температуры, но этого может быть недостаточно. Поэтому дорогие качественные лампочки дополнительно оснащаются радиаторами.

Ассортимент изделий с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три категории — брендовые, низкокачественные и филаментные.

Брендовая продукция

Брендовая Led-лампа

Устройство светодиодного светильника, изготовленного известной компанией, обязательно включает в себя:

• Рассеиватель в форме полусферы. Может изготавливаться из пластика или стекла.
• Алюминиевая печатная плата на теплопроводящей пасте.
• Набор чипов.
• Драйвер. Состоит из импульсного трансформатора, микросхем, полярных конденсаторов, планарных элементов. Также является соединителем цоколя и радиатора.
• Основание цоколя из полиэтилентерефталата.
• Цоколь с резьбой необходимого диаметра, выполненный из латуни с никелевым покрытием.

Низкокачественные изделия

Разобранная китайская светодиодная лампа

Приборы неизвестного производства обычно имеют низкую стоимость. Это связано с использованием некачественных материалов и отсутствием важных деталей – радиатора и драйвера. Вместо драйвера применяется обычный блок питания, размещенный рядом со светодиодами. Роль радиатора выполняет корпус, в котором проделывают отверстия. Такой способ малоэффективен, поэтому дешевые лампочки быстро выходят из строя.

Плата крепится к корпусу при помощи специальной защелки. Цоколь и плата соединяются пайкой. Такое соединение не может обеспечить высокую надежность и продолжительную работу светодиодов.

Филаментные приборы

Светодиодная филаментная лампа

Внешне филаментная лампочка похожа на лампу накаливания

Ее важное отличительное свойство – не требуется дополнительный отвод тепла. Такая светодиодная лампочка состоит из филамента и колбы

Работает на основе светодиодных нитей. Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне — эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов.

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.

Проводники

Вторую важную роль играют тонкие проводники, которыми подключён кристалл к питанию. В хороших  они сделаны из золота и 2 штуки на каждый контакт, в сумме их должно быть 4. Для удешевления цены их  количество уменьшают до 1шт из золота. В самых дешевых ставят медный проводник, или позолоченную медь, чтобы не отличалось от золота.

Поэтому дешевый проводник работает на пределе, не имея запаса по силе тока. Особенно эта проблема проявляется в автомобильных светодиодных лампах. В бортовой сети авто могут быть скачки до 30 вольт. Качественный диод без проблем переносит скачки, работает долго. У дешевого перегорает проводник, а кристалл остаётся целым. Им даже стабилизатор тока для светодиодов плохо помогает, из-за наличия других недостатков.

RGB на 10W и 20W

Область применения

Квартира

Led устанавливают в потолочных, настенных, декоративных светильниках. Распространены светодиодные ленты для подсветки шкафов, ниш, потолков, мебели. Продаются неразъемные светодиодные светильники и модели с заменяемой лампой. Также за счет унификации led подходят к большинству уже имеющихся люстр, бра и торшеров.

Светодиодное освещение квартиры

Офисное

Для офисов и промышленных зданий применяются встраиваемые или накладные потолочные led-светильники. Часто они монтируются в навесные потолки (ПВХ или типа Армстронг). Led-модели дают равномерный рассеянный свет, не гудят и моментально выходят за рабочую мощность.

Подробнее об офисном освещении

led освещение офиса

Торговое

От освещения в магазинах напрямую зависят продажи. Главная цель света: представить товар в нужном удачном ракурсе. Для этого используются светодиодные трековые, модульные, карданные, точечные модели светильников, а также светильники-даунлайты. Задача светильников – создать направленный световой поток для выделения товара.

Торговое освещение

Промышленное

В промышленности используются не только в офисах и кабинетах. Светодиодное освещение с нужной степенью защиты применяется для производственных цехов, складов, ферм, теплиц. Led-модели хороши тем, что выдерживают жесткие условия эксплуатации: повышенную влажность, разные температуры, пыль, грязь.

Промышленное led освещение

Аварийное

Используется при отключении основного освещения. Применяется в промышленности, медицинских, развлекательных учреждениях, торговых центрах. Светодиодные аварийные светильники бывают полностью автономными или подключающимися к отдельной аварийной линии питания.  

Консольное (уличное)

Освещает трассы, городские дороги, улицы, парки, пешеходные дорожки. Также led применяются для подсветки фасадов исторических зданий, скульптур, торговых центров. Используется для трансляции рекламы на щитах и экранах, для создания световых инсталляций и картин.

Подсветка дороги

Прожекторное

Светодиодами оснащаются прожекторы для подсветки стадионов, вокзалов, аэропортов и других общественных площадок большого размера.

Принцип работы и устройство световых диодов

Светодиоды отличает от привычных осветительных приборов отсутствие в нем нити накала, хрупкой колбы и газа в ней. Это принципиально отличный от них элемент. Говоря научным языком, свечение создается за счет наличия в нем материалов р- и n-типа. Первые накапливают положительный заряд, а вторые – отрицательный. Материалы р-типа накапливают в себе электроны, в то время, как в n-типе образуются дырки (места, где электроны отсутствуют). В момент появления на контактах электрического заряда они устремляются к р-n-переходу, где каждый электрон инжектируется именно в р-тип. Со стороны обратного, отрицательного контакта n-типа в результате подобного движения и возникает свечение. Оно обусловлено выделением фотонов. При этом не все фотоны излучают видимый человеческим глазом свет. Сила, которая заставляет двигаться электроны, называется током светодиода.

Эта информация ни к чему обычному обывателю. Достаточно знать, что светодиод имеет прочный корпус и контакты, которых может быть от 2-х до 4-х, а также то, что каждый светодиод имеет свое номинальное напряжение, необходимое для свечения.

Устройство светового диода с пояснениями
Полезно знать! Подключение производится всегда в одинаковом порядке. Это значит, что если к контакту «-» на элементе подключить «+», то свечения не будет – материалы р-типа просто не смогут зарядиться, а значит не будет и движения к переходу.