Светодиод – полупроводник, в котором при прохождении электрического тока создается световое излучение. Другое его название – светоизлучающий диод.

Современные светодиоды  предназначены для решения трёх основных задач:

• отображения состояния электронных устройств (в т.ч. – измерительных);
• отображения числовой и графической информации;
• освещения.

Решение последней задачи в наших лекциях мы опустим как непрофильное.

Основные сведения о светодиодах

Светодиоды  построены  на  тех  же  принципах,  что  и  выпрямительные. Они  созданы  с  применением  двух  полупроводников  разных  проводимостей  и имеют в своей структуре  pn-переход.  При протекании прямого тока СВД светится.

Доступна вся цветовая гамма: от красного до фиолетового. СВД выпускаются  в  различных  конструктивных  исполнениях:  наряду  со  впаиваемыми  в отверстия широкое распространение получили миниатюрные СВД для поверхностного монтажа (чип). ВАХ и основные характеристики повторяют характеристики  выпрямительных  диодов.  Устройство,  графема  и  типовые  характеристики СВД представлены на рисунке 2.11.

Здесь  мы  встречаемся  с  новой  единицей  измерения  –  канделой  (от  лат. свеча).

Это единица  силы света, одна из семи  основных единиц  Международной системы единиц (СИ). Определена как  «сила  света  в  заданном  направлении  источника,  испускающего  монохроматическое  излучение  частотой  540_*10¹²Гц, энергетическая  сила  света  которого  в  этом  направлении  составляет  1/683Вт/ср».

Примечание   –   ср  –  сокращение от  стерадиан, единицы измерения  телесных углов.

Стерадиан  равен телесному углу с вершиной  в  центре сферы  с  радиусом  r,  вырезающему  из сферы поверхность площадью r²(показано на рисунке 2.12).

Вместо определения на практике будем использовать сравнительную таблицу силы света для некоторых актуальных источников (показано в таблице  2.2).

Таблица   2.2 – Сила света различных источников

Источник	Мощность, Вт	Сила света, оценка, кд
Свеча	-	1
Современная лампа накаливания	100	100
Обычный светодиод	0,015..0,1	0,005..3
Сверх яркий светодиод	1	более 25
Современная люминесцентная лампа	22	120

При  использовании  СВД  в  портативных  устройствах  возникает  задача оптимизации  потребления  и  силы  света.  Точкой  отсчёта  для  этого  являются паспортные данные о силе света, излучаемой СВД. Обычно, в паспорте на СВД нормируется (даётся) сила света при протекающем токе в 20 мА.

Это расточительный  ток  для  портативных  устройств,  поэтому  возникает  желание  ток уменьшить.  На  практике,  если  использовать  сверх яркие  светодиоды,  удаётся снизить прямой ток до 500 мкА при удовлетворительной светимости диода.

В любом случае это задача экспериментальная, т.к. требуемая светимость зависит от условий эксплуатации электронного устройства.

При подключении СВД в схему используют дополнительный  резистор, с помощью которого задаётся прямой ток. Графический расчёт полностью аналогичен таковому в случае с выпрямительным диодом (показано на рисунке 2.13): если известен источник питающего напряжения  и выбран  желательный прямой ток, то необходимо наложить на ВАХ светодиода нагрузочную прямую  с точками на  оси абсцисс  (напряжение питания)  –  Uпит, и желательной точкой на ВАХ. 

Полученный  наклон  нагрузочной  прямой  позволяет  определить  требуемое значение резистора. На рисунке  2.13  справа представлены ВАХ двух  СВД:

ВАХ1  –  характеристика  с  малым  прямым  напряжением  (характерно  для  СВД красного цвета), ВАХ2  -  характеристика с высоким прямым напряжением (белый или синий светодиоды).

Аналитический расчёт-оценка сопротивления дополнительного резистора:

(Uпит. мин- Uпр) / Iпр= R ,   (2.6)  

где Iпр задаётся, а Uпр определяется по ВАХ или берётся как грубая оценка из характерного для данного типа СВД диапазона прямых напряжений  от  0,7до3,5 В.

Оба способа расчёта – грубые, но более точных расчётов обычно не требуется.

На рисунке  2.14   показаны способы подключения и управления светодиодами с помощью сигналов микроконтроллера.

Следует отметить, что:

• современные  МК, как правило, имеют симметричные  по току  выходы, которые  способны  формировать  достаточные  для  питания  СВД  втекающие  и вытекающие  токи.  Однако,  некоторые  экономичные  типы  МК  формируют лишь ограниченные втекающие токи (1 мА), а вытекающие не превышают не-сколько десятков микроампер;
• в ответственных случаях, когда светимость СВД должна быть гарантированной,  используют  специальные  электронные  схемы  (драйверы),  которые формируют строго выверенные значения питающих токов. Эта тема находится за пределами курса.
• в случае двуполярного питания СВД обратное (запирающее) напряжение не должно превышать нескольких вольт (см. паспортные данные СВД). В противном случае необходимо параллельно и разнонаправлено с СВД включить другой СВД или обычный выпрямительный. Некоторые производители выпускают такие интегрированные пары серийно.

Разновидности светодиодов

Разновидности СВД показаны на рисунках 2.15, 2.16.

Светодиоды для монтажа в отверстия

Светодиоды для поверхностного монтажа

Многоцветные светодиоды

Серийно выпускаются СВД, в которых  интегрировано два, три или четыре светодиода разных цветов. Такие светодиоды минимизируют площадь монтажа, но есть и другая, более важная функция.

Совмещение красного, зелёного и синего светодиодов позволяет синтезировать цвет свечения во всём видимом спектре.  Такие  электронные  сборки  принято  называть  RGB-диодами.  RGB-диоды выпускаются в различных конструктивных исполнениях.

Светодиодные модули

Светодиодные модули  показаны на рисунке 2.17.

Проверка работоспособности СВД

Работоспособность СВД проводится с помощью мультиметра аналогично проверки выпрямительного диода. Отличие будет состоять в том, что при проверке СВД будет светиться (показано на рисунке 2.18). Важно помнить, что при проверке необходимо соблюдать полярность!