Плюс минус диод: мультиметром, по внешнему виды или подачей питания

где находится плюс и минус, порядок и инструменты для определения

Для устройства точечного освещения мастера часто используют светодиоды. Эти маленькие лампочки при минимальном потреблении электроэнергии способны выдавать хорошую производительность. К тому же служат гораздо дольше обычных ламп накаливания. Но при монтаже цепи освещения важно учитывать полярность светодиода. Иначе он просто не сработает на подаваемый ток или быстро выйдет из строя.

Содержание

1. Подробно о полярностях светодиодных ламп
2. Способы выявления полярности
3. Использование мультиметра
4. Метод подачи напряжения
5. Определение полярности с помощью техдокументации
6. Когда требуется определение полярностей LED-лампочек

Подробно о полярностях светодиодных ламп

Несоблюдение полярности и неправильное включение может привести к поломке светодиода

Работают такие маленькие точки освещения по принципу протекания через них тока только в прямом направлении. От этого возникает оптическое излучение лампочки. Если полярности не соблюсти при подключении, ток не сможет проложить себе прямой путь по цепи. Соответственно, прибор освещения не заработает.

Таким образом, перед установкой светодиода мастер должен узнать расположение его катода и анода («+» и «—»). Сделать это не сложно, зная определенные принципы визуальной оценки лампочки или работы электроприборов в сочетании с ЛЕД-элементом.

Способы выявления полярности

Определение полярности светодиода по внешнему виду

Выделяют несколько основных методов, по которым можно выяснить, где плюс у светодиода, а где минус. Самый простой способ — визуальный осмотр элемента и определение полярностей по внешнему виду.

Для новых LED-элементов характерной чертой является длина ножек. Анод (плюс) всегда будет длиннее катода (минуса). Как памятка мастеру — первая литера «К» от слова «катод» означает «короткий». Можно оценить визуально и колбу лампочки. Если она хорошо просматривается, мастер увидит так называемую «чашечку». В ней расположен кристаллик. Это и есть катод.

Нелишне обратить внимание и на ободок LED-детали. Многие производители предпочитают проставлять специальную маркировку-обозначение напротив катода. Она может выглядеть как засечка (риска), маленький срез или точка. Не увидеть их сложно.

Новый вариант маркировки светодиодов — значки «+» и «-» на цоколе. Таким образом производитель облегчает мастеру работу, помогает определять полярности. Иногда возможна маркировка зеленой линией напротив плюса.

Использование мультиметра

Определение полярности светодиода при помощи мультиметра

Если определить светодиод — анод/катод — визуально не получается, можно использовать специальное оборудование. Таковым является мультиметр. Вся процедура проверки займет не более минуты. Действуют таким образом:

• На аппарате устанавливают режим измерения сопротивления.
• Щупы мультиметра аккуратно соединяют с ножками LED-лампочки. Предположительный плюс ставят к красному проводку. Минус — к черному. При этом касание делают кратковременным.
• Если контакты установлены правильно, аппарат покажет сопротивление, близкое к 1,7 кОм. При неправильном подключении ничего не произойдет.

Мультиметр можно эксплуатировать и в режиме проверки диодов. Здесь при правильном соблюдении полярностей лампочка даст свет. Особенно хорошо такая рекомендация работает с диодами зеленого и красного цветов. Белые и синие требуют напряжения более 3В, поэтому даже при правильном подключении могут не засветиться.

Чтобы проверить элементы этих колеров через мультиметр, можно применить режим определения характеристик транзистора. Он есть на всех современных моделях приборов. Здесь действуют так:

• Выставляют нужный режим.
• Лампочку ножками вставляют в специальные пазы С (коллектор) и Е (эмиттер). Они предназначены для транзистора в нижней части устройства.

Если минус светодиода подключен к коллектору, лампочка даст свет.

Метод подачи напряжения

Определение полярности светодиода методом подачи напряжения

Чтобы определить полярности светодиода, можно использовать для этого источники напряжения (аккумуляторная батарейка). Но лучше всего применить лабораторный блок питания с наличием плавной регулировки напряжения, а также вольтметр постоянного тока.

Действуют таким образом:

• ЛЕД-лампочку подключают к источнику питания и медленно поднимают напряжение.
• Если полярности элемента соблюдены правильно, светодиод даст колер.
• Если при достижении 3-4 В лампочка так и не засветится, плюс и минус подключены неверно.

При срабатывании лампочки не нужно продолжать увеличивать напряжение. Элемент от таких экспериментов просто сгорит.

Если у мастера нет блока питания или батареи на 5-12 В, можно последовательно соединить между собой несколько элементов по 1,5 В. Пригодятся здесь аккумулятор от мобильного телефона или авто. Но стоит помнить: при подключении LED-элементов к мощным устройствам рекомендуется параллельно применять токоограничивающий резистор.

Определение полярности с помощью техдокументации

Если светодиод только что купленный, к нему прилагается техническая документация от производителя. Здесь указаны основные данные о лампочках:

• масса;
• цоколевка светодиодов;
• габариты;
• электрические параметры:
• иногда распиновка (схема подключения).

При покупке элементов в розницу можно попросить продавца дать ознакомиться с информацией, чтобы не мучиться дома и не искать, где у светодиодов плюс и минус. По бумагам делается соответствующий вывод.

Когда требуется определение полярностей LED-лампочек

Применение светодиодов в декорировании улицы

Маленькие светодиоды широко применяются в различных областях, связанных с освещением и индикацией:

• уличное освещение: рекламные вывески, парковые подсветки;
• бытовые элементы искусственного света: освещение рабочих панелей, периметра подвесного потолка, встроенной мебели и др.;
• индикация электроприборов режимов вкл./выкл.: самодельные умные розетки и т.д.;
• детские игрушки;
• пульты ДУ и многое другое.

При выходе из строя лампочки мастер прибегает к её замене. При этом требуется определить анод и катод светодиода. В противном случае элемент просто не выдаст освещения.

На различных форумах есть информация о том, что нет смысла искать, где светодиод «прячет» плюс и минус. Нередки суждения, что лампочку можно подключать без соблюдения полярностей. Здесь есть нюансы. Даже если мастеру повезет и элемент даст свет, в конечном счете это приведет к таким последствиям:

• Ресурс работы неправильно подключенной лампочки, заявленный производителем, сократится в разы. К примеру, при гарантированном режиме 45000 часов светодиод отработает в два раза меньше.
• Производительность (интенсивность, яркость света) снизится в разы от той, которая должна быть. В общей цепи это будет видно невооруженным глазом.

Подобные игры с полярностями и вероятность работы диодного элемента напрямую зависят от характеристик конкретного полупроводника и напряжения пробоя.

Средняя продолжительность LED-лампочек составляет 10 лет. При их влагозащите IP67 и более элементы можно смело использовать при устройстве уличного освещения. Чтобы светодиоды работали заявленный срок, стоит принципиально соблюдать полярности при их подключении и определяться с ними до проведения ремонтных работ, а не после.

Светодиоды. Общие сведения, виды, применение.. Информация — Диод КМВ

Диод КМВ • Информация • Светодиоды. Общие сведения, виды, применение.

Светодиод – это полупроводниковый элемент, преобразующий электрический ток в световое излучение. Принцип работы светодиода основан на люминесценции. Светодиод имеет два вывода – плюс и минус. Плюс подается на анод, минус – на катод. Поэтому при подключении светодиодов необходимо соблюдать полярность.

Условное обозначение светодиодов на схеме

Общепринятое обозначение светодиода LED  (англ. Light-emitting diode), что означает светоизлучающий диод или светодиод – СИД (СД).

Светодиод состоит из полупроводникового кристалла, закрепленного на подложке из меди и алюминия, корпуса с контактными выводами и оптической системы.

Цвет свечения определяется длиной световой волны, испускаемой кристаллом светодиода, и зависит от химического состава полупроводника. В настоящее время производятся светодиоды видимого, ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов.

Существует несколько типов светодиодов:

• DIP – светодиоды – первые массовые светодиоды. Кристалл установлен в корпус с линзой. Имеют два контакта. В основном используются в световых табло.

Конструкция диодов DIP LED

• Светодиоды «пиранья» или Superflux LED имеют аналогичную конструкцию, но не два, а четыре вывода.

