Светодиодный мир нашего века: Светодиоды
Цвет свечения светодиода зависит от добавок добавленных в полупроводник. Так, например, примеси алюминия, гелия, индия, фосфора вызывают свечение от красного до желтого цвета. Индий, галлий, азот заставляет светодиод светится от голубого до зеленного цвета. При добавке люминофора в кристалл голубого свечения, светодиод будет светиться белым светом. В настоящее время промышленность выпускает светодиоды свечения всех цветов радуги, однако цвет зависит не от цвета корпуса светодиода, а именно от химических добавок в его кристалле. Светодиод любого цвета может иметь прозрачный корпус.
- Маркировка светодиодов
Рис. 1. Конструкция индикаторных 5 мм светодиодов
В рефлектор помещается кристалл светодиода. Этот рефлектор задает первоначальный угол рассеивания.
Затем свет проходит через корпус из эпоксидной смолы . Доходит до линзы — и тут начинает рассеиваться по сторонам на угол, зависящий от конструкции линзы, на практике — от 5 до 160 градусов.
Излучающие светодиоды можно разделить на две большие группы: светодиоды видимого излучения и светодиоды инфракрасного (ИК) диапазона. Первые применяются в качестве индикаторов и источников подсветки, последние — в устройствах дистанционного управления, приемо-передающих устройствах ИК диапазона, датчиках.
Светоизлучающие диоды маркируются цветовым кодом (табл. 1). Сначала необходимо определить тип светодиода по конструкции его корпуса (рис. 1), а затем уточнить его по цветной маркировке по таблице.
Рис. 2. Виды корпусов светодиодов
Таблица 1. Маркировка светодиодов
Светодиоды подключаются к источнику тока, анодом к плюсу, катодом к минусу. Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом, но бывают и исключения, поэтому лучше уточнить данный факт в технических характеристиках конкретного светодиода.
При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор.
Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без токоограничивающего резистора. Для быстрого тестирования резистор с номинальным сопротивлением 1кОм подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее.
При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода. Почему? Как уже ясно из названия, светодиод это не выпрямительный диод, и, хотя свойство пропускать ток в одном направлении у них общее, между ними есть значительная разница. Для того, что светодиод излучал в видимом диапазоне, у него значительно более широкая запрещенная зона, чем у обычного диода. А от ширины запрещенной зоны напрямую зависит такой паразитный параметр диодов, как внутренняя емкость. При изменении направления тока, эта емкость разряжается, за какое-то время, называемое временем закрытия, зависящее от размеров этой емкости.
Сразу следует предупредить: не следует направлять луч светодиода непосредственно в свой глаз (а также в глаз товарища) на близком расстоянии, что может повредить зрение.
Напряжение питания
Две главных характеристики светодиодов это падение напряжения и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например, четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА. Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется «рабочей” зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.
Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, поэтому нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую.
Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).
Напряжение, указанное на упаковке светодиодов — это не напряжение питания. Это величина падения напряжения на светодиоде. Эта величина необходима, чтобы вычислить оставшееся напряжение, «не упавшее» на светодиоде, которое принимает участие в формуле вычисления сопротивления резистора, ограничивающего ток, поскольку регулировать нужно именно его.
Изменение напряжение питания всего на одну десятую вольта у условного светодиода (с 1,9 до 2 вольт) вызовет пятидесятипроцентное увеличение тока, протекающего через светодиод (с 20 до 30 милиампер).
Для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие.
Величина тока для светодиода является основным параметром, и как правило, составляет 10 или 20 миллиампер. Неважно, какое будет напряжение. Главное, чтобы ток, текущей в цепи светодиода, соответствовал номинальному для светодиода. А ток регулируется включённым последовательно резистором, номинал которого вычисляется по формуле:
R — сопротивление резистора в омах.
Uпит — напряжение источника питания в вольтах.
Uпад — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
0,75 — коэффициент надёжности для светодиода.
Не следует также забывать и о мощности резистора. Вычислить мощность можно по формуле:
P — мощность резистора в ваттах.
Uпит — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
Uпад — прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
R — сопротивление резистора в омах.
Расчет токогораничивающего резистора и его мощности для одного светодиода
Типичные характеристики светодиодов
Две главных характеристики светодиодов это напряжение и сила тока. Обычно светодиоды рассчитаны на силу тока в 20 мА, но бывают и исключения, например четырехъкристальные светодиоды обычно рассчитаны на 80 мА , так как в одном корпусе светодиода содержаться четыре полупроводниковых кристалла, каждый из которых потребляет 20 мА, в свою очередь одноватные светодиоды обычно потребляют 300-400 мА.
Рабочее напряжение светодиода зависит от полупроводникового материала, из которого он сделан, соответственно есть зависимость между цветом свечения светодиода и его рабочим напряжением.
Таблица падения напряжений светодиодов в зависимости от цвета
По величине падения напряжения при тестировании светодиодов мультиметром можно определить примерный цвет свечения светодиода согласно таблице.
Последовательное и параллельное включение светодиодов
При последовательном подключении светодиодов сопротивление ограничивающего резистора рассчитывается также, как и с одним светодиодом, просто падения напряжений всех светодиодов складываются между собой по формуле:
При последовательном включении светодиодов важно знать о том, что все светодиоды, используемые в гирлянде, должны быть одной и той же марки. Данное высказывание следует взять не за правило, а за закон.
Что б узнать какое максимальное количество светодиодов, возможно, использовать в гирлянде, следует воспользоваться формулой
Где:
* Nmax – максимально допустимое количество светодиодов в гирлянде
* Uпит – Напряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора.
* Uпр — Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
* При изменении температуры и старения светодиода Uпр может возрасти. Коэфф. 1,5 дает запас на такой случай.
При таком подсчете «N” может иметь дробный вид, например 5,8. Естественно вы не сможете использовать 5,8 светодиодов, посему следует дробную часть числа отбросить, оставив только целое число, то есть 5.
Ограничительный резистор, для последовательного включения светодиодов рассчитывается точно также как и для одиночного включения. Но в формулах добавляется еще одна переменная «N” – количество светодиодов в гирлянде. Очень важно чтобы количество светодиодов в гирлянде было меньше или равно «Nmax”- максимально допустимому количеству светодиодов. В общем, должно выполнятся условие: N =< Nmax
Теперь приведем модернизированные формулы расчета под последовательное включение.
Все остальные действия по расчетам производятся в аналогии расчета резистора при одиночном включении светодиода.
Если напряжения источника питания не хватает даже для двух последовательно соединённых светодиодов, тогда на каждый светодиод нужно ставить свой ограничительный резистор.
Параллельное включение светодиодов с общим резистором — плохое решение. Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый, что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.
Последовательное соединение светодиодов предпочтительнее ещё и с точки зрения экономного расходования источника питания: вся последовательная цепочка потребляет тока ровно столько, сколько и один светодиод. А при параллельном их соединении ток во столько раз больше, сколько параллельных светодиодов у нас стоит.
Рассчитать ограничительный резистор для последовательно соединённых светодиодов так же просто, как и для одиночного. Просто суммируем напряжение всех светодиодов, отнимаем от напряжения источника питания получившуюся сумму (это будет падение напряжения на резисторе) и делим на ток светодиодов (обычно 15 — 20 мА).
