Последовательное соединение ламп накаливания.
Последовательное соединение ламп накаливания в домашнем быту используется редко. В свое время я подключал две лампы последовательно у себя в подъезде, но это был единичный случай.
Тут ситуация была такая, что подъездная лампа перегорала с периодичностью в один месяц, и надо было что-то делать.
Обычно, в таких случаях лампу включают через диод, чтобы она питалась пониженным напряжением 110В и долго служила. Вариант проверенный, но при этом сама лампа мерцает, да и светит в полнакала.
Когда же стоят две последовательно, то они так же питаются пониженным напряжением 110В, не мерцают, долго служат, светят и потребляют энергии как одна. Причем их можно развести по разным углам помещения, что тоже плюс.Но повторюсь – это редкий случай.
Посмотрите на рисунок ниже. Здесь изображены две схемы последовательного соединения ламп накаливания. В верхней части рисунка показана принципиальная схема, а в нижней части – монтажная. Причем для лучшего восприятия, монтажная схема показана с реальным изображением ламп и двужильного провода.
Здесь в линии коричневого цвета, лампы HL1 и HL2 соединены последовательно – одна за другой. Поэтому такое соединение называют последовательным.
Если подать напряжение питания 220В на концы L и N, то загорятся обе лампы, но гореть они будут не в полную силу, а в половину накала. Так как сопротивление нитей ламп рассчитано на питающее напряжение 220В, и когда они стоят в цепи последовательно, одна за другой, то за счет добавления сопротивления нити накала следующей лампы, общее сопротивление цепи будет увеличиваться, а значит, для следующей лампы напряжение всегда будет меньше согласно закону Ома.
Поэтому при последовательном соединении двух ламп напряжение 220В будет делиться пополам, и составит 110В для каждой.
На следующем рисунке показаны три лампы соединенные последовательно.
На этой схеме напряжение на каждой лампе составит около 73 Вольт, так как будет делиться уже между тремя лампами.
Так же примером последовательного соединения могут служить новогодние гирлянды. Здесь из миниатюрных лампочек с низким питанием создается одна лампа на напряжение 220В.
Например, берем лампочки, рассчитанные на 6,3 Вольта и делим их на 220 Вольт. Получается 35 штук. То есть, чтобы сделать одну лампу на напряжение 220В, нам нужно соединить последовательно 35 штук с напряжением питания 6,3 Вольта.
P.S. Так как напряжение в сети не постоянно, то расчет лучше производить исходя из 245 – 250 Вольт.
Как Вы знаете, у гирлянд есть один недостаток. Перегорает одна из ламп, например, канала зеленого цвета, значит, не горит канал зеленого цвета. Тогда мы идем на базар, покупаем лампочки зеленого цвета, а потом дома по одной вынимаем, вставляем новую, и пока не заработает канал, перебираем его весь.
Вывод:
Недостатком последовательного соединения является то, что если выйдет из строя хоть одна из ламп, гореть не будут все, так как нарушается электрическая цепь.
А вторым недостатком, как Вы уже догадались, является слабое свечение. Поэтому последовательное соединение ламп накаливания на напряжение 220В в домашних условиях практически не применяется.
Достоинства и недостатки светодиодных светильников
Подобные приборы, как и любые другие, обладают как положительными, так и отрицательными качествами, однако вторых значительно меньше. Среди плюсов можно отметить:
- низкое потребление энергии при длительном сроке эксплуатации (до 50 000 часов);
- высокий коэффициент полезного действия (КПД), который достигается за счет малой теплоотдачи;
- возможность выбора любого цвета, включая многоцветные светодиодные ленты;
- возможность диммирования, что позволяет выполнить зонирование помещений.
Стоит отметить безвредность светодиодов для человеческого организма
Если обратить внимание на люминесцентные светильники, то они со временем начинают пропускать сквозь трещины в люминофоре ультрафиолет. К тому же их утилизация как бытовых отходов запрещена по причине содержания в колбе паров тяжелых металлов, в том числе ртути
Устройство светодиодных светильников не предусматривает использования вредных для организма веществ.
Что касается недостатков, то их отмечается всего два:
- Та же светодиодная лента требует установки дополнительного оборудования – адаптера, а иногда и контроллера. А вот спрятать эти устройства бывает сложно.
- Деградация кристаллов. Со временем сила светового потока снижается. Интенсивность деградации зависит от качества самого чипа и блока питания, с которым он работает.
Конструкция и угол рассеивания света
Светодиоды 1 Вт представляют собой сложные устройства, требующие высокотехнологичных методик производства. Они изготавливаются из разных материалов:
- корпус — металл или термоустойчивый
пластик; - линза — кварцевое стекло или специальный
эпоксидный компаунд.
Основным элементом светодиода
служит излучающий кристалл. Он устанавливается на медном основании,
вмонтированном в корпус. Для организации светового пучка правильной формы
вокруг него установлен рефлектор, обеспечивающий компактность и направление
потока. Сверху на эластичном силиконовом слое устанавливается «плавающая»
линза. Отсутствие жесткого крепления позволяет ей без деформаций или разрушения
переносить тепловые расширения разнородных материалов.
Помимо корпуса большинство элементов имеют дополнительные теплоотводы из алюминия в форме звезды (они называются «Star»). Есть также круглые теплоотводы большого размера, рассчитанные на монтаж нескольких светодиодов. Есть также платы, лишенные собственных теплоотводов, корпус которых называется «Emitter».
Угол рассеивания — важный показатель, определяющий степень раскрытия светового конуса. он возникает при излучении кристаллом потока, отраженного рефрактором и усиленного линзой. Не следует считать, что этот конус имеет четко очерченную границу. Его пределами считается угол, стороны которого имеют световой поток, вдвое меньший, чем на осевой линии прибора. Чем меньше угол рассеивания, тем выше световой поток и яркость свечения. В то же время, эффективность покрытия площади будет ниже.
Считается, что наиболее качественными устройствами являются светодиоды с большим углом рассеивания, поскольку они могут использоваться для общего освещения помещений. Приборы LED 1W относятся к этой группе и демонстрируют высокие значения угла раскрытия — от 120° и выше.
Полярность светодиодов
Полярность светодиодов
При неправильном включении светодиод может сломаться
Поэтому важно уметь определять полярность источника света. Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении. . Полярность моно определить несколькими способами:
Полярность моно определить несколькими способами:
- Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.
- При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.
- При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.
- По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.
Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.
Замена светодиодов
Главный недостаток SMD элементов – возникновение некоторых проблем с ремонтом оборудования, имеющего их в своем составе. Демонтировать такие элементы, особенно многовыводные, бывает весьма проблематично. Но если прибор двухвыводный, то выпаять его можно при помощи паяльной станции, и тогда ремонт серьезно упрощается. Возьми двойной паяльник, который идет в составе паяльной станции, разогрей одновременно оба вывода диода и этим же паяльником, как пинцетом, сними элемент с платы.
Если в твоей паяльной станции только один паяльник (что бывает чаще всего), то есть еще один вариант. Можно использовать идущий в составе паяльной станции фен. Обдувай неисправный диод феном и одновременно пытайся сдвинуть его с места иголкой или тонким пинцетом. Как только припой расплавится, светодиод легко снимется с платы.
Для ремонта светодиодных ламп вместо паяльного фена можно использовать технический, но диаметр его сопла должен быть минимальным. В противном случае ты будешь греть алюминиевую подложку и либо вообще ничего не выпаяешь (мощности фена не хватит), либо у тебя послетают со своих мест все светодиоды лампы, либо поотваливаются токопроводящие дорожки. В таком случае ремонт серьезно усложнится, если вообще будет возможен.
Как заменить в лампе светодиоды, если нет фена или паяльной станции
Конечно, далеко не у всех для подобного ремонта есть паяльная станция (у меня, к примеру, дома ее нет). В таком случае для ремонта можно воспользоваться обычным паяльником, немного доработав его жало. Просто накрути медный обмоточный провод диаметром 1-2 мм на жало, а концы провода заточи и залуди. Чем не паяльная станция для ремонта и замены SMD деталей?
Демонтаж SMD светодиода с помощью обычного паяльника
Осталось заменить светодиод, и ремонт можно закончить. Сделать это можно паяльником с тонким жалом или обычным, но доработанным для выпайки (см. фото выше). Перед пайкой удали с контактных площадок лишний припой и нанеси на них флюс. Теперь прикладывай новый светодиод на место, соблюдая полярность, удерживай тонким пинцетом и паяй. Имей в виду, что впаянный светодиод должен быть точно того же типа, что и сгоревший. Иначе такого ремонта ненадолго хватит.
Устройство светодиодов filament — филаментных
Первое упоминание о филаментных светодиодах датируется 2008 годом. Однако, настоящее признание пришло к ним только в 2014-2015 году, когда на их основе стали выпускать лампы.
Сами по себе led filament — ни что иное, как отрезок из сапфира или стекла диаметром до 1.5 мм и длиной 3 см. Разные источники относят филаменты или к COB или COG ( chip on glass ). Это зависит от того, на какой подложке будет расти светодиод. Для удешевления процесса большинство маленьких производителей используют стеклянную подложку. Дешевизна — не единственное преимущество филаментов. Расположенные на нем диоды способны распространять свет на 360 градусов. Чего мы не сможем добиться. если будем применять обычные СМД или СОБ полупроводники. Стекло по сравнению с сапфиром плохо передает тепло, плюс к этому очень хрупкое. Поэтому, если заказывать лампы на основе филаментов, то необходимо просить продавцов о тщательной упаковке.
Устройство светодиодов filamen led основано на размещении 28 кристаллов на один отрезок последовательно. Для получения более теплого свечения в линейку добавляют красные диоды. Число кристаллов от этого не меняется. Их всегда будет только 28. Вся полученная конструкция заливается люминофором. Каждый отрезок потребляет от 0,8 до 1,3 Вт.
Далее полученные отрезки формируют в единое целое и «замуровывают» в колбу. Вот… На основании этой статьи родилась мысль написать статью о производстве именно филаментных ламп…
Филаментными диодами мы завершаем сегодняшнюю статью об устройстве светодиодов. В принципе, все идентично. За исключением лишь некоторых моментов. Так как мир не стоит на месте, то скорее всего будут появляться новые виды светодиодов. Возможно будет другое устройство. И если доживу, то обязательно буду дополнять этот материал. Если что-то пропустил, то прошу указать на это. Принимается только конструктивная критика).
Характеристики светодиодов:
LED-приборы имеют несколько основных параметров.
Это:
– потребляемый ток;
– мощность потребления;
– номинальное напряжение;
– цветовая температура;
– сила светового потока.
Практически все эти характеристики указаны на самом электроприборе, но есть и другие показатели, которые считаются специфическими.
Сила потребляемого тока. Сила потребляемого тока определяет яркость свечения светодиода. Ток потребления светодиода измеряется в амперах и чаще всего соответствует показателю 0,02 А. Это параметр одного кристалла. Если чипов несколько, то и показатель увеличивается: 0,04 А при двух кристаллах, 0,06 А при трех и т.д. Учитывать показатель потребляемого тока следует для выбора резистора, устанавливаемого на вводе. Если показатели не будут соответствовать друг другу, высокий ток преодолеет сопротивление светодиода и он перегорит, причем практически мгновенно. Также резистор защищает прибор от скачков тока в сети, возникающих при различных перепадах напряжения.
Сопротивление светодиода. Этот показатель способен изменяться, т.к. является нелинейным и колеблется в зависимости от включения в цепь. При включении в одну сторону он может достигать приблизительно одного килоома (кОм), в другую – увеличиваться до нескольких мегаом (МОм). Соответственно, чем более высокое напряжение испытывает диод, тем меньше оказываемое им сопротивление.
Номинальное напряжение. Данная характеристика светодиода напрямую зависит от его цвета, а последний параметр – от материала, выбранного для его изготовления и включения в его состав различных добавок.
Инфракрасное свечение характерно для арсенида галлия (GaAs) и арсенида алюминия галлия (AlGaAs). В этом случае при силе тока в 20 мА диапазон напряжения составляет 1,1-1,6 В, а типовое значение напряжения – 1,2 В.
Красный, оранжевый и желтый цвета диода достигаются благодаря твердым растворам арсенида-фосфида галлия (GaAsP), фосфида галлия (GaP) и фосфида алюминия-галлия-индия (AlInGaP). Диапазоны напряжения при той же силе тока 20 мА составляют:
- красного светодиода – 1,5-2,6 В;
- оранжевого светодиода – 1,7-2,8 В;
- желтого светодиода – 1,7-2,5 В.
Типовое значение напряжение всех цветов равно 2,0 В.
Зеленый светодиод получают благодаря материалам фосфида галлия (GaP) и нитрида индия-галлия (InGaN). При тех же номинальных 20 мА диапазон напряжения составит 1,7-4,0 В, а типовое значение напряжения – 2,2 В.
Голубой оттенок диода позволяют получить бинарное соединение цинка и селена – селенид цинка (ZnSe) и нитрид индия-галлия InGaN. Для этого цвета при силе тока в 20 мА диапазон напряжения определяется в рамках 3,2-4,5 В, типовое значение напряжения составляет 3,6 В.
Для получения белого света используют синие или ультрафиолетовые диоды с покрытием из люминофора либо сочетание трех светодиодов основных цветов (красный, синий, зеленый). Их параметры напряжения при силе тока в 20 мА колеблются в пределах от 2,7 до 4,3 В, типовое значение напряжения соответствует 3,6 В.
Мощность потребления светодиодов. Данный параметр необходим для выбора блока питания электроприбора, оснащенного определенным количеством светодиодов. У каждого светодиода она индивидуальна и колеблется в диапазоне от 0,5 до 3,0 Вт.
Цветовая температура светодиода. Эта характеристика измеряется в Кельвинах (К) и имеет несколько показателей. Основное разделение представлено такими оттенками свечения:
- от 2700 К до 3500 К – теплый свет;
- 3500-5300 К – нейтральный;
- 5300-7000 К – холодное свечение.
Светоотдача и угол свечения светодиода. Яркость (интенсивность светового потока) светодиода прямо пропорциональна протекающему через него электрическому току, то есть чем напряжение будет выше, тем будет больше яркость светодиода. Единицей измерения светового потока служит люмен (лм).
Световая отдача источника света (светоотдача) – отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности. Измеряется светоотдача в люменах на ватт (лм/Вт). Она является показателем эффективности и экономичности источников света.
Сила и угол светового потока светодиода могут варьироваться, т.к. имеют зависимость от формы и материала, выбранных для изготовления светового прибора. Однако величина угла не может превышать 120 градусов. Для увеличения угла рассеивания могут применяться специальные линзы и/или отражатели. Так, при правильном подборе подобных устройств, увеличить силу светового потока светодиода мощностью в 3 ватта возможно до 300-350 люменов.
Как определить параметры тока для светодиода: способы, примеры расчета
Определение параметров неизвестного светодиода может быть произведено различными способами, на основе той или иной методики. Некоторые из них являются чисто математическими, полученными с помощью расчетов на основе полученных данных. Другие варианты предполагают проведение измерений характеристик светодиодов с помощью специальных приборов (тестеров или мультиметров).
Зачем нужно знать ток
Информация о том, какой потребляет ток данный светодиод, позволит избежать перегрузок или нарушения рабочего режима при эксплуатации светильников. Небольшое понижение напряжения способствует продлению срока службы, но превышение параметров резко ускоряет выход из строя отдельных элементов или всей цепи.
Если производится сборка цепи из большого количества светильников, обязательно измерьте силу тока и сравните полученное значение с паспортными данными. Если имеется превышение заданных 20 мА, необходимо увеличить гасящее сопротивление (подобрать резисторы с большим номиналом). Если ток в цепи окажется немного меньше (порядка 18 мА), то ничего исправлять не надо. Такое значение не сможет заметно снизить яркость свечения, но смягчит режим работы и позволит увеличить срок службы светильников.
Способы определения силы тока, напряжения и других параметров
Далеко не все знают, как определить ток и прочие параметры неизвестного светодиода. Существуют разные варианты, требующие определенных знаний и практической подготовки, или простого наличия измерительного прибора. От применяемой методики зависит точность и корректность проверки устройства. Пользователи обычно прибегают к наиболее простому и доступному для себя способу определения рабочих характеристик, хотя он может оказаться не самым эффективным. Известны следующие варианты:
- измерение специальными приборами (мультиметром);
- расчет параметров с использованием теоретических методик;
- визуальное определение типа светодиода.
Выбор того или иного типа проверки обусловлен возможностями и степенью подготовки пользователя. Рассмотрим их подробнее.
Мультиметром
Существует два основных рабочих параметра, подлежащих измерению тестером:
- рабочий ток;
- прямое падение напряжения.
Необходимо правильно определять анод и катод. У элементов обычной конструкции (с длинными ножками) анод более длинный. На впаянных в схему деталях проверку выполняют последовательным изменением полярности, если с первого раза она не была правильно определена. На мультиметре переключатель устанавливается в соответствующее положение:
- DCV — измерение постоянного напряжения;
- DCA — измерение постоянного тока до 200 мА.
Показания тестера дают достаточно точные данные, ограниченные лишь собственной погрешностью данного прибора. Ценность этого способа состоит в непосредственном измерении устройства, находящегося в конкретных условиях. Данные, отображающиеся на дисплее, позволяют делать выводы о режиме работы и состоянии как самого светодиода, так и всей схемы целиком.
https://youtube.com/watch?v=O1umydC5hY8
По закону Ома
Теоретический метод определения параметров удобен тем, что позволяет обойтись без использования приборов и определить, сколько вольт в светодиоде, сугубо расчетным путем. Проверка состоит в расчете параметров по общеизвестной формуле:
Или, проще, напряжение равно произведению силы тока на сопротивление.
По внешнему виду
Визуальное определение параметров — весьма сомнительное занятие, дающее минимальное и не всегда корректное понятие. Однако, в ситуациях со светодиодами, внешние признаки иногда могут дать вполне достоверную информацию.
Например, синий оттенок в работающего элемента свидетельствует о завышенном напряжении питания. Прямое падение напряжения светодиодов обычно находится в определенных пределах, обеспечивающих заданный цвет элемента.
Изменение режима может говорить об отсутствии (или коротком замыкании) в цепи гасящего резистора.
Устройство светодиода, принципы излучения света
Полупроводниковый переход p-n типа подключают к источнику постоянного напряжения в соответствии с полярностью выводов.
Внутри контактного слоя веществ p- и n-типов под его действием начинается движение свободных отрицательно заряженных электронов и дырок, которые обладают положительным знаком заряда. Эти частицы направляются к притягивающим их полюсам.
Устройство светодиода, принцип получения света полупроводником
В переходном слое заряды рекомбинируют. Электроны проходят из зоны проводимости в валентную, преодолевая уровень Ферми.
За счет этого часть их энергии освобождается с выделением световых волн различного спектра и яркости. Частота волны и цветопередача зависят от вида смешанных материалов, из которых сделан p-n переход.
Для излучения света внутри активной зоны полупроводника требуется соблюсти два условия:
Эта сложная техническая задача решается несколькими путями. Один из них — создание нескольких слоев p-n переходов, когда образуется сложная гетероструктура.
Устройство светодиодов индикаторных
Первенцами в светодиодной промышленности можно назвать индикаторные светодиоды 3мм и т.п. типа. Устройство светодиодов индикаторных конструкционно отличается от SMD, COB и filament диодов.
На графической картинке мы видим, что устройство 3 мм диодов не сложное. Линзу производят из эпоксидной смолы. Есть и другие материалы, но как точно они называются я сейчас не припомню. Я уже давно перестал следить за тем, как идет «жизнь» данных светодиодов. Они мне не интересны. Если кто-то желает дополнить мой материал, то милости прошу в комментарии.)
В корпус интегрированы анод и катод. Светодиодный кристалл помещают в рассеиватель. От анода к кристаллу припаивается проводник. Как правило выполнен он из золота. Более дешевые модели ( китайские ) оснащаются медными проводниками.
На этом вся сложность и заканчивается. Далее остается только не ошибиться с определением «плюса и минуса». В зависимости от конструкции линзы свет может рассеиваться до 90 градусов.
