МУР-Р-Р...
Это фантастично!
Светодиоды
напоминают
мне...
М-м-мяу...

РАДИОКОМПОНЕНТЫ:

СВЕТОДИОД

1. ПОЧЕМУ «СВЕТО+ДИОД»?
Перед знакомством со СВЕТОДИОДОМ весьма желательно узнать кое-что о полупроводниках вообще и об обычном диоде в частности (см. мою статью «Полупроводниковый диод»).
СветоДиод или СветоИзлучающий Диод (СД, СИД; англ. light-emittingdiode, LED) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом (p-n-переходом), создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Условное графическое обозначение светодиода [1].
Прямое включение светодиода [2]:
Программа [3] для расчёта дополнительного резистора на сайте http://www.radiolodka.ru

Напоминание. Ток в полупроводниках – это упорядоченное движение свободных носителей заряда – электронов и дырок. Реально движутся только «-»электроны. Дырки – это воображаемые «+»заряженные частицы. На самом деле дырка – это то место (упрощённо) в электронной оболочке, откуда «сбежал» электрон. Предполагается, что именно там сосредоточен «+» заряд (о заряде всего атома –  «+»иона – как бы забываем). Образование пары «электрон-дырка» называется диссоциацией. Свободные электроны движутся хаотично, и дырки, соответственно, тоже. Если в полупроводнике создать электрическое поле, то движение свободных носителей станет упорядоченным (сильно упрощено) – возникнет электрический ток. Можно считать, что ток в полупроводниках – это упорядоченное движение электронов и дырок.
На самом деле постоянно происходит и обратный процесс – рекомбинация электронов и дырок: некоторые свободные электроны «возвращаются на круги своя», т.е. занимают свободные места в электронных оболочках. При постоянной температуре процессы рекомбинации и диссоциации взаимно уравновешены (это называется ДИАМИЧЕСКИМ равновесием), концентрация свободных носителей заряда в полупроводнике остаётся неизменной и, соответственно, сила тока не меняется. Изменение температуры в ту или другую сторону влечёт за собой изменение концентрации свободных носителей и изменение величины тока. Именно поэтому сопротивление полупроводников сильно зависит от температуры, но это несколько иная история…

Итак, светодиод. Из школьной физики известно, что при переходе электрона в атоме с более высокого уровня на более низкий [4] происходит излучение электромагнитного кванта энергии. А свет – это тоже электромагнитное излучение. Значит, всё зависит от того, какова разница энергий «верхнего» и «нижнего» уровней. Именно эта энергия определяет частоту электромагнитного излучения. В некоторых случаях частота соответствует видимому световому диапазону [5].

Таким образом, если рекомбинация электронов и дырок сопровождается излучение электромагнитной энергии, мы имеем светодиод. Светодиод может излучать от ультрафиолета (УФ) до инфракрасных (ИК) лучей.
Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. К лучшим «излучателям» относятся GaAs или InP, а также ZnSe или CdTe. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).
Диоды, сделанные из кремния, германия или карбида кремния, свет практически не излучают. Однако, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния.
В Советском Союзе в 70-х годах ХХ века выпускался жёлтый светодиод КЛ101 [6] на основе карбида кремния (SiC), правда, но имел очень низкую яркость.

В таблице приведена зависимость цвета свечения светодиода от материала полупроводника 

2. ВЕРНЁМСЯ К ИСТОКАМ
Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом [7] из Маркони Лабс. Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл-карбид кремния (карборунд, SiC), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.
Электролюминесценция — люминесценция, возбуждаемая электрическим полем.
Наблюдается в веществах- полупроводниках и кристаллофосфорах, атомы (или молекулы) которых переходят в возбуждённое состояние под воздействием пропущенного электрического тока или приложенного электрического поля.
Люминесце́нция (от лат. lumen, род. падеж luminis — свет и -escent — суффикс, означающий слабое действие) — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке.
Первоначально явление люминесценции использовалось при изготовлении светящихся красок и световых составов на основе так называемых фосфоров, для нанесения на шкалы приборов, предназначенных для использования в темноте. Особого внимания в СССР люминесценция не привлекала вплоть до 1948 года, когда советский учёный С. И. Вавилов на сессии Верховного совета предложил начать изготовление экономичных люминесцентных ламп и использовать люминесценцию в анализе химических веществ. В быту явление люминесценции использовлось в люминесцентных лампах «дневного света» и электронно-лучевых трубках кинескопов. Явление люминесценции лежит в основе явление усиления света, экспериментально подтверждённого работами В. А. Фабриканта и лежащее в основе научно-технического направления квантовой электроники, конкретно находящее своё применение в усилителях света и генераторах стимулированного излучения (лазерах).
Эксперименты по электролюминесценции позже, независимо от Раунда, были повторены в 1923 году О. В. Лосевым [8], который, экспериментируя в Нижегородской радиолаборатории с выпрямляющим контактом из пары карборунд-стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но тогда весомое значение этого наблюдения не было понято и потому не исследовалось в течение многих десятилетий.
Лосев показал, что электролюминесценция возникает вблизи спая материалов. Теоретического объяснения явлению тогда не было. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Им были получены два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.)
Промышленность стала заниматься разработкой полупроводниковых ламп только в 1951 году. В Соединенных Штатах Америки создали центр, который стал заниматься разработкой ламп, работающих на основе «эффекта Лосева». Центр возглавлял известный ученый К. Леховец.
Американцы Гари Питтман  и Роберт Байард из компании Texas Instruments в 1961 году открыли технологию инфракрасного светодиода и запатентовали ее.
В 1962 году Ник Холоньяк [9] в Университете Иллинойса разработал для компании General Electric первый в мире светодиод (применяемый на практике), который работал в световом (красном) диапазоне. Таким образом, Холоньяка стали считать «отцом  современного светодиода».
В 1968 году была создана первая светодиодная лампа, которая предназначалась для индикатора Monsanto.
Также в1968 году американская компания Hewlett-Packard представила в свет первый в мире светодиодный рекламный плакат. Он представлял из себя слабосветящийся дисплей с информацией, отображающейся красным светом. 

В 1972 году Джордж Крафорд [10] (бывший студент Холоньяка), изобрел первый в мире желтый светодиод и сделал ярче красные и красно-оранжевые светодиоды примерно в 10 раз.
В 1976 году Т. Пистол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости, применяемый для телекоммуникации. Он специально адаптирован к передаче данных по волоконно-оптическим линиям связи.
Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $200 за штуку), их практическое применение было ограничено. Компания «Монсанто» была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах. Компании «Хьюллет-Паккард» удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.
Интересно, что вплоть до начала 1970-х годов американскими учёными светодиод назывались Losev light — «свет Лосева». Со временем название Losev light упоминалось реже и реже, и постепенно забылось.

