Что такое прямое падение напряжения

Введение в диоды и выпрямители

Что такое прямое падение напряжения

Диод – это электрическое устройство, которое позволяет току проходить через него в одном направлении с гораздо большей легкостью, чем в другом.

Наиболее распространенным типом диодов в современной схемотехнике является полупроводниковый диод, хотя существуют и другие диодные технологии. Условное обозначение полупроводниковых диодов на электрических схемах показано на рисунке ниже.

Термин «диод» обычно используется для небольших сигнальных устройств, I ≤ 1 А. Термин выпрямитель используется для мощных устройств, I > 1 А.

Условное графическое обозначение полупроводникового диода по ГОСТуЕще одно условное обозначение полупроводникового диода: стрелки показывают направление движения потока электронов

Если поместить диод в простую цепь между батареей и лампой, он либо разрешит, либо запретит протекание тока через лампу, в зависимости от полярности приложенного напряжения (рисунок ниже).

Работа диода: (a) Протекание тока допускается; диод смещен в прямом направлении. (b) Протекание тока запрещено; диод смещен в обратном направлении.

Когда полярность батареи такова, что электроны могут протекать через диод, то говорится, что на диод подано прямое смещение. И наоборот, когда батарея подключена «наоборот», и диод блокирует протекание тока, говорится, что на диод подано обратное смещение.

Диод может рассматриваться как выключатель: «замкнут» при прямом смещении и «разомкнут» при обратном смещении.

Как ни странно, направление «стрелки» на условном обозначении диода указывает в сторону, противоположную направлению потока электронов.

Это так потому, что условное обозначение было придумано инженерами, которые в основном используют традиционное обозначение тока на своих схемах, показывающее электрический ток, как поток зарядов от положительной (+) стороны источника напряжения к отрицательной (-) стороне.

Это соглашение справедливо для всех условных обозначений полупроводниковых приборов, обладающих «стрелками»: стрелка указывает в направлении, разрешенном для обычного тока, и противоположном направлению, разрешенному для потока электронов.

Поведение диода аналогично поведению гидравлического устройства, называемого обратным клапаном. Обратный клапан позволяет протекать потоку жидкости через него только в одном направлении (рисунок ниже).

Аналогия с гидравлическим обратным клапаном: (a) Поток электронов разрешен. (b) Поток электронов запрещен.

Обратные клапаны являются устройствами, управляемыми давлением: они открыты и разрешают поток, если давление через них имеет «полярность», правильную для открытия затвора (в показанной аналогии давление жидкости справа должно быть выше, чем слева).

Если давление соответствует противоположной «полярности», разница давлений через обратный клапан закроет и будет удерживать затвор так, что не будет никакого потока.

Как и обратные клапаны, диоды являются устройствами, управляемыми «давлением» (напряжением). Основная разница между прямым и обратным смещениями заключается полярности напряжения, падающего на диоде. Давайте подробнее рассмотрим показанную ранее простую схему, состоящую из батареи, диода и лампы. На этот раз изучив падения напряжения на различных компонентах (рисунок ниже).

Измерение напряжений на схеме с диодом: (a) Прямое смещение. (b) Обратное смещение.

Диод, смещенный в прямом направлении, проводит ток, и на нем падает небольшое напряжение, оставляя большую часть напряжения батареи на лампе. Если полярность батареи изменить, то на диод будет подано обратное смещение, и на нем будет падать всё напряжение батареи, не оставляя ничего для лампы.

Если мы рассмотрим диод как самостоятельный выключатель (замкнут в режиме прямого смещения и разомкнут в режиме обратного смещения), это поведение обретает смысл.

Наиболее существенная отличие от выключателя заключается в том, что в режиме пропускания тока на диоде падает гораздо большее напряжение по сравнению с обычным механическим выключателем (0,7 вольта против десятков милливольт).

Это падение напряжения при прямом смещении, демонстрируемое диодом, обусловлено действием обедненной области, образованной P-N переходом под действием приложенного напряжения. Если к полупроводниковому диоду не приложено никакое напряжение, существует тонкая обедненная область вокруг области P-N перехода, предотвращающая протекание тока (рисунок ниже (a)). Обедненная область почти лишена носителей заряда и действует как диэлектрик:

Представления диода: модель PN-перехода, условное обозначение, реальная радиодеталь

Условное обозначение диода показано на рисунке выше (b) таким образом, что анод (указывающий конец) соответствует полупроводнику P-типа на (a). Полоса катода, не указывающий конец, на (b) соответствует материалу N-типа на (a). Также отметим, что полоса на реальном компоненте (c) соответствует катоду на условном обозначении.

Если на P-N переход подается напряжение обратного смещения, это расширяет обедненную область, увеличивая сопротивление протеканию тока через диод (рисунок ниже).

Обедненная область расширяется при обратном смещении

И наоборот, если на P-N переход подано напряжение прямого смещения, обедненная область разрушается, становясь тоньше. Диод оказывает меньшее сопротивление протеканию через него тока. Для устойчивого протекания тока через диод, обедненная область в нем должна быть полностью разрушена приложенным напряжением. Для этого необходимо определенное минимальное напряжение, называемое прямым напряжением, как показано на рисунке ниже.

Увеличение прямого смещения от (a) до (b) уменьшает толщину обедненной области

Для кремниевых диодов типовое значение прямого напряжения составляет 0,7 вольта. Для германиевых диодов прямое напряжение составляет всего 0,3 вольта. На номинальное значение прямого напряжение диода влияет химический состав его P-N перехода, поэтому кремниевые и германиевые диоды обладают такими разными значениями прямого напряжения.

Прямое падение напряжения остается приблизительно постоянным в широком диапазоне токов, протекающих через диод, а это означает, что падение напряжения на диоде не похоже на падение напряжения на резисторе или даже обычном (замкнутом) выключателе.

Для наиболее упрощенного анализа схемы падение напряжения на диоде в режиме пропускания тока можно считать постоянным, равным номинальному значению и не связанным с величиной тока.

На самом деле, прямое падение напряжения является более сложным. Уравнение, приведенное ниже, описывает точный ток через диод, учитывая падение напряжения на переходе, температуру перехода и несколько физических констант. Это уравнение наиболее известно, как уравнение Шокли для диода:

\[I_D = I_S ( e{qV_D / NkT} — 1)\]

где

  • ID – ток, проходящий через диод, в амперах;
  • IS – ток насыщения диода, в амперах;
  • e – постоянная Эйлера (~2,718281828);
  • q – заряд электрона (1,6 × 10-19 кулона);
  • VD – напряжение на диоде, в вольтах;
  • N – коэффициент «неидеальности» или «эмиссии» (обычно равен от 1 до 2);
  • k – постоянная Больцмана (1,38 × 10-23);
  • T – температура перехода в Кельвинах.

Значение kT/q описывает напряжение, создаваемое внутри P-N перехода из-за воздействия температуры и называемое тепловым напряжением, или Vt, перехода. При комнатной температуре оно составляет примерно 26 милливольт. Зная это, и предполагая, что коэффициент «неидеальности» равен 1, мы можем упростить уравнение Шокли для диода и переписать его так:

\[I_D = I_S ( e{V_D / 0,026} — 1)\]

где

  • ID – ток, проходящий через диод, в амперах;
  • IS – ток насыщения диода, в амперах;
  • e – постоянная Эйлера (~2,718281828);
  • VD – напряжение на диоде, в вольтах.

Для анализа простых схем с диодами вам не нужно знать уравнение Шокли для диода. Просто знайте, что падение напряжение на диоде в режиме пропускания тока изменятеся с величиной протекающего через диод тока, но это изменение достаточно мало в широком диапазоне значений тока.

Именно поэтому многие учебники просто говорят, что падение напряжение на полупроводниковом диоде в режиме пропускания тока остается постоянным на уровне 0,7 вольта для кремниевых диодов и 0,3 вольта для германиевых диодов. Тем не менее, некоторые схемы намеренно используют свойственную P-N переходу экспоненциальную зависимость тока от напряжения и, таким образом, могут быть поняты только в контексте данного уравнения.

Кроме того, поскольку температура является одной из составляющих уравнения Шокли для диода, P-N переход с прямым смещением может быть также использован в качестве устройства, чувствительного к температуре, работа которого может быть понята только при понимании идеи этой математической связи.

