Диоды какие бывают. Диоды: виды, характеристики и схемы подключения светодиодов на 12В и 220В

Какие бывают виды диодов. Каковы основные характеристики светодиодов. Как правильно подключать светодиоды к источникам питания 12В и 220В. Какие существуют схемы подключения светодиодов. В чем преимущества светодиодов перед другими источниками света.

Виды диодов и их основные характеристики

Диоды — это полупроводниковые приборы, пропускающие электрический ток только в одном направлении. Существует несколько основных видов диодов:

• Выпрямительные диоды — используются для преобразования переменного тока в постоянный
• Стабилитроны — поддерживают постоянное напряжение на участке цепи
• Варикапы — изменяют емкость в зависимости от приложенного напряжения
• Светодиоды — излучают свет при прохождении через них электрического тока
• Фотодиоды — генерируют электрический ток под воздействием света

Основными характеристиками диодов являются:

• Максимальный прямой ток
• Максимальное обратное напряжение
• Прямое падение напряжения
• Обратный ток утечки
• Емкость p-n перехода
• Быстродействие

Принцип работы и устройство светодиодов

Светодиод (LED — Light Emitting Diode) — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. Принцип работы светодиода основан на явлении электролюминесценции.

Конструктивно светодиод состоит из:

• Полупроводникового кристалла
• Отражателя
• Линзы
• Корпуса
• Выводов (анода и катода)

При подаче прямого напряжения в области p-n перехода происходит рекомбинация электронов и дырок, сопровождающаяся излучением фотонов. Цвет свечения зависит от используемых полупроводниковых материалов.

Основные характеристики светодиодов

Ключевыми параметрами светодиодов являются:

• Яркость свечения (световой поток)
• Цвет и длина волны излучения
• Угол рассеивания светового потока
• Прямой ток
• Прямое напряжение
• Максимальная рассеиваемая мощность
• Срок службы

Современные светодиоды имеют световую отдачу до 150-200 лм/Вт, срок службы 50 000 — 100 000 часов, угол излучения от 15° до 180°.

Типы светодиодов по конструкции и применению

По конструкции и применению выделяют следующие основные типы светодиодов:

• Индикаторные — для световой индикации
• Осветительные — для общего и местного освещения
• SMD светодиоды — для поверхностного монтажа
• Мощные светодиоды — с током более 350 мА
• RGB светодиоды — многоцветные
• COB светодиоды — с множеством кристаллов на одной подложке

Наиболее распространенные типоразмеры SMD светодиодов: 3528, 5050, 5630, 2835, 3014.

Схемы подключения светодиодов к источнику 12В

При подключении светодиодов к источнику питания 12В необходимо использовать токоограничивающий резистор. Существует несколько вариантов схем:

Последовательное подключение

В этой схеме светодиоды и резистор соединяются последовательно:

• Плюс источника — резистор — светодиод 1 — светодиод 2 — … — светодиод N — минус источника

Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:

R = (U — N * Vf) / I

где U — напряжение источника, N — количество светодиодов, Vf — прямое падение напряжения на светодиоде, I — рабочий ток светодиода.

Параллельное подключение

В параллельной схеме каждый светодиод подключается к источнику через свой резистор:

• Плюс источника — резистор 1 — светодиод 1 — минус источника
• Плюс источника — резистор 2 — светодиод 2 — минус источника
• …

Сопротивление каждого резистора: R = (U — Vf) / I

Схемы подключения светодиодов к сети 220В

Для питания светодиодов от сети 220В необходимо использовать специальные драйверы или простейшие схемы на основе гасящих конденсаторов.

Схема с гасящим конденсатором

Простейшая схема включает: — Диодный мост — Гасящий конденсатор — Резистор — Цепочку светодиодов

Емкость конденсатора рассчитывается по формуле:

C = I * 10^6 / (2 * π * f * U)

где I — ток светодиодов, f — частота сети, U — напряжение сети.

Схема с драйвером

Более надежное решение — использование специализированного LED-драйвера. Он обеспечивает: — Стабилизацию тока светодиодов — Защиту от перегрузки и короткого замыкания — Высокий КПД — Корректировку коэффициента мощности

Преимущества светодиодов перед другими источниками света

Светодиоды обладают рядом важных преимуществ:

• Высокая энергоэффективность (до 150-200 лм/Вт)
• Длительный срок службы (50 000 — 100 000 часов)
• Отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения
• Экологическая безопасность (не содержат ртути)
• Механическая прочность
• Малые размеры
• Возможность получения любого цвета излучения
• Мгновенное включение на полную яркость

Эти преимущества обеспечивают широкое применение светодиодов в различных областях — от бытового и уличного освещения до автомобильной и авиационной техники.

Светодиоды: принципы работы, виды, характеристики, области применения | LIGHT-RU.RU

Светодиоды различных цветов

Сегодняшний мир невозможно себе вообразить без электрического освещения. Огромные мегаполисы и самые отдаленные уголки земного шара освещаются всевозможными электрическими источниками искусственного света. Однако, непрерывное развитие технологий приводит к тому, что мастодонт электрического освещения — «лампочка Ильича» — уверенно уступает лидирующие позиции современным высокотехнологичным и высокоэкономичным источникам электрического света, среди которых, безусловно, безоговорочно лидируют светодиоды.

Содержание статьи

Что такое светодиод и история его изобретения

Принцип действия светодиода

Светодиод — это полупроводниковый прибор, излучающий фотоны определенной частоты при пропускании через него электрического тока.

Часто термин «светодиод» заменяется англоязычной аббревиатурой LED от «led emitting diod» — светоизлучающий диод. Русскоязычный аналог данного словосочетания — СИД — используется значительно реже.

Эффект испускания фотонов достигается благодаря наличию в этих приборах электронно-дырочного перехода, рекомбинация электронов и дырок в котором сопровождается переходом электронов с одного энергетического уровня на другой, в результате чего избыток энергии высвобождается в виде свободного фотонного излучения.

Олег Лосев, советский ученый, изобретатель, один из праотцов светодиода

Впервые подобное явление было обнаружено в далеком 1907 году английским исследователем Генри Раундом. Позднее независимо от него советский ученый Олег Лосев в 1923 году также зафиксировал электролюминесценцию в точке контакта карбида кремния и стали под воздействием электрического тока и даже смог запатентовать своё изобретение под названием «Световое реле» в 1927 году. Но, как часто бывает, открытие не было должным образом оценено современниками и до победного шествия светодиодов оставались долгие десятилетия.

Технология создания инфракрасных светодиодов была освоена в США лишь в 1961 году, а первый реально применимый светодиод в видимом диапазоне спектра (красный) был создан в 1962 году Ником Холоньяком. Позднейшие исследования привели к созданию в 1971 году синего светодиода, а в 1972 году был создан первый жёлтый светодиод и были разработаны способы десятикратного увеличения яркости красных светодиодов.

Тем не менее, несмотря на очевидный прогресс в развитии светодиодной техники, светодиоды оставались чрезмерно дорогими вплоть до конца 60-х годов ХХ века. Их широкое промышленное производство и применение начинается лишь в 70-х годах ХХ века, а производство дешевых синих светодиодов началось лишь после 1990 года, когда японским ученым, получившим позднее за это Нобелевскую премию, удалось критически усовершенствовать технологию их создания.

Виды светодиодов в зависимости от химического состава полупроводников

Поскольку светодиоды являются полупроводниковыми приборами, то и материалы, используемые для их создания, являются традиционными для полупроводниковой техники. Самый распространенный, безусловно, галлий в химических соединениях с другими элементами. Широко применяются также индий, алюминий, кремний.

Использование разнообразных соединений дает возможность получать светодиоды, испускающие свет в диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового. А использование дополнительно нанесенных люминофоров и цветных пластиков еще больше расширяет цветовую палитру получаемого света.

Виды полупроводниковых материалов, используемых в светодиодах для получения излучения различного спектра

	Цвет	Длина волны, нм	Падение напряжения, В	Полупроводниковые материалы
	Инфракрасный	λ > 760	ΔU	Арсенид галлия (GaAs) Алюминия галлия арсенид (Aluminium gallium arsenide AlGaAs)
	Красный	610	1,63	Алюминия-галлия арсенид (AlGaAs) (Aluminium gallium arsenide AlGaAs) Галлия арсенид-фосфид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Оранжевый	590	2,03	Галлия фосфид-арсенид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Жёлтый	570	2,10	Галлия арсенид-фосфид (GaAsP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Галлия(III) фосфид (GaP)
	Зеленый	500	1,9	Индия-галлия нитрид (InGaN) / Галлия(III) нитрид (GaN) Галлия(III) фосфид (GaP) Алюминия-галлия-индия фосфид (AlGaInP) Алюминия-галлия фосфид (AlGaP)
	Синий	450	2,48	Селенид цинка (ZnSe) Индия-галлия нитрид (InGaN) Карбид кремния (SiC) в качестве субстрата Кремний (Si) в качестве субстрата — (в разработке)
	Фиолетовый	400	2,76	Индия-галлия нитрид (InGaN)
	Пурпурный	Смесь нескольких спектров	2,48	Двойной: синий/красный диод, синий с красным люминофором, или белый с пурпурным пластиком
	Ультрафиолетовый	λ	3,1	Алмаз (235 нм) Нитрид бора (215 нм) Нитрид алюминия (AlN) (210 нм) Нитрид алюминия-галлия (AlGaN) Нитрид алюминия-галлия-индия (AlGaInN) — (менее 210 нм)
	Белый	Широкий спектр	ΔU ≈ 3,5	Синий/фиолетовый диод с люминофором

Типоразмеры SMD светодиодов

SMD — Surface Mount Device — электронные детали или устройства, монтируемые на поверхность (как правильно, на поверхность платы).

Именно такой тип монтажа стал самым распространенным в мире электроники и, соответственно, самыми распространенным являются и SMD светодиоды, т.е. светодиоды, предназначенные для поверхностного монтажа. Иногда их называют чип-светодиодами, но такое название скорее редкость.

Существует несколько самых распространенных размеров SMD светодиодов. Как правило, разные производители придерживаются общепринятых стандартов, хотя, например, световой поток светодиодов одного типоразмера у разных изготовителей может отличаться.

SMD 3528

Светодиод SMD 3528

Светодиоды для поверхностного монтажа типоразмера 3528 являются, пожалуй, одним из наиболее распространенных вариантов. Они имеют прямоугольную форму со сторонами 3,5 и 2,8 миллиметра. Толщина составляет 1,4 мм. Для облегчения монтажа на корпусе светодиода со стороны катода делается срез угла, позволяющий однозначно определить правильное расположение элемента. Светоизлучающая поверхность сформирована в виде круга и, как правило, покрыта люминофором, отличающимся в зависимости от целей использования светодиода.

Существенной особенностью данных светодиодных элементов является сильная зависимость их яркости от температуры. Так, при нагревании светодиода до 80 °C его яркость может упасть на 25% и более.

SMD 5050

Светодиод SMD 5050

Светодиоды SMD 5050 обладают квадратным корпусом размером 5,0 на 5,0 мм, внутри которого расположены три кристалла по своим характеристикам идентичных тем, которые устанавливаются в SMD 3528. Фактически SMD 5050 можно считать более совершенной версией светодиодов 3528. Возможность установки трёх кристаллов в один корпус позволяет создавать более мощные и яркие светодиоды, а наличие возможности независимого управления каждым кристаллом позволяет создавать многоцветные

RGB светодиоды, способные излучать практически весь видимый человеческим глазом световой спектр.

SMD 5630

Светодиод SMD 5630

Появление нового типа светодиодов с габаритами корпуса 5,6 на 3,0 мм засвидетельствовало не только внешние изменения привычных размеров SMD, но и ознаменовало внесение в их конструкцию заметных улучшений, влияющих на существенные показатели их работы. Применение новых материалов и инженерных решений позволило увеличить мощность и светоотдачу светодиодов 5630 по сравнению с их более ранними собратьями.

Несмотря на наличие в SMD 5630 четырёх выводов используется всего два из них. Второй является отрицательным катодом, а четвертый положительным анодом. При этом ключ катода расположен возле первого вывода. Размещение чипов SMD 5630 на металлической подложке является хорошим тоном, так как способствует значительному улучшению отвода тепла из рабочей зоны и, соответственно, продлению срока службы высокотехнологичного устройства.

На следующем рисунке наглядно представлена разница между направлением светового потока и углами обзора у светодиодов 3528, 5050 и 5630. Невооруженным глазом заметен рост данных показателей с увеличением форм-фактора чип-светодиода.

Сравнительная характеристика направления и угла излучения светодиодов 3528, 5050 и 5630

SMD 5730

Светодиод SMD 5730

Братья-близнецы светодиодов 5630 — светодиоды SMD 5730 — появились на рынке практически одновременно со своими младшими соплеменниками и во многом являются их аналогами. Среди конструктивных отличий необходимо отметить, что светоизлучающие диоды 5,7 на 3,0 мм имею лишь два контакта, в отличие от светодиодов 5630. При этом они несколько выше (приблизительно на 0,5 мм). Также светодиоды 5730 подразделяются по потребляемой мощности на два класса: 0,5 Вт и 1 Вт, и часто обозначаются соответственно SMD 5730-05 и SMD 5730-1. Устройства обоих этих классов являются высокоэффективными светоизлучающими устройствами с низким тепловым сопротивлением кристалл/подложка около 4 °C, что значительно повышает энергоэффективность и долговечность оборудования на их базе.

Сравнительные характеристики чип-светодиодов SMD5730-05 и SMD5730-1

Параметр SMD	Максимально допустимое значение		Единица измерения
	SMD5730-05	SMD5730-1
Прямой ток	180	350	mA
Импульсный прямой ток	400	800	mA
Рассеиваемая мощность	0. 5	1.1	W
Температура перехода	130	130	°C
Рабочая температура	— 40 / + 65	— 40 / + 65	°C
Температура хранения	— 55 / + 100	— 55 / + 100	°C
Температура пайки	300°C в течении 2 сек.	300°C в течении 2 сек.

Как видно из приведенных данных, светодиоды 5730-1, имея вдвое большую рассеиваемую мощность, функционируют и при больших токах. Таким образом, при выборе между светодиодами 5730-05 и 5730-1 необходимо учитывать как условия отвода тепла в готовом изделии, так и электротехнические параметры работы светоизлучающего диода.

Сравнительная характеристика светодиодов различных типоразмеров

Параметр	3528	5050	5630	5730 (0,5 Вт)	5730 (1 Вт)
Световая отдача (Лм/Вт)	5	15	40	40	100
Мощность, Вт	0,06	0,2	0,5	0,5	1,0
Температура, °C	+65	+65	+80	+80	+80
Ток, А	0,02	0,06	0,15	0,15	0,30
Напряжение, В	3,3	3,3	3,3	3,4	3,4
Размеры, мм	3,5 х 2,8	5,0 х 5,0	5,6 х 3,0	5,7 х 3,0	5,7 х 3,0

SMD 3014

Светодиод SMD 3014

Сравнительно недавно появившиеся светоизлучающие диоды форм-фактора 3,0 на 1,4 мм не только имеют существенно меньшие внешние размеры, чем более ранние SMD, но и обладают значительно более высокой энергетической эффективностью.

Данные светодиоды работают при максимальном токе 30 мА, что позволяет отнести их к слаботочным устройствам. Также при их монтаже необходимо учитывать, что контакты анода и катода не только выведены на боковые поверхности, но и уходят под нижнюю часть изделия. Целью данного изменения было увеличение теплоотвода от меньшего по размеру, но более мощного потребителя.

SMD 2835

Светодиод SMD 2835

Светодиоды SMD 2835 вобрали в себя, пожалуй, самые лучшие черты других LED SMD. Несмотря на то, что размеры светодиодов 2835 совпадают с размерами светодиодов 3528 (3,5 х 2,8 мм), SMD2835 имеют иную конструкцию светоизлучающей поверхности, выполненной в форме прямоугольника, что снижает неэффективные потери энергии и повышает оптические показатели, в частности, угол обзора.

Конструктивные особенности светодиодов 2835 (использование контактов анода и катода в качестве теплоотводящей подложки) сближает эти устройства с SMD3014, в которых реализован такой же принцип. По электротехническим же характеристикам наиболее близкими к SMD2835 являются SMD5730-05

Энергетическая эффективность различных светодиодов

Развитие LED технологий направлено в первую очередь на увеличение их энергоэффективности. Средние показатели световой отдачи для различных типов чип-светодиодов составляют следующие значения:

• SMD 3528 — 70 лм/Вт
• SMD 5050 — 80 лм/Вт
• SMD 5630 — 80 лм/Вт
• SMD 5730-05 — 80 лм/Вт
• SMD 5730-1 — 100 лм/Вт

Из приведенных данных видно, что со сменой поколений светодиодов кардинального роста световой отдачи не произошло. В тоже время, если сравнить светодиоды SMD3528 и светодиоды SMD5730-1, то можно обнаружить, что световой поток вырос почти в 22 раза, в то время как потребление энергии возросло всего в 15 раз.

Подключение светодиодов в электрическую цепь

Обозначение светодиода на электрической схеме

Штатное функционирование светоизлучающих диодов возможно только при подаче на анод положительного потенциала, а на катод — отрицательного, т.е. при прохождении через него тока только в прямом направлении.

Поскольку p-n переход имеет резко возрастающую вольт-амперную характеристику, светодиод должен подключаться к источнику тока. При подключении светодиода к источнику напряжения должна предусматриваться установка ограничивающих ток элементов (например, резисторов). Роль таких элементов может выполнять сама электрическая цепь. Модели светодиодов некоторых производителей поставляются с уже встроенными токолимитирующими элементами. В таких случаях в техническом описании к светодиодам указываются максимальные и минимальные допустимые значения подаваемого на светоизлучающий диод напряжения.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода в светодиодах

Выход из строя светодиода может быть связан с подачей на его контакты напряжения, превышающего заявленные производителем пределы. В этом случае на светодиоде выделяется количество тепла, которое не может быть отведено теплоотводящими элементами, что приводит к перегреву SMD светодиода и его необратимому выходу из строя.

