Как устроена лампа светодиодная – Светодиодные лампы:устройство, принцип работы,принципиальная схема,виды,характеристики

При покупке слегка постучите по радиатору металлическим предметом. По звуку можно определить, какой использован материал.

Интенсивность свечения

Диммируемые лампы (светодиодные лампы работающие с диммером) можно регулировать по яркости, приглушая или добавляя света. О том, что лампочка способна на это, скажет пиктограмма в виде регулятора, на упаковке.

Заключение

Если Вы задаётесь вопросом: «Что я могу сделать для окружающей среды?», одним из ответов может быть переход на LED-оборудование! Будущее – за светодиодными лампами! Они бережно расходуют ресурсы, безопасны, просты в утилизации и экономически выгодны своему владельцу. К тому же заоблачные цены на них, будут снижаться с наращиванием объёмов производства. Уже сейчас стоимость LED приближается к обычной энергосберегающей.

Видео на тему

Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

Задача снижения количества потребляемой энергии перестала быть только технической проблемой и перешла в область стратегического направления политики государств. Для рядового потребителя эта титаническая борьба выливается в то, что его просто насильно заставляют переходить от привычной и простой как яйцо лампы накаливания к другим источникам света. Например, к светодиодным лампам. Для большинства людей вопрос о том, как устроена светодиодная лампа сводится только к возможности ее практического применения – можно ли ее вкрутить в стандартный патрон и подключить к бытовой сети 220 вольт. Небольшой экскурс по принципам ее действия и устройству поможет сделать вам осознанный выбор.

Почему она светит?

Принцип работы светодиодной лампы основан на гораздо более сложных физических процессах, чем той, которая испускает свет посредством раскаленной металлической нити. Он настолько интересен, что есть смысл познакомиться с ним поближе. В его основе феномен испускания света, возникающем в точке соприкосновения двух разнородных веществ при прохождении через них электрического тока.

Самое парадоксальное в этом то, что материалы, используемые для провокации эффекта излучения света, вообще не проводят электрического тока. Один из них, например, кремний – вещество вездесущее и перманентно попираемое нашими ногами. Эти материалы пропустят ток, да и то в одну сторону (потому они и названы полупроводниками), только если их соединить вместе. Для этого в одном из них должны преобладать положительно заряженные ионы (дырки), а в другом – отрицательные (электроны). Их наличие или отсутствие зависит от внутренней (атомной) структуры вещества и неспециалисту не стоит заморачиваться вопросом разгадывания их природы.
Возникновение электрического тока в соединении веществ с преобладанием дырок или электронов – только половина дела. Процесс перехода одного в другое сопровождается выделением энергии в виде тепла. Но в середине прошлого века были найдены такие механические соединения веществ, у которых выделение энергии сопровождалось еще и свечением. В электронике устройство, которое пропускает ток в одном направлении, принято называть диодом. Полупроводниковые приборы, созданные на основе материалов, которые умеют испускать свет, названы светодиодами.
Первоначально эффект испускания фотонов из соединения полупроводников был возможен лишь в узкой части спектра. Они светились красным, зеленым или желтым. Сила этого свечения была чрезвычайно мала. Светодиод использовался лишь как индикаторная лампа очень долго. Но сейчас найдены материалы, соединение которых излучает свет гораздо большей силы и в широком диапазоне, почти полном видимом спектре. Почти, потому что какая-то длина волны в их свечении преобладает. Поэтому есть лампы с преобладанием синего (холодного) и желтого или красного (теплого) свечения.

Теперь, когда вам в общих чертах понятен принцип работы светодиодной лампы, можно перейти к ответу на вопрос про устройство светодиодных ламп на 220 В.

Конструкция ламп на светодиодах

Внешне источники света, использующие эффект испускания фотонов при прохождении электрического тока через полупроводник, почти не отличаются от ламп накаливания. Главное то, что у них есть привычный металлический цоколь с резьбой, который в точности повторяет все типоразмеры ламп накаливания. Это позволяет ничего не менять в электрооборудовании помещения для их подключения.
Однако внутреннее устройство светодиодной лампы 220 вольт очень сложное. Она состоит из следующих элементов:

1) контактного цоколя;

2) корпуса, одновременно играющего роль радиатора;

3) платы питания и управления;

4) платы со светодиодами;

5) прозрачного колпака.

Плата питания и управления

Разбираясь как устроены светодиодные лампы 220 вольт, в первую очередь стоит понять, что полупроводниковые элементы не могут быть запитаны от переменного тока и напряжения такой величины. Иначе они попросту сгорят. Поэтому в корпусе этого источника света обязательно находится плата, которая снижает напряжение и выпрямляет ток.
От устройства этой платы во многом зависит долговечность лампы. Точнее, какие элементы стоят на ее входе. В дешевых, кроме резистора перед выпрямляющим диодным мостом, ничего нет. Нередко случаются чудеса (обычно в лампах из Поднебесной), когда нет даже этого резистора и диодный мост напрямую подключен к цоколю. Такие лампы светят очень ярко, но срок их службы чрезвычайно низок, если они не подключены через стабилизирующие устройства. Для этого можно использовать, например, балластные трансформаторы.

Наиболее распространены схемы, в которых в цепи питания управляющей схемы лампы создан сглаживающий фильтр из резистора и конденсатора. В самых дорогих светодиодных лампах блок питания и управления построен на микросхемах. Они хорошо сглаживают броски напряжений, но их рабочий ресурс не слишком высок. В основном, из-за невозможности наладить эффективное охлаждение.

Плата светодиодов

Как бы ученые ни старались, изобретая все новые вещества с высокой эффективностью излучения в видимой части спектра, принцип работы светодиодной лампы остается прежним, и каждый её отдельный светящийся элемент очень слаб. Чтобы достичь требуемого эффекта, их группируют по несколько десятков, а иногда и сотен штук. Для этого используется плата из диэлектрика, на которую нанесены металлические токопроводящие дорожки. Она очень похожа на те, что используются в телевизорах, материнских платах компьютеров и других радиотехнических устройствах.
Плата светодиодов выполняет еще одну важную функцию. Как вы уже заметили, в блоке управления нет понижающего трансформатора. Поставить его, конечно, можно, но это приведет к увеличению габаритов лампы и ее стоимости. Проблема понижения питающего напряжения до номинала, являющегося безопасным для светодиода, решается просто, но экстенсивно. Все светящиеся элементы включены последовательно, как в елочной гирлянде. Например, если в цепь 220 вольт включить последовательно 10 светодиодов, то каждому достанется 22 V (правда, величина тока при этом останется прежней).
Недостатком этой схемы является то, что перегоревший элемент обрывает всю цепь и лампа перестает светить. У нерабочей лампы из десятка светодиодов могут быть неисправными лишь один или два. Есть умельцы, которые перепаивают их и живут спокойно дальше, но большинство неискушенных пользователей выбрасывают всё устройство на помойку.