Диод с обратным смещением предотвращает протекание через него тока, из-за расширенной обедненной области. В действительности, небольшой ток всё-таки может пройти и проходит через диод с обратным смещением. Данный ток называется током утечки и может быть проигнорирован в большинстве случаев.

Возможность диода выдерживать напряжения обратного смещения ограничено, как у любого диэлектрика. Если приложенное напряжение обратного смещения становится слишком большим, диод будет испытывать состояние, известное как пробой (рисунок ниже), которое обычно для диода разрушительно.

Значение максимального напряжения обратного смещения известно как максимальное обратное напряжение и может быть получено из данных, предоставляемых производителем.

Как и прямое напряжение, значение максимального обратного напряжения диода зависит от температуры; только отличие заключается в том, что максимальное обратное напряжение увеличивается с увеличением температуры и уменьшается при охлаждении диода – поведение, в точности противоположное поведению прямого напряжения.

Вольт-амперная характеристика диода, показывающая изгиб при 0,7 В прямого смещения для Si и пробой при обратном смещении.

Как правило, значение максимального обратного напряжения типового выпрямительного диода составляет не менее 50 вольт при комнатной температуре. Диоды со значениями максимального обратного напряжения в тысячи вольт также доступны.

Подведем итоги

  • Диод представляет собой электрический компонент, действующий для тока, как односторонний клапан.
  • Прикладывание к диоду напряжения таким образом, что диод начинает пропускать ток, называется прямым смещением.
  • Прикладывание к диоду напряжения таким образом, что диод перестает пропускать ток, называется обратным смещением.
  • Падение напряжение на проводящем диоде с прямым смещением называется прямым напряжением. Прямое напряжение диода лишь в незначительной степени зависит от изменений прямого тока и температуры и фиксируется с помощью химического состава P-N перехода.
  • Кремниевые диоды имеют прямое напряжение около 0,7 вольт.
  • Германиевые диоды имеют прямое напряжение около 0,3 вольт.
  • Максимальное напряжение обратного смещения, которое диод може выдержать без «разрушения», называется максимальным обратным напряжением.
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как рассчитать мощность зная ток и напряжение

Оригинал статьи:

  • Introduction to Diodes And Rectifiers

Теги

ДиодОбучениеЭлектроника

Источник: https://radioprog.ru/post/163

Как проверить диод?

Что такое прямое падение напряжения

Радиоэлектроника для начинающих

Чтобы определить исправность диода можно воспользоваться приведённой далее методикой его проверки цифровым мультиметром.

Но для начала вспомним, что представляет собой полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод – это электронный прибор, который обладает свойством однонаправленной проводимости.

У диода имеется два вывода. Один называется катодом, он является отрицательным. Другой вывод – анод. Он является положительным.

На физическом уровне диод представляет собой один p-n переход.

Напомню, что у полупроводниковых приборов p-n переходов может быть несколько. Например, у динистора их три! А полупроводниковый диод, по сути является самым простым электронным прибором на основе всего лишь одного p-n перехода.

Запомним, что рабочие свойства диода проявляются только при прямом включении. Что значит прямое включение? А это означает, что к выводу анода приложено положительное напряжение (+), а к катоду – отрицательное, т.е. (). В таком случае диод открывается и через его p-n переход начинает течь ток.

При обратном включении, когда к аноду приложено отрицательное напряжение (), а к катоду положительное (+), то диод закрыт и не пропускает ток.

Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на обратно включённом диоде не достигнет критического, после которого происходит повреждение полупроводникового кристалла. В этом и заключается основное свойство диода – односторонняя проводимость.

У подавляющего большинства современных цифровых мультиметров (тестеров) в функционале присутствует возможность проверки диода. Эту функцию также можно использовать для проверки биполярных транзисторов. Обозначается она в виде условного обозначения диода рядом с разметкой переключателя режимов мультиметра.

Небольшое примечание! Стоит понимать, что при проверке диодов в прямом включении на дисплее показывается не сопротивление перехода, как многие думают, а его пороговое напряжение! Его ещё называют падением напряжения на p-n переходе.

