Світлодіоди або світло випромінюють ДІОДИ (в англійському варіанті LED – Light Emitting Diode) добре відомі кожному електронщику Це напівпровідникові прилади, що перетворюють електричний струм в світлове випромінювання Їх основні достоїнства: високий ККД, близьке до монохромного випромінювання, мініатюрність, механічна міцність, висока надійність, мале тепловиділення, до 10 років напрацювання без виключення живлення Нарешті, світлодіоди є низьковольтними приладами, а стало бути, максимально електробезпеки

Перші промислові зразки світлодіодів червоного кольору зявилися в 1962 р (фірма General Electric Corp) У 1976 р були розроблені світлодіоди помаранчевого, зеленого і жовтого кольору світіння, а в 1993 р зявилися перші напівпровідникові випромінювачі синього кольору (фірма Nichia Corporation) В аматорських конструкціях найчастіше застосовують «червоні» і «зелені» світлодіоди, рідше – «сині» та «білі»

Характерні значення ККД у стандартних світлодіодів – від 1 до 10% Для порівняння, ККД парового двигуна становить 5 .. 7% У потужних сучасних світлодіодів цей показник досягає 12 .. 35%

У Табл 21 наведено параметри малопотужних світлодіодів з силою світла не більше 1000 МК д Їх особливістю є значний технологічний розкид вольт-амперної характеристики (ВАХ) Як наслідок, для конкретного світлодіода прямий струм /ПР і пряме напруга Vnp відомі лише орієнтовно При розрахунках на це зазвичай закривають очі, оскільки в більшості випадків від світлодіода потрібно констатація факту «включений» або «вимкнений»

Таблиця 21 Параметри малопотужних світлодіодів загального застосування

Умовні напруги 16 17 18 35 У характеризують початкову точку підйому кривої ВАХ, відповідно, у «червоного», «жовтого», «зеленого» і «синього» / «білого» індикаторів Саме ці цифри надалі зазначатимуться в електричних схемах біля позначення світлодіодів Однак реальне робоча напруга Упр приблизно на 01 .. 04 В більше початкового, що залежить від протікає струму (Мал 21)

Рис 21 Типові ВАХ малопотужних світлодіодів фірми Kingbright

Важливі зауваження

1 Не слід встановлювати постійний прямий струм /ПР через світлодіод, близьке до максимальній межі, зазначеному в даташіте Зазвичай це 20 мА Тривала робота з таким струмом знижує довготривалу надійність Для отримання прийнятною яскравості світіння достатньо задати струм 4 .. 10 мА

2 Світлодіоди допускають імпульсний режим роботи, при якому прямий струм /ПР можна збільшити в 3 .. 6 разів до 60 .. 120 мА із збереженням середнього струму за період не більше 20 .. 25 мА При розрахунках треба не забувати, що з підвищенням струму зростає і напруга Наприклад, для «зеленого» світлодіода при струмі 15 мА напруга УПР = 21 В, а при струмі 75 мА Vnp = 27 В

3 Червоний колір індикації не гарантує того, що світлодіод відноситься до групи з умовним початком кривої ВАХ 16 В (хоча в більшості випадків саме так воно і є) «Червоний» світлодіод може мати «зелену» ВАХ з точкою підйому 18 В Все залежить від хімічного складу, з якого виготовляється випромінювач, а цей параметр при покупці на радіоринку апріорі невідомий Аналогічна ситуація і з потужними «зеленими» світлодіодами, які можуть мати «синю» ВАХ з точкою підйому 35 В

4 У деяких даташітах на світлодіоди вказується максимально допустима зворотна напруга УОБР = 2 .. 5 В Але це всього лише тестове напруга, при якому на заводі-виробнику перевіряється зворотний струм витоку, рівний декільком десяткам микроампер

5 Світлодіод виходить з ладу не від високого зворотної напруги, а від перевищення розсіюється на ньому потужності У дослідженнях [2-1] показано, що світлодіоди зеленого і червоного кольору мають «стабілітронах» ВАХ з досить крутим вигином При зворотному напрузі 12 .. 35 В відбувається оборотний пробій np-переходу Якщо струм при пробої не перевищує 2 .. 4 мА, то потужність розсіювання залишається в регламентованих даташіта рамках 75 .. 150 мВт

Практичний висновок – при напрузі живлення MK в межах 3 . 5 В можна не побоюватися «переплутати» полярність при Запевняю «червоно-оранжево-жовто зелених» індикаторів Всі вони гарантовано залишаться цілими

«Сині» і «білі» світлодіоди в цьому відношенні набагато більш ніжні Вони бояться електростатичних потенціалів, які можуть накопичуватися на одязі і на тілі людини Зворотна напруга для них не повинно перевищувати 5 В і поводитися з ними треба приблизно так, як з польовими транзисторами

На Рис 22, а .. ж показані схеми підключення одиночних світлодіодів до однієї лінії MK На Рис 23, a .. M показані схеми підключення одиночних світлодіодів до декількох лініях MK

Рис 22 Схеми підключення одиночних світлодіодів до однієї лінії MK (початок):

а) стандартна схема обмеження струму через світлодіод HL1 за допомогою резистора R1 Для орієнтиру, у ідеалізованого MK Г = 475 В при струмі навантаження 5 .. 10 мА і Г = 45 В при струмі навантаження 20 мА

