Как узнать рабочий ток неизвестного светодиода

Как определить мощность светодиода

С годами рынок предлагает все большее разнообразие светодиодов. Они отличаются цветом, напряжением, мощностью и т.д.
Если вам в руки попался светодиод и вы хотите его использовать, то непременно нужно разобраться какой мощности это устройство, иначе можно элементарно спалить его.
Как определить мощность светодиода? Об этом расскажем в данной статье.
Светодиод представляет собой полупроводниковый кристалл. Он может быть в корпусе или без него, но в любом случае у него будет два вывода: положительный и отрицательный. Мощностью светодиодов часто называют показатели в ваттах. Однако это не совсем верно. Это делается для простоты понимания. У светодиодов есть показатель максимума рабочего тока, при котором он может работать. А мощность зависит от количества тока, который вы ему дадите.

Светодиоды малой мощности

Так же их называют индикаторными. Их смело можно назвать самым распространенным видом светодиодов. Они небольшого размера (2-20 миллиметров в диаметре). Индикаторными их называют по самому частому применению – вы наверняка их видели практически во всей бытовой технике. Практически все белые маломощные светодиоды обладают параметрами 20МА 3,2 вольт. То есть его мощность – 0,06ватт.
Так же к этому виду светодиодов относят светодиоды поверхностного монтажа или SMD – светодиоды. Это светодиоды, которые подсвечивают экраны, кнопки и т.п. Так же из них делают светодиодные ленты, часто используемые для декорирования помещений.
Ленты бывают либо SMD 3528, либо 5050. SMD 3528 делается как раз из таких индикаторных светодиодов. А вот SMD 5050 сделаны из соединенных по трое светодиодов. Их мощность – в районе 0,2 ватта.

Мощные светодиоды

Условно можно поделить на:

• Брендовые (фирмы CREE, Nichia, Osram и другие…)
• Китайские

Что касается брендовых, они всем хороши, кроме, пожалуй, завышенной цены. Зато приобретая такие светодиоды, вы будете уверены в их качестве, к тому же все показатели, в том числе и мощность, указаны в инструкции. Так же нужно учитывать, что подобные компании выпускают светодиоды для заводской сборки. Вручную это тоже можно сделать, но будет гораздо сложнее.
Китайские светодиоды обладают гораздо большим ассортиментом. Но при всем многообразии китайские светодиоды грешат отклонениями от стандартов (точнее одних стандартов просто нет), и невысоким качеством.
Обычный светодиод китайского производства обладает мощностью примерно в 2,6 ватта.
Так же выпускают светодиоды с увеличенным кристаллом.

Какой ток даст максимальную мощность светодиода?

Если вам нужно добиться максимальной экономичности светильника – используйте светодиоды, которые дают около 120 Лм на ватт. Ток для них должен быть не более 300 мА. При хорошем отводе тепла такие светодиоды будут работать бесконечно долго.
Если главное яркость, то чипы 35-38 mil на токе в 600мА будут неплохим решением.

Как определить мощность светодиода?

Допустим, вы просто нашли у себя на столе светодиод. Никаких данных о нем нет. Как быть в таком случае?
Самый простой способ – включаете его на низковольтном питании последовательно с резистором на 1 – 1,5 кОМ. Практически любой светодиод будет работать. Но если нужны более точные показатели, делаем следующее: соотносим показатели по внешнему виду.
Маленькие (3-10 мм):

• Инфракрасный (ток – менее 2 ватт, напряжение – около 20 мА)
• Красный (ток – от1,7 до 2 ватт, напряжение – от 15 до 20 мА)
• Оранжевый (ток –около 2 ватт, напряжение –20 мА)
• Желтый (ток – 2,1-2,2 ватт, напряжение – 20 мА)
• Зеленый (ток – 1,9-3,6 ватт, напряжение – 20 мА)
• Голубой (ток — 2,5-3,6 ватт, напряжение – 20 мА)
• Фиолетовый (ток – 2,7-4 ватт, напряжение –20 мА)

Большие:

• Желтый (обычно на радиаторе) (ток – 2,1-2,2 ватт, напряжение –300 мА)
• Белый, розовый (ток – 3,2-3,6 ватт, напряжение –20 мА)

Светодиодные ленты (ток – 12 или 24 ватт, напряжение – рассчитывается в зависимости от длины ленты).

Точное определение мощности

Вам понадобятся:

• Мультиметр
• Блок питания, в котором можно плавно повышать напряжение
• Резистор на 500 Ом

К лазерным светодиодам эта техника неприменима!
Подключаете светодиод к резистору и блоку питания. Соблюдайте полярность! Ее тоже можно определить с помощью мультиметра.
Плавно увеличивайте напряжение на блоке питания, сравнивая показатели на нем и на светодиоде.
Удобнее будет использовать блок питания, который показывает рабочее напряжение, или использовать два вольтметра.
Что будет происходить? одинаковое изначально напряжение будет постепенно изменяться на блоке и светодиоде. Важно, чтобы светодиод светился с нормальной яркостью.

Почему он может не светится?

• если он инфракрасный
• если он сломан
• если напряжение на двух точках пропорционально меняется от нуля до максимума, но светится он начинает с 3 воль, значит внутри светодиода находится резистор, ограничивающий подачу тока. В этом варианте ограничиваете тока на значении не больше 20 мА, смотря на то, как ярко светится светодиод.

Далее на блоке питания ставим 0 вольт, подключаем напрямую (или через резистор на 10Ом) светодиод. В цепь подключаем и миллиамперметр. Постепенно поднимаете напряжение до рассчитанного.

Совет
Не зная точных показателей светодиода, не давайте ему ток более 350 мА. Если все-таки необходимо больше – подготовьте сильный теплоотвод. Примерно при токе в 700мА светодиоду будет нужно около 80 кв. см радиатора. Оптимальная температура – 60 по Цельсию.

Как определить параметры светодиода

Разбирая на детали старые или нерабочие устройства часто можно найти светодиоды. Однако в большинстве случаем на них отсутствует какая-либо маркировка или другие опознавательные знаки. Поэтому определить их параметры по справочнику попросту невозможно. Отсюда возникает вполне естественный вопрос: как определить параметры светодиода?

Опытные электронщики таким вопросом практически не задаются, поскольку могут с достаточной точностью определить параметры такого полупроводникового прибора, ориентируясь лишь на его внешний вид и зная некоторые нюансы, присущие большинству светодиодов. Эти нюансы рассмотрим и мы.

Электрические параметры светодиодов

Первым делом заметим, что светодиод характеризуется тремя электрическими параметрами (световые характеристики мы рассматривать не будем):

1) падение напряжения, измеряемое в вольтах. Когда говорят 2-х вольтный или 3-х вольтный светодиод, то это имеется в виду данный параметр;

2) номинальный ток. Часто его значение приводится в справочниках в миллиамперах. 1 мА = 0,001 А;

3) мощность рассеяния – это мощность, которую способен рассеять (выделить в окружающую среду) полупроводниковый прибор не перегреваясь. Измеряется в ваттах. Значение данного параметра с высокой точностью можно определить самостоятельно, умножив ток на напряжение.

В большинстве случае достаточно знать два первых параметра, а то и вовсе только номинальный ток.

Условно я выделил два основных способа, с помощью которых можно с высокой долей вероятности узнать или определить указанные параметры. Первый способ – информационный. Это наиболее быстрый и простой способ. Одна он не всегда дает положительный результат. Второй способ, нам – электронщикам, более интересный. Я назвал его «электрический», так как ток и напряжение будут определяться с помощью мультиметра (тестера). Рассмотрим подробно оба варианта.

Как определить параметры светодиода по внешнему виду?

Самый легкий путь – это узнать характеристики светодиода по его внешнему виду. Для этого достаточно набрать в строке поисковой системы такую фразу: «купить светодиод». Далее из предоставленного списка следует выбрать наиболее крупный интернет магазин и найти соответствующий раздел каталога. После чего внимательно просмотреть все имеющиеся позиции и если вам улыбнется удача, то вы найдете то, что ищете. Как правило, в серьёзных интернет-магазинах, где продаются радиоэлектронные элементы, на каждую позицию имеется соответствующая документация, даташит или приводятся основные характеристики. Сопоставив по внешнему виду имеющийся светодиод с тем, что в каталоге, можно таким образом узнать его характеристики.

Следующим подходом пользуются более опытные электронщики. Однако в нем нет ничего сложного. Преимущественное большинство светодиодов разделяется на индикаторные и общего назначения. Индикаторные, как правило, менее ярко светят, чем остальные. Это и понятно, ведь для индикации очень яркий свет не нужен. Индикаторные светодиоды применяются для сигнализации работы различных электронных устройств. Например, при включении в розетку, они показывают, что устройство находится под напряжением. Они встречаются в чайниках, ноутбуках, выключателях, зарядных устройствах, компьютерах и т.п. Электрические параметры их вне зависимости от внешнего вида следующие: ток – 20 мА = 0,02 А; напряжение в среднем 2 В (от 1,8 В до 2,3 В).

Светодиоды общего назначения светят ярче предыдущих, поэтому могут использоваться в качестве осветительных приборов. Однако для индикации тоже пойдут, если снизить ток. Как ни странно, но преобладающее большинство и таких светодиодов имеют значение номинального тока потребления тоже 20 мА. А вот напряжение их может находиться в пределах от 1,8 до 3,6 В. В этом классе находятся и сверхяркие светодиоды. При том же токе напряжение у них, как правило выше – 3,0…3,6 В.

В целом светодиоды подобного типа имеют стандартный размерный ряд, основным параметром которого есть диаметр круга линзы или ширина и толщина стороны, если линза прямоугольной формы.

Диаметр линзы, мм: 3; 4,8; 5; 8 и 10.

Стороны прямоугольника, мм: 3×2; 5×2.

Как определить параметры светодиода мультиметром?

Теперь, когда мы знаем, что номинальный ток многих светодиодов 20 мА, то достаточно просто определить их напряжение опытным путем. Для этого нам понадобится блок питания с регулировкой напряжения и мультиметр. Соединяем последовательно блок питания со светодиодом и мультиметром, предварительно установленным в режим измерения тока.

Блок питания изначально должен быть установлен на минимальное значение. Далее, изменяя величину подводимого к светодиоду напряжения, устанавливаем по показанию мультиметра ток 20 мА. После этого фиксируем значение величины подводимого напряжения либо по штатному вольтметру блока питания либо с помощью мультиметра, установленного в режим измерения напряжения.

Для страховки светодиода лучше последовательно к нему подсоединить резистор ом на 300. Но в этому случае напряжение необходимо фиксировать непосредственно на нем.

Поскольку не у всех есть блок питания с регулировкой напряжения, то можно определять параметры и исправность маломощных светодиодов с помощью следующих элементов:

1. Крона (батарейка на 9 В).
2. Резистор ом на 200.
3. Переменный резистор, он же потенциометр на 1 кОм.
4. Мультиметр.

Испытуемый светодиод соединяем последовательно с постоянным резисторов, потом с переменным, далее с кроной и щупами мультиметра, установленного в режим измерения постоянного тока.

Очередность соединения всех элементов не имеет никакого значения, поскольку цепь последовательная, а это значит, что через все компоненты протекает один и тот же ток.

Изначально переменным резистором следует установить минимальное напряжение, а потом постепенно увеличивать до тех пор, пока ток не достигнет 20 мА. После этого выполняется измерение напряжения.

С помощью рассмотренного способа не получится определить параметры мощного светодиода вследствие протекания значительного тока через резисторы. В результате чего последние могут перегреться. Однако определить исправность его вполне возможно.

Как определить катод и анод у светодиода

Как и любой полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью, светодиод критичен к правильности включения в цепь постоянного тока. Для нормальной работы анод и катод светодиода должны подключаться к соответствующим полюсам источника напряжения согласно принципиальной схеме. Чтобы определить цоколевку светоизлучающего элемента, существует несколько способов.

Определение мультиметром

Как и любой диод, выполненный на основе p-n перехода, светоизлучающий диод можно проверить мультиметром, используя свойство проводить ток только в одну сторону. У современных цифровых тестеров есть специальный режим проверки диодов, при котором измерительное напряжение оптимально для данной процедуры.

Чтобы определить расположение выводов светодиода, надо произвольным образом подключить его ножки к щупам мультиметра и определить результат по показаниям дисплея.

Если элемент подключен неверно, то результатом измерения будет зашкаливание значения сопротивления (OL — overload, перегрузка). Надо поменять местами зажимы мультиметра.

Если светодиод исправен и подключен правильно, то будет индицироваться какое-то сопротивление (конкретное значение зависит от типа излучающего элемента). В этом случае анодом будет вывод, присоединенный к плюсу мультиметра (красный провод), а катодом – к минусу (черный провод).

Некоторые тестеры в режиме проверки диодов выдают напряжение, достаточное для зажигания светоизлучающего элемента. В этом случае правильное подключение можно контролировать по свечению.

Если в обоих вариантах подключения на дисплее будет индицироваться overload, это может означать:

• неисправность светодиода;
• измерительного напряжения не хватает для открытия p-n перехода (тестер рассчитан на «прозвонку» кремниевых диодов, а большинство светоизлучающих элементов делаются на основе арсенида галлия).

В первом случае полупроводниковый прибор можно утилизировать. Во втором – попробовать другой способ.

Цоколевка светодиода путем подачи питания

Преимущество этого метода в том, что его можно использовать для светоизлучающих диодов с любыми параметрами (падение напряжения и номинальный ток). Для такой проверки лучше использовать источник питания с установкой ограничения тока, или хотя бы с его индикацией для контроля. В противном случае можно вывести чувствительный полупроводниковый прибор из строя.

Если имеется регулируемый источник, надо произвольным образом подключить светодиод к его выходу и подать напряжение, постепенно увеличивая его от нуля. Выше 2-3 В питание поднимать не следует, чтобы элемент не сгорел. Если он не зажегся, надо снять напряжение и переключить выводы противоположным образом.

Постепенно поднимая напряжение, можно визуально определить момент зажигания светодиода. В этом случае плюсовой вывод источника присоединен к аноду, а минусовой – к аноду излучающего элемента.

Если регулируемого источника нет, то можно попытаться использовать нерегулируемый блок питания с напряжением заведомо выше напряжения питания светодиода. В этом случае испытания проводить только через резистор 1-3 кОм, включенный последовательно с полупроводниковым прибором.

Если и в том, и в другом случае светодиод не загорается, можно попробовать провести проверку с увеличенным напряжением. Если элемент неисправен, ему это вреда не принесет, а если он рассчитан на повышенное напряжение, то появится вероятность узнать правильное расположение выводов.

При помощи батарейки

Если источник питания отсутствует, можно попытаться определить расположение выводов от гальванического элемента, но следует иметь в виду особенности такой проверки:

• батарейка может выдавать напряжение, недостаточное для открытия p-n перехода.
• бытовые гальванические элементы имеют небольшую мощность, и выдаваемый ток нагрузки невелик – он зависит от начальной мощности батарейки и от остаточного заряда.

В таблице приведены параметры некоторых отечественных светодиодов. Очевидно, что распространенные полуторавольтовые химические источники тока не смогут зажечь ни один прибор из списка.

Тип прибора	Прямое падение напряжения, В	Рабочий ток, мА
АЛ102А	2,8	5
АЛ307А	2	10
АЛ307В	2,8	20

Чтобы увеличить напряжение, можно соединить батарейки последовательно. Для увеличения мощности – параллельно (только для элементов одного напряжения!). В итоге может получиться громоздкая конструкция, не гарантирующая конечного результата. Поэтому пользоваться таким методом лучше в тех случаях, когда других путей нет.

По внешнему виду

Иногда можно определить полярность по внешнему виду. У некоторых типов светодиодов на корпусе есть ключ – выступ или метка. Чтобы определить, какой вывод помечен ключом, лучше ознакомиться со справочными материалами.

У бескорпусных светодиодов производства СССР можно выяснить цоколевку, присмотревшись к внутреннему устройству прибора сквозь слой компаунда. Вывод катода имеет большую площадь и сделан в виде флажка. Этот принцип мог стать стандартом, но сейчас производители его строго не соблюдают, поэтому данный способ ненадежен, особенно для элементов от неизвестного производителя. Поэтому использовать такое определение выводов можно только для предварительной ориентировки.

Цоколевку отечественных светодиодов можно узнать по длине ножек – вывод анода делается более коротким. Но это верно только для элементов, не бывших в употреблении – при установке на место выводы могут быть обрезаны произвольно.

Для наглядности рекомендуем к просмотру видео.

С помощью техдокументации

Другие способы определения выводов можно поискать в техдокументации на элементы – в справочниках или онлайн-источниках. Для этого как минимум необходимо знать тип светодиода или его производителя. В документации может содержаться информация о габаритах и цоколевке прибора.

Но даже если данных сведений в спецификации не найдется, напрасно усилия не пропадут. Техдокументация может стать источником информации о предельных параметрах электронного прибора. Эти знания помогут правильно выбрать режим работы, а также не допустить выхода светодиода из строя при проверке расположения выводов.

Полярность SMD-светодиода

На текущий момент все более популярными становятся безвыводные элементы для непосредственного монтажа на плату (SMD – surface mounted device). Такие радиоэлементы, в отличие от обычных, имеют преимущества:

• в процессе изготовления печатной платы не надо сверлить отверстия – технология становится дешевле и быстрее;
• электронные устройства получаются меньших размеров;
• упрощается конструирование ВЧ-устройств – отсутствие выводов сводит к минимуму паразитные наводки.

Но стремление к миниатюризации имеет оборотную сторону – определить выводы СМД-светодиода сложнее. К нему трудно подключить щупы тестера или источника питания. Поэтому важно нанесение понятной маркировки прямо на корпус элемента для исключения ошибок при монтаже. Такое обозначение выполняется в виде метки на корпусе (скоса или углубления) или в виде мнемонического рисунка.

А самым простым случаем является включение светоизлучающего диода в цепь переменного тока. В этом варианте полярность светодиода значения не имеет.

Что произойдет, если светодиод подключен к напряжению питания, превышающему падение напряжения?

Мое понимание сопротивления и напряжения ужасно. Я слышал, что по закону Кирхгофа (по моим словам, пожалуйста, исправьте) напряжение, используемое схемой, должно равняться подаваемому напряжению. Например, если у меня была батарея 9 В, я должен использовать все 9 В.

Допустим, у меня есть светодиод с типичным напряжением прямого смещения 3,1 В, что означает, что он теряет 3,1 В при генерации света. Сгорит ли светодиод, если используется 9 В?

Скорее всего, это правда, но хороший пример действительно сделает мое понимание более интуитивным.

Это одна из тех ситуаций, когда ваша проблема не в том, насколько вы хороши в анализе или какие базовые знания у вас есть, а просто в том, что вы не знаете, чего не знаете. Это всегда делает первый шаг в электронике очень высоким.

В случае вашего примера, что вы не знаете о батарее?

1. Напряжение на клеммах идеальной батареи никогда не изменится (по крайней мере, пока не будет использована вся емкость накопления энергии). Таким образом, должны быть факторы, которые влияют на напряжение терминала и его полезную энергетическую емкость. Краткий список — химия, объем материалов, температура и конструкция анода / катода.
2. Практическая батарея имеет ограниченную емкость, и многие другие факторы, влияющие на напряжение на клеммах и потенциальный ток, могут быть объединены в элемент модели под названием «Внутреннее сопротивление». В модели для большинства более крупных батарей это будет доли ома. Однако батарея также имеет другие элементы, такие как емкость и индуктивность, чтобы сделать ситуацию более сложной. Вы можете начать с чтения моделей батарей с такими текстами, как этот .

Отличным примером большой батареи с очень маленьким внутренним сопротивлением является автомобильный аккумулятор 12 В. Здесь, когда вы заводите автомобиль, для переключения двигателя требуются сотни ампер (кВт мощности и тока в диапазоне 600 А), и напряжение на клеммах может упасть с 13,8 В (полностью заряженная свинцово-кислотная автомобильная батарея) до 10 В при запуске. Таким образом, внутреннее сопротивление может быть (используя закон Ома) всего 6 миллиом или около того.
Вы можете масштабировать мышление для этого примера на меньшие батареи, такие как батареи AA, AAA и C, и, по крайней мере, начать понимать сложность батареи.

Теперь, что вы не знаете о светодиоде?

1. Сложность электрической модели для диода (будь то выпрямитель или светодиод) огромна. Но мы могли бы упростить это здесь и сказать, что в самом простом случае вы можете изобразить диод его напряжением запрещенной зоны с последовательным резистором. Вы можете начать с изучения множества пакетов SPICE, и это обсуждение StackExchange может стать хорошей отправной точкой.
2. Все полупроводниковые устройства имеют практическое ограничение на количество энергии, которое они могут рассеивать. Это связано, прежде всего, с физическими размерами устройства. Чем больше устройство, тем больше энергии оно может рассеивать.

Теперь вы можете рассмотреть свой светодиод. Вы должны начать, пытаясь понять таблицу данных для устройства. Хотя многие характеристики, которые вы не поймете, вы уже знаете одно (из вашего вопроса), прямое напряжение (Vf) и вы, возможно, найдете предел тока и максимальную рассеиваемую мощность в техническом описании.
Вооружившись этими, вы сможете определить последовательное сопротивление, необходимое для ограничения тока, чтобы не превышать предел рассеиваемой мощности светодиода.

Закон напряжения Кирхгофа дает вам большой намек на то, что, поскольку напряжение на светодиоде составляет около 3,1 В (а кривая тока в техническом описании показывает, что вы никогда не сможете подать 9 В), вам необходим еще один компонент с сосредоточенными компонентами в цепи.

Примечание: внутренний импеданс батареи, показанный выше, просто указан для упрощения расчетов. В зависимости от типа батареи (первичной или перезаряжаемой) внутреннее сопротивление может варьироваться. Проверьте свой паспорт батареи.

Может ли неизвестный элемент выше просто быть частью провода (без элемента)?
Это может . но мы можем легко рассчитать результаты.
При двух идеальных элементах напряжения (9 В и 3,1 В) резисторы должны иметь напряжение 5,9 В (петля напряжения Кирхгофа). Следовательно, ток должен составлять 5,9 / 10,1 = 584 мА.
Мощность, рассеиваемая в светодиоде, составляет (3,1 * 0,584) + (0,584 ^ 2 * 10) = 5,2 Вт. Поскольку ваш светодиод, вероятно, рассчитан всего на 300 мВт или около того, вы можете видеть, что он сильно нагревается и, по всей вероятности, выйдет из строя в течение нескольких секунд.

Теперь, если неизвестный элемент представляет собой простой резистор, и мы хотим, чтобы ток через светодиод был, скажем, 20 мА, у нас достаточно для вычисления значения.

Напряжение на клеммах батареи будет (9 — (0,02 * 0,1)) = 8,998 В Напряжение на клеммах светодиода будет (3,1 + (0,02 * 10)) = 3,3 В

Таким образом, напряжение на неизвестном резисторе составляет 5,698, а ток через него 20 мА. Таким образом, резистор составляет 5,698 / 0,02 = 284,9 Ом.

В этих условиях напряжение в контуре уравновешивается, и светодиод передает свое расчетное значение 20 мА. Следовательно, его рассеиваемая мощность ((3,3 * 0,02) + (0,02 ^ 2 * 10)) = 70 мВт . возможно, в пределах возможностей маленького светодиода.