Это напряжение, при превышении которого p-n переход полностью открывается и начинает пропускать ток. Если проводить аналогию, то это величина усилия, направленного на то, чтобы открыть «дверь» для электронов. Это напряжение лежит в пределах 100 – 1000 милливольт (mV).

Его то и показывает дисплей прибора.

В обратном включении, когда к аноду подключен минусовой () вывод тестера, а к катоду плюсовой (+), то на дисплее не должно показываться никаких значений. Это свидетельствует о том, что переход исправен и в обратном направлении ток не пропускает.

В документации (даташитах) на импортные диоды пороговое напряжение именуется как Forward Voltage Drop (сокращённо Vf), что дословно переводится как «падение напряжения в прямом включении«.

Само по себе падение напряжения на p-n переходе нежелательно. Если помножить протекающий через диод ток (прямой ток) на величину падения напряжения, то мы получим ни что иное, как мощность рассеивания – ту мощность, которая бесполезно расходуется на нагрев элемента.

Узнать подробнее о параметрах диода можно здесь.

Проверка диода

Чтобы было более наглядно, проведём проверку выпрямительного диода 1N5819. Это диод Шоттки. В этом мы скоро убедимся.

Производить проверку будем мультитестером Victor VC9805+. Также для удобства применена беспаечная макетная плата.

Обращаю внимание на то, что во время измерения нельзя держать выводы проверяемого элемента и металлические щупы двумя руками. Это грубая ошибка. В таком случае мы измеряем не только параметры диода, но и сопротивление своего тела. Это может существенно повлиять на результат проверки.

Держать щупы и выводы элемента можно только одной рукой! В таком случае в измерительную цепь включен только сам измерительный прибор и проверяемый элемент. Данная рекомендация справедлива и при измерении сопротивления резисторов, а также при проверке конденсаторов. Не забывайте об этом важном правиле!

Итак, проверим диод в прямом включении. При этом плюсовой щуп (красный) мультиметра подключаем к аноду диода. Минусовой щуп (чёрный) подключаем к катоду. На фотографии, показанной ранее, видно, что на цилиндрическом корпусе диода нанесено белое кольцо с одного края. Именно с этой стороны у него вывод катода. Таким образом маркируется вывод катода у большинства диодов импортного производства.

Как видим, на дисплее цифрового мультиметра показалось значение порогового напряжения для 1N5819. Так как это диод Шоттки, то его значение невелико – всего 207 милливольт (mV).

Теперь проверим диод в обратном включении. Напоминаем, что в обратном включении диод ток не пропускает. Забегая вперёд, отметим, что и в обратном включении через p-n переход всё-таки протекает небольшой ток. Это так называемый обратный ток (Iобр). Но он настолько мал, что его обычно не учитывают.

Поменяем подключение диода к измерительным щупам мультиметра. Красный щуп подключаем к катоду, а чёрный к аноду.

На дисплее покажется «1» в старшем разряде дисплея. Это свидетельствует о том, что диод не пропускает ток и его сопротивление велико. Таким образом, мы проверили диод 1N5819 и он оказался полностью исправным.

Многие задаются вопросом: «Можно ли проверить диод не выпаивая его из платы?» Да, можно. Но в таком случае необходимо выпаять из платы хотя бы один его вывод. Это нужно сделать для того, чтобы исключить влияние других деталей, которые соединены с проверяемым диодом.

Если этого не сделать, то измерительный ток потечёт через все, в том числе, и через связанные с ним элементы. В результате тестирования показания мультиметра будут неверными!

В некоторых случаях данным правилом можно пренебречь, например, когда чётко видно, что на печатной плате нет таких деталей, которые могут повлиять на результат проверки.

Неисправности диода

У диода есть две основные неисправности. Это пробой перехода и его обрыв.

  • Пробой. При пробое диод превращается в обычный проводник и свободно пропускает ток хоть в прямом направлении, хоть в обратном. При этом, как правило, пищит буззер мультиметра, а на дисплее показывается величина сопротивления перехода. Это сопротивление очень мало и составляет несколько ом, а то и вообще равно нулю.
  • Обрыв. При обрыве диод не пропускает ток ни в прямом, ни в обратном включении. В любом случае на дисплее прибора – «1«. При таком дефекте диод представляет собой изолятор. «Диагноз» — обрыв можно случайно поставить и исправному диоду. Особенно легко это сделать, когда щупы тестера порядком изношены и повреждены. Следите за исправностью измерительных щупов, провода у них ох какие «жиденькие» и при частом использовании легко рвутся.