А если светодиодов у нас много, несколько десятков, а источник питания не позволяет соединить их все последовательно (не хватит напряжения)? Тогда определяем исходя из напряжения источника питания, сколько максимально светодиодов мы можем соединить последовательно. Например для 12 вольт — это 5 двух вольтовых светодиодов. Почему не 6? Но ведь на ограничительном резисторе тоже должно что-то падать. Вот оставшиеся 2 вольты (12 — 5х2) и берём для расчёта. Для тока 15 мА сопротивление будет 2/0.015 = 133 Ома. Ближайшее стандартное — 150 Ом. А вот таких цепочек из пяти светодиодов и резистора каждая, мы уже можем подключить сколько угодною Такой способ называется параллельно-последовательным соединением.
Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом что бы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление.
Далее рассмотрим стабилизированную схему включения светодиодов. Коснёмся изготовления стабилизатора тока. Существует микросхема КР142ЕН12 (зарубежный аналог LM317), которая позволяет построить очень простой стабилизатор тока. Для подключения светодиода (см. рисунок) рассчитывается величина сопротивления R = 1.2 / I (1.2 — падение напряжения не стабилизаторе) Т.е., при токе 20 мА, R = 1,2 / 0.02 = 60 Ом. Стабилизаторы рассчитаны на максимальное напряжение в 35 вольт. Лучше не напрягать их так и подавать максимум 20 вольт. При таком включении, например, белого светодиода в 3,3 вольта возможна подача напряжения на стабилизатор от 4,5 до 20 вольт, при этом ток на светодиоде будет соответствовать неизменному значению в 20 мА.
При напряжении 20В получаем, что к такому стабилизатору можно подключить последовательно 5 белых светодиодов, не заботясь о напряжении на каждом из них, ток в цепи будет протекать 20мА (лишнее напряжение погасится на стабилизаторе).
Важно! В устройстве с большим количеством светодиодов протекает большой ток. Категорически воспрещается подключать такое устройство к включенному источнику питания. В этом случае, в месте подключения, возникает искра, которая ведет к появлению в цепи большого импульса тока. Этот импульс выводит из строя светодиоды (особенно синие и белые). Если светодиоды работают в динамическом режиме (постоянно включаются, выключаются и подмигивают) и такой режим основан на использовании реле, то следует исключить возникновение искры на контактах реле.
Каждую цепочку следует собирать из светодиодов одинаковых параметров и одного производителя.
Тоже важно ! Изменение температуры окружающей среды влияет на протекающий ток через кристалл. Поэтому желательно изготавливать устройство так, чтобы протекающий ток через светодиод был равен не 20мА, а 17-18 мА.
Потеря яркости будет незначительная, зато долгий срок службы обеспечен.
Как запитать светодиод от сети 220 В.
Радиоэлектроника для начинающих — статьи по основам радиоэлектроники для новичка
#МОП-транзисторы #акустические кабели #аналоги конденсаторов #батареики #биполярные транзисторы #варикапы #варисторы #герконовое реле #динисторы #диодные мосты #диоды #диоды Шоттки #заземление #защитные диоды #керамические конденсаторы #конвертеры конденсатора #конденсаторы #контракторы #маркировка конденсаторов #маркировка резиторов #микросборка #мультиметры #осциллограф #отвертки #паяльник для проводов #переключатели фаз #переменные резисторы #печатные платы #радиодетали #резисторы #реле #светодиоды #стабилитроны #танталовые конденсаторы #твердотельное реле #тепловое реле #термодатчики #тестеры для транзистора #тиристоры #транзисторы #тумблеры #туннельные диоды #фототиристоры
Печатная плата: виды, требования, размеры, методы изготовления
26 Марта 2023 — Анатолий Мельник
Рассказываем что такое печатная плата, виды и размеры печатных плат.
Технология изготовления печатных плат. Из чего изготавливается печатная плата.
Читать полностью260
#печатные платы
Переменный резистор: типы, устройство и принцип работы
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Рассказываем и показываем как правильно проверить работу транзисторов с помощью цифрового мультиметра. Магазин электронных компонентов и радиодеталей «Радиоэлемент»
Читать полностью1811
#переменные резисторы #резисторы
Тумблеры
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Конструктивные особенности тумблеров. Типы, виды. Какие характеристики нужно учитывать при выборе. Как правильно подключить тумблер. Инструкция и советы в одной статье.
Читать полностью1297
#тумблеры
Как проверять транзисторы тестером – отвечаем
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Рассказываем и показываем как правильно проверить работу транзисторов с помощью цифрового мультиметра.
Магазин электронных компонентов и радиодеталей «Радиоэлемент»
Читать полностью1429
#тестеры для транзистора #транзисторы
Как пользоваться мультиметром
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Что такое и как устроен мультиметр. Как правильно пользоваться мультиметром: как измерить напряжение, силу тока и напряжение. Как проверить емкость и индуктивность
Читать полностью1367
#мультиметры
Выпрямитель напряжения: принцип работы и разновидности
29 Декабря 2022 — Анатолий Мельник
Выпрямитель напряжения электрической сети: как устроен, применение, обозначение на схемах. Как работает и для чего предназначается выпрямитель напряжения.
Читать полностью 1739
Переключатель фаз (напряжения): устройство, принцип действия, виды
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Подробная статья о переключателях фаз: устройство и разновидности.
Рекомендации по подключению и настройке. Рекомендации по выбору: популярные модели.
Читать полностью365
#переключатели фаз
Как выбрать паяльник для проводов и микросхем
31 Октября 2022 — Анатолий Мельник
Особенности выбора хорошего паяльника для проводов и микросхем: разновидности конструкций, требования. Какие существуют нагреватели и жала. Дополнительные возможности.
Читать полностью1155
#паяльник для проводов
Что такое защитный диод и как он применяется
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
В статье разбираются особенности защитных диодов, их устройство и маркировка, а также применения в реальных условиях. Даны рекомендации по проверке и подбору супрессоров.
Читать полностью1182
#диоды #защитные диоды
Варистор: устройство, принцип действия и применение
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
В статье разбирается устройство варисторов: маркировка, основные параметры.
Вы узнаете в чем заключаются достоинства и недостатки варисторов, а также как выбрать и проверить компоненты.
Читать полностью1490
#варисторы
Виды отверток по назначению и применению
10 Октября 2022 — Анатолий Мельник
Виды отверток по сферам применения. В статье рассматриваются простые, ударные, диэлектрические и другие отвертки.
Читать полностью1059
#отвертки
Виды шлицов у отверток
10 Октября 2022 — Анатолий Мельник
В статье рассматривается, что такое шлицы и какие бывают виды, их маркировка, основные размеры: крестообразные, прямые, звездочки, наружные, комбинированные и другие виды шлицов.
Читать полностью396
#отвертки
Виды и типы батареек
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Подробная статья о батарейках: виды и типы батереек, как различаются батарейки.
