Despre LED-uri

[mpursu]

Pornesc acest subiect fiindca aceste simpatice componente optoelectronice sunt pomenite foarte des in acest forum. Iluminarea farurilor de locomotive si a vagoanelor prin intermediul LED-urilor se poate dovedi utila din mai multe motive:
1) LED-ul consuma mult mai putina putere decat beculetzul cu filament;
2) LED-ul poate fi sensibil mai mic decat beculetzul cu filament;
3) LED-ul nu se incinge ca beculetzul cu filament;
4) unele LED-uri pot contine mai multe chip-uri care pot fi accesate separat, avand deci posibilitatea de a-si schimba culoarea luminii emise;
5) etc. (mai completati si voi )

 

[mpursu]

Un pic de teorie ...
LED inseamna Light-Emitting Diode, adica Dioda Emitatoare de Lumina (ca sa glumesc un pic, se poate traduce prin Luminoasa Este Dioda ). Deci, ca orice alta dioda, LED-ul va permite trecerea curentului numai in polarizare directa, adica de la anod spre catod, emitand si lumina in acest timp; in polarizare inversa, LED-ul se blocheaza si lumina se stinge. Insa asemanarile se opresc aici.
LED-ul are nevoie de curenti de ordinul a 10 - 20mA pentru functionare normala, depasirea acestor valori ducand la arderea lui prin suprasolicitare termica. Tensiunea la bornele unui LED in functiune este de circa 2V pentru LED-uri rosii, orange, galbene si verzi (usor crescatoare in aceasta ordine) si de circa 3.5V pentru LED-uri albastre sau albe. Tensiunea inversa maxima pentru un LED este de circa 5V, depasirea acestei valori putand duce la distrugere prin fenomenul numit strapungere.
Un LED in polarizare directa se comporta ca un scurtcircuit, deci mentinerea curentului la valorile corecte ne revine noua, utilizatorilor, prin inserierea de rezistente limitatoare sau, mai modern, de montaje generatoare de curent constant.

 

[mpursu]

Odata ce ne-am asigurat ca-i dam LED-ului ceea ce-i trebuie, el ne va oferi ceea ce dorim: lumina in diverse culori si la diverse intensitati luminoase. Culoarea luminii este data de lungimea de unda si se exprima in nm (nanometri), iar intensitatea luminoasa in mcd (milicandele). LED-urile puternice si foarte puternice au intensitati luminoase de ordinul miilor sau zecilor de mii de milicandele.

 

[mpursu]

Valoarea rezistentei de limitare (R) inseriata cu LED-ul se calculeaza stiind ca diferenta dintre tensiunea de alimentare (Ua) si tensiunea la bornele LED-ului (ULED) trebuie sa cada pe aceasta, circuitul fiind parcurs de curentul prin LED (ILED).

R = (Ua - ULED) / ILED

ULED = 2V pentru LED-urile obisnuite (rosu, orange, galben, verde), respectiv 3.5V pentru LED-urile albastre si albe;
ILED = 10mA pentru siguranta in exploatare; se poate alege si valoarea de 15mA sau alte valori indicate in caracteristicile LED-ului respectiv.
Exemplu: vrem sa alimentam un LED galben la o tensiune de 14V (farul central al unei locomotive analogice ). Alegem ULED = 2V si ILED = 10mA = 0.01A; atunci

R = (14V - 2V) / 0.01A = 1200 ohmi

Atentie, farul central trebuie sa se aprinda NUMAI la mers inainte, deci astfel trebuie conectat incat tensiunea corespunzatoare mersului inainte sa-l polarizeze direct. Pentru a evita strapungerea la inversarea tensiunii in cazul mersului inapoi, in antiparalel cu LED-ul se monteaza o simpla dioda 1N4148.

 

[mpursu]

Daca sunt mai multe LED-uri inseriate, tensiunile la bornele lor se aduna. Daca dorim sa alimentam doua LED-uri galbene tot la 14V (farurile laterale ale unei locomotive analogice fara far central), atunci

R = (14V - 2V - 2V) / 0.01A = 1000 ohmi

Ce ne facem daca locomotiva analogica are si far central, si faruri laterale? Atunci inseriem toate cele trei LED-uri, iar rezistenta de balast devine

R = (14V - 2V - 2V - 2V) / 0.01A = 800 ohmi

Farurile cu LED-uri simple se sting la inversarea polaritatii, asa cum am tot repetat anterior, fiind necesara protejarea prin conectarea unei diode in antiparalel cu fiecare LED.

 

[mpursu]

Aici intra in scena celebrele LED-uri bicolore bipolare 8) care contin in aceeasi picatura de plastic alb translucid doua chip-uri conectate in antiparalel, dintre care unul lumineaza intr-o culoare la o anumita polaritate, iar celalalt lumineaza in alta culoare la inversarea polaritatii. Exista LED-uri galben/rosu, galben/verde, rosu/verde etc.
LED-urile bipolare galben/rosu ne permit rezolvarea FOARTE simpla a schimbarii culorii farurilor laterale in functie de directia de mers, in cazul unei locomotive analogice. Anume, conectam cele doua LED-uri, inseriate cu rezistenta de limitare adecvata, astfel incat la mers inainte sa lumineze chip-urile galbene, iar la mers inapoi sa lumineze chip-urile rosii.
LED-urile bicolore bipolare nu mai au nevoie de protectie la inversarea polaritatii datorita conexiunii chip-urilor in antiparalel; anume, atunci cand unul este polarizat direct, la bornele sale cade o tensiune de 2V, perfect suportabila pentru chip-ul vecin aflat in polarizare inversa.
Din pacate, farurile cu LED-uri bipolare galben/rosu nu se pot folosi la fel de usor in sistemul digital, deoarece decodoarele NU ofera schimbarea polaritatii tensiunii pentru lumini, ci doar prezenta/absenta acesteia. Totusi, cu pretul unor complicatii aduse sistemului electric, ele pot fi utilizate si in digital.

 

[mpursu]

Iata aici schema pentru farurile laterale fatza/spate:

Aceasta modalitate de iluminare a farurilor functioneaza perfect pe caile ferate analogice, unde sensul de deplasare este dat pur si simplu de polaritatea tensiunii de la sine. Astfel, la mers inainte, sina din dreapta este pozitiva si cea din stanga negativa, deci lumineaza chip-urile galbene ale LED-urilor din fata si chip-urile rosii ale LED-urilor din spate; la mers inapoi, sina din dreapta este negativa si cea din stanga pozitiva, deci lumineaza chip-urile rosii ale LED-urilor din fata si chip-urile galbene ale LED-urilor din spate. Exact la fel arata farurile MPU din componenta locomotivelor BR64 si BR55 de la Caile Ferate "La Ursu".
Din pacate, aceasta configuratie nu se preteaza la caile ferate in sistem digital, fiindca tensiunea de la sine este alternativa si, deci, in semialternanta "pozitiva" se aprind chip-urile galbene din fatza si cele rosii din spate, iar pe semialternanta "negativa" se aprind chip-urile rosii din fatza si cele galbene din spate; astfel ceea ce vedem este o culoare orange la toate 4atru farurile - am incercat efectiv asa ca vorbesc in cunostinta de cauza . In plus, sensul de deplasare este dat de decodorul montat in locomotiva, care primeste & executa comenzile lansate de statia digitala, deci concordanta sens/culoare nu mai poate fi respectata de aceasta schema simpla.
Totusi, am si vesti bune . Au inceput sa apara LED-uri galbene bipolare, adica ambele chip-uri aflate in antiparalel sunt galbene. Aceasta inseamna ca aceste LED-uri vor lumina galben indiferent de polaritatea tensiunii aplicate si, deci, ele pot fi folosite in exact aceeasi schema de mai sus pentru a ilumina permanent farurile unei locomotive sau, de ce nu, interiorul unui vagon, atat in sistem analogic, cat si in sistem digital.

 

[mpursu]

La iluminarea vagoanelor de calatori se pot folosi foarte bine LED-uri albe sau warm-white, insa trebuie sa ne asiguram ca ele primesc tot timpul polaritatea corecta, indiferent ce ceea ce se culege de la sine, deci alimentarea "ghirlandelor" de LED-uri inseriate cu rezistentele de limitare adecvate se face numai prin intermediul unor punti redresoare.

 

[Clouseau]

Im general:
Ledurile sint componente perfecte pt. signalizare, asa incit pe multe cablaje electronice se gasesc asemenea LEDuri. Folosite pt. asemenea cazuri, curentul ce trece peste LED e destul sa fie aproximativ 2mA.
Daca folositi LEDuri speciale cu intensitate mare, puteti reduce curentul.
Pt. iluminarea vagoanelor e bine sa folositi LEDuri Chip cu o deschidere de ca. 160° (fara lentila), luminarea nu o sa fie punctuala, ci homogena.
Intensitatea luminei se poate regla si prin PWM (pulse width modulation), asa sint pulsuri de citiva Amperi posibil.
E utilsa se foloseasca pt. alimentarea LEDurilor surse de curent stabile, asa puterea luminei nu depinde de puterea tensiunii.
LEDurile albe au chip albastru, deasupra cu un strat fluorescent, de aceea lumineaza alb.
...

 

[mpursu]

Multumesc pentru completari! :aplauze:

 

[mpursu]

In sistemul digital, LED-urile sunt de obicei conectate intre iesirile decodorului (firul alb pentru inainte, respectiv firul galben pentru inapoi) si plusul comun (firul albastru). Datorita structurii sale interne, decodorul digital pune la masa iesirile de lumini sau le lasa in aer, astfel incat, in primul caz, curentul curge prin LED-uri de la plus la iesirile respective, iar in al doilea caz nu avem curent deloc. Deci, sub comanda decodorului digital, nu mai avem probleme cu inversarea polaritatii, iar singura noastra sarcina este cea de a inseria LED-urile cu celebrele de-acum rezistente de balast 8)
Bineinteles, anozii LED-urilor merg impreuna spre firul albastru, iar catozii, prin rezistentele de balast, spre iesirile corespunzatoare ale decodorului.

 

[victorian]

Interesant serialul pana acum!

Si fiindca tot veni vorba, spune-ne si cum recunoastem EFECTIV anodul si catodul unei diode cand o avem in mana, asa, ca pe intelesul novicilor!

 

[SantaFeFan]

Unul este mai lung si unul mai scurt....

 

[mpursu]

Daca ai un LED "normal", adica de 3mm sau de 5mm, rotund, atunci pe corpul LEDului exista o tesitura in dreptul catodului. Pe LEDurile SMD exista mici marcaje care indica de obicei catodul.
In caz de nelamuriri, se ia un multimetru digital si se trece pe regimul de verificare a diodelor. Se ating terminalele LEDului cu testerele multimetrului si se observa cum se manifesta LED-ul. Daca LED-ul lumineaza usor, inseamna ca am atins anodul cu testerul rosu si catodul cu testerul negru 8). Daca LED-ul nu lumineaza, inversam testerele. Daca nici acum nu lumineaza, inseamna ca LED-ul este defect sau... emite infrarosu

 

[victorian]

Merci de raspuns tuturor!

Am niste LED-uri warm-white de 1.8mm fara nici un fel de marcaj decat lungimea terminalelor.

Am pus aparatul de masura pe ele pe regimul de verificare al diodelor si am verificat-o in ambele sensuri; n-a luminat in nici un sens, iar aparatul continua sa indice "1". E drept ca nu-i cine stie ce aparat de masura, e doar o 'savoniera" ieftina.

Asa ca am luat LED-ul, i-am inseriat o rezistenta de balast de 820 de ohmi si l-am pus direct pe bornele unei baterii de 9 V. E o tehnica putin riscanta, daca l-as fi nimerit gresit, riscam sa-l polarizez invers si eventual sa-l ard. Dar l-am nimerit bine: Lumineaza de minune!

In mod oportun, terminalul mai scurt este "MINUS"; terminalul mai lung este "PLUS"!

 

[mpursu]

LED-urile de 1.8mm au capetele "soclului" usor diferite. Daca-mi amintesc bine, catodul este indicat de capatul plat, iar anodul de cel rotund.