А теперь пару слов о том, как по значению порогового напряжения (падению напряжения на переходе — Forward Voltage Drop (Vf)) можно ориентировочно судить о типе диода и материале из которого он изготовлен.

Вот небольшая подборка, составленная из конкретных диодов и соответствующих им величин Vf, которые были получены при их тестировании мультиметром. Все диоды были предварительно проверены на исправность.

Марка диода Измеренное пороговое напряжение, мВ (mV) Тип диода, материал полупроводника
1N5822 167 выпрямительный диод Шоттки
1N5819 200 выпрямительный диод Шоттки
RU4 419 быстрый выпрямительный диод
Д20 358 точечный германиевый диод
Д9 400 точечный германиевый диод
2Д106А 559 диффузионный кремниевый диод
Д104 717 точечный кремниевый диод

Как видим, наименьшее падение напряжения на переходе (Vf) у диодов Шоттки 1N5822 и 1N5819. Это отличительная черта всех диодов на основе перехода металл-полупроводник (барьера Шоттки).

При прямом протекании тока через их переход (барьер Шоттки), на нём падает очень малое напряжение. Сказать проще – диод практически не оказывает никакого сопротивления протекающему току и не расходует драгоценные ватты. Противоположенная ситуация у кремниевых диодов. Прямое падение напряжения у них, как правило, не меньше 0,5 вольт, а то и больше. Кремниевые диоды и диоды с барьером Шоттки очень активно используются для выпрямления переменного тока. Например, в составе диодного моста.

Германиевые диоды имеют прямое падение напряжения равное 300 – 400 милливольт. Например, проверенный нами точечный германиевый диод Д9, который ранее применялся в качестве детектора в радиоприёмниках, имеет пороговое напряжение около 400 милливольт.

  • Диоды Шоттки имеют Vf в районе 100 – 250 mV;
  • У германиевых диодов Vf, как правило, равно 300 – 400 mV;
  • Кремниевые диоды имеют самое большое падение напряжения на переходе равное 400 – 1000 mV.

Таким образом, с помощью описанной методики можно не только определить исправность диода, но и ориентировочно узнать, из какого материала и по какой технологии он изготовлен. Определить это можно по величине Vf.

Возможно, после прочтения данной методики у вас появится вопрос: «А как же проверить диодный мост?» На самом деле, очень просто. Об этом я уже рассказывал здесь.

» Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/kak-proverit-diod.html

Конвертер величин

Что такое прямое падение напряжения

Светодиод (светоизлучающий диод) — полупроводниковый источник излучения в оптическом диапазоне с двумя или более выводами. Монохромные светодиоды обычно имеют два вывода, двухцветные — два или три вывода, трехцветные снабжены четырьмя выводами. Светодиод излучает свет, если к его вывода приложено определенное прямое напряжение.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как определить пусковую обмотку

Обычный инфракрасный светодиод и его условное обозначение на принципиальных схемах (на российских принципиальных схемах светодиоды изображают без разрыва проводника). Квадратный кристалл светодиода установлен на отрицательном электроде (катоде). К положительному электроду (аноду) кристалл подключается с помощью тонкого проводника.

Для подключения светодиода к источнику питания можно использовать простую схему с последовательно включенным токоограничительным резистором. Резистор необходим в связи с тем, что падение напряжение на светодиоде является постоянным в относительно широком диапазоне рабочих токов.

Цвета светодиодов, материал полупроводника, длина волны и падение напряженияЦветМатериал полупроводникаДлина волныПадение напряжения
Инфракрасный Арсенид галлия (GaAs) 850-940 нм
Красный Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) 620-700 нм 1.6—2.0 В
Оранжевый Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) 590-610 нм 2.0—2.1 В
Желтый Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) 580-590 нм 2.1—2.2 В
Зеленый Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) 500-570 нм 1.9—3.5 В
Синий Нитрид индия-галлия (InGaN) 440-505 нм 2.48—3.6 В
Белый Диоды с люминофором или трехцветные RGB Широкий спектр 2.8—4.0 В

Поведение светодиодов и резисторов в схемах отличается. В соответствии с законом Ома, резисторы имеют линейную зависимость падения напряжения от протекающего через них тока:

Вольтамперные характеристики типичных светодиодов различных цветов

Если напряжение на резисторе увеличивается, ток также пропорционально увеличивается (здесь мы предполагаем, что величина сопротивления резистора остается постоянной). Светодиоды ведут себя не так. Их поведение соответствует поведению обычных диодов.

Вольтамперные характеристики светодиодов разного цвета приведены на рисунке. Они показывают, что ток через светодиод не прямо пропорционален падению напряжения на светодиоде. Видно, что имеется экспоненциальная зависимость тока от прямого напряжения.

Это означает, что при небольшом изменении напряжения ток может измениться очень сильно.

Если прямое напряжение на светодиоде невелико, его сопротивление очень большое и светодиод не горит. При превышении указанного в технических характеристиках порогового уровня светодиод начинает светиться и его сопротивление быстро падает.

Если приложенное напряжение превышает рекомендуемую величину прямого напряжения, которое может быть в пределах 1,5—4 В для светодиодов различных цветов, ток через светодиод резко растет, что может привести к выходу его из строя.

Для ограничения этого тока, последовательно со светодиодом включают резистор, который ограничивает ток таким образом, что он не превышал рабочий ток, указанный в характеристиках светодиода.

Светодиод в прямоугольном корпусе с плоским верхом применяется, например, для индикаторов уровня

Ток через ограничительный резистор Rs можно рассчитать по формуле закона Ома, в которой из напряжения питания Vs вычитается прямое падение напряжения на светодиоде Vf:

Здесь Vs напряжение источника питания в вольтах (например, 5 В от шины USB), Vf прямое падение напряжения на светодиоде и I прямой ток через светодиод в амперах. Значения Vf и If приводятся в технических характеристиках светодиода. Типичные значения Vf показаны выше в таблице. Типичный ток индикаторных светодиодов 20 мА.

После расчета сопротивления резистора, из ряда номиналов сопротивлений выбирается ближайшее большее стандартное значение. Например, если расчет показывает, что нужен резистор Rs = 145 ом, мы (и калькулятор) выберем резистор Rs = 150 ом.

Токоограничительный резистор рассеивает определенную мощность, которая рассчитывается по формуле

Оранжевые светодиоды обычно используются в маршрутизаторах для указания скорости обмена 10/100 Мбит/с. Зеленые светодиоды горят при скорости 1000 Мбит/с

Для надежной работы резистора его мощность выбирается вдвое выше расчетой. Например, если по формуле получилось 0,06 Вт, мы выберем резистор на 0,125 Вт.

А теперь рассчитаем эффективность работы нашей схемы (ее КПД), который покажет какой процент мощности, отдаваемой источником питания, потребляется светодиодом. На светодиоде рассеивается такая мощность:

Тогда общее потребление будет равно

КПД схемы включения светодиода с ограничительным резистором:

Для выбора источника питания необходимо рассчитать ток, который он должен отдавать в схему. Это делается по формуле:

Светодиодная лента со светодиодами типа 5050; цифры 50 и 50 означают длину и ширину микросхемы в миллиметрах; токоограничительные резисторы 150 ом уже установлены на ленте последовательно со светодиодами

Светодиодные массивы

Одиночный светодиод можно зажигать с помощью токоограничительного резистора.

Однако для питания светодиодных массивов, которые все чаще используются для освещения, подсветки в телевизорах и компьютерных мониторах, в рекламе и для других целей, необходимы специализированные источники питания.

Мы все привыкли к источникам, выдающим стабилизированное напряжение питания. Однако, для питания светодиодов нужны источники, в которых стабилизируется ток, а не напряжение. Однако и с такими источниками ограничительные резисторы все равно устанавливают.

Если нужно изготовить светодиодный массив, используют несколько последовательных светодиодных цепей, соединенных параллельно. Для цепи из последовательных светодиодов необходим источник питания с напряжением, которое превышает сумму падений напряжений на отдельных светодиодах. Если его напряжение выше этой суммы, необходимо включить в цепь один токоограничительный резистор. Через все светодиоды течет одинаковый ток, что (до определенной степени) позволяет получить одинаковую яркость.

Однако если один из светодиодов в цепи откажет так, что он будет в обрыве (именно такой отказ чаще всего и происходит), вся цепочка светодиодов погаснет. В некоторых схемах и конструкциях для предотвращения таких отказов вводят особый шунт, например, ставят стабилитрон параллельно каждому диоду.

Когда диод сгорает, напряжение на стабилитроне становится достаточно высоким и он начинает проводить ток, обеспечивая работу исправных светодиодов. Этот подход хорош для маломощных светодиодов, однако в схемах, предназначенных для наружного освещения, нужны более сложные решения. Конечно, это приводит к увеличению стоимости и габаритов устройств.

Сейчас (в 2018 году) можно наблюдать, что светодиодные фонари на улицах, при планируемом сроке службы в 10 лет служат не более года. То же относится и к бытовым светодиодным лампам, в том числе и производителей с известными именами.

Полоса светодиодов, используемая для подсветки телевизионного ЖК -дисплея. Такая полоска устанавливается с двух сторон панели дисплея. Данная конструкция позволяет делать очень тонкие дисплеи.

Отметим, что телевизионные ЖК-дисплеи со светодиодной подсветкой, которые обычно продаются под названием LED TV, то есть «светодиодные телевизоры» таковыми на самом деле не являются.

В настоящих светодиодных телевизорах (OLED TV) используются светодиодные графические экраны на органических светодиодах и стоят они значительно дороже телевизоров с ЖК-дисплеем.

При расчете требуемого сопротивления токоограничительного резистора Rs, все падения напряжения на каждом светодиоде складываются. Например, если падение напряжения на каждом из пяти соединенных последовательно горящих светодиодов составляет 2 В, то полное падение напряжение на всех пяти будет 2 × 5 = 10 В.

Несколько идентичных светодиодов можно соединять и параллельно. У параллельно соединенных светодиодов прямые напряжения Vf должны быть одинаковыми — иначе в них не будут протекать одинаковые токи и их яркость будет различной. Если светодиоды соединяются параллельно, очень желательно ставить токоограничительный резистор последовательно с каждым из них.

При параллельном соединении отказ одного светодиода, при котором он будет в обрыве, не приведет к выходу из строя всего массива — он будет работать нормально. Другой проблемой параллельного соединения является выбор эффективного источника питания, обеспечивающего большой ток при низком напряжении.

Такой источник питания будет стоить намного больше, чем источник той же мощности, но на высокое напряжение и меньший ток.

В этом обычном уличном фонаре 8 параллельных цепей из пяти последовательно соединенных мощных светодиодов питаются от источника питания со стабилизацией тока с высоким КПД. Отметим, что две цепи в этом фонаре (слева вверху и справа внизу), установленном всего несколько месяцев назад, уже сгорели, так как в каждой из них светодиоды соединены последовательно, а схемы для предотвращения отказов отсутствуют или не работают.

Расчет токоограничительных резисторов

Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как

Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как

Светодиоды типа 3014 (3,0 × 1,4 мм) для поверхностного монтажа, используемые для боковой подсветки ЖК-панели телевизора.

Количество цепей с максимальным количество светодиодов в цепи Nstrings:

Количество светодиодов в дополнительной цепи с остатком светодиодов Nremainder LEDs :

Если Nremainder LEDs = 0, то дополнительной цепи не будет.

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с максимальным количеством светодиодов:

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с количеством светодиодов меньше максимального:

Общая мощность PLED, рассеиваемая всеми светодиодами:

Мощность, потребляемая всеми резисторами:

Гибкие светодиодные дисплеи на железнодорожной станции; в таких дисплеях используются группы светодиодов в качестве отдельных пикселей. В связи с высокой яркостью светодиодов и их хорошей видимостью при ярком солнечном свете, такие дисплеи часто можно увидеть на наружной рекламных щитах и дорожных указателях маршрута. Светодиодные дисплеи также можно использовать для освещения и в этой роли их часто используют в фонарях с регулируемой цветовой температурой для видео и фотосъемки.

