1. Що таке світлодіоди
2. Застосування світлодіодів в моддінг
3. різновиди світлодіодів
4. Типові характеристики світлодіодів
5. Правила підключення і розрахунок світлодіодів

Останнім часом, в інтернеті на різних комп'ютерних форумах я помічаю людей, які хочуть застосувати світлодіоди для моддінгу, проте не володіють достатніми знаннями для цього. Замість корисних порад, такі люди часто вислуховують на тих же форумах міркування різних дилетантів, які не розбираються в темі, а навіть самий просто питання породжує епічні суперечки з філософськими міркуваннями. Більшість інформація з таких тем не тільки не принесе ніякої користі, а часто може і зашкодить. Для того що б зняти всі найпопулярніші питання і помилки, які стосуються застосування світлодіодів в моддінг, я і вирішив написати цей невеликий опус.

Що таке світлодіоди

Останнім часом ведеться багато розмов про світлодіодах, постійно з'являються новини про все більш потужних світлодіодах, нові розробки і нові товари на основі світлодіодів (варто згадати хоча б нові жк-монітори зі світлодіодним підсвічуванням від компанії Apple). Так що ж таке світлодіод? Світлодіод - це прилад на основі напівпровідника, який випромінює світло при пропущенні через нього електричного струму. Існує велика кількість різних напівпровідникових матеріалів з яких роблять світлодіоди, причому характеристики світлодіодів (колір світіння, яскравість світіння і т.д.) залежать від хімічного складу даних матеріалів.

Світлодіоди різних розмірів, кольорів і яскравості

Застосування світлодіодів в моддінг

Світлодіоди це одні з перших речей, які почали застосовувати в моддінг, адже ще в кінці 1999 - початку 2000 року перші моддери міняли в своїх корпусах стокові світлодіоди набридли квітів на більш яскраві світлодіоди цікавих і незвичайних квітів. Крім того, деякі моддери самостійно виготовляли вентилятори зі світлодіодним підсвічуванням, світлодіодні лампи підсвічування для корпусу і інші моддінг-аксесуари. З появою оптичних мишок, моддери почали замінювати в них стандартні світлодіоди, а так само встановлювати додаткові. Однак не можна сказати що, з появою серійних вентиляторів з підсвічуванням, застосування світлодіодів в моддінг пішло в історію, скоріше воно перейшло в розряд класики, як і раундінг проводів (який, як всім відомо, увійшов в метаболізм кожного моддера ) І прорезка Блоухол. Дійсно, в сучасних корпусах вже з заводу стоять яскраві світлодіоди синього, білого та інших кольорів, але ж ми ж хочемо зробити речі унікальними і персоналізованими, адже для цього ми і займаємося моддингом, а з огляду на теперішнє поширення дешевих і потужних світлодіодів, не використовувати їх в моддінг - гріх =), тому їх використовують по повній програмі: ними підсвічують корпусу, клавіатури, вентилятори, гравіювання, люмінесцентні фарби і так далі. Світлодіоди відмінно застосовні там, де потрібна локальна або компактна підсвічування, яскрава або навпаки тьмяна, ними відмінно підсвічувати систему водяного охолодження і т.п.

Вентилятор зі світлодіодним підсвічуванням

гнучка LED стрічка

Гнучка світлодіодна лампа

Світлодіоди, в разі застосування їх в моддінг, володіють наступними перевагами і недоліками.

переваги

• Яскраві і насичені кольори
• Надійність (тривалий термін служби)
• висока ефективність
• Практично не гріються
• компактний розмір

недоліки

• Легко перегорають при неправильному підключенні
• Далеко не plug-and-play, з точки зору підключення

різновиди світлодіодів

Світлодіоди поділяються на різні різновиди в залежності від розмірів, кількості кристалів в одному корпусі, яскравості, потужності, за кольором випромінювання, а так само іншими параметрами.

Приклад світлодіодів найпопулярніших розмірів

Світлодіоди різної форми і кольору

Світіння светодідов з дифузним (кольоровим) корпусом

Геометричні форма і розміри. Найпопулярнішими є світлодіоди в циліндричному корпусі стандартизованих розмірів: 3/5/10 мм в діаметрі, рідше 8 мм, хоча іноді зустрічаються і до 20 мм в діаметрі. Також існують SMD-світлодіоди, які відрізняються дуже компактним розміром - до 2 х 2 мм, призначені вони для припаювання прямо на плату і зазвичай використовуються для підсвічування екранів. Існують також світлодіоди виконані в корпусах квадратної або прямокутної форми.

Кількість кристалів. У більшості випадків, в корпусі одного світлодіода знаходиться один напівпровідниковий кристал, проте бувають випадки в яких в корпус одного світлодіода встановлюють більше одного кристала, наприклад:

• барвисті світлодіоди

У разі необхідності зробити багатобарвних світлодіод, в корпусі одного світлодіода встановлюється більш одного напівпровідникового кристала, причому самі кристали зроблені з різних матеріалів і відповідно випромінюють різні кольори: синій, зелений, червоний, жовтий і так далі. Двоколірні світлодіоди найчастіше використовують як індикатори (зазвичай червоний / зелений колір), триколірні світлодіоди найчастіше використовують для підсвічування дисплеїв і споруди світлодіодних екранів так як дані світлодіоди можуть відображати три базових кольори (синій / зелений / червоний), при змішуванні яких можна отримати всю палітру кольорів, необхідних для відображення фото та відеоматеріалів з достатньою якістю. Чотирьохкольорові світлодіоди досить рідкісні і містять кристали для відображення, як видно з назви, чотирьох кольорів (синій / зелений / червоний / жовтий) і застосовуються в основному для створення білого світла з високими якісними характеристиками CRI (Color rendering index).

• Світлодіоди підвищеної потужності

Для підвищення яскравості (кількості світла) світлодіода іноді в корпус одного світлодіода встановлюють кілька світловипромінюючих кристалів одного кольору (зазвичай ставлять чотири кристала), ніж кратно збільшують яскравість світлодіода. Це можна порівняти з чотирьохядерними процесорами =).

Яскравість. Через великого спектру застосування світлодіодів, виробники випускають світлодіоди з різною яскравістю: від не надто яскравих для індикаторних цілей до суперякріх, в основному для підсвічування чогось. На показник яскравості також впливає діаграма спрямованості світлодіода, наприклад світлодіод однієї потужності з кутом випромінювання в 20 градусів здається більш яскравим, ніж світлодіод такої ж потужності але з більш широким кутом випромінювання, наприклад 140 градусів.

Потужність. Для різних цілей виробляються світлодіоди різних потужностей: від сотих часток вата до серйозних 5 і більше ват на одному кристалі. Типові моддерскіе, так звані «ультраяскравих», світлодіоди мають потужність приблизно в 60 мВт (приблизно 1/16 Вт), і якщо їх використовувати в підсвічуванні корпусу середнього розміру то їх може знадобитися приблизно від 15 до 25 штук. Середньостатистичний четирех'крістальний Суперяскрава світлодіод має потужність приблизно в 240 мВт (1/4 Вт) і таких світлодіодів для підсвічування корпусу середнього розміру потрібно приблизно від 4 до 8 штук, в залежності від інших особливостей. До класу суперпотужних світлодіодів відносяться світлодіоди з потужністю від одного вата, що на перший погляд начебто і не багато, проте це тільки на перший погляд - такі світлодіоди в середньому в 15-20 разів яскравіше, ніж найпоширеніші світлодіоди! Одним або двома такими світлодіодами можна підсвітити весь корпус!

Колір. Залежно від напівпровідника, на основі якого виконаний світлодіод, так само відрізняється колір, що випромінюється світлодіодом. У продажу найчастіше можна зустріти світлодіоди таких кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, синій, фіолетовий, ультрафіолетовий. Світлодіоди всіх кольорів знаходять своє застосування в моддінг, причому як для індикаторних цілей, так і для підсвічування. Існують також світлодіоди, що працюють в інфрачервоному діапазоні, але оскільки їх випромінювання не видно неозброєним оком - їх застосування обмежене пультами ДУ і відеокамерами нічного бачення.

На особливу увагу заслуговують сині, фіолетові і ультрафіолетові світлодіоди - всі вони викликають люмінесценцію (флюоресценцію) деяких барвників, але в різному ступені. Сині світлодіоди викликають не дуже яскраву люмінесценцію, а також трохи спотворюють її колір зачіпаючи своїм синім випромінюванням. Фіолетові світлодіоди навпаки - виглядають тьмяними, але викликають сильну люмінесценцію, зазвичай їх продають під виглядом ультрафіолетових світлодіодів, але це не так. Ультрафіолетові світлодіоди досить-таки рідко зустрічаються в продажу, а ті що зустрічаються зазвичай є ультрафіолетовими світлодіодами довгохвильового діапазону ультрафіолету, так званого УФ-А (UV-A) - самого безпечного, зовні ці світлодіоди виглядають дуже тьмяними через низьку чутливості людського ока до діапазону мение 400 нм, але ці світлодіоди викликають ще сильнішу люмінесценцію, ніж фіолетові - це пов'язано з більшою енергією цього діапазону випромінювання.

веченіє світлодіодів з прозорим корпусом

Типові характеристики світлодіодів

Дві головних характеристики світлодіодів цю напругу і сила струму. Зазвичай світлодіоди розраховані на силу струму в 20 мА, але бувають і виключення, наприклад четирех'крістальние світлодіоди зазвичай розраховані на 80 мА, так як в одному корпусі світлодіода міститися чотири напівпровідникових кристала, кожен з яких споживає 20 мА, в свою чергу одноватние світлодіоди зазвичай споживають 300 -400 мА. Робоча напруга світлодіода залежить від напівпровідникового матеріалу, з якого він зроблений, відповідно є залежність між кольором світіння світлодіода і його робочою напругою.

При використанні світлодіодів, краще уточнити скільки светодиоду необхідно вольт у продавця або виробника, але коли ця інформація недоступна, можна скористатися наступною таблицею.

Таблиця зразкових напруг світлодіодів в залежності від кольору

Колірна характеристика Довга хвилі Напруга Інфрачервоні від 760 нм до 1.9 В Червоні 610 - 760 нм від 1.6 до 2.03 В Помаранчеві 590 - 610 нм від 2.03 до 2.1 В Жовті 570 - 590 нм від 2.1 до 2.2 В Зелені 500 - 570 нм від 2.2 до 3.5 У Сині 450 - 500 нм від 2.5 до 3.7 В Фіолетові 400 - 450 нм 2.8 до 4 В Ультрафіолетові до 400 нм від 3.1 до 4.4 В Білі Широкий спектр від 3 до 3.7 В

Правила підключення і розрахунок світлодіодів

Світлодіод пропускає електричний струм тільки в одному напрямку, а це значить що для того щоб світлодіод випромінював світло, він повинен бути правильно підключений. У світлодіода два контакти: анод (плюс) і катод (мінус). Зазвичай, довгий контакт у світлодіода - це анод, але бувають і виключення так що краще уточнити цей факт в технічних характеристиках конкретного світлодіода.

Світлодіоди відносяться до такому типу електронних компонентів якого, для довгої і стабільної роботи, важливо не тільки правильне напруга, а й оптимальна сила струму - так що завжди, при підключенні світлодіода, потрібно їх підключати через відповідний резистор. Іноді цим правилом нехтують, але результат найчастіше один - світлодіод або відразу згорає, або його ресурс дуже значно скорочується. В деякі світлодіоди резистор вбудований «з заводу» і їх відразу можна підключати до джерела 12 або 5 вольт, але такі світлодіоди в продажу зустрічаються досить-таки рідко і найчастіше до светодиоду необхідно підключати зовнішній резистор.

Варто пам'ятати, що резистори так само відрізняються своїми характеристиками і, для підключення їх до світлодіодів, вам необхідно вибрати резистор правильного номіналу. Для того щоб розрахувати необхідний номінал резистора слід скористатися законом Ома - це один з найважливіших фізичних законів, пов'язаних з електрикою. Даний закон все вчили в школі, але практично ніхто його не пам'ятає =).

Закон Ома - це фізичний закон за допомогою якого ви можете визначити взаємозалежність напруги (U), сили струму (I) і опору (R). Суть его проста: сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі між кінцями провідника, якщо при проходженні струму властивості провідника не змінюються.

Е той закон візуально відображається за допомогою формули: U = I * R
Коли ви знаєте напруга і опору, за допомогою цього закону можна знайти силу струму за формулою: I = U / R
Коли вам відомо напруга і сила струму, можна знайти опір: R = U / I
Коли вам відома сила струму і опір, можна обчислити напруга: U = I * R

Тепер розглянемо на прикладі. У вас є світлодіод з робочою напругою в 3 В і силою струму в 20 мА, ви його хочете підключити до джерела напруги 5В з USB-роз'єму або БП, щоб при цьому він не згорів. Значить у нас є напруга 5 В, але светодиоду потрібно тільки 3 В, значить від 2 В нас необхідно позбутися (5В - 3В = 2В). Щоб позбавиться від зайвих 2 В нас необхідно підібрати резистор з правильним опором, яке розраховується наступним чином: ми знаємо напруга від якого необхідно позбутися і знаємо силу струму потрібну светодиоду - скористаємося формулою викладеної вище R = U / I. Відповідно 2В / 0.02 А = 100 Ом. Значить вам необхідний резистор на 100 Ом.

Іноді, в залежності від характеристик світлодіода, необхідний резистор виходить з нестандартним номіналом, який не можна знайти в продажу, наприклад 129 або 111.7 Ом =). В такому випадку необхідно просто взяти резистор трохи більшого опору, ніж розрахований - світлодіод буде працювати не на 100 відсотків своєї потужності, а приблизно на 90-95%. У такому режимі світлодіод буде працювати більш надійно, а зниження яскравості візуально не буде помітно.

Також можна розрахувати наскільки потужний резистор вам потрібен - для цього множимо напруга, яке буде затримуватися на резисторі, на силу струму, яка буде в ланцюзі. У нашому випадку це 2В х 0.02 А = 0.04 Вт. Значить вам підійде резистор такої потужності або більшою.

Світлодіоди іноді підключають по кілька штук паралельно або послідовно, використовуючи один резистор. Для правильного підключення слід пам'ятати що при паралельному підключенні підсумовується сила струму, а при послідовному підсумовується необхідну напругу. Паралельно і послідовно можна підключати тільки однакові світлодіоди з використання одного резистора, а якщо ви використовуєте різні світлодіоди з різними характеристиками, то краще розрахувати кожному светодиоду свій резистор - так буде надійніше. Світлодіоди навіть однієї моделі мають невелике розходження в параметрах і, при підключенні великої кількості світлодіодів паралельно або послідовно, це невелике розходження в параметрах може видати результатом багато згорілих світлодіодів =). Ще одним підводним каменем може стати той факт, що продавець або виробник (набагато рідше) може дати трохи невірні дані по светодиодам, а самі світлодіоди можуть мати не чітке робоча напруга, а набір з параметрів мінімального / оптимального і максимального напруження. Даний фактор не буде особливо впливати при підключенні невеликої кількості світлодіодів, а в разі підключення великої кількості - результатом можуть бути всі ті ж згорілі світлодіоди. Так що з паралельним і послідовним підключенням не варто надто захоплюватися, надійніше буде щоб до кожного світлодіоду або невеликій групі світлодіодів (3-5 штук) підключався окремий резистор. Розглянемо кілька прикладів підключення.

Схема паралельного підключення світлодіодів

Схема послідовного підключення світлодіодів

Приклад 1. Ви хочете підключити послідовно три світлодіода, кожен з яких розрахований на 3 В і 20 мА, до джерела струму з напругою 12 В (наприклад з molex-роз'єму). Три світлодіода по 3 вольта кожен будуть разом споживати 9 вольт (3 В x 3 = 9 В). Наше джерело струму має напругою в 12 вольт, відповідно від 3 вольт треба буде позбутися (12 В - 9 В = 3 В). Так як підключення послідовне, то сила струму складе 20мА, відповідно 3 вольта (напруга, від якого необхідно позбутися) ділимо на 0.02 А (сила струму, необхідна кожному светодиоду) і отримуємо значення необхідного опору - 150 Ом. Значить потрібен резистор на 150 Ом.

Приклад 2. У вас в наявності чотири світлодіода, кожен з яких розрахований на 3 вольта, і джерело живлення на 12 В. У такій ситуації можна подумати що резистор не потрібен, однак це не так - світлодіоди дуже чутливі до сили струму і краще додати в ланцюг резистор на 1 Ом. Резистор даного номіналу не вплине на яскравість світіння, а буде чимось на подобі «запобіжника» - світлодіоди працюватимуть набагато надійніше. Без застосування резистора, в даному випадку, світлодіоди можуть просто згоріти, швидко або не дуже.

Приклад 3. Ви хочете паралельно підключити три світлодіода, кожен з яких розрахований на 3 В і 20 мА, до джерела струму з напругою 12 В. Оскільки при паралельному підключенні підсумовується сила струму, а не напруга, трьом светодиодам потрібно сила струму в 60 мА (20 мА x 3 = 60 мА). Наше джерело струму має напругою в 12 вольт, а светодиодам необхідно напруга в 3 вольти, відповідно від 9 вольт необхідно позбутися (12 В - 3 В = 9 В). Так як підключення паралельне, то сила струму складе 60мА, відповідно 9 вольт (напруга, від якого необхідно позбутися) ділимо на 0.06 А (сила струму, необхідна всім светодиодам) і отримуємо значення необхідного опору - 150 Ом. Значить потрібен резистор на 150 Ом.

Так само в інтернеті існує велика Кількість різноманітніх «калькуляторів для світлодіодів», Якими ви можете скористати. Досить зайти на відповідний сайт, вказати характеристики світлодіодом і джерела струму і ви отримаєте всі необхідні дані по резистору, а так само його кольорове маркування. Приклад такого калькулятора ви можете побачити на сайті led-calculator.com .

Відео процесу вирощування світлодіодів.