Как обозначается светодиод на схеме: Маркировка светодиодов их обозначение и цоколевка

Содержание

Обозначение лампочки на электрической схеме и чертежах

Каждый профессионал должен владеть определенным языком, соответствующим его профессии. В электрике таким языком является графический язык электрических/электронных схем. На этом языке удобнее всего описывать (вернее, отрисовывать) объекты, с которыми электрик работает. Причем как в случае построения каких-то новых сооружений, проведения проводки или целой системы питания или освещения, изготовления электроприборов, так и в случае устранения аварий, улучшения схем или просто подключения новых объектов к уже имеющимся системам.

Электрик должен уметь, например, при беглом взгляде на возникшую где-то проблему увидеть профессиональным оком возможные причины неисправности и свои гипотезы быстро набросать в виде схемы на любом клочке бумаги. И уже тогда решать задачу или объяснять кому-то варианты возможного решения.

Язык схем – это в какой-то мере язык специфических иероглифов, и их знание – просто разновидность грамотности. Во многом обозначения делаются логически понятными, так как часто происходят от рисунков соответствующих обозначаемых объектов или их деталей.

Два вида обозначений на электрических схемах

Графические обозначения должны быть интуитивно понятны с первого взгляда. Но есть множество свойств, которые простым рисуночком передать сложно. Поэтому на всех схемах, где требуется конкретика – а это все схемы, рассчитанные на практическое применение, – условные графические обозначения дополняются буквенными или цифровыми надписями.

То есть, обозначения на схемах можно отнести к:

  1. Графическим.
  2. Знаковым – буквенным или цифровым.

Также стоит выделить обозначения, сводимые в различные таблицы, спецификации, пояснительные тексты, обычно прилагаемые к схемам. Самым главным свойством таких обозначений должна быть однозначность идентификации каждого объекта, отраженного на схеме. Это касается как типа изображенного объекта, например, выключатель, лампочка, стабилизатор, так и конкретного номера на схеме или его электрических, монтажных, физических и других свойств.

При вычерчивании схем сейчас обычно используются компьютерные программы, которые автоматически дают красивую, понятную и удобно размещенную картинку, тем не менее так же, как мы все умеем писать карандашом или ручкой, должны суметь нарисовать и схему – хотя бы в общем виде и в черновом варианте.

И это несмотря на то, что существует множество программ, написанных для формирования и вычерчивания схем.

Графические условные обозначения электрических объектов являются общепринятыми и могут использоваться в схемах, планах и чертежах разного вида: принципиальных схемах, монтажных планах, планах проводки, разводки, и т. д. Эти обозначения, как и разновидности любой графической документации, регламентируются стандартами. Последним из таких стандартов можно назвать ГОСТ МЭК 60617-DB-12M-2015 «Графические символы для схем».

Из всего разнообразия схем, где изображаются электрические элементы, нас интересуют, прежде всего, схемы и условные обозначения на них, касающиеся освещения и осветительных систем. При серьезном профессиональном подходе система освещения строящегося объекта является частью общего проекта, а после окончания строительства и с начала пользования объектом все электрические схемы должны храниться в надежном месте весь период эксплуатации здания. Хотя на практике часто бывает иначе.

Кратко рассмотрим на примере виды графических документов, касающихся электрической части проекта.

План здания (квартиры)

Очень условно, даже схематично на плане изображено расположение комнат, положение проемов и размеры.

План квартиры

Схема осветительной сети

На этой схеме важно как, в каких точках освещать помещение заданной конфигурации.

Схема осветительной сети

Разумеется, подводка энергии к светильникам тоже играет роль при этом, поэтому вполне уместно здесь ее и изобразить. Это несложно сделать в соответствии с разработанными стандартами: ГОСТ 21.608 и ГОСТ 21.614.

Розеточная сеть помещения

Схема размещения розеток органически дополняет схему освещения.

Схема размещения розеток

Как видим, схемы несложные, вполне по силам их вычертить даже в домашних условиях при производстве каких-то работ по созданию и модернизации бытовой электрической сети. Важно уметь в таких схемах ориентироваться.

Схема сети питания

Схема питания дает больше технических сведений, поэтому в ней много буквенно-цифровых обозначений и количественных данных. А данные пространственного расположения уже приведены в трех предыдущих, поэтому на схеме питания сведения заключены в виде схематической однолинейной таблицы.

Схема сети питания

Условные обозначения, которые встретились здесь, на примере этих схем, можно считать чаще всего встречающимися. Их все обычно и знают. Полный же перечень графических обозначений дают ГОСТы, приведенные выше.

Здесь мы тоже их перечислим, их не так много, важно их рассмотреть и понять логику изображения в них различных свойств и деталей.

Графические обозначения на схемах

Так как нас интересуют больше осветительные устройства, лампы и прочие светильники в этом перечне вынесены вперед. Остальное оборудование приведем, но следом за ними.

 

Буквенные обозначения в электрических схемах

Буквенные обозначения – это аббревиатуры, которые по смыслу тоже легко расшифровываются и запоминаются. Все делается в соответствии с ГОСТ 7624-54, можно привести их и здесь.

Буквенные обозначения электронных элементов схем тоже всем известны. Они часто обозначаются латинскими буквами, как сокращение от соответствующих им названий физических величин. Например, R – resistance, электрическое сопротивление.

Ну вот и все, что может понадобиться, чтобы нарисовать или, наоборот, понять схемы электрического питания помещений.

Условное обозначение светодиода на схеме

Интересно наблюдать, с какой поразительной скоростью сменяют друг друга технологии. Лет тридцать назад мы вполне были довольны электроникой, которой пользовались, простыми автомобилями, где-то неудобными и малоскоростными, скромными домами без евроремонта. Но так устроен человек, что постоянно стремится к чему-то более совершенному, и сейчас практически любая сфера жизни подвержена постоянной модернизации. Коснулся этот процесс также систем индикации и освещения. Так, на смену лампам накаливания пришли более совершенные полупроводниковые элементы – светодиоды.

Излучающий кристалл

История применения полупроводников старше начала использования ламп электронного типа. Попов А.С., который считается изобретателем радио, искал с помощью нехитрого полупроводникового устройства наличие радиоволн. Первый диод Попова (детектор) был изготовлен из полупроводникового кристалла, зафиксированного в держателе, и пружинного заостренного контакта из вольфрама или стали. Этот контакт опирался на площадь полупроводника, и в зависимости от точки соприкосновения можно было найти наиболее четкий сигнал радиостанции.

Способность некоторых кристаллов излучать свет под действием тока была обнаружена чуть позже, случайно, но в первое время не использовалась на практике. Теперь же светодиоды широко применяют и в спецтехнике, и в быту.

Что такое светодиод, как он выглядит на схеме?

Светодиодом называется разновидность полупроводникового элемента, имеющего особенность кристалла излучать свет под действием проходящего сквозь него электрического тока. Этот эффект проявляется не у всех полупроводников, а лишь у тех, у которых в процессе рекомбинации электронов и дырок выделение энергии происходит в световом диапазоне. Светодиод, как и обычный диод, имеет p-n-переход и пропускает ток только в одном направлении.

Особенностью светодиода как светоизлучающего прибора является то, что в нем непосредственно происходит выделение квантов света. Это отличает его от ламп накаливания, где сначала происходит разогрев спирали до определенной температуры, или галогенных ламп с эффектом ионизации. Потери энергии в светодиодах минимальны.

Конструктивно в состав светодиода входят подложка с нанесенным на нее кристаллом, выводы для подключения в электрическую цепь и корпус, который одновременно является оптической системой. Обозначение светодиода на схеме имеет определенное графическое выражение, на электронной плате он обозначается специальной кодировкой.

Для чего служит светодиод, и как это отражено в его изображении на схеме?

Светодиод излучает свет, в этом его назначение. И на схематическом изображении это четко обозначено двумя стрелочками, идущими от элемента. Применение устройство получило очень широкое:

  • Различная индикация. Для сигнализации включения тех или иных режимов работы электронных устройств используют отдельные элементы. Группы устройств применяют в цифровой индикации, где каждый светодиод играет роль сегмента цифры или буквы. Условное обозначение светодиода на схеме, входящего в группу, не ставится отдельно для каждого, а отображается вся группа в виде индикатора с ответвлением и нумерацией контактов.
  • Для бытового, общественного и промышленного освещения.
  • В составе экранов для уличного транслирования, а также при создании бегущих строк.
  • В оптопарах. Обозначение светодиода на схеме в этом случае дополняется изображением фотоприемного элемента.
  • Оптоволоконные системы. Здесь светодиоды выступают в качестве излучателей модулированной оптической волны.
  • Для подсветки экранов на жидких кристаллах.
  • Дизайн и развлекательная индустрия.

Особенности обозначения полупроводника на чертежах

Технические нормы и правила регламентируют обозначение светодиода на схеме. ГОСТ 2.702-2011 предписывает:

  • Изображать светодиод и другие элементы схемы при помощи чертежных принадлежностей либо в электронном виде. При этом последний вариант должен иметь разрешение не меньше 300dpi и содержать расширение файла tif или bmp.
  • Светодиод имеет схематическое исполнение в виде обычного диода, заключенного в окружность. Над правой верхней частью окружности расположены две параллельные стрелки, идущие от основного элемента под углом вправо вверх.
  • Возле светодиода указывают его полный буквенно-цифровой индекс.
  • Как бы ни был расположен светодиод на схеме, с полярностью в ту или иную сторону либо под углом, направление стрелок остается неизменным.
  • Вывод, идущий от треугольника, на схеме символизирует анод (+), а от вертикальной черты – катод (-).
  • Светодиод на схеме должен иметь свой порядковый номер. Нумерация идет слева направо, сверху вниз.

Светодиод – полярность обозначения

Обозначение светодиода на схеме позволяет легко определить его полярность, но чтобы определить ее у только что купленного элемента, нужно посмотреть на его контакты. Плюсовой вывод анода обычно имеет большую длину, чем катода.

Если светодиод установлен на плате, а она по каким-либо причинам не имеет маркировки элементов, то полярность полупроводника можно определить, внимательно посмотрев на его корпус. Со стороны катода (отрицательного вывода) на корпусе есть засечка плоской формы. Также у прозрачных типов корпусов светодиода видна его внутренность. Подобие чашечки, в которой расположен кристалл полупроводника, имеет прямое соединение с катодом.

В том случае, когда невозможно определить полярность вышеперечисленными способами, но в наличие есть электронный мультиметр, можно использовать его. Берут обычный диод с известной полярностью, ставят прибор на операцию прозвонки и подключают к полупроводнику. Запоминают полярность, когда диод проводит ток. Подключают светодиод к измерительным щупам. Добиваются, чтобы он проводил ток, отмечают его полярность.

Светодиод на плате

При сборке печатной платы радиомонтажники пользуются схемой и перечнем элементов спецификации. В соответствии с этим перечнем наносится специальная маркировка с указанием вида элемента и номера позиции его на схеме. Существуют международные стандарты обозначений на плате, которые повсеместно используются в импортной аппаратуре.

Обозначение светодиода на плате присутствует в виде графического изображения, буквенной кодировки и числа. Первое отображает в основном полярность полупроводника, буквы указывают на тип прибора, а число – на порядковый номер его в схеме и перечне.

Графическое обозначение светодиода на схеме платы идентично его изображению в чертеже, но может не содержать окружность вокруг значка диода. Буквенная кодировка выполнена заглавными латинскими буквами – LED (импортные схемы) и HL (отечественные). Число идет после букв либо внизу. Без числа невозможно определить параметры полупроводника, которые на плате не указывают за редким исключением.

Маркировка светодиодов

Буквенное обозначение светодиода на схеме (маркировка) несет всю информацию о характеристиках конкретного полупроводникового прибора. Маркировка содержит довольно много символов, поэтому ее не ставят на корпус прибора, а приводят в схеме либо на упаковке не распаянных элементов. Светодиоды в лентах идут бухтами в катушках, на которых проставлены маркировочные символы. Символьная кодировка отражает:

  • Серию продукции.
  • Цвет излучения светодиода. Современные светоизлучающие диоды бывают белого, зеленого, красного, синего, оранжевого, желтого цветов.
  • Качество цветового потока. Например, светодиод для освещения в доме или на улице, индикации приборов, подсветки, для матриц изображения.
  • Тип линзы. Бывают рассеивающие свет приборы и узконаправленного излучения с куполообразными, прозрачными и матовыми линзами.
  • Мощность светового потока.
  • Потребляемая мощность электроэнергии.
  • Код идентификации производителя. Не имеет практической нагрузки.
  • Символы резерва. Производители оставляют их для возможной модификации элементов.

Не существует определенного стандарта в маркировке светодиодов, поэтому каждый производитель имеет свою собственную кодировку. Запомнить ее невозможно, но серьезных производителей этого товара на рынке не так уж много. Среди них можно выделить такие фирмы, как Philips, Cree и Samsung.

Заключение

Кроме обычных светодиодов с выводами, существуют SMD-светодиоды с контактными площадками. Они отличаются маленькими размерами. Буквенное обозначение светодиода этого типа на схеме идентично с LED-элементами, но на плате упрощено и обычно сводится к указанию полярности.

Как на схеме обозначается светодиод

Светодиод (Light Emitting Diode, LED) – это полупроводниковый диод, способный излучать свет, когда к нему приложено напряжение в прямом направлении. По сути, это диод, преобразующий электрическую энергию в световую. В зависимости от материала из которого изготовлен светодиод, он может излучать свет разной длины волны (разного цвета) и иметь различные электрические характеристики.

Светодиоды применяются во многих сферах нашей жизни в качестве средств отображения визуальной информации. Например, в виде одиночных излучателей или в виде конструкций из нескольких светодиодов – семисегментных индикаторов, светодиодных матриц, кластеров и так далее. Также в последние годы светодиоды активно занимают сегмент осветительных приборов. Их используют в автомобильных фарах, фонарях, светильниках и люстрах.

На электрических схемах светодиод обозначается символом диода с двумя стрелками. Стрелки направлены от диода, символизируя световое излучение. Не путай с фотодиодом, у которого стрелки направлены к нему.

На отечественных схемах буквенное обозначение одиночного светодиода – HL.

Стандартный одноцветный светодиод имеет два вывода – это анод и катод. Определить какой из выводов является анодом, можно визуально. У светодиодов с проволочными выводами анод обычно длиннее катода.

У SMD светодиодов выводы одинаковые, но на обратной стороне обычно есть маркировка в виде треугольника или подобия буквы T. Анодом является вывод, к которому обращена одна сторона треугольника или верхняя часть буквы Т.

Если не получается определить визуально где какие выводы, можно прозвонить светодиод. Для этого понадобится источник питания или адаптер, способный давать напряжение около 5 Вольт. Подключаем любой вывод светодиода к минусу источника, а второй подключаем к плюсовой клемме источника через сопротивление 200 – 300 Ом. Если светодиод подключен правильно, он засветится. В противном случае меняем выводы местами и повторяем процедуру.

Можно обойтись без резистора, если не подключать плюсовую клемму источника питания, а быстро «чиркнуть» ей по выводу светодиода. Но вообще подавать большое напряжение на светодиод, не ограничивая при этом ток, нельзя – он может выйти из строя!

Светодиод испускает свет, если к нему приложить напряжение в прямом направлении: к аноду – плюс, а к катоду – минус.

Минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светится, зависит от его материала. В таблице ниже приведены значения напряжений светодиодов при тестовом токе 20 мА и цвета, которые они излучают. Эти данные я взял из каталога светодиодов фирмы Vishay, различных даташитов и Википедии.

Самое большое напряжение требуется для голубых и белых светодиодов, а самое маленькое для инфракрасных и красных.

Излучение инфракрасного светодиода не видно человеческим глазом, поэтому такие светодиоды не применяются в качестве индикаторов. Они используются в различных датчиках, подсветках видеокамер. Кстати, если инфракрасный светодиод запитать и посмотреть на него через камеру мобильного телефона, то его свечение будет хорошо видно.

В показанной таблице даны примерные значения напряжения светодиода. Обычно этого достаточно, чтобы его включить. Точную величину прямого напряжения конкретного светодиода можно узнать в его даташите в разделе Electrical Characteristics. Там указано номинальное значение прямого напряжения при заданном токе светодиода. Для примера заглянем в даташит на красный SMD светодиод фирмы Kingbright.

Вольт-амперная характеристика светодиода показывает взаимосвязь между приложенным напряжением и током светодиода. На рисунке ниже показана прямая ветвь характеристики из того же даташита.

Если светодиод подключить к источнику питания (к аноду +, к катоду -) и с нуля постепенно повышать на нем напряжение, то ток светодиода будет меняться согласно этому графику. По нему видно, что после прохождения точки «загиба», ток через светодиод будет резко возрастать при небольших изменениях напряжения. Это как раз та причина, по которой светодиод нельзя подключать к любому источнику питания без резистора, в отличии от лампочки накаливания.

Чем выше ток, тем ярче светится светодиод. Однако повышать ток светодиода до бесконечности, естественно, нельзя. При большом токе светодиод перегреется и сгорит. Кстати, если сразу подать на светодиод высокое напряжение он даже может шлепнуть, как слабенькая петарда!

Какие еще характеристики светодиода представляют интерес с точки зрения практического использования?

Максимальная мощность рассеяния, максимальные значения постоянного и импульсного прямых токов и максимальное обратное напряжение. Эти характеристики показывают предельные значения напряжений и токов, которые не стоит превышать. Они описаны в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings.

Если приложить к светодиоду напряжение в обратном направлении, светодиод не засветится, да и вообще может выйти из строя. Дело в том, что при обратном напряжении может наступить пробой, в результате которого обратный ток светодиода резко возрастет. И если выделяемая на светодиоде мощность (обратный ток * на обратное напряжение) превысит допустимую – он сгорит. В некоторых даташитах дополнительно приводится и обратная ветвь вольт-амперной характеристики, из которой видно, при каком напряжении наступает пробой.

Интенсивность излучения (сила света)

Грубо говоря, это характеристика, определяющая яркость свечения светодиода при заданном тестовом токе (обычно 20 мА). Обозначается – Iv, а измеряется в микроканделах (mcd). Чем ярче светодиод, тем выше значение Iv. Научное определение силы света есть в википедии.

Также представляет интерес график зависимости относительной интенсивности излучения светодиода от прямого тока. У некоторых светодиодов, например, при увеличении тока интенсивность излучения растет все меньше и меньше. На рисунке приведено несколько примеров.

Спектральная характеристика

Она определяет в каком диапазоне длин волн излучает светодиод, грубо говоря цвет излучения. Обычно приводится пиковой значение длины волны и график зависимости интенсивности излучения светодиода от длины волны. Я редко смотрю на эти данные. Знаю, например, что светодиод красный и мне этого достаточно.

Климатические характеристики

Они определяют диапазон рабочих температур светодиода и зависимости параметров светодиода (прямого тока и интенсивности излучения) от температуры. Если светодиод планируется использовать при высоких или низких температурах, стоит обратить внимание и на эти характеристики.

Материал статьи рассчитан на начинающих электронщиков, а потому я намеренно не касаюсь физики работы светодиода. Осознание того, что светодиод излучает фотоны в результате рекомбинации носителей заряда в области p-n перехода, не несет никакой полезной информации для практического использования светодиодов. Да и не только для использования, но и для понимания в принципе.

Однако, если вам хочется покопаться в этой теме, то даю направление, куда рыть – Пасынков В.В, Чиркин Л.К. «Полупроводниковые приборы» или Зи.С «Физика полупроводниковых приборов». Это ВУЗ`овские учебники – там все по-взрослому.

О подключении светодиодов в следующем материале.

Поделился статьей – получил светодиодный луч добра!

Единая система конструкторской документации

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ

Unified system for design documentation. Graphical symbols in diagrams. Semiconductor devices

Дата введения 1974-07-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 16.08.73 N 2002

3. Соответствует СТ СЭВ 661-88

4. ВЗАМЕН ГОСТ 2.730-68, ГОСТ 2.747-68 в части пп.33 и 34 таблицы

5. ИЗДАНИЕ (апрель 2010 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, утвержденными в июле 1980 г., апреле 1987 г., марте 1989 г., июле 1991 г. (ИУС 10-80, 7-87, 6-89, 10-91), Поправкой (ИУС 3-91)

1. Настоящий стандарт устанавливает правила построения условных графических обозначений полупроводниковых приборов на схемах, выполняемых вручную или автоматическим способом во всех отраслях промышленности.

(Измененная редакция, Изм. N 3).

2. Обозначения элементов полупроводниковых приборов приведены в табл.1.

Диоды — простейшие полупроводниковые приборы, основой которых является электронно-дырочный переход (p-n-переход). Как известно, основное свойство p-n-перехода — односторонняя проводимость: от области p (анод) к области n (катод). Это наглядно передает и условное графическое обозначение полупроводникового диода : треугольник (символ анода) вместе с пересекающей его линией электрической связи образуют подобие стрелки, указывающей направление проводимости. Перпендикулярная этой стрелке черточка символизирует катод (рис. 1).

Буквенный код диодов — VD. Этим кодом обозначают не только отдельные диоды, но и целые группы, например, выпрямительные столбы (см. рис. 1, VD4). Исключение составляет однофазный выпрямительный мост, изображаемый в виде квадрата с соответствующим числом выводов и символом диода внутри (рис. 2, VD1). Полярность выпрямленного моста напряжения на схемах не указывают, так как ее однозначно определяет символ диода. Однофазные мосты, конструктивно объединенные в одном корпусе, изображают отдельно, показывая принадлежность к одному изделию в позиционном обозначении (см. рис. 2, VD2.1, VD2.2). Рядом с позиционным обозначением диода можно указывать и его тип.

На основе базового символа построены и условные графические обозначения полупроводниковых диодов с особыми свойствами. Чтобы показать на схеме стабилитрон, катод дополняют коротким штрихом, направленным в сторону символа анода (рис. 3, VD1). Следует отметить, что расположение штриха относительно символа анода должно быть неизменным независимо от положения обозначения стабилитрона на схеме (VD2—VD4). Это относится и к символу двуханодного (двустороннего) стабилитрона (VD5).

Аналогично построены условные графические обозначения туннельных диодов, обращенных и диодов Шотки — полупроводниковых приборов, используемых для обработки сигналов в области СВЧ. В символе туннельного диода (см. рис. 3, VD8) катод дополнен двумя штрихами, направленными в одну сторону (к аноду), в обозначении диода Шотки (VD10) — в разные стороны; в обозначении обращенного диода (VD9) — оба штриха касаются катода своей серединой.

Свойство обратно смещенного p-n-перехода вести себя как электрическая ёмкость использовано в специальных диодах — варикапах (от слов vari(able) — переменный и cap(acitor) — конденсатор). Условное графическое обозначение этих приборов наглядно отражает их назначение (рис. 3, VD6): две параллельные линии воспринимаются как символ конденсатора. Как и конденсаторы переменной ёмкости, для удобства варикапы часто изготовляют в виде блоков (их называют матрицами) с общим катодом и раздельными анодами. Для примера на рис. 3 показано обозначение матрицы из двух варикапов (VD1).

Базовый символ диода использован и в обозначении тиристоров (от греческого thyra — дверь и английского resistor — резистор) — полупроводниковых приборов с тремя p-n-переходами (структура р-n-p-n), используемых в качестве переключающих диодов. Буквенный код этих приборов — VS.

Тиристоры с выводами только от крайних слоев структуры называют динисторами и обозначают символом диода, перечеркнутым отрезком линии, параллельным катоду (рис. 4, VS1). Такой же прием использован и при построении обозначения симметричного динистора (VS2), проводящего ток (после его включения) в обоих направлениях. Тиристоры с дополнительным, третьим выводом (от одного из внутренних слоев структуры) называют тринисторами. Управление по катоду в обозначении этих приборов показывают ломаной линией, присоединенной к символу катода (VS3), по аноду — линией, продолжающей одну из сторон треугольника, символизирующего анод (VS4). Условное графическое обозначение симметричного (двунаправленного) тринистора получают из символа симметричного динистора добавлением третьего вывода (см. рис.4, VS5).

Из диодов, изменяющих свои параметры под действием внешних факторов, наиболее широко применяют фотодиоды. Чтобы показать такой полупроводниковый прибор на схеме, базовый символ диода помещают в кружок, а рядом с ним (слева вверху, независимо от положения) помещают знак фотоэлектрического эффекта — две наклонные параллельные стрелки, направленные в сторону символа (рис. 5, VD1—VD3). Подобным образом строятся обозначения любого другого полупроводникового диода, управляемого оптическим излучением. На рис. 5 в качестве примера показано условное графическое обозначение фотодинистора VD4.

Аналогично строятся условные графические обозначения светоизлучающих диодов, но стрелки, обозначающие оптическое излучение, помещают справа вверху, независимо от положения и направляют в противоположную сторону (рис. 6). Поскольку светодиоды, излучающие видимый свет, применяют обычно в качестве индикаторов, на схемах их обозначают латинскими буквами HL. Стандартный буквенный код D используют только для инфракрасных (ИК) светодиодов.

Для отображения цифр, букв и других знаков часто применяют светодиодные знаковые индикаторы. Условные графические обозначения подобных устройств в ГОСТе формально не предусмотрены, но на практике широко используются символы, подобные HL3, показанному на рис. 6, где изображено обозначение семисегментного индикатора для отображения цифр и запятой. Сегменты подобных индикаторов обозначаются строчными буквами латинского алфавита но часовой стрелке, начиная с верхнего. Этот символ наглядно отражает практически реальное расположение светоизлучающих элементов (сегментов) в индикаторе, хотя и не лишен недостатка; он не несет информации о полярности включения в электрическую цепь (поскольку подобные индикаторы выпускают как с общим анодом, так и с общим катодом, то схемы включения будут различаться). Однако особых затруднений это не вызывает, поскольку подключение общего вывода индикаторов обычно указывают на схеме. Буквенный код знаковых индикаторов — HG.

Светоизлучающие кристаллы широко используют в оптронах — специальных приборах, применяемых для связи отдельных частей электронных устройств в тех случаях, если необходима их гальваническая развязка. На схемах оптроны обозначают буквой U и изображают, как показано на рис. 7.

Оптическую связь излучателя (светодиода) и фотоприемника показывают в этом случае двумя стрелками, перпендикулярными к линиям электрической связи — выводам оптрона. Фотоприемником в оптроне могут быть фотодиод (см. рис. 7, U1), фототиристор U2, фоторезистор U3 и т. д. Взаимная ориентация символов излучателя и фотоприемника не регламентируется. При необходимости составные части оптрона можно изображать раздельно, но в этом случае знак оптической связи следует заменять знаками оптического излучения и фотоэффекта, а принадлежность частей к одному изделию показывать в позиционном обозначении (см. рис. 7, U4.1,U4.2).

Типы полупроводниковых диодов

Полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, работа которого заключается в преобразования одних электрических значений в другие, называют диодом. В конструкции данного изделия предусматривается два вывода для монтажа.

Диоды полупроводниковые

На принципиальных электрических схемах полупроводниковые диоды изображаются в виде треугольника и отрезка, расположенного на одной из его вершин и находящегося параллельно противолежащей стороне.

В зависимости от разработки диода его обозначение может включать дополнительные символы. В любом случае вершина треугольника, примыкающая к осевой линии диода, указывает на направление протекания тока.

 

В той части обозначения, где располагается треугольник, находится p-область, которую ещё называют анодом или эмиттером, а со стороны, где к треугольнику примыкает отрезок, находится n-область, которую соответственно называют катодом, или базой.

Полупроводниковые диоды, назначение которых заключается в преобразовании переменного тока в постоянный ток, называются выпрямительными. Выпрямление переменного тока с использованием полупроводникового диода построено на основе его односторонней электропроводности, которая заключается в том, что диод создаёт очень малое сопротивление току, текущему в прямом направлении, и достаточно большое сопротивление обратному току.

Для того чтобы выпрямить ток большой силы не опасаясь теплового пробоя, конструкция диодов должна предусматривать значительную площадь pn-перехода. В связи, с чем в выпрямительных полупроводниковых диодах задействуют специальные pn-переходы соответствующие последнему слову науки и техники.

Технология создания pn-перехода получается, за счёт ввода в полупроводник p-или n-типа примеси, которая создаёт в нем область с противоположным значением электропроводности. Примеси можно добавлять методом сплавления или диффузии.

Диоды, получаемые методом сплавления, называют «сплавными», а изготавливаемые методом диффузии «диффузионными».

Простейший выпрямитель

 

 

В ходе положительного полупериода входного напряжения U1 диод V работает в прямом направлении, его сопротивление маленькое и на нагрузке RH напряжение U2 практически равно входящему напряжению.

График напряжения на входе и выходе простейшего однополупериодного выпрямителя

При отрицательном полупериоде данного входного напряжения диод включен в направлении обратно, где его сопротивление формируется значительно больше, чем сопротивление на нагрузке, и почти все входящее напряжение падает на диоде, а напряжение на нагрузке приближается к нулю. В такой схеме для получения выпрямленного напряжения используется всего лишь один полупериод входящего напряжения, поэтому такой тип выпрямителей называется однополупериодным.

Полупроводниковые диоды, которые используются для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке, называют стабилитронами. В стабилитронах задействован участок обратной участка вольтамперной характеристики в поле электрического пробоя.

Схема простейшего стабилизатора напряжения

 

 

В данном случае при изменении тока, проходящего через стабилитрон, от Iст. мин. до Iст. макс. напряжение на нем практически не изменяется. Если нагрузка RH включена параллельно стабилитрону, уровень напряжения на ней также будет оставаться неизменным в указанных пределах изменения тока, проходящего через стабилитрон.

График стабилитрона

 

 

Такими диодами стабилизируют уровень напряжения примерно от 3,5 В и выше. Для стабилизации постоянного напряжения до 1 вольта применяют стабисторы. У стабисторов работает не обратная, а прямая часть вольтамперной характеристики. Поэтому их подсоединяют не в обратном, как делают со стабилитронами, а в прямом направлении. Электронные компоненты, такие как стабисторы и стабилитроны, как правило, изготовляются, из кремния.

Вольтамперная характеристика стабистора

 

Плоскостные диоды обладают с высокими ёмкостными характеристиками. С увеличением частоты емкостное сопротивление понижается, что приводит к нарастанию его обратного тока. На больших частотах вследствие того в диоде есть ёмкость, величина его обратного тока может достичь значения прямого тока, и этот диод, таким образом, утратит свое основное свойство односторонней электропроводности. Для сохранения своих функциональных качеств необходимо снизить емкость диода. Это достигается с помощью всевозможных технологических и конструктивных методов, направленных на сокращения площади pn-перехода.

В диодах, используемых в схемах, работающих с высокочастотным током, применяют изделия с точечными и микросплавными pn-переходами. Нужный точечный pn-переход, получается в месте контакта заостренного окончания специальной металлической иглы с полупроводником. При этом применяют способ электроформования, заключающемся в том, что через соединение проволоки и кристалла полупроводники протекают импульсы электрического тока, формирующие в месте их контакта pn-переход. Микросплавными называются такие диоды, у которых pn-переход создаётся при электроформовании контакта между пластинкой полупроводника и металлическим предметом с плоским торцом.

Что такое светодиод, подключение светодиодов, подбор гасящего резистора

Главное свойство диода, в том, что он пропускает ток только в одном направлении. Это основная, функция диода, но диоды бывают разные, и для некоторых из них односторонняя проводимость является далеко не главным свойством.

Вот, например, Светодиод.

Обозначение светодиода

Практически тот же диод, и проводимость у него односторонняя, но при пропускании прямого тока он светится. И это уже его основная функция. И так, светодиод, это диод, который при пропускании через него прямого тока излучает свет.

Светодиоды мы встречаем часто, — индикаторы у различной аппаратуры, бывают светодиодные фонарики, ёлочные гирлянды, рекламные табло, осветительные лампы и даже светофоры.

Рис. 1. Как выглядит обычный индикаторный светодиод, обозначение на схемах.

На рисунке 1 показано как выглядит обычный индикаторный светодиод. Конечно больше он похож на лампочку с двумя проволочными выводами. Но! У этой «лампочки» есть анод и катод, и горит она только если анод подключен к плюсу источника питания, а катод к минусу (анодный вывод обычно длиннее катодного).

Но и это еще не все! В отличие от лампочки светодиод нельзя подключать непосредственно к источнику питания, а только через токоограничительный резистор. Поскольку светодиод все же диод, он имеет довольно низкое прямое сопротивление и диодную характеристику.

То есть, существует такая странная вещь, как Падение прямого напряжения на диоде. Так вот, в отличие от номинального напряжения лампочки, здесь зависимость тока от напряжения работает совсем не по Закону Ома. То есть, хорошо пропускать ток в прямом направлении диод начинает только тогда, когда напряжение на нем больше некоторого значения.

И при этом, ток резко возрастает, что может привести к повреждению диода или светодиода. Поэтому, если вы подключите светодиод прямо к батарейке (без токоограничительного резистора), то очень высока вероятность того, что светодиод перегорит.

Подключение светодиода

На рисунке 2 показано как обычно подключают светодиод. Здесь взят светодиод с напряжением падения 1,6V (Un). Батарейка на 4,5V, поэтому чтобы не сжечь светодиод последовательно ему включен резистор R1, на котором падает избыток напряжения (4,5 -1,6 = 2,9V).

Рис. 2. Схема подключения светодиода через гасящий резистор.

Теперь попробуем рассчитать сопротивление резистора R1. Допустим, номинальный ток через светодиод 10mA, напряжение падения 1,6V, напряжение источника питания 4,5V. То есть, сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы на нем падало 2,9V, и был ток 10mA (0,01 А).

Переходим к Закону Ома: R= U/I = 2,9 / 0,01 = 290 Ом. То есть, вполне нормально будет поставить R1 сопротивлением 300 Ом. Бывают светодиоды разных цветов, — красные, зеленые, желтые, синие, белые. Еще конечно различаются по яркости света, по напряжению падения, по току.

Что такое двухцветный светодиод

Интересная вещь — двухцветный светодиод. Практически это два светодиода в одном корпусе. Бывают они с двумя и с тремя выводами (рис. 3).

Рис. 3. Светодиоды с двумя и тремя выводами, обозначения на схемах.

Двухвыводный двухцветный светодиод представляет собой два светодиода разных цветов (обычно, красный и зеленый), включенных встречно-параллельно.

Подключение двухцветных светодиодов

Цвет свечения такого светодиода зависит от направления тока через него. Это показано на рисунке 4.

Рис. 4. Цвет свечения двухцветного светодиода зависит от направления тока через него.

Трехвыводные двухцветные светодиоды тоже содержат в одном корпусе два светодиода (красный и зеленый), но у них один общий вывод от катода (или анода), а аноды (или катоды) выведены на разные выводы (рис.5). Фактически такие светодиоды трехцветные.

На рисунке 5 показано как переключаются цвета трехвыводного светодиода с общим катодом, — если включен S1 то горит один цвет, например, красный. Если включен S2 — горит другой цвет, например, зеленый. Ну, а если включить оба S1 и S2 то будут гореть оба цвета, что даст желтый цвет.

Рис. 5. Схема подключения трехвыводного двухцветного светодиода.

Мигающий светодиод

Кроме светодиодов постоянного свечения, существуют и мигающие. Одноцветный мигающий светодиод это почти то же, что обычный одноцветный, но в нем есть электронный прерыватель тока, который периодически выключает светодиод. Поэтому он мигает. Существуют двух, трех и многоцветные мигающие светодиоды.

Внутри такого светодиода есть несколько разноцветных светодиодов, и схема электронного переключателя, которая их поочередно переключает.

Выглядит одно- или многоцветный мигающий светодиод как обычный, — прозрачный корпус и два вывода. Подключать его тоже нужно через токоограничительный резистор.

Любопытно то, что во время мигания, в промежутках когда мигающий светодиод гаснет ток через него резко снижается. Поэтому мигающие светодиоды иногда используют как генераторы импульсов. На одних схемах мигающий светодиод обозначают как обычный, на других в его обозначение вводят символ выключателя (рис. 6).

Рис. 6. Обозначение на схемах и подключение мигающего светодиода.

Мигающий светодиод может служить не только индикатором, но и ключом для прерывания тока. Например, для того чтобы мигала гирлянда из нескольких светодиодов.

Если гирлянда состоит из нескольких последовательно включенных светодиодов, то чтобы она замигала достаточно чтобы один из этих светодиодов был мигающим. На рисунке 7 показана схема оригинального сигнального устройства для легкового автомобиля.

Рис. 7. Схема сигнального устройства на светодиодах для легкового автомобиля.

Это стояночное сигнальное устройство, оно потребляет незначительный ток от автомобильного аккумулятора. Состоит гирлянда из четыех светодиодов, которые нужно установить в фары автомобиля. Свечение светодиодов ночью очень заметно, особенно если они мигают.

Поэтому автомобиль, припаркованный в темном дворе перестает быть «невидимкой» для других машин или прохожих. И риск случайного повреждения машины снижается.

В схеме на рисунке 7 мигающий светодиод один — HL2. Остальные обычные. Так как включены последовательно мигают все. Светодиоды НL1, HL3, HL4 — любое индикаторные, красные, HL2 — любой мигающий красный.

Другие светодиоды, токоограничительный резистор

Сейчас уже ноябрь, и возникает необходимость в подготовке к новогодним торжествам. Вот здесь и могут помочь светодиоды. Лампы накаливания, конечно, тоже заслуживают уважения, как заслуженные ветераны новогодних торжеств.

Но светодиоды по многим характеристикам выгоднее и лучше ламп накаливания, особенно если дело касается не только освещения, но декоративного украшения новогодней ёлки.

Светодиоды бывают разные, на ёлке наиболее эффектно будут выглядеть сверхяркие разных цветов. Такими светодиодами можно украсить не только маленькую настольную ёлку, но полноразмерную. Они бывают красные, желтые, белые, синие, зеленые, оранжевые.

Еще бывают мигающие, причем, есть такие мигающие, которые мигают двумя или тремя разными цветами. Выглядит это очень интересно, в отличие от лампы накаливания, которая менять свой цвет не может

Но перед началом мастерить гирлянды следует усвоить некоторые отличия светодиодов от ламп накаливания. А связаны эти отличия с тем, что светодиоды, это, по сути дела, диоды, только такие, которые светятся при пропускании через них прямого тока.

В отличие от лампы накаливания светодиод полярная вещь, — у него есть анод (плюс) и катод (минус). Кроме того, вольт-амперная характеристика у светодиода как у диода, то есть, при возрастании прямого напряжения больше напряжения падения на диоде, очень сильно увеличивается ток. Вообще, это выглядит как борьба двух «упрямцев» — источника питания и светодиода.

Светодиод стремится понизить напряжение источника до своего номинального прямого напряжения, а источник стремится повысить напряжение падения на светодиоде до напряжения на своем выходе.

Чаще всего этот «поединок» проигрывает светодиод. Поэтому, если светодиод подключить к источнику тока непосредственно, его можно испортить. Вот поэтому последовательно со светодиодом включают токоограничительные резисторы (рис.8).

Резистор служит демпфером между этими «упрямцами», и каждый из них остается при своем напряжении.

Рис. 8. Как подключить токоограничительный резистор к светодиоду, схема.

Чтобы рассчитать токоограничительный резистор для светодиода, воспользуйтесь формулами и калькулятор из статьи — Расчёт резистора для светодиода, формулы и калькулятор.

Гирлянда на светодиодах

На рисунке 9 показана гирлянда из восьми светодиодов. Номинальное напряжение падения на каждом около 2V. Резистор R1 ограничивает ток.

А питаться гирлянда может от источника напряжением 20-25V. Чтобы гирлянда мигала достаточно чтобы одни из светодиодов был мигающим. HL1 во время мигания прерывает ток в цепи, поэтому одновременно с ним мигают и остальные семь светодиодов.

Рис. 9. Схема самодельной гирлянды из восьми светодиодов.

На рисунке 10 показана гирлянда состоящая из практически неограниченного числа светодиодов. Здесь светодиоды включены параллельно (через токоограничительные резисторы). Это значит, что каждый из них живет своею собственной жизнью и на работу остальных не влияет.

Здесь можно использовать самые разные светодиоды, — разных цветов, мигающие и немигающие. При этом, немигающие будут гореть ровно, а мигающие будут мигать.

Можно поставить двух или трехцветные мигающие, — они будут переливаться разными цветами. В общем, гирлянда будет вся сверкать, переливаться… очень красиво. И чем разнообразнее светодиоды, тем красивее.

Рис. 10. Схема гирлянды, состоящей из практически неограниченного числа светодиодов.

Однако, нужно учитывать и мощность источника питания. Если при резисторах сопротивлением по 510 Ом и напряжении источника питания 12V (а можно от 6 до 18V), ток через каждый светодиод будет где-то около 0.02А.

То есть, если светодиодов десять, то ток 0.2А, а если эта гирлянда из ста светодиодов, то ток, соответственно, будет целых 2 А. Поэтому выбирайте источник, который способен выдать необходимый ток. Например, сетевой адаптер от ноутбука дает ЗА, а источник питания игровой приставки «Денди» только 0,3 А (300 мА).

Так что блок от «Денди» может питать только 15 светодиодов. Впрочем, сопротивления резисторов можно увеличить. Тогда ток снизится (согласно закону Ома), но и яркость свечения светодиодов тоже снизится.

Но число светодиодов можно увеличить и не увеличивая ток. На рисунке 11 показана гирлянда вроде той, что на рисунке 10. Но в ней светодиоды включены по три последовательно.

Такая гирлянда может питаться напряжением 9-18V, потребляя ток всего около 0,02А на каждую тройку светодиодов. Таким образом, число светодиодов увеличивается втрое, при том же потреблении тока. При этом чтобы тройка светодиодов мигала, достаточно чтобы в ней был один мигающий светодиод.

Рис. 11. Схема светодиодной гирлянды, в которой светодиоды включены по три последовательно.

В каждой ветви (рис. 11) может быть светодиодов и больше и меньше трех. Важно то, чтобы суммарное напряжение падения светодиодов было как минимум на 10% меньше напряжения источника питания, в противном случае, светодиоды гореть не будут либо будут гореть очень слабо.

Сопротивление гасящего резистора, включенного последовательно светодиоду или светодиодам нужно выбирать таким, чтобы сила тока через светодиод была не более допустимого для него значения, но такой, чтобы свечение было достаточно ярким.

Рассчитать гасящее сопротивление для цепи со светодиодами можно по формуле:

R = (U — Uc) /1, где U — напряжение питания.

Uc — суммарное напряжение падения последовательно включенных светодиодов, I -сила тока.

Например, напряжение питания 12V, последовательно включены три светодиода, с напряжениями падения 1,9V, 2,4V и 2,1V. Требуется сила тока через светодиоды 17мА.

Считаем Uc = 1,9 + 2,4 + 2,1 = 6,4V. Затем вычисляем R = (12 — 6,4) / 0,017 = 329,4 Ом, то есть, нужен резистор на 330 Ом.

В этой формуле разность (U — Uc) не должна быть отрицательной или равной нулю. То есть, напряжение питания всегда должно быть больше напряжения падения на светодиодах.

Однако нужно учесть и то, что если в цепи есть мигающий светодиод, то напряжение питания не должно быть больше максимально допустимого для мигающего светодиода, находящегося в выключенном состоянии.

К сожалению, этот параметр не всегда приводится в справочниках, но подавляющее большинство мигающих светодиодов нормально переносят прямое напряжение до 30V в выключенном состоянии. А вот при большем напряжении некоторые выходят из строя.

Детали

В приведенных здесь схемах можно использовать практически любые светодиоды. Желательно сверхяркие. Мигающие светодиоды, включенные в последовательных цепях должны быть одноцветными.

Двух или трехцветный мигающий светодиод скорее не мигает, а переключает свои цвета, и существенных импульсов в цепи не создает, поэтому включенные последовательно с ним немигающие светодиоды мигать не будут. В лучшем случае их свечение будет только подрагивать.

У всех новых светодиодов (не выпаянных из плат) анод обозначен более длинным выводом. А короткий — катод. У выпаянных назначение выводов нужно проверять мультиметром (так как прозванивают обычные диоды).

Андреев С. РК-11-2018.

Как подключить светодиод | ТК «ZANAMI»

СВЕТОДИОДЫ. ВИДЫ, ТИПЫ СВЕТОДИОДОВ. ПОДКЛЮЧЕНИЕ И РАСЧЕТЫ.

Вот так светодиод выглядит в жизни :   
А так обозначается на схеме :  

ДЛЯ ЧЕГО СЛУЖИТ СВЕТОДИОД?

Светодиоды излучают свет, когда через них проходит электрический ток.

Были изобретены в 70-е года прошлого века для смены электрических лампочек, которые часто перегорали и потребляли много энергии.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ И ПАЙКА

Светодиоды должны быть подключены правильным образом, учитывая их полярность + для анода и к для катода Катод имеет короткий вывод, более короткую ножку.  Если вы видите внутри светодиода его внутренности — катод имеет электрод большего размера (но это не официальные метод).


Светодиоды могут быть испорчены в результате воздействия тепла при пайке, но риск невелик, если вы паяете быстро.  Никаких специальных мер предосторожности применять не надо для пайки большинства светодиодов, однако бывает полезно ухватиться за ножку светодиода пинцетом – для теплоотвода.

ПРОВЕРКА СВЕТОДИОДОВ

Никогда не подключайте светодиодов непосредственно батарее или источнику питания!
Светодиод перегорит практически моментально, поскольку слишком большой ток сожжет его.  Светодиоды должны иметь ограничительный резистор.Для быстрого тестирования 1кОм резистор подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее. Не забывайте подключать светодиоды правильно, соблюдая полярность!

ЦВЕТА СВЕТОДИОДОВ

Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый.  Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса.  Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…

МНОГОЦВЕТНЫЕ СВЕТОДИОДЫ

Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками.  Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.

РАСЧЕТ СВЕТОДИОДНОГО РЕЗИСТОРА

Светодиод должен иметь резистор последовательно соединенный в его цепи, для ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он сгорит практически мгновенно…
Резистор R определяется по формуле :
R = (V S — V L) / I

V S = напряжение питания
V L= прямое напряжение, расчётное для каждого типа диодов (как правилоот 2 до 4волт)
I = ток светодиода (например 20мA), это должно быть меньше максимально допустимого для Вашего диода
Если размер сопротивления не получается подобрать точно, тогда возьмите резистор большего номинала.  На самом деле вы вряд-ли заметите разницу… совсем яркость свечения уменьшится совсем незначительно.
Например:  Если напряжение питания V S = 9 В, и есть красный светодиод (V = 2V), требующие I = 20мA = 0.020A,
R = (- 9 В) / 0.02A = 350 Ом. При этом можно выбрать 390 Ом (ближайшее стандартное значение, которые больше).

ВЫЧИСЛЕНИЕ СВЕТОДИОДНОГО РЕЗИСТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАКОНА ОМА

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где : 
V = напряжение через резистор (V = S — V L в данном случае), 
I = ток через резистор.
Итак R = (V S — V L) / I

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ

Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды.

Все светодиоды, которые соединены последовательно, долдны быть одного типа.  Блок питания должен иметь достаточную мощность и  обеспечить соответствующее напряжение.


Пример расчета :
Красный, желтый и зеленый диоды — при последовательном соединении необходимо напряжение питания — не менее  8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником.
V L = 2V +  2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются).
Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A,
Резистором R = (V S — V L) / I = (9 — 6) /0,015 = 200 Ом
Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).

ИЗБЕГАЙТЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ В ПАРАЛЛЕЛИ!

Подключение несколько светодиодов в параллели с помощью одного резистора не очень хорошая идея…


Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый.., что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода.  Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

МИГАЮЩИЕ СВЕТОДИОДЫ

Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему.  Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду.  Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек.

ЦИФРОБУКВЕННЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ

Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны 🙂

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:
  1. Светодиоды GNL повышенной яркости диаметром 5 мм
  2. Блоки питания для светодиодов 12 V
  3. Программируемый контроллер класса Dominator

устройство и принцип действия разных видов, работа в схемах

Диод — это элемент, имеющий различную проводимость. Такое его свойство имеет применение в различных электротехнических и радиоэлектронных схемах. На его основе создаются устройства, имеющие применение в различных областях.

Типы диодов: электровакуумные и полупроводниковые. Последний тип в настоящее время применяется в подавляющем большинстве случаев. Никогда не будет лишним знать о том, как работает диод, для чего он нужен, как обозначается на схеме, какие существуют типы диодов, применение диодов разных видов.

Электровакуумные диоды

Приборы этого типа выполнены в виде электронных ламп. Лампа выглядит как стеклянный баллон, внутрь которого помещены два электрода. Один из них анод, другой катод. Они находятся в вакууме. Конструктивно анод выполнен в виде тонкостенного цилиндра. Внутри расположен катод. Он имеет обычно цилиндрическую форму. Изолированная нить накала проложена внутри катода. Все элементы имеют выводы, которые соединены со штырьками (ножками) лампы. Ножки лампы выведены наружу.

Принцип работы

При прохождении электрического тока по спирали она нагревается и разогревает катод, внутри которого находится. С поверхности разогретого катода электроны, покинувшие его, без дополнительного ускоряющего поля накапливаются в непосредственной близости от него. Часть из них затем обратно возвращается на катод.

При подаче на анод положительного напряжения электроны, испускаемые катодом, устремляются к нему, создавая анодный ток электронов.

Катод обладает пределом эмиссии электронов. При достижении этого предела анодный ток стабилизируется. Если на анод подать небольшое отрицательное напряжение по отношению к катоду, то электроны прекратят своё движение.

Материал катода, из которого он изготовлен, обладает высокой степенью эмиссии.

Вольт- амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ диодов этого типа графически показывает зависимость тока анода от прямого напряжения, приложенного к выводам катода и анода. Она состоит из трёх участков:

  • Медленное нелинейное нарастание тока;
  • Рабочая часть характеристики;
  • Область насыщения тока анода.

Нелинейный участок начинается после области отсечки анодного тока. Его нелинейность связана с небольшим положительным потенциалом катода, который покинули электроны при его разогреве нитью накала.

Активный участок определяет из себя почти вертикальную линию. Он характеризует зависимость анодного тока от возрастающего напряжения.

Участок насыщения представляет собой линию постоянного значения тока анода при увеличивающемся напряжении между электродами лампы. Электронную лампу на этом участке можно сравнить с проводником электрического тока. Эмиссия катода достигла своего наивысшего значения.

Полупроводниковые диоды

Свойство p — n перехода пропускать электрический ток одного направления нашло применение при создании приборов этого типа. Прямое включение — это подача на n -область перехода отрицательного потенциала, по отношению к p -области, потенциал которой положительный. При таком включении прибор находится в открытом состоянии. При изменении полярности приложенного напряжения он окажется в запертом состоянии, и ток сквозь него не проходит.

Классификацию диодов можно вести по их назначению, по особенностям изготовления, по типу материала, используемого при его изготовлении.

В основном для изготовления полупроводниковых приборов используются пластины кремния или германия, которые имеют электропроводность n -типа. В них присутствует избыток отрицательно заряженных электронов.

Применяя разные технологии изготовления, можно на выходе получить точечные или пластинчатые диоды.

При изготовлении точечных приборов к пластинке n -типа приваривают заострённый проводник (иглу). На его поверхность нанесена определённая примесь. Для германиевых пластин игла содержит индий, для кремниевых пластин игла покрыта алюминием. В обоих случаях создаётся область p — n перехода. Её форма напоминает полусферу (точку).

Для плоскостных приборов применяют метод диффузии или сплавления. Площадь переходов, получаемых таким методом, варьируется в широких пределах. От её величины зависит в дальнейшем назначение изделия. К областям p — n перехода припаивают проволочки, которые в виде выводов из корпуса готового изделия используют при монтаже различных электрических схем.

На схемах полупроводниковые диоды обозначаются в виде равностороннего треугольника, к верхнему углу которого присоединена вертикальная черта, параллельная его основанию. Вывод черты называется катодом, а вывод основания треугольника анодом.

Прямым называется такое включение, при котором положительный полюс источника питания соединён с анодом. При обратном включении «плюс» источника подключается к катоду.

Вольт- амперная характеристика

ВАХ определяет зависимость тока, протекающего через полупроводниковый элемент, от величины и полярности напряжения, которое приложено к его выводам.

В области прямых напряжений выделяют три области: небольшого прямого тока и прямого рабочего тока через диод. Переход из одной области в другую происходит при достижении прямым напряжением порога проводимости. Эта величина составляет порядка 0,3 вольт для германиевых диодов и 0,7 вольт для диодов на основе кремния.

При приложении к выводам диода обратного напряжения ток через него имеет очень незначительную величину и называется обратным током или током утечки. Такая зависимость наблюдается до определённого значения величины обратного напряжения. Оно называется напряжением пробоя. При его превышении обратный ток нарастает лавинообразно.

Предельные значения параметров

Для полупроводниковых диодов существуют величины их параметров, которые нельзя превышать. К ним относятся:

  • Максимальный прямой ток;
  • Максимальное обратное напряжение пробоя;
  • Максимальная мощность рассеивания.

Полупроводниковый элемент может выдержать прямой ток через него ограниченной величины. При его превышении происходит перегревание p-n перехода и выход его из строя. Наибольший запас по этому параметру имеют плоскостные силовые приборы. Величина прямого тока через них может достигать десятков ампер.

Превышение максимального значения напряжения пробоя может превратить диод, имеющий однонаправленные свойства, в обычный проводник электрического тока. Пробой может иметь необратимый характер и варьируется в широких пределах, в зависимости от конкретного используемого прибора.

Мощность — это величина, напрямую зависящая от тока и напряжения, которое приложено при этом к выводам диода. Как и превышение максимального прямого тока, превышение предельной мощности рассеивания приводит к необратимым последствиям. Диод просто выгорает и перестаёт выполнять своё предназначение. Для предотвращения такой ситуации силовые приборы устанавливают приборы на радиаторы, которые отводят (рассеивают) избыток тепла в окружающую среду.

Виды полупроводниковых диодов

Свойство диода пропускать ток в прямом направлении и не пропускать его в обратном нашло применение в электротехнике и радиотехнике. Разработаны и специальные виды диодов для выполнения узкого круга задач.

Выпрямители и их свойства

Их применение основано на выпрямительных свойствах этих приборов. Их используют для получения постоянного напряжения путём выпрямления входного переменного сигнала.

Одиночный выпрямительный диод позволяет получить на его выходе пульсирующее напряжение положительной полярности. Используя их комбинацию, можно получить форму выходного напряжения, напоминающую волну. При использовании в схемах выпрямителей дополнительных элементов, таких как электролитические конденсаторы большой емкости и катушки индуктивности с электромагнитными сердечниками (дроссели), на выходе устройства можно получить постоянное напряжение, напоминающее напряжение гальванической батареи, столь необходимое для работы большинства аппаратуры потребителя.

Полупроводниковые стабилитроны

Эти диоды имеют ВАХ с обратной ветвью большой крутизны. То есть, приложив к выводам стабилитрона напряжение, полярность которого обратная, можно с помощью ограничительных резисторов ввести его в режим управляемого лавин пробоя. Напряжение в точке лавинного пробоя имеет постоянное значение при значительном изменении тока через стабилитрон, величину которого ограничивают в зависимости от применённого в схеме прибора. Так получают эффект стабилизации выходного напряжения на нужном уровне.

Технологическими операциями при изготовлении стабилитронов добиваются различных величин напряжения пробоя (напряжения стабилизации). Диапазон этих напряжений (3−15) вольт. Конкретное значение зависит от выбранного прибора из большого семейства стабилитронов.

Принцип работы детекторов

Для детектирования высокочастотных сигналов применяют диоды, изготовленные по точечной технологии. Задача детектора состоит в том, чтобы ограничить одну половину модулированного сигнала. Это позволяет в последующем с помощью высокочастотного фильтра оставить на выходе устройства только модулирующий сигнал. Он содержит звуковую информацию низкой частоты. Этот метод используется в радиоприёмных устройствах, принимающих сигнал, модулированный по амплитуде.

Особенности светодиодов

Эти диоды характеризуются тем, что при протекании через них тока прямого направления кристалл испускает поток фотонов, которые являются источником света. В зависимости от типа кристалла, применённого в светодиоде, спектр света может находиться как в видимом человеческим глазом диапазоне, так и в невидимом. Невидимый свет — это инфракрасное или ультрафиолетовое излучение.

При выборе этих элементов необходимо представлять цель, которую необходимо достигнуть. К основным характеристикам светодиодов относятся:

  • Потребляемая мощность;
  • Номинальное напряжение;
  • Ток потребления.

Ток потребления светодиода, применяемого для индикации в устройствах широкого применения, не более 20 мА. При таком токе свечение светодиода является оптимальным. Начало свечения начинается при токе, превышающем 3 мА.

Номинальное напряжение определяется внутренним сопротивлением перехода, которое является величиной непостоянной. При увеличении тока через светодиод сопротивление постепенно уменьшается. Напряжение источника питания, используемое для питания светодиода, необходимо применять не меньше напряжения, указанного в паспорте на него.

Потребляемая мощность — это величина, зависящая от тока потребления и номинального напряжения. Она увеличивается при увеличении величин, её определяющих. Следует учесть, что мощные световые диоды могут иметь в своём составе 2 и даже 4 кристалла.

Перед другими осветительными приборами светодиоды имеют неоспоримые преимущества. Их можно перечислять долго. Основными из них являются:

  • Высокая экономичность;
  • Большая долговечность;
  • Высокий уровень безопасности из-за низких питающих напряжений.

К недостатку их эксплуатации относится необходимость наличия дополнительного стабилизированного источника питания постоянного тока, а это увеличивает стоимость.

Типичная диаграмма эффективности светодиода с предложенными значениями прямого тока …

Контекст 1

… Проект Delphi4LED нацелен на разработку автоматизированного процесса, который обеспечивает все параметры моделирования в электрической, тепловой и оптической областях, полученные при одном механическом монтаже светодиода или соединения нескольких светодиодов в комбинированной системе измерения тепловых переходных процессов и радиометрических измерений [34]. В круговом тесте [35] (предшествующее измерение и моделирование десятков типов светодиодов и сотен образцов светодиодов) было выявлено минимальное количество пар í µí ° ¼ í µí ° ¹ и í µí ± ‡ í µí ° ½. , которые покрывали предусмотренное конструктивное пространство светильников: диапазон тока составлял от нескольких миллиампер до ампер, а температура перехода составляла от 15 ° C до примерно 120 ° C.Измерения также включали текущую область, где пики эффективности светодиодов (см. Рисунок 2). Во всех случаях мы могли наблюдать характерное затухание светового потока при высоких токах, называемое «спадом света». …

Context 2

… Основным стимулом для этой работы было желание дизайнеров светильников точно моделировать работу светодиодов в режиме низкого прямого тока (диапазон мА и ниже). Это удовлетворяет их потребности в возможности использовать один и тот же тип светодиода во всех областях его кривой эффективности (рис. 2), что позволяет добиться большего компромисса при проектировании на уровне светильника.Небольшим недостатком этой модели является то, что она полностью отличается от существующих моделей Spice от производителей светодиодов. …

Context 3

… как будет показано позже), но эта точность была ограничена примерно 1,5 декадами прямого тока. Следовательно, чтобы лучше охватить обе стороны максимальной эффективности (показанной на рисунке 2), диапазон этого хорошего соответствия пришлось расширить. В нашей квази-модели черного ящика был принят единый фактор идеальности, в то время как более реалистичные модели диодов используют по крайней мере второй фактор идеальности для режима низких прямых токов….

Context 4

… белый образец с самым низким í µí ± показал разницу от -8% до + 18% в диапазоне прямого тока от 30 мА до 1000 мА. Это могло произойти из-за большего разброса качества люминофора, а также указывает на то, что бинирование было выполнено в одной (í µí ° ¼, í µí ± ‡ ____) рабочей точке (Рисунок 20). Этот вывод соответствует результатам анализа изменчивости тепловых свойств образцов синих и белых светодиодов [46,47], где был обнаружен значительно больший разброс свойств образцов белого цвета….

Контекст 5

… простая эквивалентная тепловая цепь в стиле Фостера, представляющая устройство и внешний мир, показана на рисунке 22. Преобразование температуры перехода í µí ± ‡ в градусах Цельсия в í µí ± ‡ в Кельвинах дает «напряжение» TJK для модельных расчетов на рисунке 21. …

Context 6

… На рисунке 23 отклик синего светодиода XPE2 от Cree отслеживается в его тепловой среде, представленной простой компактной тепловой моделью.Во-первых, можно наблюдать нагрев. …

Context 7

… следующие две секунды можно наблюдать повышение температуры (от 25 до 70 ° C) и спад прямого напряжения и лучистого потока. «Неровности» кривых соответствуют тепловым постоянным времени на рисунке 22, í µí¼ = 1 мс, í µí¼ = 100 мс. …

Контекст 8

… полученные на данный момент результаты сообщаются в другом месте [49]. Однако в демонстрационных целях был установлен набор параметров модели для измеренных популяций светодиодов, см. Рисунок 24.В отношении квази-модели черного ящика, представленной в разделе 2, всего 75 образцов светодиодов шести различных типов были охарактеризованы в 35 рабочих точках (минимальное количество рабочих точек для измерения изотермических характеристик ИВЛ светодиодов было определено в циклический тест, выполненный в начале проекта [34]). …

Контекст 9

… 1.E-07 1.E-06 1.E-05 1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1 .E + 00 Затем были созданы две усредненные модели для каждого типа светодиода с намерением смоделировать «тип светодиода» вместо отдельных образцов: одна путем усреднения результирующих параметров модели для одного и того же типа светодиода, а другая — путем усреднения соответствующих сначала результаты измерений, а затем — выполнение процедуры настройки.Рис. 24. Снимок пользовательского интерфейса инструмента идентификации параметров, разработанного для модели квази-черного ящика с многодоменной светодиодной микросхемой, показывающий семейства светодиодов (два типа белых, красный, тлеющий и три синих светодиода) и все остальные. отдельные образцы светодиодов, для которых измерены изотермические характеристики ИВЛ. …

Context 10

… пример, из 75 образцов светодиодов шести различных типов светодиодов, на рисунке 25 сравниваются измеренные и смоделированные значения светового потока образца светодиодов высокой мощности с преобразованием люминофора в белый и красный , как функция прямого тока и температуры перехода.Полный набор параметров и ошибок подгонки с точки зрения прямого напряжения и излучаемых потоков, полученных для пяти образцов белых светодиодов, показан на рисунке 26. …

Context 11

… 75 образцов светодиодов шести различных типов. На рис. 25 сравниваются измеренные и смоделированные значения светового потока образца светодиодов высокой мощности с преобразованием люминофора в белый и красный цвета в зависимости от прямого тока и температуры перехода. Полный набор параметров и ошибок подгонки по прямому напряжению и излучаемым потокам, полученный для пяти образцов белых светодиодов, показан на рисунке 26.Белые светодиоды XPG3 от Cree использовались в качестве демонстратора устройства в проекте. …

Context 12

… Калькулятор дизайна светильника снабжен простым пользовательским интерфейсом, как показано на рисунке 27. Проектировщик должен определить основную цель дизайна освещения с точки зрения общего излучаемого светового потока светильник и должен обеспечивать конструктивные ограничения, такие как максимально допустимые температуры и максимальная общая потребляемая электрическая мощность. …

Контекст 13

… На рис. 27 показаны результаты расчетов для SME-версии первого демонстратора проекта, «уличное светодиодное пятно мощностью 10 Вт». Изготовлен прототип светильника с выбранным количеством светодиодов, материалом подложки, компоновкой и радиатором. …

Светодиоды — Engineering LibreTexts

Светодиоды — это устройства с p-n переходом, изготовленные из внешних полупроводников. Полупроводники n-типа и p-типа контактируют друг с другом, образуя диод с p-n переходом.Разница в легировании создает область обеднения на границе контакта. В этой области нет стационарных зарядов: электрическое поле образуется из противоположных зарядов дырок и электронов, притягивающих друг друга. Основные носители (электроны n-типа и дырки p-типа) с каждой стороны движутся через область обеднения.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \):. Принципиальная схема светодиода при прямом смещении.

На рисунке 1 показано, как светодиод подключается к цепи. Черные точки — это электроны, а кружки — дыры.Стрелки указывают направление диффузии основных носителей заряда через обедненную область. Для работы светодиода знак вывода от источника напряжения должен совпадать со знаком заряда основной несущей. Положительный конец источника напряжения подключен к стороне p-типа, в которой основные носители (дырки) имеют положительный заряд. Это известно как прямое смещение. Поскольку основные носители с каждой стороны перемещаются к противоположному полупроводнику, некоторые электроны и дырки сталкиваются друг с другом.В каждом столкновении электрон и дырка по существу аннигилируют друг друга, а оставшаяся энергия используется для испускания фотона.

Как работают светодиоды

Межполосная рекомбинация — это основной механизм, который описывает активность несущей внутри светодиода. Когда электрон в зоне проводимости встречает дырку в валентной зоне, он падает на более низкий энергетический уровень (валентная зона) и выделяет энергию в виде фотона. Электрон падает от зоны к зоне. Когда светодиод смещен в прямом направлении, полосы слегка изгибаются, уменьшая энергетический барьер между полупроводниками n- и p-типа.Этот уменьшенный энергетический барьер позволяет большему количеству основных носителей диффундировать к противоположной стороне перехода. Поскольку электроны с n-стороны становятся меньшинством, когда достигают p-стороны, рекомбинация более вероятна.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \):. Зонная диаграмма (энергия в зависимости от положения), показывающая рекомбинацию в прямом смещенном p-n переходе.

В правой половине рисунка 2 изображен полупроводник n-типа, на котором электроны (черные точки) являются основными носителями. Прямое смещение вызывает расщепление одного уровня Ферми (в условиях равновесия) на два квазиуровня Ферми Fp и Fn.Эти уровни энергии показаны сплошными линиями около валентной зоны и зоны проводимости для полупроводников p- и n-типа соответственно. Большая стрелка возле большинства электронов показывает направление, в котором электроны диффундируют через обедненную область. Электроны представлены черными точками, а дырки — кружками. Когда электрон из полупроводника n-типа проходит область обеднения (представленную диагональными линиями), он рекомбинирует с дыркой в ​​валентной зоне. Это приводит к тому, что электрон теряет свою энергию и попадает в валентную зону, где была дырка, представленная кружком с ‘x.«Энергия, потерянная электроном, сохраняется и используется для излучения фотона или частицы света.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \):. Сравнение прямой и непрямой запрещенной зоны полупроводников.

Когда электрон в зоне проводимости рекомбинирует, он предпочитает перейти в состояние с наивысшей энергией (пик) в валентной зоне, потому что, согласно теории запрещенной зоны полупроводников, именно там находится большинство дырок. В полупроводниках с прямой запрещенной зоной, таких как нитрид галлия, большая часть этих электронов находится во впадине зоны проводимости и может перемещаться в валентную зону без какого-либо изменения импульса от фонона.График зависимости энергии от импульса на рис. 3 показывает, что для рекомбинации электрона в непрямом полупроводнике (например, в кремнии) требуется дополнительный импульс в виде фонона. Вовлечение фонона маловероятно. Более эффективно, чтобы светодиоды были сделаны из прямых полупроводников, так что больше ничего (фононов) не требуется. Смысл устройства в том, чтобы создавать фотоны из пары электрон-дырка, и было бы крайне неэффективно вводить дополнительную энергию для рекомбинации электрона и дырки.По этим причинам непрямые полупроводники вряд ли будут использоваться для светодиодов.

Температурная зависимость

В светодиодах ширина запрещенной зоны полупроводников увеличивается с понижением температуры. Более низкие температуры вызывают увеличение ширины запрещенной зоны, потому что параметр решетки полупроводника становится меньше, а это означает, что атомы становятся ближе друг к другу. Это приводит к тому, что валентные электроны становятся ближе к другим валентным электронам, увеличивая электростатическую потенциальную энергию \ [U = \ frac {qQ} {4 \ pi \ epsilon_0 r} \], где r — расстояние между свободным электроном и валентным электроном, \ (\ epsilon_0 \) — диэлектрическая проницаемость свободного пространства, а q и Q — отдельные заряды.r уменьшается, что увеличивает U. Более высокая электростатическая потенциальная энергия электронов создает большую ширину запрещенной зоны, поскольку взаимодействия затрудняют перемещение электронов в зону проводимости. Сравните две температурные ситуации для светодиода: при комнатной температуре и после погружения в жидкий азот. Увеличение ширины запрещенной зоны из-за более низкой температуры потребует более высокого напряжения питания для включения светодиода. Эта увеличенная энергия запрещенной зоны будет использоваться, когда электрон рекомбинирует с дыркой, что приводит к более короткой длине волны света.И наоборот, если температура повысится выше комнатной, ширина запрещенной зоны станет меньше, что означает, что полупроводник становится более проводящим, и для питания светодиода потребуется меньшее напряжение.

Соотношение ширины запрещенной зоны и длины волны фотона

Энергия запрещенной зоны светодиода может быть определена путем измерения напряжения на светодиоде в точке, в которой светодиод едва начинает включаться. Это напряжение можно преобразовать в эВ, просто умножив на заряд одного электрона (е).Например, если измеренное напряжение составляет 1,7 В, энергия запрещенной зоны будет 1,7 эВ. Поскольку светодиоды используют межзонную рекомбинацию, электрон будет уменьшаться на всю длину запрещенной зоны. Другими словами, напряжение на светодиоде соответствует значению энергии запрещенной зоны. Энергия испускаемого фотона определяется выражением \ [E = hf = \ frac {hc} {\ lambda} \], где h — постоянная Планка (в единицах эВ * с), c — скорость света в вакууме, f — частота, а \ (\ lambda \) — длина волны фотона.

Таблица 1. Длины волн спектра видимого света, которые соответствуют разным цветам светодиодов, наряду с возможными используемыми полупроводниками.
Цвет светодиода Диапазон длин волн (нм) Используемые полупроводники
Красный 625-760 AlGaAs
Оранжевый 600-625 GaAsP
Желтый 577-600 АлГаИнП
Зеленый 492-577 GaN
Синий 455-492 ZnSe
Фиолетовый 390-455 InGaN

Как указано в таблице 1, цвет, излучаемый светодиодом, зависит от длины волны фотонов, испускаемых в результате рекомбинации.Тип полупроводника, используемого в устройстве, определяет энергию запрещенной зоны, которая используется для создания фотонов с разными длинами волн. Следовательно, цвет светодиода напрямую зависит от материала.

Вопросы

  1. При комнатной температуре измеренное напряжение на светодиодах составило 1,67 В. Какова ширина запрещенной зоны у этого полупроводника и какая длина волны излучается?
  2. Почему большинство светодиодов изготавливаются из прямых полупроводников?
  3. Работает ли светодиод при прямом или обратном смещении? Почему?

Ответы

  1. Ширина запрещенной зоны 1.67 эВ, что соответствует длине волны 743 нм. Горит красный свет.
  2. Светодиоды
  3. в основном изготавливаются из прямых полупроводников, потому что для рекомбинации электрона в зоне проводимости с дыркой в ​​валентной зоне не требуется изменения импульса.
  4. Прямое смещение, так что энергетический барьер между полупроводниками p- и n-типа уменьшается, чтобы позволить большему количеству основных носителей диффундировать к противоположной стороне перехода, что приводит к большей рекомбинации.

Список литературы

  1. Пьер, Роберт Ф.(1996). Основы полупроводниковых приборов. Reading, Mass .: Addison-Wesley, 1996. Print.
  2. Умран С. Инан и Азиз С. Инан. (2000) Электромагнитные волны . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2000. Печать.
  3. Фавваз Т. Улаби и Эрик Михильссен и др. (2010). Основы прикладной электромагнетизма. Верхняя Сэдл Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2010. Печать.
  4. Хуммель, Рольф Э. (2012). Электронные свойства материалов. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer, 2012. Печать.

Авторы и авторство

  • Камрон Норзад, бакалавр Калифорнийского университета в Дэвисе, инженерия электронных материалов

Структура, принципиальная схема, работа и ее типы

Светодиод считается полупроводниковым источником света, который излучает свет, когда через устройство протекает ток. Цвет излучаемого света определяется количеством энергии, необходимой электронам, чтобы пройти через запрещенную зону полупроводника.Первоначальные светодиоды использовались в качестве индикаторных ламп вместо ламп накаливания. В то время как современные достижения в области светодиодов излучают выходной сигнал высокого уровня, подходящий для освещения на открытом воздухе. Развитие светодиодов привело к созданию современных датчиков и дисплеев, повышенная скорость переключения которых помогает в современных системах связи. Теперь в этой статье основное внимание уделяется светодиодам RGB, принципам их работы, принципиальной схеме и типам.

Что такое светодиод RGB?

RGB LED по сути считается светодиодным корпусом, способным излучать практически любой из цветов.Реализация этого устройства может быть найдена во многих приложениях, таких как внешнее освещение, такое как сцена, открытая площадка, домашний декор, матричный дисплей и многие другие. Светодиоды RGB состоят из трех светодиодов основного цвета: красного, зеленого и синего. Эти три цвета комбинируются, чтобы излучать практически любой из желаемых цветов.

Для создания различных цветов необходимо настроить уровень яркости каждого внутреннего светодиода, а затем объединить их для получения желаемых цветов. Интенсивность каждого светодиода можно регулировать с помощью процедуры ШИМ, и было отмечено, что, хотя светодиод генерирует отдельные цвета, наши глаза могут видеть комбинацию цветов, потому что каждый цвет близок друг к другу и выглядит как смесь цветов.

Структура и типы

Как уже было сказано, светодиод RGB состоит из трех отдельных светодиодов, и эти светодиоды имеют общий анод или катод, особенно в корпусе со сквозными отверстиями.

Светодиод состоит из четырех выводов, три из которых используются как собственные, а четвертый — как общий катод или анод. Каждый вывод светодиода идентифицируется по его длине. Структура показана ниже:

Структура RGB LEB

Предположим, что вывод обращен к вам, и в этом направлении длинный вывод, который является вторым слева, является либо анодом, либо катодом, а затем последовательность следует красным цветом, анод / катод, зеленый и синий.

Так выглядит светодиодная структура RGB . Когда невозможно отличить анод от катода по длине, это можно сделать с помощью мультиметра. Процедура для этого объясняется ниже:

  1. Переведите мультиметр в режим проверки целостности цепи
  2. Поместите наконечник мультиметра красного цвета на длинный провод, а другой наконечник мультиметра (наконечник черного цвета) на любой другой. ведет.
  3. Когда светодиод излучает свет, это означает, что длинный вывод является общим анодом.
  4. Таким же образом поместите наконечник мультиметра черного цвета на длинный провод, а другой наконечник мультиметра (наконечник красного цвета) на любой другой провод. Когда свет излучает, длинный красный цвет считается обычным катодом.

Что касается этого обсуждения, в основном существуют два типа светодиодов RGD , которые являются

  • общим анодом
  • общим катодом

Давайте подробно обсудим каждый из них в следующих разделах.

Общий анод
  • В этом типе светодиода RGB анодная часть всех внутренних светодиодов соединена вместе, и она подключена к выводу внешнего анода. Чтобы контролировать каждый цвет, подключение должно быть таким, как показано ниже:
  • НИЗКИЙ сигнал или сигнал заземления должен применяться для красного, зеленого и синего проводов.
  • Подключите анод к положительной клемме источника питания.

Подключение светодиода с общим анодом показано ниже:

Схема выводов общего анода светодиода RGB

Общий катод
  • В этом типе светодиода RGB катодная часть всех внутренних светодиодов соединена вместе, и это связано к выводу внешнего катода.Чтобы контролировать каждый цвет, подключение должно быть таким, как показано ниже:
  • Сигнал HIGH или Vcc должен применяться для красного, зеленого и синего проводов.
  • Подключите анод к отрицательной клемме источника питания.

Подключение светодиодов с общим катодом показано ниже:

Распиновка общего катода светодиода RGB

Установка цвета светодиода RGB с помощью Arduino Uno

Чтобы настроить цвет светодиода RGB, основные компоненты: необходимы:

  • Один блок Arduino Uno
  • Перемычки
  • Светодиод RGB с общим катодным выводом
  • Резисторы 100 Ом — 3 шт.
  • Подстроечные резисторы / потенциометры 1 кОм- 3 шт. от светодиода RGB необходимо установить уровень яркости каждого внутреннего светодиода.Для этого можно использовать методы ШИМ (широтно-импульсной модуляции) или CCR (уменьшение постоянного тока). Здесь используется метод ШИМ, потому что для настройки цвета используется Arduino Uno.

    Компоновку и дизайн сделать легко. Светодиод RGB с общим катодом, потенциометры, резисторы и плата Arduino Uno соединены вместе с помощью перемычек. Подключение осуществляется таким образом, что три потенциометра подключаются к каналам АЦП A0, A1 и A2 блока Arduino.Этот блок АЦП измеряет уровень аналогового напряжения на кромке стеклоочистителя триммера. И в зависимости от напряжения Arduino устанавливает рабочий цикл сигналов ШИМ, которые вырабатываются на выводах D9, D10 и D11.

    Вот конфигурация выводов платы Arduino Uno.

    Arduino Uno имеет 6 контактов для аналогового входа, резонатор 16 МГц, разъем питания, кнопку сброса, контакт заголовка ICSP, контакт USB и 14 контактов для цифровых входов / выходов и выходов. Напряжение питания для микросхемы составляет 12 В.Описание выводов поясняется ниже:

      Вывод
    1. RESET — RST используется для сброса микроконтроллера
    2. Выводы TWI — Полезны для связи, то есть A4 и A5
    3. Вывод светодиода
    4. — Когда на выводе светодиода высокий уровень, светодиод светится, что контакт 13
    5. Контакты 2 и 3 — это контакты внешнего прерывания, которые активируются, когда часы находятся на ВЫСОКОМ или НИЗКОМ значении
    6. Контакты 3, 5, 6, 9, 10 и 11 — это контакты ШИМ и их выход Контакты имеют 8-битный формат
    7. Контакты 10, 11, 12 и 13 — Это контакты SPI
    8. Контакт AREF — Это контакт опорного напряжения
    9. Последовательные контакты — Контакты RX0 и TX1 используются для связи для передачи данных между периферийными устройствами
    10. Память — состоит из 32 КБ памяти вместе с 2 КБ SRAM и 1 КБ EEPROM

    Принципиальная схема светодиода RGB

    Схематическую диаграмму можно нарисовать двумя способами для общего анода и общего катода.Разница между этими двумя проводками заключается во втором выводе. В случае общего анода, вывод 2 и подключен к выводу 5V на плате, тогда как для общего катода вывод 2 и подключен к выводу GND. Для ясного понимания пригодится набросок программного обеспечения. Итак, запустив эскиз / код, можно узнать цвет светодиода RGB.

    Схема общего анода

    Схема общего анода

    Схема общего катода

    Схема общего катода

    Преимущества и недостатки

    Преимущества и недостатки RGB светодиода:

    Преимущества
    • Минимальный размер устройства
    • Меньшая токсичность
    • По сравнению с обычными светодиодами яркость и контрастность светодиода RBG выше
    • Обеспечивает высокую эффективность

    Недостатки

    • Стоимость проектирования выше
    • Показывает дисперсию цвета
    • Цвет изменился

    Итак, светодиод RGB прост в понимании и дизайне.В этой статье четко объяснено, как работает светодиод RGB, его принципиальная схема, настройка с помощью Arduino Uno и его типы. Знайте, как написать Arduino Uno и загрузить его в плату с помощью Arduino IDE.

    Строительство, схемы, работа и применение

    Светодиод — это 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 в различных электрических и электронных проектах. 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, сделанный из полупроводников особого типа.Когда свет излучает в прямом смещении, это называется светодиодом.

    Светоизлучающий диод

    Светодиодный символ

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

    Светодиодный символ

    Конструкция светодиода

    Конструкция светодиода очень проста, поскольку он разработан 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, 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 атом в целом более стабильным и дает небольшой всплеск энергии в форме крошечного светового пакета или фотона.

    Работа светодиода

    На приведенной выше диаграмме показано, как работает светодиод, 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, в нем есть отверстия, они обозначены белыми кружками.
    • Источник питания через p-n-переход вызывает прямое смещение диода и перевод электронов с n-типа на p-тип. Продвигая отверстия в обратном направлении.
    • Электрон и дырки на стыке совмещены.
    • Фотоны испускаются при рекомбинации электронов и дырок.

    История создания светодиода

    светодиода 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 Ник Холоняк разработал красный светодиод.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 популярными в офисах, больницах и школах.
    • В 2019 году светодиоды стали основными источниками света;
    • Светодиодная разработка невероятна, поскольку она варьируется от небольшой индикации 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 номинальный прямой ток находится в диапазоне от 200 мА до 100 мА.


    Смещение светодиода

    Если на светодиод подается напряжение (от 1 В до 3 В), то он работает правильно, так как ток, подаваемый на него, находится 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, последовательно подключив резистор к источнику напряжения и светодиоду. Безопасные 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 ограничения тока, потому что этот резистор ограничивает ток, 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

    «Вс» — источник напряжения

    ‘VD’ — падение напряжения на светодиоде

    «Rs» — токоограничивающий 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 диод Si или Ge равен 0.3 иначе 0,7 В.

    Таким образом, светодиод может работать от высокого напряжения по сравнению с Si- или Ge-диодами.
    Светодиоды для 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) — от красного до инфракрасного, оранжевый
    • Фосфид арсенида галлия алюминия (AlGaAsP) — ярко-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, голубовато-зеленый и синий
    • Карбид кремния (SiC) — синий как подложка
    • Селенид цинка (ZnSe) — синий
    • Нитрид алюминия-галлия (AlGaN) — ультрафиолетовый

    Принцип работы светодиода

    Принцип работы Светодиода основан на квантовой теории.Квантовая теория утверждает, 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 энергетическими уровнями. Если диод с PN-переходом смещен в прямом направлении, то ток течет через диод.

    Принцип работы светодиода

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

    Рекомбинация указывает на то, что электроны из зоны проводимости перескакивают 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 можно сказать, что длина волны электромагнитного излучения обратно пропорциональна ширине запрещенной зоны.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 инфракрасных волн, потому что они находятся за пределами 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 использованием светодиодного устройства InGaN.

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

    Но для достижения этой комбинации с помощью комбинации зеленого, синего и красного светодиодов требуется сложная электрооптическая конструкция для управления сочетанием и распространением различных цветов.Кроме того, этот подход может быть усложнен 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 заставит 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 примыкают к центру 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 обычный источник 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 светодиод

    Светоизлучающий диод, который выдает один цвет при подключении в прямом смещении и выдает один 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, когда 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 разработан с использованием фосфида галлия и арсенида галлия, электроны которых могут генерировать свет, передавая энергию.

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

    Применение светодиодов: светофоры, автомобильные фары, медицинские приборы, вспышки для фотоаппаратов и т. Д.
    ВАХ светодиода

    На рынке доступны светодиоды различных типов, и существуют различные характеристики светодиодов, в том числе цветовой свет, длина волны излучения и интенсивность света.Важной характеристикой светодиода является цвет. При запуске светодиода используется только красный цвет. Поскольку использование светодиодов увеличивается 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 типа излучателей, а также COB

    Эмиттер представляет собой одиночный кристалл, который крепится 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 светодиода можно отсоединить, а одиночный кристалл можно установить на печатной плате открыто.Так что эта конструкция называется COB (chip-on-board array).

    Преимущества и недостатки светодиодов

    К преимуществам светодиода можно отнести следующее.

    • Стоимость светодиодов меньше и они крошечные.
    • С помощью светодиода контролируется электричество.
    • Яркость светодиода меняется с помощью микроконтроллера.
    • с длительным сроком службы
    • Энергоэффективность
    • Без периода прогрева
    • Прочный
    • Не влияет на низкие температуры
    • Направленный
    • Отличная цветопередача
    • Экологичность
    • управляемый

    К недостаткам светодиода можно отнести следующее.

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

    Существует множество применений светодиодов, некоторые из которых 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 сообщения
    • 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?

    Создание схемы на макетной плате для начинающих в электронике

    Создано: 27 июля 2012 г.

    Из этого туториала Вы узнаете, как построить очень простую схему, которая зажигает один светоизлучающий диод (LED).

    Вы узнаете:

    • О резисторах
    • О светодиодах
    • Как читать электрическую схему
    • Как собрать схему на макетной плате

    Предварительные требования

    Вам необходимо узнать об инструментах и ​​электронных компонентах перед тем, как начать это руководство — если вы не читали Start Electronics Now! статью, тогда прочтите ее сейчас.

    Узнайте о батареях, резисторах и светодиодах перед тем, как начать это руководство.

    Компоненты

    Кол-во Часть Обозначение Банкноты Тип
    1 Резистор 1к (1000 Ом, коричневый — черный — красный) R1 1/4 Вт, 5% или лучше Резисторы
    1 5мм красный светодиод D1 Также можно использовать светодиоды других цветов и размеров, например.грамм. 3мм зеленый светодиод Полупроводники

    Вам также понадобится:

    1. Макет
    2. Соединения проводов макетной платы
    3. Батарея 9 В (батарея 9 В)
    4. Зажим аккумулятора

    Зажим аккумулятора, светодиод, резистор и перемычка

    Книги, которые могут вас заинтересовать:

    Чтение принципиальной схемы

    Принципиальная схема (также известная как принципиальная схема) показана ниже:

    Эта принципиальная схема говорит нам (по часовой стрелке от батареи): Подключите положительный полюс батареи (красный зажим батареи) к резистору 1 кОм.Подключите другой вывод резистора к аноду светодиода. Подключите катод светодиода к отрицательной клемме аккумулятора (черный провод зажима аккумулятора).

    Часто аккумулятор или источник питания не показаны на принципиальной схеме. Он будет представлен в виде текста, который покажет, какое напряжение должно быть подключено к цепи. На этой схеме показана альтернативная схема:

    Создание схемы

    Подготовьте детали и инструменты:

    Этот видеоклип покажет вам, что вы будете делать — следуйте пошаговым инструкциям:

    Шаг 1. Вставьте светодиод в макетную плату

    Начните с изгиба более длинного провода светодиода, как показано на предыдущей фотографии.Вставьте более длинный вывод (анод) светодиода в верхнюю направляющую макета, а другой вывод — в отверстие в основной части макета, как показано:

    Шаг 2. Вставьте резистор в макетную плату

    Используйте боковые кусачки, чтобы удалить резистор 1 кОм из цепочки резисторов, если они скреплены лентой. Обрежьте вывод резистора как можно ближе к ленте. Не пытайтесь удалить ленту, так как это оставит липкий беспорядок на конце вывода резистора, который затем окажется на вашей макетной плате.

    Согните выводы резистора, как показано ниже. Вставьте один из выводов резистора в отверстие непосредственно под катодным выводом светодиода, а другой вывод — в отверстие под средним каналом макета. Это подключает катод светодиода к одному из выводов резистора. Неважно, с какой стороны резистор вставлен в макетную плату.

    Шаг 3. Вставьте перемычку в макетную плату

    Вставьте соединительный элемент в отверстие непосредственно под выводом резистора и в нижнюю направляющую макета.

    Шаг 4. Вставьте зажим аккумулятора в макетную плату

    Вставьте красный (положительный) провод зажима аккумулятора в верхнюю направляющую макета. Вставьте черный (отрицательный) провод зажима аккумулятора в нижнюю направляющую макета.

    Шаг 5. Вставьте аккумулятор в зажим для аккумулятора

    Наконец, вставьте аккумулятор в аккумуляторный зажим, чтобы подать питание на схему и включить светодиод. Убедитесь, что зажим аккумулятора подсоединен к аккумулятору правильно.Разъем противоположного типа на зажиме батареи должен быть подключен к клеммам батареи, то есть у батареи и зажима батареи есть пара контактов, и они будут подключаться друг к другу только одним способом. Если вы попытаетесь подключить их неправильно, они не будут скрепляться вместе, но на мгновение вызовут обратную полярность в цепи, что может привести к выходу из строя цепи, поэтому обязательно подключите батарею правильно в первый раз.

    Вы можете помочь сайту Starting Electronics, сделав пожертвование:

    Любое пожертвование приветствуется и используется для оплаты текущих расходов этого веб-сайта.Нажмите кнопку ниже, чтобы сделать пожертвование.


    Как работает макетная плата и схема

    Красные линии на фотографии ниже показывают, как макетная плата подключена внутри. На рисунке показаны только некоторые вертикальные соединения, они повторяются, как показано.

    Верхняя и нижняя части макета идентичны и имеют четыре горизонтальные соединительные планки. В середине макета есть вертикальные соединительные планки, разделенные горизонтальным каналом посередине.

    Каждая отдельная красная линия или соединительная полоса электрически изолирована от всех остальных полос.

    Любой вывод компонента, который вставлен в отверстие или «соединительную точку» на макетной плате, будет подключен к тому, что вставлено в отверстие той же соединительной планки, как отмечено красным на фотографии.

    Вы можете помочь сайту Starting Electronics, сделав пожертвование:

    Любое пожертвование приветствуется и используется для оплаты текущих расходов этого веб-сайта.Нажмите кнопку ниже, чтобы сделать пожертвование.


    На этой фотографии показана схема, построенная в этом руководстве, с соединительными полосками на макетной плате, которые используются схемой, синим цветом.

    Красный вывод от батареи соединен со светодиодом через верхнюю горизонтальную полосу макета. Светодиод подключается к резистору с помощью верхней вертикальной полосы. Резистор не закорочен, потому что он перескакивает через средний изолированный канал макета на вертикальную соединительную планку внизу.Перемычка соединяет нижний вывод резистора с нижней горизонтальной соединительной полосой, которая затем подключается к черному выводу батареи.

    Надеюсь, вам понравился этот урок, и вы сочли его полезным. Это руководство было простым введением в некоторые базовые электронные компоненты, чтобы вы могли узнать, как работает макетная плата, прежде чем приступать к более сложным схемам.

    Основные сведения об ИК-датчике | Схема контактов ИК-светодиода и работа

    Инфракрасный светодиод (IR LED) — это светодиод специального назначения, излучающий инфракрасные лучи с длиной волны от 700 нм до 1 мм.Различные ИК-светодиоды могут излучать инфракрасный свет с разной длиной волны, точно так же, как разные светодиоды излучают свет разных цветов.

    ИК-светодиоды обычно изготавливаются из арсенида галлия или арсенида алюминия-галлия. В дополнение к ИК-приемникам они обычно используются в качестве датчиков.

    Внешний вид ИК-светодиода такой же, как и у обычного светодиода. Поскольку человеческий глаз не может видеть инфракрасное излучение, человек не может определить, работает ли инфракрасный светодиод. Камера на камере мобильного телефона решает эту проблему.ИК-лучи от ИК-светодиода в цепи отображаются в камере.

    Схема контактов ИК-светодиода

    ИК-светодиод — это диод или простой полупроводник. В диодах электрический ток может течь только в одном направлении. По мере протекания тока электроны падают из одной части диода в отверстия в другой части. Чтобы попасть в эти дыры, электроны должны выделять энергию в виде фотонов, которые производят свет.

    Необходимо модулировать излучение ИК-диода, чтобы использовать его в электронном приложении, чтобы предотвратить ложное срабатывание.Благодаря модуляции сигнал от ИК-светодиода выделяется над шумом. Инфракрасные диоды имеют корпус, непрозрачный для видимого света, но прозрачный для инфракрасного. Массовое использование ИК-светодиодов в пультах дистанционного управления и системах аварийной сигнализации резко снизило цены на ИК-диоды на рынке.

    ИК-датчик

    ИК-датчик — это электронное устройство, которое обнаруживает падающее на него ИК-излучение. Датчики приближения (используются в телефонах с сенсорным экраном и роботах, избегающих краев), датчики контраста (используются в роботах, следующих за линией) и счетчики / датчики препятствий (используются для подсчета товаров и охранной сигнализации) — вот некоторые приложения, в которых используются ИК-датчики.

    Принцип работы

    ИК-датчик состоит из двух частей: цепи эмиттера и цепи приемника. Все вместе это называется оптопарой или оптопарой.

    Излучателем является ИК-светодиод, а детектором — ИК-фотодиод. ИК-фотодиод чувствителен к ИК-свету, излучаемому ИК-светодиодом. Сопротивление фотодиода и выходное напряжение изменяются пропорционально полученному ИК-излучению. Это основной принцип работы ИК-датчика.

    Тип заболеваемости может быть прямым или косвенным.При прямом падении ИК-светодиод помещается перед фотодиодом без каких-либо препятствий между ними. При непрямом падении оба диода размещаются рядом с непрозрачным объектом перед датчиком. Свет от ИК-светодиода попадает на непрозрачную поверхность и отражается обратно на фотодиод.

    Пошаговые инструкции по созданию ИК-датчика доступны по адресу: DIY — ИК-датчик

    Инфракрасные датчики

    находят широкое применение в различных областях. Давайте взглянем на некоторые из них.

    Датчики приближения

    Датчики приближения используют принцип отражающего непрямого падения. Фотодиод принимает излучение, испускаемое ИК-светодиодом, после отражения от объекта. Чем ближе объект, тем выше будет интенсивность падающего на фотодиод излучения. Эта интенсивность преобразуется в напряжение для определения расстояния.

    Датчики приближения находят применение, помимо прочего, в телефонах с сенсорным экраном. Во время звонков дисплей отключается, так что даже если щекой коснется сенсорного экрана, никакого эффекта нет.

    Роботы-последователи линии

    Следуя за роботами, ИК-датчики определяют цвет поверхности под ним и отправляют сигнал на микроконтроллер или основную схему, которая затем принимает решения в соответствии с алгоритмом, установленным создателем бота.

    Линейные повторители используют отражающее или неотражающее непрямое падение. ИК-излучение отражается обратно в модуль от белой поверхности вокруг черной линии. Но ИК-излучение полностью поглощается черным цветом.Нет отражения ИК-излучения, возвращающегося к модулю датчика черного цвета.

    С проектами можно ознакомиться по адресу: робот-последователь линии

    Счетчик предметов

    Счетчик предметов реализован на основе прямого попадания излучения на фотодиод. Всякий раз, когда какой-либо предмет закрывает невидимую линию ИК-излучения, значение сохраненной переменной в компьютере / микроконтроллере увеличивается. На это указывают светодиоды, семисегментные дисплеи и ЖК-индикаторы. Системы мониторинга крупных заводов используют эти счетчики для подсчета количества продуктов на конвейерных лентах.

    С проектами можно ознакомиться по адресу: Инфракрасный счетчик объектов

    Охранная сигнализация

    Прямое попадание излучения на фотодиод применимо в цепи охранной сигнализации. ИК-светодиод устанавливается с одной стороны дверной коробки, а фотодиод — с другой. ИК-излучение, излучаемое ИК-светодиодом, при нормальных условиях попадает непосредственно на фотодиод. Как только человек преграждает путь ИК-излучению и вызывает тревогу.

    Этот механизм широко используется в системах безопасности и дублируется в меньшем масштабе для небольших объектов, таких как экспонаты на выставке.

    С проектами можно ознакомиться по адресу: Инфракрасная охранная сигнализация

    .

    ИК-передатчик и приемник музыки

    Используя ИК-передатчик / приемник и музыкальный генератор, можно создавать музыкальные звуки и слышать их на расстоянии до 10 метров. ИК-передатчик музыки работает от батареи 9 В, а ИК-приемник музыки работает от регулируемого напряжения от 9 В до 12 В.

    Проекты доступны по адресу: IR Music Transmitter and Receiver

    Игра с ИК-датчиками

    Инфракрасные датчики могут применяться в различных областях, например, в пультах дистанционного управления от телевизора, охранной сигнализации и счетчиках объектов.Здесь мы использовали инфракрасные датчики (инфракрасные светодиоды) для создания схемы обнаружения объектов, а также датчик приближения для роботов, отслеживающих путь.

    Проекты доступны по адресу: Playing With IR Sensors

    Беспроводная система безопасности с инфракрасными датчиками

    В этом проекте демонстрируется беспроводная система безопасности, в которой четыре пироэлектрических инфракрасных (PIR) датчика движения размещены с четырех сторон — спереди, сзади, слева и справа — зоны, подлежащей охвату. Он обнаруживает движение с любой стороны и включает аудиовизуальную сигнализацию.Также отображается сторона, на которой обнаружено движение (нарушитель).

    С проектами можно ознакомиться по адресу: Беспроводная система безопасности с инфракрасными датчиками

    Инфракрасный детектор объектов и приближения

    Здесь мы использовали ИК-датчики для создания схемы обнаружения объектов и датчика приближения для роботов, отслеживающих путь.

    Проект доступен по адресу: Инфракрасный детектор объектов и приближения

    Эта статья была впервые опубликована 30 октября 2017 г. и обновлена ​​3 ноября 2020 г.

    Схема светодиодных индикаторов состояния панели управления



    ПРИМЕЧАНИЯ:

    1. Во время самотестирования при включении (POST) некоторые светодиоды загораются на короткое время.
    2. Желтые светодиоды могут мигать, показывая активность, и оставаться включенными, указывая на наличие проблемы.

    Индикатор включения питания Этот зеленый индикатор загорается, когда вы включаете сервер нажатием выключателя питания, а также когда сервер включается в автоматическом режиме.
    Индикатор автоматического включения питания Этот зеленый индикатор загорается, когда сервер включается в автоматическом режиме.
    Индикатор активности POST Этот желтый индикатор горит во время самотестирования при включении (POST) и служебных программ настройки. Если этот индикатор продолжает гореть, либо произошла ошибка POST, либо системный микропроцессор остановился.
    Индикатор использования жесткого диска SCSI Этот желтый светодиодный индикатор горит, когда сервер обращается к устройству SCSI. Если этот индикатор продолжает гореть, это может означать, что шина SCSI или системный микропроцессор остановились.
    Индикатор использования основного микропроцессора Этот желтый светодиодный индикатор мигает, указывая на активность основного микропроцессора; он также появляется во время POST.
    Дополнительный (вторичный) индикатор использования микропроцессора Если установлен дополнительный микропроцессор, этот желтый светодиодный индикатор мигает, показывая активность дополнительного микропроцессора; он также горит во время POST. После установки этот дополнительный микропроцессор становится загрузочным или стартовым процессором.
    Индикатор передачи Ethernet Этот желтый светодиодный индикатор показывает активность передачи в сети.
    Индикатор приема Ethernet Этот желтый светодиодный индикатор показывает активность приема в сети.
    Индикатор состояния соединения Ethernet Этот зеленый индикатор показывает активное соединение на интерфейсе 10BASE-T.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.