Токолимитирующая цепь для маломощных светодиодов (простейший вариант) может представлять собой элементарный резистор, включенный последовательно со светодиодом. В более сложных случаях, когда существует необходимость защиты мощных светодиодов, применяются схемы с широтно-импульсной модуляцией. Такой вариант позволяет решить сразу две задачи: во-первых, поддерживает среднее значение тока, идущего через светодиод на безопасном уровне и, во-вторых, позволяет диммировать светодиод, т.е. регулировать яркость его свечения.

Необходимо помнить, что при использовании источников питания с низким внутренним сопротивлением, не допускается подача на светодиод напряжения обратной полярности, т. к. у большинства светодиодов обратное пробивное напряжение составляет всего несколько вольт. В том случае, если светодиод используется в схеме, где есть вероятность появления обратного напряжения, светодиод следует защищать путём установки параллельно с ним обычного диода в обратной полярности.

Варианты защиты светодиодов от обратного напряжение (на примере подключения к сети переменного тока 220В)

Защита светодиодов от обратного напряжения диодом

Встречно-параллельное подключение светодиода и диода

Встречно-параллельное подключение двух светодиодов

Преимущества светодиодов по сравнению с другими источниками света

Являясь качественно новыми источниками электромагнитного излучения, светодиоды обладают рядом существенных преимуществ перед своими предшественниками, что способствует их широкому перманентному внедрению в различных областях народно-хозяйственного комплекса.

Среди преимуществ светодиодов необходимо выделить следующие их качества и характеристики:

• Отсутствие в LED светодиодах чувствительных к механическим воздействиям конструктивных элементов (таких, например, как нить накаливания) определяет их повышенную вибро- и механическую стойкость к неблагоприятным воздействиям во время изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации.
• Крайне эффективное преобразование светодиодами электрической энергии в световую определяет крайне высокий коэффициент их световой отдачи. Натриевые газоразрядные и металлогалогенные лампы, бывшие многие десятилетия бесспорными лидерами на рынке по показателю световой отдачи, в настоящее время утратили свои лидирующие позиции из-за появления не менее эффективных светоизлучающих диодов. Так, если показатель световой отдачи у натриевых газоразрядных ламп составляет около 150 лм на Вт потребляемой мощности, то у самых современных светодиодов он достиг 146 лм/Вт и продолжает повышаться вместе с развитием технологий и применением новых конструкторских решений.
• Срок эксплуатации светодиодов составляет от 30 тыс. до 100 тыс. часов, что значительно превышает показатели источников света, изготовленных по другим технологиями. Недостатком светоизлучающих диодов является то, что при длительной эксплуатации и/или неэффективном отводе тепла их кристаллы подвержены так называемой деградации, приводящей к плавному снижению яркости излучения.
• Существенным плюсом светодиодов является независимость длительности их службы от количества итераций включения-выключения. Этим они выгодно отличаются от других светоизлучающих устройств (например, газоразрядных ламп и ламп накаливания), чувствительных к количеству циклов включения-выключения.
• Излучению светодиодов имманентно присуща спектральная чистота, в то время как в других устройствах она достигается за счет использование различных светофильтров. Спектрографический анализ излучения красного светодиода
• Экологическая безопасность LED обусловлена тем, что в их производстве не используются опасные элементы и соединения (ртуть, фосфор, галогениды металлов). Также в спектре их излучения отсутствует ультрафиолет, что приводит к отсутствию необходимости создания защиты от него.
• Светодиоды безопасны в эксплуатации, т.к. обычно они питаются относительно низкими напряжениями и, благодаря высокой светоотдаче, редко нагреваются выше 50-60 °C
• Немаловажным фактором, способствующим широкому применению светодиодов, является отсутствие инерционности их включения: максимальная яркость излучения достигается сразу после включения, в то время как у энергосберегающих люминесцентных ламп время включения колеблется от 1 секунды до 1 минуты, а выход на стопроцентную яркость происходит в течение 3-10 минут после начала работы (в зависимости от температуры окружающей среды и особенностей лампы).
• Практически нулевая чувствительность светодиодов к низким и ультранизким температурам позволяет использовать их вне помещений в странах с суровым климатом. В тоже время, как уже отмечалось, светодиоды (как и любые другие полупроводниковые приборы) чувствительны к высоким температурам. В связи с этим при монтаже LED устройств всегда необходимо уделять особое внимание наличию достаточного уровня отвода тепла.
• Широкое варьирование угла излучения у различных видов светодиодов (от 15° до 180°) позволяет решать различные конструкторские и технологические задачи при создании устройств с их использованием.
• Наличие широкого спектра белых светодиодов (белый теплый, белый дневной, белый холодный) дает возможность использовать различные их типы для решения различных задач в зависимости от конкретной ситуации и необходимости получения того или иного эффекта от освещения.
• Относительно низкая стоимость светодиодов (особенно индикаторных).
• Высокие показатели коэффициента цветопередачи CRI.

Применение светодиодов

Благодаря широкому спектру преимуществ, светодиодные источники излучения нашли применения в разнообразных областях. Основными направлениями использования LED являются:

• Исторически первой областью применения светодиодов было приборостроение. Именно здесь светодиоды стали массово применяться в качестве устройств индикации. Индикаторами могут быть как одиночные LED (например, индикатор включения в сеть), так и собранные в различные табло (цифровые, цифро-буквенные).
• В последние десятилетия стали широко использоваться так называемые светодиодные кластеры. По сути это массив светодиодов, находящихся под общим цифровым (как правило) управлением. Обывателю такие кластеры знакомы в виде бегущих строк, больших экранов, размещаемых на улицах городов.
• Также светодиоды обеспечивают подсветку жидкокристаллических экранов мобильных устройств, телевизоров и мониторов персональных компьютеров и ноутбуков.
• Мощные и сверхмощные светодиоды нашли своё применение в фонарях уличного освещения, а также в современных светофорах. Применение LED излучателей в светофорах крупных городов не только способствует оптимизации потребления электроэнергии, но и за счет высокой светоотдачи и цветопередачи способствует снижению аварийности на дорогах.
• Повышению безопасности на дорогах способствует и внедрение принципиально новых элементов дорожной обстановки: дорожных знаков на основе светодиодов. Такие знаки прекрасно видны в любое время суток и практически в любую погоду.
• В последние годы светодиоды получили широкое распространение в качестве основных источников промышленного и бытового освещения. Светильники на основе LED, а также светодиодные ленты уверенно вытесняют с рынка другие виды источников света. В первую очередь это происходит за счет лавинообразного снижения цен на светодиоды в последнее время, а также благодаря появлению множества локальных производителей достаточно качественной светодиодной продукции.
• Использование LED технологий в растениеводстве позволяет создавать узкоспециализированные источники освещения (фитолампы) с особым спектром излучения, обеспечивающим максимальную эффективность процесса фотосинтеза в листьях сельскохозяйственных растений. Применение подобных приборов особенно перспективно на территориях с северным климатом.
• Стремительное развитие информационных технологий также обуславливает значительный спрос на светодиодную продукцию. Использование LED в качестве легкодоступных источников модулированного электромагнитного излучения широко распространено при создании систем передачи информации по оптическим волокнам.
• Заняли свою нишу светодиоды и в сфере дизайна в виде цветных светодиодных лент, гибких шнуров дюралайт, светодиодных гирлянд. С их помощью оформляются как интерьеры жилых помещений, так и архитектурные и арт-объекты, а также концертные и выставочные залы, бары, дискотеки, ночные клубы.
• Дешевизна и чарующая привлекательность LED привела к их повсеместному использованию в игрушках, детских играх, различных USB-устройствах.
• Менее известно, но от того не менее широко распространено использование светодиодов в оптронах, позволяющих создавать разнообразные детекторы наличия, дискретные спидометры, детекторы начала и конца, а также устройства передачи сигнала без передачи электрического напряжения. Устройство и обозначение оптрона (оптопары)

LIGHT-ru.RU — С НАМИ СВЕТЛЕЕ!

Выпрямительные диоды малой, средней и большой и мощности, справочник

Приведены электрические характеристики выпрямительных диодов отечественного производства. Рассмотрены выпрямительные диоды малой, средней и большой мощности. Справочник по отечественным полупроводниковым диодам.

Используемые в таблицах сокращения:

• Uобр.макс. — максимально-допустимое постоянное обратное напряжение диода;
• Uобр.и.макс. — максимально-допустимое импульсное обратное напряжение диода;
• Iпр.макс. — максимальный средний прямой ток за период;
• Iпр.и.макс. — максимальный импульсный прямой ток за период;
• Iпрг. — ток перегрузки выпрямительного диода;
• fмакс. — максимально-допустимая частота переключения диода;
• fраб. — рабочая частота переключения диода;
• Uпр при Iпр — постоянное прямое напряжения диода при токе Iпр;
• Iобр. — постоянный обратный ток диода;
• Тк.макс. — максимально-допустимая температура корпуса диода;
• Тп.макс. — максимально-допустимая температура перехода диода.

Диоды малой мощности

Рис. 1. Выпрямительные отечественные диоды малой мощности.

В таблице приведены справочные данные по отечественными выпрямительным диодам малой мощности.

Тип прибора	Предельные значения параметров при Т=25С			Значения параметров при Т=25С				Тк.мах (Тп.) С
	Uобр.макс. (Uобр. и.мак.) B	Iпр.макс. (Iпр.и.мак.) mA	Iпрг. A	fраб. (fмакс.) мГц	Uпр. B	при Iпр. mA	Iобр. mkA
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Д2Б	10 (30)	16	—	150	1,0	5,0	100	60
Д2В	30 (40)	25	—	150	1,0	9,0	250	60
Д2Г	50 (75)	16	—	150	1,0	2,0	250	60
Д2Д	50 (75)	16	—	150	1,0	4,5	250	60
Д2Е	100 (100)	16	—	150	1,0	4,5	250	60
Д2Ж	150 (150)	8	—	150	1,0	2,0	250	60
Д2И	100 (100)	16	—	150	1,0	2,0	250	60
МД3	15	12 (15)	—	—	1,0	5,0	100	70
Д7А	(50)	300	1,0	—	0,5	300	100	70
Д7Б	(100)	300	1,0	0,0024	0,5	300	100	70
Д7В	(150)	300	1,0	0,0024	0,5	300	100	70
Д7Г	(200)	300	1,0	0,0024	0,5	300	100	70
Д7Д	(300)	300	1,0	0,0024	0,5	300	100	70
Д7Е	(350)	300	1,0	0,0024	0,5	300	100	70
Д7Ж	(400)	300	1,0	0,0024	0,5	300	100	70
Д9Б	(10)	40	—	40	1,0	90	250	70
Д9В	(30)	20	—	40	1,0	10	250	70
Д9Г	(30)	30	—	40	1,0	30	250	70
Д9Д	(30)	30	—	40	1,0	60	250	70
Д9Е	(50)	20	—	40	1,0	30	250	70
Д9Ж	(100)	15	—	40	1,0	10	250	70
Д9И	(30)	30	—	40	1,0	30	120	70
Д9К	(50)	30	—	40	1,0	60	60	70
Д9Л	(100)	15	—	40	1,0	30	250	70
Д10	10 (10)	16	—	150	—	—	100	70
Д10А	10 (10)	16	—	150	—	—	200	70
Д10Б	10 (10)	16	—	150	—	—	200	70
Д11	30 (40)	20	—	150	1,0	100	250	70
Д12	50 (75)	20	—	150	1,0	50	250	70
Д12А	50 (75)	20	—	150	1,0	100	250	70
Д13	75 (100)	20	—	150	1,0	100	250	70
Д14	100 (125)	20	—	150	1,0	50	250	70
Д14А	100 (125)	20	—	150	1,0	100	250	70
Д101	75 (75)	30	—	200	2,0	2,0	10	125
Д101А	75 (75)	30	—	200	1,0	1,0	10	125
Д102	50 (50)	30	—	200	2,0	2,0	10	125
Д102А	50 (50)	30	—	200	1,0	1,0	10	125
Д103	30 (30)	30	—	200	2,0	2,0	30	125
Д103А	30 (30)	30	—	200	1,0	1,0	30	125
Д104	100 (100)	30	—	600	2,0	2,0	5,0	125
Д104А	100 (100)	30	—	600	1,0	1,0	5,0	125
Д105	75 (75)	30	—	600	2,0	2,0	5,0	125
Д105А	75 (75)	30	—	600	1,0	1,0	5,0	125
Д106	30 (30)	30	—	600	2,0	2,0	30	125
Д106А	30 (30)	30	—	600	1,0	1,

Интересное о LED » Какие бывают светодиоды?

Все светодиоды можно классифицировать по определенным признакам – назначению, мощности, цветности и т. д. Предлагаем рассмотреть каждую классификацию в отдельности.

По типу применения

Все светодиоды по типу применения можно разделить на 2 большие группы – индикаторные и осветительные, а также лазерные.

1. Индикаторные. Используются в качестве индикаторов, которые встраиваются в габаритные огни автомобилей, светофоры, LED-ленты, гирлянды, электронные устройства и т.д. Эти светодиоды подразделяются на такие виды: DIP, «Пиранья», Strow Hat, SMD.
2. Осветительные. Их применяют для создания светодиодных светильников разного типа – для улиц, жилых и общественных помещений. Например, модель LeDron 9073-A создана для эксплуатации в сухих помещениях. Из осветительных диодов можно назвать: SMD LED, COB, Filament LED.
3. Лазерные. Это малая группа светодиодов, которые нельзя отнести ни к осветительным, ни к индикаторным. По конструкции это полупроводниковые элементы, обработанные особым образом так, чтобы генерировать сверхузкий луч света. Используются в устройствах для нанесения точной разметки, лазерных указках, компьютерных мышах и т.д.

Каких цветов бывают светодиоды?

Различие диодов по цветам излучения – первое, что приходит на ум. Действительно, это самая заметная разница между полупроводниковыми элементами. Цвет свечения будет зависеть от длины волны излучения.

Самый распространенный цвет свечения светодиодов – белый. В зависимости от цветовой температуры (измеряется в Кельвинах) он может быть нейтральным, теплым или холодным. Также встречаются зеленый оттенок свечения светодиодов, синий, красный, желтый, оранжевый и белый.

Это все касалось только монохромных оттенков свечения. Но есть и формат RGB, когда светодиодное устройство может воспроизводить разноцветный спектр излучения. Фактически это достигается установкой монохромных диодов вместе. Это полупроводниковые кристаллы с красным излучением (R – “red”), зеленым (G – “green”) и синим (B – “blue”).

При подключении контроллера к осветительному прибору начинается воспроизведение свечения кристаллов в заданном порядке, что и создает светодинамический эффект многоцветного излучения.

Какой мощности бывают светодиоды?

Еще одна характеристика, по которой различают полупроводниковые элементы – мощность. Мощность диода, как правило, напрямую связана с его яркостью – чем мощнее элемент, тем более яркий поток света он создает. При этом он будет и потреблять больше электроэнергии, и требовать более эффективного отвода тепла в корпусе осветительного прибора.

Светодиоды с самой малой мощностью – индикаторные, а также диоды поверхностной установки (SMD). В среднем, показатель их мощности равен 0,06-0,2 Ватт. К мощным моделям будут относиться брендовые полупроводниковые кристаллы (таких производителей, как CREE, Osram и других). Показатель их мощности будет достигать значения в 2,6 Ватт.

На какое напряжение бывают светодиоды?

Как такового понятия напряжения у светодиодов нет. Фактически определяется лишь величина напряжения на выходе диода после прохождение через него номинального тока, а через эту величину определяется напряжение на самом кристалле.

Зависит это напряжение от цвета излучения LED-элемента. К примеру, для красных и желтых диодов напряжение будет варьироваться от 1,8 до 2,4 вольт, а для белых, синих и зеленых будет доходить до 3 вольт.

Какой формы и размеров бывают диоды?

Также LED-элементы можно разделять по формам и размерам. Они могут иметь различную форму:

• Цилиндрическую;
• Квадратную;
• Прямоугольную.

Размеры будут определяться в миллиметрах. Для цилиндрических диодов указываются размеры высоты и диаметра, для квадратных и прямоугольных – размеры сторон. Например, распространенный ЧИП-светодиод SMD 3528 имеет размеры сторон 3,5 x 2,8 мм.

Все светодиоды имеют свое предназначение и могут использоваться в разных сферах – в конструкциях светильников для жилых помещений (к примеру, в модели LeDron SCOPE B), в светодиодных лентах разного назначения, в прожекторной подсветке и т.д.

Чтобы подробнее узнать про конструкцию светодиодов, их составные части и устройство, советуем прочитать статью «Как делают светодиоды».

Маркировка диодов — обозначение диодов на корпусе

Под диодом обычно понимают электровакуумные или полупроводниковые приборы, которые пропускают переменный электрический ток только в одном направлении и имеют два контакта для включения в электрическую цепь. Односторонняя проводимость диода является его основным свойством. Диоды бывают низкой, средней, высокой и сверхвысокой частоты. Кроме того, у них различная рассеиваемая мощность: малая, средняя и большая.

УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ ДИОДА (НОВАЯ СИСТЕМА)

ПЕРВЫЙ элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупроводниковый материал:

• Г или 1 — германий или его соединения;
• К или 2 — кремний или его соединения;
• А или 3 — арсенид галлия;
• И или 4 — соединения индия.

ВТОРОЙ элемент (буква) обозначает подкласс диодов:

• Д — диоды выпрямительные и импульсные;
• Ц — выпрямительные столбы и блоки;
• В — варикапы;
• Б — диоды Ганна;
• И — туннельные диоды;
• А — сверхвысокочастотные диоды;
• С — стабилитроны;
• Г — генераторы шума;
• Л — излучающие оптоэлектронные приборы;
• О — оптопары.

ТРЕТИЙ элемент (цифра) обозначает основные функциональные возможности прибора.
Для подкласса Д (диоды):

• 1 — выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока не более 0,3 А;
• 2 — выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока более 0,3 А, но не свыше 10 А;
• 4 — импульсные диоды c временем восстановления обратного сопротивления более 500 нс;
• 5 — импульсные диоды c временем восстановления более 150 нс, но не свыше 500 нс;
• 6 — импульсные диоды c временем восстановления 30…150 нс;
• 7 — импульсные диоды c временем восстановления 5…30 нс;
• 8 — импульсные диоды c временем восстановления 1…5 нс;
• 9 — импульсные диоды c эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1 нс.

ЧЕТВЕРТЫЙ элемент (число) обозначает порядковый номер разработки.
ПЯТЫЙ элемент (буква) условно определяет классификацию приборов.

УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ ДИОДА (СТАРАЯ СИСТЕМА)

ПЕРВЫЙ элемент (буква) — название, Д — диод.
ВТОРОЙ элемент (номер) обозначает тип диода:

• 1…100 — точечные германиевые;
• 101…200 — точечные кремниевые;
• 201…300 — плоскостные кремниевые;
• 801…900 — стабилитроны;
• 901…950 — варикапы;
• 1001…1100 — выпрямительные столбы.

ТРЕТИЙ элемент (буква) обозначает разновидность прибора. Этот элемент может отсутствовать, если разновидностей диода нет.

Например, диод КД202А расшифровывается так: К — кремниевый диод, Д — выпрямительный диод, 202 — назначение и номер разработки, А — разновидность.

ЦВЕТОВАЯ МАРКИРОВКА ДИОДОВ

Для некоторых типов диодов используется цветная маркировка в виде точек и полосок. Маркировочные полосы (кольца, метки) могут располагаться как со стороны анода, так и со стороны катода. Если маркировочных полос несколько, то следует обратить внимание на их толщину и на метки, определяющие полярность выводов. При совпадении цвета и типа маркировочных меток у различных типономиналов следует обратить внимание на цвет корпуса.

Отличают такие типы диодов:

1. Семейство Д9 маркируется одним-двумя цветными кольцами района анода.
2. Диоды КД102 в районе анода обозначаются цветной точкой. Корпус прозрачный.
3. КД103 имеют дополняющий точку цветной корпус, исключая 2Д103А, обозначаемый белой точкой области анода.
4. Семейства КД226, 243 маркируются кольцом области катода. Прочих меток не предусмотрено.
5. Семейство КД247 — два цветных кольца в районе катода.
6. Диоды КД410 обозначаются точкой в районе анода.

Таблица для определения типономинала отечественных диодов по нанесенной цветовой маркировке:

У импортных диодов система обозначений отличается, при выборе аналога, используйте специальные таблицы соответствия. Маркировка проводится согласно стандартам JEDEC (США) и PRO ELECTRON (Европа).

ОБОЗНАЧЕНИЕ ДИОДОВ НА СХЕМЕ

Условное обозначение диода — треугольник (символ анода) вместе с пересекающей его линией электрической связи образуют подобие стрелки, указывающей направление проводимости. Перпендикулярная этой стрелке черточка символизирует катод.

Буквенный код диодов — VD. Этим кодом обозначают не только отдельные диоды, но и целые группы, например, выпрямительные столбы. На основе базового символа построены и условные графические обозначения полупроводниковых диодов с особыми свойствами.

1.3. Разновидности диодов

Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя внешними выводами.

Электрический переход чаще всего образуется между двумя по­лупроводниками с разным типом примесной электропроводности.

Иногда электрический переход образуется между полупроводни­ком р- или n-типа и металлом, такой переход называют контактом металл — полупроводник.

	Таблица 1.1
Тип диода	Обозначение
Выпрямительный
Стабилитрон
Туннельный
Варикап

Классифицируют диоды по различным признакам:

по основному полупроводниковому материалу — германиевые, из арсенида галлия, кремниевые;

по физической природе процессов, обусловливающих их работу, — туннельные, фотодиоды, светодиоды и др.;

по назначе­нию — выпрямительные, импульсные, стабилитроны, варикапы и др.;

по технологии изготовления электрического перехода — сплавные, диффузионные и др.;

по типу электрического пepeхода — точечные, плоскостные.

Основными являются классификации по типу электричес­кого перехода и назначению диода. В табл.1.1 приведены обозначе­ния некоторых типов диодов.

Точечные диоды. Такие диоды имеют очень малую площадь элек­трического перехода. Точечный электрический переход создается в месте контакта небольшой пластинки полупроводника и острия металлической проволочки даже при простом их соприкосновении. Более надежный точечный электрический переход образуется формовкой кон­такта, для чего через собранный диод пропускают короткие импуль­сы тока (порядка нескольких ампер). В результате формовки острие проволочки надежно приваривается к пластинке полупроводника. При этом из-за сильного местного нагрева материал острия проволочки расплавляется и диффундирует в пластинку полупроводника, образуя слой иного типа, чем полупроводник. Между этим слоем и пластинкой образуется р-n-переход полусферической формы. Площадь р-n-пере­хода составляет примерно 10² — 10³ мкм² . Точечные диоды в основ­ном изготовляют из германия n-типа, проволочку (диаметром 0,05 -0,1 мм), из материала который для германия n-типа должен быть акцептором (например, бериллий). Иногда острие проволочки для по­лучения высококачественного р-n-перехода покрывают индием или другим акцептором.

Благодаря малой площади р-n-перехода емкость точечных ди­одов незначительна и составляет десятые доли пикофарады. Поэто­му точечные диоды используют на высоких (порядка сотен мегагерц) и сверхвысоких частотах. Их применяют в основном для выпрямления переменного тока высокой частоты (выпрямительные диоды высоко­частотные) и в импульсных схемах (импульсные диоды). Из-за ма­лой мощности, рассеиваемой р-n-переходом (~ 10 мВт), их можно использовать для выпрямления только малых переменных токов.

Плоскостные диоды. Такие диоды имеют плоский электрический переход. Его площадь может составлять от сотых долей квадратных миллиметров (микроплоскостные диоды) до нескольких десятков квадратных сантиметров (силовые диоды). Переход, выполняют в ос­новном методами вплавления или диффузии.

Плоскостные диоды используют для работы на частотах до 10 кГц. Ограничение по частоте связано с большой емкостью р-n-перехода (до десятков пикофарад).

Плоскостные диоды, как и точечные, могут быть выполнены с контактом металл — полупроводник. Емкость электрического пе­рехода таких диодов небольшая, поэтому их используют для работы в импульсных режимах (сверхскоростные импульсные диоды).

Плоскостные диоды бывают малой мощности (до 1 Вт), средней мощности (на токи до 1 А, напряжение до 600 В) и мощные (на токи до 2000 A и выше).

Выпрямительные диоды. В выпрямительных диодах используется свойство односторонней проводимости р-n-перехода. Их применяют в качестве вентилей, которые пропускают переменный ток только в одном направлении. Вентильные свойства диода, зависят от того, насколько мал обратный ток. Для уменьшения обратного тока необ­ходимо снижать концентрацию неосновных носителей, что может быть обеспечено за счет высокой степени очистки исходного полупровод­ника. Обычно применяют полупроводники, в которых на 10⁹ — 10¹⁰ атомов основного элемента приходится один атом примеси.

Вольт-амперные характеристики реальных диодов несколько от­личны от характеристики идеального р-n-перехода: их вид зависит от рода основного полупроводникового материала, площади р-n-перехода, температуры. На рис.1.8 показано изменение вольт-ампер­ной характеристики диода с температурой. Особенно сильно влияние температуры сказывается на обратной ветви характеристики, так как с ростом температуры возрастает тепловой ток. С ростом обратно­го тока увеличивается нагрев р-n-перехода, что может привести к тепловому пробою. Верхний предел рабочих температур для герма­ниевых диодов составляет 85 — 100° С, для кремниевых — до 200° С.

К основным параметрам диодов относятся:

I_пp.cp. — среднее значение прямого тока;

U_пр.ср.— прямое падение напряжения;

I_обр. — обратный ток через вентиль;

U_max.обр.— максимальное обратное напряжение.

В табл.1.2 приводятся параметры некоторых выпрямительных диодов.

Импульсные диоды. Диоды, предназначенные для работы в им­пульсных режимах, называются импульсными. Их используют в быстро­действующих импульсных схемах (логические схемы, диодные ограни­чители, фиксаторы уровня и др.).

Таблица 1.2

Тип и обозначение прибора	Iпр.ср, А	Uпр.ср, В	Uобр.max, В	Iобр., mА
Кремниевые диоды малой мощности
КД103А-КД105В	0,1 — 0,3	1 — 1,2	30 – 600	0,05 — 0,3
Д206 – Д211	0,1	1	100 – 600	0,05
Д217 – Д218	0,1	0,7	800 – 1000	0,05
Кремниевые диоды средней мощности
Д202 – Д205	0,4	1	100 – 400	0,5
Д214 – Д215Б	2 — 10	1	100 – 200	3
Д242 – Д248БП	5 — 10	1 – 1,5	100 – 600	3
Кремниевые силовые диоды
В10 – В500	10 — 500	1,35 – 2,2	100 – 3800	6 – 40
ВВ320 – ВВ500	320 — 500	1,7 – 2,2	100 – 1400	40
ВЛ10 – ВЛ320	10 — 320	1,35 – 1,6	400 – 1500	4 — 20

Рассмотрим работу диода, у которого область р-типа являет­ся базой (область в которую инжектируются (впрыскиваются) носи­тели заряда и где они являются неосновными), а область n-типа —эмиттером (область из которой инжектируются носители заряда), при воздействии на диод прямоугольного импульса (рис.1.9,а). При прямом напряжении потенциальный барьер снижается и электро­ны инжектируют из эмиттера в базу. Там они не могут сразу рекомбинировать с дырками базы или пройти ее, поэтому происходит на­копление электронов в базе. Чем больше прямой ток, тем больше электронов накапливается в базе. При прямом напряжении сопротивление р-n-перехода хотя и нелинейно, но очень мало, поэтому оно почти не влияет на ток, и импульс тока искажается очень незначи­тельно (рис.1.9,в).

Обратный ток в первый момент будет значительным, а обратное сопротивление резко уменьшится. Это объясняется тем, что накоп­ленные в базе электроны начнут перемещаться в сторону р-n-пере­хода и, таким образом, образуют импульс обратного тока. Этот им­пульс будет тем больше, чем больше носителей заряда накопилось в базе. Заряды, накопленные в базе, втягиваясь полем р-n-перехода, перемещаются в эмиттер, часть их рекомбинирует в базе с дырка­ми, и обратное сопротивление восстанавливается до нормального значения. Процесс уменьшения заряда в базе называется рассасыва­нием. Время t_вoc , в течение которого обратный ток изменяет­ся от максимального значения до установившегося называется вре­менем восстановления обратного сопротивления. Это важный параметр импульсных диодов. Обычно время восстановления менее десятых долей микросекунды. Кроме названных выше параметров импульсные ди­оды характеризуются максимально допустимым прямим импульсным током.

Туннельные диоды. Туннельным диодом называют полупроводнико­вый прибор, сконструированный на основе вырожденного полупровод­ника (т.е. полупроводника с большим содержанием примеси), в ко­тором при обратном и небольшом прямом напряжении возникает тун­нельный эффект и вольт-амперная характеристика имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Вследствие большого содержания примесей сопротивления об­ластей р-и n-типов очень малы, а ширина р-n-перехода составляет примерно 0,02 мкм, что в сто раз меньше, чем в других полупровод­никовых диодах. Напряженность электрического поля в таких р-n-переходах достигает огромной величины — до 10⁶ В/см.

На рис.1.10 изображена вольт-амперная характеристика тун­нельного диода.

Основными параметрами туннельных диодов являются максималь­ное (точка а) и минимальное (точка в) значения токов на вольт-амперной характеристике и их отношение.

Туннельные диоды обладают усилительными свойствами (учас­ток ав) и могут работать в схемах как активные элементы. Они находят широкое применение в сверхбыстродействующих ЭВМ в качестве быстродействующих импульсных переключающих устройств и в генераторах высокочастотных колебаний. На туннельных диодах создают схемы мультивибраторов, триггеров, которые служат ос­новой для построения логических схем, запоминающих устройств, регистров и т.д. Туннельные диоды могут работать в широком ди­апазоне температур, они просты в конструкции, малогабаритны. Их изготовляют на основе сильнолегированного германия или арсенида галлия,p-n-переход получают методом вплавления примесей. Более подробно о сущности туннельного эффекта изложено в дополнительной литературе.

Стабилитроны. Это полупроводниковые диоды, принцип работы которых основан на том, что при обратном напряжении на p-n-переходе в области электрического пробоя напряжение на нем изме­няется незначительно при значительном изменении тока. Стаби­литроны предназначены для стабилизации напряжений и использу­ются в параметрических стабилизаторах напряжения, в качестве источников опорных напряжений, в схемах ограничения импульсов и др. Напряжение стабилизации (пробивное напряжение) является ра­бочим. Оно зависит от свойств полупроводника, из которого изго­товляют диод, а также технологии изготовления прибора.

Если используется исходный полупроводник с высокой концентрацией примеси (низкоомный), то р-n-переход будет узким и наблю­дается туннельный пробой. Рабочее напряжение при этом небольшое /до 6 В/. В высокоомных полупроводниках р-n-переход широкий, пробой носит характер лавинного, рабочее напряжение больше (по­рядка 8 В и более). Все стабилитроны изготовляют на основе крем­ния, так как его применение обеспечивает малый обратный ток и допускает нагрев р-n-перехода до относительно высоких температур.

Основными параметрами стабилитронов являются:

напряжение стабилизации;

минимальный и максимальный ток стабилитрона;

дифференциальное сопротивление на участке стабилизации

Rд = dUст/dIст;

температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации TKU = (dUст/dT)·100% .

Варикапы. Это полупроводниковые диоды, в которых использо­вано свойство р-n-перехода изменять барьерную емкость при изме­нении обратного напряжения. Таким образом, варикап можно рассмат­ривать как конденсатор с электрически управляемой емкостью. Обычно их изготовляют из кремния.

Виды светодиодов и их характеристики. Достоинства и недостатки.

Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня рассмотрим основные виды светодиодов, узнаем что они из себя представляют, каковы их особенности и сфера применения.

И так…

Светодиодное освещение является на сегодняшний день наиболее эффективным, и в этом контексте вовсе не удивительно, что год за годом светодиоды претерпевают определенную эволюцию. Их мощность становится все больше, корпуса оптимизируются под те или иные цели, не говоря уже о цвете излучаемого света.

Цвет может быть практически любым, достаточно производителю подобрать соответствующий состав полупроводника и легирующих примесей, чтобы ширина запрещенной зоны для рекомбинирования электронов и дырок дала бы необходимый цвет.

   Современные источники освещения, виды светодиодов

Между тем, все современные светодиоды можно в некоторой степени классифицировать по видам, то есть по наиболее отчетливым отличительным признакам, чем мы и займемся. Рассмотрим несколько видов наиболее распространенных светодиодов, начиная с индикаторных, заканчивая осветительными. Кстати, сразу можно отметить, что эволюцию свою светодиод начал по большому счету с индикаторного предка.

Индикаторные светодиоды для выводного монтажа

Индикаторные светодиоды выводного монтажа с круглой или прямоугольной линзой по сей день можно встретить где угодно, начиная с зарядных устройств мобильных гаджетов, заканчивая индикаторами сложного медицинского оборудования. Даже в качестве осветительных светодиодов иногда применяют индикаторные, но такие решения встречаются в последнее время все реже и реже.

Индикаторные светодиоды с выпуклыми круглыми линзами диаметром 3, 5, 8 и 10 мм — характерные представители данного вида. Именно с них, кстати, стартовало такое направление в полупроводниковой технологии, как осветительные светодиоды (для фонариков, например). Однако ток индикаторного светодиода не позволит получить достаточно света, и в промышленных масштабах применять такие светодиоды для освещения просто не целесообразно, особенно сегодня.

  Виды светодиодов для выводного монтажа

Для индикаторов они подходят, даже светодиодные табло и бегущие строки собирали одно время только из таких светодиодов за неимением альтернативы. Маленькие индикаторные светодиоды слабо греются и хоть как-то светятся — что еще нужно от индикатора.. Напряжение от 2,5 до 5 вольт при токе от 10 до 25 миллиампер — не более.

Цвета: белый, красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, ультрафиолетовый. Индикаторные светодиоды бывают и многоцветными (RGB), когда под одной линзой скрыто три перехода, а снизу имеется четыре вывода, то есть индикатор получится более функциональным, а светодиодное табло — цветным.

Телесный угол рассеивания — до 140 градусов для прямоугольной линзы, и до 130 градусов — для линзы круглой. Яркость свечения индикаторного светодиода — от 100 до 1000 мКд (милликанделл) в среднем.

Яркие светодиоды выводного монтажа

За индикаторными светодиодами появились яркие светодиоды с круглыми линзами до 10 мм диаметром, которые стали уже широко применять в карманных фонариках. При потреблении до 30 мА при 2 — 4 вольтах питания, сила их света достигает 5000 мКд.