3. В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ различные светодиоды нашли широчайшее применение. Примеры:

3.1. Подсветка и индикация в радиоаппаратуре и электробытовых прибораx

индикаторов уровня выходного сигнала усилителях звуковой частоты [11];

то же самое, но стрелки заменены светодиодами [12];

в ламповых усилителях, когда недостаточно того света, который даёт накал ламп, для большего эффекта включают светодиоды;

в обычном выключателе освещения.

3.2. Различные лампы и светильники [15]

Правда, такие лампы потому и стоят немало, что устроены совсем непросто [16]:

3.3. Светодиодные лампы и всякая разная подсветка для автомобилей [17]

3.4. Декоративная подсветка:
интерьера [18]

зданий и сооружений [19]

и других объектов, реклама [20]

3.5. Лазерный светодиод [21]  — полупроводниковый лазер, созданный на базе светодиода.
При определённых условиях, электрон и дырка перед рекомбинацией могут находиться в одной области пространства достаточно долгое время (до микросекунд). Если в этот момент через эту область пространства пройдёт фотон нужной (резонансной) частоты, он может вызвать вынужденную рекомбинацию с выделением второго фотона, причём его направление, вектор поляризации и фаза будут в точности совпадать с теми же характеристиками первого фотона.
В лазерном диоде полупроводниковый кристалл изготавливают в виде очень тонкой прямоугольной пластинки. Такая пластинка, по сути, является оптическим волноводом, где излучение ограничено в относительно небольшом пространстве. Верхний слой кристалла легируется для создания n-области, а в нижнем слое создают p-область. В результате получается плоский p-n переход большой площади. Две боковые стороны (торцы) кристалла полируются для образования гладких параллельных плоскостей, которые образуют оптический резонатор, называемый резонатором Фабри-Перо. Случайный фотон спонтанного излучения, испущенный перпендикулярно этим плоскостям, пройдёт через весь оптический волновод и несколько раз отразится от торцов, прежде чем выйдет наружу. Проходя вдоль резонатора, он будет вызывать вынужденную рекомбинацию, создавая новые и новые фотоны с теми же параметрами, и излучение будет усиливаться (механизм вынужденного излучения). Как только усиление превысит потери, начнётся лазерная генерация.
Лазерные диоды могут быть нескольких типов. У основной их части слои сделаны очень тонкими, и такая структура может генерировать излучение только в направлении, параллельном этим слоям. С другой стороны, если волновод сделать достаточно широким по сравнению с длиной волны, он сможет работать уже в нескольких поперечных режимах. Такой диод называется многомодовым (англ. «multi-mode»). Применение таких лазеров возможно в тех случаях, когда от устройства требуется высокая мощность излучения, и не ставится условие хорошей сходимости луча (то есть допускается его значительное рассеивание - [22]). Областями применений таких лазеров являются: печатающие устройства, химическая промышленность, накачка других лазеров. С другой стороны, если требуется хорошая фокусировка луча [23] , ширина волновода должна изготавливаться сравнимой с длиной волны излучения. Здесь уже ширина луча будет определяться только пределами, накладываемыми дифракцией. Такие устройства применяются в оптических запоминающих устройствах, лазерных целеуказателях, а также в волоконной технике. Следует, однако, заметить, что такие лазеры не могут поддерживать несколько продольных режимов, то есть не могут излучать на разных длинах волн одновременно.
Длина волны излучения лазерного диода зависит от ширины запрещённой зоны между энергетическими уровнями p- и n-областей полупроводника.
В связи с тем, что излучающий элемент достаточно тонок, луч на выходе диода, вследствие дифракции, практически сразу расходится. Для компенсации этого эффекта и получения тонкого луча необходимо применять собирающие линзы. Для многомодовых широких лазеров наиболее часто применяются цилиндрические линзы. Для одномодовых лазеров, при использовании симметричных линз, сечение луча будет эллиптическим, так как расхождение в вертикальной плоскости превышает расхождение в горизонтальной. Нагляднее всего это видно на примере луча лазерной указки.

В простейшем устройстве, которое было описано выше, невозможно выделить отдельную длину волны, исключая значение, характерное для оптического резонатора. Однако в устройствах с несколькими продольными режимами и материалом, способным усиливать излучение в достаточно широком диапазоне частот, возможна работа на нескольких длинах волн. Во многих случаях, включая большинство лазеров с видимым излучением, они работают на единственной длине волны, которая, однако обладает сильной нестабильностью и зависит от множества факторов — изменения силы тока, внешней температуры и т. д. В последние годы описанная выше конструкция простейшего лазерного диода подвергалась многочисленным усовершенствованиям, чтобы устройства на их основе могли отвечать современным требованиям

3.6. В лазерных приводах CD, DVD и Blu-ray [24]

Примерное устройство накопителя для CD [25]:

Полупроводниковый лазер (4) генерирует маломощный лазерный луч, который попадает на отражающее зеркало. Двигатель, управляемый микропроцессором смещает подвижную каретку (6) с отражающим зеркалом и фокусирующей линзой (7) к нужной дорожке компакт-диска (1). Луч лазера фокусируется на поверхности диска с помощью линзы, а затем линза фокусирует отраженный от поверхности диска луч. Этот луч с помощью оптической системы (5) подается на фотоприемник (3), который преобразует принятые световые импульсы в электрические, которые затем соответствующим образом расшифровываются контролером (2) и передаются в компьютер в виде цифровых данных.
Структура CD-диска [26] под электронным микроскопои:

Компакт-диск (англ. Compact Disc, CD) — оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера. Как отмечено выше, дальнейшим развитием CD стали DVD и Blu-ray, прообразом была граммофонная пластинка.
Изначально компакт-диск был создан для хранения аудиозаписей в цифровом виде (известен как CD-Audio), однако в дальнейшем стал широко использоваться как носитель для хранения любых данных (файлов) в двоичном виде (т.н. CD-ROM — англ. Compact Disc Read Only Memory, компакт-диск только с возможностью чтения, или КД-ПЗУ — «Компакт-диск, постоянное запоминающее устройство»). В дальнейшем появились компакт-диски не только с возможностью чтения однократно занесённой на них информации, но и с возможностью их записи (CD-R) и перезаписи (CD-RW (англ. Compact Disc-ReWritable, перезаписываемый компакт-диск)).
Формат файлов на CD-ROM отличается от формата записи аудио-компакт-дисков, и потому обычный проигрыватель аудио-компакт-дисков не может воспроизвести хранимую на них информацию, для этого требуется специализированный привод (устройство) для чтения таких дисков.
DVD (англ. Digital Versatile Disc — цифровой многоцелевой диск; также англ. Digital Video Disc — цифровой видеодиск) — носитель информации, выполненный в форме диска, имеющего такой же размер, как и CD, но более плотную структуру рабочей поверхности, что позволяет хранить и считывать больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны и линзы с большей числовой апертурой.
Для считывания и записи DVD используется красный лазер с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки — 0,74 мкм, это более чем в два раза меньше, чем у CD. Записанный DVD, как и компакт-диск — пример дифракционной решётки с периодом, равным шагу дорожки.

Формат DVD по структуре данных бывают четырёх типов:
1 - DVD-видео — содержат фильмы (видео и звук);
2 - DVD-Audio — содержат аудиоданные высокого качества (гораздо выше, чем на аудио-CD);
3 - DVD-Data — содержат любые данные;
4 - смешанное содержимое.

В отличие от CD, в которых структура аудиодиска принципиально отличается от диска с данными, в DVD всегда используется файловая система UDF (для данных может быть использована ISO 9660). DVD-видео, для которых существует требование «быть проигранным на бытовых проигрывателях», используют ту же файловую систему UDF, но с рядом ограничений (документ ECMA-167) — например, не допускается фрагментация файлов. Таким образом, любой из типов носителей DVD может нести любую из четырёх структур данных.

Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray — синий луч и disc — диск; написание blu вместо blue — намеренное) — формат оптического носителя, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA. Первый прототип нового носителя был представлен в октябре 2000 года. Современный вариант представлен на международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошёл весной 2006 года.
Blu-ray (букв. «синий луч») получил своё название от использования для записи и чтения коротковолнового (405 нм) «синего» (технически сине-фиолетового) лазера. Буква «e» была намеренно исключена из слова «blue», чтобы получить возможность зарегистрировать товарный знак, так как выражение «blue ray» является часто используемым и не может быть зарегистрировано как товарный знак.
С момента появления формата в 2006 году и до начала 2008 года у Blu-ray существовал серьёзный конкурент — альтернативный формат HD DVD. В течение двух лет многие крупнейшие киностудии, которые изначально поддерживали HD DVD, постепенно перешли на Blu-ray. Warner Brothers, последняя компания, выпускавшая свою продукцию в обоих форматах, отказалась от использования HD DVD в январе 2008 года. 19 февраля того же года Toshiba, создатель формата, прекратила разработки в области HD DVD. Это событие положило конец так называемой «войне форматов».

В технологии Blu-ray для чтения и записи используется сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно. Ёмкость диска обратно пропорциональна длине волны лазера: Blu-ray – 25 Гбайт, DVD – 4,7 Гбайт, CD – 700 Мбайт.

3.6. Лазерные дальномеры, уровни, нивелиры [27]

3.7. Лазерные проекторы [28]

3.8. Такой термин как LED TV был введен корпорацией Samsung для продвижения собственной линейки жидкокристаллических телевизоров с СД-подсветкой (Edge-LED). Этот термин, LED TV, вызывает много споров в вопросе правомерности его использования, так как технически такие телевизоры не являются на 100 % светодиодными (светодиодами осуществляется только подсветка [29]) — современные полупроводниковые светодиоды по своим размерам намного крупнее, чем пиксели современного телевизора, поэтому реальное использование полноценной светодиодной матрицы для формирования изображения возможно лишь на очень больших дисплеях (например, табло стадионов, рекламные экраны).

Прежде чем переходить к устройству LED-подсветки, стоит несколько слов сказать о самой терминологии. Прежде всего, никаких LED-телевизоров (за исключением пары OLED-моделей) не существует. Есть специализированные LED-дисплеи, используемые, в частности, в наружной рекламе. Телевизоры, которые называют LED, правильнее называть ЖК-телевизоры с LED-подсветкой.
LED — что это такое?
Поскольку жидкие кристаллы в телевизионной матрице не излучают света, ЖК-телевизор по определению нуждается в подсветке. Одним из наиболее эффективных и в то же время простых в использовании и дешевых (относительно) источников света является светодиод (по-английски LED — Light Emission Diod, то есть, буквально, светоизлучайющий диод). Светодиоды обладают высоким КПД (около 95%), при этом питаются малыми токами, и отличаются очень низкой инертностью (быстрое включение/отключение).
Именно светодиоды и стали применяться в подсветке ЖК-телевизоров последних лет.
[30] - Краевая подсветка (Edge LED)

«Краевая» подсветка (ее чаще всего называют Edge LED) строится на основе относительно небольшого количества светодиодов, расположенных по краю экрана, свет от этих светодиодов с помощью световодов (пластин из прозрачного пластика) доставляется в разные области экрана. Такая подсветка довольно дешева (мало светодиодов, простое управление), но, как следствие простоты,  — управление подсветкой ограничено крупными зонами экрана возле соответствующего края. Главное преимущество Edge LED — ее дешевизна и компактность: не нужно размещать люминесцентные лампы позади ЖК-матрицы (и обеспечивать воздушный зазор возле ламп, чтобы они эффективно охлаждались током воздуха), что позволяет делать телевизоры более тонкими.
[31] - Прямая подсветка (Direct-LED)

Прямая (Direct) или матричная (Matrix) LED-подсветка строится на сетке (матрице) светодиодов, расположенных позади ЖК-панели. При этом каждый светодиод подсветки может включаться и выключаться независимо от прочих. Это значительно увеличивает количество светодиодов подсветки и весьма усложняет управление ими, соответственно, требует более совершенных алгоритмов управления и более производительных процессоров, эти алгоритмы реализующих. Естественно, ЖК-телевизоры с такой LED-подсветкой — самые дорогие, но и самые качественные.В самом деле: если в какой-то части экрана требуется отобразить темный объект, то именно в этом месте экрана подсветку можно приглушить, обеспечивая максимально глубокий черный цвет. Если в это же время в другой, пусть и смежной части экрана, возникает светлая область (например, вспышка от взрыва), то, увеличив яркость подсветки в этой части экрана, можно добиться максимальной яркости изображения. Как следствие, это позволяет существенно повысить контрастность ЖК-телевизора.
Дальнейшим развитием прямой LED-подсветки стала цветная прямая LED-подсветка [32]. Идея проста: если позади ЖК-дисплея установить матрицу подсветки, состоящую не из единичных белых светодиодов, а из триад красных, зеленых и голубых светодиодов, то можно будет управлять не только яркостью подсветки, но и ее цветом. Технология эта называется RGB LED. Это открывает новые возможности по повышению качества цветопередачи ЖК-телевизоров и повышению цветового контраста.
C другой стороны, использование дополнительных источников окрашенного света несет в себе опасность искажения естественной цветопередачи: как в случае неправильной изначальной калибровки телевизора, так и в результате раскалибровки прибора со временем.

3.9. Светодиодный индикатор в термометре, блоке питания [33]


3.10. Светодиодная матрица [34]

Что такое светодиодный экран, светодиодные модули?

Это экран [35], в котором в качестве источника света используется полупроводниковый светодиод (light-emitting diode – LED). Все современные светодиодные экраны строятся по модульной технологии, т.е. собираются из отдельных одинаковых модулей, как из кирпичиков. К сожалению, унификации и стандартизации в этом вопросе нет. Поэтому каждый разработчик и производитель создает свой тип модуля, размер, сигнальные интерфейсы. Светодиодный экран может быть любого размера, кратного размеру одного модуля.