Конструкция диодов Superflux LED

• SMD – светодиоды (англ. surface mounted device) изготавливаются по технологии поверхностного монтажа (ТМП). Чип монтируется на поверхность платы через керамическую подложку, что обеспечивает малые габариты и хороший теплоотвод. SMD – светодиоды являются самыми распространенными.

Конструкция диодов SMD LED

• COB – технология (англ. Chip-On-Board) – чип кристалла или нескольких кристаллов монтируются на плату без керамической подложки и поклываются слоем люминофора, что обеспечивает высокую надежность, компактность и теплоотвод.

Конструкция диодов COB LED

Нанесение поверх кристалла люминофора позволяет получить любое свечение светодиода.

Способы нанесения люминофора. При традиционном способе люминофор наносится прямо на кристалл светодиода.

Люминофор – это вещество, обладающее люминисценцией – способностью преобразовывать поглащаемую энергию в световое излучение. Термин «люминофор» происходит от латинского lumen – свет и греческого phoros — несущий. В светодиодном производстве распространены следующие люминофоры: иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), легированный трехвалентным церием, и силикаты щелочно-земельных металлов, легированные европием. Например, синий светодиод, покрытый желтым люминофором будет светиться белым.

Основные достоинства светодиодов:

• высокие светотехнические характеристики;
• низкое потребление электроэнергии;
• большой срок службы;
• компактность и легкость монтажа;
• широкий температурный диапазон применения;
• механическая прочность;
• экологичность;
• доступность и цена.

Благодаря своим достоинствам, светодиоды широко применяются в различных областях: в наружной и интерьерной рекламе (короба, буквы, светодиодные табло, «Бегущие строки», видеоэкраны, уникальные световые эффекты и дизайнерские решения), в архитектурной подсветке, в бытовом, офисном и промышленном освещении, ландшафтном освещении, подсветке витрин, интерьерной подсветке, праздничной иллюминации, при производстве LED — экранов мониторов и телевизоров, в приборостроении в качестве индикаторов, в дорожных знаках, декоративной подсветке, в световых и новогодних украшениях.

[email protected]

Ставропольский край
г. Пятигорск, ул. Ермолова, 33

+7 928 378-19-19

Режим работы с 9:30 до 17:30. Выходной — суббота, воскресенье.

Поделиться ссылкой:

Наш адрес: Ставропольский край
г. Пятигорск, ул. Ермолова, 33. Телефон: +7 928 378-19-19

Политика конфиденциальности

ОСНОВЫ ФОТОДИОДОВ – Электроника длин волн

Что такое фотодиод?

Фотодиод представляет собой полупроводниковый прибор с P-N переходом, который преобразует фотоны (или свет) в электрический ток. В слое P много дырок (положительно), а в слое N много электронов (отрицательно). Фотодиоды могут быть изготовлены из различных материалов, включая, помимо прочего, кремний, германий и арсенид индия-галлия. Каждый материал использует различные свойства для экономической выгоды, повышенной чувствительности, диапазона длин волн, низкого уровня шума или даже скорости отклика.

На рис. 1 показано поперечное сечение типичного фотодиода. Область истощения образуется в результате диффузии электронов из N-слоя в P-слой и диффузии дырок из P-слоя в N-слой. Это создает область между двумя слоями, где нет свободных носителей. Это развивает встроенное напряжение для создания электрического поля в обедненной области. Это позволяет току течь только в одном направлении (от анода к катоду). Фотодиод может быть смещен в прямом направлении, но генерируемый ток будет течь в противоположном направлении. Вот почему большинство фотодиодов имеют обратное смещение или вообще не смещены. Некоторые фотодиоды не могут быть смещены в прямом направлении без
повреждений.

Фотон может столкнуться с атомом внутри устройства и высвободить электрон, если у фотона достаточно энергии. Это создает пару электрон-дырка (e- и h+), где дырка — это просто «пустое пространство» для электрона. Если фотоны поглощаются в слоях P или N, электронно-дырочные пары будут рекомбинироваться в материалах с выделением тепла, если они находятся достаточно далеко (по крайней мере, на расстоянии одной диффузионной длины) от области истощения. Фотоны, поглощенные в обедненной области (или близкой к ней), создадут электронно-дырочные пары, которые под действием электрического поля будут двигаться к противоположным концам. Электроны будут двигаться к положительному потенциалу на катоде, а дырки будут двигаться к отрицательному потенциалу на аноде. Эти движущиеся носители заряда формируют ток (фототок) в фотодиоде. На рис. 1 показаны различные слои фотодиода (P-N переход), а также несколько точек соединения сверху и снизу.

Рис. 1. Поперечное сечение фотодиода P-N

Область обеднения создает емкость в фотодиоде, где границы области действуют как пластины конденсатора с параллельными пластинами. Емкость обратно пропорциональна ширине обедненной области. Обратное напряжение смещения также влияет на емкость области.

Ключевые рабочие характеристики

Существует четыре основных параметра, используемых при выборе правильного фотодиода и необходимости обратного смещения фотодиода.

• Отклик (скорость/время) фотодиода определяется емкостью P-N перехода. Это время, необходимое носителям заряда для пересечения PN-перехода. На это напрямую влияет ширина области истощения.
• Чувствительность представляет собой отношение фототока, генерируемого падающим светом, к мощности падающего света. Обычно это выражается в единицах А/Вт (ток сверх мощности). Типичная кривая чувствительности фотодиода показывает отношение A/W как функцию длины волны. Это называется квантовой эффективностью.
• Темновой ток — это ток фотодиода при отсутствии падающего на него света. Это может быть одним из основных источников шума в фотодиодной системе. Фототок от фонового излучения также может быть включен в это измерение. Фотодиоды обычно помещаются в корпус
  , который не позволяет никакому свету попадать на фотодиод для измерения темнового тока. Поскольку ток, генерируемый фотодиодом, может быть очень мал, уровни темнового тока могут скрывать ток, создаваемый падающим светом при низких уровнях освещенности. Темновой ток увеличивается с температурой. Без смещения темновой ток может быть очень низким. Идеальный фотодиод не должен иметь темнового тока.
• Напряжение пробоя — максимальное обратное напряжение, которое может быть приложено к фотодиоду до экспоненциального увеличения тока утечки или темнового тока. Фотодиоды должны эксплуатироваться ниже этого максимального приложенного обратного смещения, иначе может произойти повреждение фотодиода. Напряжение пробоя уменьшается с повышением температуры.

Другие важные параметры включают материал, размер фотодиода и активной площади, а также стоимость. При поиске фотодиодов для ваших исследований или приложений необходимо тщательное рассмотрение. Фотодиоды, изготовленные из разных материалов (кремний, германий, индий-галлий-арсенид-фосфид или индий-галлий-арсенид), имеют разный уровень чувствительности, а также разные скорости и темновой ток. Кремний, например, обеспечивает чувствительность для длин волн от ~400 до 1000 нм. Однако он имеет наибольшую чувствительность на более высоких длинах волн (~900 нм). Германий, с другой стороны, обеспечивает чувствительность для длин волн от ~ 800 до 1600 нм (с пиком ~ 1400 нм). Материал фотодиода имеет решающее значение при поиске правильного фотодиода для включения в вашу систему лазерных диодов.

Типы фотодиодов

P-N ПЕРЕХОД

Это самый простой фотодиод. Физика работы фотодиода с PN-переходом была рассмотрена ранее. Фотодиод PIN и APD представляют собой варианты PN-перехода.

Область обеднения содержит небольшое количество свободных носителей заряда, и шириной области обеднения можно управлять, добавляя смещение напряжения.

Ток, проходящий через фотодиод, может течь только в одном направлении на основе материалов, легированных фосфором и азотом. При обратном смещении ток не будет течь через фотодиод без падающего света, создающего фототок.

PIN-ФОТОДИОД

PIN-фотодиод аналогичен P-N переходу с одним существенным отличием. Вместо того, чтобы совмещать слои P и N для создания обедненной области, внутренний слой помещается между двумя легированными слоями. Этот слой показан на Рисунок 2 . Этот собственный слой обладает высоким сопротивлением и увеличивает напряженность электрического поля в фотодиоде. Добавленный внутренний слой имеет много преимуществ, поскольку область истощения значительно увеличивается.

Емкость перехода уменьшилась, поэтому скорость фотодиода увеличилась. Увеличенный слой также обеспечивает больший объем преобразования фотонов в электронно-дырочные и более высокую квантовую эффективность.

