Как определить параметры светодиода?

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

Типы и виды светодиодов

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

Примерные характеристики светодиода можно определить по цвету его корпуса и размерам На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Схема проверки падения напряжения на светодиоде

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

В светодиодных лентах

Часто людей интересует вопрос о том, сколько потребляет светодиодная лента? Мощность потребления ленты зависит от типа используемых в ней LED-чипов и количества этих чипов в одном метре, которое может варьироваться от 30 до 240 шт/м. Точные данные о мощности светодиодной ленты можно найти на странице производителя.

Чтобы определить, сколько потребляет мощный светодиод, придётся собрать простейший лабораторный стенд из регулируемого источника питания постоянного тока, резистора и мультиметра, а затем провести несколько замеров. Ничего сложного в этом нет, а сама процедура измерения прямого напряжения и тока светодиода описана в данной статье. В конце исследования перемножают полученные параметры и узнают реальное значение мощности по формуле P=U*I.

Анализируем результаты

При проверке диодов (обычного и Шоттки) с помощью мультиметра, вы получите определенный результат. Теперь нужно понять, что он может означать. К признакам, которые свидетельствуют в пользу исправности полупроводника, относятся следующие моменты:

при подключении детали электросхемы к прибору последний будет выдавать величину имеющегося прямого напряжения в этом элементе;

Обратите внимание! Разные типы диодов обладают различным уровнем напряжения, по которому они и отличаются. Например, для германиевых изделий этот параметр составит 0,3-0,7 вольт. при подключении обратным способом (щуп прибора к аноду изделия) будет регистрироваться ноль

при подключении обратным способом (щуп прибора к аноду изделия) будет регистрироваться ноль.

Обратная проверка

Если эти два показателя соблюдаются, то полупроводник работает адекватно и причина поломки не в нем. А вот если хотя бы одни из параметров не соответствует, то элемент признается негодным и подлежит замене. Кроме этого следует учитывать, что возможна не поломка, а «утечка». Этот неприятный дефект может проявиться при длительной эксплуатации прибора или некачественной сборке. При наличии короткого замыкания или утечки, полученное сопротивление будет довольно низким. Причем вывод необходимо делать, основываясь на виде полупроводника. Для германиевых элементов этот показатель в данной ситуации будет иметь диапазон от 100 килоом до 1 мегаом, для кремниевых — тысячи мегаом. Для выпрямительных полупроводников данный показатель будет в разы больше. Как видим, своими силами не так уж и сложно провести оценку работоспособности полупроводников в любом электроприборе. Вышеописанный принцип подходит для проверки диодных элементов различных типов и видов. Главное в этой ситуации правильно подключить измерительный прибор к полупроводнику и проанализировать полученные результаты.

Как проверить светодиодную ленту на работоспособность

Проверить светодиодную ленту сразу целиком с помощью мультиметра сложно. Заставить ее светиться не удастся, лишь иногда возникает слабое свечение при проверке в режиме Hfe. Можно произвести проверку поочередно всех светодиодов.

Чаще всего из строя выходят контактные дорожки, которые проверяют по всей длине ленты. Она условно разделена на равные отрезки, состоящие из 3 светодиодов. Граница каждого отмечена на ленте поперечной линией с контактами. Прикасаясь к ним, проверяют каждый отрезок, определяя поврежденный участок. Кроме того, необходимо проверить мультиметром блок питания ленты, поскольку он также подвергается нагрузкам и периодически выходит из строя.

Расчет резистора светодиода (по формулам)

При расчете вычисляют две величины:

• Сопротивление (номинал) резистора;
• рассеиваемую им мощность P.

Источники напряжения, питающие LED, имеют разное выходное напряжение. Для того чтобы выполнить подбор резистора для светодиода нужно знать напряжение источника (U_ист), рабочее падение напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула для расчета выглядит следующим образом:

При вычитании из напряжения источника номинальное падение напряжения на светодиоде – мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив получившееся значение на ток мы, по закону Ома, получаем номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, ток – в амперах и получаем номинал, выраженный в омах.

