Светодиод
На электрических схемах светодиод обозначается символом диода с двумя стрелками. Стрелки направлены от диода, символизируя световое излучение. Не путай с фотодиодом, у которого стрелки направлены к нему. На отечественных схемах буквенное обозначение одиночного светодиода — HL.
Выводы и маркировка светодиода
Стандартный одноцветный светодиод имеет два вывода — это анод и катод. Определить какой из выводов является анодом, можно визуально. У светодиодов с проволочными выводами анод обычно длиннее катода.
У SMD светодиодов выводы одинаковые, но на обратной стороне обычно есть маркировка в виде треугольника или подобия буквы T. Анодом является вывод, к которому обращена одна сторона треугольника или верхняя часть буквы Т.
Если не получается определить визуально где какие выводы, можно прозвонить светодиод. Для этого понадобится источник питания или адаптер, способный давать напряжение около 5 Вольт. Подключаем любой вывод светодиода к минусу источника, а второй подключаем к плюсовой клемме источника через сопротивление 200 — 300 Ом.
Если светодиод подключен правильно, он засветится. В противном случае меняем выводы местами и повторяем процедуру. Можно обойтись без резистора, если не подключать плюсовую клемму источника питания, а быстро «чиркнуть» ей по выводу светодиода.
Но вообще подавать большое напряжение на светодиод, не ограничивая при этом ток, нельзя — он может выйти из строя!
Напряжение светодиода
Светодиод испускает свет, если к нему приложить напряжение в прямом направлении: к аноду — плюс, а к катоду — минус.
Минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светится, зависит от его материала. В таблице ниже приведены значения напряжений светодиодов при тестовом токе 20 мА и цвета, которые они излучают. Эти данные я взял из каталога светодиодов фирмы Vishay, различных даташитов и Википедии.
Самое большое напряжение требуется для голубых и белых светодиодов, а самое маленькое для инфракрасных и красных.Излучение инфракрасного светодиода не видно человеческим глазом, поэтому такие светодиоды не применяются в качестве индикаторов. Они используются в различных датчиках, подсветках видеокамер. Кстати, если инфракрасный светодиод запитать и посмотреть на него через камеру мобильного телефона, то его свечение будет хорошо видно.
В показанной таблице даны примерные значения напряжения светодиода. Обычно этого достаточно, чтобы его включить. Точную величину прямого напряжения конкретного светодиода можно узнать в его даташите в разделе Electrical Characteristics. Там указано номинальное значение прямого напряжения при заданном токе светодиода. Для примера заглянем в даташит на красный SMD светодиод фирмы Kingbright.
Вольт-амперная характеристика светодиода
Вольт-амперная характеристика светодиода показывает взаимосвязь между приложенным напряжением и током светодиода. На рисунке ниже показана прямая ветвь характеристики из того же даташита.
Если светодиод подключить к источнику питания (к аноду +, к катоду -) и с нуля постепенно повышать на нем напряжение, то ток светодиода будет меняться согласно этому графику. По нему видно, что после прохождения точки «загиба», ток через светодиод будет резко возрастать при небольших изменениях напряжения.
Это как раз та причина, по которой светодиод нельзя подключать к любому источнику питания без резистора, в отличии от лампочки накаливания. Чем выше ток, тем ярче светится светодиод. Однако повышать ток светодиода до бесконечности, естественно, нельзя. При большом токе светодиод перегреется и сгорит.
Кстати, если сразу подать на светодиод высокое напряжение он даже может шлепнуть, как слабенькая петарда!
Остальные характеристики светодиода
Какие еще характеристики светодиода представляют интерес с точки зрения практического использования? Максимальная мощность рассеяния, максимальные значения постоянного и импульсного прямых токов и максимальное обратное напряжение. Эти характеристики показывают предельные значения напряжений и токов, которые не стоит превышать. Они описаны в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings.
Если приложить к светодиоду напряжение в обратном направлении, светодиод не засветится, да и вообще может выйти из строя. Дело в том, что при обратном напряжении может наступить пробой, в результате которого обратный ток светодиода резко возрастет.
И если выделяемая на светодиоде мощность (обратный ток * на обратное напряжение) превысит допустимую — он сгорит. В некоторых даташитах дополнительно приводится и обратная ветвь вольт-амперной характеристики, из которой видно, при каком напряжении наступает пробой.
Интенсивность излучения (сила света)Грубо говоря, это характеристика, определяющая яркость свечения светодиода при заданном тестовом токе (обычно 20 мА). Обозначается — Iv, а измеряется в микроканделах (mcd). Чем ярче светодиод, тем выше значение Iv. Научное определение силы света есть в википедии.
Также представляет интерес график зависимости относительной интенсивности излучения светодиода от прямого тока. У некоторых светодиодов, например, при увеличении тока интенсивность излучения растет все меньше и меньше. На рисунке приведено несколько примеров.
Спектральная характеристикаОна определяет в каком диапазоне длин волн излучает светодиод, грубо говоря цвет излучения. Обычно приводится пиковой значение длины волны и график зависимости интенсивности излучения светодиода от длины волны. Я редко смотрю на эти данные. Знаю, например, что светодиод красный и мне этого достаточно.
Климатические характеристикиОни определяют диапазон рабочих температур светодиода и зависимости параметров светодиода (прямого тока и интенсивности излучения) от температуры. Если светодиод планируется использовать при высоких или низких температурах, стоит обратить внимание и на эти характеристики.
Как работает светодиод?
Материал статьи рассчитан на начинающих электронщиков, а потому я намеренно не касаюсь физики работы светодиода. Осознание того, что светодиод излучает фотоны в результате рекомбинации носителей заряда в области p-n перехода, не несет никакой полезной информации для практического использования светодиодов.