Светодиодный модуль представляет собой функционально законченную сборочную единицу, внутри которого смонтирована вся управляющая электроника. На лицевой стороне модуля установлены светодиодные матрицы (суб-модули), которые и образуют информационное полотно экрана в сборе.
Примеры LED-экранов [36]:

4. ТИПЫ СВЕТОДИОДОВ
Светодиоды в очень малой степени подвержены повреждениям, когда работают при низких температурах и небольшом токе. Множество светодиодов, произведенных в 70-80 годах прошлого века, работают по сей день. Однако повышенный ток и высокая температура могут легко вывести их из строя. Основной признак неисправности светодиода – это сильное уменьшение светового потока при номинальном рабочем напряжении. Создание новых типов светодиодов (например, сверхъярких [37]) привело к повышению рабочих токов и увеличению температуры кристалла. Реакция материалов, из которых производятся мощные светодиоды, на подобные условия, еще до конца не изучена, поэтому деградация кристаллов  - одна из основных причин отказов. Светодиод считается неработоспособным, когда его световой поток падает на 75%.

4.1. Синий свет [38]
Синие светодиоды базируются на сплавах  GaN и InGaN. Комбинация с красным и зеленым светодиодами позволяет получить чистый белый цвет, но такой принцип формирования белого сейчас используется редко.

Первый синий светодиод был изготовлен в 1971 году Jacques Pankove (изобретателем нитрида галлия).  Но он производил слишком мало света, чтобы его можно было использовать на практике. Первый яркий синий диод был продемонстрирован в 1993 году и получил широкое распространение.  

4.2. Белый свет [39]
Существует два пути получения белого света достаточной интенсивности с применением светодиодов. Первый из них – это объединение в одном корпусе кристаллов трех основных цветов: красного, синего и зеленого [40]. Смешение этих цветов позволяет получить белый цвет. Другой путь – использование фосфора для преобразования синего или ультрафиолетового излучения в белый цвет широкого спектра. Подобный принцип используется при производстве ламп дневного света.

4.3. Системы RGB [41]
Белый цвет может быть получен смешением различных цветов, наиболее используемая  комбинация - красный, синий и зеленый. Но из-за необходимости контролировать смешение и степень рассеивания цветов стоимость производства RGB-светодиодов довольно высока. Тем не менее, этот метод интересен многим исследователям и ученым, так как позволяет получить разные оттенки цвета. При этом эффективность такого способа получения белого света очень высока.
 
Есть несколько типов многоцветных белых светодиодов - ди-, три-, и тетрахроматичные. Есть несколько ключевых особенностей каждого из этих типов, включая стабильность цвета, цветопередачу и световую эффективность. Высокая световая эффективность подразумевает низкий индекс цветопередачи (CRI). Например, дихроматичный белый светодиод имеет лучшую световую эффективность (около 120 Лм/Вт), но самый низкий CRI. Тетрахроматичный - небольшую световую эффективность, но превосходный CRI. Трихроматичный находится примерно посередине.   

Хотя многоцветные светодиоды являются не самым оптимальным решением для получения белого цвета, их использование позволяет создавать системы, производящие миллионы различных оттенков цвета. Основная проблема при этом – разные значения световой эффективности для основных цветов. При повышении температуры это вызывает «уплывание» необходимого цвета.

4.5. Светодиоды на базе фосфора [42]
Спектр белого светодиода определяется синим светом, который излучается кристаллом на базе GaN (пик в районе 465 Нм) и, проходя через желтый фосфор  (500-700 Нм) преобразуется в белый.  Использование фосфора разных типов и оттенков позволяет получать разные оттенки белого - от теплого до самого холодного. Так же зависит от этого и качество цветопередачи .  Нанесение на синий кристалл нескольких слоев фосфора разных типов позволяет добиться самого высокого CRI . 

СИД на базе фосфора имеют меньшую эффективность, чем обычные светодиоды, так как часть света рассеивается в слое фосфора, к тому же сам фосфор также подвержен деградации. Тем не менее это способ остается наиболее популярным при коммерческом производстве белых светодиодов. Наиболее часто используется желтый фосфорный материал Ce3+:YAG.

Также белые светодиоды могут быть изготовлены на базе ультрафиолетовых светодиодов с применением фосфора красного и синего цвета с добавлением сульфида цинка. Этот принцип аналогичен используемому в лампах дневного света. Он хуже предыдущего, но позволяет добиться лучшей цветопередачи. К тому же ультрафиолетовые диоды имеют большую световую эффективность. С другой стороны, УФ излучение вредно для человека.

4.6. Органические светодиоды (OLED)
Если основа излучающей поверхности светодиода имеет органическое происхождение [43], такой светодиод называют OLED  (Organic Light Emitting Diode). Излучающим материалом может быть небольшая молекула в фазе кристаллизации или полимер.  Полимерные кристаллы могут быть гибкими, соответственно их называют PLED или FLED.

По сравнению с обычными светодиодами, OLED светлее, а полимерные вдобавок позволяют делать источник света гибким [44]. В будущем на базе таких светодиодов планируется изготовление гибких недорогих дисплеев для портативных устройств, источников света, декоративных систем, светящейся одежды. Но пока уровень разработки OLED не допускает их коммерческое применение.

4.7. Светодиоды на квантовых точках
Светодиоды на квантовых точках по показателям яркости и стабильности заметно превосходят своих неорганических собратьев, обладая при этом дополнительными преимуществами в виде широкого спектра поглощения и возможности флуоресценции на любой длине.
При увеличении диаметра нанокристаллов от 2 до 4 и далее до 6 нанометров цвет излучения изменяется от синего до зеленого и затем красного. Для того чтобы добиться белого света, достаточно смешать кристаллы разных размеров в необходимой пропорции. Таким образом, решена важная проблема, когда один и тот же материал может излучать разные цвета, что было невозможно при использовании кремнийорганических излучателей.
Фотография QLED-устройства с 24 активными пикселями и графиком [45], показывающим спектры электролюминисценции QLED (сплошная линия) и фотолюминисценции раствора (пунктирная линия).
Светодиоды на квантовых точках (Quantum dot LED, QLED) – это перспективная технология для создания больших дисплеев, применяемых в производстве телевизоров, мобильных телефонов и цифровых камер. Однако наивысшие показатели QLED не дотягивают до показателей другой технологии производства больших LED-дисплеев – органических светодиодов (OLED). В рамках нового исследования ученые разработали новый тип QLED с наивысшими на сегодняшний день уровнями эффективности и яркости, сравнимыми с эталонными фосфоресцентными OLED. Внешний квантовый выход новых QLED, равный 18%, более чем в два раза превышает текущие наивысшие показатели, известные исследователям (8%). Показатели эффективности также близки к теоретическому максимуму любого плоского тонкопленочного LED, составляющему 20%.
Работы были проведены исследователем Бенджамином С. Мэшфордом с соавторами из подразделения компании QD Vision, расположенного в Лексингтоне, шт. Массачусетс, и исследователями из Массачусетского технологического института. Компания QD Vision производит компоненты освещения и дисплеев, чьи продукты сегодня используются в телевизорах Sony Triluminos.
QLED и OLED имеют уникальные преимущества, однако QLED особенно привлекательны за счет малой толщины и простой настройки цветности, обеспечиваемых изменением размера квантовой точки, контролирующей испускаемую длину волны. QLED, как правило, включающие органические и искусственные материалы, также служат дольше, чем OLED, содержащие только органические материалы.
Типичные QLED имеют три слоя: внутренний слой из квантовых точек, первый внешний слой, переносящий электроны и второй внешний слой, осуществляющий транспорт дырок. Под воздействием электрического тока на внешние слои, электроны и дырки перемещаются на слой квантовых точек, где они захватываются квантовыми точками и осуществляют рекомбинацию. Рекомбинация одного электрона и одной дырки внутри квантовой точки приводит к эмиссии фотона.
Как пишут исследователи в своей статье, ключевым требованием получения высокоэффективного QLED является наличие квантовых точек с высоким квантовым выходом для обеспечения электролюминесценции и структурой устройства, оптимизированной для эффективной инжекции заряда.
Для соблюдения данных требований, исследователи использовали слой, включающий шестинанометровые квантовые точки из селенида кадмия и слой транспорта электронов из нанокристаллов ZnO. Исследователи создали четыре различные версии QLED, каждая с разной толщиной квантовых точек (15, 30, 45, или 60 нм).
Эксперименты показали, что даже малые изменения толщины квантовых точек приводят к сильным вариациям производительности QLED. Наивысшую эффективность, составившую 18%, показал QLED с толщиной пленки из квантовых точек в 45 нанометров. Это наиболее эффективный красный светодиод из когда-либо созданных с использованием эмиттерного слоя, обработанного раствором. Кроме того, QLED работают с высокой степенью яркости при низком напряжении питания (1,5 В).
Как объясняют исследователи, изменение толщины пленки из квантовых точек изменяет расстояние между квантовыми точками и заряд транспортных слоев: чем тоньше пленка квантовых точек, тем больше квантовых точек вступает в электрический контакт с внешними слоями.
«Самая важная задача, которую необходимо решить в области QLED, особенно на текущем этапе – улучшение надежностb или увеличение срока службы устройств, - прокомментировал Сет Кои-Салливан, сооснователь и технический директор подразделения квантовых точек. - Устройства на данном уровне развития технологии работают достаточно долго для использования в нишевых приложениях, но не достаточно для использования в продукции широкого потребления».
Компания QD Vision продолжит работать над улучшением производительности QLED и повышением их пригодность для массового производства как в видимой области, так и в рамках устройств с использованием инфракрасного диапазона.

5. Несколько простых конструкций на светодиодах
5.1. Мигалка-имитатор сигнализации для авто [46]

Схема мигалки на светодиодах очень проста для повторения. Схема построена на мультивибраторе, частота импульсов которого определяется величиной резисторов R1 и R2, конденсатора C1.
Размеры платы получаются очень маленькие, и данную схему можно разместить в автомобиле для имитации охранной сигнализации (ведь еще встречаются такие машины, без сигнализации).
Печатная плата для данного устройства не требуется, так как развести дорожки для такого минимума радиодеталей можно самостоятельно.
В таблице приведены значения сопротивлений и конденсаторов для различных напряжений и частоты вспышек.
От R1 в большей степени зависит длительность паузы между импульсами, от R2 - длительность импульса.
Чтобы увеличить паузу между вспышками следует увеличивать сопротивление резистора R1, для уменьшения длительности импульса уменьшать сопротивление резистора R2.
Таблица значений резисторов и конденсаторов

Если схема не заработала, измените значения R1 (слишком мало значение) и R2 (слишком большое значение).
Источник - http://radiokot.ru

5.2. Простейшая двухканальная цветомузыка [47]

На входе у цветомузыкальной приставки стоят 2 частотных фильтра. Один пропускает высшие частоты, другой - низшие (1-C1 R4, 2-R3 C2). После сигнал из фильтров поступает на усилительные каскады, а затем и на светодиоды. Светодиоды можно использовать любого цвета (я использовал первый зелёного цвета, а другой - красного). Уменьшив номиналы резисторов R5 и R6 до пару сотен Ом и поставив транзисторы КТ817, можно подключать более мощные светодиоды. Тогда световой эффект станет освещать всю комнату.

К динамику источника сигнала нужно подключить входы х1 и х2. Нетрудно различать реакцию светодиодов на звуки той или иной тональности. При басах будет вспыхивать светодиод красного цвета свечения, а на остальные звуки - вспышки светодиода зеленого цвета. Яркость можно устанавливать регулятором громкости источника звукового сигнала. Принципиальная схема цветомузыки изображена ниже.

Транзисторы можно использовать любые высокочастотные кт315, кт3102, с945. Ещё я добавил в схему цветомузыки микровыключатель s1. Эту схему я использую для компьютера, когда слушаю музыку.
Сайт http://radioskot.ru/publ/skhema_cvetomuzyki_na_svetodiodakh/1-1-0-95

5.3. Мигалка на 4 светодиода [48]

Вариант светодиодной мигалки на 4-х светодиодах, позволяющий создавать простой эффект "бегущий огонь" с применением минимального количества радиодеталей. В основе данной схемы лежит мультивибратор на двух транзисторах КТ315 которые поочередно подают сигналы на светодиоды VD1-VD4. В данной схеме конденсаторы С1-С4 подобраны таким образом чтоб создать эффект бегущего огня. При помощи резисторов R6,R7 можно менять частоту загорания светодиодов. Данная электросхема будет интересна всем начинающим радиолюбителям не только своей простотой, а также возможностью индивидуального подбора емкости конденсаторов С1-С4, тем самым создавая различные световые эффекты.

5.4. Бегущие огни на 6 светодиодах [49]

Схема такого устройства показана на рисунке 1. Чередоваться светодиоды должны так: VD1, VD3, VD5, VD2, VD4, VD6. Пары светодиодов включены в коллекторные цепи транзисторных каскадов, которые соединены как бы в кольцо, образуя так называемый трехфазный мультивибратор. Скорость переключения каскадов, а значит, вспыхивания светодиодов, зависит от номиналов деталей времязадающих цепей - переходных конденсаторов и базовых резисторов. Для ограничения яркости свечения гирлянды последовательно со светодиодами включены ограничительные резисторы (R2, R4, R6). Транзисторы могут быть любые из серий КТ342, КТ3102 или другие кремниевые структуры n-p-n с возможно большим коэффициентом передачи тока (но не менее 100). Конденсаторы - К50-6, резисторы МЛТ-0,125, светодиоды - серий АЛ101, АЛ102, АЛ307, источник питания - батарея 3336 (или 3 последовательно соеденённых элемента типа AA)

5.5. Электронный пробник напряжения [50]

Электронный пробник на светодиодах для определения величины напряжения и полярности тока. Пробник, принципиальная схема которого приведена на рис. 11, позволяет определять наличие напряжения между двумя точками испытуемого устройства, его полярность и примерную величину. Принцип его работы основан на свечении светодиодов при протекании через них тока определенной величины.
В пробнике используются светодиоды типа АЛ101В. Чтобы избежать выхода из строя светодиодов, переключающий штекер Ш1 перед каждым измерением следует устанавливать в крайнее левое гнездо по схеме. В процессе работы штекер переключают последовательно и поочередно в гнезда «150 В», «24 В» и т. д. до тех пор, пока светодиод не начнет излучать свет. По тому, какой диод светится, судят о полярности напряжения. Если напряжение на входе пробника переменное, то светятся оба диода.