Обычно производятся две разновидности, различающиеся цветовой температурой: cool white (холодный белый) и warm white (теплый белый).

Светодиоды индикаторные и осветительные SMD (Surface Mounted Device)

Основная область применения SMD – светодиодные ленты и лампы, переносные фонари, фары автотранспорта. При этом они дают довольно направленное излучение (порядка 100⁰-130⁰), поэтому при освещении больших территорий приходится использовать большое количество этих LED для равномерной засветки площади.

  Виды светодиодов осветительных SMD (Surface Mounted Device)

Эта разновидность индикаторных светодиодов, предназначенная специально для поверхностного монтажа на печатную плату. Такие светодиоды выпускаются в стандартных корпусах типа SMD, размером от 0603 до 7060, причем наиболее распространены размеры от 1608 до 3528. Видимый телесный угол — от 20 до 140 градусов, а средняя яркость 300 — 400 мКд.

Их мощностные характеристики сходны с индикаторными светодиодами выводного монтажа. Тем не менее, светодиоды поверхностного монтажа можно монтировать на плату в больших количествах на малой площади, и таким путем получить светодиодную лампу или световую панель любого размера.

   Светодиодная лампа

Светодиодные ленты — также набор SMD-светодиодов на подложке.

 

Светодиоды Super Flux Piranha (Пиранья)

Особая группа светодиодов, широко применяемых в рекламной промышленности и в автотюнинге — сверхъяркие светодиоды Piranha прямоугольной формы. Светодиоды отличаются особой формой основания, и улучшенными рассеивающими свойствами. Они удобно и жестко крепятся четырьмя выводами на печатную плату или на другое плоское основание.

   Виды светодиодов

Цвета: белый, красный, зеленый и синий. Размеры — от 3 до 7,7 мм. Благодаря подложке большей площади и высокой теплопроводности, ток через светодиод может доходить до 50 мА при напряжении до 4,5 вольт. Угол рассеяния достигает 120 и более градусов.

Осветительные светодиоды COB (Chip On Board)

Светодиодное освещение — самая широкая на сегодня область применения светодиодов. Излучение может быть теплым и холодным, белым, желтым или любого другого оттенка, близким по цвету к лампам дневного света, к лампам накаливания, или даже к солнечному свету, в зависимости от требуемой цветовой температуры, и главным образом, на стадии производства, — от состава полупроводника и люминофора.

Наиболее распространенный способ изготовления осветительных светодиодов — нанесение люминофора на синий светодиод. В результате свет излучаемый светодиодом получается желтым, зеленым, красным и т. д. Свет приближен по свойству к люминесцентному.

   Осветительные светодиоды COB (Chip On Board)

Светодиоды COB – это множество полупроводниковых кристаллов, установленных на одной подложке, и залитые люминофором. Как и в случае с монтажом нескольких SMD светодиодов на плате, здесь получается похожий результат — большая яркость благодаря суммарному световому потоку от нескольких маленьких источников света. Но источники (кристаллы) расположены на подложке плотнее, поэтому и световой поток получается больше, чем при монтаже SMD на плате.

COB-светодиоды конечно пригодны и в качестве индикаторов. Светотехническое оборудование, в свою очередь, стало с COB-светодиодами значительно дешевле, не только в силу автоматизации процесса изготовления, но и благодаря более экономичному нанесению материалов.

   Светодиодный модуль с радиатором

Важно, однако, всегда помнить, что такому светодиоду требуется обеспечить обязательный отвод тепла, а мощным и очень мощным (от 3 до 100 Ватт) требуется радиатор, иначе произойдет быстрое тепловое разрушение кристаллов.

Отремонтировать такую COB матрицу невозможно, и если испортится часть кристаллов, то придется менять всю подложку целиком на новую. Поэтому лучше сразу создать ей приемлемые условия в плане охлаждения.

Параметры питания, как правило — от 3 до 35 вольт, в зависимости от конкретной модели, и ток — от 100 мА до 2,5 А и даже более.

Светодиоды filament (в форме нити накала)

Этот тип светодиодов также используется пока только для освещения. Широкое распространение получили в качестве декоративной подсветки помещений. Спектр свечения, в отличие от SMD и COB, гораздо приятнее человеческому глазу и напоминает свет лампы накаливания. При этом сохраняются все присущие LED достоинства: низкое энергопотребление и долгий срок службы.

   Светодиоды Filament

В этом ролике демонстрируется сравнение декоративной лампы накаливания мощностью 40 Вт и лампы Filament на 4 Вт:

 

Здесь видно, что при мощности в 10 раз меньше, световой поток, отдаваемый лампой Filament, в 3-4 раза больше.

В то же время КПД Filament даже выше, чем у тех же SMD, — при одинаковой мощности первые позволяют получить большую освещенность. Это достигается за счет технологии COG (Chip On Glass, чип на стекле), при которой светоизлучающие кристаллы устанавливаются на стеклянную подложку, а затем покрываются люминофором.

 

   Устройство филаментной светодиодной лампы

Сама подложка имеет цилиндрическую форму, что позволяет получить угол рассеяния светового потока 360⁰. То есть такие LED очень хороши при создании ненаправленного излучения.

Лазерные диоды

И напоследок еще об одном типе, который нельзя отнести ни к индикаторным, ни к осветительным LED, – лазерный диод. Собственно, светодиодом его можно считать с натяжкой, поскольку по технологии производства он не имеет ничего общего с обычными LED.

 

   Лазерные диоды

Лазерные диоды представляют собой особым образом обработанные полупроводниковые кристаллы, которые при подаче напряжения генерируют очень узкий пучок света. При этом образцы нового поколения позволяют получить угол расхождения луча в пределах 5-10⁰. Встречаются как модели, работающие в видимом диапазоне, так и вне его (УФ и ИК).

   Лазерные диоды

Широкое применение эти диоды нашли в лазерных указках, целеуказателях, DVD-приводах, оптических компьютерных мышах, линиях оптоволоконной связи.

Заключение

Вообще все представленные на рынке светодиоды невозможно четко и более точно классифицировать. Сейчас идет процесс эволюции полупроводниковых источников света, и одни являются разновидностью других. Светодиодные ленты по сути — SMD светодиоды на подложке, а светодиодные индикаторы — набор индикаторных светодиодов. Поэтому наш краткий обзор наиболее выразительных позиций закончен.

 

Смотрите также по этой теме:

   Светодиод. История возникновения и развития. Свечение Лосева.

   Подключение светодиодной ленты. Устройство и схема.

   Oled — освещение на основе органических светодиодов.

   Уличные светодиодные светильники, их разновидности и отличия.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Что такое диоды? Проверка диодов и их использование

Диоды — это электронные компоненты, которые позволяют току более легко и плавно протекать через любое устройство в определенном направлении. Он имеет два электрода, один известен как анод , а другой — катод. Полупроводниковые материалы , такие как Кремний и Германий , используются для производства диодов.

Использование диодов

Диоды используются для различных целей, например:

• Выпрямитель
• Регулятор напряжения
• Коммутаторы
• Осцилляторы
• Ограничители, модуляторы и демодуляторы сигналов.

Существует большое количество полупроводниковых диодов различных номиналов, которые используются в электронных схемах в соответствии с требованиями. Диоды бывают разной формы, размера и цвета.

На рисунке ниже показана форма диода BY 127 , который может безопасно пропускать прямой ток 1 А при пиковом обратном напряжении 1000 В. Он зеленого цвета, и направление, в котором он может проходить, обозначено символом, как показано на рисунке. В этой же серии есть и другие диоды, такие как BY 118, и т. Д.

На рисунке ниже показана форма диода 1N 4007 :

Он может безопасно пропускать прямой ток 1 А с PIV 100 В. Это черный цвет. На одной стороне напечатана полоса серебристого цвета, которая показывает отрицательный конец (катод) диода. В той же серии другие диоды — 1N 4001, 1N 4002. 1N 4003, 1N 4004 и т. Д. Другой диод той же серии — 1N 5406 , который может пропускать ток 6А с PIV 200 В.

На рисунке ниже показана форма диода OA 79 .Он изготовлен из прозрачного стекла. Красная отметка на корпусе (стрелка) обозначает положительный вывод. Другой диод той же серии — OA 80, OA 85 и т. Д.

На рисунке ниже показана форма силового диода D 1604 N . Он имеет металлический корпус и может выдерживать большую мощность. Он может безопасно пропускать ток 16 А с PIV 400 В. Другой силовой диод — 10 KLR 12 , который может выдерживать ток 10 А при PIV 1200 В.

Проверка клемм диодов

Если символ или отметка на корпусе диода, показывающая полярность вывода, отсутствует или стерта, то полярность вывода можно определить с помощью измерителя сопротивления или мультиметра.

На рисунке ниже показано, что полярность выводов батареи, содержащейся в омметре, проявляется на выводах омметра.

Отведение P положительное, а Q отрицательное. Чтобы проверить вывод диода, его подключают к выводам P и Q, как показано на рисунке выше. Если диод проводит, а измеритель дает отклонение, то вывод A диода положительный (анод), а вывод B отрицательный (катод).

Однако, если диод не проводит и в Омметре нет отклонения, выводы диода противоположны, как и раньше.

диодов

диодов

Диод образован PN-переходом со стороной p, называемой анодом , и Русская сторона называется катодом . В связи с тем, что существует несколько свободно перемещаемых носителями заряда в обедненной области вокруг PN-перехода, проводимость очень плохо. Однако, когда внешнее напряжение подается на два конца материала, проводимость может меняться в зависимости от полярности нанесенного вольтаж.

• Прямое смещение (положительный на P-тип, отрицательный на N-тип)

  Положительное напряжение, приложенное к P-типу, будет тянуть электроны в N-типе. и отталкивать дыры в P-типе так, чтобы оба носителя двигались к PN-переход.По мере того, как обедненная область становится тоньше, проводимость увеличивается из-за дрейфового тока через PN-переход от сторона P к стороне N, образованная основными носителями заряда (оба электроны и дырки) под действием приложенного напряжения. Проводимость увеличивается по мере увеличения приложенного напряжения.

• Обратное смещение (отрицательное для P-типа, положительное для N-типа)

  Отрицательное напряжение, приложенное к P-типу, отталкивает электроны в N-типе. и притягивать дыры в P-типе так, чтобы оба носителя уходили от PN-переход.Поскольку обедненная область становится толще, чем раньше, нет тока через PN-переход со стороны P на сторону N. Однако существует очень небольшой ток, называемый обратный ток насыщения , за счет миноритарных перевозчиков. Скорость носителя увеличивается по мере увеличения приложенного напряжения. Однако при дальнейшем увеличении напряжения скорость достигнет максимальный уровень называется скорость насыщения .

Нелинейная зависимость напряжения от тока PN-перехода описывается формулой

или

(2)

где

• — это обратный ток насыщения , крошечный ток, который течет в обратном направлении, когда из-за меньшинства перевозчики.Поскольку этот ток ограничен доступными неосновными носителями, когда все они вносят свой вклад в этот ток, более высокое напряжение не приводит к увеличению тока, т. е. ток насыщается. около A для Si и A для Ge.
• — тепловое напряжение, где Джоуль / Кельвин — это Постоянная Больцмана, кулон — заряд электрона, а — температура в градусах К. При комнатной температуре ( ), .
• — коэффициент идеальности, который варьируется от 1 до 2, в зависимости от о процессе изготовления и полупроводниковом материале.Во многих случаях можно считать примерно равным 1.

В частности,

Напряжение на диоде является функцией тока через диод. В диапазоне от 5 мА до 20 мА составляет около 0,7 В:

(3)

Сопротивление электрического устройства определяется как . Для диода, поскольку это не линейная функция, сопротивление можно найти как

(4)

Приближение связано с тем, что , я.е., . Мы предполагаем , , сопротивление диода не постоянная, а функция тока, т. е. диод не является линейным элементом:

(5)

Моделей диодов:

В общем, когда прямое напряжение, приложенное к диоду, превышает 0,6 до 0,7 В для кремния (или от 0,1 до 0,2 В для германия), диод предполагается проводящим с низким сопротивлением.

Пример: В схеме однополупериодного выпрямителя, показанной ниже, « — кремниевый диод.Найдите текущий через и напряжение поперек.

• Метод 0: Простейшая модель — предположить, что диод является идеальным выпрямитель с бесконечным сопротивлением при обратном смещении, но нулевом сопротивление, когда оно смещено вперед. Поскольку диод смещен вперед, ток

Диоды, транзисторы и оптопары: что это такое, немного теории и простые примеры использования с Arduino

Последнее обновление: вс, 07.10.2012, 11:08.Первоначально отправлено fabio 22 июля 2010 г., 10:39.

В этом посте я познакомлюсь с тремя видами компонентов, доступными в Arduino Base Workshop KIT: диодами (модель 1n4007), транзисторами (модели BC547 Transistor и MOS Irf540) и оптопарами (модель 4N35). Я кратко опишу их, и мы увидим несколько простых примеров схем, построенных на плате Arduino Duemilanove, которые их используют.

Диоды: односторонний ток управления

Ну, название говорит само за себя.Диод представляет собой электронный компонент с двумя выводами, который проводит электрический ток только в одном направлении.

Наиболее распространенная функция диода — пропускать электрический ток через в одном направлении (так называемое направление прямого, диода), в то время как блокирует ток в противоположном направлении (направление , обратное направление ). Таким образом, диод можно рассматривать как электронную версию обратного клапана. Это однонаправленное поведение называется выпрямлением и используется для преобразования переменного тока в постоянный и для извлечения модуляции из радиосигналов в радиоприемниках.

Простая схема на базе Arduino с использованием диода

Мы можем построить эту простую схему, чтобы показать, как работают диоды:

После сборки на плате Arduino схема будет выглядеть так:

Что делает эта схема? На самом деле ничего сложного и полезного. Но мы можем понять, как с ним работают диоды. Если мы подключим диод, как показано на картинках выше, когда мы нажмем кнопку, светодиод включится. Круто, а?

Вместо этого, если мы перевернем диод так, чтобы ток теперь тек в противоположном направлении, мы увидим, что светодиод не включается, когда мы нажимаем кнопку.Это подтверждает поведение диода: он пропускает ток, если он проходит в прямом направлении, и блокируется, когда проходит в противоположном направлении. Вы можете увидеть демонстрацию в видео ниже.

Ваш браузер не поддерживает тег видео с видео OGG / theora. Вы можете загрузить видео с http://www.varesano.net/files/diode_video.ogv и использовать проигрыватель, способный воспроизводить видео OGG / theora, например VLC, или просто использовать последнюю версию браузера Mozilla Firefox.

Транзисторы

Транзистор — это полупроводниковое устройство, которое можно использовать для усиления или переключения электронных сигналов.В простых схемах на базе Arduino транзисторы обычно используются в качестве переключателей для электронных сигналов.

Транзисторы

обычно имеют 3 разъема, которые называются коллектором , базой и эмиттером . В нормальном состоянии коллектор и эмиттер отключены, но, когда ток подается на базовый соединитель, транзистор меняет свое состояние, и коллектор и эмиттер соединяются, поэтому между ними может течь ток.

Такое поведение делает транзистор идеальным компонентом для сопряжения двух разных цепей, работающих при разных напряжениях.Например, одна цепь может питаться от Arduino: малый ток и низкое напряжение. Другая схема может работать с двигателем постоянного тока, которому требуется большое напряжение и ток. Соединение двух схем может быть болезненным, но с транзистором мы могли бы управлять второй схемой, изменяя состояние транзистора через первую схему, подключенную к Arduino. Прикольная штука.

В комплект Arduino Base Workshop KIT входят два типа транзисторов, показанных на рисунке выше: МОП Irf540 (слева) и BC547 (справа).Они отличаются от строительной техники, что приводит к другой специфике. Для получения всех подробностей ознакомьтесь с подробными деталями, указанными выше, но в основном они работают одинаково: они различаются только величиной тока, которую они способны передать. Для больших токов (например, для двигателей) идеально подойдет MOS Irf540. BC547 не может передавать много тока, поэтому используйте его с осторожностью.

Простая схема на базе Arduino с использованием транзисторов

Мы будем использовать транзистор, управляемый платой Arduino, в качестве переключателя внешней цепи.База транзитора будет подключена к выходному выводу Arduino. Это схема:

После подключения к плате Arduino он будет выглядеть так:

Обратите внимание, что цепь, идущая от Vin (9 В), фактически полностью отделена от цепи, идущей от платы Arduino. Это два независимых контура. Только транзистор позволяет им взаимодействовать.

Теперь мы будем использовать программу Hello World с простой модификацией: мы будем использовать вывод 2 в качестве вывода (в программе helloworld мы использовали вывод 13).Чтобы получить код, обратитесь к сообщению в блоге Hello World.

Что делает созданная нами схема? Что ж, давайте посмотрим на видео ниже:

Ваш браузер не поддерживает тег видео с видео OGG / theora. Вы можете загрузить видео с http://www.varesano.net/files/transistor_circuit_video.ogv и использовать проигрыватель, способный воспроизводить видео OGG / theora, например VLC, или просто использовать последнюю версию браузера Mozilla Firefox.

Как вы можете видеть, каждый раз, когда выход на контакте 2 ВЫСОКИЙ, наш транзистор будет получать напряжение на своем базовом разъеме, что приведет к соединению коллектора и эмиттера.Ток, исходящий от источника +9 В, может протекать вниз через резистор и зажигать их три последовательных светодиода.

Аналогичного результата можно было бы достичь, используя МОП-транзистор Irf540.

ОБНОВЛЕНИЕ

2012-10-07: Улучшение

Схема выше может быть улучшена с помощью этой схемы:

Это предпочтительнее, чем объясненный ранее, потому что он не будет плавать, когда микроконтроллер выключен или когда он не активно управляет контактами.