Номинальная мощность резисторов определяется с учетом двойного запаса k = 2, который обеспечивает надежную работу резистора. Выбираем из ряда значений мощности : 0.125; 0.25; 0.5; 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 25, 50 W резистор с мощностью вдвое выше, чем расчетная.

Рассчитаем общую мощность, потребляемую всеми резисторами:

Рассчитаем общую мощность, потребляемую светодиодным массивом:

Рассчитаем ток, который должен обеспечить источник питания:

И наконец, рассчитаем КПД нашего массива:

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Сколько метров шаговое напряжение

Возможно, вас заинтересуют конвертеры Яркости, Силы света and Освещенности.

Источник: https://www.translatorscafe.com/unit-converter/ru-RU/calculator/led-resistor/?vs=12amp;if=20amp;vf=2amp;nt=30

Диод Шоттки

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собратья, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода Шоттки

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

где

P – мощность, Вт

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

I – сила тока через диод, А

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Источник: https://www.ruselectronic.com/schottky-diode/

Диод 1N4007 характеристики

Диод 1N4007 наверное самый популярный из всех диодов, так как он устанавливается в подавляющем большинстве зарядок телефонов, смартфонов и планшетов. Даже если вы держите в руках зарядное за доллар и внутри нет стабилизации и фильтров помех, без диода она не сможет обойтись.

И в одном адаптере таких диодов четыре и на них собран диодный мост , он служит для получения из переменного напряжения постоянного. Диод пропускает через себя ток только в одном направлении, отсекая одну из полярностей напряжения.

Кстати в особо дешевых зарядных устройствах используют однополупериодное выпрямление и экономят три из 4-х диодов. Но если мощность блока питания больше одного Ватта, то все таки лучше использовать диодный мост, так как однополярное выпрямление дает намного большие пульсации, такой режим намного более тяжелый для фильтрующих конденсаторов.

Цветным кольцом на корпусе 1N4007 обозначается вывод катода.

Размеры корпуса и выводов 1N4007 приведены на следующем рисунке.

Так как 1N4007 производиться с выводами достаточной длинны, то диод может устанавливаться как вертикально, так и горизонтально.

Диод 1N4007 один из представителей целой серии диодов 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006, 1N4007. Эти типы диодов отличаются значением максимального допустимого обратного напряжения (значения для каждого типа приведены в таблице). 1N4007 рассчитан на самое большое напряжение.

1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007
максимально допустимое обратное напряжение, В 50 100 200 400 600 800 1000
максимальное напряжение переменного тока (действующее значение), В 35 70 140 280 420 560 700

Так как стоимость диодов из всей серии 1N4001-1N4007 очень низка, а разницы в стоимости между типами практически нет, то особого смысла использовать в разработках разные типы и плодить номенклатуру нет. Можно везде ставить 1N4007, даже если при ремонте нужно заменить диод из этой серии на меньшее напряжение.

Диод 1N4007 характеристики:

  • максимальный долговременный прямой ток при 75°С — 1.0 А;
  • максимальный импульсный ток при длительности импульса 3.8 мс — 30 А;
  • падение напряжения на диоде при токе 1.0А — 1.

    1 В;

  • интервал рабочих температур — -65+175°С;
  • максимальная рабочая частота — 1 МГц;

Кроме обратного напряжения существенной характеристикой является прямой ток, для 1N4007 он достигает 1 А.

Теоретически эти диоды можно было бы использовать в импульсном блоке питания на 220 Вт, если обеспечить хороший теплоотвод от диодов (например, залив их компаундом), но не стоит так экстремально подходить к этим диодам и во входном выпрямителе блока питания на 220 В не стоит превышать мощности 50 – 100 Вт в зависимости от эффективности системы охлаждения.

Аналоги 1N4007

Конечно такой популярный диод не могли оставить без внимания мировые производители полупроводниковых приборов и выпустили свои полные аналоги:

  • Motorola — HEPR0056RT;

Источник: http://hardelectronics.ru/1n4007.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело