Как определить полярность диода по внешнему виду: Как определить напряжение питания светодиодов? Ответ

Как определить напряжение питания светодиодов? Ответ

Несмотря на то что электрический параметр №1 для светодиода – это номинальный ток, часто для расчётов необходимо знать напряжение на его выводах. Под понятием «напряжение светодиода» понимают разницу потенциалов на p-n-переходе в открытом состоянии. Оно является справочным параметром и вместе с другими характеристиками указывается в паспорте к полупроводниковому прибору. 3, 9 или 12 вольт… Часто в руки попадают экземпляры, о которых ничего не известно. Так как узнать падение напряжения на светодиоде?

Теоретический метод

Прекрасной подсказкой в этом случае является цвет свечения, внешняя форма и размеры полупроводникового прибора. Если корпус светодиода выполнен из прозрачного компаунда, то цвет его остаётся загадкой, разгадать которую поможет мультиметр. Для этого переключатель цифрового тестера переводят в положение «проверка на обрыв» и щупами поочерёдно касаются выводов светодиода. У исправного элемента в прямом смещении будет наблюдаться небольшое свечение кристалла. Таким образом, можно сделать вывод не только о цвете свечения, но и о работоспособности полупроводникового прибора. Существуют и другие способы тестирования излучающих диодов, о которых подробно написано в данной статье.

Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. Именно химический состав полупроводника во многом определяет напряжение питания светодиодов, точнее, падение напряжение на p-n-переходе. В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Однако есть определённый диапазон значений, которых зачастую достаточно для проведения предварительных расчетов элементов электронной цепи.

С одной стороны, размер и внешний вид корпуса не влияют на прямое напряжение светодиода. Но ,с другой стороны. через линзу можно увидеть количество излучающих кристаллов, которые могут быть соединены последовательно. Слой люминофора в SMD светодиодах может скрывать целую цепочку из кристаллов. Ярким примером является миниатюрные многокристальные светодиоды от компании Cree, падение напряжения на которых зачастую значительно превышает 3 вольта.

В последние годы появились белые SMD светодиоды, в корпусе которых размещено 3 последовательно соединённых кристалла. Их часто можно встретить в китайских светодиодных лампах на 220 вольт. Естественно убедиться в исправности LED-кристаллов в такой лампе при помощи мультиметра не удастся. Стандартная батарейка тестера выдаёт 9 В, а минимальное напряжение срабатывания трёхкристального белого светоизлучающего диода – 9,6 В. Также встречаются двухкристальная модификация с порогом срабатывания от 6 вольт.

Узнать все технические характеристики светодиода можно из интернета. Для этого нужно скачать datasheet на схожую по внешним признакам модель, обязательно такого же цвета свечения, сверить паспортные размеры с действительными и выписать номинальные значения тока и падения напряжения. Следует учитывать, что данная методика весьма приблизительна, так как в одинаковом корпусе могут быть изготовлены светодиоды на 20 мА и на 150 мА с разбросом напряжения до 0,5 вольт.

Практический метод

Самые точные данные о прямом падении напряжения на светодиоде можно получить путём проведения практических измерений. Для этого понадобится регулируемый блок питания (БП) постоянного тока с напряжение от 0 до 12 вольт, вольтметр или мультиметр и резистор на 510 Ом (можно больше). Лабораторная схема для тестирования показана на рисунке.

Здесь всё просто: резистор ограничивает ток, а вольтметр отслеживает прямое напряжение светодиода. Плавно увеличивая напряжение от источника питания, наблюдают за ростом показаний на вольтметре. В момент достижения порога срабатывания светодиод начнёт излучать свет. В какой-то момент яркость достигнет номинального значения, а показания вольтметра перестанут резко нарастать. Это означает, что p-n-переход открыт, и дальнейший прирост напряжения с выхода БП будет прикладываться только к резистору.

Текущие показания на экране и будут номинальным прямым напряжением светодиода. Если ещё продолжить наращивать питание схемы, то расти будет только ток через полупроводник, а разность потенциалов на нём изменится не более чем на 0,1-0,2 вольт. Чрезмерное превышение тока приведёт к перегреву кристалла и электрическому пробою p-n-перехода.

Если рабочее напряжение на светодиоде установилось около 1,9 вольт, но при этом свечение отсутствует, то возможно тестируется инфракрасный диод. Чтобы убедиться в этом, нужно направить поток излучения на включенную фотокамеру телефона. На экране должно появиться белое пятно.

В отсутствии регулируемого блока питания можно воспользоваться «кроной» на 9 В. Также можно задействовать в измерениях сетевой адаптер на 3 или 9 вольт, который выдаёт выпрямленное стабилизированное напряжение, и пересчитать номинал сопротивления резистора.

Как узнать ток и напряжение светодиода

В связи с глобальным развитием технологий широкое применение в электронике получили светодиоды. Они обладают множеством особенностей, из которых можно выделить компактность и яркое свечение. Помимо номинального тока, который является их главным параметром, нужно знать рабочее напряжение светодиодов. Этот параметр часто используют для проведения расчетов. Если правильно подобрать параметры устройства, можно продлить срок его службы. Напряжение для светодиода является разницей потенциалов на p-n-переходе, что отмечается в паспортных данных прибора. Бывают случаи, когда нет информации о конкретном изделии, тогда возникает вопрос: «Как определить падение напряжения на светодиоде?».

Определение тока

Для осуществления этого есть несколько методов. Рассмотрим наиболее простой из них. Чтобы определить номинальный ток светодиода, потребуется наличие тестера, называемого мультиметром. Такой метод также применяется для обычных диодов.

Измерение силы тока светодиода

Тестирование проводится следующим образом:

• Щупы мультиметра подключаются плюсовым выводом к аноду, а минусовым к катоду.
• Анодный вывод у светодиода делается длиннее, чем катодный.
• Прозванивать можно светодиоды, у которых небольшое напряжение питания. Если у них большая мощность, применять такой метод нельзя.

Лучше воспользоваться проверенным способом измерения характеристик устройства. Для этого понадобятся:

• блок питания, рассчитанный на 12 В;
• мультиамперметр;
• постоянные резисторы – 2,2 и 1 кОм, а также 560 Ом;
• переменный резистор – 470–680 Ом;
• вольтметр, желательно цифровой;
• провода для коммутации схемы.

Как и в предыдущем случае, потребуется узнать полярность диода. Если по его выводам непонятно, где «+» и «-», тогда придется к одному из выводов подсоединить резистор 2,2 кОм. После этого нужно подключить светодиод к блоку питания. При его свечении нужно отключить питание и промаркировать нужный выход «+».

Теперь нужно заменить резистор 2,2 кОм на 560 Ом. В эту цепь последовательно подсоединяется переменный резистор, а также миллиамперметр для проведения замера. Вольтметр, у которого разрешение 0,1 В, подключается параллельно светодиоду. После этого необходимо установить максимальное сопротивление у переменного резистора.

Мультиметр для замера силы тока и напряжения светодиода

Можно подсоединить собранную схему к блоку питания, соблюдая полярность. После включения у светодиода будет блеклое свечение. Сопротивление постепенно снижают и следят за вольтметром. Определенное время напряжение будет расти до 0,5 В, расти будет и ток, что влияет на увеличение яркости светодиода. Необходимо фиксировать показания каждые 0,1 В. Оптимальный рабочий ток будет достигнут, когда величина напряжения станет расти медленнее силы тока, а яркость перестанет увеличиваться.

Как узнать падение напряжения?

Для того чтобы определить, на сколько вольт светодиод, можно воспользоваться теоретическим и практическим методами. Они оба хороши и применяются в зависимости от ситуации и сложности испытуемого прибора.

Теоретический метод

Для анализа характеристик светодиода таким способом большую подсказку дают габариты прибора, цвет и форма его корпуса. Примеси различных химических элементов вызывают свечение кристаллов от красного до желтого цвета. Конечно, если видна расцветка корпуса, тогда можно определить некоторые параметры светодиода по внешнему виду. Но при его прозрачности придется воспользоваться мультиметром. Выставляем тестер на «обрыв» и щупами прикасаемся к выводам светодиода. Ток, проходящий через светодиод, вызывает слабое свечение кристалла.

Типы и виды светодиодов

В состав этих изделий входят различные полупроводниковые металлы. Этот фактор и влияет на падение напряжения на p-n-переходе. Чтобы обозначить такие характеристики, независимо от марок и производителей светодиода, их окрашивают в различные цвета. Но стоит знать, что конкретно утверждать, на сколько вольт светодиод, опираясь только на его окраску, будет неверно. Цвета этих приборов дают приблизительные значения для проведения измерений. Примерные параметры по цветовому признаку приведены в таблице.

Цвет прибора	Напряжение, В
Красный	1,63–2,03
Желтый	2,1–2,18
Зеленый	1,9–4,0
Синий	2,48–3,7
Оранжевый	2,03–2,1
Инфракрасный	до 1,9
Фиолетовый	2,76–4
Белый	3,5
Ультрафиолетовый	3,1–4,4

Примерные характеристики светодиода можно определить по цвету его корпуса и размерам

На прямое напряжение светодиода не воздействуют габариты или вариации корпуса, однако может проглядываться количество кристаллов, которые излучают свет и соединяются последовательно. Бывают виды элементов SMD, где люминофор прячет цепочку кристаллов.

В корпусе SMD-светодиода последовательно соединяются три кристалла белого цвета. Наиболее часто они применяются в лампах на 220 В китайского производства. Из-за того, что такие светодиоды начинают реагировать только от 9,6 вольт, протестировать их мультиметром не удастся, так как его батарейка питания рассчитана на 9,5 В.

