Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Как определить полярность у светодиода?

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

  1. Ось, расположенная по вертикали:
    верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
  2. Ось, расположенная по горизонтали:
    область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
  3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики
    отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
  4. Вторая (обратная) ветвь
    соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
  5. По графику можно наблюдать
    , что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
  6. Показанное увеличение показателей тока
    может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
  7. Исследуя обратную ветвь
    можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

Виды диодов

Все диодные элементы можно разделить на 2 большие группы: неполупроводниковые и полупроводниковые. Первая группа состоит из 2-х видов: вакуумных (кенотронов) и наполненных газом (стабилитронов с тлеющим или коронным разрядом, игнитронов и газотронов).

Вакуумные диоды – лампы с двумя
электродами, один из них выполнен в виде нити накаливания. При открытии
электроны движутся от плюса к минусу. При изменении направления движения тока
прибор почти полностью закрывается, движение электронов прекращается.

Из газонаполненных диодных элементов на
данный момент используются лишь газотроны с дуговым разрядом (стабилитроны),
наполненные инертным газом и паром ртути и оснащенные оксидными термокатодами. Основная
особенность – способность выдать высокое напряжение на выходе и работать с
токами в несколько десятков ампер.

Полупроводниковые диоды – это емкости
небольшого размера, из которых удален воздух.

Внутри размещаются 2 электрода:

  • плюсовой
    (с электропроводностью p);
  • минусовой
    (с электропроводностью n).

Что такое диодная защита от обратной полярности?

На самом деле вы можете получить защиту от обратной полярности с помощью одного лишь диода. Да, всё, что вам нужно, это один диод. Это действительно работает, но, конечно, более сложное решение может обеспечить лучшую эффективность.

Идея здесь состоит в том, чтобы поставить в линию питания последовательно диод.

Защита от обратной полярности с помощью диода

Если вы не знакомы с этим методом, он может показаться немного странным. Может ли диод изменить полярность приложенного напряжения? Может ли он действительно «изолировать» схему, расположенную ниже, от приложенного напряжения?

Он, конечно, не сможет «отменить» обратную полярность, но он может изолировать остальную часть схемы от этого условия просто потому, что он не будет проводить ток, когда напряжение катода выше напряжения анода. Таким образом, в случае обратной полярности наносящие повреждения обратные токи не смогут протекать, и напряжение на нагрузке не будет таким же, как обратное напряжение источника питания, потому что диод работает подобно разрыву в цепи.

Схема LTspice, показанная выше, позволяет нам исследовать переходное и установившееся поведение схемы защиты на основе диода. Первоначально напряжение составляет 0В, затем оно резко изменяется до –3В. Моя идея здесь заключается в том, чтобы имитировать эффект неправильной установки двух аккумуляторов 1,5В (или одной батареи 3В). Моделирование включает в себя сопротивление нагрузке (соответствующее схеме, которая потребляет около 3 мА) и емкость нагрузки (соответствующая блокировочным конденсаторам у нескольких микросхем).

Результаты моделирования схемы защиты от обратной полярности с помощью диода

Вы можете видеть, что через диод протекает некоторый обратный ток (т.е. от катода к аноду). Переходной ток очень мал, а ток в установившемся состоянии незначителен. Однако ток течет, и, следовательно, диод со стороны катода не совсем «оторван» от цепи питания; вместо этого в цепи нагрузки имеется очень малое обратное напряжение. Однако это не является установившимся состоянием. Если мы продолжим моделирование до 300 мс, мы увидим следующее:

Результаты моделирования схемы защиты от обратной полярности с помощью диода (продолжительность 300 мс)

Так как емкость нагрузки заряжается и становится разрывом в цепи, ток падает до нуля (точнее, до 0,001 фемтоампера, в соответствии с LTspice), и, следовательно, на нагрузке нет никакого обратного напряжения. Вывод здесь заключается в том, что диод не идеален, но, насколько мне известно, его достаточно, потому что я не могу себе представить, что на какую-то реальную схему могут негативно повлиять ~100 мс напряжения обратной полярности в несколько микровольт.

Как проверить диод мультиметром

На сегодняшний день мы не можем себя представить без электроники, она нас окружает почти все время. Но, к сожалению, электроника не работает вечно и довольно распространенной причиной поломки является выход из строя диода. В этой статье я расскажу, что такое диод в принципе и как его можно проверить с помощью электронного мультиметра.

