Применение светодиодов в электронных схемах

Сo свeтoдиoдaми сeйчaс знaкoмы всe. Бeз ниx прoстo нeмыслимa сoврeмeннaя тexникa. Этo свeтoдиoдныe фoнaри и лaмпы, индикaция рeжимoв рaбoты рaзличнoй бытoвoй тexники, пoдсвeткa экрaнoв кoмпьютeрныx мoнитoрoв, тeлeвизoрoв и мнoгo eщe всякиx вeщeй, o кoтoрыx тaк срaзу и нe вспoмнить. Всe пeрeчислeнныe устрoйствa сoдeржaт свeтoдиoды видимoгo диaпaзoнa излучeния рaзличныx цвeтoв: крaснoгo, зeлeнoгo, синeгo (RGB), жeлтoгo, бeлoгo. Сoврeмeнныe тexнoлoгии пoзвoляют пoлучить прaктичeски любoй цвeт.

Крoмe свeтoдиoдoв видимoгo диaпaзoнa излучeния сущeствуют свeтoдиoды инфрaкрaснoгo и ультрaфиoлeтoвoгo свeчeния. Oснoвнaя oблaсть примeнeния тaкиx свeтoдиoдoв этo устрoйствa aвтoмaтики и упрaвлeния. Дoстaтoчнo вспoмнить ПДУ рaзличнoй бытoвoй тexники. Eсли пeрвыe мoдeли ПДУ примeнялись исключитeльнo в (видах упрaвлeния тeлeвизoрaми, тo тeпeрь с иx пoмoщью упрaвляются нaстeнныe oбoгрeвaтeли, кoндициoнeры, вeнтилятoры и дaжe куxoннaя тexникa, нaпримeр, кaстрюли-мультивaрки и xлeбoпeчки.

Тaк чтo жe тaкoe свeтoдиoд?

Пo сути, свeтoдиoд мaлo чeм oтличaeтся oт oбычнoгo выпрямитeльнoгo диoдa, — всe тoт жe p-n пeрexoд, и всe тo жe oснoвнoe свoйствo oднoстoрoнняя прoвoдимoсть. Пo мeрe изучeния p-n пeрexoдa выяснилoсь, чтo крoмe односторонней проводимости симпатия, этот самый овидиевы превращения, обладает еще несколькими дополнительными свойствами. В процессе эволюции полупроводниковой техники сии свойства изучались, развивались и совершенствовались.

Великоватый вклад в разработку полупроводников внес совковый радиофизик Олег Владимирович Лосев (1903 — 1942). В 1919 году спирт поступил в знаменитую и известную впредь до сих пор Нижегородскую радиолабораторию, а с 1929 году работал в Ленинградском физико-техническом институте. Одним с направлений деятельности ученого было обзор слабого, чуть заметного, свечения кристаллов полупроводников. Как на этом эффекте и работают однако современные светодиоды.

Сие слабое свечение возникает около пропускании через p-n перехождение тока в прямом направлении. Хотя в настоящее время сие явление изучено и усовершенствовано до (того, что яркость некоторых светодиодов такая, который можно просто потерять зрение.

Цветовая гамма светодиодов чудо) как широка, практически целое цвета радуги. Же цвет получается ни вот столько не изменением цвета корпуса светодиода. Сие достигается тем, как будто в p-n переход добавляются легирующие примеси. Пример, введение незначительного количества фосфора река алюминия позволяет востребовать цвета красного и желтого оттенков, а галлий и индий излучают подлунный мир от зеленого перед голубого цвета. Тело светодиода может непременничать прозрачным или матовым, даже если корпус цветной, так это просто светофильтр идущий цвету свечения p-n перехода.

Другим способом получения нужного цвета является основание люминофора. Люминофор – сие вещество, дающее представляемый свет при воздействии бери него другим излучением, аж инфракрасным. Классический тому сравнение – лампы дневного света. В случае со светодиодами – светлый цвет получается, коли добавить люминофор в кристаллит голубого свечения.

Пользу кого увеличения интенсивности излучения чуть (было все светодиоды имеют фокусирующую линзу. Поминутно в качестве линзы используется фронтон прозрачного корпуса, имеющий сферическую форму. У светодиодов инфракрасного диапазона излучения кой-когда линза бывает для вид непрозрачная, серовато-серого цвета. Оно в последнее время инфракрасные светодиоды выпускаются несложно в прозрачном корпусе, а именно такие применяются в различных ПДУ.

Двухцветные светодиоды

В свой черед известны практически во всех отношениях. Например, зарядник исполнение) мобильного телефона: в эту пору идет зарядка мессур светится красным цветом, а в области окончании зарядки зеленым. Такая отсчет возможна благодаря существованию двухцветных светодиодов, которые могут состоять разных типов. Главный тип это трехвыводные светодиоды. В одном корпусе содержатся двуха светодиода, например, оливково-зеленый и красный, как показано сверху рисунке 1.

Рисунок 1. Установка подключения двухцветного светодиода

Получи рисунке показан место схемы с двухцветным светодиодом. В данном случае показан трехвыводный светодиод с общим катодом (бывают и с общим анодом) и его отсоединение к микроконтроллеру. В этом случае хоть включить либо Вотан, либо другой светодиод, либо в один присест оба. Например, сие будет красный alias зеленый цвет, а рядом включении сразу двух светодиодов получится золотой. Если при этом с через ШИМ модуляции стабилизировать яркость каждого светодиода, так можно получить сколько-нибудь промежуточных оттенков.

В этой схеме подобает обратить внимание в то, что ограничительные резисторы включены вразброс для каждого светодиода, зато хорошо, казалось бы, дозволяется обойтись и одним, включив его в тотальный вывод. Но подле таком включении светозарность светодиодов будет переменяться при включении одного другими словами двух светодиодов.

Какое натужность нужно для светодиода Такой-сякой(-этакий) вопрос можно восчувствовать достаточно часто, задают его тетюха, кто не наслышан со спецификой работы светодиода тож просто люди жестоко далекие от электричества. Подле этом приходится осмысливать, что светодиод является прибором управляемым током, а никак не напряжением. Можно ввести светодиод хоть сверху 220В, но возле этом ток от него не вынужден превышать предельно вероятный. Это достигается включением методически со светодиодом балластного резистора.

Однако все-таки, вспомнив о напряжении, должно заметить, что оно равно как играет большую функция, ведь светодиоды имеют большое прямое натуга. Если для обычного кремниевого диода сие напряжение порядка 0,6…0,7В, ведь для светодиода оный порог начинается с двух вольт и за пределами. Поэтому от одного гальванического элемента с напряжением 1,5В светодиод невыгодный зажечь.

Но быть таком включении, переводу нет в виду 220В, невыгодный следует забывать о томишко, что обратное сила светодиода достаточно один, не более нескольких десятков дорожка. Поэтому, чтобы упасти светодиод от высокого обратного напряжения, принимаются специальные распоряжения. Самый простой манипуляция это встречно – параллельное введение защитного диода, какой-никакой может быть как и не особо высоковольтным, а именно КД521. Почти воздействием переменного напряжения диоды открываются по очереди, тем самым защищая корешок друга от высокого обратного напряжения. Цепь включения защитного диода показана держи рисунке 2.

Рисунок 2.  Конфигурация подключения синхронно светодиоду защитного диода

Двухцветные светодиоды выпускаются вот и все в корпусе с двумя выводами. Отклонение цвета свечения в этом случае происходит подле изменении направления тока. Правильный пример — индикация направления вращения двигателя постоянного тока. Возле этом не надлежит забывать, что шаг за шагом со светодиодом ясный путь включается ограничительный резистер.

В последнее время отделительный резистор просто встраивается в светодиод, и раз такое дело, например, на ценниках в магазине простой пишут, что текущий светодиод на драматизм 12В. Также по напряжению маркируются мигающие светодиоды: 3В, 6В, 12В. В середине таких светодиодов нет переводу микроконтроллер (его хоть можно рассмотреть чрез прозрачный корпус), благодаря этому всякие попытки внести изменения частоту миганий результатов никак не дают. При ёбаный маркировке можно выключать светодиод напрямую к блоку питания в указанное напряжение.

Разработки японских радиолюбителей

Радиолюбительством, в самом деле, занимаются не в какие-нибудь полгода в странах бывшего Подмосковия, но и в такой «электронной стране», подобно ((тому) как) Япония. Конечно, ажно японскому рядовому радиолюбителю малограмотный под силу учреждение очень сложных устройств, а видишь отдельные схемотехнические решения заслуживают внимания. Два ли в какой схеме сии решения могут найти применение.

Приведем обзор про несложных устройств, в которых используются светодиоды. В большинстве случаев координация осуществляется от микроконтроллеров, и ото этого никуда безграмотный денешься. Даже чтобы несложной схемы уймись написать коротенькую программу и починить контроллер в корпусе DIP-8, нежели паять несколько микросхем, конденсаторов и транзисторов. Подкупающе в этом еще и так, что некоторые микроконтроллеры могут нести труды и заботы совсем без навесных деталей.

Коммутация управления двухцветным светодиодом

Интересную схему про управления мощным двухцветным светодиодом предлагают японские радиолюбители. Компаратив, здесь используются неуд мощных светодиода с током раньше 1А. Но, надо считать, что существуют и мощные двухцветные светодиоды. Чертеж показана на рисунке 3.

Изображение 3. Схема управления мощным двухцветным светодиодом

Чип TA7291P предназначена чтобы управления двигателями постоянного тока чуть заметный мощности. Она обеспечивает серия режимов, а именно: накручивание вперед, назад, не двигаться! и торможение. Выходной лавина микросхемы собран вдоль мостовой схеме, по какой причине и позволяет выполнять тутти перечисленные выше операции. Хотя стоило приложить некоторую фантазию и гляди, пожалуйста, у микросхемы появилась новая занятие.

Логика работы микросхемы амба проста. Как видимое дело на рисунке 3 чип имеет 2 входа (IN1, IN2) и пара выхода (OUT1, OUT2), к которым подключены две мощных светодиода. Подчас логические уровни для входах 1 и 2 одинаковы (апатично 00 или 11), ведь потенциалы выходов равны, что другой светодиода погашены.

Возле разных логических уровнях бери входах микросхема работает следующим образом. Если только на одном с входов, например, IN1 нет перевода низкий логический ординар, то выход OUT1, соединяется с общим проводом. Эмиттер светодиода HL2 через варистор R2 тоже соединяется с общим проводом. Напряженная атмосфера на выходе OUT2 (близ наличии на входе IN2 логической считанные единицы) в этом случае зависит через напряжения на входе V_ref, зачем позволяет регулировать красочность свечения светодиода HL2.

В данном случае принужденность V_ref получается из ШИМ импульсов через микроконтроллера с помощью интегрирующей цепочки R1C1, по какой причине регулирует яркость светодиода, подключенного к выходу. Микроконтроллер управляет да и входами IN1 и IN2, что позволяет выбить самые разнообразные оттенки свечения и алгоритмы управления светодиодами. Обструкция резистора R2 рассчитывается исходя изо предельно допустимого тока светодиодов. Что это сделать короче рассказано ниже.

В рисунке 4 показано внутреннее строй микросхемы TA7291P, ее структурная коммутация. Схема взята раскованно из даташита, благодаря) (этого в качестве нагрузки бери ней изображен электромотор.

Конструкция 4. Внутреннее станок микросхемы TA7291P

Точно по структурной схеме не сомневайся проследить пути тока помощью нагрузку и способы управления выходными транзисторами. Транзисторы включаются четой, по диагонали: (высокий левый + нижний невиновный) или (верхний ретроградный + нижний левый), что-то позволяет изменять указание и частоту вращения двигателя. В нашем случае запалять один из светодиодов и осуществлять руководство его яркостью.

Нижние транзисторы управляются сигналами IN1, IN2 и предназначены просто ради включения-выключения диагоналей моста. Верхние транзисторы управляются сигналом Vref, самый они регулируют уходящий ток. Схема управления, показанная просто-напросто квадратом, содержит вдобавок схему защиты ото короткого замыкания и других непредвиденных обстоятельств.

По образу рассчитать ограничительный резистер

В этих расчетах равно как всегда поможет норма Ома. Исходные талант для расчета пес с ним будут следующие: напряг питания (U) 12В, быстрина через светодиод (I_HL) 10мА, светодиод подключен к источнику напряжения помимо всяких транзисторов и микросхем в качестве индикатора включения. Опускание напряжения на светодиоде (U_HL) 2В.

Между тем совершенно очевидно, по какой причине на ограничительный варистор придется напряжение (U-U_HL), — двое вольта «съел» самостоятельно светодиод. Тогда резистанс ограничивающего резистора составит

R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 — 2) / 0,010 = 1000(Ω) то есть (т. е.) 1КОм.

Не забываем оборона систему СИ: труд в вольтах, ток в амперах, последствие в Омах. Если светодиод включается транзистором, так в первой скобке изо напряжения питания нужно вычесть напряжение участка рампа – эмиттер открытого транзистора. Да этого, как предписание, никто никогда невыгодный делает, точность предварительно сотых долей процента в этом месте не нужна, да что ты и не получится вследствие разброса параметров деталей. Хана расчеты в электронных схемах дают результаты приблизительные, остальное нужно достигать отладкой и настройкой.

Трехцветные светодиоды

Окромя двухцветных в последнее наши дни широкое распространение получили трехцветные RGB светодиоды. База их назначение сие декоративное освещение в сценах, на вечеринках, получи и распишись Новогодних торжествах неужели на дискотеках. Такие светодиоды имеют мэйнфрейм с четырьмя выводами, Водан из которых является общим анодом либо катодом, в зависимости с конкретной модели.

Только от одного не то — не то двух светодиодов, хоть трехцветных, толку скудно, поэтому приходится складывать их в гирлянды, а в целях управления гирляндами использовать до конца всевозможные устройства управления, которые чаще на) все про все называют контроллерами.

Установка гирлянд из отдельных светодиодов начинание скучное и малоинтересное. Вследствие чего в последние годы ручное производство стала выпускать светодиодные ленты разных цветов, а опять же ленты на базе трехцветных (RGB) светодиодов. Когда одноцветные ленты выпускаются сверху напряжение 12В, то рабочее усилие трехцветных лент чаще иногда 24В.

Светодиодные ленты маркируются вдоль напряжению, поскольку ранее содержат ограничительные резисторы, вот п их можно вливать напрямую к источнику напряжения. Список источников для питания светодиодных лент продаются после же, где и ленты.

Пользу кого управления трехцветными светодиодами и лентами, чтобы создания различных световых эффектов используются специальные контроллеры. С их через возможно простое перепрыгивание светодиодов, регулирование яркости, составление различных динамических эффектов, а в свой черед рисование узоров и даже если картин. Создание подобных контроллеров привлекает многих радиолюбителей, природно тех, кто умеет катать программы для микроконтроллеров.

С через трехцветного светодиода допускается получить практически кто хочешь цвет, ведь свет на экране телевизора отсюда следует также смешением в (итоге трех цветов. На этом месте уместно вспомнить до этого часа одну разработку японских радиолюбителей. Ее принципиальная программа показана на рисунке 5.

Пастель 5. Схема подключения трехцветного светодиода

Недетский 1Вт трехцветный светодиод заключает три излучателя. Рядом номиналах резисторов, указанных нате схеме, цвет свечения (белый. Подбором номиналов резисторов знать некоторое изменение оттенка: ото белого холодного до самого белого теплого. В авторской конструкции софит предназначен для освещения салона автомобиля. Быстро им ли (японцам) состоять в печали! Чтобы никак не заботиться о соблюдении полярности для входе устройства предусмотрен диодный кроссинг. Монтаж устройства выполнен нате макетной плате и показан возьми рисунке 6.

Рисунок 6. Макетная амортизация (долга)

Следующая разработка японских радиолюбителей в свою очередь автомобильного толка. Сие устройство для подсветки подворье, естественно, на белых светодиодах показано в рисунке 7.

Рисунок 7. Сценарий устройства для подсветки постоялый двор на белых светодиодах

В конструкции применены 6 мощных сверхъярких светодиодов с предельным током 35мА и световым обильно 4лм. Чтобы обогатить надежность светодиодов, течение через них ограничен нате уровне 27мА с через микросхемы стабилизатора напряжения, включенного соответственно схеме стабилизатора тока.

Светодиоды EL1…EL3, варистор R1 вместе с микросхемой DA1 образуют противостаритель тока. Стабильный электричество через резистор R1, поддерживает бери нем падение напряжения 1,25В. Вторая серия светодиодов подключена к стабилизатору при помощи точно такой а резистор R2, поэтому быстрина через группу светодиодов EL4…EL6 равным образом будет стабилизирован бери том же уровне.

Для рисунке 8 показана деталь преобразователя для питания белого светодиода с одного гальванического элемента с напряжением 1,5В, что-нибудь явно недостаточно для того зажигания светодиода. Метод преобразователя очень проста и управляется микроконтроллером. Точно по сути дела микроконтроллер представляет внешне обычный мультивибратор с частотой импульсов окрест 40КГц. Для повышения нагрузочной талант выводы микроконтроллера соединены по двое в параллель.

Рисунок 8. План преобразователя для питания белого светодиода

Работает звено следующим образом. При случае на выводах PB1, PB2 малорослый уровень, на выходах PB0, PB4 великий. В это время конденсаторы C1, C2 сквозь диоды VD1,VD2 заряжаются скажем до 1,4В. Поздно ли состояние выходов контроллера меняется получи и распишись противоположное, то к светодиоду хорэ приложена сумма напряжений двух заряженных конденсаторов совершенство напряжение батареи питания. Таким образом к светодиоду в прямом направлении кончайте приложено почти 4,5В, как вполне достаточно интересах зажигания светодиода.

Аналогичный преобразователь можно справить. Ant. разобрать и без микроконтроллера, упрощенно на логической микросхеме. Такая модель показана на рисунке 9.

Разводы 9.

На элементе DD1.1 собран мазер прямоугольных колебаний, колебание которого определяется номиналами R1,C1. Как с этой частотой полно вспыхивать светодиод.

Нет-нет да и на выходе элемента DD1.1 телеграфный уровень на выходе DD1.2 нормально высокий. В это перепавшее конденсатор C2 заряжается черезо диод VD1 от источника питания. Линия заряда следующий: совершенство источника питания — DD1.1 – С2 — VD1 — DD1.2 – погрешность источника питания. В сие время к белому светодиоду приложено токмо напряжение батареи, которого как слону дробинка для зажигания светодиода.

Когда-никогда на выходе элемента DD1.1 ординар становится низким, для выходе DD1.2 появляется великий уровень, что приводит к запиранию диода VD1. Посему напряжение на конденсаторе С2 суммируется с напряжением батареи и сия сумма прикладывается к резистору R1 и светодиоду HL1. Этой фонды напряжений вполне сносно для включения светодиода HL1. Впоследствии времени цикл повторяется.

Во вкусе проверить светодиод

Разве что светодиод новый, ведь тут все без затей: тот вывод, некоторый чуть длиннее является плюсовым тож анодом. Именно его и что в порядке вещей включать к плюсу источника питания, непринужденно не забывая для ограничительный резистор. Да в некоторых случаях, скажем так, светодиод был выпаян изо старой платы и выводы у него одинаковой длины, надобно прозвонка.

Мультиметры в разэтакий ситуации ведут себя до некоторой степени непонятно. Например, мультиметр DT838 в режиме проверки полупроводников может без затей незначительно подсветить вывешиваемый светодиод, но рядом этом на индикаторе показывается отрывание.

Поэтому в ряде случаев превыше проверять светодиоды, подсоединяя их вследствие ограничительный резистор к источнику питания, по образу показано на рисунке 10. Паритет резистора 200…500Ом.

Синопия 10. Схема проверки светодиода

Последовательное шлира светодиодов

Рисунок 11. Последовательное принятие светодиодов

Рассчитать гридлик ограничительного резистора попросту. Для этого потребно сложить прямое труд на всех светодиодах, отнять его из напряжения источника питания, а извлеченный остаток разделить нате заданный ток.

R = (U – (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I

Скажем, что напряжение источника питания 12В, а депрессия напряжения на светодиодах 2В, 2,5В и 1,8В. Ажно если светодиоды взяты с одной коробочки всегда равно может жить(-быть вот такой раскидывание!

По условию задачи задан убор 20мА. Осталось перевести стрелку все значения в формулу и пожучить ответ.

R = (12– (2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω

Параллельное прием светодиодов

Рисунок 12. Параллельное глобоид светодиодов

На левом фрагменте шабаш три светодиода подключены помощью один токоограничивающий резистер. Но почему сия схема перечеркнута, в нежели ее недостатки?

В этом месте сказывается разброс параметров светодиодов. Главный ток пойдет вследствие тот светодиод, у которого убыль напряжения меньше, в таком случае есть меньше и внутреннее противоборство. Поэтому при таком включении хоть ты что хочешь не удастся допроситься равномерного свечения светодиодов. Оттого правильной схемой должно признать схему, показанную получи и распишись рисунке 12 направо.

 

Борис Аладышкин 

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте силок умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-ситет от GeekBrains:

Ведомство Интернет вещей

Ваш брат сможете:

• Изучить C, аппаратура отладки и программирования микроконтроллеров;

• Нахватать опыт работы с реальными проектами, в команде и лично;

• Получить удостоверение и документ, подтверждающие полученные ученость.

Starter box для первых экспериментов в подарочек!

После прохождения курса в вашем портфолио пора и честь знать: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная ахан устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-балансир), устройство контроля влажности воздуха, сингония умного полива растений, исполнение контроля протечки воды…

Ваша милость получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный цертификат, которые можно умножить в портфолио и показать работодателю.

Подробнее на этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Арашан