5.6. Светодиодная стрелка [51]

Стрелка сделана из набора двухцветных и одноцветных светодиодов. В зависимости от направления тока, пропускаемого через неё, меняется направление указателя и его цвет. В одну сторону показывает зелёная стрелка, а если переменить полярность – в другую сторону будет показывать красная стрелка.

5.7. Ночник на светодиодах [52] и [53]

В схеме на рисунке 1 применены сверхяркие белые светодиоды (HL1 ÷ HL4), используемые в ручных фонарях, светильниках и лампах. Каждый светодиод светится при напряжении около 3,6 вольта. Так для четырёх светодиодов, включённых последовательно, необходимо напряжение порядка 14,4 вольта.
Требуемое напряжение питания ночника на светодиодах обеспечивает стабилитрон VD5, питаемый от бестранформаторного выпрямителя, состоящего из гасящих элементов C1, R1, R2 и выпрямительного моста на диодах VD1 ÷ VD4. Включение ночника осуществляется при помощи фоторезистора RK1, управляющего ключом на транзисторе VT1.
При обычном дневном освещении фоторезистор RK1 имеет низкое сопротивление, порядка 100 ÷ 200* Ом, что надежно удерживает транзистор VT1в закрытом состоянии. При наступлении сумерек его сопротивление увеличивается, а смещение на базе транзистора начинает повышаться, пока не подойдет к порогу открывания транзистора. При достижении порога открывания, транзистора открывается и включает светодиоды HL1 ÷ HL4. При наступлении светлого времени суток, сопротивление фоторезистора уменьшается, а светодиоды гаснут. Настройка порога включения ночника на светодиодах производится резистором R3.
В схеме применены следующие детали: конденсатор С1 – любой на напряжение не менее 400 вольт, диоды VD1 ÷ VD4 на напряжение не менее 400 вольт и на ток больше 400 мА, транзистор VT1 типа КТ503Г или ему подобный, стабилитрон VD5 на напряжение 16 ÷ 18 вольт или составленный из двух на нужное напряжение, конденсатор С2 на напряжение 50 вольт.
Ночник на светодиодах конструктивно может иметь любой подходящий полупрозрачный (матовый) корпус. Важно, чтобы фоторезистор имел прозрачный защитный глазок (лучше с линзой) на корпусе конструкции.
Если нет фоторезистора, то схему можно упростить, а включение ночника на светодиодах производить при необходимости переключателем, как показано на схеме ниже:

5.8. Светомузыкальная установка на светодиодах [54]

Светомузыкальная установка создаёт зрительный эффект на домашней ёлке или на дискотеке. С первыми аккордами музыки светодиодные гирлянды разгораются разноцветными переливами.
В основе работы схемы лежит принцип частотного разделения звукового сигнала в каналах, разным частотам соответствует свой цвет свечения светодиодов.
Для устранения эффекта мерцания и снижения усталости глаз введён канал подсветки, отключение которого происходит при включении в работу канала синего цвета.
Схема устройства состоит из трёх светомузыкальных каналов: низкой – красный, средней- зелёный и высокой частоты – синий. Во входных цепях установлены регуляторы уровня сигнала, от режима установки которого зависит яркость гирлянд.
Уровень входного сигнала может варьироваться от 0,5 до 3 вольт- вход «радио», для более высокого уровня сигнала, как от трансляции, порядка тридцати вольт выполнен дополнительный вход- «линия».
Дополнительно, для удобства, установлен регулятор уровня входного сигнала.
В принципиальную схему кроме трёх каналов с входными фильтрами входят: входной усилитель сигналов, канал подсветки и адаптер питания.

Описание схемы:
Ключевыми устройствами в канал схемы являются тиристоры.
Внешний сигнал с разграничение по уровню подаётся на верхний или нижний вход (линия или радио).
Сигнал через регулятор яркости R9 и конденсатор С3 поступает на вход усилителя на транзисторе VT1 обратной проводимости. В усилители предусмотрено автоматическое ограничение сигнала диодом VD1. Превышение сигнала на базе транзистораVT1 приводит к открытию диода VD1 и шунтированию перехода база-эмиттер.
Снятый с коллектора транзистора VT1 сигнал поступает для распределения на входные регуляторы уровня каналов, резисторы R1. Далее сигнал поступает на фильтры каналов с частотным разделением 50-200 Гц, 250-1000Гц,1200-5000Гц.
После частотного разделения сигналы поступают на вход предварительных усилителей на тиристорах VS1. Резисторы R3 позволяют подогнать чувствительность входных тиристоров в связи с разбросом характеристик.
Усиленный сигнал с нагрузки R5 катода VS1 поступает на управляющий электрод усилителя мощности на тиристорах VS2. Светодиодные гирлянды HL1-HL21 включены попарно в анодную цепь выходного тиристора по десять штук в две параллельные линии. В светодиодные линии также установлены ограничительные резисторы R6,R7 -(R17,R18 в подсветке).
Канал подсветки составлен на одном тиристоре VS3 и управляется с анода выходного тиристора синего канала.
Питание предварительного усилителя и выходных каналов раздельное – предварительный усилитель питается от двухполупериодного выпрямителя на диодном мосте VD3 и далее через резистор R16 и диод VD2 в обратном включении.
Диод VD2 предотвращает шунтирование тиристоров каналов постоянным напряжением, сглаженным конденсатором С4.
Каналы светомузыкальной установки питаются импульсным напряжением с выпрямителя VD3.
Силовой трансформатор Т1 установлен небольшой мощности не более 20 ватт от китайского адаптера, конечно при возможной замене светодиодной гирлянды на лампочки, мощность трансформатора придётся увеличить раз в пять.
Наладка светомузыкальной установки заключается в подборе начальных уровней сигнала на каждом канале, желательно подать сигнал с генератора и подбором конденсаторов С1,С2 добиться соответствия полосы пропускания каналов.
Канал подсветки подстраивается резистором R14.
Таблица замен:

Следует заметить что в схеме все три канала имеют одинаковые наименования деталей, так как идентичны, кроме входных фильтров, количество каналов можно увеличить выполнив две платы, что даст возможность дополнить цвета.
Схема собрана на печатной плате и установлена с трансформатором в пластмассовом блоке БП-1.
Гирлянды располагаются по усмотрению читателя, подключаются к схеме устройства тонким многожильным проводом в изоляции диаметром 0.24мм.

5.9. Универсальные пробники на светодиодах [55] и [56]

Пробником можно проверить наличие напряжения в контролируемой цепи, определить его вид (постоянное или переменное), а также проводить "прозвонку" цепей на исправность. Схема устройства показана на рис. 1 
Светодиод HL2 индицирует наличие на входе (вилки ХР1 и ХР2) постоянного напряжения определенной полярности. Если на вилку ХР1 поступает плюсовое напряжение, а на ХР2 — минусовое, через токоограничивающий резистор R2, защитный диод VD2, стабилитрон VD3 и светодиод HL2 протекает ток, поэтому светодиод HL2 будет светить. Причем яркость его свечения зависит от входного напряжения- При обратной полярности входного напряжения он светить не будет.
Светодиод HL1 индицирует наличие на входе устройства переменного напряжения. Он подключен через ограничивающие ток конденсатор С1 и резистор R3, диод VD1 защищает этот светодиод от минусовой полуволны переменного напряжения. Одновременно со светодиодом HL1 будет светить и HL2. Резистор R1 служит для разрядки конденсатора С1. Минимальное индицируемое напряжение — 8 В.
В качестве источника постоянного напряжения для режима "прозвонки" соединительных проводов применен ионистор С2 большой емкости. Перед проведением проверки необходимо его зарядить. Для этого устройство подключают к сети 220 В примерно на пятнадцать минут. Ионистор заряжается через элементы R2, VD2, HL2, напряжение на нем ограничено стабилитроном VD3. После этого вход устройства подключают к проверяемой цепи и нажимают на кнопку SB1. Если провод исправей, через него, контакты этой кнопки, светодиод HL3, резисторы R4, R5 и плавкую вставку FU1 потечет ток и светодиод HL3 станет светить, сигнализируя об этом. Запаса энергии в ионисто-ре достаточно для непрерывного свечения этого светодиода около 20 мин.
Ограничительный диод VD4 (напряжение ограничения не превышает 10,5 В) совместно с плавкой вставкой FU1 защищает ионистор от высокого напряжения в случае, если при контроле входного напряжения или зарядке ионистора будет случайно нажата кнопка SB1. Плавкая вставка перегорит и потребуется ее замена.
В устройстве применены резисторы МЛТ, С2-23, конденсаторС1 — К73-17в, диоды I N4007 можно заменить на диоды 1N4004, 1N4005, 1 N4006, стабилитрон 1N4733 — на 1N5338B. Все детали смонтированы на макетной монтажной плате с применением проводного монтажа.

Второй пробник [56] в виде щупа собран на светодиодах и кроме "прозвонки" цепей позволяет определить тип напряжения (постоянное или переменное) и приближенно оценить его значение в интервале от 12 до 380 В. Автор этого устройства — А. ГОНЧАР из г. Рудный Кустанайской обл. Казахстана. Ему по роду своей деятельности часто приходится контролировать работоспособность и ремонтировать различные устройства, где примененяются различные по значению (36, 100,220 и 380 В) постоянные и переменные напряжения. Для проверки подобных цепей предлагаемый пробник очень удобен, поскольку не требуется проводить переключений при различном контролируемом напряжении. При разработке этого устройства за основу был принят пробник, описание которого опубликовано в "Радио" № 4 за 2003 г. на с. 57 (Сорокоумов В. "Универсальный пробник-индикатор"). С целью расширения функциональных возможностей он был доработан.
Схема содержит гасящий резистор R1, шкалу из двухцветных светодиодов HL1—HL5, накопительный конденсатор С1 и индикатор фазного провода на неоновой лампе HL7. Устройство может работать в трех режимах: индикатора напряжения, указателя фазного провода и "прозвонки" — индикатора проводимости электрической цепи.
Для индикации напряжения вход устройства — штырь ХР1, вставленный в гнездо XS2, и гнездо XS1 (с помощью гибкого изолированного провода), подключают к контролируемым точкам. В зависимости от разности потенциалов этих точек через резисторы R1—R6 и стабилитрон VD1 протекает различный ток. С увеличением входного напряжения возрастает и ток, что приводит к росту напряжения на резисторах R2— R6. Светодиоды HL1—HL5 поочередно загораются, сигнализируя о значении входного напряжения Номиналы резисторов R2—R6 подобраны так, чтобы при напряжении 12 В и более загорался све-тодиод HL5, 36 В и более — HL4. 127 В и более — HL3, 220 В и более - HL2 и 380В и более-Н1_1.
В зависимости от полярности входного напряжения цвет свечения будет различным. Если на штыре ХР1 плюс относительно гнезда XS1. светодиоды горят красным цветом, если минус — зеленым. При переменном входном напряжении цвет свечения — желтый. Следует отметить, что при переменном или минусовом входном напряжении может гореть и светодиод HL6.
В режиме указателя фазного провода в сети любой из входов (ХР1 или XS2) подключают к контролируемой цепи и прикасаются пальцем к сенсору Е1. Неоновая индикаторная лампа зажжется, если эта цепь соединена с фазным проводом
Для использования устройства для "прозвонки" цепей необходимо предварительно зарядить накопительный конденсатор С1. Для этого вход устройства на 15...20 с подключают к сети 220 В или к источнику постоянного напряжения 12 В и более {плюсом на вилку ХР1) За это время конденсатор С1 успеет зарядиться через диод VD2 до напряжения, немного меньшего 5 В (оно ограничено стабилитроном VD1). При последующем подключении к контролируемой цепи, если она исправна, конденсатор будет разряжаться через нее. резистор R7 и светодиод HL6, который загорится. Если проверку проводить кратковременно, то зарядки конденсатора хватит на несколько проверок, после чего зарядку конденсатора следует повторить.

Применены постоянные резисторы R1 — ПЭВ-10. остальные — МЛТ, С2-23. конденсатор — К50-35 или импортный, диод КД102Б можно заменить на любой диод из серии 1N400x, стабилитрон КС147А — на КС156А, взамен двухцветных светодиодов можно применить по два разного цвета свечения, включив их встречно-параллельно, светодиод HL6 желательно применить с повышенной яркостью свечения. Следует отметить, что светодиоды разного цвета свечения имеют различные значения прямого напряжения, поэтому пороги их включения при разной полярности входного напряжения не будут одинаковыми.

5.10. Световой индикатор включения на светодиоде[57]
Предлагаемое простое устройство, собранное из доступных деталей, предназначено для работы в цепи переменного тока напряжением 220В.

Jно позволяет отображать три различных состояния: 1 — когда шнур аппарата вставлен в розетку с питающим напряжением 220 В, но аппарат выключен — двухкристальный светодиод светит слабым красным цветом; 2 — когда аппарат включен (контакты SA1 замкнуты), т. е. аппарат работает, светодиод светится зеленым цветом; 3 — когда в цепи питания аппарата перегорает защитный предохранитель FU1 — светодиод HL1 светит ярким красным цветом. Подключаемая нагрузка может быть любого типа, например, сетевой адаптер, зарядное устройство, электроплитка, пылесос, лабораторный блок питания. Устройство может быть встроено в конструкции, не имеющие собственных элементов индикации, или для модернизации их старых узлов индикации, выполненных по очень простым схемам.
Разберем первую ситуацию — когда сетевой шнур вставлен в штепсельную розетку, но аппарат выключен (контакты SA1 разомкнуты). Слабое, не утомляющее зрение, но заметное красноватое свечение светодиода вовремя напомнит о том, что на устройство подается напряжение питания — при прикосновении к токоведущим частям вы можете ощутить опасные для здоровья сетевые 220 В. Сигнализация предотвратит вмешательство в конструкцию, не отключив ее полностью от сети. Многие серьезные промышленные производители бытовой техники рекомендуют при длительных перерывах в работе их изделий, все же выдергивать вилку сетевого шнура из розетки, а не полагаться только на встроенный сетевой выключатель. Особенно это актуально во время грозы.
При работе в вышеописанном режиме светодиод получает питание по цепи R1, VD1, потребляемая индикатором мощность (большая часть которой рассеивается на резисторе R1) будет около 70 мВт.
При замыкании котамов SA1 на аппарат подается напряжение питания переменного тока 220 В. По цепи VD3, R6 получает питание «зеленый» кристалл HL1. открывается транзистор VT2, который шунтирует «красный» кристалл HL1 светодиод светит достаточно ярким зеленым цветом.
Потребляемая узлом индикации от сети не превышает 0,6 Вт (к теплоте, рассеиваемой R1, добавляется тепловая энергия, рассеиваемая токоограничительным резистором R6). При замыкании контактов SA1 светодиод будет светить зеленым цветом и при отключенной нагрузке. При аварийном перегорании плавкого предохранителя FU1 открывается высоковольтный p-n-р транзистор VT1. Светодиод HL1 загорается ярким красным цветом. Если при этом нагрузка окажется неподключенной, то будет заметно слабое подсвечивание «зеленого» кристалла HL1. Рассеиваемая мощность на R2 при напряжении питания 220 В не превысит 0,7 Вт.
При аварии в сети электроснабжения входное напряжение питания около 380 В (собственно, при этом как раз и обязан перегореть FU1), рассеиваемая R2 мощность не превысит 2 Вт, что хоть и приведет к его сильному разогреву, но не способно вызвать его возгорание. Учитывая возможную круглосуточную эксплуатацию этого узла, решено было отказаться от использования гасящих избыток тока пленочных конденсаторов, которые должны бы были быть высоконадежными и с большим запасом по напряжению. Применение токоограничительных резисторов с большим запасом по мощности надежнее, учитывая, что в нормальном режиме это устройство потребляет от сети мощность не более 0,6 Вт.
В устройстве, собранном в соответствии со схемой на рис. 1, можно использовав иосюинные резисторы С1-4. С2-23, С2-33, МЛТ соответствующей мощности. На месте R2, R6 желательно использовать невозгораемые отечественные резисторы типа Р1-7 (корпус окрашен краской серого цвета) или специальные импортные разрывные. Эти же резисторы желательно устанавливать на высоте 15..20 мм от основания печатной платы. Выпрямительные диоды можно использовать любые кремниевые, допускающие обратное напряжение не менее 600 В. например. КД243Д, Е, Ж. КД247Г, Д, КД105В, Г, 1N4006, RL106.
Дешевый и распространенный высоковольтный транзистор VT1 можно заменить на КТ9178А, КТ851Б. КТ505А, MPSA-92, BF493, 2SA1625 М, L, К. Транзистор VT2 заменяется любым из серий КТ3102, КТ312, КТ645, КТ503, SS9014, 2SC2001, 2SC900. Учитывая небольшие токи, протекающие через кристаллы HL1, светодиод желательно взять с повышенной светоотдачей. Автор применил импортный двухкристальный светодиод фирмы "Kingbright" в прозрачном корпусе диаметром 5 мм. Его яркость -150 мКд как «красного» (GaAsH/GaP), так и «зеленого» (GaP) кристаллов.
Вместо него можно использовать аналогичные двуханодные светодиоды, например, L59SRCG/CC, L59SURK-MGKW, L59EGW. L799SURKMGKW, L119SRGWT/CC, L93WEGC. Упомянутые светодиоды имеют хорошую яркость свечения, но конструкция и тип корпусов светодиодов разных серий различна.
На печатной плате этого устройства предусмотрено место под установку плавкого предохранителя FU1. Если дорабатываемая конструкция имеет «свой» аналогичный предохранитель, то выводы его обоймы следует соединить с печатной платой двумя гибкими проводами достаточного сечения. Если штатный выключатель аппарата, обозначенный на схеме как SA1, сдвоенный (как чаще всегo и бывает), то вторая группа его контактов должна включаться в схему «правее» точки «А», что не представляет каких-либо трудностей.
Правильно собранное устройство не требует налаживания. При проверке его работоспособности следует учитывать, что оно гальванически связано с сетью переменного тока напряжением 220 В, и соблюдать соответствующие меры осторожности. Впрочем, как раз свечение HL1 вовремя напомнит о том, что прежде чем что-то перепаивать или отвинчивать, следует выдернуть элекровилку шнура из розетки. При потребляемом нагрузкой токе более 3 А печатные дорожки питания следует «усилить» медным многожильным проводим диаметром не менее 1 мм.

5.11. Простой индикатор напряжения 12В с RGB светодиодом [58]

Для исключения аварийных ситуаций, связанных с электрооборудованием автомобиля, желательно иметь индикатор, состояния аккумулятора. Автор предлагает выполнить его на трехцветном RGB светодиоде. Пока напряжение на аккумуляторе находится в диапазоне от 12 до 14 В, то светится зеленый светодиод, соединенный через резисторы R5 и R9 и стабилитрон VD3. Транзистор VТ2 при этом открыт, а VТЗ - закрыт.
Если напряжение ниже 11,5 В (установленное потенциометром R4 и стабилитроном VD2), транзистор VТ2 закрывается, транзистор VТЗ открывается, при этом загорается синий светодиод. Он индицирует низкое напряжение.
Повышенное напряжение (свыше 14,4 В, установленное потенциометром R2) индицирует красный светодиод.
Список компонентов 
R1 - 1 кОм, 1206 
R2, R3, R5 10 кОм, 1206 
R4, R7 - 2,2 кОм, 1206 
R6 - 47кОм, 1206 
R8, R9 - 100 кОм, SMD 
VD1 - 10В MELF
VD2 - 8v2, MELF 
VD3 - 5V6, MELF 
T1, T2, T3 - BC847C 
HL1 - RGB LED 5мм, желательно матовый

Светодиод в различных его "проявлениях" настолько многообразен, что продолжать тему можно ещё довольно долго. Но надо и меру знать.

24 октября 2014г.

НАЗАД на страницу РАДИОкомпоненты