LED с английского - это Light Emitting Diode. А по русски - светоизлучающий диод или просто - светодиод.
Почему один светодиод светится красным, а другой синим, хотя они оба сделаны из прозрачного материала?
Об этом и многом другом мы тоже поговорим в нашей статье , а пока же начнем с основ.
Как устроен светодиод
Когда мы подаем небольшое напряжение на светодиод, он начинает светиться.
Все дело в том, что он сделан из крошечных пластинок двух полупроводников разного типа, которые находятся в "чашечке" одного из выводов проводника.
Место, где соединяются эти два кристаллика называют PN-переходом (PN junction)
При пропускании постоянного электрического тока определенной полярности и номинала мы можем увидеть, как в месте соединения этих двух кристалликов полупроводников испускается свет. Если говорить по-научному, светодиод излучает фотоны.
Semiconductor - это полупроводник.
Большая пластина в светодиоде - это вывод катод, а маленькая - анод.
Если на анод подать плюс, а на катод минус - то светодиод будет светиться. Самое главное - это правильно подобрать напряжение, иначе он сгорит. Так как сила тока через светодиод не прямо пропорциональна его свечению, то малейшее отклонение напряжения в большую сторону приведет к его выходу из строя. Поэтому, последовательно со светодиодом соединяют резистор, который ограничивает силу тока через светодиод.
Обратимый эффект светодиода
Думаю, многие из вас не знают, что светодиод - это обратимый радиоэлемент. Если на него посветить, то он становится источником ЭДС, то есть на его выводах появится напряжение.
Можно даже сказать, что светодиод становится солнечной батареей.
Схематическое обозначение
На схемах мы используем такое обозначение диода:
Обозначение светодиода выглядит почти также, только добавляют две стрелочки.
Светодиод и простой диод работают по одному и тому же принципу. Они оба состоят из двух полупроводников P и N типа.
Излучение и цвет светодиода
Они оба излучают фотоны, как это ни странно. Но дело в том, что простой диод у нас всегда в закрытом корпусе и мы не сможем увидеть излучение (хотя простой диод будет излучать инфракрасное(тепловое)излучение, мы его точно не увидим). Светодиод прозрачный, поэтому мы можем видеть излучение, если оно находится в видимом для нас спектре частот.
Как вы знаете, наши глаза могут воспринимать только определенный спектр частот. В основном он колеблется от 400 и до 700 нм.
Поэтому, прозрачный светодиод может светиться разными цветами, в зависимости их какого вещества он сделан.
Но есть светодиоды с невидимой частотой спектра. Думаю, у вас у всех дома валяется пульт от телевизора или люстры.
В нем есть тот самый светодиод, который никогда не горит, но управляет телевизором либо люстрой, ведь так?
Так вот, этот светодиод излучает инфракрасное излучение, которое невидимо человеческому глазу.
Ваш глаз не может видеть это излучение, так как оно выходит за спектр частот, который может увидеть человеческий глаз.
А вот с помощью камеры телефона при нажатии кнопки на пульте мы можем увидеть излучение этого светодиода. Кстати, так и проверяются пульты.
Давайте еще раз взглянем, как схематически выглядит строение светодиода. Здесь мы видим , что кристаллик в "чашечке" одного из выводов светодиода состоит из двух полупроводников N и P типа.
Holes for electrons - это так называемые "дырки". Как-нибудь о них тоже поговорим.
Free electrons - свободные электроны
P-type layer - полупроводниковый слой P типа
N-type layer - полупроводниковый слой N-типа
Например, 90% всех производимых диодов состоят из кремния (silicon).
При пропускании тока через себя, такой диод излучает инфракрасное излучение. Еще его часто называют тепловым излучением. На картинке ниже показан спектр частоты этого излучения.
Поэтому, это тепловое излучение поглощается корпусом диода и превращается в тепло.
Если пропустить постоянный ток в прямом направлении (анод диода на плюс, катод на минус)
то мы можем увидеть, что корпус такого диода будет сильно греться, в зависимости от силы тока, протекающего через него. Как вы видите, диод нагрелся даже до 95 градусов по цельсию!
Светодиоды греются намного меньше. Почему так происходит? Дело в том, что бОльшая часть энергии излучается фотонами в окружающее пространство. То есть излучая свет, светодиод будет греться намного меньше.
Светодиоды имеют разные цветовые линзы. Как вы видите, есть даже в прозрачной линзе. Цветовые линзы делаются для удобства, чтобы сразу знать, как цвет будет выдавать светодиод.
Но дело в том, что и в прозрачной линзе мы также можем получить разные цвета. В чем же дело?
Так от чего же зависит, каким цветом будет светить светодиод. Оказывается, от вещества, который добавляется в полупроводники.
Виды и типы светодиодов
Большинство из вам знакомы с 5 мм светодиодом. То есть его головка 5мм в диаметре.
Пятимиллиметровые светодиоды очень сильно распространены среди любителей и разработчиков электроники. Они дешевые, удобные, и можно подобрать абсолютно разные цвета.
Также существуют и другие размеры, но они меньше распространены:
Также существуют и другие виды в разных форм факторах, типа такого квадратного.
Есть вот такие виды светодиодов:
И да, семисегментный индикатор также сделан из 8 светодиодов.
Но также есть и SMD светодиоды, которые монтируются прямо на поверхность платы.
Некоторые образцы могут быть даже меньше миллиметра!
Чаще всего SMD светодиоды можно увидеть в светодиодных лампах.
Светодиоды, которые используются в светодиодных лампах - это светодиоды синего свечения.
Все дело в том, что такие светодиоды синего свечения заливают желтым фосфором. В результате смешивания цветов получаем белый свет свечения.
Но прогресс, как говорится, не стоит на месте. Появились целые светодиодные сборки, которые состоят из отдельных маленьких светодиодиков.
Такие матрицы из светодиодов используются в прожекторах разной мощности, типа таких:
Как вы видите, все эти прожектора также состоят из малюсеньких SMD светодиодов.
Также хотелось бы упомянуть светодиоды, которые сами по себе переключают разные цвета. Они используются редко, но вы про них должны знать. В таких светодиодах встроен контроллер, который переключает по очереди несколько кристалликов с разными цветами в самом светодиоде.
Также распространенный тип - это двухцветный светодиод. В таком светодиоде мы имеем два светодиода.
Подаем постоянное напряжение в одну сторону, загорится один цвет
Меняем полярность - загорится другой цвет
Такой же принцип действия у трехвыводного светодиода, где катодом является вывод посередине. На это светодиоде мы можем засвечивать сразу два кристалла, в отличие от двухвыводного двухцветного светодиода.
RGB светодиод
Откуда такое название? Да все просто. R - Red, G -Green, B - Blue. Красный, Зеленый, Синий.
Такой светодиод имеет 4 вывода: 1 катод общий катод и 3 анода.
Создание синего светодиода, а потом и RGB светодиода сделало революцию во всей электронике. Смешивая эти цвета разной интенсивности, можно получить абсолютно любой цвет.
В домашних условиях это можно сделать по такой схеме:
и получить любой желаемый цвет, например, вот такой.
Именно RGB светодиоды используются в ваших экранах мобильных телефонов, телевизорах, мониторах. Если вы через микроскоп глянете на экран своего смартфона или монитора, то увидите множество RGB светодиодов:
Всем этим делом управляет графический процессор, чтобы выдать вам нужную картинку.
Как определить катод и анод светодиода
Способ №1
Светодиод будет светиться только тогда, когда мы будем соединять катод к минусу, а анод к плюсу.
Если же поменять местами стороны 3 Вольтовой батарейки, то у нас не будет гореть светодиод.
Способ №2
Если светодиод новый, то длинный вывод - это анод, короткий вывод - это катод.
Но что если вы выпаяли такой светодиод из какой-нибудь платы? Там ведь все выводы равны.
Не стоит беспокоиться, смотрим на корпус. У всех круглых светодиодов есть плоский край. Он указывает на вывод катода.
Способ №3
Если же светодиод в прозрачном корпусе, то мы также без проблем можем определить, где анод и где катод. Вывод с большей площадью и в котором находится "чашечка" - это катод.
Способ N4
Любой круглый и SMD светодиод мы можем проверить с помощью мультиметра в режиме прозвонки диодов. Не угадали с анодом и катодом - светодиод не загорится.
Меняем местами щупы мультиметра.
Если все-таки вообще не горит, значит светодиод не рабочий.
Также на SMD светодиодах на их "пузике" мы можем увидеть метку в виде буквы "T".