Введение
Всем нам с детства знакомы эти красивые яркие лампочки. Сегодня они присутствуют практически
в любой аппаратуре. Те, кто постарше, помнят, как покупали их по 40–50 копеек за штуку и вставляли
в магнитофоны «Электроника 302».
Сегодня их тоже используют «самоделкины», но в основном для создания красивой подсветки автомобилей,
компьютеров или других устройств (т.н. моддинг). Но правильно ли их подключают? Почему они то
работают годами, а то сгорают в первые же дни, хотя подключены к одинаковому напряжению? Ответы
на эти вопросы вы найдёте в этой статье.
Статья рассчитана на дилетантов в электронике, простым языком объясняя основные её понятия,
необходимые для осмысленного подключения светодиодов к различным источникам питания.
Напряжение питания светодиодов
Несмотря на то что электрический параметр №1 для светодиода – это номинальный ток, часто для расчётов необходимо знать напряжение на его выводах. Под понятием «напряжение светодиода» понимают разницу потенциалов на p-n-переходе в открытом состоянии.
Оно является справочным параметром и вместе с другими характеристиками указывается в паспорте к полупроводниковому прибору. 3, 9 или 12 вольт… Часто в руки попадают экземпляры, о которых ничего не известно. Так как узнать падение напряжения на светодиоде?
Прекрасной подсказкой в этом случае является цвет свечения, внешняя форма и размеры полупроводникового прибора. Если корпус светодиода выполнен из прозрачного компаунда, то цвет его остаётся загадкой, разгадать которую поможет мультиметр.
Для этого переключатель цифрового тестера переводят в положение «проверка на обрыв» и щупами поочерёдно касаются выводов светодиода. У исправного элемента в прямом смещении будет наблюдаться небольшое свечение кристалла. Таким образом, можно сделать вывод не только о цвете свечения, но и о работоспособности полупроводникового прибора.
Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. Именно химический состав полупроводника во многом определяет напряжение питания светодиодов, точнее, падение напряжение на p-n-переходе.
В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Однако есть определённый диапазон значений, которых зачастую достаточно для проведения предварительных расчетов элементов электронной цепи.
С одной стороны, размер и внешний вид корпуса не влияют на прямое напряжение светодиода. Но, с другой стороны. через линзу можно увидеть количество излучающих кристаллов, которые могут быть соединены последовательно. Слой люминофора в SMD светодиодах может скрывать целую цепочку из кристаллов.
Ярким примером является миниатюрные многокристальные светодиоды от компании Cree, падение напряжения на которых зачастую значительно превышает 3 вольта. В последние годы появились белые SMD светодиоды, в корпусе которых размещено 3 последовательно соединённых кристалла. Их часто можно встретить в китайских светодиодных лампах на 220 вольт.
Естественно убедиться в исправности LED-кристаллов в такой лампе при помощи мультиметра не удастся. Стандартная батарейка тестера выдаёт 9 В, а минимальное напряжение срабатывания трёхкристального белого светоизлучающего диода – 9,6 В. Также встречаются двухкристальная модификация с порогом срабатывания от 6 вольт.
Самые точные данные о прямом падении напряжения на светодиоде можно получить путём проведения практических измерений. Для этого понадобится регулируемый блок питания (БП) постоянного тока с напряжение от 0 до 12 вольт, вольтметр или мультиметр и резистор на 510 Ом (можно больше). Лабораторная схема для тестирования показана на рисунке.
Здесь всё просто: резистор ограничивает ток, а вольтметр отслеживает прямое напряжение светодиода. Плавно увеличивая напряжение от источника питания, наблюдают за ростом показаний на вольтметре. В момент достижения порога срабатывания светодиод начнёт излучать свет.
В какой-то момент яркость достигнет номинального значения, а показания вольтметра перестанут резко нарастать. Это означает, что p-n-переход открыт, и дальнейший прирост напряжения с выхода БП будет прикладываться только к резистору. Текущие показания на экране и будут номинальным прямым напряжением светодиода.
Если ещё продолжить наращивать питание схемы, то расти будет только ток через полупроводник, а разность потенциалов на нём изменится не более чем на 0,1-0,2 вольт. Чрезмерное превышение тока приведёт к перегреву кристалла и электрическому пробою p-n-перехода.
Если рабочее напряжение на светодиоде установилось около 1,9 вольт, но при этом свечение отсутствует, то возможно тестируется инфракрасный диод. Чтобы убедиться в этом, нужно направить поток излучения на включенную фотокамеру телефона. На экране должно появиться белое пятно.
В отсутствии регулируемого блока питания можно запитать светодиод «кроной» на 9 В. Также можно задействовать в измерениях сетевой адаптер на 3 или 9 вольт, который выдаёт выпрямленное стабилизированное напряжение, и пересчитать номинал сопротивления резистора.
Как определить полярность светодиода — 2 простых способа
Светодиод представляет собой оптический полупроводниковый прибор, передающий электрический ток в прямом направлении. При подключении не будет инверсионного тока в цепи и естественно не будет свечения. Чтобы этого не произошло, соблюдайте полярность светодиода.
Светодиод на схеме обозначен треугольником в круге с перекрестной линией — это катод, который имеет знак «-» (минус). С противоположной стороны находится анод, который имеет знак «+» (плюс).
Обозначение светодиода в схеме
Схемы подключения должны включать распиновку (или распиновку) проводки для идентификации всех контактов соединения.
Как определить полярность диода, держа в руках маленькую лампочку? Ведь для правильного подключения нужно знать, где у него минус, а где плюс. Если распиновка перепутана, схема работать не будет.
Визуальный метод определения полярности
Первый способ определения – визуальный. Диод имеет две клеммы. Короткая ножка будет катодом, анод светодиода всегда длиннее. Его легко запомнить, так как в обоих словах есть начальная буква «к.
Длина светодиодного провода
Когда оба провода согнуты или прибор снят с другой платы, определить длину может быть сложно. Тогда можно попробовать увидеть в корпусе, который сделан из прозрачного материала, небольшой кристалл. Стоит на небольшой подставке. Этот штифт соответствует катоду.
Катод светодиода также можно определить по небольшой насечке. В новых моделях светодиодных лент и светильников используются полупроводники для поверхностного монтажа. Имеющийся ключ в виде скоса говорит о том, что это отрицательный электрод (катод).
Иногда светодиоды имеют маркировку «+» и «-». Некоторые производители маркируют катод точкой, иногда зеленой линией. Если метки нет или ее трудно увидеть из-за того, что светодиод был удален из другой цепи, следует провести проверку.
Тестирование с применением мультиметра или аккумулятора
Хорошо иметь под рукой мультиметр. Затем полярность светодиода будет определена в течение одной минуты. После выбора режима омметра (измерение сопротивления) легко выполнить следующую операцию. Приложив щупы к ножкам светодиода, измеряют сопротивление. Красный провод должен быть подключен к плюсу, а черный провод к минусу.
При правильном включении прибор выдаст значение примерно равное 1,7 кОм и будет наблюдаться свечение. При повторном включении на дисплее мультиметра будет отображаться бесконечно большое значение. Если проверка показывает, что диод показывает низкое сопротивление в обоих направлениях, он неисправен и его следует выбросить.
Определение полярности светодиода с помощью мультиметра
Некоторые устройства имеют специальный режим. Он предназначен для проверки полярности диода. Прямое переключение будет сигнализироваться диодным освещением. Этот метод подходит для красных и зеленых полупроводников.
Синий и белый светодиоды сигнализируют только о напряжении выше 3 вольт, поэтому желаемый результат не может быть достигнут. Для их проверки можно использовать мультиметры типа DT830 или 831, в которых предусмотрен режим определения характеристик транзисторов.
С помощью части ПНП один провод светодиода вставляется в контакт коллектора, другой — в отверстие эмиттера. В случае прямого подключения появится индикация, инверсионное подключение не даст такого же эффекта.
Как определить полярность светодиода, если под рукой нет мультиметра? Можно прибегнуть к обычной батарейке или аккумулятору. Для этого вам понадобится еще один резистор. Это необходимо для защиты светодиода от поломки и выхода из строя. Соединённый последовательно резистор, значение сопротивления которого должно быть около 600 Ом, будет ограничивать ток в цепи.
Проверка полярности с источником питания
И еще несколько советов:
Тахометр на мотоцикл
Владельцы мотоциклов всегда стремятся к тому, чтобы сделать свою мототехнику лучше и интересней. Для этого применяется большое количество приспособлений. Одним из них является тахометр. Это приспособление устанавливается и на отечественные и на иностранные мотоциклы.
Тахометр обладает привлекательным внешним видом и делает приборную панель более функциональной. Как известно, на мотоциклах обычно на приборной панели не имеется такого большого многообразия приборов для наблюдения за основными показателями техники. Именно поэтому многие мотоциклисты разрабатывают новые методы для увеличения функциональности своего байка.
Особенности установки блока питания
Блоки питания для светодиодных лент обычно устанавливаются в соответствии со структурной схемой, которая входит в их комплектацию. В основном перед установкой трансформатора светодиодную ленту разрезают на секции, состоящие из необходимого количества диодов.
Места нарезки обозначены двумя парами контактных групп (с каждого конца секции) и маркером в виде ножниц. Блок питания соединяется параллельно секциям. В процессе подключения необходимо соблюдать полярность (подключать клеммы блока питания с обозначениями «+» и «-» к соответствующим контактам ленты), при этом следует учитывать, что выходное напряжение источника не должно превышать 12 или 24 В (номинальное напряжение ленты). Расположение блока питания не влияет на функциональность устройства, но его нужно подбирать по эстетическим соображениям.
На практике применяются две схемы подключения светодиодной ленты к блоку питания.
Подключение светодиодной ленты к одному блоку питания
Чаще всего светодиодная лента представляет собой цельный пятиметровый отрезок, который намотан на пластиковую катушку. Как правило, с внешней стороны — на незамотанный на катушке конец — к ленте подсоединяются провода, необходимые для соединения с блоком питания. Если же после покупки обнаружилось отсутствие соединительных проводов, то следует взять любые многожильные провода красного («+») и чёрного («-») цвета, отмерить нужную длину, которой должно быть достаточно, чтобы достать до клемм блока питания, и припаять их, предварительно зачистив и облудив оба конца.
- Облуживаем провода, используя канифоль и олово, и методом пайки подсоединяем их к дорожкам ленты. В процессе пайки следует применять маломощный паяльник и производить соединение достаточно быстро, так как есть вероятность того, что от воздействия повышенной температуры светодиоды могут повредиться. Выбор блока питания для светодиодной ленты Облуживать провода нужно быстро, чтобы не перегреть их и не повредить светодиоды
- После этого свободные концы проводов (не припаянные к ленте) подсоединяем к блоку питания, соблюдая полярность. Выбор блока питания для светодиодной ленты Красный провод от светодиодной ленты («+») нужно подсоединить к клемме «+V», а чёрный («-») — к клемме «-V»; к клеммам «L» и «N» подключается сетевое напряжение («L» — фаза, «N» — ноль)
Видео: подключение герметичного блока питания
Подключение двух светодиодных лент к одному блоку питания
В качестве примера рассмотрим следующий вариант: запланирован монтаж и подключение светодиодной ленты, длина которой составляет 8 метров. Проблема в том, что найти кусок ленты такой длины довольно затруднительно, т. к. в основном светодиодные ленты продаются в катушках по 5 метров. Однако всё же требуется 8 метров, и что же делать?
Выбор блока питания для светодиодной ленты Если нужно подключить несколько кусков свтодиодной ленты общей длиной более 5 метров, это можно сделать только по параллельной схеме
Все достаточно просто. Выполняем следующие действия:
- Приобретаем две катушки со светодиодной лентой, причём один кусок оставляем цельным (5 метров), а от второго отрезаем 3 метра и соединяем их. Для того чтобы отрезать ленту берём обычные ножницы и ищем линию, по которой будем отрезать кусок нужной длины.
- Далее зачищаем и облуживаем контактные площадки обоих кусков ленты (с одной и той же стороны).
- Берём четыре двухжильных провода (два красных «+» и два чёрных «-») и также подготавливаем (зачищаем и лудим).
- Припаиваем к двум кускам ленты. Свободные концы проводов, идущие от пятиметрового куска, припаиваем (привинчиваем) к клеммам блока питания («+V» и «-V»), а к клемам «L» и «N» подсоединяем провода сетевого кабеля.
- Далее на проводах, которые подведены к пятиметровому куску ленты, снимаем небольшие куски изоляции. Затем лудим их и подпаиваем к ним провода от трёхметрового куска, тем самым подключая оба куска ленты параллельно. Выбор блока питания для светодиодной ленты Если соответствующие провода от каждой ленты свести в одну точку, получится параллельное подключение
Видео: подключение и монтаж светодиодной ленты — 3 главных правила
Разнообразие выбора светодиодных лент поможет воплотить любую мечту и создать поистине красивое освещение, которое выгодно подчеркнёт любое помещение. Использование светодиодной ленты в качестве осветительного прибора придаст дому дополнительный уют и тепло. Однако перед тем как приступить к созданию светодиодной системы освещения, следует ознакомиться с видами изделий и изучить правила подбора питания, чтобы вся система заработала и радовала глаз.
Источник
Схема подключения светодиодной ленты RGB длиной 5м или 10м
Последовательное подключение светодиодов
При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:
В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.
Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).
Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.
После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему последовательного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).
Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.
Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.
- Недостатки последовательного подключения:
- При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема.
- Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.
Что такое светодиод и как он работает
Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).
Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду. Для этого следует подать на его анод положительное, а на катод — отрицательное напряжение.
Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым бытовым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять такую мощность, которую физически не способен выдержать.
Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.
Плавное управление RGB светодиодом
Управление rgb светодиодом на Arduino можно сделать плавным, используя аналоговые выходы с «ШИМ». Для этого ножки светодиода необходимо подключить к аналоговым выходам, например, к пинам 11, 10 и 9. И подавать на аналоговые выходы микроконтроллера различные значения ШИМ (PWM), для этого воспользуемся циклом for, с помощью которого можно повторять нужные команды в программе.
Скетч для плавного мигания RGB светодиода
#define RED 11 // присваиваем имя RED для пина 11
#define GRN 10 // присваиваем имя GRN для пина 10
#define BLU 9 // присваиваем имя BLU для пина 9
void setup() {
pinMode(RED, OUTPUT); // используем Pin11 для вывода
pinMode(GRN, OUTPUT); // используем Pin10 для вывода
pinMode(BLU, OUTPUT); // используем Pin9 для вывода
}
void loop() {
// плавное включение/выключение красного цвета
for (int i = 0; i <= 255; i++) {
analogWrite(RED, i);
delay(2);
}
for (int i = 255; i >= 0; i--) {
analogWrite(RED, i);
delay(2);
}
// плавное включение/выключение зеленого цвета
for (int i = 0; i <= 255; i++) {
analogWrite(GRN, i);
delay(2);
}
for (int i = 255; i >= 0; i--) {
analogWrite(GRN, i);
delay(2);
}
// плавное включение/выключение синего цвета
for (int i = 0; i <= 255; i++) {
analogWrite(BLU, i);
delay(2);
}
for (int i = 255; i >= 0; i--) {
analogWrite(BLU, i);
delay(2);
}
}
Пояснения к коду:
- с помощью директивы мы заменили номера пинов 9, 10 и 11 на соответствующие имена , и . Это сделано для удобства, чтобы не запутаться в скетче и понимать какой цвет мы включаем;
- пины 9, 10 и 11 мы использовали, как аналоговые выходы .
#define RED 11 // присваиваем имя RED для пина 11
#define GRN 10 // присваиваем имя GRN для пина 10
#define BLU 9 // присваиваем имя BLU для пина 9
void setup() {
pinMode(RED, OUTPUT); // используем Pin11 для вывода
pinMode(GRN, OUTPUT); // используем Pin10 для вывода
pinMode(BLU, OUTPUT); // используем Pin9 для вывода
}
void loop() {
// плавное включение красного и зеленого цвета
for (int i = 0; i <= 255; i++) {
analogWrite(RED, i);
analogWrite(GRN, i);
delay(2);
}
for (int i = 255; i >= 0; i--) {
analogWrite(RED, i);
analogWrite(GRN, i);
delay(2);
}
// плавное включение красного и синего цвета
for (int i = 0; i <= 255; i++) {
analogWrite(RED, i);
analogWrite(BLU, i);
delay(2);
}
for (int i = 255; i >= 0; i--) {
analogWrite(RED, i);
analogWrite(BLU, i);
delay(2);
}
}
Подключение светодиода к сети 220в, схема
Для подключения к сети 220 вольт используется драйвер, который является источником стабилизированного тока.
Схема драйвера для светодиодов бывает двух видов:
- простая на гасящем конденсаторе;
- полноценная с использованием микросхем стабилизатора;
Собрать драйвер на конденсаторе очень просто, требуется минимум деталей и времени. Напряжение 220В снижается за счёт высоковольтного конденсатора, которое затем выпрямляется и немного стабилизируется. Она используется в дешевых светодиодных лампах. Основным недостатком является высокой уровень пульсаций света, который плохо действует на здоровье. Но это индивидуально, некоторые этого вообще не замечают. Так же схему сложно рассчитывать из-за разброса характеристик электронных компонентов.
Полноценная схема с использованием специализированных микросхем обеспечивает лучшую стабильность на выходе драйвера. Если драйвер хорошо справляется с нагрузкой, то коэффициент пульсаций будет не выше 10%, а в идеале 0%. Чтобы не делать драйвер своими руками, можно взять из неисправной лампочки или светильника, если проблема у них была не с питанием.
Если у вас есть более менее подходящий стабилизатор, но сила тока меньше или больше, то её можно подкорректировать с минимум усилий. Найдите технические характеристики на микросхему из драйвера. Чаще всего количество Ампер на выходе задаётся резистором или несколькими резисторами, находящимися рядом с микросхемой. Добавив к ним еще сопротивление или убрав один из них можно получить необходимую силу тока. Единственное нельзя превышать указанную мощность.
Проверка полярности мультиметром
Самый элементарный и простой вариант определения полярности — воспользоваться мультиметром или по другому его еще называют тестером. Это универсальный прибор профессионала — электрика.
При отсутствии свечения, меняем подключение. Если свечения нет ни при одном положении, то можно быть уверенным, что светодиод не исправен, и его можно выбрасывать.
Протестировать таким образом можно практически все светодиоды любой мощности.
Еще один надежный вариант проверки мультиметром — это определение полярности через транзисторные гнезда. Манипуляции с щупами при таком методе не пригодятся. Находим на приборе тестера гнезда «С» и «Е».
Вставляем контакты светодиода в отсеки
Важно запомнить, что «С»- коллектору соответствует катод светодиода, а «Е»- эмиттеру анод. Таким образом хорошо проверять индикаторные светодиоды в DIP корпусе.
А вот контакты SMD элементов в гнезда не воткнуть
Профессионалы для удобства в гнезда вставляют мелкие гвоздики или иголки, а затем прикладывают контакты светодиода.
В ходе проверки у новичков может возникнуть вполне закономерный вопрос: «Не выйдет ли из строя элемент после нескольких попыток?» Ничего подобного не произойдет. Светодиод будет работать исправно и можно смело использовать его по назначению.
Каким образом подключаются диоды
Прежде чем приступать к пайке светодиодов (например, типа SMD), необходимо знать, каким образом они подключаются к схеме или последовательно друг к другу (если речь идет о светодиодных лентах).
Обратите внимание! Светодиоды, чаще всего, подключатся в сеть с напряжением в 12 или 9 В. Но обычно приборы рассчитаны на уровень потребляемого тока в 0,02 А (20 мА)
Идеальным вариантом для светодиодов является подключение их через стабилизатор тока. При этом следует помнить, что такие стабилизаторы обойдутся несколько дороже, чем единичные светодиоды (например, типа SMD). Это нужно учитывать, при самостоятельной сборке радиоэлектрических приборов.
Для того чтобы запитать светодиоды желтого и красного свечения, зачастую необходимо напряжение в 2,0 В. В то же время для питания светодиодов синего, зеленого и белого цветов — 3,0 В. Разобраться в этом вопросе поможет следующий пример:
- в наличии имеется батарея на 12 В, а также светодиоды на 0,02 А и 2,0 В;
- самым простым решением здесь будет подача напряжения в 2,0 В на каждый диод;
- при этом лишние 10 В необходимо будет погасить при помощи резистора. Его еще часто называют сопротивлением;
- используя закон Ома, вычисляем величину сопротивления (R = U/I). В результате получаем R = 10,0/0,02 = 500 Ом;
- также, чтобы уберечь сопротивление от лишнего тепла, необходимо провести расчеты его мощности. В результате получится Р = 10,0 * 0,02 А = 0,2 Вт.
Для большей надежности необходимо брать сопротивление немного большей емкости
Обратите внимание! При увеличении мощности сопротивления естественным образом увеличатся его габаритные размеры. Зная вышеприведенные аспекты, вы сможете правильно подключить светодиоды к батарее, используя для этого резистор. Главное здесь точно соблюдать полярность используемых деталей
Главное здесь точно соблюдать полярность используемых деталей.