Теоретически можно воспользоваться интернетом, скачав специальную программу datasheet, в поисковике которой вписать известные параметры светодиода, его цвет. Это позволит найти приблизительные характеристики, где падение напряжения и значения тока могут быть неточными.

Практический метод

Проведение тестирования практическим способом позволяет получить наиболее точные значения силы тока и падения напряжения. Рассчитанная таким образом характеристика прибора позволяет безопасно и долговременно использовать его по назначению. Для получения неизвестных параметров потребуется вольтметр, мультиметр, блок питания, рассчитанный на 12 В, резистор от 510 Ом.

Принцип измерений аналогичен описанному выше для тестирования светодиода на номинальный ток. Необходимо собрать схему с резистором и вольтметром, после чего увеличивать постепенно напряжение до начала свечения кристалла. При достижении яркости высшей точки показания замедляют рост. Можно снимать с экрана номинальное напряжение светодиода.

При 1,9 вольт может отсутствовать свечение. В этом случае часто проверяется инфракрасный диод. Чтобы это уточнить, необходимо перевести излучатель в телефонную камеру. Если будет видно на экране белое пятно, то это и есть инфракрасный диод.

Схема проверки падения напряжения на светодиоде

Если нет возможности применить блок питания на постоянные 12 В, можно использовать батарейку «Крона», рассчитанную на 9 вольт. При отсутствии вышеперечисленных источников питания отлично подойдет стабилизатор сетевого напряжения, который может выдавать необходимое выпрямленное напряжение, только потребуется заново рассчитать номинал сопротивления резистора, задействованного в схеме. В этом случае также нужно повышать напряжение до засвечивания светодиода. Напряжение, при котором произойдет свечение, и будет номинальным, на которое он рассчитан.

При неизвестных характеристиках светодиода обязательно необходимо рассчитывать его значения номинального тока и падения напряжения, чтобы предотвратить быстрый выход из строя.

потребление тока, напряжение, мощность и светоотдача

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Времена, когда светодиоды использовали только в качестве индикаторов включения приборов, давно прошли. Современные светодиодные приборы могут полностью взаимозаменить лампы накаливания в бытовых, промышленных и уличных светильниках. Этому способствуют различные характеристики светодиодов, зная которые можно правильно подобрать LED-аналог. Использование светодиодов, учитывая их основные параметры, открывает обилие возможностей в сфере освещения.

Основой светодиода является искусственный полупроводниковый кристаллик

Какие бывают светодиоды

Светодиод (обозначается СД, СИД, LED в англ.) представляет собой прибор, в основе которого лежит искусственный полупроводниковый кристаллик. При пропускании через него электротока создается явление испускания фотонов, что приводит к свечению. Данное свечение имеет очень узкий диапазон спектра, и цвет его находится в зависимости от материала полупроводника.

Светодиоды вполне могут заменить обычные лампы накаливания

Светодиоды с красным и желтым свечением производят из неорганических полупроводниковых материалов на базе арсенида галлия, зеленые и синие изготавливают на основе индия-галлия-нитрида. Чтобы увеличить яркость светового потока используют различные присадки или применяют метод многослойности, когда слой чистого нитрида алюминия размещают между полупроводниками. В результате образования в одном кристаллике нескольких электронно-дырочных (p-n) переходов, яркость его свечения возрастает.

Различают два типа светодиодов: для индикации и освещения. Первые используют для индикации включения в сеть различных приборов, а также как источники декоративной подсветки. Они представляют собой цветные диоды, помещенные в просвечивающийся корпус, каждый из них имеет четыре вывода. Приборы, излучающие инфракрасный свет, используют в устройствах для удаленного управления приборами (пульт ДУ).

В области освещения используют светодиоды, излучающие белый свет. По цвету различают светодиоды с холодным белым, нейтральным белым и теплым белым свечением. Существует классификация применяемых для освещения светодиодов по способу монтажа. Маркировка светодиода SMD означает, что прибор состоит из алюминиевой или медной подложки, на которой размещен кристаллик диода. Сама подложка располагается в корпусе, контакты которого соединены с контактами светодиода.

Применение светодиодной подсветки в интерьере кухни

Другой тип светодиодов обозначается OCB. В таком приборе на одной плате размещается множество кристаллов, покрытых люминофором. Благодаря такой конструкции достигается большая яркость свечения. Такую технологию используют при производстве светодиодных ламп с большим световым потоком на относительно малой площади. В свою очередь это делает производство светодиодных ламп наиболее доступным и недорогим.

Обратите внимание! Сравнивая лампы на SMD и COB светодиодах можно отметить, что первые поддаются ремонту путем замены вышедшего из строя светодиода. Если не работает лампа на COB светодиодах, придется менять всю плату с диодами.

Характеристики светодиодов

Выбирая для освещения подходящую светодиодную лампу, следует учитывать параметры светодиодов. К ним относят напряжение питания, мощность, рабочий ток, эффективность (светоотдача), температуру свечения (цвет), угол излучения, размеры, срок деградации. Зная основные параметры, можно будет без труда выбрать приборы для получения того или иного результата освещенности.

LED-технологии используются в оформлении табло аэропортов и вокзалов

Величина тока потребления светодиода

Как правило, для обычных светодиодов предусмотрена сила тока величиной 0,02А. Однако бывают светодиоды, рассчитанные на 0,08А. К таким светодиодам относят более мощные приборы, в устройстве которых задействованы четыре кристалла. Они располагаются в одном корпусе. Так как каждый из кристаллов потребляет по 0,02А, в сумме один прибор будет потреблять 0,08А.

Стабильность работы светодиодных приборов зависит от величины тока. Даже незначительное увеличение силы тока способствует снижению интенсивности излучения (старению) кристалла и увеличению цветовой температуры. Это в конечном результате приводит к тому, что светодиоды начинают отливать синим цветом и преждевременно выходят из строя. А если показатель силы тока увеличивается существенно, светодиод сразу перегорает.

Чтобы ограничить потребляемый ток, в конструкциях LED-ламп и светильников предусмотрены стабилизаторы тока для светодиодов (драйверы). Они преобразуют ток, доводя его до нужной светодиодам величины. В случае, когда требуется подключить отдельный светодиод к сети, нужно использовать токоограничительные резисторы. Расчет сопротивления резистора для светодиода выполняют с учетом его конкретных характеристик.

Полезный совет! Чтобы правильно подобрать резистор, можно воспользоваться калькулятором расчета резистора для светодиода, размещенным в сети интернет.

Светодиодная гирлянда может использоваться в качестве декора помещения

Напряжение светодиодов

Как узнать напряжение светодиодов? Дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на кристалле напряжение. Именно это значение берется во внимание при расчетах.

Учитывая применение различных полупроводников для светодиодов, напряжение у каждого из них может быть разным. Как узнать, на сколько Вольт светодиод? Определить можно по цвету свечения приборов. Например, для синих, зеленых и белых кристаллов напряжение составляет около 3В, для желтых и красных – от 1,8 до 2,4В.

При использовании параллельного подключения светодиодов идентичного номинала с величиной напряжения в 2В можно столкнуться со следующим: в результате разброса параметров одни излучающие диоды выйдут из строя (сгорят), а другие будут очень слабо светиться. Это произойдет ввиду того, что при увеличении напряжения даже на 0,1В наблюдается увеличение силы тока, проходящего через светодиод, в 1,5 раза. Поэтому так важно следить, чтобы ток соответствовал номиналу светодиода.

100Вт лампы накаливания эквивалентно 12-12,5Вт LED-светильника

Светоотдача, угол свечения и мощность светодиодов

Сравнение светового потока диодов с другими источниками света проводят, учитывая силу издаваемого ими излучения. Приборы размером около 5 мм в диаметре дают от 1 до 5 лм света. В то время как световой поток лампы накаливания в 100Вт составляет 1000 лм. Но при сопоставлении необходимо учитывать, что у обычной лампы свет рассеянный, а у светодиода – направленный. Поэтому необходимо принимать во внимание угол рассеивания светодиодов.

Угол рассеивания разных светодиодов может составлять от 20 до 120 градусов. При освещении светодиоды дают более яркий свет по центру и снижают освещенность к краям угла рассеивания. Таким образом, светодиоды лучше освещают конкретное пространство, используя при этом меньше мощности. Однако если требуется увеличить площадь освещенности, в конструкции светильника используют рассеивающие линзы.

Как определить мощность светодиодов? Чтобы определить мощность светодиодной лампы, требующейся для замены лампы накаливания, необходимо применять коэффициент, равный 8. Так, заменить обычную лампу мощностью 100Вт можно светодиодным прибором мощностью не менее 12,5Вт (100Вт/8). Для удобства можно воспользоваться данными таблицы соответствия мощности ламп накаливания и LED-источников света:

Мощность лампы накаливания, Вт	Соответствующая мощность светодиодного светильника, Вт
100	12-12,5
75	10
60	7,5-8
40	5
25	3

 

При использовании светодиодов для освещения очень важен показатель эффективности, который определяется отношением светового потока (лм) к мощности (Вт). Сопоставляя эти параметры у разных источников света, получаем, что эффективность лампы накаливания составляет 10-12 лм/Вт, люминесцентной – 35-40 лм/Вт, светодиодной – 130-140 лм/Вт.

Цветовая температура LED-источников

Одним из важных параметров светодиодных источников является температура свечения. Единицы измерения этой величины – градусы Кельвина (К). Следует отметить, что все источники света по температуре свечения разделяют на три класса, среди которых теплый белый имеет цветовую температуру менее 3300 К, дневной белый – от 3300 до 5300 К и холодный белый свыше 5300 К.

Обратите внимание! Комфортное восприятие человеческим глазом светодиодного излучения непосредственно зависит от цветовой температуры LED-источника.