Как обозначаются батарейки (маркировка)
Читать полностью1719
#батареики
Для чего нужен контактор и как его подключить
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Для чего нужен контактор и как он устроен. Как правильно выбрать и подключить контактор для управления в автоматическом режиме электрическими приборами.
Читать полностью2731
#контракторы
Как проверить тиристор: способы проверки
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Как самому проверить тиристор? Способы проверки тиристора мультиметром, тестером. Проверка тиристора без выпаивания. Пошаговые инструкции с фото.
Читать полностью2806
#тиристоры
Как правильно выбрать акустический кабель для колонок
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Статья про выбор акустического кабеля: типы и виды акустического кабеля.
Как маркируется кабель. Как рассчитать сечение кабеля. Правила эксплуатации и советы по выбору.
Читать полностью1661
#акустические кабели
Что такое цифровой осциллограф и как он работает
20 Сентября 2022 — Анатолий Мельник
Обзор принципа работы цифровых осциллографов. Виды осциллографов, их отличия от аналоговых. Применение цифрового осциллографа
Читать полностью636
#осциллограф
Как проверить варистор: используем мультиметр и другие способы
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Статья-инструкция о том, как проверить варистор на исправность мультиметром или тестором. Принцип работы варистора и основные параметры варисторов, обнозначение на схеме.
Читать полностью5414
#варисторы #мультиметры
Герконовые реле: что это такое, чем отличается, как работает
31 Октября 2022 — Анатолий Мельник
Статья об устройстве герконовых реле: обзор конструкции, характеристик и принципа работы.
Преимущества и недостатки. Назначение герконовых реле, где используются компоненты.
Читать полностью461
#герконовое реле #реле
Диоды Шоттки: что это такое, чем отличается, как работает
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Статья ответит на вопросы: что такое диоды Шоттки, как они устроены, плюсы и минусы данного вида диодов. Обозначение диодов на схемах. Сферы применения.
Читать полностью6777
#диоды #диоды Шоттки
Как правильно заряжать конденсаторы
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Способы зарядки и разрядки конденсаторов. Виды конденсаторов: основные параметры, принципы работы и области применения.
Читать полностью3456
#конденсаторы
Светодиоды: виды и схема подключения
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Светодиодами называют полупроводниковые приборы, которые при подаче напряжения создают оптическое излучение.
Их международное буквенное обозначение – LED (LightEmittingDiode). На схеме светодиод обозначается как обычный диод с двумя параллельными стрелками, направленными наружу и указывающими на его излучающий характер.
Читать полностью110
#диоды #светодиоды
Микросборка
10 Октября 2022 — Анатолий Мельник
Микросборка (МСБ) – конструктивная составляющая радиоэлектронной аппаратуры микроминиатюрного исполнения, предназначенная для реализации определенной функции. МСБ обычно не выпускаются в качестве самостоятельных изделий, предназначенных для широкого применения.
Читать полностью3598
#микросборка
Применение, принцип действия и конструкция фототиристора
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Фототиристор (ТФ) – полупроводниковое устройство со структурой, сходной с обычным тиристором, но с одним существенным отличием.
Он включается не подачей напряжения, а с помощью света, падающего на него. Этот прибор сочетает функции управляемого тиристора и фотоприемника, преобразующего световую энергию в электрический управляющий импульс. Изготавливается обычно из кремния, имеет спектральную характеристику, аналогичную другим фоточувствительным элементам с кремниевой полупроводниковой структурой.
Читать полностью1122
#тиристоры #фототиристоры
Схема подключения теплового реле – принцип работы, регулировки и маркировка
31 Октября 2022 — Анатолий Мельник
Электродвигатели и прочее электрооборудование в процессе эксплуатации могут испытывать высокие нагрузки, вызывающие их перегрев. Частые перегревы обмоток силовых установок приводят к разрушению изоляционных материалов и значительному сокращению срока службы, поэтому в конструкции таких устройств предусматривают защитное тепловое реле (ТР). Подключение в схему теплового реле обеспечивает обесточивание электрооборудования при возникновении нештатных ситуаций и предотвращает его выход из строя.
Читать полностью6801
#реле #тепловое реле
Динисторы – принцип работы, как проверить, технические характеристики
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Динистор – неуправляемая разновидность тиристоров, иначе он называется триггер-диодом. Изготавливается из полупроводникового монокристалла, имеющего несколько p-n переходов. Обладает двумя устойчивыми состояниями: открытым и закрытым. Подходят для применения в цепях непрерывного действия, в которых наибольшее значение тока составляет 2 А, а также в импульсных режимах, при условии, что максимальный ток – 10А, а напряжения находятся в диапазоне 10-200 В. Этот элемент обычно выполняет функции электронного ключа. Его открытое положение соответствует высокой проводимости, закрытое – низкой. Переход из открытого в закрытое состояние происходит практически мгновенно.
Читать полностью2092
#динисторы
Маркировка керамических конденсаторов
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Правильно выбрать конденсатор для микросхемы определенного назначения помогает маркировка, нанесенная на корпус.
Но у конденсаторов она сложная и разнообразная, поэтому определить характеристики этих элементов затруднительно, особенно если они имеют незначительную площадь поверхности. Параметры, указываемые в обозначении: код производителя, номинальное напряжение, емкость, допустимое отклонение от номинала, температурный коэффициент емкости (ТКЕ).
Читать полностью833
#керамические конденсаторы #конденсаторы
Компактные источники питания на печатную плату
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Выбор ИП печатной платы напрямую влияет на ее работоспособность. Главная задача такого прибора – получить переменное напряжение от питающей сети, преобразовать его в постоянное и подать на оборудование. Если компонент выбран неверно или неисправен, он может перегореть или не справиться с входным напряжением. В худшем случае пострадает и плата – ее придется либо ремонтировать, либо выбрасывать и покупать новую.
Читать полностью957
#печатные платы
SMD-резисторы: устройство и назначение
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
SMD-резисторы – это мелкие электронные компоненты, разработанные для поверхностного монтажа на печатную плату. Ранее при сборке радиоэлектронной аппаратуры осуществлялся навесной монтаж элементов или их продевание в печатную плату через предусмотренные отверстия.
Читать полностью921
#резисторы
Принцип работы полевого МОП-транзистора
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
МОП-транзистор (MOSFET, «металл-оксид-полупроводник») – полевой транзистор с изолированным затвором (канал разделен с затвором тонким диэлектрическим слоем).
Читать полностью4838
#МОП-транзисторы #транзисторы
Проверка микросхем мультиметром: инструкция и советы
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Как проверить микросхему? Рассмотрим как проверить микросхему на исправность и работоспособность мультиметром, влияние разновидности микросхем на способы проверки.
Читать полностью3855
#мультиметры
Характеристики, маркировка и принцип работы стабилитрона
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Полупроводниковый стабилитрон, или диод Зенера, представляет собой диод особого типа. При прямом включении обычный диод и стабилитрон ведут себя аналогично. Разница между ними проявляется при обратном включении.
Читать полностью19
#стабилитроны
Что такое реле: виды, принцип действия и устройство
10 Октября 2022 — Анатолий Мельник
Реле – одно из наиболее распространенных устройств, применяемых для автоматизации процессов в электротехнике. В этой статье мы подробно разберем, что такое реле, какие виды реле существуют и для чего они применяются.
Читать полностью1406
#реле
Конденсатор: что это такое и для чего он нужен
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Конденсатор – это устройство, способное накапливать и моментально отдавать электрический заряд.
В статье подробно разберем, в чем суть конденсатора, что он делает, из чего состоит и какие его основные параметры.
Читать полностью3284
#конденсаторы
Все о танталовых конденсаторах — максимально подробно
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
В этой статье я максимально подробно расскажу о назначении, видах, области применения танталовых конденсаторов. Покажу как они выглядят в живую и на схеме, объясню, как считать буквенную маркировку конденсаторов.
Читать полностью1764
#конденсаторы #танталовые конденсаторы
Как проверить резистор мультиметром
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Рассказываем как правильно проверить резистор мультиметром на плате, как узнать его сопротивление и определить работоспособность не выпаивая. Узнайте, как настроить тестер для проверки резисторов.
Читать полностью4409
#мультиметры #резисторы
Что такое резистор
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Резистор (от латинского «resisto» — сопротивляюсь) – это пассивный элемент электрической цепи, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления. Резисторы предназначены для линейного преобразования силы тока в напряжение и наоборот, а также для ограничения тока и поглощения электрической энергии.
Читать полностью10898
#резисторы
Как проверить диодный мост мультиметром
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Подробная инструкция по проверке работоспособности диодного моста с помощью мультиметра или лампы.
Читать полностью15530
#диодные мосты #диоды #мультиметры
Что такое диодный мост
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Диодный мост – электрическое устройство, предназначенное выпрямления тока, то есть для преобразования переменного тока в постоянный.
Читать полностью3621
#диодные мосты #диоды
Виды и принцип работы термодатчиков
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Принцип работы и виды термодатчиков. Особенности различных типов датчиков.
Читать полностью2299
#термодатчики
Заземление: виды, схемы
11 Октября 2022 — Анатолий Мельник
Заземление – соединение проводящих элементов промышленного или бытового оборудования с грунтом или общим проводом электрической системы, относительно которого производят измерения электрического потенциала. Из нашей статьи вы узнаете о видах заземления и их изображении на схемах.
Читать полностью2625
#заземление
Как определить выводы транзистора
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Способы определения выводов от базы, эмиттера и коллектора полупроводникового транзистора.
Читать полностью4823
#транзисторы
Назначение и области применения транзисторов
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Полупроводниковый транзистор – радиоэлемент, изготавливаемый из полупроводникового материала, чаще всего кремния. Основное назначение транзистора – управление током в электрической цепи. В этой статье мы кратко перечислим области применения полупроводниковых транзисторов, присутствующих практически во всех электронных компонентах современных приборов и аппаратов.
Читать полностью3643
#транзисторы
Как работает транзистор: принцип и устройство
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Транзистор – прибор, предназначенный для управления током в электрической цепи. Применяется практически во всех моделях видео- и аудио аппаратуры. В этой статье мы постараемся простыми словами изложить, что такое транзистор, как он устроен и что делает.
Читать полностью3172
#транзисторы
Виды электронных и электромеханических переключателей
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Переключатель (свитчер) – устройство, служащее в радиоэлектронике для коммутации электроцепей постоянного и переменного тока и обеспечивающее требуемый рабочий режим. От функциональности этого компонента часто зависит работоспособность всего аппарата. В этой статье мы расскажем об основных видах переключателей
Читать полностью 2135
Как устроен туннельный диод
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Рассказываем про устройство туннельных диодов, их отличия от обычных, цветовую маркировку и обозначение туннельных диодов на схемах. Также из этой статьи вы узнаете об истории создания данного типа диодов.
Читать полностью6371
#диоды #туннельные диоды
Виды и аналоги конденсаторов
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Конденсаторы – электронные компоненты, состоящие из двух проводников-обкладок и находящимся между ними диэлектриком.
Существует множество видов конденсаторов, имеющих сходную конструкцию, но различных по материалам, из которых изготавливаются обкладки и диэлектрический слой, и функциям в электронных схемах. Тип изделия определяется по форме, цвету, маркировке на корпусе.
Читать полностью2296
#аналоги конденсаторов #конденсаторы
Твердотельные реле: подробное описание устройства
31 Октября 2022 — Анатолий Мельник
Твердотельное реле (ТТР) – полупроводниковое устройство, применяемое для создания контакта между низковольтными и высоковольтными цепями, является современной альтернативой традиционным пускателям и контакторам. Применяется в бытовой технике, промавтоматике, автомобильной электронике.
Читать полностью4294
#реле #твердотельное реле
Конвертер единиц емкости конденсатора
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд.
В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.
Читать полностью372
#конвертеры конденсатора #конденсаторы
Графическое обозначение радиодеталей на схемах
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Радиодетали – электронные компоненты, собираемые в аналоговые и цифровые устройства: телевизоры, измерительные приборы, смартфоны, компьютеры, ноутбуки, планшеты. Если ранее детали изображались приближенно к их натуральному виду, то сегодня используются условные графические обозначения радиодеталей на схеме, разработанные и утвержденные Международной электротехнической комиссией.
Читать полностью3810
#радиодетали
Биполярные транзисторы: принцип работы, характеристики и параметры
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Биполярные транзисторы – электронные полупроводниковые приборы, отличающиеся от полевых способом переноса заряда. В полевых (однополярных) транзисторах, используемых в основном в цифровых устройствах, заряд переносится или дырками, или электронами. В биполярных же в процессе участвуют и электроны, и дырки. Биполярные транзисторы, как и другие типы транзисторов, в основном используются в качестве усилителей сигнала. Применяются в аналоговых устройствах.
Читать полностью219
#биполярные транзисторы #транзисторы
Как подобрать резистор по назначению и принципу работы
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Характеристики самых распространенных видов резисторов по типу, материалу, назначению, принципу работы.
Какие параметры необходимо учитывать при работе. Номинальное и реальное сопротивление.
Читать полностью1448
#резисторы
Тиристоры: принцип работы, назначение, характеристики, проверка работоспособности
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Тиристор представляет собой вид полупроводниковых приборов, предназначенный для однонаправленного преобразования тока (т.е. ток пропускается только в одну сторону). Прибор выполняет функции коммутатора разомкнутой цепи и ректификационного диода в сетях постоянного тока.
Читать полностью5619
#тиристоры
Зарубежные и отечественные транзисторы
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Как подобрать отечественный аналог зарубежному транзистору? Читайте в нашей статье!
Читать полностью5801
#транзисторы
Исчерпывающая информация о фотодиодах
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Обзор фотодиодной технологии с подробным описанием основ, принципа работы, а также различных типов фотодиодов и их применения.
Читать полностью1938
#тиристоры #фототиристоры
Калькулятор цветовой маркировки резисторов
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Резисторы – это элементы для построения электрических схем, предназначенные для контроля и регулирования величины силы тока. Разделяют на постоянные, переменные, подстроечные. Для идентификации постоянных резисторов SMD – устройств, монтируемых на поверхность, – все производители разработали буквенно-цифровые обозначения для крупных элементов и цветовой код для деталей очень маленьких размеров.
Читать полностью1354
#маркировка резиторов #резисторы
Область применения и принцип работы варикапа
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Варикап – полупроводниковый диод, главным параметром которого является изменяемая под напряжением емкость. В устройстве применяется зависимость емкости p-n перехода и приложенного обратного напряжения.
Читать полностью8369
#варикапы
Маркировка конденсаторов
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Выбор конденсаторов по маркировке – процесс достаточно сложный, поскольку разные производители используют различные системы кодирования. Особенно трудно прочесть зашифрованную информацию на незначительной поверхности маленьких конденсаторов.
Читать полностью7057
#конденсаторы #маркировка конденсаторов
Виды и классификация диодов
24 Ноября 2022 — Анатолий Мельник
Диод – электронный прибор с двумя (иногда тремя) электродами, обладающий односторонней проводимостью. В этой статье вы найдёте подробную классификацию диодов по видам, характеристикам, материалам изготовления и сфере использования.
Читать полностью1038
#диоды
Основы светоизлучающих диодов
| Типы светодиодов, цвета и области применения
Светоизлучающий диод или просто светодиод является одним из наиболее часто используемых источников света в наши дни.
Будь то фары вашего автомобиля (или дневные ходовые огни) или освещение гостиной вашего дома, применение светодиодов бесчисленно.
В отличие от (почти) устаревших ламп накаливания, для работы светодиодов (и люминесцентных ламп) требуется специальная схема. Их просто называют светодиодными драйверами (или балластом в случае люминесцентных ламп).
Поскольку светодиоды неизбежны в нашей жизни, интересующимся людям (инженерам, разработчикам драйверов и т. д.) рекомендуется ознакомиться с основами светоизлучающих диодов. Эта статья составлена как краткое руководство по светодиодам, которое включает в себя краткое введение, электрические символы светодиодов, типы, конструкцию, характеристики, драйверы светодиодов и многое другое.
ПРИМЕЧАНИЕ: Существует упрощенная версия этой статьи «Светодиод — светоизлучающий диод», в которой дается более простой обзор светодиода, не вдаваясь в технические подробности.
Краткое описание
Введение
Двумя наиболее важными полупроводниковыми источниками света, широко используемыми в различных приложениях, являются лазерные диоды и светодиоды.
Принцип работы лазерных диодов основан на вынужденном излучении, тогда как у светодиодов — на спонтанном излучении.
Светоизлучающие диоды являются наиболее распространенным выдающимся источником света, доступным в электронных компонентах. Например, они широко используются для отображения времени и многих других типов данных на экранах некоторых устройств отображения. Светодиоды — это опто-полупроводниковые устройства, которые легко преобразуют электрический ток в освещение (или свет). Площадь светодиода обычно очень мала, и при разработке его диаграммы направленности можно использовать множество встроенных оптических компонентов. Его основное преимущество заключается в низкой стоимости производства и более длительном сроке службы, чем у лазерного диода.
Светодиод состоит из двух основных полупроводниковых элементов. Это положительно заряженные дырки P-типа и отрицательно заряженные электроны N-типа.
Когда положительная сторона P диода подключена к источнику питания, а сторона N к земле, говорят, что соединение имеет прямое смещение, что позволяет электрическому току течь через диод.
Основные и неосновные носители заряда со стороны P и со стороны N объединяются друг с другом и нейтрализуют носители заряда в обедненном слое на PN-переходе.
Миграция электронов и дырок, в свою очередь, высвобождает некоторое количество фотонов, которые выделяют энергию в виде монохроматического света с постоянной длиной волны, обычно в нм, что напоминает цвет светодиода. Цветовой спектр излучения светодиодов обычно чрезвычайно узок.
В общем случае его можно определить как определенный диапазон длин волн в электромагнитном спектре. Выбор цвета излучения светодиода довольно ограничен из-за природы полупроводника, используемого при его производстве. Обычно доступные цвета светодиодов: красный, зеленый, синий, желтый, янтарный и белый.
Свет красного, синего и зеленого цветов можно легко комбинировать для получения белого света с ограниченной яркостью. Рабочее напряжение красного, зеленого, янтарного и желтого цветов составляет около 1,8 вольт. Фактический диапазон рабочего напряжения светодиода можно определить по напряжению пробоя полупроводникового материала, используемого в конструкции светодиода.
Цвет света, излучаемого светодиодом, определяется полупроводниковыми материалами, образующими PN-переход диода.
Это связано с различиями в структуре запрещенной зоны полупроводниковых материалов, поэтому испускается разное количество фотонов с разными частотами. Однако длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов на стыке, а интенсивность света зависит от количества мощности или энергии, подаваемой через диод. Выходную длину волны можно поддерживать с помощью составных полупроводников, чтобы можно было наблюдать требуемый цвет, обеспечивая вывод в пределах видимого диапазона.
Свет может производиться и управляться электронными средствами несколькими способами. В светоизлучающих диодах свет создается за счет электролюминесценции, которая представляет собой твердотельный процесс. При определенных специфических условиях получения света твердотельные процедуры могут давать когерентный свет, как и в лазерных диодах.
Типы светодиодов
Светоизлучающие диоды можно разделить на две основные категории светодиодов.
Это
- Видимые светодиоды
- Невидимые светодиоды
Светодиоды видимого диапазона в основном используются для переключателей, оптических дисплеев и для освещения без использования каких-либо фотодатчиков. Невидимые светодиоды используются в приложениях, включая оптические переключатели, анализ и оптическую связь и т. д. с использованием фотодатчиков.
Эффективность
Рейтинг светодиодов определяется их светоотдачей. Он определяется как отношение светового потока к подводимой к диоду электрической мощности и может быть выражен в люменах на ватт. Световой поток представляет собой реакцию глаза на различные длины волн света.
Конструкция светодиода
Структура и конструкция светоизлучающих диодов сильно отличаются от обычных полупроводниковых сигнальных диодов.
Свет будет излучаться светодиодом, когда его PN-переход смещен в прямом направлении. PN-переход покрыт прозрачным корпусом из твердой и пластичной эпоксидной смолы полусферической формы, который защищает светодиод от атмосферных помех, вибраций и теплового удара. PN-переход формируется с использованием материалов с самой низкой шириной запрещенной зоны, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия, нитрид галлия-индия, нитрид алюминия-галлия, карбид кремния и т. д.
На самом деле светодиодный переход не излучает большого количества света, поэтому корпус из эпоксидной смолы сконструирован таким образом, что фотоны света, испускаемые переходом, отражаются от окружающего основания подложки и фокусируются через куполообразную верхнюю часть светодиод, который сам действует как линза, концентрирующая большее количество света.
Именно поэтому излучаемый свет кажется наиболее ярким в верхней части светодиода.
Обычно светоизлучающие диоды, излучающие красный свет, построены на подложке из арсенида галлия, а диоды, излучающие зеленый/желтый/оранжевый свет, являются фиктивными на подложке из фосфида галлия.
Для излучения красного цвета слой N-типа легирован теллуром (Te), а слой P-типа легирован цинком. Контактные слои сформированы с использованием алюминия на стороне P и алюминиевого олова на стороне N соответственно.
Светодиоды предназначены для того, чтобы большая часть рекомбинации носителей заряда происходила на поверхности PN-перехода следующими путями.
- При увеличении концентрации легирования подложки дополнительные электроны неосновных носителей заряда перемещаются в верхнюю часть структуры, рекомбинируют и излучают свет на поверхности светодиода.
- Путем увеличения диффузионной длины носителей заряда, т. е. L = √ Dτ, где D — коэффициент диффузии, τ — время жизни носителей заряда. При превышении критического значения будет вероятность повторного поглощения испущенных фотонов устройством.
Когда диод подключен в прямом направлении, носители заряда приобретают достаточное количество энергии, чтобы преодолеть барьерный потенциал, существующий на PN-переходе.
Всякий раз, когда применяется прямое смещение, неосновные носители заряда как P-типа, так и N-типа инжектируются через переход и рекомбинируют с основными носителями. Эта рекомбинация основных и неосновных носителей заряда может быть как излучательной, так и безызлучательной. При излучательной рекомбинации излучается свет, а при безызлучательной рекомбинации выделяется тепло.
Органические светоизлучающие диоды (OLED)
В органических светоизлучающих диодах составной полупроводниковый материал, используемый при разработке светодиода, является органическим по своей природе. Органический полупроводниковый материал является электропроводным в некоторой части или во всей молекуле за счет сопряженного электрона; в результате это органический полупроводник. Материал может находиться в кристаллической фазе или полимерных молекулах. Он имеет преимущество в тонкой структуре, меньшей стоимости, низком напряжении для вождения, отличной диаграмме направленности, высокой яркости, максимальной контрастности и интенсивности.
Цвета светоизлучающих диодов
В отличие от обычных полупроводниковых, сигнальных диодов, которые используются для коммутационных цепей, выпрямителей и цепей силовой электроники, изготовленных из кремниевых или германиевых полупроводниковых материалов, светоизлучающие диоды изготавливаются из составных полупроводниковых материалов, таких как Арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, карбид кремния и нитрид галлия-индия смешиваются вместе в различных соотношениях для получения уникальной отличительной длины волны цвета.
Различные полупроводниковые соединения излучают свет в определенных областях спектра видимого света, поэтому они производят свет с разной интенсивностью. Выбор полупроводникового материала, используемого при производстве светодиода, будет определять длину волны излучения фотонов и результирующий цвет излучаемого света.
Диаграмма направленности
Определяется как угол излучения света по отношению к излучающей поверхности. Максимальное количество мощности, интенсивности или энергии будет получено в направлении, перпендикулярном излучающей поверхности.
Угол излучения света зависит от излучаемого цвета и обычно колеблется от 80° до 110°.
| 7 Падение напряжения (8 В) 60 90957 | | |||
|---|---|---|---|---|
| Арсенид галлия | ||||
| Арсенид галлия алюминия | ||||
| Алюминий Арсенид галлия | ||||
| Арсенид галлия фосфид | ||||
| Алюминий Галлий Фосфид индия | ||||
| Фосфид галлия | ||||
| Фосфид арсенида галлия | ||||
| Алюминий Галлий Фосфид индия | ||||
| Фосфид галлия | ||||
 1 2.2 | Фосфид арсенида галлия | |||
| Алюминий Галлий Фосфид индия | ||||
| Фосфид галлия | ||||
| Фосфид индия галлия | ||||
| Алюминий Галлий Фосфид индия | ||||
| Фосфид галлия алюминия | ||||
| Индий-галлий Нитрид | ||||
| Селенид цинка | ||||
| Индий-галлий Нитрид | ||||
| Карбид кремния | ||||
| Кремний | ||||
| Индий-галлий Нитрид | ||||
| Два синих/красных светодиода | ||||
| Синий с красным люминофором | ||||
| Белый с фиолетовым пластиком | ||||
| Алмаз | ||||
| Нитрид бора | ||||
| Нитрид алюминия | ||||
| Алюминий Нитрид галлия | ||||
| Алюминий галлий Нитрид индия | ||||
| Синий с люминофором | ||||
| Желтый с красным, оранжевым или розовым люминофором | ||||
| Белый с розовым пигментом | ||||
| Синий/УФ-диод с желтым люминофором |
Цвет света, излучаемого светодиодом, не определяется цветом пластикового корпуса, в котором находится светодиод.
Оболочка используется как для усиления светового излучения, так и для обозначения его цвета, когда он не питается от источника питания. В последние годы также доступны синие и белые светодиоды, но они дороже, чем обычные стандартные цветные светодиоды, из-за производственных затрат на смешивание двух или более дополнительных цветов в точном соотношении в полупроводниковом соединении.
Общие характеристики источников света
Ток возбуждения в зависимости от светоотдачи
При высоких значениях прямого тока возбуждения температура PN-перехода полупроводника увеличивается из-за значительного рассеивания мощности. Такой тип повышения температуры на переходе приводит к снижению эффективности излучательной рекомбинации. В результате плотность тока еще больше увеличивается; внутреннее последовательное сопротивление будет иметь тенденцию снижать светоизлучающую эффективность любого источника света.
Квантовая эффективность
Квантовая эффективность любого источника света определяется как отношение скорости излучательной рекомбинации, которая излучает свет, к полной скорости рекомбинации и определяется как:
η=Rr/Rt
Скорость переключения
Скорость переключения источника света похожа на то, как быстро источник света может включаться и выключаться при подаче электропитания для создания соответствующей картины оптического выхода.
Светодиоды имеют меньшую скорость переключения, чем обычные ЛАЗЕРНЫЕ диоды.
Длина волны спектра
Пиковая длина волны спектра определяется как длина волны, при которой генерируется максимальная интенсивность света. Он определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в производстве светодиодов.
Ширина спектра
Ширина спектра источника света определяется как диапазон длин волн, в котором источник света излучает свет. Источник света должен излучать свет в пределах более узкой ширины спектра.
ВАХ светодиода
Прежде чем излучать свет от любого светоизлучающего диода, через него должен пройти ток, поскольку светодиод является устройством, зависящим от тока, а интенсивность его выходного света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод.
Светоизлучающий диод должен быть подключен в комбинации с прямым смещением к источнику питания, и его ток должен быть ограничен с помощью последовательно включенного резистора для защиты от избыточного тока.
Светодиод не следует подключать напрямую к аккумулятору или источнику питания, поскольку через него будет протекать избыточный ток, что может привести к повреждению светодиода.
Каждый светодиод имеет собственное индивидуальное прямое падение напряжения вдоль PN-перехода, и этот параметр определяется полупроводниковым материалом, используемым при производстве светодиода, для определенного значения прямого тока проводимости, обычно для прямого тока около 20 мА.
При низких прямых напряжениях управляющий ток диода определяется током безызлучательной рекомбинации из-за рекомбинации носителей заряда по длине светодиодного чипа. При более высоких прямых напряжениях в токе возбуждения диода преобладает ток радиационной диффузии.
Даже при больших напряжениях, чем обычно, ток диода ограничивается последовательным сопротивлением. Диод никогда не должен достигать обратного напряжения пробоя в течение короткого промежутка времени, так как это может привести к необратимому повреждению диода.
На рисунке ниже показаны вольт-амперные характеристики светодиодов разного цвета.
Расчет сопротивления серии светодиодов
Светоизлучающий диод работает хорошо, когда он соединен последовательно с сопротивлением, в результате чего прямой ток, необходимый для светодиода, обеспечивается напряжением питания на комбинации. Значение сопротивления последовательно включенного резистора можно рассчитать по приведенной ниже формуле. Обычно прямой ток обычного светодиода считается равным 20 мА.
Многоцветный светоизлучающий диод
На рынке представлено большое количество светодиодов различных форм и размеров, цветов и интенсивности светового потока. Арсенид-фосфид галлия Светодиод красного цвета диаметром 5 мм является наиболее часто используемым светодиодом и очень дешев в производстве. В настоящее время производятся светодиоды с многоцветным излучением, и они доступны во многих корпусах, большинство из которых представляют собой два-три светодиода в одном корпусе.
Двухцветные светодиоды
Двухцветные светодиоды представляют собой разновидность светодиодов, аналогичную одноцветным светодиодам, только с дополнительным светодиодным чипом, входящим в комплект поставки. Двухцветные светодиоды могут иметь два или три контакта для подключения; это зависит от используемого метода. Как правило, два светодиодных вывода соединены в обратно-параллельной комбинации. Анод одного светодиода подключается к катоду другого светодиода и наоборот. При подаче питания на любой из анодов будет светиться только один светодиод. Мы также можем включить оба светодиода одновременно с динамическим переключением на высокой скорости.
Трехцветный светоизлучающий диод
Обычно трехвыводной светодиод имеет общий катодный вывод, в котором два других светодиодных чипа соединены внутри. Должен гореть либо один, либо два светодиода, необходимо общий катод соединить с землей. Токоограничивающие резисторы подключены к обоим анодам для индивидуального управления током.
Для одноцветной или двухцветной светодиодной подсветки необходимо подключить питание к любому из анодов по отдельности или одновременно. Эти трехцветные светодиоды состоят из отдельных КРАСНЫХ и ЗЕЛЕНЫХ светодиодных чипов, подключенных к одному и тому же катоду. Этот тип диодов генерирует дополнительные оттенки основных цветов путем включения двух светодиодов с разным соотношением прямого тока.
Схемы драйверов светодиодов
Интегральные схемы либо комбинационные схемы, либо последовательные схемы могут использоваться для управления светоизлучающими диодами. Светоизлучающие диоды можно включать и выключать с помощью интегральных схем. Выходные каскады логических элементов TTL или CMOS могут использоваться для управления светодиодами в качестве переключателей в двух режимах конфигурации. Это режимы источника и приемника конфигурации.
Выходной ток, выдаваемый интегральными схемами в конфигурации с режимом приемника, может составлять около 50 мА, а в конфигурации с режимом истока прямой ток может составлять около 30 мА.
Однако ток, управляемый светодиодом, должен быть ограничен резистором, включенным последовательно.
Управление светодиодом с помощью транзистора
Вместо использования интегральных схем для управления светодиодами можно использовать дискретные компоненты, такие как биполярные транзисторы PNP и NPN. Дискретные компоненты могут использоваться для управления более чем одним светодиодом, как в больших структурах массива светодиодов.
В меньшем количестве приложений используется только один светодиод. Транзисторы-переходники используются для подачи тока через несколько светоизлучающих диодов таким образом, что прямой ток, создаваемый светодиодом, составляет около 10–20 мА. Если для управления светодиодом используется NPN-транзистор, то последовательный резистор действует как источник тока. Если для управления светодиодами используется PNP-транзистор, то последовательный резистор действует как приемник тока.
Для таких применений, как подсветка экрана, уличное освещение или замена люминесцентной лампы или лампы накаливания, в большинстве случаев требуется более одного светодиода.
Как правило, параллельное включение нескольких одиночных светодиодов приводит к неравномерному распределению тока между светодиодами; даже в этом случае все светодиоды рассчитаны на одинаковое прямое падение напряжения.
Если один светодиод не может управлять последовательно включенными светодиодами, это можно решить, установив параллельные стабилитроны или кремниевые управляемые выпрямители (SCR) для каждого последовательно включенного светодиода. SCR — разумный выбор, потому что они рассеивают меньше энергии, если им приходится работать вокруг неисправного светодиода.
В случае параллельной комбинации включение отдельного драйвера для каждой строки обходится дороже, чем использование нескольких драйверов с соответствующей выходной мощностью.
Управление интенсивностью света светодиода с помощью ШИМ
Интенсивность света, излучаемого светодиодом, регулируется протекающим через него током. Поскольку ток через него меняется, яркостью света можно управлять.
Если через диод пропускается большое количество тока, светодиод светится намного лучше обычного.
Если ток превышает максимальное значение, интенсивность света увеличивается еще больше, что приводит к рассеиванию тепла светодиодом. Ограничение прямого тока, установленное для проектирования светодиодов, составляет от 10 до 40 мА. Когда требуемый ток очень мал, могут быть шансы выключить светодиод.
В таких случаях для управления яркостью света и током, потребляемым светодиодом, используется процесс, известный как широтно-импульсная модуляция, для многократного включения и выключения светодиода в зависимости от требуемой интенсивности света. Устройства линейного управления рассеивают избыточную энергию в виде тепла, в результате для выдачи необходимого количества мощности используются ШИМ-драйверы, так как они вообще не выдают мощность.
Прежде всего, чтобы подавать импульсы ШИМ в цепи светодиодов, сначала требуется генератор ШИМ. Существует разное количество генераторов ШИМ.
Дисплеи светодиодные
Одноцветные, двухцветные, многоцветные и некоторые другие Светодиоды объединены в одну упаковку. Их можно использовать в качестве задней подсветки, полос и гистограмм. Одним из основных требований к цифровым устройствам отображения является визуальный цифровой дисплей. Обычный пример такого единого пакета из нескольких светодиодов можно увидеть в семисегментных дисплеях.
Семисегментный дисплей, как следует из названия, состоит из семи светодиодов в одном корпусе дисплея. Его можно использовать для отображения информации.
Отображаемая информация может быть представлена в виде цифровых данных, состоящих из цифр, букв, символов, а также буквенно-цифровых символов. Семисегментный дисплей обычно имеет восемь комбинаций входных соединений, по одной для каждого светодиода, а оставшаяся одна является общей точкой соединения для всех внутренних светодиодов.
Если катоды всех светодиодов соединить вместе и подать логический ВЫСОКИЙ сигнал, то загорятся отдельные сегменты.
Таким же образом, если аноды всех светодиодов соединить вместе и подать логический НИЗКИЙ сигнал, тогда загорятся отдельные сегменты.
Преимущества, недостатки и области применения светодиодов
Преимущества
- Малый размер кристалла и низкая стоимость
- Долгий срок службы
- Высокая энергоэффективность
- Низкотемпературный
- Гибкость дизайна
- Много цветов
- Экологичный
- Высокая скорость переключения
- Высокая сила света
- Предназначен для фокусировки света в определенном направлении
- Меньше подвержен повреждениям
- Меньше излучаемого тепла
- Более устойчив к тепловому удару и вибрации
- Отсутствие УФ-лучей
Недостатки
- Зависимость выходной мощности излучения и длины волны светодиода от температуры окружающей среды.
- Чувствительность к повреждениям из-за избыточного напряжения и/или избыточного тока.
- Теоретическая общая эффективность достигается только в особых холодных или импульсных условиях.
Применение
- В автомобилях и велосипедных фонарях
- В светофоре Указатели, знаки и сигналы
- В платах отображения данных
- В медицинских целях и игрушках
- Невизуальные приложения
- В лампочках и многом другом
- Пульты дистанционного управления
Что такое светодиод? — Конструкция, работа, характеристики и применение
Светодиод (светоизлучающий диод) представляет собой оптоэлектронное устройство , работающее по принципу электролюминесценции. Электролюминесцентность — это свойство материала преобразовывать электрическую энергию в световую энергию, а затем излучать эту световую энергию. Точно так же полупроводник в светодиоде излучает свет под действием электрического поля.
Символ светодиода образован слиянием символа диода P-N перехода и направленных наружу стрелок.
Эти направленные наружу стрелки символизируют свет, излучаемый светодиодом.
Теперь возникает вопрос, как полупроводниковый материал в светодиодах излучает свет? Ответ на этот вопрос заключается в конструкции и работе светодиода. Символ светодиода описан на схеме ниже, этот же символ используется в электронных схемах.
Конструкция светодиода
В светодиодах используется полупроводниковый материал: арсенид галлия (GaAs) , галлия фосфид (GaP) или арсенид галлия фосфид (GaAsP). Любое из вышеупомянутых соединений может быть использовано для изготовления светодиода, но цвет излучаемого света меняется с изменением материала. Ниже приведены некоторые материалы и их соответствующий цвет света, который они излучают. Помимо него, ниже также приведены диапазоны типового прямого напряжения.
| Материалы в конструкции | Цвет | Прямое напряжение (в вольтах) |
|---|---|---|
| GaP | Зеленый/Красный | 2,2 |
| GaAsP | Желтый | 2,2 |
| GaAsP | Красный | 1,8 |
| GaN | Белый | 4,1 |
| GaN | Синий | 5,0 |
| AllnGaP | Янтарный | 2. 1 |
| AllnGaP | Желтый | 2.1 |
Внутренняя архитектура светодиода
Полупроводниковый слой P-типа расположен над N-типа , поскольку рекомбинация носителей заряда происходит в p-типе. Кроме того, это поверхность устройства, поэтому излучаемый свет хорошо виден на поверхности. Если P-тип будет размещен ниже, свет будет излучаться с поверхности P-типа, но мы не сможем его увидеть. Именно по этой причине P-тип размещен выше.
Слой P-типа формируется за счет диффузии полупроводникового материала. С другой стороны, в области N-типа эпитаксиальный слой выращивается на подложке N-типа. Металлическая пленка используется на слое P-типа для обеспечения анодного соединения с диодом. Точно так же слой золотой пленки нанесен на N-тип для обеспечения катодного соединения.
Значение слоя золотой пленки
Слой золотой пленки на N-типе также обеспечивает отражение от нижней поверхности диода.
Если какая-либо значительная часть излучаемого света стремится попасть на нижнюю поверхность, то она будет отражаться от нижней поверхности на верхнюю поверхность устройства. Это увеличивает эффективность светодиода.
Работа светодиода
Электроны являются основными носителями в N-типе, а дырки являются основными носителями в P-типе. Электроны N-типа находятся в зоне проводимости, а дырки P-типа — в валентной зоне. Энергетический уровень зоны проводимости выше, чем энергетический уровень валентной зоны. Таким образом, если электроны имеют тенденцию к рекомбинации с дырками, они должны потерять часть энергии, чтобы попасть в более низкую энергетическую зону.
Электроны могут терять свою энергию в виде тепла или света. Электроны в кремнии и германии теряют свою энергию в виде тепла. Таким образом, они не используются для светодиодов, поскольку нам нужен полупроводник, в котором электроны теряют свою энергию в виде света.
Излучение фотонов
Таким образом, полупроводниковые соединения, такие как фосфид галлия (Gap), арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) и т.
д. излучают свет при рекомбинации электронов и дырок. Электроны в этих соединениях теряют свою энергию при испускании фотонов.
Если полупроводниковый материал полупрозрачный , свет будет излучаться из соединения, поскольку соединение действует как источник света. Светодиод работает в прямом направлении со смещением 9Только режим 0010. Если он будет работать с обратным смещением, он получит повреждение, так как не выдержит обратного напряжения.
Вольт-амперные характеристики светодиодов
Кривая характеристик светодиода показывает, что прямого смещения 1 В достаточно для экспоненциального увеличения тока.
Кривая выходных характеристик показывает, что мощность излучения светодиода прямо пропорциональна прямому току в светодиоде.
Преимущества светодиода
- Диапазон температур : Может работать в широком диапазоне температур от 0 0 C до 70 0 C
- Время переключения: Время переключения светодиодов составляет порядка 1 нс. Таким образом, они полезны в динамических операциях, где используется большое количество массивов.
- Низкое энергопотребление: Они потребляют меньше энергии, и их можно использовать даже при низком подаче постоянного тока.
- Лучшее управление: Мощность излучения светодиодов зависит от протекающего в них тока. Таким образом, интенсивность света светодиода можно легко контролировать.
- Экономичность и надежность: светодиоды дешевы и обладают высокой степенью надежности.
- Маленький размер и портативность: Они небольшого размера и могут быть сложены вместе для формирования буквенно-цифровых дисплеев.
- Более высокая эффективность: Эффективность преобразования мощности светодиодов в световую энергию в 10-50 раз выше, чем у вольфрамовой лампы. Время отклика светодиода составляет 0,1 мкс, в то время как в случае вольфрамовой лампы оно измеряется десятками или сотнями миллисекунд.
Таким образом, они полезны в динамических операциях, где используется большое количество массивов.
Недостатки светодиодов
- Перенапряжение или перегрузка по току: Светодиоды могут выйти из строя, если ток превысит определенный предел.
- Перегрев из-за мощности излучения: Он перегревается при чрезмерном увеличении мощности излучения. Это может привести к повреждению светодиода.
Применение светодиода
- Индикатор в цепи переменного тока: Может использоваться в качестве индикатора в цепи переменного тока, но внутреннее сопротивление светодиода очень мало. Таким образом, резистор последовательно соединен со светодиодом, так что перегрузка по току может протекать через резистор и защищать светодиод от повреждения.
- Индикатор панели дисплея: светодиоды используются для отображения информации, обрабатываемой электронными схемами. Формат отображения светодиода показан на диаграмме ниже.
- Цифровые часы, калькуляторы и мультиметры: Светодиоды, излучающие видимый свет, используются в цифровых часах и калькуляторах для индикации.Светодиоды маркировка характеристика подключение: Светодиодный мир нашего века: Светодиоды
