Diody LED

Wstęp i jak to podłączyć.

Diody LED o podwyŜszonej jasności (super- i hiper-jasne), jak sama nazwa wskazuje, dzięki
specjalnej budowie świecą jaśniej od zwykłych diod. Dodatkowo ich obudowa jest wykonana
najczęściej z przezroczystego tworzywa, które tworzy soczewkę skupiającą światło
emitowane.
Jak podaje serwis

Fotonika.pl

diody elektroluminescencyjne zaliczamy do

półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitują one promieniowanie w
zakresie światła widzialnego, jak i podczerwieni. Diody Pojawiły się w latach
sześćdziesiątych (dokładnie w roku1962, ich wynalazca to amerykański inŜynier Nick
Holonyak). Zasada działania opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku
(rekombinacja promienista). Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach wówczas, gdy
elektrony przechodząc z wyŜszego poziomu energetycznego na niŜszy zachowują swój pęd.
Jest to tzw. przejście proste. Podczas tego przejścia energia elektronu zostaje zamieniona na
kwant promieniowania elektromagnetycznego (emisja kwantu promieniowania).

Diody wydają się ciekawą alternatywą w stosunku do katod, poniewaŜ są duŜo tańsze... ale
lepiej zapomnijcie o tym :). Po pierwsze diody nie zastąpią katod, które mają tą zaletę, Ŝe
bardzo jasno świecą. Diody słuŜą głównie do oświetlenia punktowego. MoŜna dzięki temu
wyeksponować ciekawsze elementy modyfikacji. Krótko mówiąc, odpowiednio uŜyte tworzą
klimat.
Jest z nimi jednak pewien problem. ChociaŜ są stosunkowo tanie, to okazuje się, Ŝe chcąc
nimi oświetlić swój projekt (np. zmodyfikowany komputer) będziesz potrzebował większą
ilość - koszty nagle rosną.
Diody super jasne są zasilane napięciem ok. 3V (to zaleŜy od modelu i koloru), są trochę
kłopotliwe w montaŜu, wymagana jest cierpliwość przy lutowaniu tych wszystkich kabelków,
uwierzcie, bo wiem, co mówię. Kiedyś przez trzy dni z rzędu robiłem okablowanie w swoim
komputerze. Nie było to ani przez moment pasjonujące (moŜe poza chwilą, gdy źle
podłączyłem zasilanie do CDROM-u... tak, poszedł dym). Pomimo tego do oświetlania
swoich projektów uŜywam prawie wyłącznie diod LED.

Jak to podłączyć?

Zdjęcie poniŜej przedstawia kilka rodzajów diod. Z lewej strony superjasna, czerwona o
ś

rednicy 5 mm. Pozostałe to zwykłe diody. Litera "K" oznacza katodę, "A" - anodę. Zwróćcie

uwagę na charakterystyczny kształt katody w strukturze diody. Końcówka dodatnia (anoda)
jest zawsze dłuŜsza i podłączamy ją do bieguna dodatniego zasilania.

Dioda jest elementem jednobiegunowym i nie będzie świecić przy odwrotnym podłączeniu.
Musimy takŜe pamiętać o zastosowaniu rezystora ograniczającego prąd, inaczej dioda ulegnie
uszkodzeniu. Wzór pozwala obliczyć wymaganą wartość rezystora R.

•

R - rezystor ograniczający prąd (w omach)

•

U - napięcie zasilania (w woltach)

•

Ud - napięcie przewodzenia diody

•

Id - prąd diody (w amperach)

Diody moŜna łączyć ze sobą. Wzór pozostaje ten sam z tą tylko róŜnicą, ze w połączeniu
równoległym za Id podstawiamy sumę prądów poszczególnych diod, a w połączeniu
szeregowym za Ud podstawiamy sumę napięć przewodzenia wszystkich diod. Diody łączone
w ten sposób muszą być tego samego typu i najlepiej z tej samej serii, aby nie było Ŝadnych
róŜnic w jasności świecenia diod.

Po obliczeniu rezystancji musimy sprawdzić czy taki opornik istnieje i jeśli nie, dobrać
najbliŜszą wartość (najlepiej większą). Rezystory dostępne w sprzedaŜy mają wartości
pochodzące z tzw. szeregu E24.

E24: 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91
(np. liczba 22 oznacza, Ŝe są dostępne rezystory o wartościach 2.2, 2, 22, 220).

Rezystory takŜe moŜemy łączyć w celu uzyskania potrzebnej rezystancji:

Musisz sobie przyswoić jeszcze jedno pojęcie, jakim jest moc rezystora. W rezystorze, przez
który przepływa prąd wydziela się moc tracona w postaci ciepła (grzanie się rezystora - ciepło
Joulie'a). WyraŜamy ją w watach [W]. Moc P moŜemy obliczyć ze wzoru:

•

R – rezystor

•

Ur - napięcie na rezystorze R, w naszym przypadku Ur = U – Ud

•

I - prąd płynący przez rezystor, tutaj I = Id

Przy pojedynczych diodach nie musimy się o to martwić, ale jeśli łączymy kilka diod
(szeregowo lub równolegle), to trzeba wziąć to pod uwagę. KaŜdy rezystor ma określona
maksymalną moc traconą. Najczęściej stosowane rezystory przewlekane (takie jak na zdjęciu
poniŜej) maja moc 0,25W. JeŜeli damy rezystor o zbyt małej mocy, będzie się on grzał, aŜ w
końcu się "spali”.

KaŜdy rezystor ma określona rezystancję. Jeśli nie masz miernika moŜesz ją odczytać z kodu
paskowego (to te kolorowe paski). W takim kodzie kaŜdy kolor oznacza inną cyfrę, jednak
nie będę tu podawał szczegółów. Prościej i szybciej będzie, jeŜeli skorzystasz ze specjalnego
programu. Takiego jak np.

Oporniki v1.0

(259KB) autorstwa Tomasza Mroczkowskiego.

Często nie znamy danych katalogowych diod, jakie posiadamy. Dla czerwonych moŜemy
przyjąć napięcie przewodzenia Ud równe 2V, dla zielonych i Ŝółtych 2,2V, a dla niebieskich i
białych 3,5V. Prąd przewodzenia Id w zakresie od 20 do 30mA (czyli od 0,02 do 0,03A).

Będą to jednak tylko przybliŜone wartości.
PoniŜej moŜemy zobaczyć dane katalogowe kilku diod produkowanych przez firmę
Kingbright (jeden z czołowych producentów optoelektroniki).
Rysunek po lewej przedstawia diody "zwykłe" o szerokim kącie świecenia, natomiast rysunek
po prawej diody hiper-jasne o wąskim kącie świecenia. MoŜemy z nich odczytać napięcie
przewodzenia diod (typowe i maksymalne) mierzone przy prądzie 20mA. Wykres
przedstawia zaleŜność prądu (Forward Current) od napięcia (Forward Voltage) przewodzenia
diody. Diody innych firm mogą się róŜnić parametrami.

Czas na odrobinę praktyki! Wszystkie diody "uŜyte" w tych przykładach to wersje zwykłe,
czerwone. Przyjmujemy U

= 2V oraz I

= 20mA.

Najprostszy przypadek. Chcemy podłączyć diodę do napięcia +5V i musimy dobrać
odpowiedni rezystor.

R = (U - U

) /I

= (5V - 2V) / 0,02A = 150om

Mamy juŜ obliczoną rezystancję. Sprawdźmy jeszcze moc traconą na rezystorze.

P = (U - U

) * I

= 3V * 0,02A = 0,06W

Zwykły rezystor o mocy 0,25W w zupełności wystarczy.

Podobna sytuacja jak powyŜej, tylko Ŝe tym razem chcemy podłączyć równolegle osiem diod
LED.

R = (U - U

) / (I

+ I

+ ... + I

) = (5V - 2V) / 0,16A = 18,75

Wynik moŜemy zaokrąglić do 18ohm. Policzmy teraz moc:

P = (U - U

) * (I

+ I

+ ... + I

) = (5V - 2V) * 0,16A = 0,48W

Jeden rezystor o mocy 0,25W będzie się nadmiernie grzał.

W takim przypadku moŜemy albo kupić rezystor o większej mocy (0,5W) lub teŜ połączyć
szeregowo dwa rezystory 0,25W (co da wypadkową 0,5W).

A teraz dla odmiany połączenie szeregowe diod przy napięciu 12V.

R = [U - (U

+ U

)] / I

= (12V - 8V)/0,02A = 200om

P = [U - (U

+ U

)] * I

= 4V * 0,02A = 0,08W

Na schemacie powyŜej brakuje rezystora. ZauwaŜ, Ŝe:

U = U

+ U

W takich przypadkach rezystor jest zbędny. Z diodami zielonymi o napięciu przewodzenia
2,2V to juŜ się nam nie uda. PoniewaŜ jeŜeli podłączymy szeregowo 5 sztuk (przy napięciu
zasilania 12V) kaŜda będzie pracować przy napięciu 2,4V (czyli trochę za duŜym, ale moŜna
sprawdzić czy diody nie będą się grzały i wtedy powinny pracować normalnie, choć spadnie
ich Ŝywotność). Natomiast przy 6 diodach, dla kaŜdej przypadnie napięcie 2V- w tym
wypadku będą świecić za słabo.