Электрическую мощность, рассеиваемую на гасящем сопротивлении, вычисляют по следующей формуле:

P = (I_н) 2 ⋅ R

Исходя из полученного значения, выбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства она должна быть выше расчетного значения. Разберем пример расчета.

Пример расчета резистора для светодиода 12 В

Рассчитаем сопротивление для LED, питающегося от источника постоянного напряжения 12В.

Допустим в нашем распоряжении имеется популярный сверхяркий SMD 2835 (2.8мм x 3.5мм) с рабочим током 150мА и падением напряжения 3,2В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 ватта. Подставим исходные значения в формулу.

R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60

Получаем, что подойдет гасящий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение из стандартного ряда Е24 – 62 ома. Таким образом, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62Ом.

Теперь вычислим рассеиваемую мощность на сопротивлении.

P = (0,15) 2 ⋅ 62 ≈ 1,4

На выбранном нами сопротивлении будет рассеиваться почти полтора ватта электрической мощности. Значит, для наших целей можно применить резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2Вт.

Осталось купить резистор с подходящим номиналом. Если же у вас есть старые платы, с которх можно выпаять детали, то по цветовой маркировке можно выполнить подбор резистора. Воспользуйтесь формой ниже.

На заметку! В приведенном выше примере на токоограничительном сопротивлении рассеивается почти в три раза больше энергии, чем на светодиоде. Это означает, что с учетом световой отдачи LED, КПД нашей конструкции меньше 25%.

Чтобы снизить потери энергии лучше применить источник с более низким напряжением. Например, для питания можно применить преобразователь постоянного напряжения AC/AC 12/5 вольт. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно меньше.

Как узнать на сколько вольт рассчитан

С помощью блока питания

Один из быстрых способов определения напряжения светодиода ― использование регулируемого источника питания. Блок питания должен регулироваться с нуля и при этом давать возможность контролировать ток, а ещё лучше ― его ограничение.

Для измерения выполните следующие шаги:

1. Подключите светодиод к источнику, соблюдая полярность.
2. Постепенно поднимайте напряжение ― до 3-3,5В.

В определённый момент диод загорится в полную силу — это значит, уровень напряжения соответствует рабочему току (его можно считать по амперметру). Если в приборе отсутствует встроенный амперметр, ток необходимо контролировать с помощью внешнего прибора.

По внешнему виду

Приблизительную силу рабочего напряжения можно оценить по внешнему виду, маркировке и цвету свечения светодиода. Для определения по цветовому спектру, воспользуйтесь таблицей, о которой было написано ранее в статье.

Стандартной маркировки не существует, каждый производитель указывает на ней свои параметры. Маркировка обычно указывается на упаковочной таре (коробках и пакетах). Если вы приобретаете светодиоды, которые сматывают в катушку, ― попросите у продавца упаковочную тару, чтобы узнать маркировку LED.

Мультиметром

Для измерения рабочего напряжения светодиода мультиметром, выполните следующие шаги:

1. Включите мультиметр, а поворотный переключатель установите в позицию «проверка диодов».
2. Светодиод имеет два вывода и полярность: короткий (минусовой вывод), длинный (плюсовой вывод). Подключите положительный (красный) щуп мультиметра к положительному выводу светодиода, а отрицательный (черный) щуп приложите к отрицательному.
3. Если светодиод исправен, лампочка загорится.

Как узнать какой светодиод стоит в лампе

Самый простой вариант – если лампа полностью исправна. В этом случае надо просто измерить падение напряжения на любом из элементов. Если при подаче питания один или несколько элементов не светят (или все), надо идти другим путем.

Если лампа построена по схеме с драйвером, то на драйвере указано выходное напряжение в виде верхнего и нижнего пределов. Это связано с тем, что драйвер стабилизирует ток. Для этого ему надо изменять напряжение в определенных границах. Фактическое напряжение придется измерить мультиметром и убедиться, что оно в норме. Далее визуально (по дорожкам печатной платы) определить количество параллельных цепочек светодиодов в матрице и количество элементов в цепочке. Напряжение драйвера нужно разделить на число последовательно соединенных элементов. Если напряжение на драйвере не обозначено, то его можно лишь замерить по факту.

Драйвер на рабочий ток 300 мА и выходное напряжение 45-64 В.

Совет эксперта

Стариков Михаил

Старший инженер-электроник

Задать вопрос

Этот способ дает точный результат лишь с полностью исправной лампой. Если часть элементов (или все полностью) не горят, то для стабилизации тока драйвер будет уменьшать или увеличивать напряжение в пределах 10%. Для практических целей такой погрешности может быть достаточно, но об этом надо помнить.

Если светильник построен по схеме с балластным резистором и его сопротивление известно (или его можно измерить), то напряжение светодиода можно определить расчетным способом. Для этого надо знать рабочий ток. В этом случае надо рассчитать:

• падение напряжения на резисторе – Uрезистора=Iраб*Rрезистора;
• падение напряжения на цепочке LED – Uled=Uпитания – Uрезистора;
• разделить Uled на количество приборов в цепочке.

Если Iраб неизвестен, его можно принять равным 20-25 мА (схема с резистором применяется для маломощных фонарей). Точность будет приемлема для практических целей.

Диагностика светодиода в фонарике

Светодиодный фонарик аккумуляторного или других типов довольно надежное устройство, но и он от поломок не застрахован. Если даже после установки новых батареек свечение остается слабым или вовсе отсутствует, необходимо проверить работоспособность светодиодов и их драйверов.

Проверка фонарика выполняется в следующей последовательности:

1. Отвинчиваем крышку или коническую часть в передней части корпуса.
2. Извлекаем светодиодный модуль.
3. На плате светодиода – две контактные площадки, к которым подводятся красный и черный провод. Красный провод соответствует положительной полярности (маркировка «+» на плате), а черный – отрицательной (маркировка «-»). В соответствии с полярностью на контакты следует кратковременно подать напряжение в 3 – 4 В (не более 4,2 В!). Если яркость свечения светодиода не изменилась, значит его необходимо заменить. В противном случае (светодиод горит надлежащим образом) замене подлежит драйвер.
4. Замена светодиода возможна только в том случае, если его плата прикреплена к капсуле светодиодного модуля посредством винтов. Если плата посажена на термоклей, замена будет нецелесообразной, в этом случае меняют весь модуль.

Вот как выглядит светодиодный модуль в фонарике Magicshine

Отвинтив плату, следует отпаять светодиод, а затем установить новый.

Наглядно проверка обособленного светодиода и простота устройства тестера демонстрируется в следующем видео от крупнейшего поставщика электрооборудования в России.

Часто при поломке того или иного электронного устройства мы без раздумий несем потерпевшего в ремонт, где нам предъявляют солидный счет. Между тем, причина аварии может заключаться всего лишь в отказе светодиода, который легко можно заменить своими силами. Таким образом, умение проверить работоспособность этих элементов, которые применяются сегодня довольно широко, позволит сэкономить средства и сократить время ремонта до минимума.

Последовательное соединение – диод

При последовательном соединении диодов для обеспечения равномерного распределения обратных напряжений необходимо шунтировать каждый диод резистором.  

При последовательном соединении диодов каждый диод рекомендуется шунтировать сопротивлением величиной 10 – 15 ком. При параллельном соединении диоды необходимо подбирать по прямому падению напряжения.  

При последовательном соединении диодов Д202 – Д205 рекомендуется каждый диод шунтировать сопротивлением 70 ком на каждые 100 в амплитудного значения обратного напряжения, диоды Д206 – Д211 – 100 ком на каждые 100 в амплитудного значения обратного напряжения.  

При последовательном соединении диодов их необходимо шунтировать выравнивающими сопротивлениями; величина каждого сопротивления должна быть меньше наименьшей величины обратного сопротивления диода. Диоды с обратным током до 100 мка рекомендуется шунтировать сопротивлениями из расчета 70 ком на каждые 100 в ( амплитудных) фактического обратного напряжения, а диоды с обратным током свыше 100 мка – из расчета 10 – 15 ком на каждые 100 s обратного напряжения.  

При последовательном соединении диодов рекомендуется шунтировать диод резистором с сопротивлением 10 – 15 кОм на каждые 100 В амплитуды обратного напряжения.  

Поэтому при последовательном соединении диодов каждый из них, как правило, шунтируют активными сопротивлениями Rm 70 – 200 ком. Этим обеспечивается более равномерное распределение напряжения на каждом из диодов.  

В высоковольтных цепях часто используют последовательное соединение диодов. При таком соединении напряжение распределяется между всеми диодами. Однако необходимо учитывать, что диоды имеют разные значения величин обратного тока / 0бР, а также могут обладать нестабильностью обратного гока во времени. Очевидно, что при последовательном включении большая часть приложенного напряжения будет падать на диоде с наименьшим обратным током. При этом обратное напряжение может превысить допустимое значение U06P макс и диод окажется в режиме пробоя.  

Это выражение удобно для случаев последовательного соединения диода с приемником, так как тогда сила тока во всех частях цепи одинакова. Как видно, в знаменателе стоит полная мощность, приходящая извне и затрачиваемая в цепи диода и приемника, обладающего лишь положительным сопротивлением, а в числителе – полезная мощность, затрачиваемая только в одном приемнике. Легко видеть, что лишь при отрицательном Rm коэффициент усиления будет больше единицы. Коэффициент а может стать равным бесконечности или отрицательным в случае, когда алгебраическая сумма сопротивлений диода и других сопротивлений цепи сделается равной нулю или будет меньше нуля.  

По условиям выдерживания обратного напряжения в большинстве случаев требуется последовательное соединение диодов и сборок. Значение обратного напряжения зависит от схемы выпрямителя; в рекомендуемых схемах оно равно удвоенному испытательному напряжению или части его, приходящейся на ступень выпрямления. Обратное напряжение определяется исходя из наибольшего напряжения испытательной установки.  

При анализе решения можно отметить, что в практических случаях чаще встречается последовательное соединение диодов, так как в этом случае увеличивается допустимое прямое и обратное напряжение.  

Этим достигается линеаризация выпрямительной характеристики и, следовательно, линейность шкалы вследствие последовательного соединения диода с резистором. Кроме того, резистор служит добавочным сопротивлением, что позволяет применять диоды с меньшим обратным напряжением. Вследствие этого схема обеспечивает меньшую чувствительность по сравнению с полной схемой. Полусхема Греца широко используется в комбинированных измерительных приборах.  

Подключаем светодиоды

Как правильно подключить лампочку на 12 вольт в авто своими руками? Неважно, мигающую или нет, в фару или панель приборов, об этом мы расскажем далее. Рассмотрим пример подключения своими руками на модуле, учитывая несколько нюансов (схемы вы найдете ниже):

Рассмотрим пример подключения своими руками на модуле, учитывая несколько нюансов (схемы вы найдете ниже):

1. Панельки, то есть кластеры, рассчитываются на питание 12 вольт, такие устройства можно без проблем подключить к проводке авто и наслаждаться мигающими или просто яркими огоньками. Однако такие устройства обладают определенным недостатком — когда обороты мотора будут изменяться, яркость также будет то снижаться, то увеличиваться. Пусть это не критично, но глазу все же будет заметно. Но также нужно учесть, что такие кластеры хорошо светят тогда, когда напряжение в сети составляет 12.5 вольт, то есть если у вашем авто напряжение низкое, то светить лампочки будут слабо.
2. Сам по своей конструкции кластер состоит из самих диодов, а также резистора. Резисторы — это важный элемент любого кластера. На каждые три лампочки устанавливается один резистор, предназначенный для гашения лишнего напряжения. Если вы приобретаете ленту для фар, то, возможно, вам придется ее подрезать. При установке в фары нужно учитывать, что обрезать ленту необходимо в определенных местах.
3. Подключение светодиодов 12 вольт с резисторами в фары авто осуществляется последовательно. Вам необходимо сделать кластер, то есть подключить по очереди необходимое число лампочек друг к другу, а два вывода, которые будут находиться по краям — к сети авто. В этом случае речь идет о белых диодах, мощность которых составляет 3.5 W. То есть для сети с напряжением 12-14 вольт понадобится три лампочки, которые в общем будут потреблять не 12, а 10.5 вольт. Поскольку диоды обладают плюсом и минусом, последовательное соединение осуществляется таким образом, чтобы плюс одного элемента соединился с минусом другого (автор видео — Роман Щербань).

Пока еще кластер нельзя подключать напрямую своими руками, последовательно необходимо включить также резистор, то есть сопротивление. Показатель сопротивления должен быть равен 100-150 Ом, а мощность резистора должна составлять 0,5 Вт. Что касается резистора, то найти его — не проблема.

Подключение параллельно

При параллельном способе соединения своими руками вам потребуется подключить несколько цепей, каждая из которых будет состоять из трех лампочек и одного резистора сопротивления. В этом случае плюс подключается только к плюсу, соответственно, минус — только к минусу. Если подключается один автомобильный диод, то понадобится резистор с сопротивлением 550 Ом, для двух — сопротивление 300 Ом и т.д. Если информация вам непонятна, то изучите закон Ома.

Для сборки цепи своими руками вам потребуется только мультиметр.

Рассмотрим пример с диодом на 3.5 В и током 20 мА:

1. Сначала при помощи прибора следует произвести замеры показателя напряжения там, где вы планируете ставить лампу. Необходимо учитывать, что этот показатель может различаться в зависимости от места. К примеру, измерив напряжение, вы получаете 13 В.
2. Далее, от полученного показателя (в нашем случае 13 вольт), необходимо отнять 3.5 вольта светодиодной лампочки, в итоге вы получаете 9.5 В. Есть формула Ома, по которой делаются все соответствующие замеры. В ней указано, что ток измеряется в амперах, то есть показатель 20 мА равен 0.02 А.
3. Аналогичным образом по формуле следует понять, какое должно быть сопротивление. То есть полученный показатель 9.5В делится на 0.02 А. В итоге мы получаем 475 Ом.
4. Чтобы не допустить возможного перегревания резистора, необходимо заранее понять, какая должна быть мощность. Чтобы сделать это, следует напряжение умножить на ток, то есть 9.5*0.02. Показатель мощности составит 0.19 Вт. Но для того, чтобы все работало без перебоев, следует использовать небольшой запас, пусть мощность будет 0.5-1 Вт.
5. Затем мультиметр необходимо переключить на режим замера тока. Ваша задача заключается в том, чтобы измерить ток в разрыве сети между лампочкой и резистором. Заранее установите на приборе значение в 10А, далее, плюс АКБ подключается к плюсу мультиметра, а его минус подсоединяется к плюсу лампочки.
6. В итоге показатель на экране прибора должен составить около 20 мА. Поскольку на устройствах (диодах и резисторах) может быть разброс показаний, показатель будет различаться. Учтите, чем больше в лампочку будет попадать тока, тем мощнее она будет работать. Разумеется, слишком высокая яркость отражается на ресурсе эксплуатации лампы, соответственно, оптимальным вариантом будет выбрать ток 18 мА.

Схема подключения лампочки и резистора к прибору

Техника безопасности

Кратко о нюансах подключения, которое выполняется в большинстве домов – для обеспечения безопасности при работе с электрической цепью часто бывает мало выключить один только выключатель. Дело в том, что он, как правило, размыкает фазу, но при этом из-за отсутствия заземления на ноле остается остаточное напряжение. Если заземление неправильное, например, люди подключаются к батарее или водопроводу, есть риск попасть на напряжение между фазой и заземлением. Отключайте питание полностью на рубильнике или счетчике на входе в дом или квартиру, и сделайте уже правильное заземление, если у вас его нет.