 

[macleod]

Poti sa iei de la calculator o baterie de aia plata de 3V. Sunt slabe sanse sa arzi ledul in orice sens al curentului. Eu asa testam cand era vorba de a vedea ca ledul e bun sau voiam sa aflu care e anodu si care catodul.

 

[mpursu]

Daca sunt mai multe LED-uri inseriate, tensiunile la bornele lor se aduna. Daca dorim sa alimentam doua LED-uri galbene tot la 14V (farurile laterale ale unei locomotive analogice fara far central), atunci

R = (14V - 2V - 2V) / 0.01A = 1000 ohmi

Ce ne facem daca locomotiva analogica are si far central, si faruri laterale? Atunci inseriem toate cele trei LED-uri, iar rezistenta de balast devine

R = (14V - 2V - 2V - 2V) / 0.01A = 800 ohmi

Farurile cu LED-uri simple se sting la inversarea polaritatii, asa cum am tot repetat anterior, fiind necesara protejarea prin conectarea unei diode in antiparalel cu fiecare LED.

O idee aparent OK pentru o locomotiv㒠analogic㒠dotat㒠cu 3rei lumini galbene / 2ou㒠lumini roşii ar putea fi urmă’toarea:

Valorile rezistenţelor de balast sunt calculate dup㒠algoritmul de mai sus, iar modul de funcţionare este simplu.
Dac㒠avem PLUS la roţile din dreapta şi MINUS la roţile din stânga, atunci locomotiva înaintează’. LED-urile galbene 1-2-3 (cabina 1 - înainte) şi LED-urile roşii 9-10 (cabina 2 - înapoi) sunt polarizate direct şi luminează’, deci farurile laterale şi farul central de la cabina 1 lumineaz㒠galben, respectiv farurile laterale de la cabina 2 lumineaz㒠roşu.
Dac㒠avem MINUS la roţile din dreapta şi PLUS la roţile din stânga, atunci locomotiva d㒠înapoi. LED-urile galbene 6-7-8 (cabina 2 - înapoi) şi LED-urile roşii 4-5 (cabina 1 - înainte) sunt polarizate direct şi luminează’, deci farurile laterale şi farul central de la cabina 2 lumineaz㒠galben, respectiv farurile laterale de la cabina 1 lumineaz㒠roşu.

 

[mpursu]

De ce nu este tocmai OK aceast㒠schema?

Simplu: deoarece LED-urile NU sunt protejate contra polariză’rii inverse, regim care nu le prieşte absolut deloc!

Mai precis, la mers înainte LED-urile galbene de la cabina 2 şi LED-urile roşii de la cabina 1 sunt polarizate invers, situaţia repetându-se cu LED-urile galbene de la cabina 1 şi LED-urile roşii de la cabina 2 la mers înapoi.
în cazul schemei de mai sus, protecţia contra polariză’rii inverse poate fi realizat㒠prin înserierea pe fiecare ghirland㒠a câte unei diode 1N4148, în acelaşi sens cu LED-urile respective. Astfel, la polarizare direct㒠dioda respectiv㒠se deschide împreun㒠cu LED-urile vecine, iar la polarizare invers㒠dioda se blocheaz㒠şi întrerupe aplicarea tensiunii inverse pe LED-urile vecine. în acest caz, rezistenţele de balast se recalculeaz㒠luând în considerare şi tensiunea de 0.6V de la bornele diodei înseriate, care se adun㒠la tensiunile de la bornele LED-urilor.

 

[mpursu]

Aceast㒠schem㒠mai are un (mic) dezavantaj, anume... tensiunile de deschidere ale ghirlandelor de LED-uri diferă’, fiind mai mari la ghirlandele cu 3rei LED-uri galbene decât la ghirlandele cu 2ou㒠LED-uri roşii. Astfel, la o tensiune la şine lent crescă’toare, corespunză’toare plecă’rii lente de pe loc, mai întâi se vor aprinde LED-urile roşii din spate, urmând a se aprinde şi LED-urile galbene din faţ㒠odat㒠cu atingerea tensiunii adecvate. Hmmm...