Кстати, утилизация светодиодных ламп – отдельная головная боль, поскольку смешивать их с обычным бытовым мусором нельзя.

Прозрачный колпак

В основном этот элемент играет роль защиты от пыли, влаги и шаловливых ручек. Однако есть у него и утилитарная функция. Большинство колпаков светодиодных ламп выглядят матовыми. Это решение могло бы показаться странным, ведь сила излучения светодиода ослабляется. Но его полезность для специалистов очевидна.
Колпак матовый потому, что на его внутреннюю стороны нанесен слой люминофора – вещества, начинающего светиться под воздействием квантов энергии. Казалось бы, тут, что называется, масло масляное. Но люминофор имеет спектр излучения в несколько раз более широкий, чем у светодиода. Он приближен к естественному солнечному. Если оставить светодиоды без такой «прокладки», то от их свечения глаза начинают уставать и болеть.

В чем выгода таких ламп

Теперь, когда вы уже многое знаете о том, как работает светодиодная лампа, стоит остановиться и на ее преимуществах. Главное и бесспорное – низкое энергопотребление. Десяток светодиодов дает излучение той же силы, что и традиционная лампа накаливания, но при этом полупроводниковые приборы потребляют в несколько раз меньше электричества. Есть и еще одно преимущество, но оно не столь очевидно. Лампы с таким принципом работы более долговечны. Правда, при условии, что питающее напряжение будет максимально стабильно.

Нельзя не упомянуть и о недостатках таких ламп. В первую очередь это касается спектра их излучения. Он значительно отличается от солнечного – того, что человеческий глаз привык воспринимать тысячелетиями. Поэтому для дома выбирайте те лампы, которые светят желтым или красноватым (теплым) и имеют матовые колпаки.

Что нужно знать о светодиодных лампах

Чем светодиодные лампы отличаются от других

Как следует из названия, источником света в светодиодных лампах являются миниатюрные электронные устройства — светодиоды. В привычных лампах накаливания свет излучается раскалённой металлической спиралью. В энергосберегающих лампах свет испускается люминофором, который нанесён на внутреннюю поверхность стеклянной трубки. В свою очередь, люминофор светится под действием газового разряда.

Прежде чем переходить собственно к светодиодным лампам, кратко рассмотрим особенности каждого вида ламп.

Лампа накаливания устроена очень просто: спираль из тугоплавкого металла закреплена внутри прозрачной стеклянной колбы, из которой откачан воздух. Проходя через спираль, электрический ток разогревает её до высокой температуры, при которой металл ярко светится.

Достоинством таких ламп является низкая цена. Однако она компенсируется столь же низким коэффициентом полезного действия: в видимый свет превращается менее 10% расходуемой лампочкой электроэнергии. Остальная часть бесполезно рассеивается в виде тепла — лампочка при работе сильно нагревается. К тому же срок службы устройства очень невелик и составляет примерно 1 000 часов.

Компактная люминесцентная лампа, или КЛЛ (это точное название энергосберегающей лампы), при той же яркости света расходует примерно в пять раз меньше электроэнергии, чем лампа накаливания. КЛЛ дороже и имеют несколько существенных для потребителя недостатков:

• довольно долго (несколько минут) разгораются после включения;
• лампа с её изогнутой стеклянной колбой выглядит неэстетично;
• свет КЛЛ мерцает, что утомительно для зрения.

Светодиодная лампа представляет собой несколько светодиодов, смонтированных в одном корпусе с блоком питания. Без блока питания не обойтись: для работы светодиодам требуется питание постоянным током с напряжением 6 или 12 В, в бытовой электросети — переменный ток с напряжением 220 В.

Корпус лампы чаще всего выполнен в виде привычной «груши» с винтовым цоколем. Благодаря этому светодиодные лампы без проблем устанавливаются в обычный патрон.

В зависимости от используемых светодиодов цвет излучения светодиодных ламп может быть разным. В этом одно из их преимуществ.

Преимущества светодиодных ламп:

• очень малое энергопотребление — в среднем в восемь раз меньше, чем у ламп накаливания аналогичной яркости;
• очень большой срок службы — работают в 25–30 раз дольше ламп накаливания;
• почти не греются;
• цвет излучения — на выбор;
• стабильная яркость освещения при колебаниях напряжения питания.

Главное достоинство светодиодных ламп — это экономичность. Предполагается, что за счёт малого энергопотребления и большого срока службы светодиодные лампы позволят заметно снизить расходы на освещение.

Цена светодиодных ламп на момент написания статьи была примерно в три раза выше, чем у обычных. Следовательно, в денежном измерении они оказываются в 50–100 раз экономичнее. Разумеется, эта экономия будет достигнута при условии, что лампа полностью отработает обещанный срок службы и не сгорит раньше времени.

Недостатки светодиодных ламп ограничивают область их применения:

• неравномерное светораспределение — блок питания, встроенный в корпус, затеняет световой поток;
• матовая колба выглядит некрасиво в стеклянных и хрустальных светильниках;
• яркость свечения, как правило, нельзя изменять с помощью диммера;
• непригодны для использования при очень низких (на морозе) и высоких (в парилках, саунах) температурах.

Что нужно учитывать при выборе светодиодной лампы

У светодиодных ламп много характеристик. Это делает задачу правильного выбора сложнее. Давайте разберёмся, что именно обозначают различные характеристики.

Напряжение питания

Если в вашей квартире или доме нестабильное напряжение, нужно выбирать лампы, способные работать в широком диапазоне напряжений. Это всегда указывается на упаковке. В отличие от ламп накаливания светодиодные лампы при пониженном напряжении горят так же ярко, как и при нормальном.

Цвет излучения

Цвет характеризуется цветовой температурой, которая измеряется в кельвинах: с повышением цветовой температуры свет меняется от жёлтого к голубому. В большинстве случаев цвет излучения указан на упаковке и корпусе лампы в градусах и словами:

• тёплый (2 700 К) — примерно соответствует излучению лампы накаливания;
• тёплый белый (3 000 К) — считается оптимальным для жилых помещений;
• холодный белый (4 000 К) — для офисов и производственных помещений; близок к дневному свету.

Существуют лампы с изменяемым цветом: при переключении режима спектр излучения такой лампы меняется.

Нужно иметь в виду, что многие люди плохо воспринимают голубую часть спектра, поэтому холодный свет ламп будет казаться им тусклым. Так что, если вы решили установить у себя дома лампы с холодным спектром, выбирайте их с запасом по мощности.

Мощность

На упаковке светодиодных ламп указывается их световой поток и мощность аналогичных по яркости ламп накаливания. Реальная потребляемая мощность светодиодных ламп в среднем в 6–8 раз меньше. Например, светодиодная лампа мощностью 12 Вт светит так же ярко, как обычная 100-ваттная лампочка. Этим соотношением можно пользоваться, когда подбираете светодиодную лампу на замену лампе накаливания.

Однако здесь вас может подстерегать неприятный сюрприз: заявленная мощность может не соответствовать фактической, и лампа будет светить слабее, чем ожидается.

Кроме того, со временем яркость светодиодов уменьшается. Не исключено, что лампочку придётся менять задолго до истечения срока её службы из-за того, что она стала светить слишком слабо.

Другие важные моменты

• Габариты. Светодиодные лампы по размерам чуть больше аналогичных ламп накаливания. Поэтому в маленьких плафонах могут элементарно не поместиться.
• Если ваш светильник включается через диммер, нужны соответствующие лампочки. На упаковке должно быть указано, что лампа регулируемая.
• Индекс цветопередачи светодиодных ламп невелик: это значит, что они несколько искажают визуальное восприятие цветов. В некоторых случаях, например при фотографировании со светодиодным светом, это может быть важно.

Стратегия перехода на светодиодные лампы

Потенциальная экономия не должна заставить вас потерять голову. Не спешите бежать в магазин и покупать лампочки сразу для всех светильников в доме. Целесообразно руководствоваться двумя принципами.

1. Заменять только лампы с высокой мощностью — 60 Вт и более. Экономия от замены маломощных ламп будет невелика, и стоимость новой лампы может не окупиться.
2. Заменять лампы в светильниках, время горения которых в течение суток наибольшее: например, в люстрах в жилых комнатах. Бессмысленно менять лампочку в какой-нибудь подсобке, свет в которой зажигается от случая к случаю и ненадолго.

Не стоит ожидать, что расход электроэнергии уменьшится в разы.

Основные потребители электроэнергии в быту — разного рода нагревательные приборы: утюг, электрочайник, стиральная машина и особенно электроплита. По словам нескольких опрошенных людей, счёт за электроэнергию после перехода на светодиодные лампы уменьшается где-то на 15–25%.

Ещё один совет: не покупайте сразу много ламп одной марки, сначала возьмите одну-две на пробу. Дело в том, что лампы с одинаковой цветовой температурой разных производителей могут сильно отличаться по испускаемому свету. Вдруг спектр именно этих ламп вам будет неприятен? Лучше попробовать.

Заключение

Светодиодные лампы, по сравнению с традиционными лампами накаливания, — это принципиально новое решение для освещения.

Ещё несколько лет назад они были очень дорогой технической новинкой, но сегодня их цена уже сопоставима с ценой других видов ламп. Что касается характеристик, то по ним светодиодные лампы заметно превосходят прежние осветительные приборы. Вердикт однозначен: переход на светодиодные лампы вполне оправдан.

Как устроена светодиодная лампа

Разберём светодиодную лампу на примере «jazzway». Эта лампа потребляет 7 Вт, являясь световым эквивалентом лампы накаливания мощностью 60 Вт.

Корпус лампы изготовлен из пластика. В корпусе предусмотрены вентиляционные отверстия (хотя нагрев устройства при эксплуатации весьма незначителен). Таким образом, это устройство не является герметичным и предназначено исключительно для эксплуатации в помещениях в открытых плафонах.  Верхняя часть — полусферический рассеиватель из матового пластика. Рассеиватель крепится к корпусу на защёлках с добавлением клея.

Светоизлучающим элементом являются 28 светодиодов SMD, расположенных на диске. Питание светодиодов осуществляется напряжением 300 В постоянного тока. Светодиоды соединены последовательно, таким образом каждому светодиоду достаётся по 10,7 В. Чтобы добраться до преобразователя придётся отпаять питающие провода и отвинтить диск (крепится на трёх шурупах). Отделить цоколь от корпуса не удалось — он прочно опрессован.

Между цоколем и диском расположена алюминиевая трубка, скорее всего выполняющая функцию радиатора. Преобразователь напряжения расположен в цоколе и закреплён термоклеем. Как уже было сказано, преобразователь даёт на выходе около 300 вольт постоянного тока.

Читайте также: Разветвители для светодиодных ламп

устройство и принцип работы. Как устроены светодиодные лампы

Появление светодиодных или LED-ламп способствовало началу нового этапа в индустрии освещения. Совсем недавно такие осветительные приборы представляли огромную редкость, а сейчас огромный ассортимент различных светодиодных светильников выставляют все крупные магазины. Светодиод, в отличие от обычной лампы накаливания, имеет свою схему запуска.

Она устанавливается в самой лампочке, между имитацией колбы и патроном. Поэтому это место делают непрозрачным. Добраться до платы с диодами не так и сложно, но некоторые усилия для разборки понадобятся. Хоть опыт и показывает, что большинство производителей используют для этого схожие модели пусковых устройств, небольшие различия все же остаются.

Друзья приветствую всех на сайте «Электрик в доме». Сегодня хочу предоставить вам обзор внутренностей светодиодных ламп, которые я заказывал на Алиэкспресс. Лампа состоит из 72 диодов. В ней используются SMD-cвeтoдиoды, известные также под названием Surface Mounting Device. Давайте приступим к разборке, думаю, вам также будет очень интересно.

Принцип работы светодиодной лампы

Выпускаемые светодиодные лампочки на 220В могут отличаться между собой внешним дизайном, но принцип внутреннего устройства сохраняется для всех моделей. Излучение света в лампах выполняется светодиодами, число и размеры кристаллов которых может варьироваться в зависимости от мощности и возможностей охлаждения. Их цветовой спектр задается веществом, входящим в структуру каждого кристаллика.

Чтобы добраться до пускового драйвера, необходимо аккуратно снять защитную «юбочку» лампы. Под ней откроется печатная плата либо монтажная сборка из соединенных между собой радиоэлементов. На входе драйвера расположен диодный мост, подключенный к электрическому цоколю лампы, контактирующему с патроном. Благодаря ему переменное питающее напряжение выпрямляется в постоянное, поступает на плату и через нее подается к светодиодам.

Чтобы лучше рассеять излучаемый поток и защитить кристаллы от прикосновений, а также избежать их контакта с посторонними предметами, снаружи устанавливается рассеивающее защитное стекло (прозрачная пластмассовая колба). Поэтому своим внешним видом они очень напоминают традиционные источники света.

Для вкручивания лампочки в патрон их цоколи выполняют стандартных размеров Е14, Е27, Е40 и т.д. Это позволяет использовать Led лампы в домашней сети не прибегая к каким либо изменениям в электропроводке.

Конструкция и назначение частей лампы

Каждая светодиодная лампа состоит из следующих частей:

#1 . Рассеивателя – специальной полусферы, увеличивающей угол и равномерно разбрасывающей направленный пучок светодиодного излучения. В большинстве случаев элемент производится из прозрачных и полупрозрачных пластиков либо матированного поликарбоната. За счет этого изделия не разбиваются при падении. Элемент отсутствует лишь в аналогах люминесцентных ламп, там его заменяет специальный отражатель. В приборах со светодиодами нагрев полусферы незначителен и в несколько раз меньше, чем в обычных нитевидных электролампах.

#2 . Светодиодных чипов – основных составляющих ламп нового поколения. Они устанавливаются как по одному, так и десятками. Их число зависит от конструктивных особенностей изделия, его размеров, мощности и наличия приспособлений для отвода тепла. У хороших производителей не практикуется экономить на качестве светодиодных матриц , так как именно они определяют все рабочие параметры излучателя и продолжительность его эксплуатации. Однако в мире такие компании можно пересчитать по пальцам. Диоды же в матрицах взаимосвязаны, и при отказе одного выходит из строя вся лампа.

#3 . Печатной платы . При их изготовлении используются анодированные алюминиевые сплавы, способные эффективно отвести тепло на радиатор, что создаст оптимальную температуру для бесперебойной работы чипов.

#4 . Радиатора , который отводит тепло от печатной платы с утопленными в ней светодиодами. Для отливки радиаторов тоже выбирается алюминий и его сплавы, а также специальные формы с большим количеством отдельных пластин, помогающих увеличить теплоотводящую площадь.

#5 . Конденсатора , убирающего пульсацию по напряжению , подаваемому на кристаллы светодиодов с драйверной платы.

#6 . Драйвера , сглаживающего, уменьшающего и стабилизирующего входное напряжение электрической сети. Без этой миниатюрной печатной платы не обходится ни одна светодиодная матрица. Различают выносной и встраиваемый драйвер. Большинство современных ламп оснащается встраиваемыми устройствами, которые монтируются непосредственно в их корпусе.

#7 . Полимерного основания , вплотную упирающегося в цокольную часть, защищая корпус от электрических пробоев, а меняющих лампочки — от случайного поражения электрическим током.

#8 . Цоколя , обеспечивающего подключение к патронам. Обычно при его изготовлении используют латунь, покрытую никелем. Это гарантирует хороший контакт и долговременную коррозионную защиту.

Также существенным отличием светодиодных приборов от их обычных прототипов стало расположение зоны максимального нагрева. У остальных типов излучателей распространение тепла происходит от внешней стороны поверхности. Светодиодные кристаллы нагревают свою печатную плату с внутренней стороны. Поэтому им требуется своевременное отведение тепла изнутри лампы, а это конструктивно решается путем установки охлаждающих радиаторов.

Устройство лампы типа «кукуруза»

Лампу, которую мы сегодня будем разбирать, почему то все называют «кукуруза». Хотя глядя на внешний вид сходство действительно есть. Заказывал я целый набор таких ламп освещения для софт бокса. Кто еще не видел — есть видео на Ютуб канале.

Внешнее обеспечивает открытый доступ к диодам и в случае выхода из строя их можно легко прозвонить мультиметром и определить неисправный диод.

Лампа состоит из десяти боковых пластин с шестью светодиодами на каждой пластине. Плюс на верхней крышке напаяно еще 12 диодов. В сумме получается 72 диода.

Давайте преступим к разборке этого чуда, чтобы поскорей увидеть внутренности. Перед тем необходимо внимательно осмотрев корпус, и понять какие части соединяются между собой.

На верхней крышке видно части видно стыкующиеся детали, крышка имеет пазы. Ее то мы и будем снимать. Для этого берем тонкую отвертку или ножик и аккуратно поддеваем крышку равномерно по всему периметру.

Как видно на фото внутри практически ничего нет. Драйвер крепится к стенке на двухсторонний скотч. Боковые пластины можно легко вытащит из пазов. Вокруг много соединительных проводов.

В глубине видны провода, по которым подается напряжение 220 Вольт от цоколя на вход драйвера. С драйвера выходит два провода (красный и белый). К ним подключаются светодиоды.

Решил я замерить напряжение на выходе драйвера. Мультиметр показывает напряжение 77 Вольт (постоянного тока). Схема подключения всех диодов выполнена параллельно-последовательная. Группа из трех параллельно подключенных диодов подключается последовательно с другой группой и т.д. Всего получается 24 «звена» по «три диода».

Вот такое простое устройство светодиодной лампы 220 Вольт типа «кукуруза ».

как работает лампа, технические характеристики и история ее создания

Светодиод представляет собой двухпроводный полупроводниковый источник света. Когда подходящий ток подается на выводы, электроны способны рекомбинировать с электронными дырами внутри устройства, выделяя энергию в виде фотонов. Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света определяется зазором энергетической зоны полупроводника.

Что такое светодиод

Светоизлучающий диод является оптоэлектронным устройством, способным излучать свет, когда через него проходит электрический ток. Светоизлучающий диод только пропускает электрический ток в одном направлении и производит некогерентное монохроматическое или полихроматическое излучение от преобразования электрической энергии.

Он имеет несколько производных:

Из-за световой эффективности светодиоды на современном этапе представляют собой 75% рынка внутреннего и автомобильного освещения. Они используются при строительстве телевизоров с плоским экраном, а именно: для подсветки ЖК-экранов или источника электроэнергии. Используются в качестве основного освещения в OLED-телевизорах.

Первые светодиоды, поступившие в продажу, производили инфракрасный, красный, зеленый, а затем желтый свет. Выход синего светодиода, связанный с техническим и монтажным прогрессом, позволяет покрыть диапазон длины волны излучения, простирающийся от ультрафиолетового (350 нм) до инфракрасного (2 тыс. нм), который отвечает многим потребностям. Многие устройства оснащены составными светодиодами (три в одном компоненте: красный, зеленый и синий) для отображения многих цветов.

Светодиодная лампа

Светодиодные лампы — это светотехнические изделия для бытового, промышленного и уличного освещения, в которых источником света являются светодиоды. По сути это набор светодиодов и схемы питания для преобразования сетевой энергии на постоянный ток низкого напряжения.

Светодиодный светильник представляет собой отдельное и самостоятельное устройство. Его корпус чаще всего индивидуален по конструкции и специально спроектирован под различные источники освещения. Большое количество ламп и их малый размер позволяют расположить их в разных местах, собирать панели, использовать для подсветки дисплеев, телевизоров .

Освещение общего назначения требует белого света. Принцип работы светодиодной лампы основан на излучении света в очень узком диапазоне длин волн: то есть, с цветовой характеристикой энергии полупроводникового материала, который используется для изготовления светодиодов. Для излучения белого света от светодиодной лампы надо смешивать излучения от красного, зеленого и синего светодиодов или использовать люминофор для преобразования частей света в другие цвета.

Один из методов — RGB (red, green, Blue), это использование нескольких светодиодных матриц, каждая из которых излучает различную длину волн, в непосредственной близости, для создания общего белого цвета.

История создания первых ламп

Первое излучение света полупроводником датируется 1907 годом и было открыто Генри Джозефом Раундом. В 1927 году Олег Владимирович Лосев подал первый патент на то, что впоследствии будет называться светоизлучающим диодом.

В 1955 году Рубин Браунштейн обнаружил инфракрасное излучение арсенида галлия — полупроводник, который позже будет использоваться Ником Холоньяком-младшим и С. Беваккой для создания первого красного светодиода в 1962 году. В течение нескольких лет исследователи ограничились некоторыми цветами, такими как красный (1962), желтый, зеленый и более поздний синий (1972).

Вклад японских ученых

В 1990-х годах исследования Shuji Nakamura и Takashi Mukai of Nichia в полупроводниковой технологии InGaN позволили создать синие светодиоды высокой яркости, а затем адаптироваться к белым, добавив желтый люминофор. Это продвижение позволило использовать новые крупные приложения, такие как освещение и подсветка телевизионных экранов и ЖК-экранов. 7 октября 2014 года Шудзи Накамура, Исаму Акасаки и Хироши Амано получили Нобелевскую премию по физике за работу над голубыми светодиодами.

Принцип работы устройства

Когда диод смещен вперед, электроны быстро движутся через соединение. Они постоянно объединяются, удаляя друг друга. Вскоре, после того как электроны начинают движение от n-типа к кремнию p-типа, диод соединяется с отверстиями, а затем исчезает. Следовательно, он делает полный атом более стабильным и дает небольшой импульс энергии в виде фотона света.

Принцип образования световой волны

Чтобы разобраться как устроен светодиод, необходимо узнать о его материалах и их свойствах. Светодиод представляет собой специализированную форму PN-перехода, которая использует составное соединение. Составным должен быть полупроводниковый материал, используемый для соединения. Обычно используемые материалы, включая кремний и германий, являются простыми элементами, и соединение, изготовленное из этих материалов, не излучает свет. Что же касается таких полупроводников, как арсенид галлия, фосфид галлия и фосфид индия — они являются составными, и соединения из этих материалов излучают свет.

Эти составные полупроводники классифицируются по валентным зонам, которые занимают их составляющие. Арсенид галлия имеет валентность трех, а мышьяк — валентность пяти. Это и называют полупроводником группы III-V. Существует ряд других полупроводников, которые соответствуют обозначенной категории. Есть полупроводники, которые образуются из материалов группы III-V.

Светоизлучающий диод излучает свет, когда он смещен вперед. Когда напряжение накладывается на соединение, чтобы заставить его смещаться вперед, ток течет, как и в случае любого PN-соединения. Отверстия из области р-типа и электроны из области n-типа входят в соединение и рекомбинируют, как нормальный диод, чтобы обеспечить протекание тока. Когда это происходит, выделяется энергия.

Обнаружено, что большая часть света получается из области перехода ближе к области Р-типа. Конструкция диодов выполнена таким образом, что эта область располагается как можно ближе к поверхности устройства для поглощения конструкцией минимального количества света.

Чтобы получить свет, который можно увидеть, соединение следует оптимизировать, а материалы должны быть правильными. Чистый арсенид галлия выделяет энергию в инфракрасной части спектра. Для приведения световой эмиссии алюминий добавляется к полупроводнику в видимый красный спектр с последующим получением арсенида аргицида галлия (AlGaAs). Можно добавить и фосфор, чтобы получить красный свет. Для других цветов используются иные материалы. Например, фосфид галлия дает зеленый свет, а фосфид алюминия кальция используется для получения желтого и оранжевого света. Большинство светодиодов основаны на галлиевых полупроводниках.

Квантовая теория

Поток тока в полупроводниках обусловлен обоими потоками свободных электронов в противоположном направлении. Следовательно, будет рекомбинация из-за потока этих носителей заряда.

Рекомбинация показывает, что электроны в зоне проводимости спускаются к валентной зоне. Когда они перескакивают из одной полосы в другую, то излучают электромагнитную энергию в виде фотонов, а энергия фотона равна запрещенной энергетической щели.

Отображено математическое уравнение:

Eq = hf

H известна как постоянная Планка, а скорость электромагнитного излучения равна скорости света. Частотное излучение связано со скоростью света как f = c / λ. λ обозначается как длина волны электромагнитного излучения, а уравнение станет таким:

Eq = he / λ

Исходя из этого уравнения можно понять, как работает светодиод, основываясь на том, что длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна запрещенной щели. В целом полное излучение электромагнитной волны при рекомбинации имеет вид инфракрасного излучения. Невозможно увидеть длину волны инфракрасного излучения, потому что она находится вне видимого диапазона.

Инфракрасное излучение называется теплотой, потому что кремний и германиевые полупроводники не являются прямыми щелевыми полупроводниками, а относятся к непрямым промежуточным разновидностям. Но в полупроводниках с прямым зазором максимальный уровень энергии валентной зоны и минимальный уровень энергии зоны проводимости не происходит одномоментно с электронами. Поэтому во время рекомбинации электронов и дырок происходит миграция электронов из зоны проводимости в валентную зону, и импульс электронной зоны будет изменен.

Преимущества и недостатки

Как и любое устройство светодиод также имеет ряд своих особенностей, основные преимущества и недостатки.

Главные преимущества выглядят так:

• Небольшие размеры: например, можно изготавливать светодиоды размером с пиксель (что открывает возможность использования диодов для создания экранов с высоким разрешением).
• Простота сборки на печатной плате, традиционная или CMS (компонент с поверхностным монтажом).
• Потребление электрической энергии ниже, чем у лампы накаливания, и того же порядка величины, что и люминесцентные лампы.
• Отличная механическая устойчивость.
• Собирая несколько светодиодов, можно добиться хорошего освещения с помощью инновационных форм.
• Продолжительность жизни (приблизительно от 20 000 до 50 000 часов), что намного дольше, чем обычная лампа накаливания (1 тыс. часов) или галогенная лампа (2 тыс. часов). Тот же порядок величины, что и у люминесцентных ламп (от 5 тыс. до 70 000 часов).
• Очень низкое напряжение, гарантия безопасности и легкость транспортировки. Для отдыхающих есть светодиодные фонарики, питаемые простым ручным динамомедленным движением («кривошипная лампа»).
• Световая инерция почти нулевая. Диоды включаются и выключаются за очень короткое время, что позволяет использовать при передаче сигналов ближнего (оптопары) или дальнего (оптического волокна) сигналов. Они сразу достигают своей номинальной силы света.
• Благодаря своей мощности классические 5-миллиметровые светодиоды едва нагреваются и не могут обжечь пальцы.
• Светодиоды RGB (красный-зеленый-синий) позволяют использовать цветные улучшения с неограниченными возможностями вариаций.

Из недостатков можно отметить такие:

• Светодиоды, как и любой электронный компонент, имеют максимальные пределы рабочей температуры, а также некоторые пассивные компоненты, составляющие их схему питания (например, химические конденсаторы, которые нагреваются в зависимости от среднеквадратичного тока). Теплоотдача компонентов светодиодных лампочек является фактором, ограничивающим увеличение их мощности, особенно в многочиповых сборках.
• По словам производителя Philips, световая эффективность некоторых светодиодов быстро падает. Температура ускоряет падение световой эффективности. Philips также указывает, что цвет может меняться на некоторых белых светодиодах и светится зеленым, когда они становятся старше.
• Процесс изготовления светодиода очень энергозатратный. Зная основные характеристики светодиодов, их преимущества и недостатки, можно сделать выбор — либо приобрести их, либо отказаться от покупки и пользоваться обыкновенными лампами накаливания. Однако учитывая экономичность такого освещения, стоит задуматься над тем, что оно может стать хорошей альтернативой привычным, более дешевым источникам света.

Схема подключения светодиодной лампы вместо люминесцентных

Схема подключения светодиодной лампы вместо люминесцентных пользуется популярностью — за последние годы LED-лампы практически вытеснили с рынка прочие изделия. Они отличаются экономичностью в потреблении энергии, но при этом работают намного лучше других. Конечно, светодиодные лампы стоят дороже газоразрядных (люминесцентных) устройств, но они служат в несколько раз дольше и отличаются ярким свечением.

Если в офисном помещении или в квартире уже установлена устаревшая лампа, то возникает необходимость ее заменить без демонтажа светильника. Для того, чтобы сделать это правильно, следует подробно рассмотреть процесс.

Замена люминесцентной лампы на светодиодную

Как функционирует светодиодная лампа?

Источником свечения в данном случае будет светоизлучающий диод, которые состоит из полупроводника с несколькими выходами – катодом, анодом и оптикой.

Когда электроток проходит по полупроводникам в одном направлении, происходит перераспределение носителей заряда. Этот процесс приводит к излучению фотонов (в результате перехода отрицательно зараженных частиц на следующий уровень).

Светодиодная лампа в качестве подсветки

Обратите внимание! В лампочке еще имеется драйвер – это особая схема, которая отвечает за подачу питания к излучающим свет диодам.

На стандартных схемах светоизлучающие диоды отмечаются со стрелками, что обозначает наличие оптического излучения. Кроме того, присутствует система остывания (радиатор), которая собирает излишки тепла. Еще есть и плафон, который препятствует потере света.

Производители выпускают большое количество LED-лампочек, которые имеют различную конфигурацию и мощность 220 В. Тем не менее, у этих моделей имеется одно и то же внутреннее устройство.

В этих лампочках за излучение света отвечают диоды, количество и габариты кристаллов которых отличается по степени мощности и особенностям радиатора. За спектр цветов отвечает жидкость, которая имеется внутри кристаллов.

Как устроена светодиодная лампочка

Обратите внимание! Для того чтобы увидеть микросхему конструкции, потребуется осторожно демонтировать внешнюю часть лампы. Под ней уже получится рассмотреть соединения радиоэлементов.

На входе к драйверу находится мостовая схема, которая подсоединяется к ламповому цоколю, соединенному с патроном. Именно благодаря такому устройство происходит выпрямление переменного напряжения, которое затем поступает на плату и к диодам.

С целью рассеивания светового потока и защиты поверхности кристаллов от негативного воздействия окружающей среды, с внешней стороны устанавливается стекло (колба из пластика). Поэтому, по внешнему виду светодиодные лампы мало чем отличаются от других изделий.