Цветовая температура обычно указывается на маркировке светодиодных ламп. Она обозначается четырехзначным числом и буквой К. Выбор LED-ламп с определенной цветовой температурой напрямую зависит от особенностей применения ее для освещения. Предложенная ниже таблица отображает варианты использования светодиодных источников с разной температурой свечения:

Цвет свечения светодиодов		Цветовая температура, К	Варианты использования в освещении
Белый	Теплый	2700-3500	Освещение бытовых и офисных помещений как наиболее подходящий аналог лампы накаливания
	Нейтральный (дневной)	3500-5300	Отличная цветопередача таких ламп позволяет применять их для освещения рабочих мест на производстве
	Холодный	свыше 5300	Используется в основном для освещения улиц, а также применяется в устройстве ручных фонарей
Красный		1800	Как источник декоративной и фито-подсветки
Зеленый		—	Подсветка поверхностей в интерьере, фито-подсветка
Желтый		3300	Световое оформление интерьеров
Синий		7500	Подсветка поверхностей в интерьере, фито-подсветка

 

Волновая природа цвета позволяет выразить цветовую температуру светодиодов, используя длину волны. Маркировка некоторых светодиодных приборов отражает цветовую температуру именно в виде интервала различных длин волн. Длина волны имеет обозначение λ и измеряется в нанометрах (нм).

Типоразмеры SMD светодиодов и их характеристики

Учитывая размер SMD светодиодов, приборы классифицируются в группы с различными характеристиками. Наиболее популярные светодиоды с типоразмерами 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 и 5630. Характеристики SMD светодиодов в зависимости от размеров рознятся. Так, разные типы SMD светодиодов отличаются по яркости, цветовой температуре, мощности. В маркировке светодиодов первые две цифры показывают длину и ширину прибора.

Светодиоды SMD 5630 на LED-ленте

Основные параметры светодиодов SMD 2835

К основным характеристикам SMD светодиодов 2835 относят увеличенную площадь излучения. В сравнении с прибором SMD 3528, который имеет круглую рабочую поверхность, площадь излучения SMD 2835 имеет прямоугольную форму, что способствует большей светоотдаче при меньшей высоте элемента (около 0,8 мм). Световой поток такого прибора составляет 50 лм.

Корпус светодиодов SMD 2835 выполнен из термостойкого полимера и может выдерживать температуру до 240°С. Следует отметить, что деградация излучения в этих элементах составляет менее 5% в течение 3000 часов функционирования. Кроме того, прибор имеет достаточно низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка (4 С/Вт). Рабочий ток в максимальном значении – 0,18А, температура кристалла – 130°С.

По цвету свечения выделяют теплый белый с температурой свечения 4000 К, дневной белый – 4800 К, чистый белый – от 5000 до 5800 К и холодный белый с цветовой температурой 6500-7500 К. Стоит отметить, что максимальная величина светового потока у приборов с холодным белым свечением, минимальная – у светодиодов теплого белого цвета. В конструкции прибора увеличены контактные площадки, что способствует лучшему отводу тепла.

Полезный совет! Светодиоды SMD 2835 могут быть использованы для любого типа монтажа.

Размеры светодиода SMD 2835

Характеристики светодиодов SMD 5050

В конструкции корпуса SMD 5050 размещены три однотипных светодиода. LED источники синего, красного и зеленого цвета имеют технические характеристики, аналогичные кристаллам SMD 3528. Значение рабочего тока каждого из трех светодиодов составляет 0,02А, следовательно суммарная величина тока всего прибора 0,06А. Для того, чтобы светодиоды не вышли из строя, рекомендуется не превышать эту величину.

LED приборы SMD 5050 имеют прямое напряжение величиной 3-3,3В и светоотдачу (сетевой поток) 18-21 лм. Мощность одного светодиода складывается из трех величин мощности каждого кристалла (0,7Вт) и составляет 0,21Вт. Цвет свечения, испускаемый приборами, может быть белым во всех оттенках, зеленым, синим, желтым и многоцветным.

Близкое расположение светодиодов разных цветов в одном корпусе SMD 5050 позволило реализовать многоцветные светодиоды с отдельным управлением каждым цветом. Для регулирования светильников с использованием светодиодов SMD 5050 используют контроллеры, благодаря чему цвет свечения можно плавно изменять от одного к другому через заданное количество времени. Обычно такие приборы имеют несколько режимов управления и могут регулировать яркость свечения светодиодов.

Размеры светодиода SMD 5050

Типовые характеристики светодиода SMD 5730

Светодиоды SMD 5730 – современные представители LED-приборов, корпус которых имеет геометрические размеры 5,7х3 мм. Они относятся к сверхярким светодиодам, характеристики которых стабильны и качественно отличаются от параметров предшественников. Изготовленные с применением новых материалов, эти светодиоды отличаются повышенной мощностью и высокоэффективным световым потоком. Кроме того, они могут работать в условиях повышенной влажности, устойчивы к перепадам температур и вибрации, имеют длительный срок службы.

Существует две разновидности приборов: SMD 5730-0,5 с мощностью 0,5Вт и SMD 5730-1 с мощностью 1Вт. Отличительной особенностью приборов является возможность их функционирования на импульсном токе. Величина номинального тока  SMD 5730-0,5 составляет 0,15А, при импульсной работе прибор может выдерживать силу тока до 0,18А. Данный тип светодиодов обеспечивает световой поток до 45 лм.

Светодиоды SMD 5730-1 работают на постоянном токе 0,35А, при импульсном режиме – до 0,8А. Эффективность светоотдачи такого прибора может составить до 110 лм. Благодаря термостойкому полимеру, корпус прибора выдерживает температуру до 250°С. Угол рассеивания обоих типов SMD 5730 равен 120 градусам. Степень деградации светового потока составляет менее 1% при работе в течение 3000 часов.

Размеры светодиода SMD 5730

Характеристики светодиодов Cree

Компания Cree (США) занимается разработкой и выпуском сверхъярких и самых мощных светодиодов. Одна из групп светодиодов Cree представлена серией приборов Xlamp, которые делятся на однокристальные и многокристальные. Одной из особенностей однокристальных источников является распределение излучения по краям прибора. Это инновация позволила выпускать светильники с большим углом свечения, используя минимальное количество кристаллов.

В серии LED-источников XQ-E High Intensity угол свечения составляет от 100 до 145 градусов. Имея небольшие геометрические размеры 1,6х1,6 мм, мощность сверхярких светодиодов – 3 Вольта, а световой поток – 330 лм. Это одна из новейших разработок компании Cree. Все светодиоды, конструкция которых разработана на базе одного кристалла, имеют качественную цветопередачу в пределах CRE 70-90.

Статья по теме:

Как сделать или починить LED-гирлянду самостоятельно. Цены и основные характеристики наиболее популярных моделей.

Компания Cree выпустила несколько вариантов многокристальных LED-приборов с новейшими типами питания от 6 до 72 Вольт. Многокристальные светодиоды делятся на три группы, в которые входят приборы с высоким напряжением, мощностью до 4Вт и выше 4Вт. В источниках до 4Вт собраны 6 кристаллов в корпусе типа MX и ML. Угол рассеивания составляет 120 градусов. Купить светодиоды Cree такого типа можно с белым теплым и холодным цветом свечения.

Полезный совет! Несмотря на высокую надежность и качество света, купить мощные светодиоды серии MX и ML можно по относительно небольшой цене.

В группу свыше 4Вт входят светодиоды из нескольких кристаллов. Самыми габаритными в группе являются приборы мощностью 25Вт, представленные серией MT-G. Новинка компании – светодиоды модели XHP. Один из крупных LED-приборов имеет корпус 7х7 мм, его мощность 12Вт, светоотдача 1710 лм. Светодиоды с высоким напряжением питания объединяют в себе небольшие габариты и высокую светоотдачу.

LED-лампы серии XQ-E High Intensity производителя Cree (США)

Схемы подключения светодиодов

Существуют определенные правила подключения светодиодов. Беря во внимание, что проходящий через прибор ток движется только в одном направлении, для длительного и стабильного функционирования LED-приборов важно учитывать не только определенное напряжение, но и оптимальную величину тока.

Схема подключения светодиода к сети 220В

В зависимости от используемого источника питания, различают два вида схем подключения светодиодов к 220В. В одном из случаев используется драйвер с ограниченным током, во втором – специальный блок питания, стабилизирующий напряжение. Первый вариант учитывает использование специального источника с определенной силой тока. Резистор в данной схеме не требуется, а количество подключаемых светодиодов ограничивается мощностью драйвера.

Для обозначения светодиодов на схеме используются пиктограммы двух видов. Над каждым схематическим их изображением находятся две небольшие параллельные стрелочки, направленные вверх. Они символизируют яркое свечение LED-прибора. Перед тем как подключить светодиод к 220В используя блок питания, необходимо в схему включить резистор. Если это условие не выполнить, это приведет к тому, что рабочий ресурс светодиода существенно сократится или он попросту выйдет из строя.

Схема подключения светодиодов к сети 220В с использованием гасящего конденсатора С1

Если при подключении использовать блок питания, то стабильным в схеме будет лишь напряжение. Учитывая незначительное внутреннее сопротивление LED-прибора, включение его без ограничителя тока приведет к сгоранию прибора. Именно поэтому в схему включения светодиода вводят соответствующий резистор. Следует отметить, что резисторы бывают с разным номиналом, поэтому их следует правильно рассчитывать.

Полезный совет! Негативным моментом схем включения светодиода в сеть 220 Вольт с использованием резистора становится рассеивание большой мощности, когда требуется подключить нагрузку с повышенным потреблением тока. В этом случае резистор заменяют гасящим конденсатором.

