Виды диодов и их применение: Диоды и их разновидности

Содержание

Диоды. Устройство и работа. Характеристики и особенности

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:
  • Корпус. Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
  • Катод. Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
  • Подогреватель. Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
  • Анод. Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
  • Кристалл. Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Похожие темы:

Светодиоды. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Светодиоды для человечества стали одним из наиболее распространенных источников света для промышленных и бытовых нужд. Этот полупроводниковый прибор имеет один электрический переход, он преобразует электроэнергию в энергию видимого светового излучения. Явление открыто Генри Джозефом Раундом в 1907 году. Первые эксперименты были поставлены советским физиком-экспериментатором О.В. Лосевым, которому в 1929 году удалось получить рабочий прототип современного светодиода.

Первые современные светодиоды (СД, СИД, LED) были созданы в начале шестидесятых годов. У них было слабое красное свечение, их применяли в качестве индикаторов включения в самых разных приборах. В 90-х появились синие, желтые, зеленые и белые светодиоды. Их стали выпускать в промышленных масштабах многие компании. Сегодня LED-диоды применяются повсеместно: в светофорах, лампочках, автомобилях и т.д.

Устройство

Светодиод представляет полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, который создает оптическое излучение при прохождении через него тока в прямом направлении.

Стандартный индикаторный светодиод выполнен из следующих частей:

 

1 — Эпоксидная линза
2 — Проволочный контакт
3 — Отражатель
4 — Полупроводник (Определяет цвет свечения)
5 и 6 — Электроды
7 — Плоский срез

В основании светодиода закрепляются катод и анод. Все устройство сверху герметично закрыто линзой. На катоде установлен кристалл. На контактах имеются проводники, которые подсоединены к кристаллу p-n-переходом (проволока соединения для объединения двух проводников с различными типами проводимости). Для создания стабильной работы светодиода применяется теплоотвод, который необходим для осветительных приборов. В индикаторных приборах тепло не имеет решающего значения.

DIP-диоды имеют выводы, которые монтируются в отверстия печатной платы, они при помощи пайки подсоединяются на электрический контакт. Имеются модели с несколькими кристаллами различного цвета в одном корпусе.

SMD-светодиоды сегодня являются наиболее востребованными источниками света любых форматов.

  • Основа корпуса, куда крепится кристалл, является отличным проводником тепла. Благодаря этому в разы улучшился отвод тепла от кристалла.
  • В структуре белых светодиодов между линзой и полупроводником имеется слой люминофора, который нейтрализует ультрафиолет и задает необходимую цветовую температуру.
  • В SMD-компонентах, имеющих широкий угол излучения, линза отсутствует. При этом сам светодиод выделяется формой параллелепипеда.
Chip-On-Board (COB) представляют новейшее практическое достижение, которое должно занять в искусственном освещении лидерство в создании белых светодиодов.

 

Устройство светодиодов по технологии COB предполагает следующее:
  • На алюминиевую основу посредством диэлектрического клея крепят десятки кристаллов без подложки и корпуса.
  • Полученная матрица покрывается общим слоем люминофора. В итоге получается источник света, который имеет равномерное распределение светового потока без возможности появления теней.

Разновидностью Chip-On-Board является Chip-On-Glass (COG) технология, предусматривающая размещение на поверхности из стекла множества мелких кристаллов. К примеру, это филаментные лампы, где излучающим элементом является стеклянный стержень со светодиодами, которые покрыты люминофором.

Принцип действия
Несмотря на технологические особенности и разновидности, работа всех светодиодов основывается на общем принципе функционирования излучающего элемента:
  • Преобразование электроэнергии в световой поток осуществляется в кристалле, который выполнен из полупроводников с самым разным типом проводимости.
  • Материал с n­-проводимостью обеспечивают путем легирования его электронами, а материал с p-проводимостью при помощи дырок. В результате в сопредельных слоях появляются дополнительные носители заряда разной направленности.
  • При подаче прямого напряжения стартует движение электронов, а также дырок к p-n-переходу.
  • Заряженные частицы проходят барьер и начинают рекомбинировать, вследствие этого протекает электрический ток.
  • Процесс рекомбинации электрона и дырки в зоне p-n-перехода идет выделением энергии в качестве фотона.

В целом, указанное физическое явление свойственно всем полупроводниковым диодам. Однако длина волны фотона в большинстве случаев располагается за пределами видимого спектра излучения. Чтобы элементарная частица двигалась в диапазоне 400-700 нм, ученые проводили множество опытов и экспериментов с разными химическими элементами. В итоге появились новые соединения: фосфид галлия, арсенид галлия и более сложные формы. У каждой из них своя длина волны, то есть свой цвет излучения.
К тому же, кроме полезного света, который испускает светодиод, на p-n-переходе образуется некоторое количество теплоты, которое уменьшает эффективность полупроводникового прибора. Именно поэтому в конструкции мощных светодиодов предусматривается эффективный отвод тепла.

Разновидности
На текущий момент LED-диоды могут быть следующих видов:
  • Осветительные, то есть с большой мощностью. Их уровень освещенности равен вольфрамовым и люминесцентным источникам света.
  • Индикаторные – с небольшой мощностью, их применяют для подсветки в приборах.

Индикаторные LED-диоды по типу соединения делятся на:
  • Двойные GaP (галлий, фосфор) – имеют зеленый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
  • Тройные AIGaAs (алюминий, мышьяк, галлий) – имеют желтый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
  • Тройные GaAsP (мышьяк, галлий, фосфор) – имеют красный и желто-зеленый свет в структуре видимого спектра.
По типу корпуса светодиодные элементы могут быть:
  • DIP — устаревшая модель низкой мощности, их применяют для подсветки световых табло и игрушек.
  • «пиранья» или Superflux – аналоги DIP, но с четырьмя контактами. Они применяются для подсветки в автомобилях, меньше нагреваются и лучше крепятся.
  • SMD – самый распространенный тип, применяются во множестве источников света.
  • COB – это усовершенствованные светодиоды SMD.

Применение
Область применений светодиодов условно можно разделить на две широкие категории:
  1. Освещение.
  2. С использованием прямого света.

Светодиод в освещении применяется для освещения объекта, пространства или поверхности, вместо того, чтобы быть непосредственно видимым. Это интерьерная подсветка, фонарики, освещение фасадов зданий, освещение в автомобилях, подсветка клавиш мобильных телефонов и дисплеев и так далее. Широкое применение LED-диоды находят в коммуникаторах и сотовых телефонах.

Прямой светодиодный свет применяется для передачи информации, к примеру, в полноцветных видео дисплеях, в которых LED-диоды формируют пиксели дисплея, а также в алфавитно-цифровых табло. Прямой свет также применяется сигнальных устройствах. К примеру, это индикаторы поворота и стоп-сигналы автомобилей, светофоры и знаки.

Будущее светодиодов

Ученые создают светодиоды нового поколения, к примеру, на основе нано-кристаллических тонких пленок из перовскита. Они дешевые, эффективные и долговечные. Исследователи надеются, что такие LED-диоды будут применяться вместо обычных экранов ноутбуков и смартфонов, в том числе в бытовом и уличном освещении.

Создаются и волоконные LED-диоды, которые предназначены для создания носимых дисплеев. Ученые считают, что создаваемый метод производства волоконных светодиодов позволит наладить массовый выпуск и сделать интеграцию носимой электроники в одежду и текстиль совершенно недорогой.

Типичные характеристики
Светодиоды характеризуются следующими параметрами:
  • Цветовая характеристика.
  • Длина волны.
  • Сила тока.
  • Напряжение (тип применяемого напряжения).
  • Яркость (интенсивность светового потока).

Светодиодная яркость пропорциональна протекающему через него току, то есть чем напряжение будет выше, тем будет больше яркость. Единицей силы света служит люмен на стерадиан, она также измеряется в милликанделах. Бывают яркие (20-50 мкд.), а также сверх яркие (20000 мкд. и более) LED-диоды белого свечения.

Величина падения напряжения – характеристика допустимых значений прямого и обратного включений. Если подача напряжений выше этих значений, то наблюдается электрический пробой.

Сила тока определяет яркость свечения. Сила тока осветительных элементов обычно равняется 20 мА, для индикаторных светодиодов она составляет 20-40 мА.

Цвет излучения светодиода зависит от активных веществ, внесенных в полупроводниковый материал.

Длина волны света определяется разностью энергий при переходе электронов на этапе рекомбинации. Она определяется легирующими примесями и исходным полупроводниковым материалом.

Достоинства и недостатки
Среди достоинств светодиодов можно отметить:
  • Малое потребление электроэнергии.
  • Долгий срок службы, измеряемый 30-100 тысячами часов.
  • Высокая светоотдача. Светодиоды дают 10-250250 люменов светового потока на ватт мощности.
  • Нет ядовитых паров ртути.
  • Широкое применение.
Недостатки:
  • Низкие характеристики у некачественных светодиодов, созданных неизвестными производителями.
  • Сравнительно высокая цена качественных светодиодов.
  • Необходимость качественных источников питания.
Похожие темы:

Лазерные диоды. Виды и подключение. Устройство и работа

Лазерные диоды — ранее изготовление лазеров было связано с большими трудностями, так как для этого необходим маленький кристалл и разработка схемы для его функционирования. Для простого радиолюбителя такая задача была невыполнимой.

С развитием новых технологий возможность получения лазерного луча в бытовых условиях стала реальностью. Электронная промышленность сегодня производит миниатюрные полупроводники, которые могут генерировать луч лазера. Этими полупроводниками стали лазерные диоды.

Повышенная оптическая мощность и отличные функциональные параметры полупроводника позволяют применять его в измерительных устройствах повышенной точности как на производстве, в медицине, так и в быту. Они являются основой для записи и чтения компьютерных дисков, школьных лазерных указок, уровнемеров, измерителей расстояния и многих других полезных для человека устройств.

Возникновение такого нового электронного компонента является революцией в создании электронных устройств разной сложности. Диоды высокой мощности образуют луч, который используется в медицине при выполнении различных хирургических операций, в частности по восстановлению зрения. Луч лазера способен быстро произвести коррекцию хрусталика глаза.

Лазерные диоды используются в измерительных приборах в быту и промышленности. Устройства изготавливают с разной мощностью. Мощности 8 Вт хватит для сборки в бытовых условиях портативного уровнемера. Этот прибор надежен в работе, способен создать лазерный луч очень большой длины. Попадание лазерного луча в глаза очень опасно, так как на малом расстоянии луч способен к повреждениям мягких тканей.

Устройство и принцип работы

В простом диоде на анод подается положительное напряжение, то речь идет о смещении диода в прямом направлении. Дырки из области «р» инжектируются в область «n» р-n перехода, а из области «n» в область «р» полупроводника. При расположении дырки и электрона рядом друг с другом, то они рекомбинируют и выделяют фотонную энергию с некоторой длиной волны и фонона. Этот процесс получил название спонтанного излучения. В светодиодах он является главным источником.

Но при некоторых условиях дырка и электрон способны находиться перед рекомбинацией в одном месте продолжительное время (несколько микросекунд). Если по этой области в это время пройдет фотон с частотой резонанса, то он вызовет вынужденную рекомбинацию, и при этом выделится второй фотон. Его направление, фаза и вектор поляризации будут абсолютно совпадать с первым фотоном.

Кристалл полупроводника изготавливают в виде тонкой пластинки формы прямоугольника. По сути дела, эта пластинка и играет роль оптического волновода, в котором излучение действует в ограниченном объеме. Поверхностный слой кристалла модифицируется с целью образования области «n». Нижний слой служит для создания области «р».

В конечном итоге получается плоский переход р-n значительной площади. Два боковых торца кристалла подвергают полировке для создания параллельных гладких плоскостей, образующих оптический резонатор. Случайный фотон перпендикулярного плоскостям спонтанного излучения пройдет по всему оптическому волноводу. При этом перед выходом наружу фотон несколько раз будет отражаться от торцов и, проходя вдоль резонаторов, создаст вынужденную рекомбинацию, образуя при этом новые фотоны с такими же параметрами, чем вызовет усиление излучения. Когда усиление превзойдет потери, начнется создание лазерного луча.

Существуют различные типы лазерных диодов. Основные из них выполнены на особо тонких слоях. Их структура способна создавать излучение только параллельно. Но если волновод выполнить широким в сравнении с длиной волны, то он будет функционировать уже в различных поперечных режимах. Такие лазерные диоды называют многодомовыми.

Использование таких лазеров оправдано для создания повышенной мощности излучения без качественной сходимости луча. Допускается некоторое его рассеивание. Этот эффект используется для накачки других лазеров, в химическом производстве, лазерных принтерах. Однако при необходимости определенной фокусировки луча, волновод должен выполняться с шириной, сравнимой с длиной волны.

В этом случае ширина луча зависит от границ, которые наложены дифракцией. Такие приборы используются в запоминающих оптических устройствах, оптоволоконной технике, лазерных указателях. Необходимо заметить, что эти лазеры не способны поддержать несколько продольных режимов, и излучать лазерный луч на разных длинах волн в одно время. Запрещенная зона между уровнями энергии «р» и «n» областей диода влияет на длину волны луча.

Лазерный луч на выходе сразу расходится, так как излучающий компонент очень тонкий. Чтобы компенсировать это явление и создать тонкий луч, используют собирающие линзы. Для широких многодомовых лазеров используются цилиндрические линзы. В случае однодомовых лазеров, при применении симметричных линз, лазерный луч будет иметь эллиптическое поперечное сечение, так как вертикально расхождение превосходит размер луча в горизонтальной плоскости. Наглядным примером для этого служит лазерная указка.

В рассмотренном элементарном устройстве нельзя выделить определенную длину волны, кроме волны оптического резонатора. В устройствах, имеющих материал, способный усилить луч в большом интервале частот, и с несколькими режимами, возможно действие на разных волнах.

Обычно лазерные диоды функционируют на одной волне, обладающей, однако значительной нестабильностью, и зависящей от различных факторов.

Разновидности

Устройство рассмотренных выше диодов имеет n-р структуру. Такие диоды имеют низкую эффективность, требуют значительную мощность на входе, и работают только в режиме импульсов. По-другому они работать не могут, так как быстро перегреются, поэтому не получили широкого применения на практике.

Лазеры с двойной гетероструктурой имеют слой вещества с узкой запрещенной зоной. Этот слой находится между слоями материала, у которого широкая запрещенная зона. Обычно для изготовления лазера с двойной гетероструктурой применяют арсенид алюминия-галлия и арсенид галлия. Каждыи из этих соединений с двумя разными полупроводниками получили название гетероструктуры.

Достоинством лазеров с такой особенной структурой является то, что область дырок и электронов, которую называют активной областью, находится в среднем тонком слое. Следовательно, что создавать усиление будут намного больше пар дырок и электронов. В области с малым усилением таких пар останется мало. В дополнение свет станет отражаться от гетеропереходов. Другими словами излучение будет полностью находиться в области наибольшего эффективного усиления.

Диод с квантовыми ямами

При выполнении среднего слоя диода более тонким, он начинает функционировать в качестве квантовой ямы. Поэтому электронная энергия будет квантоваться вертикально. Отличие между уровнями энергии квантовых ям применяется для образования излучения вместо будущего барьера.

Это эффективно для управления волной луча, зависящей от толщины среднего слоя. Такой вид лазера намного эффективнее, в отличие от однослойного, так как плотность дырок и электронов распределена более равномерно.

Гетероструктурные лазерные диоды

Основной особенностью тонкослойных лазеров является то, что они не способны эффективно удерживать луч света. Для решения этой задачи по обеим сторонам кристалла прикладывают два дополнительных слоя, которые обладают более низким преломлением, в отличие от центральных слоев. Подобная структура похожа на световод. Она намного лучше удерживает луч. Это гетероструктуры с отдельным удержанием. По такой технологии произведено большинство лазеров в 90-х годах.

Лазеры с обратной связью в основном применяют для волоконно-оптической связи. Для стабилизации волны на р-n переходе выполняют поперечную насечку для создания дифракционной решетки. Из-за этого в резонатор возвращается и усиливается только одна длина волны. Такие лазеры имеют постоянную длину волны. Она определена шагом насечки решетки. Под действием температуры насечка изменяется. Подобная модель лазера является основой телекоммуникационных оптических систем.

Существуют также лазерные диоды VСSЕL и VЕСSЕL, которые являются поверхностно-излучающими моделями с вертикальным резонатором. Их отличие состоит в том, что у модели VЕСSЕL резонатор внешний, и его конструкция бывает с оптической и токовой накачкой.

Особенности подключения

Лазерные диоды используются во многих устройствах, где необходим направленный световой луч. Основным процессом в сборке устройства с применением лазера своими руками является правильное подключение.

Лазерные диоды отличаются от led диодов миниатюрным кристаллом. Поэтому в нем концентрируется большая мощность, а следовательно и величина тока, что может привести к выходу его из строя. Для облегчения работы лазера существуют особые схемы устройств, которые называются драйверами.

Лазерам необходимо стабильное питание. Однако существуют их модели, имеющие красное свечение луча, и функционирующие в нормальном режиме даже с нестабильной сетью. Если имеется драйвер, то все равно диод нельзя подключать напрямую. Для этого дополнительно нужен датчик тока, роль которого часто играет резистор, подключенный между этими элементами.

Такое подключение имеет недостаток в том, что отрицательный полюс питания не соединен с минусом схемы. Другим недостатком является падение мощности на резисторе. Поэтому перед подключением лазера необходимо тщательно подобрать драйвер.

Виды драйверов

Существуют два главных вида драйверов, способных обеспечить нормальный режим эксплуатации лазерных диодов.

Импульсный драйвер выполнен по аналогии импульсного преобразователя напряжения, способного повышать и понижать этот параметр. Мощности выхода и входа такого драйвера примерно равны. Однако, существует некоторое выделение тепла, на которое расходуется незначительное количество энергии.

Линейный драйвер действует по схеме, которая чаще всего подает напряжение на диод больше, чем требуется. Для его снижения необходим транзистор, преобразующий излишнюю энергию в теплоту. Драйвер имеет малый КПД, поэтому не нашел широкого применения.

При применении линейных микросхем в качестве стабилизаторов, при уменьшении напряжения на входе диодный ток будет снижаться.

Так как питание лазеров выполняется двумя видами драйверов, схемы подключения имеют отличия.

Схема также может содержать источник питания в виде батареи или аккумулятора.

Аккумуляторы должны выдавать напряжение 9 вольт. Также в схеме должен быть резистор, ограничивающий ток, и лазерный модуль. Лазерные диоды можно найти в неисправном приводе дисков от компьютера.

Лазерный диод имеет 3 вывода. Средний вывод подключается к минусу (плюсу) питания. Плюс подключается к правой, либо левой ножке, в зависимости от фирмы изготовителя. Чтобы определить нужную ножку для подключения, необходимо подать питание. Для этого можно взять две батарейки по 1,5 В и сопротивление 5 Ом. Минус источника подключают к средней ножке диода, а плюс сначала к левой, затем к правой ножке. Путем такого эксперимента можно увидеть, какая из этих ножек является «рабочей». Таким же методом диод подключают к микроконтроллеру.

Лазерные диоды могут работать от пальчиковых батареек, аккумулятора сотового телефона. Однако нельзя забывать, что дополнительно требуется ограничивающий резистор номиналом 20 Ом.

Подключение к бытовой сети

Для этого нужно обеспечить вспомогательную защиту от всплесков напряжения высокой частоты.

 

Стабилизатор и резистор создают блок предотвращающий перепады тока. Для выравнивания напряжения применяют стабилитрон. Емкость предотвращает возникновение скачков напряжения высокой частоты. При правильной сборке обеспечивается стабильная работа лазера.

Порядок подключения

Наиболее удобным для работы будет красный диод мощностью около 200 мВт. Такие лазерные диоды установлены на дисковые приводы компьютеров.

  • Перед подключением с помощью батарейки проверить работу лазерного диода.
  • Выбрать необходимо самый яркий полупроводник. Если диод взят из дискового привода компьютера, то он светит инфракрасным светом. Луч лазера запрещается наводить на глаза, так как это приведет к повреждению глаз.
  • Диод монтировать на радиатор для охлаждения, в виде алюминиевой пластины. Для этого предварительно сверлить отверстие.
  • Между диодом и радиатором промазать термопастой.
  • Резистор на 20 Ом и 5 ватт подключить по схеме с батарейками и лазером.
  • Диод шунтировать керамическим конденсатором любой емкости.
  • Отвернуть от себя диод и проверить его работу, подключив питание. Должен появиться красный луч.

При подключении следует помнить о безопасности. Все соединения должны быть качественными.

Похожие темы:

виды, как работает и область применения

Диод представляет собой простой полупроводниковый прибор, который нашел широкое применение в технике. Не каждый человек знает, что такое диод, и еще меньшее количество людей точно представляет себе принцип работы изделия.

При этом существует большое количество разновидностей этого прибора, о которых стоит знать всем, кто интересуется радиоэлектроникой.

Устройство и принцип работы

Если понять, как работает диод, то разобраться в устройстве этого полупроводникового прибора будет довольно просто. Основу детали составляет токовый переход, соединенный с двумя контактами (положительным — анодом и отрицательным — катодом). При прямом включении напряжения открывается переход, сопротивление которого небольшое. В результате через изделие проходит ток, называемый прямым.

Если же при включении детали в схему изменить полярность, то сопротивление участка перехода резко возрастет, а показатель электротока будет стремиться к нулю. Такое напряжение принято называть обратным.

Современные диоды имеют принципиальное отличие от первых моделей, активно используемых во время радиоламп. В полупроводниковых радиодеталях токовый переход изготавливается из кремния или германия и носит название р-n-переход. Основное различие между этими материалами заключается в показателях прямого напряжения, при которых происходит открытие.

Так как полупроводниковый кристалл может эффективно работать в любых условиях, то необходимость создания особой среды исчезла.

В ламповых устройствах для этого в колбу закачивался специальный газ либо создавался вакуум. В результате современные изделия имеют небольшие габариты, а стоимость их производства значительно снизилась.

Основные виды

Диоды принято классифицировать по нескольким параметрам. В зависимости от рабочих частот, они могут быть низко-, высокочастотными, а также способными функционировать в условиях сверхвысоких частот. Также существует деление и в соответствии с конструктивными особенностями, где можно выделить следующие виды диодов:

  • Диод Шоттки — вместо привычного p-n-перехода используется металл. С одной стороны, это позволяет добиться минимальных потерь напряжения при прямом включении. Однако с другой при высоком обратном токе, изделие быстро выходит из строя.
  • Стабилитрон — позволяет стабилизировать напряжение.
  • Стабистор — отличается от стабилитрона меньшей зависимостью напряжения от тока.
  • Диод Гана — лишен p — n -перехода, вместо которого используется особый кристалл. Используется для работы в диапазоне сверхвысоких частот.
  • Варикап — представляет собой сочетание диода с конденсатором. Емкость изделия зависит от обратного напряжения в области p — n -перехода, а применяется он при создании колебательных контуров.
  • Фотодиод — попадание светового потока на токовый переход приводит к созданию в нем разности потенциалов. Если замкнуть в этот момент цепь, то в ней появится ток.
  • Светодиод — при достижении определенного показателя тока в p — n -переходе, устройство начинает излучать световой поток.

Область применения

Сфера использования этих деталей в современной радиотехнике высока. Сложно найти устройство, которое работает без этих деталей. Чтобы понять, для чего нужен диод, можно привести несколько примеров:

  • Диодные мосты — содержат от 4 до 12 полупроводниковых устройств, которые соединяются между собой. Основной задачей диодных мостов является выпрямление тока, и они активно используются, например, при создании генераторов для автомобилей.
  • Детекторы — создаются при сочетании диодов и конденсаторов. В результате появляется возможность выделить низкочастотную модуляцию из различных сигналов. Применяются при изготовлении радио- и телеприемников.
  • Защитные устройства — позволяют обезопасить электрическую схему от возможных перегрузок. Несколько изделий подключаются в обратном направлении. Когда схема работает нормально, то они остаются в закрытом положении. Как только входное напряжение достигает критических показателей, устройство активируются.
  • Переключатели — такие системы на основе этих изделий позволяют осуществлять коммутацию высокочастотных сигналов.
  • Системы искрозащиты — создание шунт-диодного барьера позволяет ограничить показатель напряжения в электроцепи. Для увеличения степени защиты вместе с полупроводниковыми деталями используются специальные токоограничивающие резисторы.

Это лишь несколько примеров использования диодов. Они являются достаточно надежными устройствами, с помощью которых можно решать большое количество задач. Чаще всего эти радиодетали выходят из строя по причине естественного старения либо из-за перегрева.

Если произошел электрический пробой изделия, то его последствия редко являются необратимыми, так как кристалл не разрушается.

Типы диодов, функциональная схема, работа и характеристики

Диоды широко используются в различных областях, начиная с разработки электроники и заканчивая производством и ремонтом. Они бывают разных типов и передают электрический ток в зависимости от свойств и характеристик этого конкретного диода. В основном это диоды с P-N переходом, светочувствительные диоды, стабилитроны, диоды Шоттки, варакторные диоды. К светочувствительным диодам относятся светодиоды, фотодиоды и фотоэлектрические элементы.Некоторые из них кратко описаны в этой статье.

1. P-N-переходной диод

P-N переход - это полупроводниковый прибор, который образован полупроводниковым материалом P-типа и N-типа. P-тип имеет высокую концентрацию дырок, а N-тип - высокую концентрацию электронов. Диффузия дырок - от p-типа к n-типу, а диффузия электронов - от n-типа к p-типу.

Донорные ионы в области n-типа становятся положительно заряженными, когда свободные электроны переходят от n-типа к p-типу.Следовательно, на N-стороне соединения создается положительный заряд. Свободные электроны через переход являются отрицательными акцепторными ионами, заполняя дырки, тогда отрицательный заряд, установленный на p-стороне перехода, показан на рисунке.

Электрическое поле, образованное положительными ионами в области n-типа и отрицательными ионами в областях p-типа. Эта область называется диффузионной. Так как электрическое поле быстро выметает свободные носители, следовательно, область обеднена свободными носителями. Встроенный потенциал V bi из-за Ê формируется на стыке, как показано на рисунке.

Функциональная схема PN-диода:

Функциональная схема PN-диода

Прямые характеристики PN-перехода:

Когда положительная клемма батареи подключена к P-типу, а отрицательная клемма подключена к N-типу, называется прямое смещение PN перехода показано на рисунке ниже.

Прямые характеристики P-N перехода

Если это внешнее напряжение становится больше, чем значение потенциального барьера, приблизительно 0.7 В для кремния и 0,3 В для Ge, потенциальный барьер пересекается, и ток начинает течь из-за движения электронов через переход, то же самое для дырок.


Характеристики прямого смещения P-N перехода

Обратные характеристики P-N перехода:

Когда положительное напряжение подается на n-часть диода, а отрицательное - на p-часть диода, это считается состоянием обратного смещения.

Схема обратной характеристики P-N перехода

Когда положительное напряжение подается на N-часть диода, электроны движутся к положительному электроду, а приложение отрицательного напряжения к p-части заставляет отверстия двигаться к отрицательному электроду. В результате электроны пересекают переход, чтобы объединиться с дырками на противоположной стороне перехода, и наоборот. В результате образуется обедненный слой, имеющий путь с высоким импедансом и высоким потенциальным барьером.

Характеристики обратного смещения P-N перехода

Применение диода P-N перехода:

Диод P-N перехода - это двухконтактное устройство, чувствительное к полярности, диод проводит при прямом смещении, а диод не проводит при обратном смещении. Благодаря этим характеристикам, диод с P-N переходом используется во многих приложениях, таких как

  1. Выпрямители в источниках питания постоянного тока
  2. Цепи демодуляции
  3. Отсечные и фиксирующие сети

2.Фотодиод

Фотодиод - это своего рода диод, который генерирует ток, пропорциональный энергии падающего света. Это преобразователь света в напряжение / ток, который находит применение в системах безопасности, конвейерах, системах автоматического переключения и т. Д. Фотодиод похож на светодиод по конструкции, но его p-n переход очень чувствителен к свету. Переход p-n может быть открыт или упакован с окном для проникновения света в переход P-N. В состоянии прямого смещения ток проходит от анода к катоду, а в состоянии с обратным смещением фототок течет в обратном направлении.В большинстве случаев упаковка фотодиода аналогична упаковке светодиода с анодными и катодными выводами, выступающими из корпуса.

Фотодиод

Существует два типа фотодиодов - фотодиоды PN и PIN. Разница в их производительности. ПИН-фотодиод имеет внутренний слой, поэтому он должен иметь обратное смещение. В результате обратного смещения ширина обедненной области увеличивается, а емкость p-n перехода уменьшается. Это позволяет генерировать больше электронов и дырок в обедненной области.Но одним из недостатков обратного смещения является то, что он генерирует ток шума, который может снизить отношение сигнал / шум. Поэтому обратное смещение подходит только в приложениях, требующих более высокой пропускной способности. Фотодиод PN идеален для приложений с низким освещением, поскольку работает без смещения.

Фотодиод работает в двух режимах: фотоэлектрический и фотопроводящий. В фотоэлектрическом режиме (также называемом режимом нулевого смещения) фототок от устройства ограничивается, и нарастает напряжение. Фотодиод теперь находится в состоянии прямого смещения, и через p-n переход начинает течь «темновой ток».Этот поток темнового тока происходит против направления фототока. Темновой ток возникает при отсутствии света. Темновой ток - это фототок, индуцированный фоновым излучением, плюс ток насыщения в устройстве.

Режим фотопроводимости возникает при обратном смещении фотодиода. В результате этого ширина обедненного слоя увеличивается и приводит к уменьшению емкости p-n перехода. Это увеличивает время отклика диода.Чувствительность - это отношение генерируемого фототока к энергии падающего света. В фотопроводящем режиме диод генерирует только небольшой ток, называемый током насыщения, или обратным током вдоль своего направления. В этом состоянии фототок остается прежним. Фототок всегда пропорционален люминесценции. Несмотря на то, что фотопроводящий режим быстрее, чем фотогальванический режим, электронный шум выше в фотопроводящем режиме. Фотодиоды на основе кремния генерируют меньше шума, чем фотодиоды на основе германия, поскольку кремниевые фотодиоды имеют большую ширину запрещенной зоны.

3. Стабилитрон

Стабилитрон - это тип диода, который обеспечивает протекание тока в прямом направлении, аналогично выпрямительному диоду, но в то же время он может допускать обратное течение тока даже при напряжении выше пробивное значение стабилитрона. Обычно это напряжение на 1-2 В выше, чем номинальное напряжение стабилитрона, и известно как напряжение стабилитрона или точка лавины. Стабилитрон был назван так в честь Кларенса Зенера, открывшего электрические свойства диода.Стабилитроны находят применение в регулировании напряжения и для защиты полупроводниковых приборов от колебаний напряжения. Стабилитроны широко используются в качестве опорного напряжения и в качестве регуляторов шунта для регулирования напряжения на цепях.

Стабилитрон использует свой p-n переход в режиме обратного смещения для создания эффекта Зенера. Во время эффекта Зенера или его пробоя стабилитрон поддерживает напряжение, близкое к постоянному значению, известному как напряжение Зенера. Обычный диод также имеет свойство обратного смещения, но если напряжение обратного смещения будет превышено, на диод будет воздействовать большой ток и он будет поврежден.С другой стороны, стабилитрон специально разработан так, чтобы иметь пониженное напряжение пробоя, называемое напряжением Зенера. Стабилитрон также демонстрирует свойство управляемого пробоя и позволяет току поддерживать напряжение на стабилитроне, близкое к напряжению пробоя. Например, стабилитрон на 10 вольт будет падать на 10 вольт в широком диапазоне обратных токов.

Когда стабилитрон смещен в обратном направлении, его p-n переход будет испытывать лавинный пробой, и стабилитрон будет проводить в обратном направлении.Под действием приложенного электрического поля валентные электроны будут ускоряться, чтобы сбивать и высвобождать другие электроны. Это заканчивается эффектом лавины. Когда это происходит, небольшое изменение напряжения приведет к большому току. Пробой стабилитрона зависит от приложенного электрического поля, а также от толщины слоя, на который подается напряжение. Стабилитрон требует подключенного последовательно к нему токоограничивающего резистора, чтобы ограничить ток, протекающий через стабилитрон. Обычно ток стабилитрона составляет 5 мА.Например, если стабилитрон 10 В используется с источником питания 12 вольт, сопротивление 400 Ом (близкое значение 470 Ом) идеально подходит для поддержания тока стабилитрона на уровне 5 мА. Если напряжение питания 12 вольт, то на стабилитроне 10 вольт и на резисторе 2 вольт. При 2 В на резисторе 400 Ом ток через резистор и стабилитрон будет 5 мА. Поэтому, как правило, резисторы 220 Ом на 1 кОм используются последовательно с стабилитроном в зависимости от напряжения питания. Если ток через стабилитрон недостаточен, выход будет нерегулируемым и будет меньше номинального напряжения пробоя. Следующая формула полезна для определения тока через стабилитрон:

Зенер = (VIn - V Out) / R Ом

Значение резистора R должно удовлетворять двум условиям.

  1. Оно должно быть низким, чтобы пропускать достаточный ток через стабилитрон.
  2. Номинальная мощность резистора должна быть достаточно высокой для защиты стабилитрона.

Фото предоставлено:

  • Стабилитрон от wikimedia
  • Функциональная схема P-N переходного диода от Куэра

Конструкция, схема, работа и его применение

Светодиод представляет собой двухпроводной полупроводниковый источник света.В 1962 году Ник Холоняк придумал светоизлучающий диод, и он работал в компании General Electric. Светодиод - это особый тип диода, который имеет электрические характеристики, аналогичные диодам с PN переходом. Следовательно, светодиод позволяет току течь в прямом направлении и блокирует ток в обратном направлении. Светодиод занимает небольшую площадь, менее 1 мм 2 . Применение светодиодов для создания различных электрических и электронных проектов.В этой статье мы обсудим принцип работы светодиода и его применение.

Что такое светоизлучающий диод?

Светоизлучающий диод представляет собой диод с p-n переходом. Это специально легированный диод, изготовленный из особого типа полупроводников. Когда свет излучается в прямом смещении, это называется светодиодом.


Светоизлучающий диод

Символ светодиода

Символ светодиода похож на символ диода, за исключением двух маленьких стрелок, указывающих на излучение света, поэтому он называется светодиодом (светоизлучающим диодом).Светодиод имеет две клеммы, а именно анод (+) и катод (-). Символ светодиода показан ниже.

LED Symbol

Конструкция светодиода

Конструкция светодиода очень проста, потому что она создана путем нанесения трех слоев полупроводникового материала на подложку. Эти три слоя расположены один за другим, где верхняя область является областью P-типа, средняя область активна и, наконец, нижняя область является областью N-типа. В конструкции можно увидеть три области полупроводникового материала.В конструкции область P-типа включает отверстия; область N-типа включает выборы, тогда как активная область включает как дырки, так и электроны.

Когда на светодиод не подается напряжение, поток электронов и дырок отсутствует, поэтому они стабильны. После подачи напряжения светодиод будет смещен в прямом направлении, поэтому электроны в N-области и дырки из P-области переместятся в активную область. Этот регион также известен как область истощения. Поскольку носители заряда, такие как дырки, содержат положительный заряд, тогда как электроны имеют отрицательный заряд, поэтому свет может генерироваться за счет рекомбинации полярных зарядов.


Как работает светоизлучающий диод?

Светодиод просто, мы знаем как диод. Когда диод смещен в прямом направлении, электроны и дырки быстро перемещаются через переход, и они постоянно объединяются, удаляя друг друга. Вскоре после того, как электроны переходят из кремния n-типа в кремний p-типа, он соединяется с дырками, а затем исчезает. Следовательно, он делает весь атом более стабильным и дает небольшой всплеск энергии в форме крошечного светового пакета или фотона.

Работа светодиода

На приведенной выше диаграмме показано, как работает светоизлучающий диод, и пошаговый процесс построения диаграммы.

  • Из приведенной выше диаграммы мы можем видеть, что кремний N-типа имеет красный цвет, включая электроны, которые обозначены черными кружками.
  • Силикон P-типа синего цвета и содержит отверстия, они обозначены белыми кружками.
  • Источник питания через p-n переход заставляет диод смещаться в прямом направлении и переводить электроны из n-типа в p-тип.Продвигая отверстия в обратном направлении.
  • Электрон и дырки на стыке совмещены.
  • Фотоны испускаются при рекомбинации электронов и дырок.

История светоизлучающих диодов

Светодиоды были изобретены в 1927 году, но это не новое изобретение. Краткий обзор истории светодиодов обсуждается ниже.

  • В 1927 году Олег Лосев (русский изобретатель) создал первый светодиод и опубликовал некоторые теории своих исследований.
  • В 1952 году профессор Курт Леховец проверил теории неудачников и рассказал о первых светодиодах.
  • В 1958 году Рубин Браунштейн и Эгон Лебнер изобрели первый зеленый светодиод.
  • В 1962 году, красный светодиод был разработан Ником Холоняком. Итак, первый светодиод создан.
  • В 1964 году IBM впервые реализовала светодиоды на печатной плате компьютера.
  • В 1968 году компания HP (Hewlett Packard) начала использовать светодиоды в калькуляторах.
  • В 1971 году Жак Панков и Эдвард Миллер изобрели синий светодиод.
  • В 1972 году М. Джордж Кроуфорд (инженер-электрик) изобрел желтый светодиод.
  • В 1986 году Уолден С. Райнс и Герберт Маруска из Университета Стаффорда изобрели светодиод синего цвета с магнием, включая будущие стандарты.
  • В 1993 году Хироши Амано и физики Исаму Акаски разработали нитрид галлия с высококачественными светодиодами синего цвета.
  • Инженер-электрик, такой как Сюдзи Накамура, разработал первый синий светодиод с высокой яркостью благодаря разработкам Amanos & Akaski, что быстро привело к расширению использования светодиодов белого цвета.
    В 2002 году светодиоды белого цвета использовались в жилых помещениях, стоимость каждой лампы составляла от 80 до 100 фунтов стерлингов.
  • В 2008 году светодиодные фонари стали очень популярны в офисах, больницах и школах.
  • В 2019 году светодиоды стали основными источниками света;
  • Развитие светодиодов невероятно, поскольку они варьируются от небольших индикаторов до освещения офисов, домов, школ, больниц и т. Д.

Схема светоизлучающего диода для смещения

Большинство светодиодов имеют номинальное напряжение от 1 до 3 вольт, тогда как номинальные значения прямого тока находятся в диапазоне от 200 до 100 мА.

Смещение светодиода

Если на светодиод подается напряжение (от 1 В до 3 В), то он работает правильно, так как протекание тока для подаваемого напряжения будет в рабочем диапазоне. Точно так же, если приложенное к светодиоду напряжение выше рабочего напряжения, то область обеднения внутри светодиода выйдет из строя из-за сильного протекания тока. Этот неожиданно сильный ток приведет к повреждению устройства.

Этого можно избежать, подключив резистор последовательно с источником напряжения и светодиодом. Безопасные номинальные значения напряжения светодиодов будут находиться в диапазоне от 1 В до 3 В, тогда как безопасные номинальные значения тока находятся в диапазоне от 200 мА до 100 мА.

Здесь резистор, который расположен между источником напряжения и светодиодом, известен как резистор, ограничивающий ток, потому что этот резистор ограничивает поток тока, иначе светодиод может его разрушить.Таким образом, этот резистор играет ключевую роль в защите светодиода.

Математически протекание тока через светодиод можно записать как

IF = Vs - VD / Rs

Где

IF - прямой ток

Vs - источник напряжения

' VD '- это падение напряжения на светоизлучающем диоде

«Rs» - ограничивающий ток резистор

Величина падения напряжения для преодоления барьера области истощения. Падение напряжения на светодиодах будет составлять от 2 В до 3 В, в то время как на Si или Ge диоде 0.3 иначе 0,7 В.

Таким образом, светодиод может работать от высокого напряжения по сравнению с Si- или Ge-диодами.
Светодиоды для своей работы потребляют больше энергии, чем кремниевые или германиевые диоды.

Типы светодиодов

Существуют различные типы светодиодов, некоторые из которых упомянуты ниже.

  • Арсенид галлия (GaAs) - инфракрасный
  • Фосфид арсенида галлия (GaAsP) - красный к инфракрасному, оранжевый
  • Фосфид арсенида галлия алюминия (AlGaAsP) - красный, оранжево-красный, оранжевый и желтый
  • Фосфид галлия (GaP) - красный, желтый и зеленый
  • Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) - зеленый
  • Нитрид галлия (GaN) - зеленый, изумрудно-зеленый
  • Нитрид галлия-индия (GaInN) - ближний ультрафиолетовый, голубоватый -зеленый и синий
  • Карбид кремния (SiC) - синий как подложка
  • Селенид цинка (ZnSe) - синий
  • Нитрид алюминия, галлия (AlGaN) - ультрафиолетовый

Принцип работы светодиода

Принцип работы света -излучающий диод основан на квантовой теории. Квантовая теория говорит, что когда электрон опускается с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень, энергия излучается фотоном. Энергия фотона равна энергетической щели между этими двумя уровнями энергии. Если диод с PN-переходом смещен в прямом направлении, то ток течет через диод.

Принцип работы светодиода

Поток тока в полупроводниках вызывается потоком дырок в противоположном направлении тока и потоком электронов в направлении тока.Следовательно, будет рекомбинация из-за потока этих носителей заряда.

Рекомбинация показывает, что электроны в зоне проводимости прыгают вниз в валентную зону. Когда электроны переходят из одной полосы в другую, электроны излучают электромагнитную энергию в виде фотонов, а энергия фотонов равна запрещенной энергетической щели.

Например, давайте рассмотрим квантовую теорию, энергия фотона является произведением постоянной Планка и частоты электромагнитного излучения.Математическое уравнение показано

Eq = hf

Где его называют постоянной Планка, а скорость электромагнитного излучения равна скорости света, т. е. c. Частота излучения связана со скоростью света как f = c / λ. λ обозначается как длина волны электромагнитного излучения, и приведенное выше уравнение будет иметь вид

Eq = he / λ

Из приведенного выше уравнения мы можем сказать, что длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна запрещенной зоне.В обычных кремниевых и германиевых полупроводниках этот запрещенный энергетический зазор находится между условием и валентными зонами так, что полное излучение электромагнитной волны во время рекомбинации находится в форме инфракрасного излучения. Мы не можем видеть длины волн инфракрасного излучения, потому что они находятся вне нашего видимого диапазона.

Инфракрасное излучение считается тепловым, потому что кремний и германий полупроводники не являются прямозонными полупроводниками, а являются непрямозонными полупроводниками.Но в прямозонных полупроводниках максимальный уровень энергии валентной зоны и минимальный уровень энергии зоны проводимости не возникают в один и тот же момент электронов. Следовательно, во время рекомбинации электронов и дырок происходит миграция электронов из зоны проводимости в валентную зону, импульс электронной зоны будет изменяться.

Белые светодиоды

Производство светодиодов может осуществляться двумя способами. В первом методе светодиодные чипы, такие как красный, зеленый и синий, объединены в одном корпусе для генерации белого света; тогда как во втором методе используется фосфоресценция.Флуоресценцию внутри люминофора можно суммировать в окружающей эпоксидной смоле, тогда светодиод будет активирован коротковолновой энергией с помощью светодиодного устройства InGaN.

Огни разного цвета, такие как синий, зеленый и красный, комбинируются в изменяемых количествах для создания различного цветового ощущения, известного как основные аддитивные цвета. Эти три интенсивности света складываются в равной степени для создания белого света.

Но для достижения этой комбинации посредством комбинации зеленого, синего и красного светодиодов требуется сложная электрооптическая конструкция для управления комбинацией и распространением различных цветов. Кроме того, этот подход может быть сложен из-за изменений в цвете светодиода.

Линейка белых светодиодов в основном зависит от одиночного светодиодного чипа с люминофорным покрытием. Это покрытие генерирует белый свет при попадании через ультрафиолетовые фотоны или синие фотоны. Тот же принцип применяется и к люминесцентным лампам; излучение ультрафиолета от электрического разряда внутри трубки заставляет люминофор мигать белым.

Несмотря на то, что этот процесс светодиода может генерировать разные оттенки, различия можно контролировать с помощью экранирования.Устройства на основе белых светодиодов экранируются с использованием четырех точных координат цветности, которые находятся рядом с центром диаграммы CIE.

Диаграмма CIE описывает все достижимые цветовые координаты в пределах подковообразной кривой. Чистые цвета лежат над дугой, но белый кончик находится в центре. Цвет белого светодиода на выходе может быть представлен четырьмя точками, которые представлены в середине графика. Несмотря на то, что четыре координаты графика близки к чистому белому, эти светодиоды обычно не эффективны, как обычные источники света, для освещения цветных линз.

Эти светодиоды используются в основном для белых линз, в противном случае прозрачных линз, непрозрачной подсветки. Когда эта технология будет развиваться, белые светодиоды наверняка завоюют репутацию источника освещения и индикации.

Световая отдача

Световая отдача светодиодов может быть определена как создаваемый световой поток в лм для каждой единицы, а электрическая мощность может использоваться в пределах Вт. Номинальная внутренняя эффективность светодиода синего цвета составляет 75 лм / Вт; Желтые светодиоды имеют 500 лм / Вт, а красные светодиоды - 155 лм / Вт.Из-за внутренней реабсорбции потери могут быть приняты во внимание; порядок световой отдачи составляет от 20 до 25 лм / Вт для зеленых и желтых светодиодов. Это определение эффективности также известно как внешняя эффективность и аналогично определению эффективности, обычно используемому для других типов источников света, таких как многоцветные светодиоды.

Многоцветный светоизлучающий диод

Светоизлучающий диод, который выдает один цвет при подключении в прямом смещении и выдает цвет при подключении в обратном смещении, известен как многоцветный светодиод.

Фактически, эти светодиоды включают в себя два PN-перехода, и их соединение может быть выполнено параллельно с анодом одного, который соединен с катодом другого.

Многоцветные светодиоды обычно красные, если они смещены в одном направлении, и зеленые, когда они смещены в другом направлении. Если этот светодиод включается очень быстро при двух полярностях, он будет генерировать третий цвет. Зеленый или красный светодиод будет генерировать желтый цвет при быстром переключении назад и вперед между полярностями смещения.

В чем разница между диодом и светодиодом?

Основное различие между диодом и светодиодом состоит в следующем.

Диод

Светодиод

Полупроводниковый прибор, такой как диод, проводит просто в одном направлении. Светодиод - это один из типов диодов, используемых для генерации света.
Конструирование диода может быть выполнено из полупроводникового материала, и поток электронов в этом материале может придать их энергии тепловую форму. Светодиод сконструирован с использованием фосфида галлия и арсенида галлия, электроны которых могут генерировать свет при передаче энергии.

Диод преобразует переменный ток в постоянный Светодиод преобразует напряжение в световое
Имеет высокое напряжение обратного пробоя Он имеет низкое напряжение обратного пробоя.
Напряжение в открытом состоянии диода составляет 0,7 В для кремния, тогда как для германия оно равно 0.3v Напряжение в открытом состоянии светодиода составляет приблизительно от 1,2 до 2,0 В.
Диод используется в выпрямителях напряжения, схемах ограничения и фиксации, умножителях напряжения.

Области применения светодиодов: светофоры, автомобильные фары, медицинские приборы, вспышки фотоаппаратов и т. Д.
IV Характеристики светодиода

Светодиоды различных типов доступны в На рынке существуют различные характеристики светодиодов, в том числе цветовой свет или длина волны излучения, интенсивность света.Важная характеристика светодиода - цвет. При запуске светодиода используется только красный цвет. Поскольку использование светодиодов расширяется с помощью полупроводникового процесса и исследования новых металлов для светодиодов, были сформированы различные цвета.

ВАХ светодиода

На следующем графике показаны приблизительные кривые между прямым напряжением и током. Каждая кривая на графике обозначает свой цвет. В таблице приведены сводные характеристики светодиодов.

Характеристики светодиода
Какие бывают два типа конфигураций светодиодов?

Стандартные конфигурации светодиода - это два подобных эмиттера, а также COB.

Эмиттер представляет собой одиночный кристалл, который монтируется к печатной плате, а затем к радиатору. Эта печатная плата передает электроэнергию на излучатель, а также отводит тепло.

Чтобы помочь снизить стоимость, а также повысить однородность света, исследователи определили, что подложку СИД можно отсоединить, а одиночный кристалл можно установить на печатной плате открыто.Эта конструкция называется COB (chip-on-board array).

Преимущества и недостатки светодиодов

К преимуществам светодиода относятся следующие.

  • Стоимость светодиодов меньше и они крошечные.
  • С помощью светодиода контролируется электричество.
  • Яркость светодиода меняется с помощью микроконтроллера.
  • Длительный срок службы
  • Энергоэффективность
  • Без периода прогрева
  • Прочный
  • Не влияет на низкие температуры
  • Направленная
  • Цветопередача отличная
  • Экологически чистая
  • Контролируемая

Недостатки Светодиоды включают следующее.

  • Цена
  • Температурная чувствительность
  • Температурная зависимость
  • Качество света
  • Электрическая полярность
  • Чувствительность по напряжению
  • Падение эффективности
  • Воздействие на насекомых
Применение светоизлучающих диодов

Светодиодные и некоторые из них описаны ниже.

  • Светодиод используется в качестве лампочки в домах и на производстве
  • Светодиоды используются в мотоциклах и автомобилях
  • Они используются в мобильных телефонах для отображения сообщений
  • На светофорах используются светодиоды

Таким образом, в данной статье рассматривается принцип работы и применения светодиодной схемы.Надеюсь, прочитав эту статью, вы получили некоторую основную и рабочую информацию о светодиодах. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о электрическом проекте последнего года, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вам вопрос, Что такое светодиод и как он работает?

Основы, типы, символы, характеристики, приложения и комплектации

Хотя резисторы, конденсаторы и индуктивности образуют основные элементы схемы, именно полупроводниковое устройство действительно хранит магию внутри.Каждая электронная схема имеет внутри десятки полупроводниковых устройств, таких как диоды, транзисторы, регуляторы, операционные усилители, переключатели питания и т. Д. У каждого из них есть свои свойства и применение. В этой статье давайте рассмотрим самый простой полупроводниковый прибор - диоды .

Возможно, вы уже слышали болтовню о том, что «Диоды - это полупроводниковые устройства с двумя выводами, которые проводят только в одном определенном направлении, позволяя току проходить через них…», но почему это так? И какое это имеет отношение к нам при разработке схемы? Какие существуют типы диодов и в каком приложении мы должны их использовать? Держитесь крепче, потому что вы получите ответы на все эти вопросы, когда прочитаете эту статью.

Что такое диод?

Начнем с ответа на самый простой вопрос. Что такое диод ?

A Диод, как я уже говорил ранее, представляет собой полупроводниковый цилиндрический компонент с двумя выводами. Существует множество типов диодов , но наиболее часто используемый из них показан ниже.

Эти две клеммы называются Anode и Cathode , мы рассмотрим символ и то, как идентифицировать клеммы позже, но пока просто помните, что любой диод будет иметь только два контакта (по крайней мере, большинство из них) и они анод и катод.Еще одно золотое правило диодов заключается в том, что они позволяют току проходить через них только в одном направлении, а именно от анода к катоду. Это свойство диода делает его полезным во многих приложениях.

Чтобы понять, почему они ведут себя только в одном направлении, мы должны посмотреть, как они устроены. Диод изготавливается путем соединения двух одинаково легированных полупроводников P-типа и полупроводников N-типа. Когда эти два материала соединяются вместе, происходит что-то интересное, они образуют еще один небольшой промежуточный слой, называемый слоем истощения.Это связано с тем, что слой P-типа имеет избыточное отверстие, а слой N-типа имеет избыточные электроны, и они оба пытаются диффундировать друг в друга, образуя блокировку с высоким сопротивлением между обоими материалами, как на изображении, показанном ниже. Этот слой блокировки называется слоем истощения.

Этот слой истощения (блокировка) должен быть разрушен, если ток должен протекать через диод. Когда на анод подается положительное напряжение, а на катод - отрицательное напряжение, говорят, что диод находится в прямом смещенном состоянии.Во время этого состояния положительное напряжение закачивает больше дырок в область P-типа, а отрицательное напряжение накачивает больше электронов в область N-типа, что вызывает пробой обедненного слоя, заставляя ток течь от анода к катоду. Это минимальное напряжение, необходимое для того, чтобы диод проводил в прямом направлении, называется напряжением прямого пробоя.

В качестве альтернативы, если отрицательное напряжение приложено к аноду, а положительное напряжение приложено к катоду, диод считается находящимся в обратном смещенном состоянии.Во время этого состояния отрицательное напряжение будет накачивать больше электронов в материал P-типа, а материал N-типа получит больше дырок от положительного напряжения, что сделает слой обеднения еще более прочным и, таким образом, не позволит току течь через него. Имейте в виду, что эти характеристики применимы только к идеальному диоду (теоретическому), практически, даже в режиме обратного смещения будет протекать небольшой ток. Мы обсудим это позже.

Вышеупомянутая анимация иллюстрирует работу диода в схеме , есть две схемы, в которых мы пытаемся зажечь светодиод с помощью батареи.В одной цепи диод смещен в прямом направлении, а в другой - в обратном. Во время симуляции вы можете заметить, что только диод с прямым смещением позволяет току течь, хотя он, таким образом, светит светодиод, диод с обратным смещением не позволяет току проходить через него.

Типы диодов, расположение выводов и символы

Теперь, когда мы поняли основы диодов, важно знать, что существуют разные типы диодов, каждый из которых имеет свои особые свойства и применение.В этой статье мы рассмотрим только три основных типа диодов: выпрямительный диод, стабилитрон и диод Шоттки. Изображение, клеммы и символы всех диодов приведены в таблице под

.

Тип диода

Распиновка

Символ

Выпрямительный диод

Стабилитрон

Диод Шоттки

Как показано в таблице, выпрямительный диод и диод Шоттки внешне похожи, но диод Шоттки обычно больше по размеру, чем обычные диоды. С другой стороны, стабилитрон можно легко идентифицировать по его характерному оранжевому цвету и серой линии на нем, как показано в таблице выше.

Выводы анода и катода можно идентифицировать по серой линии на диоде, контакт рядом с серой линией будет катодом. Аналогичным образом с символами нижняя часть треугольника всегда будет анодом, а другая - катодом. Это очень важно помнить, поскольку при интерпретации схемы подключения диода всегда считалось самооценкой.

Терминология и характеристики диодов

Когда вы выбираете диод для своей схемы или пытаетесь понять работу диода в схеме, вы должны учитывать спецификации диода, которые можно найти в его техническом описании. Чтобы понять, что на самом деле означают значения, давайте рассмотрим несколько часто используемых терминов.

Падение напряжения в прямом направлении (Vf): Когда диод работает в режиме прямого смещения, он позволяет току течь через них. В этом состоянии на диоде будет некоторое падение напряжения, это падение напряжения называется прямым падением напряжения. Для идеального диода он должен быть как можно ниже.

Максимальный прямой ток (если): мы уже знаем, что диод будет пропускать ток через него, когда он находится в прямом смещении, на какой максимальный ток, который может быть разрешен, отвечает Максимальный прямой ток. Обычно следует убедиться, что этот ток больше, чем ток нагрузки вашей цепи.

Обратный ток пробоя (Vr): Хорошо, вот уловка, о которой я вам говорил: диод не пропускает ток через себя, когда он смещен в обратном направлении. Это верно, но не для всех значений напряжения. Таким образом, максимальное напряжение, до которого диод может выдержать пробой, называется обратным напряжением пробоя. Обычно значения такого напряжения будут очень высокими, например, если обратное напряжение пробоя составляет 500 В, диод не позволит току проходить через него в обратном смещенном состоянии, пока напряжение не превысит эти 500 В.

Обратный ток смещения (Ir): Хотя это правда, что диод не пропускает ток, хотя в режиме обратного смещения значение тока не будет в идеале равным нулю. Через диод все еще будет протекать очень небольшой и незначительный (в зависимости от схемы) ток. Этот ток называется током с обратным смещением. Значение этого тока будет в диапазоне мА или даже в мкА. Для идеального диода значение этого тока должно быть как можно меньше.Ток называется обратным током утечки.

Время обратного восстановления: предположим, что вы работаете с диодом в режиме прямого смещения, а затем переключаете его в режим с обратным смещением, изменяя полярность напряжения. Теперь диод не будет внезапно останавливаться, ему потребуется некоторое время, чтобы заблокировать прохождение тока через него. Это время называется временем обратного восстановления.

Характеристики клемм (I-V) переходного диода: есть еще другие параметры, такие как рассеиваемая мощность, тепловое сопротивление и т. Д.связанный с диодом. Эти значения также можно найти в паспорте диода. Чтобы узнать больше о диоде, давайте посмотрим на важный график диода, который представляет собой кривую зависимости тока от напряжения. Кривая I-V идеального диода будет выглядеть примерно так.

Здесь в первом квадранте вы можете увидеть диод, работающий в режиме прямого смещения, а в третьем квадранте диод работает в области обратного смещения и пробоя. Ось X графика показывает напряжение на диоде, а ось Y показывает ток через диод.В режиме прямого смещения вы можете заметить, что диод начинает проводить (пропускать ток) только тогда, когда напряжение на диоде (V D ) больше 0,5 В, это значение прямого напряжения диода для кремния. На диоде это прямое напряжение может достигать 0,7 В, как показано на графике выше.

Во время обратного смещения напряжение на диоде имеет отрицательный потенциал, поэтому ток также отображается в отрицательном направлении. Здесь, как вы можете видеть, диод не пропускает ток (за исключением небольшого значения), пока не будет достигнуто напряжение пробоя (V BD ).

Цепи приложений

Диоды

имеют широкий спектр применения в зависимости от их свойств и типа. Давайте попробуем охватить наиболее важные применения выпрямителя, стабилитрона и диода Шоттки с их принципиальными схемами.

Выпрямительный диод

Выпрямительный диод или общий диод - это наиболее часто встречающийся диод в любой схеме источника питания, будь то простой линейный источник питания или схема SMPS. Как следует из названия, эти диоды используются для выпрямления в таких схемах, как двухполупериодный и полуволновой выпрямитель.Кроме того, они также используются в качестве диодов свободного хода в коммутационных устройствах и схемах преобразователей.

Схема выпрямителя

Выпрямительные диоды используются как в полуволновых, так и в полнополупериодных выпрямительных диодах. Давайте посмотрим на схему полуволнового выпрямителя для простоты. Принципиальная схема и график для однополупериодного выпрямителя показаны ниже

.

Источник входного напряжения Vs представляет собой синусоидальную волну переменного тока со среднеквадратичным напряжением 220 В.Эта волна переменного тока может быть выпрямлена с помощью одного диода. Как показано на графике, во время положительного полупериода диод смещен в прямом направлении, и, следовательно, выходное напряжение присутствует на нагрузке, а ток течет в положительном направлении. Но во время отрицательного полупериода диод смещен в обратном направлении, и, следовательно, ток не достигает нагрузки, а выходное напряжение остается на уровне 0 В, как показано на графике выше. Таким образом, ток всегда может течь только в одном направлении и, таким образом, преобразовывать переменный ток в постоянный.

Конечно, у этой схемы много недостатков, например, выходное напряжение неравномерно и практически не используется. Но теперь, когда у вас есть идея, вы можете изучить полные мостовые выпрямители с четырьмя диодами, которые обычно используются в схемах линейных регуляторов. Также схема выпрямителя будет иметь конденсатор на конце для фильтрации пульсаций, если вы хотите узнать больше о конденсаторах, прочитайте введение к статье о конденсаторах.

Стабилитрон

Стабилитрон широко используется в двух схемах, одна - как грубый стабилизатор напряжения, а другая - как схема защиты от перенапряжения.У стабилитрона есть два важных параметра, на которые следует обращать внимание: напряжение стабилитрона и мощность. Обычно доступные значения диодов: 3,9 В, 4,7 В, 5,1 В, 6,8 В, 7,5 В и 15 В.

В приведенной ниже схеме входное напряжение может варьироваться от 0 В до 12 В, но выходное напряжение никогда не будет превышать 5,1 В, поскольку обратное напряжение пробоя (напряжение стабилитрона) стабилитрона составляет 5,1 В. Когда входное напряжение меньше 5,1 В, выходное напряжение будет равно входному напряжению, но когда оно превысит 5.1 В выходное напряжение будет регулироваться до 5,1 В.

Это свойство схемы можно использовать для защиты выводов АЦП (схема защиты от перенапряжения), которые имеют напряжение 5 В, поскольку вывод может считывать напряжение от 0 до 5 В, но если оно превышает 5 В, стабилитрон не допустит превышения напряжения. Точно так же ту же схему можно использовать для регулирования 5,1 В для нагрузки при высоком входном напряжении. Но ограничение по току для такой схемы намного меньше.

При разработке схемы с использованием стабилитрона следует учитывать одну важную вещь - стабилитрон.Этот резистор используется для ограничения тока через стабилитрон, защищая его от нагрева и повреждения. Величина резистора Зенера зависит от напряжения Зенера и номинальной мощности стабилитрона. Формула для расчета резистора серии Зенера Rs показана ниже

.

Для стабилитрона 1N4734A значение Vz составляет 5,9 В, а Pz - 500 мВт, теперь при напряжении питания (Vs) 12 В значение Rs будет

.

Rs = (12-5.9) / Iz

Iz = Pz / Vz = 500 мВт / 5.9 В = ~ 85 мА

Следовательно, Rs = (12-5,9) / 85 = 71 Ом

Rs = 71 Ом (приблизительно)

Диод Шоттки

Диод Шоттки также используется в схемах защиты, таких как схема защиты от обратной полярности, из-за низкого падения напряжения в прямом направлении. Давайте посмотрим на общую схему защиты от обратной полярности

Когда Vcc и земля подключены с правильной полярностью, диод проводит в прямом направлении, и НАГРУЗКА получает питание.Преимущество здесь в том, что прямое падение напряжения на диоде очень меньше, скажем, около 0,04 В по сравнению с 0,7 В на выпрямительном диоде. Таким образом, на диоде не будет больших потерь мощности, также диод Шоттки может пропускать больший ток через него, чем через обычный диод, и он также имеет более высокую скорость переключения, поэтому может использоваться в высокочастотной цепи. Теперь, когда я это сказал, у вас может возникнуть вопрос.

В чем разница между диодом Шоттки и общим диодом?

Ну да, диод Шоттки имеет более высокую скорость переключения, низкие потери проводимости и более высокий прямой ток, чем обычный диод.Звучит лучше, чем обычный диод, но у него есть один существенный недостаток. То есть он имеет низкое обратное напряжение пробоя, из-за этой особенности он не может использоваться в схемах выпрямителя, так как схемы выпрямителя всегда будут иметь высокое обратное напряжение, появляющееся на нем во время переключения.

Специальные диоды

Помимо обычно используемых выпрямителей, стабилитронов и диодов Шоттки типа существуют и другие специальные диоды, которые имеют специальное применение, позволяющее быстро пробегать их.

LED: Да, светодиод (LED), как следует из названия, является диодом. Вы должны быть уже знакомы с этими вещами, поскольку они обычно встречаются и используются. Опять же, существует много типов светодиодов, но круглый светодиод диаметром 5 мм является наиболее часто встречающимся.

Мостовой выпрямитель: как мы знаем, выпрямительный диод используется в схеме выпрямителя, а для полной мостовой схемы выпрямителя нам потребуются четыре диода, подключенные упорядоченным образом. Сама эта установка доступна в пакете, называемом выпрямительным диодом.RB156 - один из таких примеров.

Фотодиод: Фотодиод - это диод, который позволяет току проходить через него в зависимости от падающего на него света. Он используется в качестве датчика для обнаружения света, его обычно можно найти в следящих за линией роботах, роботах, избегающих препятствий, и даже в качестве счетчика объектов или устройства датчика скорости. Вы можете узнать больше о фотодиоде по этой ссылке.

Лазерный диод: Лазерный свет также является разновидностью диода, аналогичного светодиоду. Они обладают аналогичными свойствами диодов, но в режиме прямого смещения они излучают свет с падением напряжения на них, действующим как нагрузка.Лазерный диод 650 нм - это наиболее распространенный лазерный диод.

TVS-диод: Другой важный специальный тип диода - TVS-диод, который означает подавитель переходного напряжения. Это особый тип диода, который обычно используется в цепях питания для защиты от скачков напряжения и защиты цепи. Эти диоды также называются переходными диодами или тиректорами.

Варакторные диоды: Варакторные диоды используются как переменные конденсаторы. Когда этот диод работает в режиме обратного смещения, шириной обедненной области можно управлять, что заставляет его действовать как конденсатор. Эти диоды также называются варикаповыми диодами и обычно используются в радиочастотных схемах.

Различные типы пакетов диодов

Теперь, когда мы изучили все основы диодов, я считаю, что теперь вы можете выбрать диод, который требуется для вашей схемы. Но до сих пор мы видели один диод со сквозным отверстием, который обычно доступен и хорош для прототипов, но в большинстве продуктов вы не найдете их в корпусах с отверстиями.Сейчас мы обсудим множество различных типов диодных пакетов.

Комплект для сквозных отверстий

Это обычно используемые макетные и перфорированные платы. Эти пакеты называются DO-7, DO-35, DO-41, DO-204 и т.д., из которых DO-41 является наиболее распространенным. Эти пакеты также называются аксиально-свинцовыми диодами .

Стили поверхностного монтажа

В большинстве готовых к производству готовых изделий используются компоненты SMD и . Они дешевле, чем сквозные, и имеют небольшой форм-фактор. SOD-323, SOD-523, SOD-123 SOD-80C - одни из самых популярных диодных SMD-корпусов. В большинстве конструкторов силовых цепей по-прежнему используются сквозные отверстия, поскольку они имеют высокую допустимую нагрузку по току и меньше проблем с электромагнитными помехами, поэтому SMD обычно предпочтительнее в цифровых схемах.

3-контактный болт крепления

Также существует несколько специальных диодов с тремя выводами, которые используются в сложных приложениях, таких как космическая промышленность.Они имеют высокий ток и коммутационную способность. Их можно найти в пакетах TO-64, TO-208, TO-254. Между банками имеется паз, позволяющий прикрепить их к корпусу раковины, их также называют диодами с болтовым креплением.

Различные типы батарей, их применение и применение

Аккумулятор - это основной источник питания для любого беспроводного электронного устройства, будь то смартфон, ноутбук, часы или пульт. Вы можете представить ситуацию без этих источников энергии? Мы не сможем построить какое-либо беспроводное электронное устройство, и нам придется полагаться только на проводной источник питания, даже электромобили и космические миссии были бы невозможны без батарей.Сегодня в этом руководстве мы кратко обсудим различные типы аккумуляторов, их классификацию, терминологию и технические характеристики.

Что такое аккумулятор и почему он используется?

Давайте посмотрим на основную разницу между батареей и элементом . Также давайте выясним, почему нам именно нужна батарея и почему мы не можем использовать переменное питание (т. Е. Питание переменного тока от настенных розеток) вместо постоянного тока.

Ячейка: Ячейка - это источник энергии, который может выдавать только постоянное напряжение и ток в очень малых количествах.Например, если мы возьмем элементы, которые мы используем в часах или пультах дистанционного управления, они могут дать максимум 1,5 - 3 В.

Батарея: Функциональность батареи точно такая же, как у элемента, но батарея представляет собой набор ячеек, расположенных последовательно / параллельно , так что напряжение может быть повышено до желаемого уровня. Самый известный пример аккумулятора - это внешний аккумулятор, который используется для зарядки смартфонов. Если мы когда-нибудь увидим внутреннюю часть блока питания, мы сможем найти набор батарей, расположенных последовательно / параллельно, в зависимости от требований.Батареи расположены последовательно для увеличения напряжения и параллельно для увеличения тока.

Now Почему постоянный ток предпочтительнее переменного тока ? В большинстве портативных электронных устройств переменный ток нельзя хранить, а постоянный ток можно хранить без каких-либо проблем. Даже потери из-за мощности переменного тока больше по сравнению с мощностью постоянного тока. По этой причине DC предпочтительнее для портативных электронных устройств.

Технические термины, используемые при работе с аккумуляторами

Мы не можем просто продолжать использовать только напряжение и ток, чтобы объяснить функциональность батареи, есть некоторые уникальные термины, которые определяют характеристики батареи, такие как ватт-час (мАч), рейтинг C, номинальное напряжение, напряжение зарядки, зарядный ток, разрядный ток, напряжение отключения, срок хранения, срок службы - вот несколько терминов, используемых для определения характеристик батарей.

Давайте кратко обсудим каждый термин,

Мощность :

Это энергия, хранящаяся в батарее , которая измеряется в Вт-час

Ватт-час = В * I * часы {поскольку напряжение остается постоянным, поэтому оно измеряется в Ач / мАч}

Обычно при чтении спецификаций смартфона мы видим номинал батареи 2500 мАч или 4000 мАч. Что это значит?? Давайте посмотрим

Пример: 2500 мАч это означает, что аккумулятор имеет емкость 2. Ток 5А / 2500мА на нагрузку в течение 1 часа. Продолжительность непрерывной работы батареи зависит от потребляемого ею тока нагрузки. Таким образом, если нагрузка потребляет только 25 мА тока, батарея может проработать 100 часов. Как это?

25 мА * 100 часов {т. Е. 25 мА тока в течение 100 часов}

Аналогично 250 мА в течение 10 часов Так далее…

Хотя теоретические расчеты кажутся идеальными, срок службы батареи меняется в зависимости от температуры, потребления тока и т. Д.

Допустимая мощность :

Это означает величину тока , которую батарея может доставить . Он также известен как C-рейтинг.

Теоретически рассчитывается делением A-h на 1 час.

Пример. Рассмотрим аккумулятор емкостью 10000 мАч.

После деления 10000 мА час / 1 час дает 10000 мА = 10 А = 10 C

Таким образом, батарея емкостью 10000 мАч будет иметь рейтинг C 10 C, что означает, что батарея способна выдавать ток 10 А при постоянном напряжении (фиксированное напряжение / номинальное напряжение).

Если батарея имеет номинал 1С, она может выдавать ток 1А.

Примечание : Чем выше рейтинг C, тем больше ток, который может потребляться от батареи.

Номинальное напряжение:

При определении мощности у нас есть единица под названием Вт · ч, , которую можно представить как В * I * час, но куда пропало напряжение? Поскольку напряжение аккумулятора будет постоянным и неизменным, оно считается номинальным напряжением (фиксированное напряжение).Таким образом, поскольку напряжение фиксировано, только Ампер и час считаются единицей ( Ач / мАч) .

Ток зарядки:

Это максимальный ток , который может применяться для зарядки аккумулятора , то есть практически максимум 1 А / 2 А может применяться, если встроена схема защиты аккумулятора, но все же 500 мА - лучший диапазон для зарядки аккумулятора.

Напряжение зарядки:

Это максимальное напряжение, которое необходимо приложить к аккумулятору для его эффективной зарядки.Обычно 4,2 В - лучшее / стандартное напряжение зарядки. Хотя мы подаем на аккумулятор 5 В, он принимает только 4,2 В.

Ток разряда:

Это ток , который может быть получен от батареи и передан на нагрузку . Если ток, потребляемый нагрузкой, превышает номинальный ток разряда, аккумулятор разряжается очень быстро, что приводит к быстрому нагреву аккумулятора, что также приводит к взрыву аккумулятора. Поэтому следует с осторожностью определять величину тока, потребляемого нагрузкой, а также максимальный ток разряда, который может выдержать аккумулятор.

Срок годности:

Может возникнуть ситуация, когда батареи будут бездействовать / запечатаны, особенно в магазинах / магазинах в течение длительного периода времени. Итак, срок годности определяет период времени, в течение которого батарея может оставаться включенной, и должна иметь возможность использовать ее в течение номинального периода времени . Срок годности в основном рассматривается для неперезаряжаемых батарей, потому что их можно использовать и выбросить. Для аккумуляторных батарей, даже если срок хранения меньше, мы все равно можем их зарядить.

Напряжение отключения:

Это напряжение , при котором аккумулятор можно считать полностью разряженным. , после чего, если мы все же попытаемся разрядить его, аккумулятор повредится. Таким образом, за пределами напряжения отключения аккумулятор должен быть отключен от цепи и должен быть заряжен соответствующим образом.

Срок службы:

Предположим, что батарея полностью заряжена и разряжена до 80% от своей реальной емкости, тогда считается, что батарея проработала один цикл. Точно так же количество таких циклов , которые батарея может заряжать и разряжать, определяет срок службы цикла. Чем больше продолжительность цикла, тем лучше будет качество аккумулятора. Но если батарея разряжена, скажем, на 40% от ее фактической емкости, учитывая, что батарея изначально полностью заряжена, это нельзя рассматривать как срок службы.

Удельная мощность:

Он определяет мощность аккумулятора для заданной массы объема.

Например, 100 Втч / кг (стандартная удельная мощность щелочных батарей) означает, что для 1 кг химического состава обеспечивается 100 Втч мощности.

Теперь объем щелочной батареи AAA составляет 11,5 грамма. Итак, если 1 кг может дать емкость 100 Втч, то сколько может дать 11,5-граммовая батарея AAA ?? Давайте посчитаем.

Втч (для 11,5 г) = 100 * 11,5 / 1000 = 1,15 Втч

Итак, мы знаем, что номинальное напряжение щелочной батареи составляет 1,5 В. Таким образом, он обеспечивает 1,5 В * (1,15 / 1,5) А * 1 час дает 0,76 Ач = 760 мАч емкости, что почти равно мощности стандартной щелочной батареи AAA.

Типы аккумуляторов

Батареи в основном делятся на 2 типа:

  • Неперезаряжаемые батареи (первичные батареи)
  • Аккумуляторы (аккумуляторные батареи)

Неперезаряжаемые батареи

В основном они рассматриваются как первичные батареи , потому что их можно использовать только один раз.Эти батареи нельзя перезаряжать и использовать снова. Давайте посмотрим на обычные, повседневные первичные батареи, которые мы видим.

