Вопрос: «Можно ли сделать светодиод своими руками?» среди рядовых мастеров наверняка вызовет удивление. Казалось бы, зачем придумывать то, что давно придумано и серийно выпускается? Однако существует такая категория людей, которые обожают мастерить что-то необычные. Для них конструирование светодиода – это возможность повторить эксперименты О.В. Лосева, проводимые около ста лет назад, и шанс доказать себе и друзьям реальность создания светодиода в домашних условиях.
Что понадобится
Основной конструкционный материал – кусочек карбида кремния. В обычном магазине его не купишь, но если постараться, то можно найти в интернете среди частных объявлений. Кроме него понадобится иголка от булавки, соединительные провода, два мебельных гвоздя с широкой шляпкой и регулируемый источник напряжения (0-10 вольт). Также понадобится припой и немного умения пользоваться паяльником. Для измерений параметров самодельного светодиода подойдет простой мультиметр.
Подготовительная работа
Первым делом нужно найти участок на поверхности карбида кремния, способный к излучению света. Для этого исходный материал придётся раздробить на несколько кусочков размером 2-5 мм. Затем каждый из них поочередно кладут на металлическую пластинку, подключенную к плюсу источника питания напряжением около 10В. Вторым электродом выступает острый щуп или игла, присоединённая к минусу источника питания.
Затем исследуемый кусочек нужно прижать пинцетом к пластине, и острой иглой прощупать его верхнюю часть в поисках светящегося участка. Таким образом, отбирают кристалл с наибольшей яркостью. Стоит отметить, что карбид кремния может излучать свет в спектре от оранжевого до зелёного.
Изготовление светодиода
Для удобства монтажа лучше взять гвоздик длиной 10-15 мм с большой шляпкой и хорошо её залудить. Она послужит основанием и теплоотводом для кристалла. С помощью паяльника олово на шляпке доводят до жидкого состояния и пинцетом слегка утапливают подготовленный экземпляр карбида. Естественно, что излучающий участок должен быть направлен вверх. После затвердевания припоя нужно убедиться в надёжной фиксации кристалла.
Для изготовления отрицательного электрода понадобится острая часть булавки и одножильный медный провод. Как видно из фото, обе детали лудятся и надёжно спаиваются между собой. Затем на проволоке делают петлю для придания ей свойства пружины. Свободный конец провода запаивают на шляпку второго гвоздя. Оба гвоздика прикрепляют к монтажной плате на небольшом расстоянии друг от друга.
На заключительном этапе к ножкам гвоздей подводят питание соответствующей полярности. Замыкается электрическая цепь иголкой, которую фиксируют в точке кристалла с максимальным свечением. Плавно наращивая напряжение питания, можно определить значение, при котором яркость перестаёт интенсивно нарастать. В результате проведенных измерений падение напряжения составило 9В, а прямой ток 25 мА. При смене полярности карбид кремния перестаёт излучать свет, что частично объясняет его полупроводниковые свойства.
Не удивлюсь, если радиолюбители со стажем выскажут свой негатив в адрес получившейся необычной конструкции, напоминающей простейший светодиод. Однако иногда собирать подобные вещи самостоятельно – это интересно и даже полезно. Примером служат радиолюбительские кружки для школьников, в которых дети знакомятся со свойствами разных материалов, учатся паять и познают азы полупроводников.
Читайте так же
Светодиод - это полупроводниковое устройство, позволяющее преобразовывать электрический ток в световое излучение. Одна светодиодная лампа на 220 вольт позволяет сэкономить огромное количество электроэнергии. Экономия выходит в 2 раза больше лампы дневного света и в 10 раз, чем лампа накаливания. Если использовать для изготовления такой лампы детали от перегоревшего светильника, можно значительно снизить расходы. Светодиодную лампу своими руками можно собрать достаточно просто. Но не стоит забывать, что для этого необходимо иметь соответствующую квалификацию, так как придётся работать с высоким напряжением.
Преимущества светодиодов
В наше время можно найти огромное количество видов люстр со светодиодными лампами в магазинах. У них есть разные преимущества и недостатки. Модернизация энергосберегающих ламп позволяет воспользоваться всеми преимуществами люминесцентного света. Это касается самых распространённых светильников с цоколем E 27. А старые представители этого семейства были наделены неприятным мерцанием. Люминесцентные источники света - это действительно настоящее чудо. По сравнению с ними лампы накаливания очень сильно сдают свои позиции. Их высокое потребление энергии и низкую светоотдачу не перекрывает высокий индекс цветопередачи.