Да и не только для использования, но и для понимания в принципе. Однако, если вам хочется покопаться в этой теме, то даю направление, куда рыть — Пасынков В.В, Чиркин Л.К. «Полупроводниковые приборы» или Зи.С «Физика полупроводниковых приборов». Это ВУЗ`овские учебники — там все по-взрослому.
О подключении светодиодов в следующем материалеПоделился статьей — получил светодиодный луч добра!
У вас недостаточно прав для комментирования.
Источник: https://chipenable.ru/index.php/electronic-components/207-svetodiod.html
Параметры светодиодов
Здравствуйте! Уже давно в нашу жизнь ворвались светодиоды. Они использовались и раньше, но были очень малой световой мощности и в основном применялись для индикации.
Сейчас же это довольно перспективная и широкая линейка продукции, позволяющая не только экономить на электричестве, но и очень сильно помогать в преображении дизайна.
В этой статье я расскажу о том, что такое светодиод и массу полезных советов, как продлить им жизнь, особенно, если вы сами что-то пытаетесь из них собрать.
Управление светодиодами
Ну что ж, начну потихоньку удивлять. Мы все привыкли к тому, что бóльшая часть электроприборов работает от напряжения. У светодиодов несколько другой принцип работы. Для них более важен ток, нежели напряжение. А исходя из закона Ома, регулировать ток мы можем напряжением. И здесь мы подходим к одной важной вещи. Самый идеальный вариант для светодиода, когда мы стабилизируем не напряжение, а ток. А тут мы подходим к такой важной вещи, как зависимость срока службы светодиода.
Срок службы светодиодов
А вся загвоздка в том, что небольшая перегрузка, как и недогрузка способны сильно сократить или увеличить, соответственно, срок службы светодиода. А чтобы понять эту особенность, надо рассмотреть конструкцию светодиода. На картинке вы видите, что непосредственно элемент, который преобразует электрическую энергию в световую очень маленький по размерам.
При этом надо понимать, что ток, совершающий работу, нагревает металл. Собственно, свет, который мы видим, это и есть следствие разогрева металла до такой температуры, что метал начинает светиться. Стандартный срок службы светодиода от 30000 до 70000 часов (в зависимости от производителя и применяемых материалов). Конструкция светодиодов рассчитана таким образом, что тепло, вырабатываемое им, успевает рассеяться.
Ну а дальше простая логика. Если мы снижаем ток, т.е. недогружаем светодиод, температура кристалла ниже расчётной и срок службы увеличивается, но вместе с тем снижается и яркость. И наоборот, если перегружаем светодиод, яркость свечения и износ кристалла увеличивается вследствие перегрева. И хотя яркость свечения увеличивается или уменьшается, говорить об ощутимой разнице не приходится.
Можно сделать вывод, что немного недогрузив светодиод мы значительно увеличим срок службы при небольшой потере яркости.
Цвета светодиодов
В настоящее время цветовая гамма очень богатая, но при всем разнообразии, пока не удалось получить светодиод белого цвета.
И для получения белого цвета применяется ультрафиолетовый кристалл с люминофором или три кристалла (красный, зеленый и синий), сумма цветов которых, через специальную согласующую линзу даёт белый свет, или подобный результат дают различные комбинации цветных светодиодов с люминофором.
А это еще один момент, который объясняет сокращение срока службы — от увеличенного нагрева люминофор выгорает гораздо быстрее самого кристалла и у светодиода либо происходит смещение цветовой температуры или спектр смещается в ультрафиолетовый, плюс износ кристалла и, в результате, необратимое снижение яркости.
Вольт-амперная характеристика светодиодов
Конечно, для каждого типа светодиода своя характеристика, но в целом она более или менее для всех одинаковая. Если внимательно посмотрите, то увидите, что свечение начинает появляться при напряжении примерно 2,4 вольта, оптимальный режим работы при напряжении 3,1-3,2 вольта, а при напряжении 3,3-3,4 вольта получаем перегрузку аж 50%!!! В то время, как при напряжении 2,7-2,8 вольта получаем недогрузку в 50%.
Теперь произведем несложный расчет. Отправная точка рабочее напряжение 3,2 вольта. Вычитаем 2,7 вольта и получаем разницу 0,5 вольт (50% недогрузки) или добавляем 0,1-0,2 вольта и получаем перегрузку в 50%.
Отсюда делаем вывод: если рабочее напряжение понизить на 0,1 вольта, яркость снизится ненамного, но срок службы увеличивается, а если увеличить на 0,1 вольта то получаем очень серьезную перегрузку и очень сильное сокращение срока службы.
Зависимость тока светодиода от нагрева
Ещё одна особенность светодиода заключается в следующем Предположим, мы имеем светодиод рассчитанный на работу 3 вольта. Допустим, что у нас имеется стабилизированный источник напряжения на 3 вольта. Но беда в том, что сопротивление светодиода нелинейное, то есть, не поддаётся простому закону Ома.
А если ещё точнее, сопротивление светодиода зависит не только от приложенного напряжения, но и от температуры кристалла. И чем температура выше, тем меньше сопротивление светодиода, а чем оно меньше, тем больше ток. А, как вы уже могли понять, именно величина тока влияет на срок службы светодиода.
Что ещё раз говорит о том, что для светодиода величина тока гораздо важнее, чем величина напряжения.
Инертность светодиодов
Светодиод практически не имеет инерции, то есть он мгновенно реагирует на изменение напряжения, мгновенно загорается и так же мгновенно гаснет. Это подводит нас к ещё одному выводу — даже быстрый импульс (скачок напряжения) способен очень сильно перегрузить светодиод и даже привести к перегоранию светодиода. Один такой импульс может стоить светодиоду нескольких лет «жизни».
Диммирование светодиодов
Казалось бы, что проще, снизить напряжение, за счёт чего уменьшится ток, что приведет к потере яркости, но так лучше не делать. Другими словами, вреда для светодиода в этом нет, но в таком методе очень трудно добиться стабильности на малых напряжениях. Несмотря на внешнюю похожесть светодиодов, технологический процесс имеет свои погрешности. Вольт-амперная характеристика, которую вы видели выше стандартизирована (усреднена).
Каждый светодиод имеет уникальную характеристику. Поэтому для диммирования светодиодов лучше применять ШИМ-контроллеры. Вдаваться в подробности работы ШИМ-контроллера не буду. Достаточно лишь понять принцип. Постоянный ток преобразуется в пульсирующий с большой частотой.
Чем больше импульсов будет обрезано, тем меньше получит светодиод энергии, но импульсы, которые он будет получать, будут номинального напряжения, то есть в любом случае будут вызывать свечение светодиода. Я говорил, что светодиод ПРАКТИЧЕСКИ не имеет инерции, но она у него есть, просто значительно меньше, чем, к примеру, у лампы накаливания.
За счёт инерции (светодиод не успевает «раскалиться» до нужной температуры) и происходит регулировка яркости с помощью ШИМ-контроллера. А если совсем просто, то 100% импульсов дают 100% света. 50% импульсов дадут 50% света, но из-за высокой частоты мерцания мы увидим лишь что света стало меньше, сами пульсации глазу будут незаметны.
Обратное напряжение светодиода
Светодиод мало чем отличается от обычного диода, за исключением того, что светодиод ещё и светится. То есть, светодиод пропускает ток только в одном направлении. Но есть и обратная сторона медали, которую надо учитывать при работе светодиода на переменном напряжении. На графике видно, что прохождение тока в прямом направлении более или менее плавное и больше напоминает параболу.
Но при обратном напряжении ток растёт очень медленно, пока не достигает какого-то критического значения, а дальше происходит пробой p-n перехода и лавинообразное увеличение тока. Как говорят медики в этом случае — пациент получает повреждения несовместимые с жизнью. Другими словами, светодиод может выдержать кратковременную перегрузку в прямом направлении, но тут же сгорит при перегрузке в обратном направлении.
Об этом параметре надо помнить, если использовать светодиод в переменном напряжении.
Подведём итоги
К светодиоду нельзя относиться, как к обычной лампочке. Яркость светодиода можно регулировать и довольно в широких пределах, но делать это лучше от минимума до нормы и забыть про регулировку за пределами нормы. Значительного увеличения яркости вы не получите, но срок службы снизится.
Питание светодиодов можно организовать стабилизированным напряжением или стабилизированным током. Стабилизация напряжения довольно грубый метод, поскольку не учитывает особенности светодиодов, у которых при нагреве уменьшается сопротивление и возрастает ток. Поэтому есть смысл предпочесть питание при помощи стабилизированного тока.
Это наиболее предпочтительная схема, поскольку в данном случае практически исключена возможность перегрузки светодиода. Ну и закончим на том, что светодиод лучше немного недогрузить с небольшой потерей яркости и значительно увеличить срок службы, чем наоборот. Причём, уменьшение на 0,1 вольта не страшно, гораздо страшнее увеличение на 0,1 вольта.
Но регулировать яркость лучше не банальным снижением напряжения, а применять ШИМ-контроллер.
Ну а на этом обзор особенностей работы светодиода я закончу. В следующих статьях будем знакомиться с различными схемами включения светодиодов и светодиодных лент.
С наилучшими пожеланиями, Я!
Источник: http://potomstvennyjmaster.100ms.ru/rubrik-site/sovetyi/parametryi-led.html
Характеристики светодиодов и все, что о них нужно знать
Несмотря на существующее многообразие светодиодов, отличающихся формой и назначением, все они созданы из полупроводникового кристалла и имеют общий принцип действия. Значит, их работа основана на одних и тех же технических характеристиках, среди которых выделяют входные и выходные параметры светодиодов.
Входные параметры
Технические характеристики светодиодов, которые оказывают влияние на его работу, условно называют входными. Речь идёт о прямом (обратном) токе и напряжении и их графической зависимости.
Прямой ток
Техническим параметром №1 любого светодиода является ток, протекающий в прямом направлении через p-n-переход. Номинальный (рабочий) ток – это ток, при котором производитель гарантирует заявленную яркость в течение всего срока эксплуатации. Также указывается максимальный ток, превышение которого ведёт к электрическому пробою.
Для некоторых модификаций номинальный прямой ток теоретически равен максимальному. В таких случаях рекомендуется эксплуатировать светодиод на 90-95% от номинального значения. Величина рабочего тока во многом зависит от размера кристалла и режима работы. Например, ток органического светодиода, используемого для формирования OLED матриц, не превышает нескольких микроампер.
И, наоборот, кристалл мощностью 1 вт потребляет около 0,35 А.
Падение напряжения
Под этим параметром принято понимать прямое падение напряжения при протекании через p-n‑переход номинального тока. Его значение зависит от химического состава полупроводника (цвета свечения). Наименьшим прямым напряжением обладают инфракрасные диоды (около 1,9В), а наибольшим ультрафиолетовые (от 3,1 до 4,4В). Зачастую в паспорте указывают диапазон возможных значений.
Обратное напряжение
Под максимальным обратным напряжением понимают напряжение обратной полярности, прикладываемое к p-n-переходу, при превышении которого происходит электрический пробой и, как следствие, выход из строя полупроводникового прибора. Для превалирующей части светодиодов его значение составляет 5В. Среди излучающих диодов ИК-диапазона немало приборов с допустимым обратным напряжением 1 или 2 вольта.
Мощность рассеивания
Мощность, рассеиваемая корпусом, определяется как произведение максимального тока и прямого напряжения и указывает на наибольшее количество энергии, которую способен эффективно рассеивать светодиод в течение длительного времени. При превышении паспортного значения в кристалле полупроводника возникает электрический или тепловой пробой.
ВАХ
Вольтамперная характеристика светодиода представляет собой графическую зависимость прямого тока от прикладываемого прямого напряжения. С помощью этого технического параметра можно легко узнать падение напряжения на светодиоде при задании тока определённой величины без проведения лабораторных исследований. ВАХ помогает произвести теоретические расчёты будущей электрической цепи.
Выходные параметры
Под выходными параметрами подразумевают характеристики светодиодов, измеренные при определённых условиях. Замер выходных параметров производят на номинальном токе и температуре окружающей среды, равной 25°C.
Световой поток и сила света
Оптические характеристики светодиода выражают в виде светового потока и силы света. Световой поток (лм) – это количество световой энергии (видимый свет), излучаемой кристаллом и переносимой на поверхность за единицу времени. Для слаботочных светодиодов с рассеивающей линзой обычно указывают силу света (кд).
Её физический смысл состоит в отношении светового потока к углу, внутри которого распространяется излучение. Другими словами, сила света – это интенсивность светового потока в некотором направлении. Отсюда следует, что светодиод с меньшим углом излучения обладает большей силой света при одинаковом световом потоке.
Современные 5 мм светодиоды высокой яркости способны выдавать до 15 кд.
Угол излучения
В разных источниках можно встретить названия: «видимый угол», «угол рассеивания». С физической точки зрения его правильно называть «Двойной угол половинной яркости» и обозначать – «2Q1/2». Двойной угол половинной яркости присущ только приборам, которые имеют фокусирующую линзу, и зависит от формы корпуса. Он может иметь значения в пределах 15-140°. Белые светодиоды, предназначенные для smt монтажа, и матрицы на их основе характеризуются широким углом излучения – 115-140°.
Цвет излучения и длина волны
В зависимости от типа полупроводникового материала светодиод излучает свет в определённом волновом диапазоне. Например, зелёному цвету соответствует диапазон длин от 500 до 570 нм.
При этом прибор с λ=500-520 нм имеет салатный оттенок, а с λ=550-570 нм – бирюзовый оттенок. Белый светодиод излучает в ультрафиолетовом или в широком спектре с дальнейшим выделением белого света с помощью люминофора.
ИК и УФ диоды работают в невидимой зоне спектра. Поэтому в их маркировке указывается рабочая длина волны.
Цветовая температура
Этот параметр присущ исключительно белым светодиодам. Цветовая температура указывает на оттенок, который получают предметы, освещаемые в данном свете. Условно весь белый свет разделяют на тёплый, нейтральный и холодный и измеряют его в градусах Кельвина. Свет от светодиодов с одинаковой цветовой температурой может восприниматься по-разному, что объясняется их различным коэффициентом цветопередачи. Более подробно об этом написано здесь.
Световая отдача
Этот параметр показывает, какое количество светового потока излучает светодиод на единицу потреблённой мощности и измеряется в лм/Вт. Светоотдача является своеобразным коэффициентом полезного действия светодиода. По этому показателю мощные светодиоды уже превзошли газоразрядные лампы, перешагнув рубеж в 150 лм/Вт. Серийно выпускаемые светодиоды имеют светоотдачу около 100 лм/Вт. Световая отдача светодиодных ламп на 220В в 5-7 раз больше, чем у ламп накаливания.
Инерционность
Такое понятие как «инерционность» часто отсутствует в datasheet на светодиоды. Общепринято считать, что они мгновенно включаются и отключаются, т.е. являются безынерционными. На самом деле задержка при переключении может достигать нескольких нс.
Для отечественных ИК излучающих диодов инерционность указывают в виде времени нарастания и спада излучающего импульса. Эти временные интервалы колеблются в пределах единиц-сотен наносекунд и оказывают влияние на работу в высокочастотном импульсном режиме.
Дополнительные характеристики
Кроме основных технических параметров, при проектировании светодиодных светильников нужно учитывать ещё несколько дополнительных факторов, таких как влияние температуры и различных коэффициентов.
Температурная зависимость
Продолжительная и стабильная работа излучающего диода во многом зависит от эффективного отвода тепла от кристалла. В связи с этим у мощных светодиодов должно быть низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка. Например, SMD 5730 и SMD 3014 имеют всего 4°C/Вт, что является достижением современных технологий.
Также нормируются:
- максимальная температура p-n-перехода (температура кристалла), которая для SMD приборов может достигать 130°C;
- температурный диапазон, при котором допускается эксплуатация;
- температурный диапазон, при котором можно хранить полупроводниковый прибор;
- температурно-временной график пайки SMD светодиодов.
Биновка
Светодиодный бин представляет собой неделимую область на диаграмме цветности, условно выраженную в цифробуквенном коде. Необходимость биновки белых светодиодов вызвана погрешностью, допускаемой в процессе их изготовления. Бин-код позволяет максимально точно указать оттенок белого света приборов, имеющих одинаковую цветовую температуру и коэффициент цветопередачи. Данный параметр учитывают производители светильников высокого качества.
Источник: https://ledjournal.info/spravochnik/harakteristiki-svetodiodov.html
Использование светодиодов
Светодиоды, или светоизлучающие диоды (LED – light emitting diodes) хорошо известны каждому как миниатюрные индикаторы (обычно красного или зеленого цвета), применяемые в аудио и видеоаппаратуре и в бытовой технике. Рассмотрим подробнее их устройство, характеристики, принципы работы и историю создания и развития, чтобы понять, почему светодиодам пророчат большое будущее.
Достоинства светодиодов
Кроме высокой световой отдачи, малого энергопотребления и возможности получения любого цвета излучения, светодиоды обладают целым рядом других замечательных свойств и качеств.
Электрические характеристики
Электрические характеристики светодиодов очень важны по двум причинам. Во-первых, светодиод должен работать в правильном режиме, чтобы полностью реализовать свой ресурс; во-вторых, яркостью светодиодов можно легко управлять, а если применять смешение цветов, таким же легким становится управление цветом прибора, в состав которого входят светодиоды разных цветов.
Вольтамперная характеристика. Полную информацию о поведении светодиода дает его вольтамперная характеристика. В случае обратного включения светодиода через него протекает малый ток утечки Ioбр, светодиод при этом не излучает света.
Обратное напряжение, приложенное к светодиоду, не должно превышать предельно допустимого обратного напряжения Uобр, иначе возможен пробой p-n перехода. Очень важно, чтобы ток, протекающий через светодиод, не превышал предельно допустимый прямой ток I пр п.д.
, в противном случае светодиод выйдет из строя.
Светотехнические характеристики светодиодов
Осевая сила света. Для современных сверхъярких светодиодов значение Io колеблется в пределах 200–5000 мКд (здесь речь идет о стандартных 5 миллиметровых светодиодах, для приборов большего размера прямой ток может измеряться сотнями миллиампер и даже амперами, а сила света – десятками канделл).
Угол излучения. Характер светораспределения определяется углом излучения. Естественно, чем меньше угол излучения, тем больше осевая сила света при том же световом потоке. Обычно указываются также цвет свечения и длина волны излучения.
Цветопередача. Цветовая температура и общий индекс цветопередачи весьма актуальны для белых светодиодов, применяемых в целях освещения. Производители декларируют Ra до 75–85 (хорошая цветопередача). Еще лучших результатов можно добиться, синтезируя белый цвет путем смешения нескольких цветов; при этом белые светодиоды могут использоваться совместно с «цветными».
Одно из самых удивительных, завораживающих применений светодиодов – создание установок с динамически меняющимися яркостью и цветом. Произвольно меняющийся во времени и пространстве цветной свет становится инструментом, доступным каждому архитектору, дизайнеру, художнику.
Происходит смещение акцентов в сторону системного дизайна и интеграции. Открывающаяся перед дизайнером бездна возможностей требует быстрого освоения инструментария, разработки новых художественных приемов и как любая свобода, таит в себе вызов и сильнейший стимул к творчеству.
Сегодня как никогда наиболее острыми являются вопросы обслуживания в наружном освещении, поэтому внедрение светодиодов в архитектурное освещение происходит крайне быстро. Характеристики светодиодных модулей по эксплуатационным параметрам многократно превышают существующие альтернативы, а по стоимости оказываются вполне сравнимыми с ними.
На сегодняшний день светодиоды все теснее входят в повседневное освещение. Светодиоды применяются там, где не требуется высокий уровень освещенности: дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички, «маркировочное» освещение. Насыщенный цвет светодиодных «световых маркеров» позволяет использовать светодиоды для цветового зонирования пространства, создания цветовых акцентов.
С ростом световой отдачи и удешевлением приборов светодиоды распространяются не только на локальное, но и на общее освещение, в котором лидирующее положение пока занимают традиционные, галогенные и люминесцентные лампы.
Источник: http://www.irtec-svet.ru/publication/diods/
Основные параметры диодов
Основные параметры диодов — это прямой ток диода (Iпр) и максимальное обратное напряжение диода (Uобр). Именно их надо знать, если стоит задача разработать новый выпрямитель для источника питания.
Прямой ток диода
Прямой ток диода можно легко вычислить, если известен общий ток, который будет потреблять нагрузка нового блока питания. Затем, для обеспечения надёжности, необходимо несколько увеличить это значение и получится ток, на который надо подобрать диод для выпрямителя. К примеру, блок питания должен выдерживать ток в 800 мА. Поэтому мы выбираем диод, у которого прямой ток диода равен 1А.
Обратное напряжение диода
Максимальное обратное напряжение диода — это параметр, который зависит не только от значения переменного напряжения на входе, но и от типа выпрямителя. Для объяснения этого утверждения, рассмотрим следующие рисунки. На них показаны все основные схемы выпрямителей.
Рис. 1
Как мы говорили ранее, напряжение на выходе выпрямителя (на конденсаторе) равно действующему напряжению вторичной обмотки трансформатора, умноженному на √2. В однополупериодном выпрямителе (рис.
1), когда напряжение на аноде диода имеет положительный потенциал относительно земли, конденсатор фильтра заряжается до напряжения, превышающего действующее напряжение на входе выпрямителя в 1.4 раза.
Во время следующего полупериода напряжение на аноде диода отрицательно относительно земли и достигает амплитудное значения, а на катоде — положительно относительно земли и имеет такое же значение.
В этот полупериод к диоду приложено обратное напряжение, которое получается благодаря последовательному соединению обмотки трансформатора и заряженного конденсатора фильтра. Т.е. обратное напряжение диода должно быть не меньше двойного амплитудного напряжения вторички трансформатора или в 2.8 раза выше его действующего значения. При расчёте таких выпрямителей надо выбирать диоды с максимальным обратным напряжением в 3 раза превышающим действующее значение переменного напряжения.
Рис. 2
На рисунке 2 изображён двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки. В нём также, как и в предыдущем, диоды надо подбирать с обратным напряжением в 3 раза превышающем действующее значение входного.
Рис. 3
По другому обстоит дело в случае мостового двухполупериодного выпрямителя. Как можно видеть на рис. 3, в каждый из полупериодов удвоенное напряжение прикладывается к двум непроводящим, последовательно соединённым диодам.
Источник: http://katod-anod.ru/articles/68
Введение в диоды и выпрямители
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.
Оригинал статьи:
- Introduction to Diodes And Rectifiers
Теги
ДиодОбучениеЭлектроника
Источник: https://radioprog.ru/post/163
Светодиод индикатор сети 220 вольт
?
Category:
Достаточно часто нам приходится сталкиваться с таким вопросом — как подключить светодиод к 220 В, или попросту к электрической сети переменного напряжения. Как таковое, прямое подключение диода напрямую к сети не несет никакой смысловой нагрузки. Даже при использовании определенных схем мы не получим необходимого эффекта.
Если нам необходимо подключить светодиод к сети постоянного напряжения, то такая задача решается очень просто — ставим ограничительный резистор и забываем. Светодиод как работал «в прямом направлении» так и будет работать.
Если же нам необходимо использовать сеть 220 В для подключения LED, то на него будет уже воздействовать обратная полярность. Это хорошо видно, взглянув на график синусоиды, где каждый полупериод синусоида имеет свойство менять свой знак на противоположный.
В данном случае мы не получим свечение в этом полупериоде. В принципе, ничего страшного))), но светодиод выйдет из строя очень быстро.
Вообще гасящий резистор стоит выбирать из условия расчетного напряжения в 310 В. Объяснять почему так — муторное занятие, но стоит просто это запомнить, т.к. действующее значение напряжения составляет 220 В, а амплитудное уже увеличивается на корень из двух от действующего. Т.е. таким образом мы получаем приложенное прямое и обратное напряжение к светодиоду. Резистор подбирается на 310В обратной полярности, дабы защитить светодиод. Каким образом можно произвести защиту мы посмотрим ниже.
Как подключить светодиоды к 220 В по простой схеме, используя резисторы и диод — вариант 1
Первая схема работает по принципу гашения обратного полупериода. Подавляющее большинство полупроводников отрицательно относятся к обратному напряжение. Для блокировки его нам нужен диод. Как правило, в большинстве случаев используют диоды типа IN4004, рассчитанный на напряжение больше 300 В.
Подключение LED по простой схеме с резистором и диодом — вариант 2
Другая простая схема подключения светодиодов к сети 220 В переменного напряжения не намного сложнее и ее также можно отнести к простым схемам.
Рассмотрим принцип работы. При положительной полуволне ток идет сквозь резисторы 1 и 2, а также сам светодиод. В данном случае стоит помнить, что падение напряжения на светодиоде будет обратным для обычного диода — VD1. Как только в схему «попадает» отрицательная полуволна 220 В, ток пойдет через обычный диод и резисторы. В этом случае уже прямое падение напряжение на VD1 будет обратным по отношению к светодиоду. Все просто.
При положительной полуволне сетевого напряжения ток протекает через резисторы R1, R2 и светодиод HL1 (при этом прямое падение напряжения на светодиоде HL1 является обратным напряжением для диода VD1). При отрицательной полуволне сетевого напряжения ток протекает через диод VD1 и резисторы R1, R2 (при этом прямое падение напряжения на диоде VD1 является обратным напряжением для светодиода HL1).
Расчетная часть схемы
Номинальное напряжение сети:
UС.НОМ = 220 В
Принимается минимальное и максимальное напряжение сети (опытные данные):
UС.МИН = 170 В
UС.МАКС = 250 В
Принимается к установке светодиод HL1, имеющий максимально допустимый ток:
IHL1.ДОП = 20 мА
Максимальный расчетный амплитудный ток светодиода HL1:
IHL1.АМПЛ.МАКС = 0,7*IHL1.ДОП = 0,7*20 = 14 мА
Падение напряжения на светодиоде HL1 (опытные данные):
UHL1 = 2 В
Минимальное и максимальное действующее напряжение на резисторах R1, R2:
UR.ДЕЙСТВ.МИН = UС.МИН = 170 В
UR.ДЕЙСТВ.МАКС = UС.МАКС = 250 В
Расчетное эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:
RЭКВ.РАСЧ = UR.АМПЛ.МАКС/IHL1.АМПЛ.МАКС = 350/14 = 25 кОм
Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ.РАСЧ = 2502/25 = 2500 мВт = 2,5 Вт
Расчетная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.РАСЧ = PR.МАКС/0,7 = 2,5/0,7 = 3,6 Вт
Принимается параллельное соединение двух резисторов типа МЛТ-2, имеющих суммарную максимально допустимую мощность:
Выключатель со светодиодом мигает лампа
PR.ДОП = 2·2 = 4 Вт
Расчетное сопротивление каждого резистора:
RРАСЧ = 2*RЭКВ.РАСЧ = 2*25 = 50 кОм
Принимается ближайшее большее стандартное сопротивление каждого резистора:
R1 = R2 = 51 кОм
Эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:
RЭКВ = R1/2 = 51/2 = 26 кОм
Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ = 2502/26 = 2400 мВт = 2,4 Вт
Минимальный и максимальный амплитудный ток светодиода HL1 и диода VD1:
IHL1.АМПЛ.МИН = IVD1.АМПЛ.МИН = UR.АМПЛ.МИН/RЭКВ = 240/26 = 9,2 мА
IHL1.АМПЛ.МАКС = IVD1.АМПЛ.МАКС = UR.АМПЛ.МАКС/RЭКВ = 350/26 = 13 мА
Минимальный и максимальный средний ток светодиода HL1 и диода VD1:
IHL1.СР.МИН = IVD1.СР.МИН = IHL1.ДЕЙСТВ.МИН/КФ = 3,3/1,1 = 3,0 мА
IHL1.СР.МАКС = IVD1.СР.МАКС = IHL1.ДЕЙСТВ.МАКС/КФ = 4,8/1,1 = 4,4 мА
Обратное напряжение диода VD1:
UVD1.ОБР = UHL1.ПР = 2 В
Расчетные параметры диода VD1:
UVD1.РАСЧ = UVD1.ОБР/0,7 = 2/0,7 = 2,9 В
IVD1.РАСЧ = UVD1.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА
Принимается диод VD1 типа Д9В, имеющий следующие основные параметры:
UVD1.ДОП = 30 В
IVD1.ДОП = 20 мА
I0.МАКС = 250 мкА
Минусы использования схемы подключения светодиодов к 220 В по варианту 2
Главные недостатки подключения светодиодов по этой схеме — малая яркость светодиодов, за счет малого тока. IHL1.СР = (3,0-4,4) мА и большая мощность на резисторах: R1, R2: PR.МАКС = 2,4 Вт.
Вариант 3 подключения LEDs к электрической сети переменного напряжения 220 В
При положительном полупериоде ток протекает через резистор R1, диод и светодиод. При отрицательном ток не протекает, т.к. диод в этом случае включается в обратное направление.
Расчет параметров схемы аналогичен второму варианту. Кому надо — посчитает и сравнит. Разница небольшая.
Минусы подключения по 3 варианту
Если самы «пытливые умы» уже посчитали, то могут сравнить данные со вторым вариантом. Кому лень — придется поверить на слово. Минус такого подключения — также низкая яркость светодиода, т.к. ток протекающий через полупроводник составляет всего IHL1.СР = (2,8-4,2) мА.
Зато при такой схеме мы получаем заметное снижение мощности резистора: РR1.МАКС = 1,2 Вт вместо 2,4 Вт полученных ранее.
Подключение светодиода на 220 В с использованием диодного моста — 4 вариант
Как видно на графической картинке, в данном случае для подключения на 220 мы используем резисторы и диодный мост.
В данном случае ток через 2 резистора и светодиод ток будет протекать как при положительной, так и при отрицательной полуволне синусоиды за счет использования выпрямительного моста на диодах VD1-VD4.
UVD.РАСЧ = UVD.ОБР/0,7 = 2,6/0,7 = 3,7 В
IVD.РАСЧ = UVD.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА
Принимаются диоды VD1-VD4 типа Д9В, имеющие следующие основные параметры:
UVD.ДОП = 30 В
IVD.ДОП = 20 мА
I0.МАКС = 250 мкА
Недостатки схемы подключения по 4 варианту
Если все расчитать по приведенным выше формулам, то можно провести аналогию со 2 вариантом подключения. Минусом будет большая мощность на резисторах: PR.МАКС = 2,4 Вт.
Однако при такой схеме мы получим заметное увеличение яркости светодиода: HL1: IHL1.СР = (5,9-8,7) мА вместо (2,8-4,2) мА
В принципе, это самые распространенные схемы подключения любого светодиода к сети 220 В при использовании обычного диода и резисторов. Для простоты понимания были приведены расчеты. Не для всех, может быть понятные, но кому надо, тот найдет, прочитает и разберется. Ну а если нет, то достаточно будет простой графической части.
Как подключить светодиод к 220 В используя конденсатор
Выше мы посмотрели, как легко, используя только диоды и резисторы, подключить к сети 220 В любой светодиод. Это были простые схемы. Сейчас посмотрим на более сложные, но лучшие в плане реализации и долговечности. Для этого нам понадобится уже конденсатор.
Токоограничивающий элемент — конденсатор. На схеме — C1. Конденсатор должен быть рассчитан на работу с напряжением не менее 400 В. После зарядки последнего ток через него будет ограничивать резистор.
Подключение светодиода к сети 220 В на примере выключателя с подсветкой
Сейчас уже никого не удивишь выключателем с интегрированной подсветкой в виде светодиода. Разобрав его и разобравшись мы получим еще один способ, благодаря которому можем подключить любой светодиод к сети 220 В.
Во всех выключателях с подсветкой используется резистор с номиналом не менее 200 кОм. Ток в этом случае ограничивается порядка 1А. При включении в сеть такой светодиод будет светиться. Ночью его легко можно различить на стене. Обратный же ток в этом случае будет очень маленьким и не сможет повредить полупроводник. В принципе, такая схема также имеет право на существование, но свет от такого диода будет все-таки ничтожно маленьким. И стоит ли овчинка выделки — не понятно.
светодиоды, схемы
Источник: https://1000eletric.com/svetodiod-indikator-seti-220-volt/
Диод
Полупроводниковый диод или просто диод представляет из себя радиоэлемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. По аналогии с гидравликой диод можно сравнить с обратным клапаном: устройством, которое пропускает жидкость только в одном направлении.
обратный клапан
Диод – это радиоэлемент с двумя выводами. Некоторые диоды выглядят почти также как и резисторы:
А некоторые выглядят чуточку по-другому:
Есть также и SMD исполнение диодов:
Выводы диода называются – анод и катод. Некоторые по ошибке называют их “плюс” и “минус”. Это неверно. Так говорить нельзя.
