О светодиодах.

Любой светодиод является полупроводниковым прибором.
Немного необычным, но вполне вменяемым. А именно диодом.
Т.Е. пропускает ток в одну сторону, и не пущает в другую.
 Имеет свою вольт- амперную характеристику, термические свойства.
 Основное различие в параметрах, это то что у обычных диодов в основном
интересует нас обратное напряжение, которое он способен удержать,
и ток который способен пропустить в открытом состоянии. Потом можно еще сопротивлением
 PN перехода поинтересоватся, обратным током. Но это ухе тонкости для особых схем.
Светодиод в свою очередь работает в прямом пропускании, открытом состоянии.
У него нас интересует почему то сразу светоотдача. Законно, но поспешно.
Ибо вольт амперных характеристик у него никто не отменял.
И эти самые характеристики, выражаемые графиками, очень схожи и графики ох
одинаково круто уходят в небеса. Если с обычными диодами это на благо и
крутость пытаются увеличить, то в случае «светиков» это благо спорно.
Ниже изображена зависимость тока, протекающего через светодиод,
от напряжения поданного на него. Имеется в виду такя схема:

И никакие ограничители пока не введены.

ВАХ диодов выглядит так.
СИНИЙ - обычные диоды.
ЗЕЛЕНЫЙ - некоторые цветные светодиоды.
ФИОЛЕТОВЫЙ - ультраяркие белые.

Проблемы начинаются с бесконтрольным питанием типа батарея- выключатель- диод,
 самым простым. Ведь рабочий ток диода колеблется от 20 до 50 мА, в зависимости от модели.
И выходить за него чревато перегоранием в самый ответственный момент.
Этот ток в свою очередь, сильно зависит от напруги (см. график),
а напруга на гальванических элементах сильно спадает в процессе работы.
 Будь то щелочной алкалайн, китайский солевой «Inirjazer», или аккумулятор.
По воле небес этот перепад приходится аккурат на момент перегиба ВАХ, что
 пагубно сказывается на яркости. Короче, в начале когда батарейки новые, можно
 спалить светика, ну накрайняк перегрузкой (перегревом), укоротить ему жизнь,
 яркость также может упасть безвозвратно. После выработки 30-40 % емкости,
 свет может сильно притухнуть, и маячить перед глазами невнятным пятном.
 Ниже схемы, позволяющие сбросить часть лишнего напряжения. Стоит отметить
что рассчитаны они на питание 4,5вольта, 3 свежие батарейки. Для аккумуляторов
значения сопротивлений должны быть поменьше, ибо хоть свеже заряженные они
 и могут выдать 1,5 в на брата, но быстро сбрасывают до 1,2, их нормы жизни.

Резистор сжигает лишний ток, а PN переходы диодов садят лишнюю напругу.
 Это пока батарейки свежие, поработав ток они уронят, а при понижении напряжения
 диоды начнут закрываться, и еще больше усугубят положение.
Отсюда возможен вариант, когда пока батареи живы, ограничиваем
питание, а когда подыхают обходим это ограничение.
Реализуется это обычным переключателем.
 

Просто до гениальности. Вариантов як это собрать тоже куча, от простенькой
спайки в корпусе от сонериковского питальника, до герметичной
коробки с герконовыми переключателями.
 Хотя и в этом случае батарея не сильно разрядится.
Процентов 30 заряда в ней останется.
 Дома, в погребе, гараже, это не страшно.
 Когда можно зарядится или купить новые батарейки.
 В лесу же, или под землей, при продолжительном использовании и
 недостатке энергии это становится проблемой.
Применение преобразователей напряжение, и использование контроллеров
избавляю от резисторов, и высаживают батарею почти полностью.
Тока собрать и довести до ума такую схему много сложнее.
 

Вместо стабилизации напряжения можно задействовать стабилизацию тока.
Что иногда предпочтительнее.
Скажем в схемах с параллельным включением нескольких светодиодов.
Когда один, с наименьшим сопротивлением может потянуть ток на себя и вскоре сдохнуть.
Но при сборке, гирлянда будет выдавать номинальный ток, расчетный.