Рис. 2. Сечение PIN-фотодиода

PIN-фотодиоды также имеют высокочастотную характеристику. Основным преимуществом PIN-фотодиода по сравнению с PN-переходом является высокая скорость отклика из увеличенной области обеднения.

ЛАВИННЫЙ ФОТОДИОД

Лавинные фотодиоды (APD) используют ударную ионизацию (лавинный эффект) для создания внутреннего усиления в материале. APD требуют работы с высоким обратным смещением (близким к обратному напряжению пробоя). Каждый фотогенерируемый носитель создает больше пар и, таким образом, умножается на лавинный пробой. Это создает внутреннее усиление в фотодиоде, что, в свою очередь, увеличивает эффективную чувствительность (больший ток
на фотон). На рис. 3 показано поперечное сечение APD.

Типичный спектральный диапазон составляет около 300–1100 нм. Токовый шум в ЛФД выше, чем в PIN-фотодиоде, но увеличенное усиление сигнала намного больше, что увеличивает отношение сигнал/шум в ЛФД. APD обычно имеют более высокую скорость отклика и способность обнаруживать или измерять свет на более низких уровнях.

Рис. 3. Сечение APD

Режимы работы

«ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ» РЕЖИМ БЕЗ СМЕЩЕНИЯ

Фотодиоды могут работать без смещения напряжения. APD рассчитаны на обратное смещение, поэтому этот раздел будет относиться к фотодиодам P-N и PIN. Без дополнительного напряжения на переходе темновой ток может быть очень низким (близким к нулю). Это снижает общий шумовой ток системы. Таким образом, несмещенные фотодиоды P-N или PIN лучше подходят для приложений с низким уровнем освещенности по сравнению с работой со смещением обратного напряжения. (ЛФД с обратным смещением по-прежнему будет обеспечивать более высокую чувствительность, чем фотодиоды P-N или PIN для приложений с низкой освещенностью.) Фотодиоды без смещения также могут хорошо работать для низкочастотных приложений (до 350 кГц). Несмещенный режим (где V = 0) можно увидеть на рисунке 4 между режимом прямого смещения (зеленый) и режимом обратного смещения (синий). График показывает очень небольшой темновой ток, если он вообще есть, когда он несмещен, что можно увидеть по отсутствию тока на пересечении кривой ВАХ при V = 0.

При освещении фотодиода электрическое поле в обедненной области увеличивается. Это создает фототок, который увеличивается с увеличением потока фотонов. Это чаще всего наблюдается в солнечных элементах, где генерируемое напряжение измеряется между двумя клеммами.

По сравнению с режимом смещения фотогальванический режим имеет меньшее изменение чувствительности фототока в зависимости от температуры.

Основным недостатком несмещенных фотодиодов является низкая скорость отклика. Без смещения системы емкость фотодиода максимальна, что приводит к снижению скорости.

«ФОТОПРОВОДНИКОВЫЙ» РЕЖИМ ОБРАТНОЕ СМЕЩЕНИЕ

Когда фотодиод смещен в обратном направлении, на P-N переход подается внешнее напряжение. Отрицательная клемма подключена к положительному P-слою, а положительная клемма подключена к отрицательному N-слою. Это заставляет свободные электроны в N-слое тянуться к положительной клемме, а дырки в P-слое тянуться к отрицательной клемме. Когда на фотодиод подается внешнее напряжение, свободные электроны стартуют с отрицательной клеммы и сразу же заполняют электронами дырки в Р-слое. Это создает отрицательные ионы в атомах с дополнительными электронами. Затем заряженные атомы препятствуют потоку свободных электронов к P-слою. Точно так же дырки проходят примерно тот же процесс создания положительных ионов, но в противоположном направлении. При обратном смещении ток будет течь только через фотодиод, а падающий свет создает фототок.

Обратное смещение вызывает увеличение потенциала в обедненной области и увеличение ширины обедненной области. Это идеально подходит для создания большой площади для поглощения максимального количества фотонов.

Время отклика уменьшено обратным смещением за счет увеличения размера обедненного слоя. Эта увеличенная ширина уменьшает емкость перехода и увеличивает скорость дрейфа носителей в фотодиоде. Транзитное время перевозчиков сокращается, улучшая время отклика.

