Пятнахыч , Широкий сток

Многие слышали о светодиодных стоп-сигналах, поворотниках, огнях расцвечивания и даже фарах. Впечатляющее зрелище "фирменных" световых приборов вызывает восхищение и пробуждает интерес к самостоятельному изготовлению подобных устройств. Эта статья призвана помочь разобраться в некоторых, далеко не очевидных особенностях светодиодов и фонарей с ними.


1. Сравнительные характеристики светодиодов


Первый вопрос, которым задается конструктор - как выбрать достаточно мощные и недорогие светодиоды, и сколько их нужно? Казалось бы, выбор несложен - открываем справочник или фирменный каталог, кладем рядом прайс-листы и выбираем наиболее яркие и недорогие светодиоды в соответствующем количестве... Но при внимательном рассмотрении все не так просто.


Во всех справочниках вы найдете следующую информацию о светодиодах: Параметр,обозначение единицы измерения рус.обознач. иностр. обознач.
Сила света I, Iv кандела (свеча) кд cd
Угол, Viewing angle градус
Длина волны излучения нанометр нм nm
Рабочий ток миллиампер мА mA
Рабочее напряжение вольт В V



Сила света ни в коей мере не свидетельствует о величине полного светового потока, излучаемого прибором! Дело в том, что различные светодиоды излучают пучок света разной ширины (раскрыва). Так, прибор без линзы, с одним лишь кристаллом, излучает свет в конусе с углом раскрыва 120 градусов. Прибор, снабженный пластиковой линзой - "пеньком", может собирать свет в меньшем угле - 60, 30, 10 градусов. И тогда сила света в пучке существенно возрастает за счет концентрации светового потока в узком пространстве.

Нас же интересует прежде всего полный СВЕТОВОЙ ПОТОК, создаваемый светодиодом, вне зависимости от того, собран ли свет в узкий или широкий пучок.

Как же в таком случае сравнить светодиоды? В справочных данных у всех них разные углы излучения и разная сила света. Хотелось бы привести светодиоды к некоему "общему знаменателю".

Не вдаваясь в сферическую тригонометрию с ее телесными углами и площадями сферических сегментов, приведу лишь простые КОЭФФИЦИЕНТЫ ПЕРЕСЧЕТА силы света. Умножив теперь силу света светодиода на коэффициент из таблицы, выбранный по углу излучения, мы получим, в сущности, силу света его кристалла без линзы (120 градусов).

Угол 10 15 20 30 40 50 60 70 90 100 120 180 360
Коэффициент 0,008 0,016 0,030 0,07 0,12 0,20 0,26 0,40 0,60 0,72 1 2 4



А теперь сравним для примера светодиоды фирмы "KingBright": популярные L-53SRC-F, менее известные L-934SEC-H и очень интересные L-7676CSEC-H:

Тип Угол Сила света,
мкд (1000 мкд= 1 кд) Приведенная сила света
(ПСС) Цена, руб. ПСС/цена
L-53SRC-F 30 4000 280 5,60 50
L-934SEC-H 50 3500 700 9,50 74
L-7676CSEC-H 70 1800 720 15,28 52
повторно- кратковременно 7000 2800 190


Цифры говорят сами за себя.

(Заметим в скобках, что качество светодиода зависит от материала кристалла-излучателя. Светодиоды на материале GaAlP очевидно следует считать устаревшими, в сравнении с современными InGaAlP).

Светодиоды L-7676CSEC-H способны выдерживать большой ток (70 мА против обычных 20 мА), излучая при этом очень много света. Правда, этот режим не рекомендуется для постоянной длительной работы. Очевидно, именно эти светодиоды были созданы фирмой KingBright для стоп-сигналов.

Ориентировочно, количество светодиодов для яркого стоп-сигнала берется из расчета приведенной силы света в 14000 единиц. L-7676CSEC-H понадобилось бы всего 5 штук, L-934SEC-H - 20 штук, L-53SRC-F - 50 штук.


2. Сравнительные характеристики ламп накаливания и светодиодов


Световой поток ламп накаливания измеряется в люменах (лм), что соответствует сила света в канделах (свечах) при угле излучения в 65,6 градусов, а поскольку лампы накаливания (кроме специальных конструкций) излучают в угле практически в 360 градусов, то приведенная сила света равна:

ПСС (мкд в 120град) = 1000*<световой поток лампы, лм>/3,14

Ниже приведены известные данные по световому потоку и мощности ламп разных типов: светоотдача (удельный световой поток) составляет: обычная лампа с вольфрамовой нитью в колбе из силикатного стекла - не более 20 лм/Вт, галогеновая - до 35 лм/Вт, ксеноновая газоразрядная - до 90 лм/Вт.

лампа мощность,
Вт световой поток, лм приведенная сила света, ПСС
(см. табл.), мкд в 120 гр.
стоп-сигнал 25 150 46000
поворотник 10 60 19000
зад. габарит 5 30 9800
галогеновая 35 900 280000
галогеновая 65 2000 620000
ксенон 35 3150 1000000


В последней колонке - шокирующие цифры, очень большая приведенная сила света. Казалось бы, светодиодами трудно заменить столь яркие источники света... Однако у светодиодов есть еще одна особенность.

Спектр излучения красных светодиодов довольно узок. Они не испускают, в отличие от ламп накаливания, ни зеленого, ни синего, ни желтого света, их световой поток сосредоточен весь в красной области спектра. А свет обычной лампы - бело-желтый, и бОльшая его часть "отрезается" красным светофильтром стекла фонаря. Именно поэтому немного раньше упомянута потребная приведенная сила света для стоп-сигнала в 14000 (мкд*120 град.), в то время как 25- ваттная лампа имеет уровень в 46000 (мкд*120 град.). Значительная часть этих 46000 просто отсекается красным светофильтром.



3. Размещение светодиодов в фонаре. Переделка фонаря.


Обычно стоп-сигнал имеет вогнутый зеркальный отражатель сзади лампы и рельефное стекло -"рассеиватель" перед ней. Да не обманет вас название "рассеиватель". Это стекло вовсе не рассеивает свет, а тщательно собирает и направляет его каждым своим бугорком в нужную сторону, формируя правильный и эффективный световой поток вместе с отражателем. При большом количестве светодиодов их обычно размещают на одной пластине, в несколько рядов. И это правильно. Но еще одно обстоятельство вызывает сомнения у конструктора, собравшегося переделать фонарь или применить стекло от обычного. Как добиться правильности светового пучка и равномерности свечения поверхности фонаря, не потеряв при этом много света на рассеивание вверх и вниз? Лучшее решение - отдать формирование потока света тем самым рельефным бугоркам на внутренней поверхности стекла фонаря. Они обычно образуют правильную решетку линз с определенной геометрией и как нельзя лучше справляются со своей задачей.

Итак, линзовая система стекла фонаря. Рассмотрим на примере фонарей для "Курьера", "Пилота", "Восхода" и т.п. В этом фонаре каждая линза имеет фокусное расстояние F=12 мм. Наилучшее размещение излучателя (светодиода) - на расстоянии 2F, то есть 24 мм. Следует учесть, что фокус (центр излучения) светодиода находится на поверхности кристалла для безлинзовых светодиодов, а в случае направленных (линзовых) светодиодов - фокус размещается вне корпуса прибора и называется "мнимым" (при взгляде на такой светодиод кажется, что его кристалл находится где-то ниже основания корпуса). Уточнить фокусное расстояние можно простыми опытами и измерениями с одним светодиодом, а проще сделать все это приблизительно, подобрав потом получше расстояние до стекла фонаря.

Не забудьте направить 2-4 светодиода в боковые стороны.

Не забудьте, что в середине фонаря, как правило, находится непрозрачный световозвращатель (катафот) - не размещайте светодиоды в его зоне.

Нижняя часть фонаря с дугами-бороздками линзы Френеля предназначена для лампы заднего габарита. Если хотите разместить там несколько светодиодов - ставьте как можно теснее, в центре, немного развернув их веером в стороны.

Есть ли смысл применять остронаправленные светодиоды, с углом излучения в 30, 20 и даже 10 градусов? - Лишь в том случае, если вы используете гладкое (самодельное) стекло фонаря. Автор предпочитает светодиоды с углом 60..120 градусов, применяя в одних конструкциях штатное рельефное стекло, а иногда вырезая в самодельном стеклянном фонаре так называемые "линзы Френеля". К тому же остронаправленные светодиоды как правило дороже и уступают при этом слабонаправленным по приведенной силе света. И еще: бывают миниатюрные безлинзовые светодиоды для монтажа на поверхность, угол излучения 120 градусов. Они малы (песчинка 1-2 мм), под них не надо сверлить отверстия в монтажной плате, они деше