Микруха -КР142ЕН12. Мощный вариант, больше подходит для питания
 большого количества СД.
При использовании маломощного аналога LM317, в малогабаритном
 корпусе размеры конструкции сильно уменьшаются. Цоколевка аналогичная.
Рекомендуемый ток около 150мА.
при таком токе желательно придумать охлаждение. Например прижать к плате.

На этом фантазия почти истощается, далее идет доработка с
 несколькими светодиодами,
Переключаемыми в разных комбинациях 1,2,3,10 штук за раз, с целью экономии энергии,
 или увеличения угла освещения.
На практике схемы с механическими переключателями используются в основном в
хоммхендмейдэкюпменте. Еще в некоторых карманных фонарях тактического форм-фактора.
У последних сфера применения несколько ограничена, и не требует изощрений.
 В основном улучшается качество и внешний вид.
В туристических и прочих фонарях, а конкретней в налобниках, хорошо зарекомендовавших себя,
 соображающие изготовители уже давненько пихают электронику. Будь то простенький
 триггер на ВКЛ-ВЫКЛ, или импульсные (цифровые!) коммутаторы, переключатели режимов,
лампочек с диодами. Также коммутируется все это транзисторами, которые обычно,
на равнее с сопротивлениями и прочими потрохами монтируются поверхностно.
С целью упрощения и экономии места. Так вот невзрачно это выглядит.

Это почти стандартная схемка многих фирменных и не очень фонарей.
В тех что подороже, микруха в корпусе и впаяна.
Похалтурней – залита компаундом. Идея у них одна. Различия в качестве, ну плюс за имя отстегнеш.
Агрегат состоит из микросхемы, управляющей транзисторами, которые подают ток на светодиоды.
 В простых моделях, типа тики, микруха содержит на борту генератор импульсов, делители, и триггеры, переключающие режимы свечения. Теоретически ох бывает три.
Экономичный, когда диоды включаются и выключаются 60-70 раз в секунду,
промежутки работы и простоя примерно равны. Существенно экономит батарею,
но света все же чуть поменьше, и мерцание просматривается. (Кроме того как оказалось,
не все СД нормально переносят импульсное питание. Все же яркость теряют.)
«Крейсерский», на СД подано полное напряжение питания,
за исключением падения на ключевых элементах.
И сигнальный, когда они просто мигают. Очень психоделическая штука.
На практике почти не используется.
 Кроме того в серьёзных моделях возможна регулировка яркости,
обычно изменением скважности в первом режиме.
(Это когда периоды включения и выключения различны по длительности, чем больше времени
 СД включения тем ярче или наоборот увеличивается время в отключенном состоянии.)
Регулирование скважностью очень удобно для «цифровых» устройств.
 Ибо для изменения напруги или тока потребуется еще и Аналого Цифровой Преобразователь.
Что влечет дополнительные элементы и соответственно усложнение.
В тика образных клонах за 120 р. (реально 70, не боле)
ваще и транзисторов внешних нет.
 Каждый СД из трех или пяти подцеплен к отдельному каналу, и коммутируется внутри микрухи.
 Эти монстры способны иметь до 12 режимов свечения. Хотя на практике юзается тока один.
Все остальные лишь бездарное переключение и мерцание.
Кста. отсюда идея прикупить штук пять клонов, и по мере умирания выкидывать
 без сожаления совести. Считаем ~100р. * 5= 500, одна фирменная тика 1300,
или около того. Кроме того могут впарить не очень фирменную. И она одна. Её жалко.
 

Тепереча о ссамих светодиодах.
Як было сказано выше это полупроводниковый прибор, имеющий свои ВольтАмперные характеристики,
 и температурные режимы.

Так вот устроен обычный СД:

1 - непосредственно корпус, вторичный критерий выбора модели,
 встречаются разнообразных форм и габаритов. (большие, маленькие, плоские, с линзой,
без линзы, матовые, разной расцветки, плоские, планарные).
2 - токопровод, или точнее подвод. Тоненькая проволочка залитая в полимер.
Подводит ,+, к центру светоизлучающего кристалла. Иногда ложно воспринимается
 как спираль накаливания, по аналогии с лампами накаливания.
3 - держатель кристалла. Углубление выжатое в плоском основании, имеет форму чаши.
 В ней монтируется сам кристалл полупроводника. Иногда, в случае ультра яких
белых СД поверх кристалла заливается еще и люминофор.
4 - Ободок немного большего диаметра нежели диаметр корпуса, "пенька".
Используется в основном для фиксации пенька в оправе, скажем отражателе.
В некоторых разновидностях может отсутствовать.
5 - ножки. Металлические проводники используемые для подвода питания,
а иногда и крепления к плате или разъему.