Эти лампочки, как и другие, вкручиваются в патрон с помощью цоколя. При этом цоколи у таких изделий тоже имеют стандартные габариты, поэтому их получится использовать в сети без каких-либо изменений электрических проводников.

Светодиодные лампы в «классическом» исполнении, причем показанная справа модель очень достоверно имитирует старую лампу накаливания

Как устроена светодиодная лампа на 220 В?

Это современный вариант LED-лампы, который производится по усовершенствованной технологии. Здесь светодиод цельный, имеется несколько кристаллов, поэтому не предполагается необходимость пайки множества контактов. Как правило, присоединяют только два контакта.

Таблица 1. Строение стандартной LED-лампы

Элемент	Описание
Рассеиватель	Элемент в виде «юбочки», который способствует равномерному распределению светового потока, исходящего от светодиода. Чаще всего этот компонент изготавливают из бесцветного пластика или матового поликарбоната.
Чипы светодиодов	Это главные элементы современных лампочек. Часто их устанавливают в большом количестве (боле 10 штук). Тем не менее, точное число будет зависеть от мощности светового источника, габаритов и особенности радиатора для поглощения тепла.
Пластина из диэлектрика	Изготавливается на основе анодированных сплавов алюминия. Ведь такой материал лучшим образом выполняет функцию отвода тепла к системе охлаждения. Все это позволяет создать нормальную температуру для бесперебойного функционирования чипов.
Радиатор (охлаждающая система)	Способствует отведению тепла от пластины из диэлектрика, где находятся светодиоды. Для изготовления подобных элементов тоже используют сплавы алюминия. Только здесь еще заливают его в особые формы, чтобы получить пластины. Это способствует увеличению площади для отвода тепла.
Конденсатор	Сокращает импульс, который возникает при подаче напряжения от драйвера к кристаллам.
Драйвер	Устройство, которое способствует нормализации входного напряжения электросети. Без такой маленькой детали не получится сделать современную матрицу светодиода. Эти элементы могут быть выносного или встроенного типа. Тем не менее, практически все лампы имеют встроенные драйвера, которые находятся внутри устройства.
Основание из ПВХ	Это основание прижато к цоколю лампочки, благодаря чему защищает от поражения током электриков, которые выполняют замену изделия.
Цоколь	Требуется, для того чтобы подключить лампу к патрону. Чаще всего его изготавливают из прочного металла — латуни с дополнительным покрытием. Это позволяет увеличить срок использования изделия и защитить от ржавчины.

Драйвер светодиодной лампочки

Еще одним отличием светодиодных ламп от других изделий является местонахождение зоны сильного нагрева. У других источников света происходит распространение тепла по всей внешней части, в то время как кристаллы светодиодов способствуют только нагреву внутренней платы. Именно поэтому возникает необходимость установки радиатора для быстрого отведения тепла.

Если возникает потребность сделать ремонт осветительного прибора с вышедшим из строя светодиодом, то его полностью заменяют. По внешнему виду эти лампы могут быть как круглыми, так и в виде цилиндра. К питанию они подключаются через цоколь (штырьковый или резьбовой).

Обратите внимание! LED-лампочки быстро меняют спектр свечения, поэтому они широко применяются для декораций, украшений различных витрин, логотипов.

Какие бывают светодиоды?

Светодиодом называют многослойный полупроводник, который способствует преобразованию электроэнергии в свет. Если изменить его состав, то можно добиться цветного свечения. Изготавливается этот элемент на основе чипа – кристалла с местом подсоединения проводки питания.

Для того, чтобы добиться холодного (белого) свечения, голубой чип обрабатывают особым веществом желтого цвета

 Таблица 2. Разновидности светодиодов по способу сборки чипов

Вид	Описание
DIP	Представляет собой кристалл и расположенное в верхней части увеличительное стекло, куда подсоединяются два проводника. Это распространенный тип, который часто используется для подсветки витрин, вывесок и прочих предметов.
«Пиранья»	Эта конструкция имеет сходство с предыдущим вариантом, только здесь уже имеется четыре проводника, что позволяет добиться надежности и лучшего отвода тепла из внутренней части. Чаще всего такие чипы устанавливают в автомобильных лампочках.
SMD-светодиод	Находится на поверхностной части конструкции, что позволяет сократить габариты, улучшить тепловой отвод. При этом существует множество вариантов таких чипов. Применяют их в любых источниках света, независимо от назначения.
СОВ-технология	Здесь чип встраивают в плату. Такое строение позволяет осуществить защиту контактов, поэтому они не окисляются при сильном нагревании — все это лучшим образом сказывается на яркости свечения. В случае неисправности светодиода, придется выполнить полную замену. Здесь уже не получится отпаять чип.

Чипы светодиодных конструкций

Из отрицательных сторон светодиодов следует отметить минимальный размер. Поэтому, чтобы создать обширное свечение, требуется использовать много таких источников, соединенных между собой. К тому же, кристалл через некоторое время изнашивается, поэтому сокращается яркость лампочек. Тем не менее, если это высококачественное изделие, то лампа долго остается яркой.

Схема LED-лампы на 220 В

Стандартная лампочка состоит из следующих элементов: корпусной части, электронной части, радиатора. Так, сначала напряжение попадает на цоколь конструкции, а затем передается к микросхеме, где преобразуется в постоянный ток, который требуется для свечения.

Внутреннее устройство LED-лампы

Обратите внимание! Свет от диодов имеет широкий угол рассеивания, поэтому не требуется установка дополнительной оптики, здесь достаточно рассеивающего плафона. При длительной работе происходит перегревание деталей микросхемы и светодиодов, поэтому не получится обойтись без теплового отвода.

К части корпуса лампочки еще относится цоколь, полимерная оболочка, внутри которой находится пластинка, а также прозрачная деталь – рассеиватель. В дорогостоящих изделиях внутри корпуса находится объемное охлаждающее устройство из алюминия или устойчивого к нагреванию пластика.

В дешевых моделях часто наблюдается отсутствие радиатора, либо он находится во внутренней части, а по краям располагаются углубления. В бюджетных конструкциях, мощность которых не превышает 6 Вт, имеется цельный корпус без какого-либо теплового отвода.

В дорогих лампочках плата со светодиодами SMD фиксируется с помощью специальной пасты к устройству охлаждения, что позволяет лучшим образом увеличить отвод тепла.

В простых моделях плата закрепляется саморезами на пластинку из металла или вставляется в проемы. Тем не менее, такое устройство не позволяет добиться оптимального теплового отвода.

Внутреннее строение светодиодной лампочки

Через пластиковый рассеиватель не получится рассмотреть внутреннее строение. Тем не менее, не рекомендуется приобретать дешевые экземпляры, потому что они имеют минимальный срок использования.

Использование светодиодных лампочек взамен газоразрядным

Если пройти в любой офис или учебное заведение, то можно заметить, что везде установлены лампы дневного света – газосветные (люминесцентные). Как правило, мощность этих приборов составляет не больше 35 Вт.

Кончено, каких-то семь лет назад подобные устройства были лучшими, потому что их считали экономичными. Тем не менее, время не стоит на месте, что позволило получить долговечные LED-лампы, которые превзошли ожидания.

Постепенно пользователи переходят на более современные лампочки

Теперь во всех учреждениях начали менять устаревшие конструкции на светодиоды. К примеру, если в офисе установлен стандартный потолочный светильник, то достаточно только поменять лампочки.

Главной проблемой является необходимость замены светодиодных лампочек для люминесцентных осветительных приборов. Не стоит в этом случае выбрасывать светильник, потому что приобрести новый значительно дороже. Для этого потребуется изменение схемы подключение лампы, которую мы рассмотрим ниже.

Схема подключения LED-лампы взамен газоразрядной

Здесь потребуется конструкция, которая имеет типовой размер – Т8. Ведь она предполагает возможность монтажа в светильник лампочек разной конфигурации, но одной длины. Модернизация заключается в отсоединении внутреннего наполнения, но это не требует слишком много времени.

Схема замены люминесцентных лампочек

Здесь можно заметить, что схема не представляет сложностей, в разъем дросселя фиксируется перемычка. Тем не менее, если установлено устройство защиты отключение, то оно может срабатывать, поэтому балласт рекомендуется отсоединить.

Обратите внимание! При желании можно без изменений оставить дроссель и конденсатор, устройство все равно будет функционировать. Тем не менее, из-за образующихся импульсов произойдет быстрый износ светодиодов.

Лампы Т8 имеют четыре штыря, но для того, чтобы выполнить подключение, понадобится два.

Переделка люминесцентного светильника в светодиодный: пошаговая инструкция

Шаг первый: для начала понадобится отключить питание люминесцентного прибора. Причем рекомендуется сделать это путем отключения автоматики на распределительном щите, чтобы обезопасить себя от удара током.

Отключаем питание на распределительном щите

Шаг второй: теперь следует удалить старые лампочки. При этом необходимо открутить трубки, как перед очередной заменой.

Демонтируем старые трубки

Шаг третий: потребуется отсоединить проводку, которая отходит от стартера.

Демонтируем проводку и дроссели, потому что они не нужны в этой схеме. Снять их не трудно, потребуется открутить винты с обратной стороны

Шаг четвертый: необходимо отсоединить патроны на конструкции. Далее следует сделать перемычку из одножильного провода и вставить между полюсами на патроне конструкции.

Так будет выглядеть перемычка между контактами

Шаг пятый: далее останется закрепить провод напрямую.

Теперь патрон можно вернуть на место. Здесь на каждую лампу должен идти отдельный провод

Шаг шестой: далее останется проверить конструкцию на работоспособность, а затем закрепить штыревые лампочки.

Таким образом будет выглядеть светильник в собранном виде

Видео – Установка светодиодных лампочек в люминесцентный светильник

Преимущества использования светодиодных ламп по сравнению с газосветными

Как заявляет производитель, среднее время работы светодиодной лампы доходит до тридцати тысяч часов, но все-таки это будет зависеть от качества конструкции, а именно микросхемы и внутренних световых элементов.

При любых обстоятельствах, установка светодиодной лампы Т8 с целью замены газосветной лампы, целесообразна по таким причинам:

1. На переделку конструкции не придется тратить много времени. Так, для человека знакомого с осветительным оборудованием, подобный процесс покажется простым — потребуется только демонтировать некоторые внутренние элементы, установить перемычку, провода, а затем подключить лампу.
2. За светодиодными светильниками намного проще ухаживать, достаточно лишь время от времени протирать пыль с поверхности. С люминесцентными конструкциями все намного сложнее, ведь если на поверхность попадет жир (даже от рук), то в этом месте будет отмечаться усиленное нагревание. Со временем это приведет к тому, что лампочка взорвется.

   Светодиодные лампы разрешается протирать от загрязнений

3. Использование LED-ламп позволяет сэкономить электроэнергию более чем на 55%, поэтому даже дорогостоящие изделия быстро окупают стоимость.
4. Светодиодные лампы служат больше 45000 часов даже при частом включении и выключении.
5. Светодиодные трубки не мерцают по сравнению с устаревшими газосветными. Тем самым они не провоцируют усталость глаз. Поэтому такие лампочки рекомендуют устанавливать в учебные учреждения, офисы, рабочие кабинеты.
6. Внутри таких лампочек отсутствует ртуть и прочие опасные для жизни человека компоненты. Поэтому после их перегорания не требуется соблюдение особых мер по утилизации. Такие лампочки считаются безопасными с точки зрения экологии.
7. Даже не смотря на то, что светодиодные лампы со временем теряют яркость, происходит это не раньше чем через 15000 часов. Это значительно выше, чем в случае с газосветными.

Светодиодные лампы служат дольше аналогов

Стоит отметить, что даже при снижении напряжения в сети до 110 В, светодиодные лампы останутся такими же яркими, как и при 220 В. Еще одним очевидным преимуществом является наличие гарантии от большинства производителей на LED-лампы.

Видео — Светодиодные или люминесцентные лампы: что выбрать?

Подводим итоги

Переделка люминесцентной лампы в светодиодную – это выгодное мероприятие. К тому же, с таким процессом справится даже новичок при соблюдении инструкции. Тем не менее, не стоит экономить средства на покупке лампочек, ведь вышеперечисленные преимущества касаются только вариантов премиум-качества.

Вышедшая из строя светодиодная – оставляет весьма неприятный осадок. А если такое происходило уже не один раз, то вполне естественным становится желание разобраться в причинах — почему перегорают светодиодные лампочки? Подробно читайте в специальной статье.