Как рассчитать сопротивление для светодиода

При расчете сопротивления для светодиода руководствуются формулой:

U = IхR,

где U – напряжение, I – сила тока, R – сопротивление (закон Ома). Допустим, необходимо подключить светодиод с такими параметрами: 3В – напряжение и 0,02А – сила тока. Чтобы при подключении светодиода к 5 Вольтам на блоке питания он не вышел из строя, надо убрать лишние 2В (5-3 = 2В). Для этого необходимо включить в схему резистор с определенным сопротивлением, которое рассчитывается с помощью закона Ома:

R = U/I.

Резисторы с различными значениями сопротивления

Таким образом, отношение 2В к 0,02А составит 100 Ом, т.е. именно такой необходим резистор.

Очень часто бывает, что учитывая параметры светодиодов, сопротивление резистора имеет нестандартное для прибора значение. Такие ограничители тока нельзя отыскать в точках продажи, например, 128 или 112,8 Ом. Тогда следует использовать резисторы, сопротивление которых имеет ближайшее большее значение по сравнению с расчетным. При этом светодиоды будут функционировать не в полную силу, а лишь на 90-97%, но это будет незаметно для глаза и положительно отразится на ресурсе прибора.

В интернете представлено множество вариантов калькуляторов расчетов светодиодов. Они учитывают основные параметры: падение напряжения, номинальный ток, напряжение на выходе, количество приборов в цепи. Задав в поле формы параметры LED-приборов и источников тока, можно узнать соответствующие характеристики резисторов. Для определения сопротивления маркированных цветом токоограничителей также существуют онлайн расчеты резисторов для светодиодов.

Схемы параллельного и последовательного подключения светодиодов

При сборке конструкций из нескольких LED-приборов используют схемы включения светодиодов в сеть 220 Вольт с последовательным или параллельным соединением. При этом для корректного подключения следует учитывать, что при последовательном включении светодиодов требуемое напряжение представляет собой сумму падений напряжений каждого прибора. В то время как при параллельном включении светодиодов складывается сила тока.

Схемы параллельного подключения светодиодов. В варианте 1 на каждую цепь диодов используется отдельный резистор, в варианте 2 — один общий для всех цепей

Если в схемах используются LED-приборы с разными параметрами, то для стабильной работы необходимо рассчитать резистор для каждого светодиода отдельно. Следует отметить, что двух совершенно одинаковых светодиодов не существует. Даже приборы одной модели имеют незначительные отличия в параметрах. Это приводит к тому, что при подключении большого их количества в последовательную или параллельную схему с одним резистором, они могут быстро деградировать и выйти из строя.

Обратите внимание! При использовании одного резистора в параллельной или последовательной схеме можно подключать лишь LED-приборы с идентичными характеристиками.

Расхождение в параметрах при параллельном подключении нескольких светодиодов, допустим 4-5 шт., не повлияет на работу приборов. А если в такую схему подключить много светодиодов – это будет плохим решением. Даже если LED-источники имеют незначительный разброс характеристик, это приведет к тому, что некоторые приборы будут излучать яркий свет и быстро сгорят, а другие – будут слабо светиться.  Поэтому при параллельном подключении следует всегда использовать отдельный резистор для каждого прибора.

Что касается последовательного соединения, то здесь имеет место экономное потребление, так как вся цепь расходует количество тока, равное потреблению одного светодиода. При параллельной схеме, потребление составляет сумму расходования всех включенных в схему LED-источников, включенных в схему.

Схема последовательного подключения светодиодов

Как подключить светодиоды к 12 Вольтам

В конструкции некоторых приборов резисторы предусмотрены еще на этапе изготовления, что дает возможность подключения светодиодов к 12 Вольт или 5 Вольт. Однако такие приборы не всегда можно найти в продаже. Поэтому в схеме подключения светодиодов к 12 вольт предусматривают ограничитель тока. Первым делом необходимо выяснить характеристики подключаемых светодиодов.

Такой параметр, как прямое падение напряжения у типовых LED-приборов составляет около 2В. Номинальный ток у этих светодиодов соответствует 0,02А. Если требуется подключить такой светодиод к 12В, то «лишние» 10В (12 минус 2) необходимо погасить ограничительным резистором. С помощью закона Ома можно рассчитать для него сопротивление. Получим, что 10/0,02 = 500 (Ом). Таким образом, необходим резистор с номиналом 510 Ом, который является ближайшим по ряду электронных компонентов Е24.

Чтобы такая схема работала стабильно, требуется еще вычислить мощность ограничителя. Используя формулу, исходя из которой мощность равна произведению напряжения и тока, рассчитываем ее значение. Напряжение величиной 10В умножаем на ток 0,02А и получаем 0,2Вт. Таким образом, необходим резистор, стандартный номинал мощности которого составляет 0,25Вт.

Схема подключения RGB светодиодной ленты к 12В

Если в схему необходимо включить два LED-прибора, то следует учитывать, что напряжение падающее на них, будет составлять уже 4В. Соответственно для резистора останется погасить уже не 10В, а 8В. Следовательно, дальнейший расчет сопротивления и мощности резистора делается на основании этого значения. Расположение резистора в схеме можно предусмотреть в любом месте: со стороны анода, катода, между светодиодами.

Как проверить светодиод мультиметром

Один из способов проверки рабочего состояния светодиодов – тестирование мультиметром. Таким прибором можно диагностировать светодиоды любого исполнения. Перед тем как проверить светодиод тестером, переключатель прибора устанавливают в режиме «прозвонки», а щупы прикладывают к выводам. При замыкании красного щупа на анод, а черного на катод, кристалл должен излучать свет. Если поменять полярность, на дисплее прибора должна отображаться показание «1».

Полезный совет! Перед тем как проверить светодиод на работоспособность, рекомендуется приглушить основное освещение, так как при тестировании ток очень низкий и светодиод будет излучать свет так слабо, что при нормальном освещении этого можно не заметить.

Схема проверки светодиода с помощью цифрового мультиметра

Тестирование LED-приборов можно произвести, не используя щупы. Для этого в отверстия, расположенные в нижнем углу прибора, анод вставляют в отверстие с символом «Е», а катод – с указателем «С». Если светодиод в рабочем состоянии – он должен засветиться. Этот метод тестирования подходит для светодиодов с достаточно длинными контактами, очищенными от припоя. Положение переключателя при таком способе проверки не имеет значения.

Как проверить светодиоды мультиметром, не выпаивая? Для этого необходимо припаять к щупам тестера кусочки от обычной скрепки. В качестве изоляции подойдет текстолитовая прокладка, которая укладывается между проводами, после чего обрабатывается изолентой. На выходе получается своеобразный переходник для подключения щупов. Скрепки хорошо пружинят и надежно фиксируются в разъемах. В таком виде можно подключить щупы к светодиодам, не выпаивая их из схемы.

Что можно сделать из светодиодов своими руками

Многие радиолюбители практикуют сборку различных конструкций из светодиодов своими руками. Собранные самостоятельно изделия не уступают по качеству, а иногда и превосходят аналоги производственного изготовления. Это могут быть цветомузыкальные устройства, мигающие конструкции светодиодов, бегущие огни на светодиодах своими руками и многое другое.

Использование светодиодов в создании сценических костюмов

Сборка стабилизатора тока для светодиодов своими руками

Чтобы ресурс светодиода не выработался раньше положенного срока, необходимо чтобы ток, протекающий через него, имел стабильное значение. Известно, что светодиоды красного, желтого и зеленого цвета могут справляться с повышенной нагрузкой по току. В то время как сине-зеленые и белые LED-источники даже при небольшой перегрузке сгорают за 2 часа. Таким образом, для нормальной работы светодиода необходимо решить вопрос с его питанием.

Если собрать цепочку из последовательно или параллельно соединенных светодиодов, то обеспечить им идентичное излучение можно в том случае, если ток, проходящий через них, будет иметь одинаковую силу. Кроме того, импульсы обратного тока могут негативно повлиять на ресурс LED-источников. Чтобы такого не произошло, необходимо включить в схему стабилизатор тока для светодиодов.

Качественные признаки светодиодных светильников зависят от применяемого драйвера – устройства, которое преобразует напряжение в стабилизированный ток с конкретным значением. Многие радиолюбители собирают схему питания светодиодов от 220В своими руками на базе микросхемы LM317. Элементы для такой электронной схемы имеют небольшую стоимость и такой стабилизатор легко сконструировать.

Схема подключения мощного светодиода с использованием интегрального стабилизатора напряжения LM317

При использовании стабилизатора тока на LM317 для светодиодов регулируют ток в пределах 1А. Выпрямитель на базе LM317L стабилизирует ток до 0,1А. В схеме устройства используют всего лишь один резистор. Его рассчитывают посредством онлайн калькулятора сопротивления для светодиода. Для питания подойдут имеющиеся подручные устройства: блоки питания от принтера, ноутбука или другой бытовой электроники. Более сложные схемы собирать самостоятельно не выгодно, так как их проще приобрести в готовом виде.

ДХО из светодиодов своими руками

Применение на автомобилях дневных ходовых огней (ДХО) заметно повышает видимость автомобиля в светлое время другими участниками дорожного движения. Многие автолюбители практикуют самостоятельную сборку ДХО с использованием светодиодов. Один из вариантов – устройство ДХО из 5-7 светодиодов мощностью 1Вт и 3Вт на каждый блок. Если использовать менее мощные LED-источники, световой поток не будет соответствовать нормативам для таких огней.

Полезный совет! При изготовлении ДХО своими руками, учитывайте требования ГОСТа: световой поток 400-800 Кд, угол свечения в горизонтальной плоскости – 55 градусов, в вертикальной – 25 градусов, площадь – 40 см².

Дневные ходовые огни улучшают видимость автомобиля на дороге

Для основания можно использовать плату из алюминиевого профиля с площадками для крепления светодиодов. Светодиоды фиксируются на плате с помощью теплопроводного клеящего состава. В соответствии с типом LED-источников подбирается оптика. В данном случае подойдут линзы с углом свечения 35 градусов. Линзы устанавливаются на каждый светодиод отдельно. Провода выводятся в любую удобную сторону.

Далее изготавливается корпус для ДХО, служащий одновременно и радиатором. Для этого можно использовать П-образный профиль. Готовый светодиодный модуль располагают внутри профиля, закрепив его на винтах. Все свободное пространство можно залить прозрачным герметиком на силиконовой основе, оставив на поверхности только линзы. Такое покрытие будет служить в качестве влагозащиты.

Подключение ДХО к питанию производится с обязательным использованием резистора, сопротивление которого предварительно просчитывается и проверяется. Способы подключения могут быть разными, учитывая модель автомобиля. Схемы подключения можно отыскать в сети интернет.

Схема подключения ДХО с блоком управления

Как сделать, чтобы светодиоды мигали

Наиболее популярными мигающими светодиодами, купить которые можно в готовом виде, являются приборы, регулируемые уровнем потенциала. Мигание кристалла происходит за счет изменения питания на выводах прибора. Так, двухцветный красно-зеленый LED-прибор излучает свет в зависимости от направления проходящего по нему тока. Эффект мигания в RGB-светодиоде достигается подключением трех выводов для отдельного управления к конкретной системе регулирования.

Но можно сделать мигающим и обычный одноцветный светодиод, имея в арсенале минимум электронных компонентов. Перед тем как сделать мигающий светодиод, необходимо выбрать работающую схему, которая будет простой и надежной. Можно использовать схему мигающего светодиода, которая будет запитана от источника с напряжением 12В.

Схема состоит из транзистора небольшой мощности Q1 (подойдет кремниевый высокочастотный КТЗ 315 или его аналоги), резистора R1 820-1000 Ом, 16-вольтового конденсатора С1 емкостью 470 мкФ и LED-источника. При включении схемы конденсатор заряжается до 9-10В, после этого транзистор на миг открывается и отдает накопленную энергию светодиоду, который начинает мигать. Данную схему можно реализовать только в случае питания от источника 12В.

Мигание светодиодов используется, например, в елочной гирлянде

Можно собрать более усовершенствованную схему, которая работает по аналогии с транзисторным мультивибратором. В схему входят транзисторы КТЗ 102 (2 шт.), резисторы R1 и R4 по 300 Ом каждый, чтобы ограничить ток, резисторы R2 и R3 по 27000 Ом, чтобы задавать ток базы транзисторов, 16-вольтовые полярные конденсаторы (2 шт. емкостью 10 мкФ) и два LED-источника. Данная схема питается от источника постоянного напряжения 5В.

Схема работает по принципу «пары Дарлингтона»: конденсаторы С1 и С2 попеременно заряжаются и разряжаются, что служит причиной открывания конкретного транзистора. Когда один транзистор отдает энергию С1, загорается один светодиод. Далее плавно заряжается С2, а ток базы VT1 снижается, что приводит к закрытию VT1 и открытию VT2 и загорается другой светодиод.

Полезный совет! Если использовать напряжение питания свыше 5В, потребуется применить резисторы с другим номиналом, чтобы исключить выход из строя светодиодов.

Схема вспышек на светодиоде

Сборка цветомузыки на светодиодах своими руками

Чтобы реализовать достаточно сложные схемы цветомузыки на светодиодах своими руками, необходимо сначала разобраться, как работает простейшая схема цветомузыки. Она состоит из одного транзистора, резистора и LED-прибора. Такую схему можно запитать от источника с номиналом от 6 до 12В. Функционирование схемы происходит за счет каскадного усиления с общим излучателем (эмиттером).

На базу VT1 поступает сигнал с изменяющейся амплитудой и частотой. В том случае, когда колебания сигнала превышают заданный порог, транзистор открывается и загорается светодиод. Минусом данной схемы является зависимость мигания от степени  звукового сигнала. Таким образом эффект цветомузыки будет проявляться только при определенной степени громкости звука. Если звук увеличить. светодиод будет все время гореть, а при уменьшении – чуть вспыхивать.

Чтобы добиться полноценного эффекта, используют схему цветомузыки на светодиодах с разбивкой диапазона звука на три части. Схема с трехканальным преобразователем звука питается от источника напряжением 9В. Огромное количество схем цветомузыки можно найти в интернете на различных форумах радиолюбителей. Это могут быть схемы цветомузыки с использованием одноцветной ленты, RGB-светодиодной ленты, а также схемы плавного включения и выключения светодиодов. Так же в сети можно отыскать схемы бегущих огней на светодиодах.

Схема для сборки цветомузыки своими руками

Конструкция индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Схема индикатора напряжения включает резистор R1 (переменное сопротивление 10 кОм), резисторы R1, R2 (1кОм), два транзистора VT1 КТ315Б, VT2 КТ361Б, три светодиода – HL1, HL2 (красные), HLЗ (зеленый). X1, X2 – 6-вольтовые источники питания. В данной схеме рекомендуется использовать LED-приборы с напряжением 1,5В.

Алгоритм работы самодельного светодиодного индикатора напряжения представляет собой следующее: когда подается напряжение, светится центральный LED-источник зеленого цвета. В случае падения напряжения, включается светодиод красного цвета, расположенный слева. Увеличение напряжения заставляет светиться красный светодиод, размещенный справа. При среднем положении резистора все транзисторы будут в закрытом положении, и напряжение поступит лишь на центральный зеленый светодиод.

Открытие транзистора VT1 происходит, когда ползунок резистора передвигают вверх, тем самым повышая напряжение. В этом случае поступление напряжения на HL3 прекращается, и оно подается на HL1. При перемещении ползунка вниз (понижение напряжение) происходит закрытие транзистора VT1 и открытие VT2, что даст питание светодиоду HL2. С незначительной задержкой LED HL1 погаснет, HL3 один раз мелькнет и засветится HL2.

Схема сборки индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Такую схему можно собрать, используя радиодетали от устаревшей техники. Некоторые собирают ее на текстолитовой плате, соблюдая масштаб 1:1 c размерами деталей, чтобы все элементы могли разместиться на плате.

Безграничный потенциал LED-освещения дает возможность самостоятельно конструировать из светодиодов различные светотехнические приборы с отличными характеристиками и достаточно низкой стоимостью.

диодов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 58

Реальные характеристики диода

В идеале , диоды будут блокировать любой ток, текущий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток идет вперед. К сожалению, реальное поведение диодов не совсем идеальное. Диоды действительно потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не будут блокировать весь обратный ток.Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.

Соотношение тока и напряжения

Наиболее важной характеристикой диода является его вольт-амперная зависимость ( i-v ). Это определяет, какой ток проходит через компонент, учитывая, какое напряжение на нем измеряется. Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v … Закон Ома. Кривая i-v диода, однако, полностью не -линейна.Выглядит это примерно так:

Вольт-амперная зависимость диода. Чтобы преувеличить несколько важных моментов на графике, масштабы как в положительной, так и в отрицательной половине не равны.

В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одном из трех регионов:

1. Прямое смещение : Когда напряжение на диоде положительное, диод включен, и ток может протекать через него. Напряжение должно быть больше прямого напряжения (V _F ), чтобы ток был значительным.
2. Обратное смещение : Это режим «выключения» диода, при котором напряжение меньше V _F , но больше -V _BR . В этом режиме протекание тока (в основном) заблокировано, а диод выключен. очень небольшой ток (порядка нА), называемый током обратного насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
3. Пробой : Когда напряжение, приложенное к диоду, очень велико и отрицательно, большой ток может течь в обратном направлении от катода к аноду.

прямое напряжение

Чтобы «включиться» и провести ток в прямом направлении, диод требует приложения определенного количества положительного напряжения. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (В _F ). Он также может называться напряжения включения или напряжения включения .

Как мы знаем из кривой i-v , сквозной ток и напряжение на диоде взаимозависимы.Больше тока означает большее напряжение, меньшее напряжение означает меньший ток. Однако, как только напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока по-прежнему должно означать только очень небольшое увеличение напряжения. Если диод полностью проводящий, обычно можно предположить, что напряжение на нем соответствует номинальному прямому напряжению.

Мультиметр с диодной настройкой может использоваться для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.

V _F конкретного диода зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан.Обычно кремниевый диод имеет V _F около 0,6–1 В . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Диод типа также имеет некоторое значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь гораздо больший V _F , в то время как диоды Шоттки специально разработаны, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

Напряжение пробоя

Если на диод подается достаточно большое отрицательное напряжение, он поддается и позволяет току течь в обратном направлении.Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды на самом деле предназначены для работы в области пробоя, но для большинства обычных диодов не очень полезно подвергаться воздействию больших отрицательных напряжений.

Для нормальных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 до -100 В или даже более отрицательное.

Таблицы данных диодов

Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в даташите на каждый диод. Например, в этом техническом описании диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

Таблица данных может даже представить вам очень знакомый график вольт-амперной характеристики, чтобы более подробно описать поведение диода.Этот график из таблицы данных диода увеличивает изогнутую переднюю часть кривой i-v . Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:

Эта таблица указывает на еще одну важную характеристику диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенное количество энергии, прежде чем они взорвутся. На всех диодах должны быть указаны максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если диод подвергается большему напряжению или току, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится…).

Некоторые диоды хорошо подходят для больших токов — 1 А или более — другие, такие как малосигнальный диод 1N4148, показанный выше, могут подходить только для тока около 200 мА.

---

Этот 1N4148 — лишь крошечная выборка всех существующих типов диодов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие существует и для какой цели служит каждый тип.

---

← Предыдущая страница
Идеальные диоды

Как определить степени ненасыщенности молекулы

2. Образование
3. Наука
4. Химия
5. Как определить степени ненасыщенности молекулы

Артур Винтер

Знание количества степеней ненасыщенности в молекуле полезно, потому что это число связано с тем, сколько кратных связей или колец присутствует в неизвестном соединении.(Этот кусочек информации становится очень полезным, когда вы хотите определить структуру неизвестного соединения.)

Степени ненасыщенности в молекуле аддитивны: молекула с одной двойной связью имеет одну степень ненасыщенности, молекула с двумя двойными связями имеет две степени ненасыщенности и так далее. Так же, как образование двойной связи вызывает потерю двух атомов водорода, образование кольца также приводит к потере двух атомов водорода, поэтому каждое кольцо в молекуле также добавляет одну степень ненасыщенности.Для каждой тройной связи к молекуле добавляются две степени ненасыщенности, потому что молекула должна потерять четыре атома водорода, чтобы образовалась тройная связь. Здесь показаны некоторые примеры трехуглеродных молекул с различным числом степеней ненасыщенности.

Степени ненасыщенности трехуглеродных молекул.

Чтобы определить количество степеней ненасыщенности для любой произвольной структуры, вы суммируете все отдельные элементы ненасыщенности в молекуле. На следующем рисунке показана молекула, состоящая из одного кольца, одной двойной связи и одной тройной связи.Следовательно, эта молекула имеет четыре степени ненасыщенности, потому что двойная связь и кольцо добавляют по одной степени ненасыщенности, а тройная связь добавляет две степени, всего четыре.

Молекула с четырьмя степенями ненасыщенности.

Более важным, чем определение количества степеней ненасыщенности по молекулярной структуре, является возможность определить количество степеней ненасыщенности по молекулярной формуле. Число степеней ненасыщенности можно определить по молекулярной формуле с использованием следующего уравнения.

С помощью этого уравнения можно определить число степеней ненасыщенности для любого углеводорода, молекулярная формула которого известна. (Для соединений, структура и формула которых неизвестны, химики используют инструментальный метод под названием масс-спектрометрия , чтобы определить молекулярную формулу соединения.)

Но как насчет молекул, которые содержат атомы, отличные от водорода и углерода? В таких случаях вам необходимо преобразовать эти многоатомные молекулярные формулы в эквивалентные формулы, содержащие только углерод и водород, чтобы их можно было вставить в предыдущее уравнение.Для этого используются следующие коэффициенты пересчета:

• Галогены (F, Cl, Br, I): Добавьте один водород в молекулярную формулу для каждого присутствующего галогена.

• Азот: Вычтите один водород для каждого присутствующего азота.

• Кислород или сера: Игнорировать.

Например, чтобы определить количество степеней ненасыщенности в формуле C ₈ H ₆ F ₃ NO ₂ , вы сначала сделаете правильные замены для всех атомов, которые не являются водородом и углеродом.Фтор — это галоген, поэтому вы добавляете три атома водорода к молекулярной формуле (по одному на каждый F). Молекула содержит один азот, поэтому вы вычитаете один водород из молекулярной формулы. Два атома кислорода в молекуле, которые вы игнорируете. Это дает сокращенное уравнение C ₈ H _{6 + 3–1} = C ₈ H ₈ . Другими словами, как формула C ₈ H ₆ F ₃ NO ₂ , так и формула C ₈ H ₈ имеют одинаковое количество степеней ненасыщенности.Подстановка этой сокращенной формулы в предыдущее уравнение дает пять степеней ненасыщенности для молекулярной формулы C ₈ H ₆ F ₃ NO ₂ .

Об авторе книги

Артур Винтер окончил Фростбургский государственный университет, где получил степень бакалавра химии. Он получил докторскую степень в Университете Мэриленда в 2007 году. В настоящее время он является профессором химии в Университете штата Айова.

Полупроводниковые диоды Вопросы и ответы

Что такое диод с PN переходом?

Название PN-переход означает переход, называемый PN-переходом, образованный введением в одну сторону собственного полупроводникового кристалла акцепторных примесей (образующих полупроводник p-типа) и донорных примесей с другой стороны (образующих n- типа полупроводник) с двумя активными выводами (di означает два), один вывод действует как анод (p-тип), а другой как катод (n-тип).

Что такое переходная емкость диода?

Увеличение или уменьшение непокрытого заряда на переходе в области обедненного слоя может рассматриваться как емкостный эффект и называется емкостью перехода. По обе стороны от области обеднения комбинация заряженных ионов (акцепторные атомы в p-области, принимая диффузные электроны из n-области, становятся положительно заряженными, а донорные атомы, принимая диффузные дырки из области p-типа, становятся положительно заряженными), действует как конденсатор с параллельными пластинами.Любое изменение приложенного напряжения вызывает соответствующее изменение заряда, накопленного в области истощения. Следовательно, емкость перехода задается как C j = dq j / dv j где dq j — это изменение заряда, накопленного в области истощения, из-за изменения напряжения, приложенного к переходу dv j .

Что такое диффузионная емкость или емкость времени прохождения?

Скорость изменения инжектированного заряда, хранящегося рядом с переходом вне области истощения, с приложенным напряжением называется диффузией, или временем прохождения, или накопительной емкостью.

Cd = dQ / dV

dQ — это изменение введенного запаса неосновного заряда рядом с переходом вне области истощения. Для простоты предположим, что p материал сильно легирован по сравнению с n материалом. В таком случае инжектированный ток электронов на сторону p пренебрежимо мал по сравнению с током инжектированных дырок на сторону n через переход. Следовательно, дырочный ток в пересчете на общий инжектированный заряд равен

.

I = Q / t, где t — срок службы отверстий

Следовательно, диффузионная емкость диода равна

.

C d = dQ / dV = t * (dI / dV) = t / r d

C d = t * I / (η * V t )

Что такое статическое и динамическое сопротивление диода?

Статическое сопротивление диода — это отношение напряжения на диоде к току через диод.Он меняется в зависимости от точки смещения на характеристической кривой V-I диода.

Статическое сопротивление r с = V / I

Динамическое сопротивление диода в определенной точке смещения (V, I) определяется как величина, обратная крутизне характеристики V-I диода, соответствующей напряжению на диоде и току через диод.

Динамическое сопротивление r d = dV / dI

Статическое сопротивление диода зависит от точки смещения, тогда как динамическое сопротивление диода постоянно в широком диапазоне точек смещения.

Динамическое сопротивление диода

Что такое напряжение обратного пробоя (VBD) диода?

Напряжение обратного пробоя (VBD) диода определяется как напряжение обратного смещения на диоде, при котором он начинает сильно проводить ток. При напряжениях, превышающих напряжение обратного пробоя, токи диодов увеличиваются даже при небольшом изменении напряжения обратного смещения. Должен быть предусмотрен достаточный теплоотвод для отвода тепла, рассеиваемого на диодном переходе для напряжений, превышающих напряжение обратного пробоя; иначе это приведет к необратимому повреждению диода

.

Каковы механизмы обратного пробоя в диоде?

В диоде есть два механизма обратного пробоя.Их

• Лавина
• Стабилитрон

Что такое высокочастотные диоды?

Диоды, поддерживающие высокочастотное переключение, называются высокочастотными диодами. Следующие диоды относятся к числу высокочастотных диодов:

• PIN диод
• диод Шоттки
• Туннельный диод.

Почему в светодиодах используются полупроводники с прямой запрещенной зоной ?.

В полупроводниках с прямой запрещенной зоной большая часть энергии, высвобождаемой после рекомбинации электрона в зоне проводимости с дыркой в ​​валентной зоне, будет в форме световой энергии, тогда как в полупроводниках с непрямой запрещенной зоной большая часть энергии, высвобождаемой после рекомбинации электрона в зоне проводимости, будет с дыркой в ​​валентной зоне будет в форме тепловой энергии. Следовательно, в светодиодах используются полупроводники с прямой запрещенной зоной.Некоторые из полупроводников с прямой запрещенной зоной, используемых в производстве светодиодов, представляют собой полупроводники с прямой запрещенной зоной, антимонид галлия (GaSb), арсенид галлия (GaAs), фосфид индия (InP) и т. Д.

Что такое дрейфовый ток?

Поток носителей заряда под действием приложенного электрического поля называется дрейфовым током . Величина дрейфового тока зависит от подвижности, концентрации, величины приложенного электрического поля и площади поперечного сечения, через которое протекает ток.Уравнение для плотности дрейфового тока для электронов и дырок дается

Дж n = q * μ n * n * E,

для отверстий J p = q * μ p * p * E

Где μn, μp — подвижности электронов и дырок, n, p — концентрации электронов и дырок, E — приложенное электрическое поле.

Что такое ток диффузии?

Поток носителей заряда из-за наличия градиента концентрации из-за диффузии называется диффузионным током.Этот диффузионный ток течет со стороны высокой концентрации на сторону с низкой концентрацией. Диффузионный ток — чисто статистическое явление. Плотность диффузионного тока прямо пропорциональна градиенту концентрации (градиент концентрации — это скорость, с которой концентрация носителей изменяется в зависимости от расстояния dp / dx или dn / dx) и определяется выражением

.

Jn = Dn * q * dn / dx для электронов

Jp = -Dp * q * dp / dx для отверстий

где Dn, Dp — константы диффузии дырок и электронов, q — заряд электрона, dp / dx, dn / dx — градиент концентрации дырок и электронов.

Каково время хранения, время прямого и обратного восстановления диода?

Время прямого восстановления диода определяется как разница во времени между 10% -ной точкой конечного напряжения диода и временем, когда напряжение на диоде достигает 90% и остается в пределах 10% от конечного значения.

Термины запоминание и время перехода используются, когда диод внезапно переключается с прямого смещения на обратное.

Время хранения определяется как временной интервал между приложением обратного смещения и временем, когда накопленный неосновной заряд становится нулевым.

Время перехода определяется как время, за которое переходная емкость диода заряжается от нуля (это происходит, когда накопленный неосновной заряд становится равным нулю) до приложенного обратного смещения.

Общее время, прошедшее между приложением обратного смещения до полного заряда диода до приложения обратного смещения, называется временем обратного восстановления. Это сумма времени хранения и времени перехода.

Каково текущее уравнение диода?

Текущее уравнение диода равно

I d = I do * (exp (V / Vt) -1)

где

Ido — обратный ток насыщения,

На диоде приложено напряжение

В,

Вт — напряжение, эквивалентное температуре.

Если V отрицательно и V >> Vt exp (V / Vt) стремится к нулю и Ic = -Ico.

Что такое обратный ток насыщения в диоде?

Это ток, протекающий через диод, когда диод смещен в обратном направлении с напряжением более 5 * Vt (0,13 В при комнатной температуре), где Vt — это напряжение, эквивалентное температуре, которая составляет 26 милливольт при комнатной температуре. Обратный ток насыщения — это ток неосновных носителей, возникающий в результате потока неосновных носителей с любой стороны перехода (электроны с p-стороны на n-сторону и дырки с n-стороны на p-сторону).Это функция концентрации неосновных носителей с обеих сторон, то есть электронов в полупроводнике p-типа и дырок в полупроводнике n-типа, времени жизни носителей и константы диффузии.

Как обратный ток зависит от температуры?

Обратный ток насыщения диода является чувствительной функцией от температуры и быстро увеличивается с повышением температуры. Это связано с тем, что обратный ток насыщения увеличивается с увеличением проводимости кремниевого материала, используемого при производстве транзистора.Проводимость, в свою очередь, зависит от концентрации свободных электронов и дырок, которая увеличивается с ростом температуры из-за увеличения тепловой энергии электронов (из-за повышения температуры). Примерно обратный ток насыщения удваивается на каждые 10 ° C повышения температуры. Если I _co1 — обратный ток насыщения при температуре T ₁ , то при температуре T ₂ обратный ток насыщения равен

.

I _co2 = I _co1 * 2 ^{(T2-T1) / 10}

Что такое уравнение неразрывности?

Уравнение неразрывности определяет функциональную зависимость концентраций носителей для приложенного напряжения (или) тока на входе в полупроводниковый корпус со временем и расстоянием.В его основе лежит закон сохранения заряда. Уравнение неразрывности для дырок имеет вид

p / t = ((p 0 -p) / t p ) — (1 / q) * J х

Где p — концентрация отверстий, которая является функцией расстояния и времени, p 0 = g * t p, g — количество отверстий, образовавшихся на единицу объема за счет теплового образования, Jp — дырочный ток. 2)

Что такое закон соединения?

Закон соединения утверждает, что в полупроводниковом стержне с двумя точками с потенциалами В 1 и В 2 с концентрациями P 1 и P 2 , затем P 1 и P 2 связаны с V 1 и V 2 на

P 1 = P 2 * exp (( V2- V1) / V t), Где V t эквивалент напряжения t температура

Объясните значение η в уравнении тока диода?

При выводе текущего уравнения для диода предполагается, что генерация носителей и рекомбинация в области пространственного заряда незначительны.Такое предположение справедливо для германия, но не для кремния. Следовательно, чтобы учесть их, в текущее уравнение вводится коэффициент η .

Какое значение η для германия и кремния?

Генерацией и рекомбинацией носителей в области пространственного заряда можно пренебречь для германия, но не для кремния. Следовательно,

η = 1 для германия

η = 2 для кремния

Нарисуйте VI характеристики диода?

VI характеристика диода

Какие диоды будут работать при обратном смещении?

Ниже приведены некоторые диоды, работающие в режиме обратного смещения.

а) Стабилитрон

б) ПИН-диод

в) Варакторный диод

Что такое длина диффузии электронов и дырок?

Среднее расстояние, которое проходит дырка или электрон, прежде чем он рекомбинирует с электроном или дыркой, впоследствии называется диффузионной длиной дырок или электронов.Это обозначается как Lp (дырки) и Ln (электроны). Единица измерения — метры.

Определите время жизни носителя дырок (или) выборов в полупроводнике?

Среднее время жизни дырки (или) электрона неосновного носителя до рекомбинации называется временем жизни носителя.

Какова связь между временем жизни постоянной диффузии и длиной диффузии в диоде?

Длина диффузии Lp = Корень (Dp * Tp)

Где Lp = диффузионная длина отверстий в метрах

Dp = Константа диффузии отверстий в м2 / с

Tp = Срок службы несущей в отверстии, сек

Какова связь Эйнштейна между постоянной диффузии и подвижностью?

Связь Эйнштейна между постоянной диффузии и подвижностью равна

Где D p , D n — константы диффузии для дырок и электронов; µ n , µ p — подвижности электронов и дырок, V t — напряжение, эквитантное температуре.-19 кулонов

При комнатной температуре 27 градусов Цельсия (300 К) оно приблизительно равно 26 милливольт.

Что такое инжекция неосновных носителей низкого уровня в диоде?

Термин инжекция неосновных носителей на низком уровне используется, когда концентрация инжектируемых неосновных носителей (дырки в материале n, электроны в материале p) очень меньше по сравнению с концентрацией основных носителей, то есть уровнем легирования. Например, дырки вводятся в полупроводник n-типа из-за некоторого возбуждения, скажем, условие инжекции низкого уровня электрического поля выполняется, когда вводимая концентрация дырок << концентрация электронов.

Какой диффузионный ток преобладает над общим током при инжекции неосновных носителей низкого уровня?

В предположении низкого уровня инжекции диффузионный ток преобладает над дрейфовым.

Какое электрическое поле на разомкнутом диоде?

В разомкнутом диоде полный ток, протекающий через переход, будет равен нулю. Следовательно, должно существовать электрическое поле для управления дрейфующим током для противодействия диффузионному току, поскольку чистый ток, текущий через переход, должен быть равен нулю.Приравнивание плотности дырочного тока к нулю

Jp = -Dp * q * dp / dx + q * μ p * p * E

Переставляя термины, получаем E oc = ( Dp / P * μ p) * dp / dx , из соотношения Эйнштейна , следовательно, Eoc / P) * dp / dx.

Что такое крутой переход или ступенчатый переход?

PN-переход, в котором легирование резко меняется с акцептора на донор, определяется как резкий переход. Изменение плотности заряда в резком переходе с Na = Nd показано ниже

ступенчатый переход

Изменение плотности заряда с расстоянием в резком переходе

Что такое линейный переход?

PN-переход, в котором легирование резко меняется с акцептора на донор, определяется как резкий переход.Изменение плотности заряда в резком переходе с Na = Nd показано ниже

линейный PN переход

Изменение плотности заряда в зависимости от расстояния в линейном переходе

Какая связь между емкостью и напряжением обратного смещения?

Емкость диода обратного смещения уменьшается с увеличением напряжения обратного смещения. Когда напряжение обратного смещения увеличивается, ширина обедненного слоя увеличивается, что приводит к уменьшению емкости.

C = ε * A / W

Где W = ширина истощающего слоя.м)

, где k — постоянная величина, а Vj — встроенный потенциал, V — напряжение обратного смещения

Где m = 1/2 для крутого перехода

м = 1/3 для линейного перехода.

Как это влияет на проникновение в область истощения?

Повторное обеднение в диоде с PN-переходом больше проникает в слаболегированный полупроводник (P или N). Это можно понять, исходя из принципа нейтральности заряда, следующим образом

Рассмотрим полупроводниковый переход с материалом типа P с концентрацией легирования Na и материал типа N с концентрацией легирования Nd.Пусть Wp и Wn — ширина слоя истощения в материалах типа P и N. Тогда, исходя из закона сохранения заряда, общий непокрытый заряд при повторном соединении истощения должен быть равен нулю. Соответственно

-Na * Wp * Ap + Nd * Wn * An = 0;

Если площадь поперечных сечений одинакова с обеих сторон

Na * Wp = Nd * Wn

Из приведенного выше уравнения, если Na >> Nd, то Wp << Wn, следовательно, обеднение проникает больше в слаболегированный материал типа N.

Что такое кусочно-линейные характеристики?

Нелинейные характеристики диода могут быть аппроксимированы кусочно-линейными характеристиками, то есть соотношение между напряжением и током определяется двумя выражениями, где каждое выражение является линейным для уникального интервала диапазона напряжений. Кусочные характеристики диода представлены ниже.

кусочные характеристики диода

шт.характеристики диода

I = 0 для V <0.7

I = V / Rd для V> 0,7

Каковы идеальные характеристики диода?

Вот идеальные характеристики диода:

а) Напряжение включения должно быть нулевым.

б) Динамическое сопротивление диода должно быть нулевым

c) Емкость диода должна быть равна нулю

d) Напряжение пробоя должно быть бесконечным и т. Д.

Сколько времени нужно, чтобы обжарить диод?

Области науки	Электричество и электроника
Сложность
Требуемое время	Короткий (2-5 дней)
Предварительные требования	Для реализации этого проекта вам необходимо понимать как закон Ома, так и его показатели.
Наличие материалов	Легко доступны
Стоимость	Низкая (20–50 долларов)
Безопасность	Для калибровки диода в печи рекомендуется наблюдение взрослых.

Аннотация

Если вы когда-либо создавали электронную схему с паяльником, вы знаете, что выводы компонентов нагреваются .Сколько тепла попадает в устройство, которое вы паяете? В этом проекте показано, как можно использовать кремниевый диод в качестве датчика температуры.

Цель

Когда кто-то впаивает электронный компонент в цепь, определенно некоторое тепло от пистолета, карандаша или волны припоя должно проникнуть в полупроводниковое устройство. Сколько и как быстро? Сколько времени потребуется полупроводниковому устройству, чтобы достичь опасно высокой температуры, скажем, 200 ° C?

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да, Я сделал этот проект! Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Кредиты

Авторы Чарли Чжай и Ричард Блиш, доктор философии.

Под редакцией Эндрю Олсона, доктора философии, Science Buddies

Цитируйте эту страницу

Здесь представлена ​​общая информация о цитировании. Обязательно проверьте форматирование, включая использование заглавных букв, для метода, который вы используете, и обновите цитату по мере необходимости.

MLA Стиль

Сотрудники Science Buddies. «Сколько времени нужно, чтобы обжарить диод?» Друзья науки , 20 ноя.2020, https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p033/electricity-electronics/how-long-does-it-take-to-fry-a-diode. Доступ 25 января 2021 г.

APA Style

Сотрудники Science Buddies. (2020, 20 ноября). Сколько времени нужно, чтобы обжарить диод? Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p033/electricity-electronics/how-long-does-it-take-to-fry-a-diode

Дата последнего редактирования: 20.11.2020

Введение

Диоды — это полупроводниковые устройства, которые обычно позволяют току течь в одном направлении, но не в другом.Когда на диод подается постоянный ток в прямом направлении, напряжение на диоде будет пропорционально температуре диода (подробнее об этом ниже). В этом проекте вы узнаете, как сделать источник постоянного тока, как откалибровать показания напряжения диода по температуре и как затем использовать показания напряжения для измерения температуры диода, когда паяльник приложен к вести.

Реальные приложения

Тепловые диоды, описанные выше, широко используются в микропроцессорах для определения чрезмерной температуры, которая может быть вредной для устройства.Чрезмерная температура может снизить надежность или, возможно, привести к необратимому отказу микропроцессора. Чрезмерная температура также замедляет транспортировку заряда. Если логические «вентили» не достигают своего надлежащего состояния к тому времени, когда часы перейдут к следующему «тику», тогда будут присутствовать неверные данные. Чтобы избежать создания ошибочных данных, микропроцессоры имеют логические схемы для уменьшения приложенного напряжения и / или тактовой частоты для уменьшения рассеиваемой мощности (и тепла), чтобы эти ошибки не возникали.

Входы интегральной схемы

CMOS всегда имеют параллельный диод.При нормальной работе диод имеет обратное смещение, поэтому ток не будет протекать. Если искра (любой полярности) подскочит на вывод, соответствующий входу, диод будет проводить. Если полярность искры отрицательная, диод проводит в прямом направлении; если полярность искры положительная, максимальное обратное напряжение превышается и диод выходит из строя. В любом случае диод действует как защитный элемент для чувствительного входного затвора.

Как работают диоды

На рисунке 1 ниже показано соотношение тока и напряжения для типичного выпрямительного диода PN (авторы Wikipedia, 2006).Давайте потратим несколько минут, чтобы изучить и понять этот график.

Пример графика, показывающего ток по оси Y и напряжение по оси X, которые простираются как в положительную, так и в отрицательную сторону. График напоминает кубическую функцию и пересекает центральную ось в точке (0,0). На положительной стороне графика есть маркер напряжения во включенном состоянии, где любое незначительное увеличение напряжения приведет к резкому увеличению тока. На отрицательной стороне графика есть маркер пикового обратного напряжения (PIV), где любое дальнейшее снижение напряжения приведет к резкому уменьшению тока.Область между маркерами PIV и ON слегка положительна и относительно линейна.

Рис. 1. Зависимость тока от напряжения для типичного выпрямительного диода PN типа 1N4001 (авторы Википедии, 2006 г.).

На графике показан ток через диод (ось y) как функция напряжения (ось x). Давайте сначала посмотрим на область прямого смещения графика. Диод смещен в прямом направлении, когда V> 0. На графике вы можете видеть резкое изменение наклона кривой, когда напряжение достигает примерно 0.7 В (для кремниевого диода). Выше этого напряжения ток быстро увеличивается с увеличением напряжения. Диод, по сути, действует как переключатель. При напряжении выше 0,7 В диод включается, позволяя току течь с небольшим сопротивлением. Ниже 0,7 В диод выключен, что дает большое сопротивление току.

Теперь посмотрим на область обратного смещения графика. Диод смещен в обратном направлении, когда V <0. Первое, что вам нужно знать, это то, что масштабы осей в области обратного смещения не совпадают с масштабами, используемыми в области прямого смещения.Обратный ток составляет порядка 30 мкА, что более чем на три порядка ниже, чем 50 мА прямого тока при +0,7 В. Пиковое обратное напряжение (PIV) составляет не менее 50 В по сравнению с напряжением включения. 0,7 В. (Существует семейство выпрямительных диодов под номерами 1N4001–1N4007. PIV увеличивается с 50 до 1000 В по мере увеличения номера модели.) Если пиковое обратное напряжение будет превышено, диод будет необратимо поврежден, и большие отрицательные токи. Но пока напряжение остается в рабочем диапазоне, для которого был разработан диод, диод действует как электронный переключатель, позволяя течь току, когда напряжение положительное, и блокируя ток, когда напряжение отрицательное.

Теперь, когда вы понимаете основы поведения диода в цепи, давайте внимательнее рассмотрим область прямого смещения и посмотрим, как диоды могут использоваться в качестве датчиков температуры. Уравнение идеального диода Шокли описывает вольт-амперную зависимость полупроводникового диода PN в состоянии прямого смещения. (Не позволяйте уравнению сбить вас с толку. Если вы разбираетесь в показателях, вы должны быть в состоянии следить за собой.) Вот уравнение:

I = I _с × [exp ( qV / nkT ) — 1],

где:

• I — ток диода,
• I _с — масштабный коэффициент, называемый током насыщения, в амперах,
• q — заряд электрона (1.6 10 ^-19 кулонов), но просто используйте 1 электрон для этого приложения, поскольку мы предоставили постоянную Больцмана (ниже) в единицах электрон-вольт,
• В — приложенное напряжение, в В,
• n — коэффициент излучения, обычно со значением ~ 1, но, возможно, равным 2,
• k — постоянная Больцмана, 8,62 · 10-5 эВ / ° K,
• T — абсолютная температура диода (помните, что ° K = ° C + 273).

Уравнение Шокли говорит, что ток через диод экспоненциально увеличивается с напряжением. При комнатной температуре (20 ° C или 293 ° K) показатель степени ( qV / nkT ) будет равен 1, когда V равно 25 мВ. Это значение называется тепловым напряжением, и оно соответствует средней тепловой энергии любого атома или молекулы при комнатной температуре. За напряжения ≥ 75 мВ, exp ( qV / nkT ) >> 1, поэтому уравнение можно упростить до (результирующая ошибка составляет 5% или меньше):

I = I _с × exp ( qV / kT ).

Упрощенное уравнение Шокли говорит нам, что каждый раз, когда напряжение прямого смещения увеличивается на 25 мВ, прямой ток увеличивается в e раз, основание для натурального логарифма (около 2,718).

Если взять натуральный логарифм обеих частей упрощенной версии уравнения Шокли для прямого смещения, получим:

ln ( I / I _s ) = qV / nkT .

Если I делается постоянным, управляя диодом от генератора постоянного тока, то левая часть уравнения постоянна.Ясно, что равенство означает, что правая сторона также будет постоянной. Чтобы правая сторона оставалась постоянной, напряжение и абсолютная температура должны соответствовать друг другу. Таким образом, диод с прямым смещением будет действовать как термометр в условиях постоянного тока. Скорость изменения напряжения в зависимости от температуры обычно находится в диапазоне 2–3 мВ / ° K и варьируется в зависимости от значения коэффициента излучения. Поскольку коэффициент чувствительности (напряжение в зависимости от температуры) действительно меняется от одного диода к другому, необходимо выполнить калибровку.

Удобный способ калибровки диода — это измерение прямого падения напряжения при постоянном токе в зависимости от температуры в обычной кухонной духовке (см. Раздел «Экспериментальная процедура» ниже).

Как создать недорогой источник постоянного тока? Это действительно очень просто! Просто возьмите батарею 9 В и резистор 1 МОм последовательно с «нагрузкой», диодом с прямым смещением для нашего случая. Ясно, что можно использовать закон Ома, чтобы увидеть, что 9 мкА будет течь по контуру, если «нагрузка» имеет сопротивление намного меньше, чем сопротивление последовательного резистора 1 МОм.Фактически, характеристическое сопротивление диода с прямым смещением составляет порядка 10 кОм, но имейте в виду, что это значение сопротивления сильно зависит от температуры и напряжения, поскольку диод является нелинейным устройством.

Термины и понятия

Для выполнения этого проекта вы должны провести исследование, которое позволит вам понимать следующие термины и концепции:

• закон Ома,
Диод
• ,
Соотношение тока и напряжения
• для диода,
• источник постоянного тока.

Вопросы

• Что значит сказать, что диод «смещен вперед»?

Библиография

• В этой статье в Википедии объясняется зависимость тока от напряжения для диода:
  авторы Википедии, 2006 г. Диод, Википедия, Бесплатная энциклопедия. Проверено 1 июня 2006 г..
• Вы найдете ссылки на техническую информацию о диодах 1N4100 x от многих производителей на следующей веб-странице (все будут иметь аналогичные характеристики):
  www.DataSheetCatalog.com, 2006. 1N4005 Datasheet, pdf, www.DataSheetCatalog.com. Проверено 1 июня 2006 г..

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает указанные выше статьи. Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, нелепые или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей .