Jak zjistit napětí LED. Jak určit napětí LED: Kompletní průvodce pro začátečníky a profesionály – telegraf

LED (zkratka Light-Emitting Diode, elektroluminiscenční dioda, též light diode, light emitting diode) je v elektrotechnice označení pro diodu vyzařující světlo, případně infračervené nebo ultrafialové záření, odlišnou od standardní diody.

Existuje mnoho LED diod různých tvarů, velikostí a výkonů. Každá LED je však vždy polovodičové zařízení, které je založeno na průchodu proudu pn přechodem v propustném směru, což způsobuje optické záření (viditelné světlo).

V zásadě se všechny LED vyznačují řadou specifických technických charakteristik, elektrických a světelných, o kterých budeme dále diskutovat. Tyto charakteristiky naleznete v datovém listu (v technické dokumentaci) pro LED.

Elektrické charakteristiky jsou: propustný proud, pokles napětí v propustném směru, maximální zpětné napětí, maximální ztrátový výkon, charakteristika proud-napětí.

Parametry světla jsou: světelný tok, intenzita světla, úhel rozptylu, barva (nebo vlnová délka), teplota barvy, světelná účinnost.

Dopředný jmenovitý proud (If – dopředný proud)

Jmenovitý propustný proud je proud, který při průchodu danou LED v propustném směru výrobce garantuje jmenovité světelné parametry tohoto světelného zdroje.

Jinými slovy, jedná se o provozní proud LED, při kterém LED rozhodně nevyhoří a bude schopna normálně fungovat po celou dobu své životnosti. Za těchto podmínek se pn přechod nepoškodí a nebude se přehřívat.

Kromě jmenovitého proudu existuje také takový parametr, jako je špičkový dopředný proud (Ifp – špičkový dopředný proud) – maximální proud, který lze procházet přechodem pouze v pulsech o délce 100 μs s pracovním cyklem ne více než DC = 0.1 (přesné údaje viz datasheet) . Teoreticky je maximální proud maximální proud, který krystal vydrží jen krátkodobě.

V praxi je hodnota jmenovitého propustného proudu závislá na velikosti krystalu, na typu polovodiče a pohybuje se od několika mikroampérů až po desítky miliampérů (u sestav COB LED i více).

Dopředný pokles napětí (Vf – dopředné napětí)

Pokles napětí v propustném směru na pn přechodu způsobující jmenovitý proud LED. Na LED je přivedeno napětí, takže anoda je na kladném potenciálu vzhledem ke katodě. V závislosti na chemickém složení polovodiče a vlnové délce optického záření se liší i stejnosměrné úbytky napětí na přechodu.

Mimochodem, chemické složení polovodiče lze určit podle poklesu napětí v propustném směru. A zde jsou přibližné rozsahy poklesů dopředného napětí pro různé vlnové délky (barvy světla LED):

• Infračervené LED s vlnovou délkou větší než 760 nm na bázi arsenidu galia mají charakteristický úbytek napětí menší než 1,9 V.
• Červená (například fosfid galia – od 610 nm do 760 nm) – od 1,63 do 2,03 V.
• Oranžová (fosfid galia – od 590 do 610 nm) – od 2,03 do 2,1 V.
• Žlutá (fosfid galia, od 570 do 590 nm) – od 2,1 do 2,18 V.
• Zelená (fosfid galia, 500 až 570 nm) – 1,9 až 4 V.
• Modrá (selenid zinečnatý, 450 až 500 nm) – 2,48 až 3,7 V.
• Fialová (nitrid indium-gallium, 400 až 450 nm) – 2,76 až 4 V.
• Ultrafialové (nitrid boru, 215 nm) – od 3,1 do 4,4 V.
• Bílá (modrá nebo fialová s fosforem) – asi 3,5 V.

Maximální zpětné napětí (Vr – zpětné napětí)

Maximální zpětné napětí LED, stejně jako jakékoli LED, je napětí, které, když je aplikováno na pn přechod v obrácené polaritě (když je katodový potenciál větší než anodový potenciál), dojde k rozpadu krystalu a LED selže. Naprostá většina LED má maximální zpětné napětí kolem 5 V. U COB sestav je to ještě vyšší a u infračervených LED to může být až 1-2 volty.

Maximální ztrátový výkon (Pd – celkový ztrátový výkon)

Tato charakteristika se měří při okolní teplotě 25°C. Jedná se o výkon (často v mW), který je LED pouzdro stále schopno rozptýlit bez spálení. Vypočítá se jako součin úbytku napětí a proudu procházejícího krystalem. Pokud je tato hodnota překročena (součin napětí a proudu), pak velmi brzy dojde k rozbití krystalu a tepelné destrukci.

Charakteristika proud-napětí (voltampérová charakteristika – graf)

Nelineární závislost proudu přes pn-přechod na napětí přivedeném na přechod se nazývá proudově-napěťová charakteristika (zkráceně I-V charakteristika) LED. Tato závislost je graficky znázorněna v datasheetu a z dostupného grafu velmi snadno zjistíte, jaký proud při jakém napětí bude protékat LED krystalem.

Charakter proudově-napěťové charakteristiky závisí na chemickém složení krystalu. Proudově-napěťová charakteristika se ukazuje jako velmi užitečná při návrhu elektronických zařízení s LED, protože díky ní můžete bez praktického měření zjistit, jaké napětí je třeba na LED přivést, abyste získali daný proud. Pomocí charakteristiky proud-napětí můžete přesněji vybrat odpor omezující proud pro diodu.

Závislost proudu na napětí (voltampérová charakteristika) LED má podobný vzorec jako u běžné polovodičové diody. Liší se pouze hodnotami hraničních napětí v průchozím a uzavíracím směru.

Jak se napětí na LED zvyšuje od nuly v propustném směru (tj. kladný pól zdroje je připojen k anodě a záporný pól zdroje je připojen ke katodě diody), zpočátku neprotéká téměř žádný proud on a LED se chová, jako by byla nevodivá.

Od určité úrovně přiloženého napětí dojde k průrazu – dioda se začne otevírat a na další mírné zvýšení napětí reaguje prudkým nárůstem procházejícího proudu.

Proud se zvyšuje přibližně exponenciálně vzhledem k napětí. Poté začne svítit i LED. Jak se napětí dále zvyšuje, LED zvyšuje svůj jas, dokud nedosáhne svého maxima.

Proud LED v této oblasti je přibližně lineární, to znamená, že pokud se například proud zdvojnásobí, intenzita světla vyzařovaného LED se přibližně zdvojnásobí. Při dalším zvýšení proudu nad povolenou mez může dojít k tepelnému přetížení polovodičového přechodu a LED může selhat.

Pokud připojíte LED ke zdroji napětí ve směru vypnuto (t.j. kladný pól zdroje je připojen ke katodě a záporný pól k anodě), neprotéká diodou při jejím nárůstu od nuly žádný proud. Chová se nevodivě.

Při určité napěťové hladině ve směru sepnutí dojde k průrazu – diodou začne náhle protékat velký proud. Ve většině případů má tento průraz destruktivní charakter – zkrat polovodičového přechodu a nevratné poškození diody. Průrazné napětí v závěrném směru elektroluminiscenčních diod je ve srovnání s usměrňovacími diodami velmi nízké – řádově několik voltů.

Vzhledem ke tvaru proudově-napěťové charakteristiky musí být tyto diody napájeny z proudového zdroje. Pokud není vyžadována vysoká účinnost (například pro různé indikátory), můžete zdroj proudu aproximovat zapojením LED do série s odporem omezujícím proud ke zdroji konstantního napětí (změny napětí způsobí menší změny proudu) . Tato metoda je široce používána v jednoduchých případech při připojování LED.

Svítivost, světelný tok

Světelné (optické) parametry LED jsou měřeny ve fázi jejich výroby, za normálních podmínek a při jmenovitém proudu přechodem. Předpokládá se okolní teplota 25°C, nastaví se jmenovitý proud a změří se svítivost (v CD – kandela) nebo světelný tok (v Lm – lumenech).

Světelný tok jednoho lumenu je světelný tok vyzařovaný bodovým izotropním zdrojem o svítivosti rovné jedné kandele do prostorového úhlu jednoho steradiánu.

Nízkoproudé LED se vyznačují přímo svítivostí, která se udává v milikandelách. Kandela je jednotka svítivosti a jedna kandela je svítivost zdroje vyzařujícího monochromatické záření o frekvenci 540·1012 Hz v daném směru, jehož svítivost v tomto směru je 1/683 W/sr. .

Jinými slovy, intenzita světla kvantitativně odráží intenzitu světelného toku v určitém směru. Čím menší je úhel rozptylu, tím větší je svítivost LED při stejném světelném toku. Například supersvítivé LED diody mají svítivost 10 kandel nebo více.

LED pozorovací úhel

Tato charakteristika je často popisována v dokumentaci LED jako „dvojitý poloviční jas theta“ a měří se ve stupních (stupních). Název je jen takový, protože LED má obvykle zaostřovací čočku a jas není rovnoměrný v celém úhlu rozptylu.

Obecně se tento parametr může pohybovat od 15 do 140°. U SMD LED je tento úhel širší než u jejich vyvedených protějšků. Například 120° pro LED v pouzdře SMD 3528 je normální.

Vlnová délka světla (dominantní vlnová délka)

Měřeno v nanometrech. Charakterizuje barvu světla vyzařovaného LED, která zase závisí na vlnové délce a chemickém složení polovodičového krystalu.

Infračervené záření má vlnovou délku více než 760 nm, červené – od 610 nm do 760 nm, žluté – od 570 do 590 nm, fialové – od 400 do 450 nm, ultrafialové – méně než 400 nm. Bílé světlo se vyrábí pomocí ultrafialového, fialového nebo modrého fosforu.

Teplota barev (CCT – Color Temperature)

Tato charakteristika je uvedena v dokumentaci pro bílé LED a je měřena v kelvinech (K). Studená bílá (asi 6000 K), teplá bílá (asi 3000 K), bílá (asi 4500 K) – přesně zobrazuje odstín bílého světla.

V závislosti na teplotě barev se bude barevné podání lišit a člověk jinak vnímá bílou barvu s různou teplotou barev. Teplé světlo je pohodlnější, hodí se lépe do domácnosti, studené se hodí spíše do veřejných prostor.

U LED používaných pro osvětlení dnes je tato charakteristika v oblasti 100 Lm/W. Vysoce výkonné modely LED světelných zdrojů překonaly kompaktní zářivky (CFL) a dosahují 150 lm/W nebo více. Ve srovnání s žárovkami mají LED diody více než 5krát lepší světelnou účinnost.

V zásadě je světelná účinnost numerickým měřítkem toho, jak účinný je světelný zdroj z hlediska spotřeby energie: kolik wattů je potřeba k produkci určitého množství světla – kolik lumenů na watt.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

LED diody, tyto malýale silné zdroje света, se staly nedílnou součástí našeho každodenního života. Od indikátorů na domácích spotřebičích až po výkonné reflektory jsou všude. Ale jak zjistit, jaké napětí je požadováno pro konkrétní LED? 🤔 V tomto článku se budeme podrobně zabývat všechny metody и nuance, takže můžete přesně určit napětí jakéhokoli LED a úspěšně jej použít ve svém projekty!

Otevřete požadovanou sekci kliknutím na příslušný odkaz: