Сия статья является технологической. Здесь я проверяю формат подачи материала и основные приёмы описания темы. Это ни в коем случае не есть основное направление сайта.
Тем не менее она может представлять интерес и не только для начинающих.
Горит потому, что через него течёт ток.
Ток течёт потому, что к светодиоду приложено напряжение.
Чем больше приложено напряжение, тем больше ток.
Чем больше ток, тем ярче свет.
Чем больше ток и напряжение, тем сильнее нагревается кристалл который собственно и светится (Заметим, что он может быть и не кристаллом),
Чаще всего светодиод перегорает от перегрева кристалла.
Иногда в течении нескольких минут, иногда секунд.
В самых злых случаях, когда максимальный ток превышен в десятки раз могут перегореть и тончайшие проводники, которые подводят ток к светящейся области.
ВАХ состоит из трёх участков:
1. От нуля до 1,5В. Тока нет, динамическое сопротивление бесконечно большое.
2. От 1,5 до 1,8В. Возникает ток и динамическое сопротивление падает от бесконечности до жалких 5 Ом.
3. Выше 1,8В. Ток быстро нарастает, динамическое сопротивление низкое (ориентировочно 5 Ом).
Красная с розовыми краями кривая символизирует разброс параметров красных светодиодов. Этот разброс невелик, но иногда приводит к неожиданным последствиям.
Разброс параметров в электронике таков, что на графиках (ВАХ и других) все линии должны быть размыты до неузнаваемости. Оранжевая линия предельно допустимого тока тоже должна быть размыта до диапазона 15...30мА. только по причине разброса свойств кристаллов. Очень важен фактор отвода тепла. С охлаждением можно повысить макс. ток в несколько раз. Но здесь мы узнаем, что это делать не надо.
По ВАХ видно, что при напряжении 2В ток может быть от 12 до 27мА.
То есть при параллельном включении, когда напряжение на светодиодах одинаковое, разные экземпляры светодиодов будут гореть не одинаково.
Горизонтальная оранжевая линия - ток 20 мА - максимально допустимый для большинства маломощных светодиодов.
Первое, что удивляет, это чёткое напряжение отпирания светодиода. До напряжения 1,5В никакого тока нет и светодиод не испускает ни единого лучика света.
Второе - что кривая такая крутая. Чуть больше напряжение и максимально допустимый ток превышен. Стабилитрон - созданный специально для стабилизации напряжения имеет крутизну едва ли не хуже, а это основной его параметр.
Если при напряжении 2В светодиод нагружен на 100%, то
2,1В убьёт его за несколько минут, а при 1,9В светодиод будет гореть всего на 25%.
Резистор спасёт его. Ниже к исходной диаграмме добавлены ВАХ резисторов разных номиналов.
ВАХ резистора линейна и очень проста.
Для золотого килоОма при напряжении 2В ток составит 2мА, а при повышении напряжения до 2,1В ток будет 2,1 мА, что очень логично и пропорционально. Это типично линейные Вольт-Амперные Характеристики.
Чем меньше сопротивление резистора, тем круче уходит вверх ВАХ.
Резистор 5 Ом (голубая линия 050) при напряжении 1В пропустит ток 100мА. (0,1А) и на диаграмме эта точка выше потолка в четыре раза. При таком маленьком сопротивлении ток растёт очень быстро даже при небольшом росте напряжения.
Именно такой наклон имеет характеристика нашего красного светодиода. Это означает, что динамическое сопротивление светодиода примерно равно 5 Ом.
Красная линия тонкая и чёткая, но мы не забываем о разбросе параметров.
При напряжении ниже 1,5В тока через светодиод нет. Это означает, что динамическое сопротивление светодиода на этом участке очень велико. Его порядок - сотни килоОм.
На РИС.2. при токе 6мА напряжение на резисторе 0,6В и на светодиоде 1,9В дают точку на зелёной линии 2,5В.
На этом рисунке можно вычислить динамическое сопротивление на определённом участке. Попробуйте определить его на отмеченном стрелками участке. Надеюсь, это будет 105 Ом.
При росте напряжения от 1,5 В до 4 В на такой цепочке ток нарастает от нуля, до максимально допустимого - 20 мА. (зелёная линия).
Причём весь этот рост происходит при изменении напряжения от 1,5 до 4В. (за счёт динамического сопротивления светодиода - немного позже).
Если измерять напряжение и ток от нуля, то после расчётов получится статическое статическое сопротивление красного светодиода и резистора 100 Ом совпадают, но мы видим, что между ними нет ничего общего.
При напряжении 2В сопротивление
Включив последовательно со светодиодом резистор 100 Ом мы увеличили динамическое сопротивление светодиода до 105 Ом. В результате ток 20мА будет достигнут немного выше 4В, но для более высокого напряжения необходимо применить резистор с более высоким сопротивлением.
Но главное - все линии нарастания тока исходят из одной точки - напряжения зажигания светодиода (для красного светодиода - 1,5В).
Каково бы ни было значение последовательного сопротивления свет появится независимо от резистора. От резистора зависит повышение яркости света при росте напряжения.
Таким образом, применяя разные резисторы мы можем гнуть вторую часть ВАХ по своему усмотрению.
Принцип построения ВАХ при последовательном сопротивлении остался прежним (как на РИС.2.)
Кривые можно и суммировать и умножать.
Порог зажигания и напряжение при полном горении умножается кратно количеству последовательно включенных светодиодов. Также кратно растёт динамическое сопротивление и напряжение полного горения.
Вот только не надо брать 220В и пытаться рассчитать, сколько диодов надо для ёлочной гирлянды. Это случай совсем особый и будет атно растёт динамическое сопротивление. trong>Самое главное: бортсеть автомобиля обычно поддерживается на уровне 13,9В. Семь(7) красных светодиодов вполне комфортно себя чувствуют без дополнительных мер стабилизации тока. Теперь мы знаем, сколько светодиодов должно быть в СТОП-сигнале.
На этом рисунке при 12В все цепочки потребляют по 20мА.
Например к 10В. Для прикидки номиналов резисторов в цепочках надо обратить внимание на наклон характеристик.
Отчётливо видно, что для трёх светодиодов подойдёт резистор 050, а для одного - 101 будет в самый раз.
Кратно количеству элементов.
Очень большое количество параллельных светодиодов имеют обычное напряжение зажигания и нулевое динамическое сопротивление. То есть напряжение на такой цепи не зависит от протекающего тока.
Снижение тока до 30% относительно максимального снизят яркость в два раза, но предотвратят перегрузку светодиодов.
Как ни странно, снижение мощности в три раза приводит к снижению яркости всего в два раза, то есть эффективность светодиодов выше при недогрузке.
При параллельном включении светодиодов их общее динамическое сопротивление падает кратно количеству светодиодов (для пяти диодов это будет 1 Ом). Большое количество параллельно включенных светодиодов сводит динамическое сопротивление к нулю - вертикальная оранжевая линия на РИС.5.
Последовательное соединение одного красного светодиода и кремниевого выпрямительного диода отодвигает заветную точку зажигания светодиода 1,5В на 0,6В.
Таким образом ток начнёт течь и свет появится при напряжении 2,1В.
Если подключить два выпрямительных диода, то зажигание произойдёт при напряжении 2,7В. И так далее.
Мы можем тонко регулировать напряжение зажигания подключая несколько обычных диодов к светодиоду.
Увы, вся мощность, потерянная на дополнительных диодах перейдёт в тепло и снизит КПД, поэтому для мощных осветителей этот вариант регулировки не рекомендуется.
Между жёлтым и зелёным светодиодами довольно большая прореха. Туда попадает жёлто-зелёный светодиод. Он не подвернулся пока мне под руку, но это дело со временем поправимо.
Ультрафиолетовый светодиод имеет ещё более высокий порог, а инфракрасный имеет порог ниже, чем красный.
Но пока мы остановимся на видимом спектре.
На этом графике последняя кривая (красная) относится к двум последовательно соединённым красным светодиодам. Логично, что все параметры по напряжению для них удвоены.
Для формирования нужного напряжения зажигания можно соединять последовательно любое количество и светодиодов любого цвета и обычных, выпрямительных.
Не забываем, что можно как угодно гнуть характеристику при помощи резисторов и приводить все светодиодно - резисторные цепочки в одну точку.
Совершенно не нужно сводить всё в одну точку, как это здесь сделано. Все светодиоды имеют разную эффективность и яркость. Поэтому подбирать резисторы надо по балансу цвета. Самый тусклый светодиод надо питать максимальным током, а остальные цвета пригасить, применив более высокоОмные резисторы. Для сверхъярких светодиодов Разброс яркостей может быть просто огромным (до 5 крат).
Светоотдача (КПД) приведена не в процентах, а в относительных единицах. При нагрузке 100% КПД составляет примерно 10%
При повышении тока Коэффициент Полезного Действия (КПД) светодиода падает. При загрузке на 100% светодиод имеет отдачу в полтора раза меньше, чем при загрузке на 5...10%. При перегрузке КПД падает ещё больше.
Это означает:
- Светодиод не может быть импульсным источником света повышенной яркости.
- Импульсное питание (применяется часто в фонарях для экономичного режима) плохо экономит энергию.
- Хотите яркий экономичный источник света - берите вместо одного светодиода десяток.