2,3,5 - обязательные элементы каждого СД, его суть так сказать. их форма и расположение
 в большинстве моделей одинакова.

Разновидностей диодов очень много.
От ламп накаливания их отличает низкое энергопотребление,
 высокий КПД, малые габариты, долгий срок службы. Они не боятся тряски, ударов.
 Проще монтируются.
Однако по количеству светоотдачи лампы пока впереди. Мощные криптоновые колбы,
из кварцевого стекла, в прожекторах надежно себя зарекомендовали.
 А, вот в ручных и налобных фонарях СД предпочтительнее, ибо лампы
превосходят их только возможностью фокусировки пучка света.
Ведь В СД пучек фокусируется еще в корпусе.
В зависимости от материала полупроводника, излучают свет в непосредственно
в различных спектрах. От ИК, видимого спектра, до УФ. Материалом для кристалла в
основном служат различные соединения галлия.
Вот описание маркировки СД, а также цвета и материала используемого в нем.
Цифрами обозначены символы в "названии".

В случае мигающих, и двух трех цветных мигающих (переливающихся),
в корпус также вмонтирована
микросхема- контролер. Обычно частота переключений регулируется напряжением.
Такие СД используются в подсветках, с эстетическими целями,
но для освещения они малопригодны.
Двухцветные могут иметь три ножки. Хороши в качестве индикации режимов работы чего либо.
 (Скажем зеленый -норма, красный перегрузка.)

В дополнение поведаю о свойствах различных моделей.
Все это опробовано саморучно, на том что было под рукой,
так что неточности вполне возможны.
Здесь имеются в виду только "ультраяркие" представители, в прозрачных корпусах.
Пригодные для освещения, ТЕ ими можно светить под ноги.

Самыми живучими могу назвать зеленые СД. Они выдерживали почти 160 мА, при норме 25,
напруга больше пяти вольт. При этом они светили ярким желто красным светом,
ножки очень сильно грелись. Перегруз продолжался по три четыре секунды,
за это время они еще не успевали расплавится.
 Кста, у некоторых СД, отечественного выпуска, подобный перегруз (Не 160, конечно),
 "был" нормой, для переключения цвета свечения.
Зеленые зажигаются примерно после 2 вольт.

Здесь хочу заметить что светят и зажигаются этот немного разные понятия.
Начинать светить они могут начать и при 1 вольте, но свечение будет заметно только в
темноте и при взгляде в торец, через линзу. Затем при возрастании напряжения
свечение медленно увеличивается (См. график в начале.), и только по достижении
 определенного уровня начинают излучать по настоящему. Этот переход может даже
 происходить в виде скачка.

Желтые несколько понежнее зеленых. Перегорают при меньших токах,
но зажигаются раньше, и светят поярче.

Синие, можно назвать самыми яркими среди цветных СД.
Имеют средние параметры зажигания и напряжения.
Но в виду сильного рассеивания,
 и неприятности синего свечения для глаз мало пригодны для освещения.
Широко применяются для декоративной подсветки.

Красные самые хилые. Могут зажигаются чуть ли не от одной батарейки,
но в случае малейшей перегрузки перегорают моментально и безвозвратно.

Белые ультраяркие СД являются предметом наибольших споров и толкований.
Выпускаются в широком представлении яркости и оттенков свечения.
Смысл их в основном и составляет освещение. Даже фары из них собирают.
Рабочий ток составляет от 20 до 50 мА. Его лучше уточнить при при приобретении.
Ибо недобор бесцельно недодаст света, а перебор укоротит жизнь.

Здесь намеренно не упоминаются ультраяркие светодиоды типа Люксеонов.
Они представляют собою отдельною нишу в этой теме
и требуют отдельного описания.
Акромя того толком мной еще не пользованы,
 и конкретно поделится впечатлениями не могу.
Могу тока сказать что штука хорошая.