Меню

Светодиод как измерить свет



Измеряемые характеристики светодиодов. Часть I и Часть II

Активные темы (За последние xx минут)
15 минут 30 минут 45 минут
Активные темы (За последние xx часов)
1 час 2 часа 4 часа
6 часов 12 часов 18 часов
Активные темы (За последние xx дней)
1 день 2 дня 3 дня
4 дня 7 дней 14 дней
Темы без ответа
Просмотренные Вами темы (последние 40 действий)
  • Бесплатные розыгрыши призов
  • Розыгрыши призов в соц. сетях!
  • Для гостей форума
  • О нашем проекте
  • Пожертвования (Donate)
  • Реклама на форуме

На форуме ежемесячно проходят бесплатные розыгрыши призов для зарегистрированных и активно общающихся форумчан. Вы можете выиграть не только различные фонарики, зарядные устройства, аккумуляторы и другие аксессуары известных брендов, а также фонари и компоненты от известных кастомщиков и мелкосерийных производителей, но и другие призы, такие как мультитулы, ножи, рюкзаки и другое снаряжение. Все проходящие розыгрыши призов для форумчан абсолютно бесплатные и призы для розыгрышей предоставляют спонсоры, вам достаточно нажать кнопку «Принять участие» и ждать результата. Форумчане не несут никаких финансовых и имущественных рисков, связанных с участием в данных розыгрышах (т.е. вы ничего не оплачиваете и ни чем не рискуете). С момента начала проведения данных розыгрышей более 100 форумчан стали обладателями весьма неплохих призов и количество победителей продолжает увеличиваться!
В ближайшее время состоятся очередные розыгрыши призов — следите за информацией!

Поиск по форуму
Поиск по метке
Расширенный поиск
Найти все сообщения с благодарностями
Поиск через Google
Поиск через Yandex
25886 3 3 2

Измеряемые характеристики светодиодов. Часть I.

Если бы кто-нибудь предполагал, что светодиоды займут такое доминирующее положение в световых технологиях… Только посмотрите вокруг — они фактически повсюду. От стандартных индикаторов в аудио-видео технике, портативных компьютерах и игрушках до светофоров, видеодисплеев и автомобильного света. Светодиодные технологии демонстрируют взрывной рост на протяжении последних лет, и дальнейшие перспективы светодиодов представляются весьма широкими.
Основной «движущей силой» такого роста является постоянно увеличивающийся уровень яркости светодиодов. Кроме того, на рынок приходят новые материалы и технологические процессы изготовления кристаллов. Счастливые для лентяев времена, когда разнообразие источников света ограничивалось «лампочкой Ильича», окончательно канули в лету. Одновременно с увеличением разновидностей как самих светодиодов, так и их возможных применений, повышаются и требования к уровню компетентности, необходимого проектировщикам и архитекторам для построения светодиодных систем освещения. И это не удивительно, ведь светодиодный свет из пассивного «статиста» превратился в эффективный инструмент изменения реальности. Современный рынок оптоэлектронных компонентов требует понимания не только оптических свойств светодиодов, но и методов их измерения.
Безусловно, наиболее типичные вопросы, которые задают среднестатистические потребители, связаны с оптическими свойствами светодиодов: насколько яркие ваши светодиоды? Что такое люмен? Как преобразовать канделы в люмены? Почему наши измерения не совпадают с вашими измерениями? Попробуем дать ответы на эти и другие подобные вопросы, разбив статью на пять отдельных, но взаимосвязанных тем:
— фотометрические (световые) характеристики;
— радиометрические (энергетические) характеристики;
— колориметрические (спектральные) характеристики;
— гониометрические (угловые) характеристики;
— эксплуатационные характеристики (срок службы);
По большому счёту, об этих характеристиках, стандартах и испытательных методологиях можно написать отдельную книгу. Но мы остановимся на наиболее общих моментах, представляющих для наших читателей наибольший интерес.

Фотометрические (световые) характеристики светодиодов

Фотометрия — это измерение света в видимом спектре. Это та часть светового спектра, которая приблизительно соответствует длинам волн 380-770 нм и видна невооружённым глазом «усреднённого» наблюдателя. Существует множество фотометрических величин, таких как яркость (1 нит = 1 кд/м2 или 1 стильб = 1 кд/см2), освещённость (1 люкс = 1 лм/м2), и т.д. Все они основаны на двух основных фотометрических стандартах: световой поток и сила света.

Световой поток измеряется в люменах. 1 люмен определяется как световой поток, испускаемый точечным источником с силой света 1 кандела внутри телесного угла 1 стерадиан (1 лм = 1 кд×ср). Важно понимать определение стерадиана, являющегося телесным углом (конусом) с центром в сфере радиуса r, который вырезает из сферы поверхность площадью r2 (см. рис.1). Площадь поверхности сферы равна 4 π r2, поэтому полный световой поток, создаваемый точечным источником, с силой света одна кандела, равен 4 π люменам.