б) аналогічно Рис 22, а, але з інверсією сигналу на виході МК Для орієнтиру, у ідеалізованого MK VOL = 015 .. 03 В при струмі навантаження

5 . 10 мА і VOL = 04 .. 05 В при струмі навантаження 20 мА Якщо виходи MK мають симетричну здатність навантаження, то між схемами на Рис 22, а і на Рис 22, б різниці немає

в) пряме підключення світлодіода HL1 до лінії MK можливо, але тільки при низькій напрузі живлення Робоча точка КПР = 2 В при /ПР = 15 мА Проте в кожному конкретному випадку треба звірятися з графіками здатності навантаження ліній MK згідно даташіту

г) підключення світлодіода HL1 до джерела підвищеної напруги +9 В через гасящий стабілітрон VD1 Перевірочний розрахунок – сума напруги живлення MK (5 В) і напруги стабілізації VD1 (56 В) повинна бути більше, ніж різниця між підвищеною напругою (9 В) і падінням напруги на світлодіоді HL1 (17 .. 19 В) Про

Про Рис 22 Схеми підключення одиночних світлодіодів до однієї лінії MK (закінчення):

д) світлодіод HL1 має вбудований інтегральний резистор, що обмежує прямий струм У даташіте замість опору резистора вказується допустимий робочий напруга світлодіода при струмі не більше 20 мА Класифікаційний ряд при замовленні: 3 5 12 В

е) передбачається, що світлодіод HL1 знаходиться на значній відстані від MK і повязаний з контактними майданчиками XI, Х довгими проводами Резистори R1, R2 – захист по струму, на випадок обриву проводів і замикання їх на металевий корпус приладу, який, як правило, зєднується з ланцюгом GND («масою»)

ж) ефект плавного гасіння світлодіода HL1 У початковому стані на виході MK НИЗЬКИЙ рівень, світлодіод погашений ВИСОКИМ рівнем на виході MK проводиться швидке включення світлодіода, а потім плавне зменшення його яскравості по мірі заряду конденсатора C1 Діод VD1 допомагає розряджатися конденсатору С / при низькому рівні на виході MK

Рис 23 Схеми підключення одиночних світлодіодів до декількох лініях MK {початок):

а) включення світлодіодів HL1 .. HLn проводиться незалежно один від одного при високому рівні на виході MK Резистори R1 .. Rn обмежують струми через світлодіоди і визначають яскравість їх світіння Сумарний струм через виведення живлення +5 В при високому рівні на всіх виходах не повинен перевищувати 100 .. 300 мА (дивитися в даташіте на конкретний MK)

б) аналогічно Рис 23, а, але при активному НИЗЬКОМУ рівні і з окремим джерелом живлення для світлодіодів Якщо виходи MK мають симетричну здатність навантаження та харчування світлодіодів становить +5 В, то схеми на Рис 23, а і на Рис 23, б рівноцінні

в) типовий прийом скорочення числа резисторів Застосовується, якщо не потрібно одночасне світіння декількох індикаторів, інакше буде знижуватися їх яскравість через підвищеної напруги на резистори R1 \ Про

г) аналогічно Рис 23, в, але з «біжучим нулем» на виходах MK

д) індикатор HL1 світиться, коли на верхній лінії MK встановлюється ВИСОКИЙ, а на нижній – НИЗЬКИЙ рівень, при цьому до виходів MK можуть підєднуватися інші вузли

е) MK формує 8 градацій яскравості світлодіода HL1 Резистори R1 .. R3 визначають динамічний діапазон і ступінь лінійності характеристики

ж) для надяскравих світлодіодів HL1 потрібно підвищений струм, що досягається запаралелювання ліній MK На кожній з них рівні повинні виставлятися синхронно

з) аналогічно Рис 23, ж, але з синхронними високими рівнями на виходах MK

і) світлодіод HL1 відображає наявність імпульсів «біжучим одиниці» на трьох виходах MK к) автоматична прозвонка довгого кабелю На лініях MK програмно формується

«Біжучий одиниця» (на одній лінії ВИСОКИЙ, на інших – низький рівень) Якщо станеться обрив небудь жили, то світлодіод в цьому ланцюгу буде постійно погашений Про

Про Рис 23 Схеми підключення одиночних світлодіодів до декількох лініях MK {закінчення):

л) в початковому стані на всіх виходах MK ВИСОКІ рівні, індикатори HL1, HL2, HL4 світяться При аварії на одному або декількох виходах MK встановлюється НИЗЬКИЙ рівень, відповідний індикатор гасне, при цьому автоматично починає світитися HL3 \ м) при великій кількості світлодіодів має сенс розвантажити силові висновки MK, направивши втікає і витікає струми в різні ланцюги Зокрема, світлодіоди HL1 .. HL8сніжают навантаження на висновок +5 В MK, а світлодіоди HL9 .. HL16 – на висновок GND MK

Джерело: Рюмік, С М, 1000 і одна мікроконтролерна схема Вип 2 / С М Рюмік – М: ЛР Додека-ХХ1, 2011 – 400 с: Ил + CD – (Серія «Програмовані системи»)