К сожалению, увеличение тока смещения также увеличивает темновой ток. Этот шум может быть проблемой для очень чувствительных систем, использующих фотодиоды P-N или PIN. Это снижает производительность в условиях низкой освещенности. При использовании ЛФД отношение сигнал/шум будет большим независимо от коэффициента усиления фотодиода. Поскольку фотон идеально поглощается в обедненной области, P-слой может быть очень тонким. Это можно сбалансировать обратным смещением, чтобы создать оптимальный фотодиод с более коротким временем отклика при сохранении как можно более низкого уровня шума.

Еще одним преимуществом работы с обратным смещением является линейный выходной сигнал (прямая линия в синей части рис. 4 ) фотодиода по отношению к освещению. Это просто означает, что напряжение и ток изменяются линейно (прямо пропорционально) с увеличением оптической мощности. Также можно увидеть нелинейность участка прямого смещения (зеленый).

На рис. 4 показана секция обратного смещения (синий цвет) с напряжением пробоя рядом с ним (красный цвет). Фотодиоды не должны работать выше напряжения пробоя. Это повредит фотодиод.

Рис. 4. ВАХ фотодиодов. I ₀ — Темное течение. I _P фототок. P показывает ток при различных уровнях освещенности (P ₀ — отсутствие падающего света).

Интеграция с лазерным диодом

Фотодиод монитора часто интегрируется производителем лазерного диода в корпус лазерного диода. Он производит ток, частично пропорциональный выходной оптической мощности лазерного диода. Если ток фотодиода используется в качестве обратной связи, система управления будет пытаться поддерживать постоянный ток фотодиода (и, следовательно, оптическую мощность лазерного диода). Выходной сигнал регулируемого источника тока будет меняться, чтобы поддерживать уровень оптической мощности одинаковым (это называется режимом постоянной мощности (CP)). Ток фотодиода и выходная мощность лазерного диода связаны передаточной функцией, указанной в техническом описании лазерного диода.

Фотодиоды могут не только контролировать постоянный или непрерывный выходной сигнал лазера, возвращая ток в лазерную систему, они также могут тестировать форму лазерного импульса и регистрировать пиковую мощность лазерного импульса.

Информация в таблицах данных для фотодиодов включает четыре основных компонента, обсуждавшихся ранее, тип фотодиода, длину волны максимальной чувствительности и, что наиболее важно, размер и стоимость.

Фотодиоды, уже встроенные в систему лазерных диодов, могут быть ограничены в возможностях и информации. В технических описаниях лазеров обычно указывается максимальное обратное напряжение, а иногда и чувствительность фотодиода.

Если характеристики фотодиода чрезвычайно важны для конструкции вашего лазера, для удовлетворения ваших потребностей могут потребоваться специальные конструкции или сборки.

Резюме

При принятии решения об обратном смещении вашего фотодиода все сводится к балансу скорости и шума и решению того, что является наиболее важным. Если ваше приложение зависит от чрезвычайно низкого уровня шума и низкого темнового тока, вам следует выбрать не смещение вашего фотодиода. Если скорость является вашей главной заботой, вы должны выбрать обратное смещение вашего фотодиода, так как время отклика улучшается. Другими словами, если ваш 9Приложение 0009 основано на точности, фотогальванический режим лучше соответствует вашим потребностям. Если ваше приложение основано на скорости (высокой скорости), для этой области лучше подойдет фотопроводящий режим или режим с обратным смещением.

Обратное смещение фотодиода будет намного более чувствительным, чем режим без смещения. При работе в фотогальваническом режиме может потребоваться усиление отклика.

Тип фотодиода также может повлиять на ваше решение о предвзятости. Некоторые типы фотодиодов могут иметь только обратное смещение, а другие могут иметь внутреннее усиление отклика системы. APD будут эффективны в условиях низкой освещенности, когда чувствительность имеет решающее значение, но они дороги, фотодиоды P-N являются наиболее простой конструкцией и не широко используются, а фотодиоды PIN являются наиболее распространенными и самыми дешевыми фотодиодами при очень низком уровне шума. Как обсуждалось ранее, материалы, размер и стоимость также влияют на тип фотодиода, необходимого для приложения. В таблице 1 показана упрощенная диаграмма сравнения трех различных фотодиодов.

Таблица 1. Сравнительная таблица

Светодиодные_схемы