Рис.1 — телесный угол Ω

Сила света измеряется в канделах. Научное определение канделы достаточно сложно для образного восприятия: «единица силы света точечного источника в заданном направлении, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср». Частота излучения 540×1012 Гц соответствует длине волны 555 нм (излучение зеленого цвета).
Для упрощения понимания можно обратиться к происхождению названия «кандела». Так вот, одна кандела (в переводе с латыни — «свеча») это сила света обычной восковой свечи.
У многих резонно встаёт вопрос: почему сила света измеряется в каких-то канделах, а не в ваттах на стерадиан? Да, можно измерять силу света и в Вт/ср, и специалисты иногда так делают, но при этом возникает одно неудобство. Если бы мы включили синий, зелёный и красный светодиоды с одинаковой силой света в Вт/ср, то зелёный светодиод светил бы ярче. Все дело в том, что человеческий глаз имеет разную чувствительность к различным длинам волн излучения. Но об этом чуть позже. Сейчас же от теории перейдём к практике, то есть к светодиодам.

Еще совсем недавно выпускаемые промышленностью светодиоды выполняли в основном индикаторные функции и их главной потребительской характеристикой была сила света (в милликанделах). Однако такая характеристика оказалась малополезной при построении систем освещения — светодиод с силой света 2000 мкд и углом свечения 30° обеспечивает такой же световой поток, как и светодиод с параметрами 8000 мкд / 15°. Поэтому, из-за увеличивающегося спроса на мощные светодиоды в качестве альтернативы лампам накаливания, сейчас всё чаще делается акцент именно на величину светового потока. То есть именно люмен является более подходящей мерой оценки произведённого света при сравнении между различными источниками света и при выполнении расчётов.

Для оценочного пересчета кандел в люмены, используют следующий метод:
1. Зная плоский угол свечения светодиода θ (двойной угол половинной яркости), указанный производителем, определяем телесный угол: Ω=2 π (1 — cos(θ/2)).
2. Вычисляем световой поток: F = Iv × Ω, где Iv — сила света светодиода.

Калькулятор для пересчета кандел в люмены и обратно (активная ссылка):
Пример окна калькулятора (на картинке)


Однако, фактически измеренное значение может отличаться от расчётной величины из-за вариаций пространственного распределения излучения светодиода. Это особенно заметно при пересчёте несимметричных диаграмм направленности излучения (например, светодиодов с овальной оптикой) и индикатрис узконаправленных светодиодов. Дело в том, что не существует никакого однозначного метода пересчёта силы света для определения точного светового потока. Только непосредственным измерением этой величины можно с высокой точностью получить её значение в люменах.

Фотометрическое измерение светодиодов может оказаться бóльшим искусством, чем просто расчёт с применением строгих физических формул. Существует масса факторов (геометрические и электрические нюансы, различные погрешности, внесённые на этапе производства светодиодов), вариации которых могут существенно влиять на оптические свойства светодиодов. Не существует двух во всём одинаковых светодиодов, поэтому требуется принятие мер, которые значительно увеличат точность ваших измерений. Они включают, но не ограничены следующим:
Учитывайте смещение оптического центра эмиссии светодиодов относительно механического центра.
При фиксации светодиода в креплении испытательной установки предполагается, что свет исходит от его механического центра. Но это не всегда так (см. рис. 2). Оптический центр нередко отклоняется на 5 или более градусов от механического. Возможно, это не является особой проблемой, когда измеряемые приборы имеют широкий угол свечения, например 40 градусов или больше. Но для светодиодов с узким углом свечения результат может различаться на значительную величину. Нужно отметить, что Международная комиссия по освещению (CIE) рекомендует использовать именно механическую (а не оптическую) ось светодиода при проведении измерений.
▪ Измеряйте выход света с определённым временным интервалом.
После того, как на светодиод подано питание, температура перехода увеличивается ввиду потребления электроэнергии (температуру перехода светодиода можно определить как Tj = Ta + (Vf × If) × Rth (j-a)) . Этот процесс может занять несколько секунд или несколько минут до момента наступления теплового равновесия, когда выход света достигнет устойчивого значения. При этом уменьшение выхода света на 5-20% или большую величину — весьма обычное явление. Эта деградация не является необратимой, и первоначальная светоотдача восстановится после обесточивания. На практике в ходе измерения большого количества светодиодов выбор длительного интервала времени между замерами не приемлем. Чаще всего задается интервал порядка 5 секунд, несмотря на то, что выход света не успевает достигать стабильного значения.
▪ Убедитесь, что температура окружающей среды постоянна в ходе тестирования.
Светодиоды меняют яркость и цвет с изменением температуры. Если температура повышается, выход света сокращается, а цвет обычно смещается в длинноволновую сторону спектра.
▪ Всегда используйте стабилизированный источник тока.
Падение напряжения (Vf) на светодиоде может колебаться от прибора к прибору, поэтому если в качестве опорного питания используется источник напряжения, светодиоды не получат одинакового тока.
▪ Используйте легко воспроизводимые условия тестирования.
Сложные условия (специализированная оснастка) могут превосходно подходить для лабораторных измерений. Однако, когда необходимо тестирование значительного количества светодиодов с различным типом корпуса, углом свечения, цветом и т.д., возникает потребность в измерительной системе, которая может быть быстро перенастроена, обеспечивая идентичное выравнивание механических осей и гарантируя, что датчик всегда видит тот же самый сектор эмиссионного конуса.
▪ Убедитесь что всё оборудование надлежащим образом обслужено и откалибровано.

Источник

Подробно о напряжении светодиода

Зачастую в руки ремонтника или радиолюбителя попадают светодиоды без приложения технической документации. Для правильного применения полупроводниковых приборов требуется знать их характеристики, в противном случае скорый выход из строя светоизлучающего элемента неизбежен. Хотя управляющим параметром для LED является ток, знание рабочего напряжения является важным – при его превышении жизнь p-n перехода окажется недолгой.

Как узнать какой светодиод стоит в лампе

Самый простой вариант – если лампа полностью исправна. В этом случае надо просто измерить падение напряжения на любом из элементов. Если при подаче питания один или несколько элементов не светят (или все), надо идти другим путем.

Если лампа построена по схеме с драйвером, то на драйвере указано выходное напряжение в виде верхнего и нижнего пределов. Это связано с тем, что драйвер стабилизирует ток. Для этого ему надо изменять напряжение в определенных границах. Фактическое напряжение придется измерить мультиметром и убедиться, что оно в норме. Далее визуально (по дорожкам печатной платы) определить количество параллельных цепочек светодиодов в матрице и количество элементов в цепочке. Напряжение драйвера нужно разделить на число последовательно соединенных элементов. Если напряжение на драйвере не обозначено, то его можно лишь замерить по факту.

Если светильник построен по схеме с балластным резистором и его сопротивление известно (или его можно измерить), то напряжение светодиода можно определить расчетным способом. Для этого надо знать рабочий ток. В этом случае надо рассчитать:

  • падение напряжения на резисторе – Uрезистора=Iраб*Rрезистора;
  • падение напряжения на цепочке LED – Uled=Uпитания – Uрезистора;
  • разделить Uled на количество приборов в цепочке.

Если Iраб неизвестен, его можно принять равным 20-25 мА (схема с резистором применяется для маломощных фонарей). Точность будет приемлема для практических целей.

Сколько вольт имеет прямое напряжение светодиода

Если изучить стандартную вольт-амперную характеристику светодиода, можно заметить на ней несколько характерных точек:

  1. В точке 1 p-n переход начинает открываться. Через него начинает идти ток и LED начинает светиться.
  2. При увеличении напряжения ток достигает рабочего значения (в данном случае 20 мА), и в точке 2 напряжение является рабочим для данного LED, яркость свечения становится оптимальной.
  3. При дальнейшем увеличении напряжения ток растет, и в точке 3 достигает своего максимально допустимого значения. После этого он быстро выходит из строя, а кривая ВАХ растет только теоретически (штриховой участок).

Надо заметить, что после окончания перегиба и выхода на линейный участок ВАХ имеет большую крутизну, что ведет к двум последствиям:

  • при увеличении тока (например, при неисправности драйвера или отсутствии балластного резистора) напряжение растет слабо, поэтому можно говорить о постоянном падении напряжения на p-n переходе, независимо от рабочего тока (эффект стабилизации);
  • при небольшом увеличении напряжения ток растет быстро.

Поэтому заметно увеличивать напряжение на элементе относительно рабочего нельзя.

На сколько вольт бывают светодиоды

Параметры светодиодов большей частью зависят от материала, из которого изготовлен p-n переход, хотя часть характеристик все же зависит от конструктива. Типовые значения рабочего напряжения и цвет свечения для маломощных элементов при токе 20 мА сведены в таблицу:

26.05.2010, 02:52 1
Материал Цвет свечения Диапазон прямых напряжений, В
GaAs, GaAlAs Инфракрасный 1,1 – 1,6
GaAsP, GaP, AlInGaP Красный 1,5 – 2,6
GaAsP, GaP, AlInGaP Оранжевый 1,7 – 2,8
GaAsP, GaP, AlInGaP Желтый 1,7 – 2,5
GaP, InGaN Зеленый 1,7 – 4
ZnSe, InGaN Голубой 3,2 – 4,5
Люминофор Белый 2,7 – 4,3

Мощные осветительные светодиоды работают при больших токах. Так, кристалл популярного LED 5730 предназначен для длительной эксплуатации при токе 150 мА. Но из-за крутой ВАХ, стабилизирующей падение напряжения, его Uраб составляет около 3,2 В, что укладывается в указанное в таблице значение.

Как определить напряжение светодиода

Самый очевидный метод определения напряжения полупроводникового прибора – это использовать регулируемый источник питания. Если блок питания регулируется с нуля и при этом возможен контроль тока (а еще лучше – его ограничение), то больше ничего не нужно.

Надо подключить LED к источнику, строго соблюдая полярность. Дальше надо плавно поднимать напряжение (до 3..3,5 В). При определенном напряжении светодиод вспыхнет в полную силу. Этот уровень будет примерно соответствовать рабочему току, который можно считать по амперметру. Если у прибора нет встроенного амперметра, то крайне желательно контролировать ток по внешнему прибору.

Такой метод применим к приборам оптического диапазона. Свечение УФ- и ИК-светодиодов не видно человеческим зрением, но в последнем случае можно наблюдать за включением LED через камеру смартфона. Таким методом можно отследить появление инфракрасного излучения.

Важно! При подъеме напряжения не превышать предел 3..3,5 В! Если светодиод при таких условиях не горит, возможна неверная полярность подключения прибора. Он может выйти из строя из-за превышения предела обратного напряжения.

Если регулируемого источника нет, можно взять обычный блок питания с фиксированным выходом, заведомо превышающим предполагаемое напряжение светодиода. Или даже батарейку на 9 В, но в этом случае можно будет проверить только светодиод небольшой мощности. К светоизлучающему элементу надо последовательно припаять резистор так, чтобы ток в цепи не превысил верхний предел. Если предполагается, что LED маломощный и работает при токе не более 20 мА, то для источника с выходным напряжением 12 В резистор должен быть около 500 Ом. Если используется мощный осветительный прибор (например, типоразмера 5730) с током 150 мА (батарейка такой ток обеспечит не всегда), то резистор должен быть около 10 Ом. Надо подключить цепочку к источнику постоянного напряжения, убедиться в зажигании LED и замерить падение напряжения на нем.

Существуют и альтернативные способы узнать, на сколько вольт рассчитан светодиод .

Мультиметром

У некоторых мультиметров напряжение, подаваемое на клеммы в режиме тестирования диодов, достаточно велико для зажигания LED. Такой измерительный прибор можно использовать для определения рабочего напряжения светодиода, одновременно проверяя цоколевку полупроводникового элемента. При верном подключении p-n переход начнет светиться, а тестер покажет какое-то сопротивление (зависит от типа LED). Проблема этого метода в том, что для замера фактического значения Uрабочего на выводах светодиода потребуется второй мультиметр. И другой момент: измерительного напряжения мультиметра вряд ли будет достаточно для вывода светодиода в рабочую точку по току. Визуально это заметно по недостаточно яркому свечению, а для замеров это будет означать, что светодиод не вышел на линейную часть ВАХ и фактическое значение рабочего напряжения будет выше.

По внешнему виду

Рабочее напряжение приблизительно можно оценить по внешнему виду и цвету свечения LED (иногда цвет можно определить даже не подавая питание на прибор). Для этого можно воспользоваться таблицей, приведенной выше. Но однозначно определить напряжение по цвету свечения светодиода не получится. Зачастую производители подкрашивают компаунд, чтобы цвет излучения p-n перехода сложился с цветом линзы и получился новый оттенок. К тому же даже в пределах одного цвета существует разброс параметров (см. таблицу) для светодиодов разных типов. Так, для LED белого свечения разница напряжений может достигать более 50%.

Как узнать на какое напряжение рассчитан светодиод

Все вышесказанное относится к обычным LED, работающим без дополнительных встроенных элементов. Существующие технологии позволяют встраивать в корпус прибора добавочные комплектующие. Например, гасящие резисторы. Так получают светодиоды на большее напряжение – 5,12 или 220 В. Визуально определить напряжение зажигания таких приборов практически невозможно. Поэтому остается один путь.

Если предыдущие способы не дали результата и есть уверенность, что LED исправен, надо пробовать подавать на него повышенное напряжение. Сначала 5 В, потом увеличить напряжение до 12 В, если результата нет – можно попробовать повышать далее, вплоть до 220 В. Но до таких величин лучше не экспериментировать – это напряжение опасно для человека. Кроме того, в случае ошибки можно получить разрушение корпуса светодиода. При этом может произойти небольшой хлопок, оплавление изоляции проводов, возгорание и т.д. В настоящее время технологии шагнули далеко вперед, и светодиод стоит не настолько дорого, чтобы из-за него рисковать оборудованием и здоровьем.

Источник

Читайте также:  Автомобильные светодиодные лампы ближнего света h11

Свет и его значения © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.