Мощность диода: Технические характеристики диодов

Технические характеристики диодов

1. Радиоэлектроника
2. Схемотехника
3. Основы электроники и схемотехники
4. Том 3 – Полупроводниковые приборы

1. Книги / руководства / серии статей
2. Основы электроники и схемотехники. Том 3. Полупроводниковые приборы

Добавлено 4 февраля 2017 в 22:50

Сохранить или поделиться

В дополнение к прямому падению напряжения и максимальному обратному напряжению есть много других технических параметров диодов, важных при разработке схем и выборе компонентов. Производители полупроводниковых приборов предоставляют подробные спецификации своих продуктов (в том числе, и диодов) в публикациях, известных как технические описания (datasheets, «даташиты»). Технические описания для широкого спектра полупроводниковых приборов могут быть найдены в справочниках и интернете. В качестве источника спецификаций компонентов я предпочитаю интернет, так как данные, полученные от производителей, более актуальны.

Типовые технические описания диодов содержат данные для следующих параметров:

Максимальное повторяющееся (импульсное) обратное напряжение (U_{обр.и.п.макс}, V_RRM)

Максимальное напряжение, которое диод может выдержать в режиме обратного смещения при повторяющихся импульсах. В идеале, эта величина была бы бесконечной.

Максимальное постоянное обратное напряжение (U_{обр.макс}, V_R, V_DC)

Максимальное напряжение, которое диод может выдержать в режиме обратного смещения на постоянной основе. В идеале, эта величина была бы бесконечной.

Максимальное прямое напряжение (U_пр, V_F)

Обычно указывается при номинальном прямом токе диода. В идеале эта величина была бы равна нулю: диод не оказывает никакого сопротивления прямому току. В реальности прямое напряжение описывается уравнением Шокли для диода.

Максимальный (средний) прямой ток (I_{пр.ср.макс}, I_F(AV))

Максимальная средняя величина тока, которую ток может проводить в режиме прямого смещения. Является принципиальным тепловым ограничением: насколько может нагреться PN переход, учитывая что рассеиваемая мощность равна току (I), умноженному на напряжение (U), а прямое напряжение зависит и от тока, и от температуры перехода. В идеале, эта величина была бы бесконечной

Максимальный (пиковый или импульсный) прямой ток (I_{пр.и.макс}, I_FSM, i_f(surge))

Максимальная пиковая величина тока, которую диод может проводить в режиме прямого смещения. Опять же, этот параметр ограничивается рассеиваемой мощностью диода и, как правило, намного выше максимального среднего тока из-за тепловой инерции (дело в том, что диоду необходимо определенное количество времени, чтобы достигнуть максимальной температуры при заданном токе). В идеале, эта величина была бы бесконечной.

Максимальная общая рассеиваемая мощность(P_д, P_D)

Величина мощности (в ваттах), допустимая для рассеивания диодом, учитывая рассеивание P = IU (ток через диод, умноженный на падение напряжения на диоде) и рассеивание P = I²R (ток в квадрате, умноженный на сопротивление). Фундаментально ограничивается тепловой емкостью диода (способностью выдерживать высокие температуры).

Рабочая температура перехода (T_п.макс, T_J)

Максимальная допустимая температура для PN-перехода диода, как правило, дается в градусах Цельсия (°C). Тепло является «ахиллесовой пятой» полупроводниковых приборов: они должны оставаться холодными как для правильного функционирования, так и для более долгого срока службы.

Диапазон температур хранения

Диапазон температур, допустимых для хранения диода (без подачи питания). Иногда дается в сочетании с рабочей температурой перехода (T_п.макс, T_J), так как значения максимальной температуры хранения и максимальной рабочей температуры часто одинаковы. Хотя, на самом деле, значение максимальной температуры хранения будет больше значения максимальной рабочей температуры.

Тепловое сопротивление (R_T, R(Θ)), тепловое сопротивление для разности температур перехода и окружающего воздуха (R_{Tпер–окр}, RΘ_JA), тепловое сопротивление для разности температур перехода и выводов/корпуса (R_{Tпер–кор}, RΘ_JL) при определенной рассеиваемой мощности

Выражаются в единицах градусов Цельсия на ватт (°C/Вт). В идеале, этот показатель был бы равен нулю, что означало бы, что корпус диода был идеальным теплопроводником и радиатором, способным передать всю тепловую энергию от перехода в окружающий воздух (или к выводам) без разницы температур по всей толщине корпуса диода. Высокое тепловое сопротивление означает, что диод будет наращивать чрезмерную температуру в переходе (в своем самом критически важном месте), несмотря на все усилия по охлаждению с внешней стороны диода, и, таким образом, будет ограничиваться максимальная рассеиваемая мощность.

Максимальный обратный ток (I_{обр.макс}, I_R)

Величина тока через диод в режиме обратного смещения с приложенным максимальным обратным напряжением (U_{обр.макс}, V_R, V_DC). Иногда называется током утечки. В идеале, этот показатель был бы равен нулю, так как идеальный диод при обратном смещении будет блокировать весь ток. В реальности, он очень мал по сравнению с максимальным прямым током.

Типовая емкость перехода (C_пер, C_J)

Типовая величина емкости, свойственной переходу из-за обедненной области, действующей как диэлектрик, разделяющий соединения анода и катода. Как правило, она очень мала и измеряется в диапазоне пикофарад (пФ).

Время восстановления (t_{вос.обр} t_rr)

Количество времени, необходимое диоду «выключиться», когда напряжение на нем меняет полярность с прямого смещения на обратное. В идеале, этот показатель был бы равен нулю: диод останавливает проводимость сразу после изменения полярности. Для типовых выпрямительных диодов время восстановления находится в диапазоне десятков микросекунд; для «быстрых коммутирующих» диодов оно может составлять всего несколько наносекунд.

Большинство из этих параметров зависит от температуры и других условий эксплуатации, и поэтому одно значение не в полной мере описывает любой из этих показателей. Поэтому производители предоставляют графики показателей компонентов в зависимости от других переменных (например, температура), благодаря чему разработчик схем имеет лучшее представление о том, на что способно устройство.

Оригинал статьи:

Теги

Время восстановленияДиодЕмкость переходаОбратное напряжениеОбратный токОбучениеПрямое напряжениеПрямой токРассеиваемая мощностьТемпература переходаТепловое сопротивлениеТермическое сопротивлениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять
комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации
комментария требуется время на премодерацию.

потребление тока, напряжение, мощность и светоотдача

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Времена, когда светодиоды использовали только в качестве индикаторов включения приборов, давно прошли. Современные светодиодные приборы могут полностью взаимозаменить лампы накаливания в бытовых, промышленных и уличных светильниках. Этому способствуют различные характеристики светодиодов, зная которые можно правильно подобрать LED-аналог. Использование светодиодов, учитывая их основные параметры, открывает обилие возможностей в сфере освещения.

Основой светодиода является искусственный полупроводниковый кристаллик

Какие бывают светодиоды

Светодиод (обозначается СД, СИД, LED в англ.) представляет собой прибор, в основе которого лежит искусственный полупроводниковый кристаллик. При пропускании через него электротока создается явление испускания фотонов, что приводит к свечению. Данное свечение имеет очень узкий диапазон спектра, и цвет его находится в зависимости от материала полупроводника.

Светодиоды вполне могут заменить обычные лампы накаливания

Светодиоды с красным и желтым свечением производят из неорганических полупроводниковых материалов на базе арсенида галлия, зеленые и синие изготавливают на основе индия-галлия-нитрида. Чтобы увеличить яркость светового потока используют различные присадки или применяют метод многослойности, когда слой чистого нитрида алюминия размещают между полупроводниками. В результате образования в одном кристаллике нескольких электронно-дырочных (p-n) переходов, яркость его свечения возрастает.

Различают два типа светодиодов: для индикации и освещения. Первые используют для индикации включения в сеть различных приборов, а также как источники декоративной подсветки. Они представляют собой цветные диоды, помещенные в просвечивающийся корпус, каждый из них имеет четыре вывода. Приборы, излучающие инфракрасный свет, используют в устройствах для удаленного управления приборами (пульт ДУ).

В области освещения используют светодиоды, излучающие белый свет. По цвету различают светодиоды с холодным белым, нейтральным белым и теплым белым свечением. Существует классификация применяемых для освещения светодиодов по способу монтажа. Маркировка светодиода SMD означает, что прибор состоит из алюминиевой или медной подложки, на которой размещен кристаллик диода. Сама подложка располагается в корпусе, контакты которого соединены с контактами светодиода.