Долговечность - это главный их плюс. Механически он прочен и надёжен . Известно, что его срок работы может достигать до 100 000 часов. А также они считаются экологически чистыми источниками света в отличие от люминесцентных ламп, которые, в свою очередь, содержат ртуть. Но как известно, у ламп дневного света есть некоторые недостатки:
- Пары, которые содержатся в трубках довольно ядовитые.
- Из-за частого включения-выключения быстро могут выйти из строя.
- Сама конструкция требует определённой утилизации.
Для того чтобы убрать этот маленький минус и обернуть его в хороший плюс, можно соорудить лампу из светодиодной ленты своими руками. Таким способом можно снизить стоимость источника света. Она будет намного ниже, чем у люминесцентных аналогов. А также такая лампа будет обладать рядом преимуществ:
- Срок службы лампы составит рекордные 100 000 часов, но только при правильной сборке.
- Стоимость самодельного устройства не выше, чем у люминесцентной лампы.
- Эффективность ватт/люмен намного превосходит все аналоги.
Но также имеется один недостаток - на это изделие отсутствует гарантия. Она должна компенсироваться мастерством электрика и точным соблюдением инструкции.
Самодельные светильники
Для создания лампы своими руками имеется огромное количество способов. Использование старого цоколя от прогоревшей люминесцентной лампы является самым распространённым методом. Такие ресурсы имеются в каждом доме, поэтому с их поиском проблем не будет. А также понадобится:
В некоторых схемах может и не пригодиться один или два элемента из этого списка. Однако в других могут, наоборот, понадобится новые звенья цепи, например: драйвера или электролиты. В каждом конкретном случае нужно индивидуально составлять список необходимых материалов .
Как сделать светодиодный светильник своими руками
Чтобы приступить к монтажу лампы, необходимо подготовить две испорченные люминесцентные лампы с мощностью в 13 Вт и длиной полметра. Нет никакого смысла покупать новые, лучше всего найти неработающие старые. Но их обязательно нужно проверить на наличие трещин и сколов.
Далее в магазине необходимо приобрести светодиодную ленту. К этому нужно подойти ответственно, так как выбор очень велик. Лучше всего подойдут ленты с естественным или чисто-белым светом. Так как они не изменяют оттенки окружающих предметов и являются сверхяркими. Обычно в этих лентах светодиоды собраны в группы по три штуки. Мощность одной группы - 14 Вт, а напряжение - 12 вольт на метровую ленту.
После чего нужно произвести разборку люминесцентных ламп на составные части. Необходимо действовать очень осторожно - не повредить провода и не разбить трубку, так как в этом случае вырвутся ядовитые пары. Все извлечённые внутренности не стоит выбрасывать. Они могут пригодиться в дальнейшем. Далее необходимо разрезать ленту на участки по 3 диода. После этого стоит достать дорогие и ненужные преобразователи. Большие крепкие ножницы или кусачки лучше всего подойдут для того, чтобы разрезать ленту.
В итоге должно оказаться 22 группы
по 3 led или 66 светодиодов, которые должны быть подключены параллельно по всей длине. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, необходимо стандартное напряжение 220 вольт увеличить до 250 в электрической сети. Это связано с процессом выпрямления. Следующим шагом будет выяснение количества секций светодиодов. Для этого необходимо разделить 250 вольт на 12 вольт (напряжение для 1 группы по 3 шт.). Получив в итоге 20,8 (3), нужно округлить в большую сторону - получится 21 группа. Лучше всего добавить ещё одну группу, так как общее количество светодиодов будет делиться на две лампы. А делить чётное количество намного легче.
Далее понадобится выпрямитель постоянного тока, который можно найти в извлечённых внутренностях люминесцентной лампы. При помощи кусачек извлекаем конденсатор из общей цепи преобразователя. Произвести это действие довольно легко, поскольку он находится отдельно от диодов, стоит только отломить плату.
Воспользовавшись суперклеем
и пайкой, необходимо собрать всю конструкцию. Не стоит пытаться уместить все 22 секции в один светильник. Как говорилось выше, нужно найти 2 полуметровые лампы, так как разместить все светодиоды в одной просто невозможно. Не нужно рассчитывать на самоклеящийся слой, который располагается с обратной стороны ленты. Он не сможет прослужить долгое время. Поэтому для закрепления светодиодов лучше воспользоваться суперклеем или жидкими гвоздями.
Подводя итоги, можно разобрать все достоинства собранного изделия. Количество света у получившихся ламп в 1,5 раза больше, чем у аналогов. А вот потребляемая мощность намного меньше, чем у ламп дневного света. Срок службы этого источника света будет примерно в 10 раз больше. И также одно из преимуществ - это направленность света. Он направлен строго вниз и не имеет возможности рассеиваться. Поэтому лучше всего будет использоваться у рабочего стола или на кухне. Однако испускаемый свет не отличается высокой яркостью, но имеет низкое энергопотребление.
Постоянное использование лампы во включённом состоянии за год съест всего 4 кВт энергии. Стоимость потребляемой электроэнергии в год можно сопоставить со стоимостью билета в городском транспорте. Поэтому такие источники света часто используют там, где требуется постоянная подсветка, к примеру:
- Улица.
- Коридор.
- Подсобка.
- Аварийное освещение.
Простая лампочка из светодиодов
Есть другой способ создания светильника. Настольная лампа, люстра или фонарь нуждаются в цоколе E14 или E27. Соответственно, используемые диоды и схема будут отличаться. Сейчас распространены компактные люминесцентные лампы. Для монтажа понадобится один перегоревший патрон, а также изменённый список материалов. Необходимо:
Перейдём к созданию светодиодного модуля своими руками. Для начала надо произвести разборку старого светильника. В люминесцентных лампах цоколь крепится к пластинке с трубками и закрепляется при помощи защёлок. Цоколь можно отсоединить достаточно просто. Необходимо, найдя места с защёлками, поддеть их отвёрткой. Делать нужно всё довольно осторожно, чтобы не повредить трубки. При вскрытии необходимо следить, чтобы электропроводка, которая ведёт к цоколю, осталась цела.
Из верхней части с газоразрядными трубками нужно изготовить пластинку, к которой будут прикрепляться светодиоды. Для этого нужно отсоединить трубки лампочки . В оставшейся пластинке имеется 6 отверстий. Чтобы светодиоды плотно крепились в ней, нужно сделать картонное или пластмассовое «дно», которое также будет изолировать светодиоды. Использовать нужно светодиоды НК6, они многокристальные (по 6 кристаллов в диоде) с параллельным подключением.
Из-за этого источник света получается сверхярким при минимальной мощности. В крышке нужно сделать по 2 отверстия для каждого светодиода. Прокалывать отверстия стоит аккуратно и равномерно, чтобы их расположение соответствовало друг другу и задуманной схеме. Если использовать в качестве «дна» кусок пластмассы, то светодиоды будут закрепляться прочно. А вот в случае применения куска картона потребуется склеить основание со светодиодами при помощи суперклея или жидких гвоздей.
Так как лампочка будет использоваться в сети с напряжением 220 вольт, то потребуется драйвер RLD2−1. К нему можно подсоединить 3 диода по 1 ватту. Для этой лампы ушло 6 светодиодов с мощностью по 0,5 ватт. Из этого следует, что схема соединения будет образовываться из двух последовательно соединённых частей из трёх параллельно подсоединённых светодиодов.
Перед тем как приступить к сборке, нужно изолировать драйвер и плату друг от друга. Для этого можно воспользоваться кусочком картона или пластика. Это позволит избежать короткого замыкания в будущем. Не стоит беспокоиться о перегреве, так как лампа совсем не греется. Осталось собрать конструкцию и испытать её в деле. Из-за белого света лампочка кажется значительно светлее. Световой поток собранного светильника равняется 100−120 люменам. Этого может хватить для освещения маленького помещения (коридора или подсобки).
Виды светильников
Светильники на светодиодах можно разделить на две группы: индикаторные (светодиодные) - используются как индикаторы, поскольку они являются маломощными и неяркими. Зелёные лампочки на маршрутизаторе - это индикаторные светодиоды. Такие диоды есть и на телевизоре. Их применение довольно разнообразно. Например:
- Подсветка панели автомобиля.
- Различные электронные приборы.
- Подсветка компьютерных дисплеев.
Их цвета имеют огромное разнообразие: жёлтый, зелёный, красный, фиолетовый, голубой, белый и даже ультрафиолетовый. Стоит запомнить, что цвет светодиода не зависит от цвета пластика. Он определяется от типа полупроводникового материала, из которого он сделан. В большинстве случаев, чтобы узнать цвет, нужно включить его, так как они выполнены из бесцветного пластика.
Осветительная конструкция используется для освещения чего-либо. Имеет отличия по своей мощности и яркости. А также отличается очень сниженной ценой, поэтому нередко применяется в бытовом и промышленном освещении. Такой вид освещения считается производительным, экологическим и дешёвым. На сегодняшний день уровень развития технологии может позволить производить лампы с большим уровнем светоотдачи на 1 Ватт.