На схемах диод обозначается так
Он может пропускать электрический ток только от анода к катоду.
Из чего состоит диод
В нашем мире встречаются вещества, которые отлично проводят электрический ток. Сюда в основном можно отнести металлы, например, серебро, медь, алюминий, золото и так далее. Такие вещества называют проводниками. Есть вещества, которые ну очень плохо проводят электрический ток – фарфор, пластмассы, стекло и так далее. Их называют диэлектриками или изоляторами. Между проводниками и диэлектриками находятся полупроводники. Это в основном германий и кремний.
После того, как германий или кремний смешивают с мельчайшей долей мышьяка или индия, образуется полупроводник N-типа, если смешать с мышьяком; или полупроводник P-типа, если смешать с индием.
Теперь если эти два полупроводника P и N -типа приварить вместе, на их стыке образуется PN-переход. Это и есть строение диода. То есть диод состоит из PN-перехода.
строение диода
Полупроводник P-типа в диоде является анодом, а полупроводник N-типа – катодом.
Давайе вскроем советский диод Д226 и посмотрим, что у него внутри, сточив часть корпуса на наждачном круге.
диод Д226
Вот это и есть тот самый PN-переход
PN-переход диода
Как определить анод и катод диода
1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса
2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод. Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.
Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).
Диод в цепи постоянного тока
Как мы уже говорили, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Для того, чтобы это показать, давайте соберем простую схему.
прямое включение диода
Так как наша лампа накаливания на 12 Вольт, следовательно, на блоке питания тоже выставляем значение в 12 В и собираем всю электрическую цепь по схеме выше. В результате, лампочка у нас прекрасно горит. Это говорит о том, что через диод проходит электрический ток. В этом случае говорят, что диод включен в прямом направлении.
диод в прямом включении
Давайте теперь поменяем выводы диода. В результате, схема примет такой вид.
обратное включение диода
Как вы видите, лампочка не горит, так как диод не пропускает электрический ток, то есть блокирует его прохождение, хотя источник питания и выдает свои честные 12 Вольт.
обратное включение диода
Какой вывод можно из этого сделать? Диод проводит постоянный ток только в одном направлении.
Диод в цепи переменного тока
Кто забыл, что такое переменный ток, читаем эту статью. Итак, для того, чтобы рассмотреть работу диода в цепи переменного тока, давайте составим схему. Здесь мы видим генератор частоты G, диод и два клеммника Х1 и Х2, с которых мы будем снимать сигнал с помощью осциллографа.
Мой генератор частоты выглядит вот так.
генератор частот
Осциллограмму будем снимать с помощью цифрового осциллографа
Генератор выдает переменное синусоидальное напряжение.
синусоидальный сигнал
Что же будет после диода? Цепляемся к клеммам X1 и X2 и видим вот такую осциллограмму.
переменное напряжение после диода
Диод вырезал нижнюю часть синусоиды, оставив только верхнюю часть.
А что будет, если мы поменяем выводы диода? Схема примет такой вид.
переменый ток после диода
Что же получим на клеммах Х1 и Х2 ? Смотрим на осциллограмму.
переменный ток после диода
Ничего себе! Диод срезал только положительную часть синусоиды!
Характеристики диода
Давайте рассмотрим характеристику диода КД411АМ. Ищем его характеристики в интернете, вбивая в поиск “даташит КД411АМ”
Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ
1) Обратное максимальное напряжение Uобр – это такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток Iобр – сила тока при обратном подключении диода.
При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести к полному тепловому разрушению диода. В нашем исследуемом диоде это напряжение равняется 700 Вольт.
2) Максимальный прямой ток Iпр – это максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении. В нашем случае это 2 Ампера.
3) Максимальная частота Fd , которую нельзя превышать. В нашем случае максимальная частота диода будет 30 кГц. Если частота будет больше, то наш диод будет работать неправильно.
Стабилитроны
Стабилитроны представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение. Но чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно условие.
Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся.
В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь – прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ – обратное направление.
Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры – Закон Джоуля-Ленца.
Главный параметр стабилитрона – это напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон – это минимальный и максимальный ток (Imin, Imax).
Измеряется в Амперах.
Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:
На схемах обозначаются вот так:
Светодиоды
Светодиоды – особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет – это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне. Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.
Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (Imax) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА. Для осветительных больше.
Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор.
Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.
Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.
Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.
На схемах светодиоды обозначаются так:
Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления
Ну и осветительные светодиоды – это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах
Светодиод – это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:
Как проверить светодиод можно узнать из этой статьи.
Тиристоры
Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода – управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров – это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры примерно как диоды или транзисторы.
У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр – Iос,ср. – среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор в прямом направлении без вреда для его здоровья.
Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор – (Uу), которое подается на управляющий электрод и при котором тиристор полностью открывается.
а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с большой силой тока:
На схемах триодные тиристоры выглядят вот таким образом:
Существуют также разновидности тиристоров – динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы – это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.
Диодный мост и диодные сборки
Производители также несколько диодов заталкивают в один корпус и соединяют их между собой в определенной последовательности. Таким образом получаются диодные сборки. Диодные мосты – одна из разновидностей диодных сборок.
На схемах диодный мост обозначается вот так:
Существуют также и другие виды диодов, такие как варикапы, диод Ганна, диод Шоттки и тд. Для того, чтобы их всех описать, нам не хватит и вечности.
Очень интересное видео про диод
Источник: https://www.ruselectronic.com/poluprovodnikovyj-diod-i-jego-vidy/
