Светодиодные индикаторы  Одиночные светодиоды

February 4, 2014 by admin Комментировать »

Светодиоды или СВЕТО излучающие ДИОДЫ (в английском варианте LED — Light Emitting Diode) хорошо известны каждому электронщику. Это полупроводниковые приборы, преобразующие электрический ток в световое излучение. Их основные достоинства: высокий КПД, близкое к монохромному излучение, миниатюрность, механическая прочность, высокая надёжность, малое тепловыделение, до 10 лет наработки без выключения питания. Наконец, светодиоды являются низковольтными приборами, а стало быть, максимально электробезопасными.

Первые промышленные образцы светодиодов красного цвета появились в 1962 г. (фирма General Electric Corp.). В 1976 г. были разработаны светодиоды оранжевого, зелёного и жёлтого цвета свечения, а в 1993 г. появились первые полупроводниковые излучатели синего цвета (фирма Nichia Corporation). В любительских конструкциях чаще всего применяют «красные» и «зелёные» светодиоды, реже — «синие» и «белые».

Характерные значения КПД у стандартных светодиодов — от 1 до 10%. Для сравнения, КПД парового двигателя составляет 5…7%. У мощных современных светодиодов этот показатель достигает 12…35%.

В Табл. 2.1 приведены параметры маломощных светодиодов с силой света не более 1000 МК д. Их особенностью является значительный технологический разброс вольт-амперной характеристики (ВАХ). Как следствие, для конкретного светодиода прямой ток /ПР и прямое напряжение Vnp известны лишь ориентировочно. При расчётах на это обычно закрывают глаза, поскольку в большинстве случаев от светодиода требуется констатация факта «включен» или «выключен».

Таблица 2.1. Параметры маломощных светодиодов общего применения

Условные напряжения 1.6; 1.7; 1.8; 3.5 В характеризуют начальную точку подъёма кривой ВАХ, соответственно, у «красного», «жёлтого», «зелёного» и «синего»/«белого» индикаторов. Именно эти цифры в дальнейшем будут указываться в электрических схемах возле обозначения светодиодов. Однако реальное рабочее напряжение Упр примерно на 0.1…0.4 В больше начального, что зависит от протекающего тока (Рис. 2.1).

Рис. 2.1. Типовые ВАХ маломощных светодиодов фирмы Kingbright.

Важные замечания.

1.               Не следует устанавливать постоянный прямой ток /ПР через светодиод, близкий к максимальному пределу, указанному в даташите. Обычно это 20 мА. Длительная работа с таким током снижает долговременную надёжность. Для получения приемлемой яркости свечения достаточно задать ток 4…10 мА.

2.               Светодиоды допускают импульсный режим работы, при котором прямой ток /ПР можно увеличить в 3…6 раз до 60…120 мА с сохранением среднего тока за период не более 20…25 мА. При расчётах надо не забывать, что с повышением тока возрастает и напряжение. Например, для «зелёного» светодиода при токе 15 мА напряжение УПР = 2.1 В, а при токе 75 мА Vnp = 2.7 В.

3.               Красный цвет индикации не гарантирует того, что светодиод относится к группе с условным началом кривой ВАХ 1.6 В (хотя в большинстве случаев именно так оно и есть). «Красный» светодиод может иметь «зелёную» ВАХ с точкой подъёма 1.8 В. Всё зависит от химического состава, из которого изготавливается излучатель, а этот параметр при покупке на радиорынке априори неизвестен. Аналогичная ситуация и с мощными «зелёными» светодиодами, которые могут иметь «синюю» ВАХ с точкой подъёма 3.5 В.

4.               В некоторых даташитах на светодиоды указывается максимально допустимое обратное напряжение УОБР = 2…5 В. Но это всего лишь тестовое напряжение, при котором на заводе-изготовителе проверяется обратный ток утечки, равный нескольким десяткам микроампер.

5.               Светодиод выходит из строя не от высокого обратного напряжения, а от превышения рассеиваемой на нём мощности. В исследованиях [2-1] показано, что светодиоды зелёного и красного цвета имеют «стабилитронную» ВАХ с достаточно крутым изгибом. При обратном напряжении 12…35 В происходит обратимый пробой n-p-перехода. Если ток при пробое не превышает 2…4 мА, то мощность рассеяния остаётся в регламентируемых даташитом рамках 75…150 мВт.

Практический вывод — при напряжении питания MK в пределах 3..5 В можно не опасаться «перепутать» полярность при запаивании «красно-оранжево-жёлто зелёных» индикаторов. Все они гарантированно останутся целыми.

«Синие» и «белые» светодиоды в этом отношении гораздо более нежные. Они боятся электростатических потенциалов, которые могут накапливаться на одежде и на теле человека. Обратное напряжение для них не должно превышать 5 В и обращаться с ними надо примерно так, как с полевыми транзисторами.

На Рис. 2.2, а…ж показаны схемы подключения одиночных светодиодов к одной линии MK. На Рис. 2.3, a…M показаны схемы подключения одиночных светодиодов к нескольким линиям MK.

Рис. 2.2. Схемы подключения одиночных светодиодов к одной линии MK (начало):

а) стандартная схема ограничения тока через светодиод HL1 при помощи резистора R1. Для ориентира, у идеализированного MK Г = 4.75 В при токе нагрузки 5…10 мА и Г = 4.5 В при токе нагрузки 20 мА;

б) аналогично Рис. 2.2, а, но с инверсией сигнала на выходе МК  Для ориентира, у идеализированного MK VOL = 0.15…0.3 В при токе нагрузки

5..             . 10 мА и VOL = 0.4…0.5 В при токе нагрузки 20 мА. Если выходы MK имеют симметричную нагрузочную способность, то между схемами на Рис. 2.2, а и на Рис. 2.2, б разницы нет;

в) прямое подключение светодиода HL1 к линии MK возможно, но только при низком напряжении питания. Рабочая точка КПР = 2 В при /ПР = 15 мА. Однако в каждом конкретном случае надо сверяться с графиками нагрузочной способности линий MK согласно даташиту;

г) подключение светодиода HL1 к источнику повышенного напряжения +9 В через гасящий стабилитрон VD1. Проверочный расчёт — сумма напряжения питания MK (5 В) и напряжения стабилизации VD1 (5.6 В) должна быть больше, чем разность между повышенным напряжением (9 В) и падением напряжения на светодиоде HL1 (1.7…1.9 В); О

О Рис. 2.2. Схемы подключения одиночных светодиодов к одной линии MK (окончание):

д) светодиод HL1 имеет встроенный интегральный резистор, ограничивающий прямой ток. В даташите вместо сопротивления резистора указывается допустимое рабочее напряжение светодиода при токе не более 20 мА. Классификационный ряд при заказе: 3; 5; 12 В;

е) предполагается, что светодиод HL1 находится на значительном удалении от MK и связан с контактными площадками XI, Х? длинными проводами. Резисторы R1, R2 — защита по току, на случай обрыва проводов и замыкания их на металлический корпус прибора, который, как правило, соединяется с цепью GND («массой»);

ж) эффект плавного гашения светодиода HL1. В исходном состоянии на выходе MK НИЗКИЙ уровень, светодиод погашен. ВЫСОКИМ уровнем на выходе MK производится быстрое включение светодиода, а затем плавное уменьшение его яркости по мере заряда конденсатора C1. Диод VD1 помогает разряжаться конденсатору С/ при НИЗКОМ уровне на выходе MK.

Рис. 2.3. Схемы подключения одиночных светодиодов к нескольким линиям MK {начало):

а) включение светодиодов HL1…HLn производится независимо друг от друга при ВЫСОКОМ уровне на выходе MK. Резисторы R1…Rn ограничивают токи через светодиоды и определяют яркость их свечения. Суммарный ток через вывод питания +5 В при ВЫСОКОМ уровне на всех выходах не должен превышать 100…300 мА (смотреть в даташите на конкретный MK);

б) аналогично Рис. 2.3, а, но при активном НИЗКОМ уровне и с отдельным источником питания для светодиодов. Если выходы MK имеют симметричную нагрузочную способность и питание светодиодов составляет +5 В, то схемы на Рис. 2.3, а и на Рис. 2.3, б равноценны;

в) типовой приём сокращения числа резисторов. Применяется, если не требуется одновременное свечение нескольких индикаторов, иначе будет снижаться их яркость из-за повышенного напряжения на резисторе R1\ О

г) аналогично Рис. 2.3, в, но с «бегущим нулём» на выходах MK;

д) индикатор HL1 светится, когда на верхней линии MK устанавливается ВЫСОКИЙ, а на нижней — НИЗКИЙ уровень, при этом к выходам MK могут подсоединяться другие узлы;

е) MK формирует 8 градаций яркости светодиода HL1. Резисторы R1…R3 определяют динамический диапазон и степень линейности характеристики;

ж) для сверхъяркого светодиода HL1 требуется повышенный ток, что достигается запараллеливанием линий MK. На каждой из них уровни должны выставляться синхронно;

з) аналогично Рис. 2.3, ж, но с синхронными ВЫСОКИМИ уровнями на выходах MK;

и) светодиод HL1 индицирует наличие импульсов «бегущей единицы» на трёх выходах MK; к) автоматическая прозвонка длинного кабеля. На линиях MK программно формируется

«бегущая единица» (на одной линии ВЫСОКИЙ, на остальных — НИЗКИЙ уровень). Если произойдёт обрыв какой-либо жилы, то светодиод в этой цепи будет постоянно погашен; О

О Рис. 2.3. Схемы подключения одиночных светодиодов к нескольким линиям MK {окончание):

л) в исходном состоянии на всех выходах MK ВЫСОКИЕ уровни, индикаторы HL1, HL2, HL4 светятся. При аварии на одном или нескольких выходах MK устанавливается НИЗКИЙ уровень, соответствующий индикатор гаснет, при этом автоматически начинает светиться HL3\ м) при большом количестве светодиодов имеет смысл разгрузить силовые выводы MK, направив втекающий и вытекающий токи в разные цепи. В частности, светодиоды HL1…HL8снижают нагрузку на вывод +5 В MK, а светодиоды HL9…HL16 — на вывод GND MK.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты