Светодиоды

Подключаем светодиод к осветительной сети (переменному напряжению 220-230 вольт)

Кто знает что такое диод как он обозначается на схемах как его подключать и что такое токоограничивающий резистор листаете ниже там самый сок

Светодиод так обозначается в схемах

Вот так выглядят его контакты в реальности (распиновка)

Или вот еще

Что бы правильно подключить светодиод в самом простом случае, необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.

Что это такое токоограничивающий резистор?

А из названия понятно что это резистор который ограничивает ток.

Питается светодиод током – это ВАЖНО! Напряжение он возьмёт столько, сколько ему надо, а вот ток нужно ограничить.

Что такое падение напряжения? А это то напряжение которое он возьмёт себе т. е. по сути это минимальное напряжение зажигания светодиода или напряжение питания светодиода.

Еще раз. Любой диод светится в зависимости от протекающего тока. По сути это токовый прибор. Падение напряжения получается автоматически. Ток мы задаем сами.

Современные индикаторные диоды более-менее начинают светиться при токе 1 мА (0,001A), обычный рабочий ток 20мА(0,02 Ампера)

Кстати, падение напряжение есть и у обычного диода и оно на много меньше чем светодиодное, около 0,65 вольт так как диод не светится и все это напряжение уходит в тепло. Падение напряжение это плохое явление, но иногда его применяют на ползу для понижение напряжение.

Прямое падение напряжение прямо коррелирует с различными длинами волн, а значит и с цветом света светодиодов

Светодиоды разных цветов имеют различные характеристики падение напряжение:

• Инфракрасные светодиоды с длиной волны более 760 нм на базе арсенида галлия имеют характерное падение напряжения менее 1,9 В.

• Красные (галлия фосфид — от 610 нм до 760 нм) — от 1,63 до 2,03 В.

• Оранжевые (галлия фосфид — от 590 до 610 нм) — от 2,03 до 2,1 В.

• Желтые (галлия фосфид, от 570 до 590 нм) — от 2,1 до 2,18 В.

• Зеленый (галлия фосфид, от 500 до 570 нм) — от 1,9 до 4 В.

• Синий (селенид цинка, от 450 до 500 нм) — от 2,48 до 3,7 В.

• Фиолетовый (индия-галлия нитрид, от 400 до 450 нм) — от 2,76 до 4 В.

• Ультрафиолетовый (нитрид бора, 215 нм) — от 3,1 до 4,4 В.

• Белые (синий или фиолетовый с люминофором) — около 3,5 В.

Ток маломощных светодиодов, как правило, не более 20мА (0,02А)

Как рассчитать величину токоограничивающего резистора? А очень просто!

Мы должны знать ряд параметров, исходных данных:

• Величину напряжение в нашей сети

• Падение напряжение светодиода

• Потребляемый ток светодиодом

Теперь мы можем рассчитаем величину сопротивления токоограничивающего резистора для светодиода

Предположим что в нашей сети напряжение 24 вольта, падение напряжения на светодиоде 2 вольта (возьмём по минимуму) тогда 2 вольта забирает себе светодиод, остается 24-2 = 22 вольта. Эти 22 вольта нужно куда то деть причем все это происходит при рабочем токе для светодиода 20мА (0,02А)

Тогда применив великий и ужасный Закон Ома для участка цепи, вот он, для тех кто забыл R=U/I

получаем RD=22/0,02 = 1100Ом.Ближайший аналог резистора такой и есть 1100 Oм (1.1 кОм)

Так например:

• для напряжения питания 3.3 В на входе R=(3.3-1,2)/0,02 = 105 Ом. Ближайший аналог в сторону увеличения 110 Oм

• для напряжения питания 5 В на входе R=(5-1,2)/0,02 = 190 Ом. Ближайший аналог 200 Oм, 220 Oм

• Для напряжения питания 12 вольт R=(12-1,2)/0,02 = 540 Ом. Ближайший аналог 560 Oм. Но часто, не замарачиваясь ставят 1КОм (Но помним о мощности, тут она будет уже 0.24ватт, Обычные резисторы 0,125ватт, а этот будет уже побольше 0,25 ватт )

Вы можете не считать это руками, а воспользоваться калькулятор расчета резистора для светодиода их много в сети, например таким

Мы рассмотрели только часть характеристик светодиодов на самом деле их куда больше.

Давайте их хотя бы перечислим

Прямой номинальный ток (If – forward current)

Это рабочий ток светодиода, при котором светодиод точно не перегорит, и сможет нормально работать на протяжении всего срока эксплуатации. Мы его и рассматривали, см. выше для многих светодиодов он равен 20мА(0,02 Ампера)

Прямое падение напряжения (Vf – forward voltage)

См. выше

Максимальное обратное напряжение (Vr – reverse voltage)

Максимальное обратное напряжение светодиода, это "плохое" напряжение. Напряжение которое прикладывается в обратной полярности (когда потенциал катода больше потенциала анода) и происходит пробой кристалла, светодиод выходит из строя.

Большинство светодиодов имеют обратное максимальное напряжение в районе 5 В.

Инфракрасные светодиоды до 1-2 вольт.

Максимальная мощность рассеяния (Pd - total power dissipation)

Это та мощность (зачастую в мВт), которую корпус светодиода еще способен рассеивать непрерывно без разрушения кристалла при температуре окружающей среды в 25°C. Она вычисляется как произведение падения напряжения на текущий через кристалл ток.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ — график)

Это график зависимости между напряжением и силой тока через кристалл, он не линейный поэтому берется в даташите. На основе этого графика можно более точно подобрать к диоду токоограничительный резистор

Характер ВАХ зависит от химического состава кристалла.

Сила света, световой поток (luminous intensity, luminous flux)

Ну тут я не буду расписывать, на стадии производства измеряется сила света в Кд — кандела или световой поток в Лм — люменах.

Угол рассеяния светодиода (Viewing angle)

Из за того что каждый светодиод заключен в сферический прозрачный корпус из пластмассы который формирует линзу с разным углом рассеивания.

Длина волны света (Dominant Wavelength)

См выше, но еще раз

• Инфракрасное излучение имеет длину волны более 760 нм,

• Красный цвет — от 610 нм до 760 нм,

• Желтый — от 570 до 590 нм,

• Фиолетовый — от 400 до 450 нм,

• Ультрафиолетовый — менее 400 нм.

• Белый свет выделяется при помощи люминофоров из ультрафиолетового, фиолетового или синего.

Цветовая температура (CCT - Color Temperature)

Больше для светодиодных ламп освещение, но все же

Измеряется в кельвинах (К).

• Холодный белый - около 6000К

• Теплый белый - около 3000К

• Белый - около 4500К

Световая отдача

Применяется для светодиодных ламп освещение, и все же.

Показывает сколько люмен на ватт, чем больше люмен тем лучше. Сегодняшние лампы более 150 Лм/Вт

Ну вот это основные характеристики светодиодов, идем дальше.

Как же подключать резистор?

К плюсу или минусу. А все равно куда хотите туда и подключайте

Можете так.

А можете так

А теперь перейдем к практике.

Из характеристик мы знаем что:

• Индикаторный светодиод начинает светится при токе 1 мА (0,001A),

• При 10 мА (0.01А) светятся уже очень ярко

• А обычный рабочий ток 20мА (0,02 Ампера) тогда светодиод светится на полную мощность

• ESP имеет максимальный ток с пина или на пин: 12 мА (0,012А), а рекомендуемый 6мА (0,006А)

Рассчитаем еще раз токоограничивающий резистор при данных характеристиках светодиода:

• падение напряжение 2 вольта,

• напряжение питания 3,3 вольта

• рабочий ток 0,02А

R=(3,3-2)/0.02=65Om (68 Ом ближайший аналог)

Рассчитывая силу тока в данной цепи получаем I = U / R; I=3.3/68=0,048А

А у нас ограничение по силе тока в 6мА (0,006А)

Рассчитаем тогда для этой силы тока какой должен быть резистор R=U/I; R=3.3/0,006=550Ом

Поэтому правильно ставить резистор не на 65Ом - 68Ом или 200Ом, а на 550Ом вплоть до 2,5КОм

Токоограничивающий резистор 500 Ом - 2KОм и cветодиод соединяем по схеме

Так как питание на выводе микроконтроллера ESP8266 в том числе и ESP-01

• GPIO-0 - питание на выводе контролера (- ), низкий уровень, LOW

• GPIO-1 - питание на выводе контролера (-), низкий уровень, LOW

• GPIO-2 - питание на выводе контролера (+), высокий уровень, High

• GPIO-3 - питание на выводе контролера (+), высокий уровень, High

В данной схеме подключены четыре светодиода через резисторы 500 Ом - 2KОм к выходам GPIO 0-3. В ESP-01 это займет все выходы GPIO

Будет работать? Да! Но правильнее подключать через транзистор например NPN, транзистор 2n2222 (MMBT2222A) (Обзорная статья про транзистор 2N2222 (MMBT2222A))