Что такое диод и как он работает

Диод – это элемент платы, представляющий из себя полупроводник с P-N переходом и вследствие этого обладающий однонаправленной проводимостью.

Конструктивно простой диод имеет два выхода: катод (отрицательный) и анод (положительный).

Примечание. В данной статье рассматривается самый простой вариант диода, имеющего только один P-N переход. В принципе их может быть больше, например, у динистора их три.

Диод работает следующим образом: когда он включен в цепь «прямо», то есть к «+» подходит положительный заряд, а к «-» отрицательный. В этом случае P-N переход раскрывается и по проводнику протекает ток, если же на «+» подать отрицательное значение, а на минус – положительное, то в данном случае переход закрывается и через проводник ток не проходит.

На этом простом принципе и построен алгоритм проверки работоспособности диода. Зная это, можно приступать к непосредственной проверке.

Проверяем исправность диода

Для успешной проверки целостности диодов нам понадобится сами диоды и мультиметр.

В подавляющем большинстве мультиметров есть функция проверки диодов и визуально она выглядит так:

Для этого просто переводим положение регулятора в данную область, берем концы и красный прислоняем к аноду (обычно производители маркируют его белой полосой или же просто пишут «-»), а черный к катоду. При этом вы увидите определенное значение:

Причем это значение является не сопротивлением, а пороговым напряжением.

Важно. При выполнении проверки не прикасайтесь пальцами к катоду и аноду, так как в таком случае вы получите не совсем корректные показания

Теперь меняем концы мультиметра местами и проверяем диод в обратном направлении.

При таком подключении на циферблате мультиметра вы увидите «1» в старшем разряде. Это говорит о том факте, что в этом направлении P-N переход закрыт, ток не протекает.

Из этих измерений можно сделать вывод – диод полностью исправен.

Виды неисправности диодов

Есть лишь два вида неисправности диодов, это:

1. Пробой. В этом случае диод становится самым обычным проводником, по которому ток может беспрепятственно перемещаться в любом направлении. При такой неисправности мультиметр издает тонкий писк, а на дисплее вы увидите значение близкое или равное нулю.

2. Обрыв . А в данном случае диод в принципе не пропускает ток ни в одно направление и по факту становится изолятором. При этом дисплей прибора в обоих случаях показывает «1». Эту поломку можно диагностировать и ошибочно, чтобы этого избежать при каждой проверке замыкайте их на себя, чтобы проверить целостность концов.

Как вы видите, диагностировать данные неисправности довольно легко.

Можно ли проверить диод, не выпаивая его из схемы

Этот вопрос вполне логичен и понятен и ответ не него таков: Полностью выпаивать диод из схемы для его проверки не обязательно, достаточно выпаять лишь одну из «ножек», этого будет вполне достаточно для его полноценной проверки.

Если не производить выпаивание одной «ноги», то при проверке вы получите неверные данные, так как в этом случае ток будет еще растекаться по схеме.

Как по показаниям мультиметра понять, по какой технологии и из какого материала выполнен диод

Проверяя различные диоды, вы можете заметить, что показания мультиметра различаются и порой довольно существенно. Это связано с тем, что диоды выполняются из различных материалов и по разным технологиям. И по этим показаниям можно определить из чего они выполнены:

Вот таким нехитрым образом происходит проверка диодов на работоспособность и исправность

Спасибо за внимание

Кремниевые стабилитроны. Назначение. Вах стабилитроны.

Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — плоскостной кремниевый полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя]. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко[. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов.

Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8 В до 400 В. Интегральные стабилитроны со скрытой структурой на напряжение около 7 В являются самыми точными и стабильными твердотельными источниками опорного напряжения: лучшие их образцы приближаются по совокупности показателей к нормальному элементу Вестона. Особый тип стабилитронов, высоковольтные лавинные диоды («подавители переходных импульсных помех», «суппрессоры», «TVS-диоды») применяется для защиты электроаппаратуры от перенапряжений.

Стабилитроном называют ПП диод, в котором в области электрического пробоя ВАХ используется участок, где напряжение слабо зависти от обратного тока. Благодаря этому стабилитроны используют как стабилизаторы напряжения. В настоящее время выпускаются преимущественно кремн. стабилитроны. ПП диоды, в кот. используется участок ВАХ при прохождении прямого тока, где напряжение слабо зависит от величины этого тока, называются стабисторами. Обратная ветвь ВАХ стабилитрона имеет почти вертикальный участок, прямая ветвь такая же, как у обычного диода (рис. 5.6б). Обозначение стабилитрона в схемах несколько отличается от обозначения диода (рис. 5.6а). Примером использования стабилитронов и стабисторов могут служить параметрические стабилизаторы напряжения, которые иначе используют в качестве источников опорного напряжения.

18.Биполярные транзисторы. Типы транзисторов. Обозначения на схемах.

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Биполярные транзисторы делятся на две основные группы по типу проводимости:

  • pnp-транзистор — p-эмиттер, n-база, p-коллектор;

  • npn-транзистор — n-эмиттер, p-база, n-коллектор.

От типа транзистора зависит полярность его включения в схему.

Рис. 1 — Условное графическое обозначение биполярного транзистора структуры n-p-n

На рисунке буква d означает диаметр в мм. 1/3d и 2/3d соответственно треть и две трети от диаметра.

Рис. 2 — Условное графическое обозначение биполярного транзистора структуры p-n-p

Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов

Для повышения напряжения стабилизации можно последовательно соединять два и более стабилитрона. Например на нагрузке нужно получить 17 В, тогда, в случае отсутствия нужного номинала, применяют опорные диоды на 5,1 В и на 12 В.

Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности.

Также стабилитроны находят применение для стабилизации переменного напряжения. В этом случае они соединяются последовательно и встречно.

В один полупериод переменного напряжения работает один стабилитрон, а второй работает как обычный диод. Во второй полупериод полупроводниковые элементы выполняют противоположные функции. Однако в таком случае форма выходного напряжения будет отличается от входного и выглядит как трапеция. За счет того, что опорный диод будет отсекать напряжение, превышающее уровень стабилизации, верхушки синусоиды будут срезаться.

Применение тестера

Простейшим, но от этого ничуть не менее эффективным, прибором для тестирования элементов электронных схем, полупроводниковых диодов, в том числе, является тестер радиодеталей. Более того, этот инструмент наиболее распространен в среде радиомастеров по причине неприхотливости, малых массогабаритных параметров и возможности измерения практически любых характеристик радиоэлементов и цепей, важных при ремонте.

Считается, что цифровые мультиметры, благодаря своей точности и удобству в эксплуатации, постепенно вытесняют аналоговые. Однако не стоит грешить на точность старенькой «цешки». В ее состав уже входят микросхемы, а мостовые резисторы имеют погрешность 1-2% (это очень высокая точность даже для интегральных микросхем). Поэтому, чтобы проверить исправность диода или транзистора нет необходимости покупать новый мультиметр, при наличии аналогового.

Цифровая индикация прижилась из-за отсутствия механических узлов в мультиметре. Это повысило его удароустойчивость и срок эксплуатации.

Проверка диодов упростилась и с появлением звукового сигнала, позволяющего даже не обращать внимания на дисплей. В большинстве мультиметров существует специальный режим, позволяющий в прямом и переносном смысле прозвонить диод. Он отмечен на корпусе соответствующим знаком.

Из чего состоит диод

В нашем мире встречаются вещества, которые отлично проводят электрический ток. Сюда в основном можно отнести металлы, например, серебро, медь, алюминий, золото и так далее. Такие вещества называют проводниками. Есть вещества, которые ну очень плохо проводят электрический ток – фарфор, пластмассы, стекло и так далее. Их называют диэлектриками или изоляторами. Между проводниками и диэлектриками находятся полупроводники. Это в основном германий и кремний.

После того, как германий или кремний смешивают с мельчайшей долей мышьяка или индия, образуется полупроводник N-типа, если смешать с мышьяком; или полупроводник P-типа, если смешать с индием.

Теперь если эти два полупроводника P и N -типа приварить вместе, на их стыке образуется PN-переход. Это и есть строение диода. То есть диод состоит из PN-перехода.

строение диода

Полупроводник P-типа в диоде является анодом, а полупроводник N-типа – катодом.

Давайе вскроем советский диод Д226 и посмотрим, что у него внутри, сточив часть корпуса на наждачном круге.

диод Д226

Вот это и есть тот самый PN-переход

PN-переход диода

Определение типа элемента

Хорошо если размер корпуса позволяет нанести на нем хоть сколько-нибудь понятную маркировку. Но чаще всего диоды настолько малы, что их трудно маркировать даже цветом. В этом случае отличить диод от стабилитрона, например, не представляется возможным, ведь они как близнецы-братья.

В подобных ситуациях поможет лишь принципиальная схема аппарата, из которого извлечен элемент. В соответствии с ней можно определить тип компонента и его марку. Если же отсутствует эта информация, можно попробовать поискать принципиальную схему ремонтируемого аппарата в интернете или сделать фотоснимок элемента и также обратиться в Сеть и провести поиск по изображению.

Расчет светодиодов — ограничительный резистор в цепи LED-диодов

Расчет светодиодов — LED-диод, это неотъемлимый элемент современной электроники, который используется практически во всех радиоэлектронных устройствах. Принцип его работы следующий: при подачи на него определенного значения постоянного тока, прибор начинает светится.

Существуют светодиоды различных цветов свечения, которое обусловливается применяемым материалом для его изготовления.

Специфика включения светодиодного прибора

Вольт-Амперная характеристика у светодиода аналогична той, которую имеет стандартный диод полупроводникового типа. Вместе с тем, когда в цепи светодиода возрастает напряжение прямой направленности, идущий через него ток стремительно увеличивается. Взять для примера фирменный светодиод зеленого свечения, то если подавать на него прямое напряжение в диапазоне от 1.8v до 2v, ток может увеличиться в пять раз, то есть составит 10мА.

Следовательно, включение светодиода по схеме прямой направленности напряжения, даже при незначительном увеличении напряжения, постоянный ток может повысится до критической величины. А при возрастании тока до пикового значении, чревато выходом из строя светодиода.

Поэтому, что бы предохранить данный полупроводниковый прибор от возможного пробоя, подавать на него напряжение необходимо от стабилизированного источника тока, то есть — драйвера.

В случае, если цепь со стабилизированным напряжением в схеме отсутствует, тогда для защиты светодиода применяется постоянный резистор в качестве ограничивающего ток сопротивления. Такой гасящий резистор включается последовательно в цепь светодиода. Чтобы точно определить номинальное значение такого резистора, нужно воспользоваться ниже приведенной формулой:

Это популярный в радиоэлектронике закон Ома, с помощью которого можно легко определить номинальное значение сопротивления на определенном участке электрического тракта.

В общем, принцип расчета сопротивления такой: определяем требуемую величину рабочего тока прибора — Iсв и номинальное напряжение для его работы — Uсв. При этом нужно учитывать постоянное напряжение, от которого питается вся схема — Uпит, далее уже высчитывается номинальное значение ограничительного сопротивления — Rогр:

Rогр=(Uпит-Uсв)/(Iсв*0,75)

Коэффициент 0,75 в этом случае применяется для сохранения определенного запаса.

Получив номинальное значение сопротивления, теперь необходимо найти наиболее приближенный к нему номинал постоянного резистора.

Теперь нужно определить мощность рассеивания гасящего резистора:

Узнав мощность рассеивания ограничительного резистора, теперь нужно найти компонент с предельно допустимыми параметрами.

Включение светодиодов по параллельной и последовательной схеме

Используя параллельное включение LED-источника, следует помнить, что в случае задействования только одного гасящего сопротивления может привести к его перегреву.

Применяя схему параллельного включения LED-приборов, необходимо в разрыв цепи диода всегда устанавливать свой, персональный резистор ограничения тока. Способ расчета номинальной мощности и сопротивления этого резистора высчитывается аналогичным методом, приведенным выше. Используя схему последовательного включения, цепь желательно составлять из идентичных друг другу приборов.

Помимо этого, нужно взять во внимание то, что действующее в схеме напряжение должно составлять немногим большее значение, чем потребляющее всеми LED-диодами одновременно

Вычисление номинала ограничительного резистора для использования в схеме последовательного соединения, производится таким же образом, как показано выше. Хотя, есть некоторое исключение, состоящее в том, что при подсчете, взамен значения Uсв применяется значение Uсв*N. В приведенном примере буква N означает число соединенных в цепь LED-приборов.

Схема простейшего метода проверки напряжения стабилитрона

Радиолюбители и все те, кто хорошо дружит с электроникой знают, что задача нахождения стабилитрона с нужными характеристиками (рабочим напряжением) скучная и кропотливая. Случается, что нужно перебрать очень много разных экземпляров, пока не найдётся нужное значение Vz. Проверка состояния стабилитрона обычно делается с помощью обычной шкалы мультиметра для измерения диодов, этот тест дает нам точное представление о состоянии компонента, но не дает нам определить значение Vz. В общем тестер стабилитронов это действительно удобный прибор, когда мы хотим быстро выяснить значение напряжения Vz.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации