Данные светодиоды представляет собой комбинированный электронный прибор, в котором в одном корпусе мирно “уживаются” интегральная микросхема и световой излучатель. При подаче на МСД постоянного напряжения определенной полярности он начинает “мигать” с частотой около 2 Гц.

В зарубежной литературе встречаются три равноценные названия: Blinking LED Lamps, Flashing LED Lamps, Flicker LED Lamps. Переменная часть этих названий переводится как “мигание”, “мерцание”, “мелькание”. Предпочтение следует отдать слову “мигание”, поскольку МСД функционально подобен маяку, который по определению “мерцать” или “мелькать” не может.

Рис.1.

Отличить МСД от обычного светодиода легко по внешнему виду, разглядывая его корпус на просвет (рис. 1). Внутри МСД находятся две подложки примерно одинакового размера. На первой из них располагается кристаллический кубик светоизлучателя (1), изготовленный из редкоземельного сплава: GaP (зеленый цвет), GaAsP/GaP (желтый цвет), GaAIAs/GaAsP/GaP/ GaAllnP (красный цвет).

Для увеличения светового потока, фокусировки и формирования диаграммы направленности применяется параболический алюминиевый отражатель (2). В МСД он немного меньше по диаметру, чем в обычном светодиоде, так как вторую часть корпуса занимает подложка с интегральной микросхемой (3).

Электрически обе подложки связаны друг с другом двумя золотыми проволочными перемычками (4). Корпус МСД (5) выполняется из матовой светорассеивающей пластмассы (diffused) или из прозрачного пластика (water clear).

Излучатель в МСД расположен не на оси симметрии корпуса, поэтому для обеспечения равномерной засветки чаще всего применяют монолитный цветной диффузный световод. Прозрачный корпус встречается только у МСД больших диаметров, обладающих узкой диаграммой направленности.

Первые сообщения об МСД появились в конце 80-х годов. С тех пор многие фирмы освоили подобное производство. В таблице 1 приведены основные параметры серийно выпускаемых МСД, взятые из Интернет - файлов Datasheet.

Таблица 1.

Серия МСД	Ж , мм	Iv, сила света, мкд				Fv, Гц	Q , град	If, В	Vr, mA	Vr, B	Pv, мВт	Фирма изготовитель
		Red	Green	Yellow	Orange
493019-х	5	200	100	300	250	2	-	-	-	-	-	Sloan
ВВ-Вх71-С	3	2-40	8-30	6-20	8-25	2-2,8	45	3-10	25	5	-	Bright
ВВ-Вх74	5	4-60	12-50	10-35	12-40	2-2,8	45	3-10	25	5	-	Bright
BMR01W	10	500-1000*	-	-	-	1,5-2,5	40	3,5-12	6-56	0,5	200	SUNLED
BMR81W	8	500-1000*	-	-	-	1,5-2,5	40	3,5-12	6-56	0,5	200	SUNLED
Вх01D	10	20-400	20-70	20-70	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0,5	200	SUNLED
Bx34D	3	12,5-300	5-20	5-20	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0.5	200	SUNLED
Bx53D	5	20-300	5-32	5-32	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0.5	200	SUNLED
Bx54D	5	12,5-300	5-20	5-20	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0.5	200	SUNLED
Bx81D	8	20-400	20-70	20-70	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0.5	200	SUNLED
CMDF333xD	5	1,5-100	2-5	2,5-7	-	1,5-3	45	5-13	20-60	5	85	Chicago
CSL-36FxD	3	1,3-300	5-20	5-20	-	(1,5-2,5)	60	9	(6-56)	(0,5)	(200)	Carroilton
CSL-456FxD	5	0,8-300	5-20	5-20	-	(1,5-2,5)	60	9	(6-56)	(0,5)	(200)	Carrottton
CSL“56FxD	5	2-300	5-32	5-32	-	(1,5-2,5)	60	9	(6-56)	(0,5)	(200)	CarroWton
CSL-616FxD	3	1,3-300	5-20	5-20	-	(1,5-2,5)	60	9	(6-56)	(0,5)	(200).	CarroHton
CSL-796FSRC	8	500-1000*	-	-	-	(1,5-2,5)	40	9	(6-56)	(0,5)	(200)	Carroltton
CSL-796FxD	8	20-400	20-70	20-70	-	(1,5-2,5)	60	9	(6-56)	(0,5)	(200)	Carroilton
CSL-816FSRC	10	500-1000*	-	-	-	(1.5-2,5)	40	9	(6-56)	(0,5)	(200)	Carroilton
CSL-816FxD	10	20-400	20-70	20-70	-	(1,5-2,5)	60	9	(6-56)	(0.5)	(200)	Carroflton
L-297xD-F	3	0.8-300	2,5-12,5	2,5-12,5	2,5-20	2+-0.02	120	1,6-2,8	5-30	5	45-100	LEDopto
L-36BxD	3	1,3-300	5-20	5-20	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0,5	200	Kingbright
L-456BxD	5	0,8-300	5-20	5-20	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0,5	200	Kingbright
L-517xD-F	5	0,8-500	3-15	5-20	5-20	2+-0.02	120	1,5-2,8	5-40	5	45-110	LEDopto
L-56BXD	5	2-300	5-32	5-32	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0,5	200	Kingbright
L-616BxD	3	1,3-300	5-20	5-20	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0,5	200	Kingbright
L-796BSRC	8	500-1000*	-	-	-	1,5-2,5	40	3,5-12	6-56	0,5	200	Kingbright
L-796BxD	8	20-400	20-70	20-70	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0,5	200	Kingbright
L-816BSRC	10	500-1000*	-	-	-	1,5-2,5	40	3,5-12	6-56	0.5	200	Kingbright
L-816BxD	10	20-400	20-70	20-70	-	1,5-2,5	60	3,5-12	6-56	0,5	200	Kingbright
LFx2060	3	1,9-10	8-13	6-10	-	2-3	-	3-10	-	-	-	Ligttek
LFx3330	5	7-26	-	-	-	2-3	-	3-12	-	-	-	Ligrtek
LFx3360	5	1,7-10	10-17	6-10	-	2-3	-	3-12	-	-	-	Ligitek
LFx3360-2	5	1,7-10	10-17	6-10	-	1,6-2,6	-	3-12	-	-	-	Ligrtek
MCDL-517VRC	5	2500-3000*	-	-	-	2+-0.02	30	1,8	10-20	5	60	MCD
MCDL-517VxC-F	5	800-1000*	-	800-1000*	-	2+-0.02	15	5-12	10-20	5	120	MCD
MCDL-517xD-F	5	0,8-500	3-15	5-20	5-20	2+-0.02	120	1,7-2,1	10-40	5	45-100	MCD
MGB557D	5	-	35-50	-	-	0,6-1,8	40	1,6-3,5	20	5	-	Micro
MOB557TA	5	-	-	-	150-200*	0,6-1,6	40	1,6-3,5	20	5	-	Micro
MSB557DA	5	50-80	-	-	-	0,6-1,8	40	1,6-3,4	20	5		Micro
MSB557TA	5	300-500*	-	-	-	0,9-1,8	40	1,6-3,5	20	5	-	Micro
MSB557TA-12V	5	300-500*	-	-	-	1,2-2,8	40	3-15	20	5	-	Micro
MSB559TA-5	10	4000-6000*	-		-	0,6-1,8	16	1.6-3,5	20	5	-	Micro
TLBR5410	5	0,5-1,6	-	-	-	1,3-5,2	80	4,75-7	10-30	0,4	200	Vishay

Примечания:

1. Знак "*" означает прозрачный корпус светодиода, у остальных МСД корпуса диффузные.
2. В круглые скобки взяты предполагаемые значения параметров, не указанные в файлах Datasheet.
3. В реальных названиях МСД символ "х" заменяется одной или двумя буквами согласно таблице 2, например. LFG3360, L-297LRD-F, L-56BYD, ВВ-В5171-С, 493019-G.
4. Полные названия и реквизиты фирм-изготовителей приведены в таблице 3.

Более того, встречаются явные противоречия, неточности, несоответствия. К сожалению, главная причина ошибок - человеческий фактор. Для компактности перечислены целые серии светодиодов, а их конкретные наименования необходимо идентифицировать, пользуясь таблице 2.

Иногда в прайсах фирм-посредников можно встретить устаревшие названия МСД. К примеру, CQX21 - это аналог TLBR5410, но в системе обозначений Pro Electron. Общее замечание. В файлах Datasheet, на основании которых составлена таблице 1, приводятся далеко не все интересующие потребителя данные.

Таблица 2.

Название цвета	Английское обозначение	Диапазон Замена символа "х" длин волн в названиях МСД в МСД, нм согласно табл.1
Насыщенный красный	Bright Red	697-700 Н; S; 51
Красный	Super Bright Red	сел i R; s; HR; LR; MR; 660 SR; UR; 61
Светло-красный	Hi-Efficiency Red	625-635 I; E; R; UR; 45
Оранжевый	Orange; Amber	611-630 A;E;O;41
Желтый	Yellow	585-592 Y; UY; 31
Зеленый	Green	565-575 G; UG; 21; X11

Технические параметры МСД:

1. Vf (Forward Voltage), В, постоянное прямое напряжение, подаваемое на МСД. Существует неофициальный ряд значений, которых придерживаются изготовители: 1,8; 3; 5; 9; 12 В. “Низковольтные” МСД (VF < 3 В) не содержат внутренних ограничительных резисторов, в отличие от своих “высоковольтных” собратьев. Различают узко и широкодиапазонные МСД, причем последние имеют типовой допуск 3-12 В.
2. If (Forward Current), мА, ток через МСД в светящемся состоянии. Порядок значений IF примерно такой же, как и у обычных светодиодов. Безопасным током для всех типов МСД можно считать 10 мА. Именно его рекомендуется устанавливать при проверках работоспособности. Допустимый миллисекундный импульсный прямой ток составляет 100-200 мА.
3. Iv (Luminous Intensity), мкд, сила света - излучаемый световой поток на единицу телесного угла. Для низковольтных МСД lv измеряется при среднем значении прямого тока If, для “высоковольтных” - при типовом рабочем напряжении Vf. Различают обычные (If < 70 мкд) и сверхъяркие МСД (Super Bright LED Lamps).
4. Fv (Blinking Frequency), Гц, частота мигания в диапазоне напряжений Vf. Зависимость обратно пропорциональная - при увеличении напряжения частота “вспышек” понижается. Существует заметный разброс Fv от экземпляра к экземпляру даже у однотипных МСД.
5. Pv (Power Dissipation), мВт, средняя мощность рассеяния, при которой еще гарантируется надежное и долговременное функционирование МСД во всем диапазоне температур и напряжений. Учитывая импульсный характер работы МСД и скважность “вспышек”, равную примерно 2, значение Pv для светящегося состояния можно увеличить вдвое. Однако и эта величина зачастую входит в противоречие с приводимыми в Datasheet параметрами. Например, если рассчитать мощность, которую рассеивает светодиод серии L-56 (фирма Kingbright) при напряжении Vf = 12В, то получится 670 мВт. Длительная работа в таком режиме недопустима, следовательно, светодиод необходимо подключать к источнику с напряжением не более 9 В.
6. Vr (Reverse Voltage), В, постоянное обратное напряжение, которое можно подавать на МСД без опасности его повреждения. Ток утечки при этом гарантируется, как правило, не более 10 мкА. Глядя на значение параметра Vr, можно однозначно определить, имеется ли внутри МСД защитный диод. Если Vr < 0,5В, то имеется, и наоборот. Величина VR, приведенная в таблице 1, не является предельно допустимой, она определяет лишь качество изготовления МСД на предмет отсутствия утечек через полевые структуры интегральной микросхемы. При увеличении обратного напряжения до 7-10В светодиод превращается в стабилитрон, максимальный ток стабилизации которого ограничен мощностью рассеяния Pv.
7. Ж (Diameter), мм, диаметр цилиндрической части корпуса МСД. Этот параметр является удобным при первичной классификации МСД. Существует стандартный ряд значений: 3, 5, 8, 10 мм, причем первые два из них имеют унифицированные “дюймовые” названия соответственно “Т-1” и “Т-1 3/4”.
8. Q (Viewing Angle 2Q 1/2), градусы, удвоенный угол, в пределах которого сила света уменьшается в 2 раза по сравнению с максимумом излучения. Различают МСД с рассеянным (Q > 60°) и узконаправленным (Q < 60°) излучением.

По внешним конструктивным признакам, технологии пайки и формовки, МСД не отличается от обычных светодиодов. Совпадают также и рекомендации по очистке корпуса МСД от загрязнений. В частности, нельзя применять тетрахлорэтан, ацетон, трихлорэтилен и другие подобные растворители. Очистка должна производиться методом окунания в спирт на протяжении не более 1 минуты.

Часто задаваемый вопрос: “Как безопасно проверить работоспособность МСД при покупке?” Самый простой способ (на все случаи жизни) - от батарейки 4,5В через последовательно включенный резистор 51 Ом мощностью не менее 0,25 Вт. Для справки, катод легко отличить от анода по скосу на корпусе МСД.

Фирмы-изготовители светодиодов находятся в США, Германии, Тайване, Сянгане (табл.3). Судя по одинаковым параметрам светодиодов фирм Kingbright, SUNLED, Carrollton, - налицо их взаимное лицензирование продукции.

Таблица 3.

Полное название фирмы	Головной офис	Адрес сайта фирмы	Datasheet
Bright LED Electronics Corp.	Тайвань	http://www.brightled.com.tw	l-blinking.pdf (74 kb)
Carrollton Semiconductor	США, Техас	http://www.csitexas.com	FlashingLED.pdf (356 kb)
Chicago Miniature Lamp, Inc.	США, Нью-Джерси	http://www.sli-lighting.com	1-98.pdf (48 КБ)
Kingbright Electronic Co., Ltd	Тайвань	http://www.kingbright.com	www.kingbright-led.com/search.asp
LEDopto	США, Калифорния	http://www.ledopto.com	L297XDF.pdf (108 kb), L517XDF.pdf (186 kb)
Ligitek Electronics Co., Ltd	Тайвань	http://www.ligitek.com	www.ligitek.com/list.htm
MCD Electronics Inc.	США, Нью-Мехико	http://www.mcdelectronics.com	MCDL-517VXDF Flasher.pdf (69 kb)
Micro Electronics Corporation	Сянган (Гонконг)	http: //www.microelect.com	www.microelect.com/datasht.htm
Sloan Company, Inc.	США, Калифорния	http: //www.sloancorp.com	www.alliedelec.com, 567.pdf (48 kb)
SUNLED Corporation	Сянган (ранее Гонконг)	http://www.sunled.com	www.sunled.com/products/flashing.htm
Vishay Telefunken	Германия	http://www.vishay.com	tlbr5410.pdf (160 kb)

Как ни парадоксально, однако информация о внутреннем электрическом устройстве МСД является “закрытой” и отсутствует даже в Интернете. Попробуем восполнить этот пробел, применяя методы физического и логического анализа.

Физический уровень

МСД является двухполюсником. Исследование его вольтамперных характеристик (ВАХ) показывает [1], что в светящемся состоянии МСД эквивалентен последовательной цепочке “обычный светодиод - гасящий резистор”. Номинал резистора составляет сотни ом и прямо пропорционален допустимому рабочему напряжению VF. У “низковольтных” МСД резистор, как правило, отсутствует.

Рис.2.

В несветящемся состоянии МСД подобен нелинейному резистору сопротивлением более 100 кОм. При смене полярности подаваемого напряжения светодиоды фирм Kingbright, SUNLED, Carrollton, Vishay превращаются в кремниевые диоды с включенным последовательно низкоомным резистором 5-10 Ом. Диод защищает встроенную интегральную микросхему от подачи напряжения обратной полярности. Резистор ограничивает ток через диод, позволяя без пробоя выдерживать напряжение VF величиной до 3-4 В.

Если собрать электрическую схему согласно рис.2 и подключить параллельно резистору R1 осциллограф, то можно наблюдать интересную картину. Оказывается, в несветящемся состоянии ток через светодиод HL1 (рис.3) модулируется высокочастотными импульсами! Следовательно, внутри МСД находится постоянно работающий задающий генератор. Частота следования импульсов около 100 кГц (в разных экземплярах светодиодов от разных изготовителей это значение меняется вплоть до 40%).

Почему генератор высокочастотный? Очевидно, это связано с технологическими ограничениями на размеры (а значит, и емкость) конденсатора, который входит в частотозадающую цепь генератора. Низкое значение емкости определяет высокую тактовую частоту.

Рис.3.

Увеличение емкости конденсатора за счет расширения площади подложки экономически неоправданно. Дешевле расположить на ней несколько двоичных делителей в микроэлектронном исполнении.

Логический уровень

Эксперименты, проведенные на физическом уровне, позволяют сделать вывод о наличии внутри МСД четырех узлов: светодиодного излучателя с токоограничивающим резистором, задающего ВЧ-генератора с делителем частоты, электронного ключа и защитного диода. Резистор и (или) диод в зависимости от типа МСД могут отсутствовать.

Судя по низкому току потребления в несветящемся состоянии, электронная часть МСД выполнена на полевых структурах. Прямое подтверждение тому содержится в файле Datasheet светодиода TLBR5410 фирмы Vishay Telefunken, а именно: “Built-in blink-function P-MOS 1С” - встроенная Р-МОП микросхема с функцией мигания.

Если учесть, что светодиод TLBR5410 имеет сравнительно узкий диапазон питающего напряжения (4,75...7 В), то логично предположить, что широкодиапазонные МСД (3..12 В) изготавливаются с применением КМОП-технологии.

На рис.4 изображена полная схема замещения МСД типа L-56BHD фирмы Kingbright. выполненная на дискретных элементах. Она может быть полезна для составления математической модели в формате SPICE. Для справки: упрощенная эквивалентная схема МСД без высокочастотного генератора приведена в [2]. Если реализовать ее на практике, то стоимость всех комплектующих будет в 1,5-2 раза ниже, чем у одного МСД.

 Рис.4.

Основу схемы приведенной на рис.4, составляет RC-генератор на элементах DD1 1-DD1.3, С1, R1. Сигнал, снимаемый с выхода буферного инвертора DD1.4, имеет частоту около 100 кГц. Делитель собран на счетчиках DD2 DD3 (коэффициент деления 65536). На его выходе образуется меандр с частотой 1,5 Гц.

Инверторы DD1.5, DD1.6 выполняют функцию электронного ключа и соединены параллельно для увеличения нагрузочной способности. Ток через светодиод HL1 ограничивается резистором R2, а ток через защитный диод VD1 - резистором R3.

Цвет свечения определяется типом применяемого светодиода. Частоту “вспышек” МСД можно регулировать подбором номиналов резистора R1 и конденсатора С1. Другой путь - изменение коэффициента деления счетчиков DD2, DD3.

С. Рюмик

Литература:

1. Рюмик С. Генераторы импульсов на мигающем” светодиоде. - Радио, 2000, №2, с. 45.

2. Рюмик С. Мигающие светодиоды (справочный материал). - РА, 1999, №12, с. 26.