А вы когда-нибудь держали в руках огромный светодиод, размером с человеческий кулак? Конечно же нет, потому что таких не существует. Я покажу как сделать такую оригинальную вещицу своими руками. Это LED светодиод будет точно похож на своего мелкого брата, за исключением того, что яркость свечения у него будет в разы больше.
Понадобится
- Пластиковая бутылка.
- Плата текстолитовая, фольгированная.
- Толстая проволока.
- Кусок светодиодной ленты.
- Резистор 5-10 Ом.
- Эпоксидная смола с отвердителем.
Изготовление большого светодиода
Итак, разберемся для начала из чего же состоит светодиод. Первое - это два вывода, которые заходят в тело светодиода. Далее видно две площадки, одна поменьше - это анод, а другая побольше - это катод. На катоде расположена площадка с рефлектором и полупроводниковым кристаллом. Над всем этим имеется линза, которая является монолитом с телом светодиода.
Для начала изготовим имитацию большого полупроводникового кристалла с рефлектором. Берем светодиодную ленту и отпаиваем от неё чип элементы. Если фена нет, подогреваем паяльником.
Из куска фольгированного текстолита вырежем такую плату.
Лудим ее и припаиваем на нее чип светодиоды.
Так же припаиваем контакт и токогасящий резистор.
Проверим подав питание. Кристалл готов.
Для большего визуального сходство из текстолита вырежем катод и анод.
Элементы располагаются у нижней части корпуса.
Берем толстую проволоку и делаем из нее контакты. Припаиваем их к площадкам.
Далее световой модуль мажем горячим клеем и приклеиваем перпендикулярно на самую большую площадку - катод.
Припаиваем вывода к плате.
Далее нам необходимо подготовить форму для заливки эпоксидной смолы. Для этой цели нам послужит пластиковая бутылка.
Разрежем ее посередине и верхнюю часть поставим на нижнюю.
В области крышки есть пустая область, в которую будет заливаться эпоксидка. Чтобы не тратить лишний материал, забьем пустоты горлышка фольгой.
Строго по инструкции смешиваем отвердитель со смолой и хорошо перемешиваем.
Внутренности фиксируем канцелярскими зажимами, чтобы они парили в воздухе. Заливаем состав в форму.
Ждем 24 часа. После высыхания, скальпелем разрезаем бутылку и удаляем части бутылки с поверхности.
Получилось вот что:
Механическим инструментом срезаем фольгу и шлифуем неровности поверхности.
Шлифуем мелкой наждачной бумагой, промакивая ее в воде. Это уберет все мельчайшие царапинки.
Настало время полировки. Полировочную пасту можно взять у автомобилистов. На крайний случай подойдет зубная паста.
Светодиодные экраны или, как их еще часто называют, ЛЕД-дисплеи, стали доступны для массового применения сравнительно недавно. Более правильным будет вместо русской аббревиатуры именовать это электронное устройство LED-дисплеем (light emitting diode). Наряду с этими названиями часто используется термин «светодиодный экран».
Первые видеоэкраны появились более 20 лет назад, но их яркость (отдельные пиксели были на газоразрядных лампах) была недостаточной для воспроизведения качественного изображения, особенно в солнечные дни. Кроме этого техническое обслуживание этих устройств было очень сложным и дорогим.
Стремительный прогресс в технологии производства ярких, качественных и в то же время недорогих светодиодов основных цветов (красного, зеленого и голубого) позволил совершить стремительный шаг вперед индустрии производства светодиодных экранов. Огромный спектр возможностей по созданию видеоизображений, управлению цветовыми, яркостными и динамическими изображениями произвел настоящую революцию на рынке наружной и интерьерной рекламы (экраны небольшого размера – от 1,0 х 1,0 м, где требуется демонстрация изображений большого масштаба).
В крупных российских городах, захламленных повсеместно за последние 20 лет безликими билбордами 3 х 6 м, началось постепенное внедрение этой современной технологии. Модульные принципы сборки и аппаратно-программное обеспечение Arduino позволяют собрать LED-экран своими руками.
Модули для сборки
Экран нужных габаритов собирается из готовых электронных блоков (модулей) стандартных размеров, укомплектованных пикселями из светодиодов или сборок RGB, соединенными на общей плате и имеющими необходимые разъемы и шлейфы для объединения с соседними блоками. Модули, как правило, китайского производства, имеющие более низкую цену, приобретаются в специализированных фирмах и магазинах. Набором типичных параметров обладают модули Р10:
- размер, мм – 320 х 160 х 20;
- вес модуля, г – 600–700;
- шаг пикселя, мм – 10;
- разрешение (количество пикселей на 1 м 2) – не менее 256 х 192;
- яркость светодиодного экрана, кд/м 2 – 6 000–7 000;
- угол половинной яркости, градус – 120;
- срок службы, час – до 50 000;
- максимальная потребляемая мощность (для уличных экранов), Вт/м 2 – 500;
- расстояние комфортной видимости изображений, м – от 7;
- все световые и электронные компоненты защищены от воздействия влаги, пыли, механических воздействий.
При отсутствии модулей можно собрать светодиодный экран на базе светодиодной ленты. Но этот вариант более трудоемок в сборке и не обладает необходимой надежностью при наборе жестких условий уличной эксплуатации: большой диапазон температур, влажность, УФ-воздействие, пыль, грязь и т. п.
Как собирается LED-дисплей
На первом этапе изготовления самодельного видео экрана необходимо изготовить надежную несущую металлоконструкцию для размещения на ней большого количества электронных блоков (модулей, контроллеров, источников питания – драйверов, преобразующих сетевое переменное напряжение 220 В в постоянное – 12 В). Конструкция представляет собой каркас из квадратной профильной трубы. Типичный вариант каркаса представлен ниже на фото.
На втором этапе собирают модули Р10, крепят к каркасу вплотную друг к другу и соединяют с помощью шлейфов, имеющих качественные разъемы «папа-мама». Крепеж модулей зачастую осуществляется с помощью надежных магнитов, что очень упрощает стадию сборки и особенно разборки при производстве ремонтных работ.
Далее с обратной стороны каркаса размещаются блоки питания и контроллеры, отвечающие за обработку видеоинформации и распределение ее на конкретные модули и малые пиксели. Задняя стенка видеоэкрана изготавливается из металлического листа или алюминиевой композитной панели. Как сделать монтаж LED-экрана, показано ниже.
Как управлять работой LED-дисплея
Понятно, что сегодня собрать светодиодный экран своими руками может практически любой человек, владеющий элементарными знаниями электротехники и навыками обращения с инструментами типа отверток и шуруповерта. Однако для того, чтобы «вдохнуть жизнь» в собранное железо, надо понимать, каким образом видеофайлы поступают на светодиоды и как создается программа для работы видеоэкрана.
Управление и замена файлов с видеороликами производится через USB-порт (через flash-карту) или с помощью Wi-Fi-роутера через интернет-соединение. Видеоролик, созданный предварительно с помощью специализированного программного обеспечения, переводится в формат * .avi или * .mpeg. Затем он преобразуется микроконтроллером или компьютером в цифровой поток, поступающий на микросхемы драйверов постоянного тока, подающих напряжение в соответствии с алгоритмом, заложенным в программу, на светодиоды дисплея.
Качество сделанного экрана определяется возможностями системы управления LED-экрана, которая может быть синхронной или асинхронной. На рисунке ниже представлена схема управления LED-экраном.
Схема управления светодиодным LED-экраном
Синхронная система управления подразумевает, что на экране отображается та же информация, что и на компьютере, то есть идет прямой эфир. Например, можно транслировать изображение с телекамеры, установленной на стадионе или концерте. Такая система состоит из карты-передатчика и нескольких карт-приемников. В компьютере, который управляет экраном, находится карта-передатчик, а на экране – карты-приемники, соединенные UTP-кабелем (витая пара).
Асинхронный способ вывода информации на экран подразумевает предварительную загрузку в память микроконтроллера. Для этого используют flash-карту или кабель. Асинхронная система требует присутствия нескольких микроконтроллеров, количество которых зависит от геометрических размеров LED-дисплея. Эта система позволяет осуществлять работу самостоятельно по заданной программе без внешнего компьютера.
Аппаратная платформа Arduino
Для создания программы управления светодиодными видеоустройствами (экраны, бегущие строки) на рынке существует большой выбор различных продуктов. Одним из самых популярных является аппаратно-вычислительная платформа Arduino (Ардуино), в состав которой входят плата ввода-вывода и средства разработки.
Arduino используется как для разработки автономных интерактивных объектов, так и для подключения к программным продуктам, выполняемым на компьютере. Платы имеют аналоговые и цифровые порты, к которым могут подключаться разные устройства автоматики: датчики (температуры, влажности, давления и т. п.), кнопки, моторы, двигатели, видеоэкраны, бегущие строки.
Можно сказать, что Arduino – это инструмент проектирования различных электронных устройств. Программная платформа сделана с открытым программным кодом на базе языка программирования С/С ++ . Проекты, реализованные с помощью Arduino, могут функционировать как самостоятельно, так и взаимодействовать с компьютерным программным обеспечением (MaxMSP, Flash, Processing).