  • Щелочные батареи: Он в основном построен с химическим составом цинка (Zn) и диоксида марганца (MnO 2 ), поскольку в нем используется гидроксид калия, который является чисто щелочным веществом, которое названо батареей. щелочная батарея с удельной мощностью 100 Втч / кг.

Преимущества:

  1. Срок службы больше
  2. Более совместимый и эффективный для включения портативных устройств.
  3. Срок годности больше.
  4. Маленький размер.
  5. Высокоэффективный.
  6. Низкое внутреннее сопротивление, поэтому состояние разряда в состоянии покоя меньше.
  7. Утечка низкая.

Недостатки:

  1. Стоимость немного завышена. Кроме этого все является преимуществом.

Приложения:

Может использоваться в фонариках, пультах дистанционного управления, настенных часах, небольших портативных гаджетах и ​​т. Д.

  • Батареи типа «таблетка»: Химический состав батарей катушечных элементов также имеет щелочную природу.Помимо щелочного состава, для производства этих батарей будут использоваться химические вещества на основе оксида лития и серебра, которые более эффективны в обеспечении стабильного и стабильного напряжения в таких небольших размерах. Он имеет удельную мощность 270 Втч / кг.

Преимущества:

  1. Легкий
  2. Маленький
  3. Высокая плотность
  4. Низкая стоимость
  5. Высокое номинальное напряжение (до 3 В)
  6. Легко получить высокое напряжение путем последовательного размещения
  7. Длительный срок хранения

Недостатки:

  1. Требуется держатель
  2. Возможность низкого потребления тока

Приложения:

Используется в часах, настенных часах, миниатюрных электронных продуктах и ​​т. Д.

Аккумуляторы

Обычно их называют вторичными батареями , которые можно перезаряжать и использовать повторно. Хотя стоимость высока, их можно перезаряжать и использовать повторно, и они могут иметь огромный срок службы при правильном использовании и безопасной зарядке.

Свинцово-кислотные батареи

Он состоит из свинцово-кислотного вещества, которое очень дешево и используется в основном в автомобилях и транспортных средствах для питания систем освещения в нем. Они более предпочтительны в продуктах, где размер / пространство и вес не имеют значения. Они имеют номинальное напряжение от 2 В до 24 В и обычно используются как батареи 2 В, 6 В, 12 В и 24 В. Он имеет удельную мощность 7 Втч / кг.

Преимущества:

  1. Недорого по стоимости
  2. Легко перезаряжаемый
  3. Высокая выходная мощность

Недостатки:

  1. Очень тяжелый
  2. Занимает много места
  3. Очень низкая удельная мощность

Приложения:

Используется в автомобилях, ИБП (источники бесперебойного питания), робототехнике, тяжелой технике и т. Д..

Ni-Cd батареи

Эти батареи изготовлены из никеля и кадмия по химическому составу. Хотя они используются очень редко, они очень дешевы и имеют очень низкую скорость разряда по сравнению с NiMH батареями. Они доступны во всех стандартных размерах, таких как AA, AAA, C и прямоугольной формы. Номинальное напряжение составляет 1,2 В, часто соединенные вместе по 3 штуки, что дает 3,6 В. Он имеет удельную мощность 60 Втч / кг.

Преимущества:

  1. Недорого по стоимости
  2. Легко заряжается
  3. Может использоваться во всех средах
  4. Поставляется во всех стандартных размерах

Недостатки:

  1. Более низкая удельная мощность
  2. Содержит токсичный металл
  3. Необходимо очень часто заряжать, чтобы избежать роста кристаллов на пластине аккумулятора.

Приложения:

Используется в радиоуправляемых игрушках, беспроводных телефонах, солнечных батареях и в основном там, где важна цена.

Ni-MH батареи

Никель-металлогидридные батареи намного предпочтительнее никель-кадмиевых батарей из-за их меньшего воздействия на окружающую среду. Его номинальное напряжение составляет 1,25 В, что больше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов. У них меньшее номинальное напряжение, чем у щелочных батарей, и они являются хорошей заменой из-за своей доступности и меньшего воздействия на окружающую среду.Удельная мощность Ni-MH аккумуляторов составляет 100 Втч / кг.

Преимущества:

  1. Доступны все стандартные размеры.
  2. Высокая удельная мощность.
  3. Легко заряжается.
  4. Хорошая альтернатива щелочному, имеющая почти все сходства, а также перезаряжаемая.

Недостатки:

  1. Саморазряд очень высок.
  2. Дороже, чем никель-кадмиевые батареи.

Приложения:

Используется во всех приложениях, аналогичных щелочным и никель-кадмиевым батареям.

Литий-ионные аккумуляторы

Они состоят из металлического лития и являются новейшими аккумуляторными батареями. Поскольку они компактны по размеру, их можно использовать в большинстве портативных приложений, требующих высокой мощности. Это лучшие из имеющихся аккумуляторных батарей. Они имеют номинальное напряжение 3,7 В (чаще всего у нас 3.6 В и 7,2 В) и имеют различные диапазоны мощности (от 100 мАч до 1000 мАч). Даже C-рейтинг колеблется от 1C до 10C, а плотность мощности литий-ионных аккумуляторов составляет 126 Втч / кг.

Преимущества:

  1. Очень легкий.
  2. Высокий рейтинг C.
  3. Плотность мощности очень высокая.
  4. Напряжение элемента высокое.

Недостатки:

  1. Это немного дороже.
  2. Если клеммы закорочены, аккумулятор может взорваться.
  3. Требуется схема защиты аккумулятора.

Li-Po батареи

Их также называют литий-ионными полимерными перезаряжаемыми батареями, потому что в них используется полимерный гель / полимерный электролит с высокой проводимостью вместо жидкого электролита. Они относятся к литий-ионной технологии. Это немного дороже. Но батарея очень хорошо защищена по сравнению с литий-ионными батареями.Он имеет удельную мощность 185 Втч / кг.

Преимущества:

  1. Они обладают высокой защитой по сравнению с литий-ионными аккумуляторами.
  2. Очень легкий
  3. Тонкая структура по сравнению с литий-ионными батареями.
  4. Плотность мощности, номинальное напряжение сравнительно очень высоки по сравнению с никель-кадмиевыми и никель-металлгидридными батареями.

Недостатки:

  1. Дорого.
  2. При неправильном подключении может взорваться.
  3. Не допускайте сгибания или воздействия высокой температуры, которая может вызвать взрыв.

Применения: Может использоваться во всех портативных устройствах, которые нуждаются в перезарядке, например в дронах, робототехнике, радиоуправляемых игрушках и т. Д.

Диоды - learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 58

Типы диодов

Нормальные диоды

Диоды сигнальные

Стандартные сигнальные диоды являются одними из самых простых, средних и простых членов семейства диодов.Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный ток. Типичный пример сигнального диода - 1N4148.

Очень общего назначения, имеет типичное прямое падение напряжения 0,72 В и максимальный номинальный прямой ток 300 мА.

Слабосигнальный диод, 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который отмечает, какой из выводов является катодом.

Силовые диоды

Выпрямитель или силовой диод - стандартный диод с гораздо более высоким максимальным током.Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения. 1N4001 - это пример силового диода.

1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.

Диод 1N4001 PTH. На этот раз серая полоса указывает, какой вывод является катодом.

И, конечно же, большинство типов диодов также выпускаются для поверхностного монтажа. Вы заметите, что у каждого диода есть способ (независимо от того, насколько он крошечный или плохо различимый), чтобы указать, какой из двух контактов является катодом.

Светодиоды (светодиоды!)

Самым ярким членом семейства диодов должен быть светодиод (LED). Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.

Горстка сквозных светодиодов. Слева направо: желтый 3 мм, синий 5 мм, зеленый 10 мм, сверхяркий красный 5 мм, RGB 5 мм и синий 7-сегментный светодиод.

Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении. Они также имеют номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для их включения.Рейтинг светодиода V F обычно выше, чем у обычного диода (1,2 ~ 3 В), и это зависит от цвета, излучаемого светодиодом. Например, номинальное прямое напряжение сверхяркого синего светодиода составляет около 3,3 В, а для сверхяркого красного светодиода такого же размера - всего 2,2 В.

Очевидно, вы чаще всего найдете светодиоды в осветительных приборах. Они веселые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, подсветке и многом другом.Другие светодиоды излучают свет, который не виден человеческому глазу, например инфракрасные светодиоды, которые являются основой большинства пультов дистанционного управления. Другое распространенное использование светодиодов - оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание, как схематический символ диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, выходящих из символа.

Диоды Шоттки

Другой очень распространенный диод - диод Шоттки.

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением. Этот диод Шоттки 1 А 40 В равен…

1

Полупроводниковый состав диода Шоттки немного отличается от обычного диода, и это приводит к гораздо меньшему на прямому падению напряжения , которое обычно находится между 0.15 В и 0,45 В. Однако они все равно будут иметь очень большое напряжение пробоя.

Диоды Шоттки

особенно полезны для ограничения потерь, когда необходимо сохранить каждый последний бит напряжения . Они достаточно уникальны, чтобы получить собственное обозначение схемы с парой изгибов на конце катодной линии.

Стабилитроны

Стабилитроны

- это странный изгоем из семейства диодов. Обычно они используются, чтобы намеренно проводить обратный ток .

Стабилитрон - 5.1 В 1 Вт

Нет на складе COM-10301

Стабилитроны полезны для создания опорного напряжения или в качестве стабилизатора напряжения для слаботочных applications.These диодов ...

Стабилитрон

разработан для обеспечения очень точного напряжения пробоя, называемого зенеровским напряжением или напряжением стабилитрона . Когда через стабилитрон протекает достаточный ток в обратном направлении, падение напряжения на нем будет стабильным на уровне напряжения пробоя.

Воспользовавшись их пробивной собственности, стабилитроны часто используются для создания известного опорного напряжения точно по напряжению стабилитрона. Их можно использовать в качестве регуляторов напряжения для небольших нагрузок, но на самом деле они не предназначены для регулирования напряжения в цепях, которые потребляют значительный ток.

Стабилитроны

достаточно особенные, чтобы иметь собственное обозначение схемы с волнистыми концами на катодной линии. Символ может даже обозначать, что такое напряжение стабилитрона диода.Вот 3.3V стабилитрон действует, чтобы создать прочную ссылку 3.3V напряжения:

Фотодиоды

Фотодиоды - это специально сконструированные диоды, которые улавливают энергию фотонов света (см. Физика, квант) для генерации электрического тока. Вид работы как анти-светодиод.

Фотодиод BPW34 (не четверть, да еще мелочь). Поместите его на солнце, и он может генерировать около нескольких мкВт энергии !.

Солнечные элементы - главный спонсор фотодиодной технологии.Но эти диоды также могут использоваться для обнаружения света или даже для оптической связи.



← Предыдущая страница
Реальные характеристики диода .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *