alexxlab Схема подключения светодиодов на 5 и 12 вольт
Светодиоды широко используются для устройства освещения и индикации из-за своей надежности и экономичности. Имеют достаточно высокий коэффициент полезного действия, безопасны и долговечны по сравнению с обычными лампами накаливания.
Чтобы светодиод светился
Через него необходимо пропустить электрический ток в направлении одной стороны – от анода к катоду. При этом его невозможно подключить напрямую к источнику питания, поскольку он немедленно сгорит. Чтобы обеспечить нормальную работу, необходим ограничитель, которым служит резистор, устанавливаемый в цепь последовательно со светодиодом.
По цветам светодиоды разделяются на красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Цвет можно определить, лишь включив его, поскольку почти все они изготовлены из прозрачного бесцветного пластика.
Кроме того их также различают по номинальному току потребления. В основном, широкое распространение получили изделия с потребляемым током 10 и 20 миллиампер.
Идеальный источник питания для светодиодов – блок питания компьютера. При использовании в качестве обычного освещения применяются разъемы, на выходе у которых 5 или 12 вольт. Когда они используются в качестве светомузыки, то они подключаются через LPT-порт компьютера.
Рассмотрим различные варианты схем подключения светодиодов
При питании номинальным током 5 вольт в цепь включается резистор с сопротивлением 100-200 Ом.
Светодиоды на 12 вольт при подключении питания в цепь, последовательно с ними включается ограничительный резистор с сопротивлением 400-900 Ом.
При подключении на 5 вольт для двух светодиодов, в цепь последовательно включают ограничительный резистор сопротивлением до 100 Ом. В отдельных случаях наблюдается тусклое их свечение даже без использования резистора.
При подключении питания током на 12 вольт для двух светодиодов подключенных в цепь последовательно включается резистор сопротивлением 250-600 Ом.
При использовании источника питания номинальным током 12 вольт для трех светодиодов в цепи применяется резистор 100-250 Ом.
При такой схеме подключения отдельные модели будут тускло светиться даже без использования резистора.
Кроме последовательного подключения в отдельных случаях применяется параллельное их подключение. В этом случае аноды и катоды у них сходятся в две отдельные точки или в два пучка. Такие схемы отличаются низкой экономичностью и небезопасны в эксплуатации.
Параллельное подключение должно осуществляться с применением светодиодов с одинаковыми параметрами, при этом разброс характеристик должен быть минимальным. Расчет сопротивления ограничительного резистора должен быть произведен с достаточно высокой точностью. При перегорании даже одного светодиода – другие сгорают поочередно в течение нескольких минут.
Чаще всего для параллельного подключения используется следующая схема:
При такой схеме используются выпрямительные диоды различных марок, что исключает возможность их выгорания. На диодах происходит падение напряжения и до светодиодов доходит напряжение менее 5 вольт.
Такая схема обычно используется для круглосуточного освещения помещения.
При подключении к LPT-порту в цепь последовательно включается резистор сопротивлением до 100 Ом. При приведении порта LPT в режим ЕРР резистор может и не устанавливаться.
Выключатель с подсветкой: установка, подключение, схема
Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром
Проверка светодиода мультиметром (тестером) на исправность
Как понять Закон Ома: простое объяснение для чайников с формулой и понятиями
Закон Ома для переменного тока
Диммер своими руками: устройство, принцип работы + как сделать диммер самому
Схема подключения светодиода
Введение
Использование светодиодов для освещения и индикации — это надежное и экономичное решение.
Светодиоды имеют очень высокий КПД, надежны, экономичны, безопасны, долговечны в сравнении с лампами накаливания и люминесцентными лампами. В данной статье рассматриваются способы включения светодиодов. Описываются способы питания светодиода от компьютера.
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.
Какие бывают светодиоды
Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.
Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления.
Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.
В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр нередко забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничительного резистора.
Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.
Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.
Подключение светодиодов к блоку питания
Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.
Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.
Рассмотрим схему подключения одного светодиода.
| При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом. | |
| При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом. |
Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.
| При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора). | |
| При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом. |
Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.
| При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом. | |
| Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора). |
Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Методика расчета питания светодиода».
Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).
Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях.
| При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты. |
Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.
| Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов). |
Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше.
Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение равное их падению напряжения в открытом состоянии.
Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.
Подключение светодиодов к LPT порту
| При питании светодиода от LPT порта необходимо последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP. Подробное описание способа подключения светодиодов к LPT порту содержится в статье «LPT порт и 12 светодиодов». |
Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Универсальная методика рассчета питания светодиодов».
L1: Включение светодиода
Содержание
- Материалы
- Подключите светодиод к контакту питания 5 В Arduino
- Шаг 1: Оберните резистор вокруг ножки светодиода
- Шаг 2: Подсоедините компоненты к Arduino 9000 6
- Шаг 3: Подключите Arduino к источнику питания
- Давайте проанализируем нашу схему
- Шаг 1: Определите узлы и то, что мы знаем
- Шаг 2: Определите падение напряжения на резисторе
- Шаг 3: Определите ток
- Максимальное потребление тока
- Максимальное количество светодиодов в серии
- Максимальное количество светодиодов в параллельном соединении
- Понижение напряжения питания
- Как мы можем сделать светодиод менее ярким?
- Подключение светодиода к контакту питания 3,3 В
- Полное видеопрохождение
- Использование резисторов с более высокими значениями
- Следующий урок
использовать Arduino для включения светодиода .
нам не буду писать любой код. Вместо этого наша цель состоит в том, чтобы получить некоторое начальное знакомство с аппаратным обеспечением Arduino и подключением компонентов к выводам Arduino, прежде чем мы приступим к программированию, что мы и сделаем в следующем уроке.
Рисунок Движение тока в цепи показано анимированными желтыми кружками. Эта визуализация представляет собой грубую абстракцию, предназначенную для того, чтобы подчеркнуть направление течения. Более точная визуализация показала бы, что электроны уже распределены по проводу до подачи напряжения. См. нашу серию «Введение в электронику», в частности, урок о напряжении, токе и сопротивлении.
Материалы
Для этого урока вам понадобятся следующие материалы. Пожалуйста, стройте вместе с нами, чтобы улучшить свое понимание и набор навыков — лучший способ учиться — это делать ! . Для тех студентов, которые зачислены на наши курсы, пожалуйста, задокументируйте свои творческие пути в своих журналах прототипирования и постарайтесь ответить и поразмышлять над поставленными вопросами.
| Arduino | Светодиод | Резистор |
|---|---|---|
| Arduino Uno, Leonardo или аналогичные | Красный светодиод | Резистор 220 Ом |
Я буду использовать Arduino Leonardo для этих вводных уроков по микроконтроллерам, но подойдет любая плата на 5 В, включая Arduino Uno, METRO 328 от Adafruit, RedBoard от Sparkfun, и т. д. Каждая из этих плат имеет одинаковое расположение контактов и общие характеристики.
Подключите светодиод к контакту 9 питания 5 В Arduino.0003
Шаг 1: Оберните резистор вокруг ножки светодиода
Возьмите резистор 220 Ом (или любой резистор 220 Ом или выше) и обмотайте одну ножку вокруг ножки светодиода. Если вы хотите следовать моему примеру точно , подключите резистор к аноду светодиода (длинная ножка), но любая ножка будет работать. (Помните, токоограничивающий резистор может располагаться с любой стороны светодиода, см.
наш урок по светодиодам).
Чтобы обмотать компоненты проволокой, просто скрутите ножки вместе следующим образом:
Видео. Пример обмотки ножки резистора 220 Ом (или провода) непосредственно вокруг анода светодиода
Шаг 2: Подключите компоненты к Arduino
Вставьте светодиод + резистор в Arduino: катод светодиода (короткая ножка) к GND, а анод светодиода (длинная ножка) + резистор к источнику питания Arduino, доступ к которому можно получить через контакт 5В.
Шаг 3: Подключите Arduino к источнику питания
Теперь подключите Arduino к источнику питания, и светодиод должен загореться. Ты сделал это!
Вот фото версии, которую я сделал. Мне было проще протянуть проводку через Arduino от порта 5V до GND на противоположной стороне.
Для питания можно использовать USB-кабель (питание 5 В) или батарею 9 В (питание 9 В). В любом случае, Arduino подает 5V через контакт 5V. Как? Использование регулятора напряжения.
См. раздел «Дополнительная информация» ниже.
| Питание USB | Питание 9 В | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| С USB питания, контакт 5 В подает 5 В | . Используя бочкообразный разъем Arduino, мы можем подключить внешний источник питания, такой как 7 Настенный адаптер -12 В или 9батарея В. Внутренний стабилизатор напряжения Arduino уменьшает эти более высокие напряжения, чтобы выдать чистые 5 В. Для этого нам сначала нужно определить падение напряжения на резисторе \(V_R\), а затем использовать закон Ома, чтобы вычислить ток (\(I = \frac{V_R}{R}\)).Шаг 1. Определите узлы и то, что мы знаемМы всегда начинаем с определения узлов и того, что нам известно. Мы знаем, что пока \(V_f\) удовлетворяется, будет падение напряжения \(V_R\) на нашем резисторе и падение напряжения \(V_D\) на нашем светодиоде. Из-за законов Кирхгофа мы знаем, что общее падение напряжения как на резисторе, так и на светодиоде (\(V_R + V_D\)) должно равняться напряжению питания \(V_S=5V\). ] Шаг 3: Найдите токИз закона Ома мы знаем, что общий ток в нашей цепи равен падению напряжения на нашем резисторе \(V_R\), деленному на значение сопротивления \(R\) . То есть \(I = \frac{V_R}{R}\). И мы знаем, что \(V_R=3V\) и \(R=220Ω\). Таким образом, ток через нашу цепь равен: \[I = \frac{V_R}{R} \\ I = \frac{3V}{220Ω} = 0,014A = 13,6mA\] Итак, с выводом питания 5V наша схема рисуется 13,6 мА тока. Это много или мало? Давайте поместим это в контекст ниже. Максимальное потребление тока Плата Arduino имеет множество типов контактов, каждый из которых имеет свои собственные значения максимального тока.
Единственным защитным предохранителем является сбрасываемый предохранитель на порте USB, который ограничивает ток до 500 мА на выходном контакте 5 В (но только при питании от USB). В Интернете ведется множество дискуссий о максимальном потреблении тока Arduino Uno и Leonardo. Лучший ресурс, который я нашел, — это эти сообщения StackExchange, которые также ссылаются на таблицы данных (сообщение 1, сообщение 2). Максимальное количество светодиодов в серииТогда возникает интересный вопрос: при питании Arduino через USB (макс. ток 500 мА), сколько красных светодиодов можно последовательно подключить к контакту питания 5 В? А если параллельно? Что является ограничивающим фактором для каждого из них? Ну, для простой последовательной конфигурации общее количество последовательных светодиодов ограничено напряжением питания, которое составляет 5В. С резистором 200 Ом и красным светодиодом с «прямым» напряжением \(V_f=2В\) мы ограничены максимум двумя светодиодами: \(2 * 2В = 4В\). Однако на практике мне удалось подключить три светодиода последовательно (потому что светодиод начинает включаться при ~1,7-1,8 В), хотя они были довольно тусклыми.
Таблица . Для этого эмпирического измерения я использовал 5-миллиметровые рассеянные КРАСНЫЕ светодиоды Sparkfun. Вот изображение тестовой установки и цепей для измерений выше: Рисунок . Измерение падения напряжения и тока на отдельных светодиодах в цепи с помощью двух мультиметров: желтый мультиметр, настроенный как вольтметр, для измерения падения напряжения \(V_D\) на первом светодиоде в цепи, и красный мультиметр, настроенный как амперметр, для измерения ток \(I\) через цепь. Наконец, мы также можем проверить эту схему в симуляторе, который отражает наши эмпирические измерения: Видео. Моделирование в CircuitJS конфигураций различных серий светодиодов с источником питания 5 В. Максимальное количество светодиодов, подключенных параллельноДля параллельной конфигурации ограничивающим фактором является общий ток, который мы можем получить, который при питании от USB на выводе 5 В составляет 500 мА. Сколько красных светодиодов нужно, чтобы превысить 500 мА при использовании резисторов 200 Ом? Ну, в параллельной конфигурации каждая ветвь резистора + светодиода получает ~\(I=\frac{V_R}{R}=\frac{3V}{200}=15 мА\). Таким образом, максимальное количество светодиодов, подключенных параллельно, равно \(\frac{500mA}{15mA}=33,3\), округленному до 34. Рис. 34 параллельно подключенных светодиода потребляют 514,1 мА тока, что превышает максимальное значение выходного контакта 5 В на Arduino (при питании от USB). Я попытался немного «нагрузить» тест на максимальные значения, используя порт USB на старом MacBook Pro (не делайте этого!). Несмотря на то, что я превысил предел 500 мА с выходным контактом 5 В (563 мА) и предел 150 мА с контактом 3,3 В (314 мА), я не сработал предохранитель. Тем не менее, я держал плату подключенной только в течение короткого времени. Рис. Я провел стресс-тестирование выходного контакта 5 В, используя USB для питания. Не пытайтесь! Несмотря на превышение номинальных максимумов, мне не удалось активировать внутренний предохранитель Arduino на источниках питания 5 В или 3,3 В. Обратите внимание, что контакты ввода-вывода не имеют такой защиты, поэтому вы можете повредить плату, если перегрузите ток. Понижение напряжения источника питания Если мы подключим сетевой адаптер 7-12 В или батарею 9 В к гнезду корпуса Arduino, то как Arduino преобразует эти более высокие напряжения в 5 В? Использование компонента, называемого регулярным напряжением, который может принимать диапазон постоянного напряжения и понижать его (но не повышать) до стабильного постоянного напряжения. Как сделать светодиод менее ярким?Яркость светодиода регулируется током . Итак, чтобы уменьшить яркость светодиода, нам нужно уменьшить ток. Но как? Вспомним закон Ома: \(V=I * R\) или \(I = \frac{V}{R}\). Таким образом, мы можем уменьшить ток одним из следующих способов:
Написание кода для микроконтроллера Arduino. Но пока давайте приглушим яркость светодиода, сначала уменьшив напряжение с помощью вывода 3,3 В Arduino (а не 5 В), а затем используя резисторы с более высоким номиналом. Это похоже на действия в наших уроках по светодиодам, но теперь мы используем контакты Arduino в качестве источника напряжения. Подключение светодиода к контакту питания 3,3 В Arduino Uno обеспечивает как источник питания 5 В (который мы только что использовали), так и источник питания 3,3 В. Переместим анод светодиода (длинная ножка) с контакта 5 В на контакт 3,3 В, но сохраним резистор 220 Ом. Что вы наблюдаете? Светодиод должен быть менее ярким! Это связано с тем, что через цепь 3,3 В протекает меньший ток. Напомним, что при напряжении 5 В имеем \(I=\frac{V_R}{R}=\frac{3V}{220 Ом}=13,6 мА\). С выходным контактом 3,3 В это значение падает до \(I=\frac{V_R}{R}=\frac{1V}{220Ω}=4,5 мА\) Вот фотография светодиода, подключенного к порту 3,3 В. Светодиод заметно менее яркий: Полное видео-пошаговое руководствоВот полное видео-пошаговое руководство по обмотке резистора вокруг ножки анода светодиода, подключению цепи к 5В и GND, а затем переключению с 5В на питание 3,3В . Использование резисторов большего номинала Мы только что показали, как уменьшение напряжения питания (\(V_s\)) пропорционально снижает ток и, следовательно, яркость светодиода. Следует заметить, что яркость светодиода уменьшается по мере увеличения сопротивления , поскольку яркость светодиода зависит от тока (\(I = \frac{V_R}{R}\)).
Мы можем проверить эти теоретические предсказания, используя мультиметр для измерения (\(V_s\)), фактических значений резисторов и тока \(I\). Несколько важных замечаний:
Опять же, мы предполагаем \(V_f=2V\) для нашего красного светодиода (мы также можем измерить это непосредственно в каждой цепи): 70 Измерено Против | Измеренный ток | Закон Ома | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 220 Ом | 218,8 Ом | 4,902 В | 13 мА | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 680 Ом | 680 Ом | 4,902 В | 4 мА | \(I = \frac{2,902 В} {680 Ом}= 4,3 мА\) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 кОм | 994 Ом | 4,902 В 9 0081 | 3 мА | \(I = \frac{2,902 В} {994 Ом}= 2,9 мА\) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2,2 кОм | 2,204 кОм | 4,902 В | 1 мА | \(I = \frac {2,902 В} {2,204 Ом}= 1,3 мА\) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10 кОм | 9008 1 | 9,92 кОм | 4,902 В | < 0 мА | \ (I = \frac{2,902 В} {9 920 Ом} = 0,3 мА\) |
Из нашего урока по светодиодам мы знаем, что наша схема отключена до тех пор, пока не будет достигнуто «включенное» или «прямое» напряжение нашего светодиода, которое для красного светодиода составляет ~ 2 В. Таким образом, мы можем установить \(V_D=2V\) и найти \(V_R\). 9
См. таблицу и изображение ниже для моих измерений.
Вот ссылка на CircuitJS.
Вы можете купить и использовать регуляторы напряжения в своих проектах. Если вы хотите узнать больше о подсистеме питания Arduino Uno, прочитайте этот пост в блоге technobyte.
Теперь давайте поэкспериментируем с резисторами более высокого номинала, такими как 680 Ом, 2,2 кОм или 10 кОм, и посмотрим на их эффект. Что происходит?
Мы провели эти измерения с помощью мультиметра Fluke 115 True RMS.Если вы хотите узнать больше о том, как пользоваться мультиметром, вот несколько руководств по началу работы:
- Как для использования мультиметра, Sparkfun Tutorials
- Multimeters, Adafruit Learning
У них есть мультиметры в Tinkercad Circuits, поэтому вы также можете использовать их и играть с ними там (если у вас нет дома).
Next Lesson
В следующем уроке мы узнаем, как программно управлять выходным напряжением цифрового контакта ввода/вывода для переключения между LOW (0 В) или HIGH (5 В), используя digitalWrite(int pin). , целочисленное значение) .
Далее: Мигание светодиодом с помощью Arduino
Светодиоды (LED) — SparkFun Learn
Авторы: Ник Пул, bboyho
Избранное Любимый 67
Введение
Светодиоды окружают нас повсюду: В наших телефонах, автомобилях и даже домах. Каждый раз, когда загорается что-то электронное, есть большая вероятность, что за этим стоит светодиод. Они бывают самых разных размеров, форм и цветов, но независимо от того, как они выглядят, у них есть одна общая черта: они — бекон электроники. Считается, что они делают любой проект лучше, и их часто добавляют к маловероятным вещам (к всеобщему удовольствию).
Однако, в отличие от бекона, они уже не годятся после того, как их приготовили. Это руководство поможет вам избежать случайных светодиодных барбекю! Впрочем, обо всем по порядку. Что именно это этот светодиод, о котором все говорят?
Светодиоды (это «элли-и-ди») представляют собой особый тип диодов, которые преобразуют электрическую энергию в свет. На самом деле, светодиод означает «светоизлучающий диод». (Он делает то, что написано на банке!) И это отражено в сходстве между диодом и символами схемы светодиода:
Короче говоря, светодиоды похожи на крошечные лампочки. Тем не менее, светодиоды требуют гораздо меньше энергии для освещения по сравнению с ними. Они также более энергоэффективны, поэтому они не нагреваются, как обычные лампочки (если только вы не накачиваете их энергией). Это делает их идеальными для мобильных устройств и других приложений с низким энергопотреблением. Однако не сбрасывайте их со счетов в мощной игре. Светодиоды высокой интенсивности нашли свое применение в акцентном освещении, прожекторах и даже автомобильных фарах!
Вы уже испытываете тягу? Тяга поставить светодиоды на все подряд? Хорошо, оставайтесь с нами, и мы покажем вам, как!
Рекомендуемая литература
Вот некоторые другие темы, которые будут обсуждаться в этом руководстве.
Если вы не знакомы с каким-либо из них, пожалуйста, ознакомьтесь с соответствующим руководством, прежде чем идти дальше.
Что такое цепь?
Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаете, что такое цепь? Мы здесь, чтобы помочь.
Избранное Любимый 82
Что такое электричество?
Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещая наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это не простой вопрос, но этот урок прольет на него свет!
Избранное Любимый 84
Диоды
Праймер для диодов! Свойства диодов, типы диодов и применение диодов.
Избранное Любимый 71
Электроэнергия
Обзор электроэнергии, скорость передачи энергии.
Мы поговорим об определении мощности, ваттах, уравнениях и номинальных мощностях. 1,21 гигаватт обучающего веселья!
Избранное Любимый 57
Полярность
Знакомство с полярностью электронных компонентов. Узнайте, что такое полярность, в каких частях она присутствует и как ее определить.
Избранное Любимый 55
Метрические префиксы и единицы СИ
В этом руководстве объясняется, как использовать и преобразовывать стандартные метрические префиксы.
Избранное Любимый 24
Рекомендуем к просмотру
Как их использовать
Итак, вы пришли к разумному выводу, что нужно ставить светодиоды на все.
Мы думали, ты придешь.
Давайте пройдемся по книге правил:
1) Полярность имеет значение
В электронике полярность указывает, является ли компонент схемы симметричным или нет. Светодиоды, будучи диодами, пропускают ток только в одном направлении. А когда нет тока, нет и света. К счастью, это также означает, что вы не сможете сломать светодиод, подключив его наоборот. Скорее просто не получится.
Положительная сторона светодиода называется «анодом» и маркируется более длинным «выводом» или ножкой. Другая, отрицательная сторона светодиода называется катодом . Ток течет от анода к катоду и никогда в обратном направлении. Перевернутый светодиод может препятствовать правильной работе всей цепи, блокируя протекание тока. Так что не волнуйтесь, если добавление светодиода сломает вашу цепь. Попробуйте перевернуть его.
2) Moar Current = Moar Light
Яркость светодиода напрямую зависит от потребляемого им тока.
Это означает две вещи. Во-первых, сверхъяркие светодиоды быстрее разряжают батареи, потому что дополнительная яркость достигается за счет дополнительной потребляемой мощности. Во-вторых, вы можете контролировать яркость светодиода, контролируя величину тока через него. Но создание настроения — не единственная причина сократить потребление тока.
3) Существует такая вещь, как слишком большая мощность
Если вы подключите светодиод напрямую к источнику тока, он попытается рассеять столько энергии, сколько ему разрешено потреблять, и, подобно трагическим героям прошлого, он будет уничтожить себя. Вот почему важно ограничить величину тока, протекающего через светодиод.
Для этого мы используем резисторы. Резисторы ограничивают поток электронов в цепи и защищают светодиод от слишком большого тока. Не волнуйтесь, для определения наилучшего номинала резистора требуется лишь немного базовой математики. Вы можете узнать все об этом в примерах применения нашего руководства по резисторам!
Резисторы
1 апреля 2013 г.
Избранное Любимый 58
Пусть вас не пугает вся эта математика, на самом деле довольно сложно все испортить слишком сильно. В следующем разделе мы рассмотрим, как сделать светодиодную схему без калькулятора.
Светодиоды без математики
Прежде чем мы поговорим о том, как читать техническое описание, давайте подключим несколько светодиодов. В конце концов, это учебник по светодиодам, а не учебник по для чтения .
Это также не учебник по математике, поэтому мы дадим вам несколько практических правил для запуска и работы светодиодов. Как вы, вероятно, поняли из информации в предыдущем разделе, вам понадобится батарея, резистор и светодиод. Мы используем батарею в качестве источника питания, потому что ее легко найти, и она не может обеспечить опасное количество тока.
Базовый шаблон для светодиодной цепи довольно прост, просто подключите батарею, резистор и светодиод последовательно. Так:
Резистор 330 Ом
Хорошим номиналом резистора для большинства светодиодов является 330 Ом (оранжевый — оранжевый — коричневый). Вы можете использовать информацию из последнего раздела, чтобы помочь вам определить точное значение, которое вам нужно, но это светодиоды без математики . Итак, начнем с включения резистора 330 Ом в приведенную выше схему и посмотрим, что произойдет.
Метод проб и ошибок
Что интересно в резисторах, так это то, что они рассеивают дополнительную мощность в виде тепла, поэтому, если у вас есть резистор, который нагревается, вам, вероятно, нужно использовать меньшее сопротивление. Однако, если ваш резистор слишком мал, вы рискуете сжечь светодиод! Учитывая, что у вас есть несколько светодиодов и резисторов, вот блок-схема, которая поможет вам спроектировать схему светодиодов методом проб и ошибок:
Броски с батарейкой типа «таблетка»
Еще один способ зажечь светодиод — просто подключить его к батарейке типа «таблетка»! Так как батарейка типа «таблетка» не может обеспечить ток, достаточный для повреждения светодиода, вы можете соединить их напрямую! Просто вставьте батарейку типа «таблетка» CR2032 между выводами светодиода.
Длинная ножка светодиода должна касаться стороны батареи, отмеченной знаком «+». Теперь вы можете обернуть все это лентой, добавить магнит и приклеить к чему-либо! Ура метателям!
Конечно, если вы не получаете отличных результатов методом проб и ошибок, вы всегда можете взять свой калькулятор и посчитать. Не волнуйтесь, рассчитать наилучшее значение резистора для вашей схемы несложно. Но прежде чем вы сможете определить оптимальное значение резистора, вам нужно найти оптимальный ток для вашего светодиода. Для этого нам нужно сообщить в таблицу…
Узнать подробности
Не подключайте никакие странные светодиоды к своим цепям, это просто вредно для здоровья. Познакомьтесь с ними первыми. А как лучше читать даташит.
В качестве примера мы рассмотрим техническое описание нашего основного красного 5-мм светодиода.
LED Current
Начиная сверху и спускаясь вниз, первое, с чем мы сталкиваемся, это очаровательный стол:
Ах, да, но что все это значит?
В первой строке таблицы указано, какой ток ваш светодиод сможет непрерывно выдерживать.
В этом случае вы можете дать ему 20 мА или меньше, и он будет светить ярче всего при 20 мА. Вторая строка говорит нам, каким должен быть максимальный пиковый ток для коротких импульсов. Этот светодиод может выдерживать короткие скачки до 30 мА, но вы не хотите поддерживать этот ток слишком долго. Это техническое описание даже достаточно полезно, чтобы предложить стабильный диапазон тока (в третьем ряду сверху) 16-18 мА. Это хорошее целевое число, которое поможет вам произвести расчеты резисторов, о которых мы говорили.
Следующие несколько строк менее важны для целей данного руководства. Обратное напряжение — это свойство диода, о котором в большинстве случаев не стоит беспокоиться. Рассеиваемая мощность — это мощность в милливаттах, которую светодиод может использовать до того, как он выйдет из строя. Это должно работать само собой, пока вы держите светодиод в пределах рекомендуемых значений напряжения и тока.
Напряжение светодиодов
Посмотрим, какие еще столы они здесь поставили.
.. Ах!
Вот это полезный столик! Первая строка говорит нам, каким будет прямое падение напряжения на светодиоде. Прямое напряжение — это термин, который часто встречается при работе со светодиодами. Это число поможет вам решить, какое напряжение потребуется вашей схеме для питания светодиода. Если у вас есть более одного светодиода, подключенного к одному источнику питания, эти цифры действительно важны, потому что прямое напряжение всех светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение питания. Мы поговорим об этом более подробно позже в более подробном разделе этого руководства.
Длина волны светодиода
Во второй строке этой таблицы указана длина волны света. Длина волны — это, по сути, очень точный способ объяснить, какого цвета свет. Это число может немного варьироваться, поэтому в таблице указаны минимум и максимум. В данном случае это от 620 до 625 нм, что находится как раз на нижнем красном конце спектра (от 620 до 750 нм). Опять же, мы рассмотрим длину волны более подробно в более подробном разделе.
Яркость светодиода
Последняя строка (помеченная как «Интенсивность света») показывает, насколько ярким может быть светодиод. Единица mcd, или милликандела — стандартная единица измерения интенсивности источника света. Этот светодиод имеет максимальную интенсивность 200 мкд, что означает, что он достаточно яркий, чтобы привлечь ваше внимание, но не совсем яркий фонарик. При 200 мкд этот светодиод мог бы стать хорошим индикатором.
Угол обзора
Далее у нас есть веерообразный график, представляющий угол обзора светодиода. Различные стили светодиодов будут включать линзы и отражатели, чтобы либо концентрировать большую часть света в одном месте, либо распространять его как можно шире. Некоторые светодиоды подобны прожекторам, испускающим фотоны во всех направлениях; Другие настолько направленны, что вы не можете сказать, что они включены, если не смотрите прямо на них. Чтобы прочитать график, представьте, что светодиод стоит прямо под ним.
«Спицы» на графике обозначают угол обзора. Круглые линии представляют интенсивность в процентах от максимальной интенсивности. Этот светодиод имеет довольно узкий угол обзора. Вы можете видеть, что если смотреть прямо вниз на светодиод, он наиболее яркий, потому что при 0 градусах синие линии пересекаются с крайним кругом. Чтобы получить угол обзора 50 %, угол, при котором интенсивность света вдвое меньше, проследуйте по кругу 50 % на графике, пока он не пересечет синюю линию, затем следуйте по ближайшему выступу, чтобы считать угол. Для этого светодиода угол обзора 50% составляет около 20 градусов.
Размеры
Наконец, механический чертеж. Это изображение содержит все размеры, которые вам понадобятся для установки светодиода в корпус! Обратите внимание, что, как и у большинства светодиодов, у этого есть небольшой фланец внизу. Это удобно, когда вы хотите установить его в панель. Просто просверлите отверстие идеального размера для корпуса светодиода, и фланец предотвратит его падение!
Теперь, когда вы знаете, как расшифровывать данные, давайте посмотрим, какие причудливые светодиоды вы можете встретить в дикой природе.
..
Типы светодиодов
Поздравляем, вы знаете основы! Может быть, вы даже получили в свои руки несколько светодиодов и начали их освещать, это потрясающе! Как бы вы хотели активизировать свою игру с миганием? Давайте поговорим о том, как сделать что-то необычное за пределами вашего стандартного светодиода.
Крупный план суперяркого 5-мм светодиода Крупный план
Типы светодиодов
Вот другие персонажи.
Светодиоды RGB
Светодиоды RGB (красный-зеленый-синий) на самом деле представляют собой три светодиода в одном! Но это не значит, что он может делать только три цвета. Поскольку красный, зеленый и синий являются аддитивными основными цветами, вы можете контролировать интенсивность каждого из них, чтобы создать любой цвет радуги. Большинство светодиодов RGB имеют четыре контакта: по одному для каждого цвета и общий контакт. У некоторых общий штырек является анодом, а у других катодом.
Светодиод RGB Common Clear Cathode
Светодиоды с интегральными схемами
Цикличность
Некоторые светодиоды умнее других.
Возьмем, к примеру, велосипедный светодиод. Внутри этих светодиодов на самом деле есть интегральная схема, которая позволяет светодиоду мигать без какого-либо внешнего контроллера. Вот крупным планом микросхема (большой черный квадратный чип на кончике наковальни), управляющая цветами.
5-миллиметровый светодиод с медленным циклом крупным планом
Просто включите его и смотрите, как он работает! Они отлично подходят для проектов, где вы хотите немного больше действий, но не имеете места для схемы управления. Есть даже мигающие светодиоды RGB, которые переключаются между тысячами цветов!
Адресные светодиоды
Другие типы светодиодов могут управляться индивидуально. Существуют различные наборы микросхем (WS2812, APA102, UCS1903 и многие другие), используемые для управления отдельными светодиодами, соединенными вместе. Ниже показан крупный план WS2812. Большая квадратная микросхема справа управляет цветами по отдельности.
Адресный WS2812 PTH Close Up
Встроенный резистор
Что это за магия? Светодиод со встроенным резистором? Это верно.
Существуют также светодиоды с небольшим токоограничивающим резистором. Если вы внимательно посмотрите на изображение ниже, на штыре есть небольшая черная квадратная микросхема для ограничения тока на этих типах светодиодов.
Светодиод со встроенным резистором Крупный план
Итак, подключите светодиод со встроенным резистором к источнику питания и зажгите его! Мы протестировали эти типы светодиодов при напряжении 3,3 В, 5 В и 9 В.
Сверхяркий зеленый светодиод со встроенным резистором с питанием
Примечание: В техническом описании светодиодов со встроенным резистором указано, что рекомендуемое прямое напряжение составляет около 5 В. Тестирование одного на 5 В, он потребляет около 18 мА. Стресс-тестирование с 9V аккумулятор, он тянет около 30мА. Вероятно, это верхний предел входного напряжения. Использование более высокого напряжения может сократить срок службы светодиода. При напряжении около 16 В в наших стресс-тестах светодиод перегорел.
Корпуса для поверхностного монтажа (SMD)
Светодиоды для поверхностного монтажа — это не столько отдельный вид светодиодов, сколько тип упаковки. По мере того, как электроника становится все меньше и меньше, производители придумали, как втиснуть больше компонентов в меньшее пространство. Детали SMD (Surface Mount Device) представляют собой крошечные версии своих стандартных аналогов. Вот крупный план адресуемого светодиода WS2812B, упакованного в небольшой корпус 5050.
Адресный WS2812B Крупный план
SMD-светодиоды бывают нескольких размеров, от довольно больших до размеров меньше рисового зерна! Поскольку они такие маленькие и имеют подушечки вместо ножек, с ними не так просто работать, но если у вас мало места, они могут быть именно тем, что прописал доктор.
| WS2812B-5050 Упаковка | APA102-2020 Пакет |
Вы, вероятно, не стали бы вручную припаивать все эти компоненты вручную.| Крупный план адресной светодиодной матрицы 8×32 (WS2812-5050) | Адресная светодиодная лента 5M (APA102-5050) с питанием |
High Power
Мощные светодиоды таких производителей, как Luxeon и CREE, невероятно яркие. Они ярче, чем суперяркие! Как правило, светодиод считается высокомощным, если он может рассеивать мощность 1 Вт или более. Это причудливые светодиоды, которые вы найдете в действительно хороших фонариках. Массивы из них можно построить даже для прожекторов и автомобильных фар. Поскольку через светодиод проходит так много энергии, для них часто требуются радиаторы. Радиатор — это, по сути, кусок теплопроводного металла с большой площадью поверхности, задачей которого является передача как можно большего количества отработанного тепла в окружающий воздух.
В конструкцию некоторых разделительных досок, таких как показанная ниже, может быть встроено некоторое рассеивание тепла.
| Мощный RGB-светодиод | Алюминиевая задняя панель для некоторого рассеивания тепла |
Мощные светодиоды могут генерировать столько тепла, что без надлежащего охлаждения могут повредить сами себя. Не позволяйте термину «отработанное тепло» обмануть вас, эти устройства по-прежнему невероятно эффективны по сравнению с обычными лампочками. Для управления можно использовать драйвер светодиода постоянного тока.
Специальные светодиоды
Существуют даже светодиоды, излучающие свет за пределами обычного видимого спектра. Например, вы, вероятно, используете инфракрасные светодиоды каждый день. Они используются в таких вещах, как пульты от телевизора, для отправки небольших фрагментов информации в виде невидимого света! Они могут выглядеть как стандартные светодиоды, поэтому их будет трудно отличить от обычных светодиодов.
ИК-светодиод
На противоположном конце спектра также можно найти ультрафиолетовые светодиоды. Ультрафиолетовые светодиоды заставят некоторые материалы флуоресцировать, как черный свет! Они также используются для дезинфекции поверхностей, поскольку многие бактерии чувствительны к ультрафиолетовому излучению. Они также могут быть использованы для обнаружения подделок (купюры, кредитные карты, документы и т. д.), солнечных ожогов, список можно продолжить. Пожалуйста, надевайте защитные очки при использовании этих светодиодов.
УФ-светодиоды Проверка банкноты США
Другие светодиоды
Имея в своем распоряжении такие причудливые светодиоды, нет оправдания тому, чтобы оставить что-либо неосвещенным. Однако, если ваша жажда знаний о светодиодах не утолена, тогда читайте дальше, и мы подробно рассмотрим светодиоды, цвет и силу света!
Углубление
Итак, вы закончили со светодиодами 101 и хотите большего? О, не волнуйтесь, у нас есть еще.
Давайте начнем с науки о том, что заставляет светодиоды тикать… э-э… мигать. Мы уже упоминали, что светодиоды — это особый вид диодов, но давайте немного углубимся в то, что именно это означает:
То, что мы называем светодиодом, на самом деле представляет собой светодиод и упаковку вместе, но сам светодиод на самом деле крошечный! Это чип полупроводникового материала, легированный примесями, которые создают границу для носителей заряда. Когда ток течет в полупроводник, он перескакивает с одной стороны этой границы на другую, высвобождая при этом энергию. В большинстве диодов эта энергия уходит в виде тепла, но в светодиодах эта энергия рассеивается в виде света!
Длина волны света и, следовательно, цвет зависят от типа полупроводникового материала, используемого для изготовления диода. Это связано с тем, что структура энергетических зон полупроводников различается между материалами, поэтому фотоны излучаются с разными частотами. Вот таблица распространенных светодиодных полупроводников по частоте:
Усеченная таблица полупроводниковых материалов по цветам.
Полная таблица доступна в статье Википедии для «LED»
В то время как длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника, интенсивность зависит от количества энергии, проходящей через диод. Мы немного говорили об интенсивности света в предыдущем разделе, но это больше, чем просто числовое значение того, насколько ярко что-то выглядит.
Единица измерения силы света называется кандела, хотя, когда вы говорите об интенсивности одного светодиода, вы обычно находитесь в диапазоне милликандела. Что интересно в этой единице, так это то, что на самом деле это не мера количества световой энергии, а фактическая мера «яркости». Это достигается путем взятия мощности, излучаемой в определенном направлении, и взвешивания этого числа с помощью функции светимости света. Человеческий глаз более чувствителен к некоторым длинам волн света, чем к другим, и функция светимости представляет собой стандартизированную модель, учитывающую эту чувствительность.
Сила света светодиодов может составлять от десятков до десятков тысяч милликандел.
Индикатор питания на вашем телевизоре, вероятно, составляет около 100 мкд, тогда как у хорошего фонарика может быть 20 000 мкд. Смотреть прямо на что-то более яркое, чем несколько тысяч милликандел, может быть болезненно; не пытайтесь.
Прямое падение напряжения
О, я также обещал, что мы поговорим о концепции прямого падения напряжения. Помните, когда мы смотрели техническое описание, я упомянул, что прямое напряжение всех ваших светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение вашей системы? Это связано с тем, что каждый компонент в вашей схеме должен иметь разделяет напряжение, и количество напряжения, которое каждая часть использует вместе, всегда будет равно доступному количеству. Это называется законом напряжения Кирхгофа. Таким образом, если у вас есть источник питания 5 В, и каждый из ваших светодиодов имеет прямое падение напряжения 2,4 В, вы не сможете питать более двух одновременно.
Законы Кирхгофа также пригодятся, когда вы хотите приблизить напряжение на данной части на основе прямого напряжения других частей.
Например, в примере, который я только что привел, есть источник питания 5 В и 2 светодиода с прямым падением напряжения 2,4 В каждый. Конечно, мы хотели бы включить токоограничивающий резистор, верно? Как узнать напряжение на этом резисторе? Это просто:
5 (напряжение системы) = 2,4 (светодиод 1) + 2,4 (светодиод 2) + резистор
5 = 4,8 + Резистор
Резистор = 5 — 4,8
Резистор = 0,2
Итак, на резисторе 0,2 В! Это упрощенный пример, и это не всегда так просто, но, надеюсь, это даст вам представление о важности прямого падения напряжения. Используя значение напряжения, которое вы получаете из законов Кирхгофа, вы также можете делать такие вещи, как определение тока через компонент с помощью закона Ома. короче , вы хотите, чтобы напряжение вашей системы было равно ожидаемому прямому напряжению компонентов вашей комбинированной схемы.
Расчет токоограничивающих резисторов
Если вам необходимо рассчитать точное значение токоограничивающего резистора, включенного последовательно со светодиодом, ознакомьтесь с одним из примеров приложений в руководстве по резисторам для получения дополнительной информации.
Ресурсы и продолжение
Вы сделали это! Вы знаете почти все… о светодиодах. Теперь иди и ставь светодиоды на все, что угодно! А теперь… драматическая реконструкция светодиода без токоограничивающего резистора, перегруженного и перегоревшего:
Да… не впечатляет.
Если вы хотите узнать больше о некоторых темах, связанных со светодиодами, посетите эти другие учебные пособия:
Свет
Light — полезный инструмент для инженера-электрика. Понимание того, как свет связан с электроникой, является фундаментальным навыком для многих проектов.
Избранное Любимый 25
ИК-связь
В этом руководстве объясняется, как работает обычная инфракрасная (ИК) связь, а также показано, как настроить простой ИК-передатчик и приемник с помощью Arduino.
Избранное Любимый 42
Цилиндр Das Blinken
Цилиндр, украшенный светодиодными лентами, станет отличным свадебным подарком.
Избранное Любимый 1
Как делают светодиоды
Мы совершаем экскурсию по производителю светодиодов и узнаем, как производятся светодиоды PTH 5 мм для SparkFun.
Избранное Любимый 18
Строительство больших светодиодных установок
Узнайте, что нужно для создания больших светодиодных установок: от планирования до требований к электропитанию и реализации.
Избранное Любимый 20
Защитный шарф LilyPad
В этот шарф встроена лента светодиодов, которые загораются, когда стемнеет, делая вас более заметными для транспортных средств и других пешеходов.
Избранное Любимый 4
Беспроводной контроллер перчаток
Создайте беспроводной контроллер для перчаток с помощью Arduinos, чтобы запускать светодиод с помощью XBees!
Избранное Любимый 8
Хотите узнать больше о светодиодах?
См.
нашу страницу LED , где вы найдете все, что вам нужно знать, чтобы начать использовать эти компоненты в своем проекте.
Отведи меня туда!
Или посмотрите некоторые из следующих сообщений в блоге:
Гонка на дно: светодиодные лампы и DFM
11 мая 2015 г.
Избранное Любимый 7
T³: Приключения с УФ-светодиодами, фотоинициаторами и гель-лаком для ногтей
19 апреля 2016 г.
Избранное Любимый 0
T³: Использование светодиодов в качестве датчиков освещенности
9 августа 2016 г.
Избранное Любимый 2
Распечатанные на 3D-принтере руки-помощники
16 апреля 2018 г.