Применение светодиодной подсветки в интерьере кухни

Другой тип светодиодов обозначается OCB. В таком приборе на одной плате размещается множество кристаллов, покрытых люминофором. Благодаря такой конструкции достигается большая яркость свечения. Такую технологию используют при производстве светодиодных ламп с большим световым потоком на относительно малой площади. В свою очередь это делает производство светодиодных ламп наиболее доступным и недорогим.

Обратите внимание! Сравнивая лампы на SMD и COB светодиодах можно отметить, что первые поддаются ремонту путем замены вышедшего из строя светодиода. Если не работает лампа на COB светодиодах, придется менять всю плату с диодами.

Характеристики светодиодов

Выбирая для освещения подходящую светодиодную лампу, следует учитывать параметры светодиодов. К ним относят напряжение питания, мощность, рабочий ток, эффективность (светоотдача), температуру свечения (цвет), угол излучения, размеры, срок деградации. Зная основные параметры, можно будет без труда выбрать приборы для получения того или иного результата освещенности.

LED-технологии используются в оформлении табло аэропортов и вокзалов

Величина тока потребления светодиода

Как правило, для обычных светодиодов предусмотрена сила тока величиной 0,02А. Однако бывают светодиоды, рассчитанные на 0,08А. К таким светодиодам относят более мощные приборы, в устройстве которых задействованы четыре кристалла. Они располагаются в одном корпусе. Так как каждый из кристаллов потребляет по 0,02А, в сумме один прибор будет потреблять 0,08А.

Стабильность работы светодиодных приборов зависит от величины тока. Даже незначительное увеличение силы тока способствует снижению интенсивности излучения (старению) кристалла и увеличению цветовой температуры. Это в конечном результате приводит к тому, что светодиоды начинают отливать синим цветом и преждевременно выходят из строя. А если показатель силы тока увеличивается существенно, светодиод сразу перегорает.

Чтобы ограничить потребляемый ток, в конструкциях LED-ламп и светильников предусмотрены стабилизаторы тока для светодиодов (драйверы). Они преобразуют ток, доводя его до нужной светодиодам величины. В случае, когда требуется подключить отдельный светодиод к сети, нужно использовать токоограничительные резисторы. Расчет сопротивления резистора для светодиода выполняют с учетом его конкретных характеристик.

Полезный совет! Чтобы правильно подобрать резистор, можно воспользоваться калькулятором расчета резистора для светодиода, размещенным в сети интернет.

Светодиодная гирлянда может использоваться в качестве декора помещения

Напряжение светодиодов

Как узнать напряжение светодиодов? Дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на кристалле напряжение. Именно это значение берется во внимание при расчетах.

Учитывая применение различных полупроводников для светодиодов, напряжение у каждого из них может быть разным. Как узнать, на сколько Вольт светодиод? Определить можно по цвету свечения приборов. Например, для синих, зеленых и белых кристаллов напряжение составляет около 3В, для желтых и красных – от 1,8 до 2,4В.

При использовании параллельного подключения светодиодов идентичного номинала с величиной напряжения в 2В можно столкнуться со следующим: в результате разброса параметров одни излучающие диоды выйдут из строя (сгорят), а другие будут очень слабо светиться. Это произойдет ввиду того, что при увеличении напряжения даже на 0,1В наблюдается увеличение силы тока, проходящего через светодиод, в 1,5 раза. Поэтому так важно следить, чтобы ток соответствовал номиналу светодиода.

100Вт лампы накаливания эквивалентно 12-12,5Вт LED-светильника

Светоотдача, угол свечения и мощность светодиодов

Сравнение светового потока диодов с другими источниками света проводят, учитывая силу издаваемого ими излучения. Приборы размером около 5 мм в диаметре дают от 1 до 5 лм света. В то время как световой поток лампы накаливания в 100Вт составляет 1000 лм. Но при сопоставлении необходимо учитывать, что у обычной лампы свет рассеянный, а у светодиода – направленный. Поэтому необходимо принимать во внимание угол рассеивания светодиодов.

Угол рассеивания разных светодиодов может составлять от 20 до 120 градусов. При освещении светодиоды дают более яркий свет по центру и снижают освещенность к краям угла рассеивания. Таким образом, светодиоды лучше освещают конкретное пространство, используя при этом меньше мощности. Однако если требуется увеличить площадь освещенности, в конструкции светильника используют рассеивающие линзы.

Как определить мощность светодиодов? Чтобы определить мощность светодиодной лампы, требующейся для замены лампы накаливания, необходимо применять коэффициент, равный 8. Так, заменить обычную лампу мощностью 100Вт можно светодиодным прибором мощностью не менее 12,5Вт (100Вт/8). Для удобства можно воспользоваться данными таблицы соответствия мощности ламп накаливания и LED-источников света:

При использовании светодиодов для освещения очень важен показатель эффективности, который определяется отношением светового потока (лм) к мощности (Вт). Сопоставляя эти параметры у разных источников света, получаем, что эффективность лампы накаливания составляет 10-12 лм/Вт, люминесцентной – 35-40 лм/Вт, светодиодной – 130-140 лм/Вт.

Цветовая температура LED-источников

Одним из важных параметров светодиодных источников является температура свечения. Единицы измерения этой величины – градусы Кельвина (К). Следует отметить, что все источники света по температуре свечения разделяют на три класса, среди которых теплый белый имеет цветовую температуру менее 3300 К, дневной белый – от 3300 до 5300 К и холодный белый свыше 5300 К.

Обратите внимание! Комфортное восприятие человеческим глазом светодиодного излучения непосредственно зависит от цветовой температуры LED-источника.

Цветовая температура обычно указывается на маркировке светодиодных ламп. Она обозначается четырехзначным числом и буквой К. Выбор LED-ламп с определенной цветовой температурой напрямую зависит от особенностей применения ее для освещения. Предложенная ниже таблица отображает варианты использования светодиодных источников с разной температурой свечения:

Волновая природа цвета позволяет выразить цветовую температуру светодиодов, используя длину волны. Маркировка некоторых светодиодных приборов отражает цветовую температуру именно в виде интервала различных длин волн. Длина волны имеет обозначение λ и измеряется в нанометрах (нм).

Типоразмеры SMD светодиодов и их характеристики

Учитывая размер SMD светодиодов, приборы классифицируются в группы с различными характеристиками. Наиболее популярные светодиоды с типоразмерами 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 и 5630. Характеристики SMD светодиодов в зависимости от размеров рознятся. Так, разные типы SMD светодиодов отличаются по яркости, цветовой температуре, мощности. В маркировке светодиодов первые две цифры показывают длину и ширину прибора.

Светодиоды SMD 5630 на LED-ленте

Основные параметры светодиодов SMD 2835

К основным характеристикам SMD светодиодов 2835 относят увеличенную площадь излучения. В сравнении с прибором SMD 3528, который имеет круглую рабочую поверхность, площадь излучения SMD 2835 имеет прямоугольную форму, что способствует большей светоотдаче при меньшей высоте элемента (около 0,8 мм). Световой поток такого прибора составляет 50 лм.

Корпус светодиодов SMD 2835 выполнен из термостойкого полимера и может выдерживать температуру до 240°С. Следует отметить, что деградация излучения в этих элементах составляет менее 5% в течение 3000 часов функционирования. Кроме того, прибор имеет достаточно низкое тепловое сопротивление перехода кристалл-подложка (4 С/Вт). Рабочий ток в максимальном значении – 0,18А, температура кристалла – 130°С.

По цвету свечения выделяют теплый белый с температурой свечения 4000 К, дневной белый – 4800 К, чистый белый – от 5000 до 5800 К и холодный белый с цветовой температурой 6500-7500 К. Стоит отметить, что максимальная величина светового потока у приборов с холодным белым свечением, минимальная – у светодиодов теплого белого цвета. В конструкции прибора увеличены контактные площадки, что способствует лучшему отводу тепла.

Полезный совет! Светодиоды SMD 2835 могут быть использованы для любого типа монтажа.

Размеры светодиода SMD 2835

Характеристики светодиодов SMD 5050

В конструкции корпуса SMD 5050 размещены три однотипных светодиода. LED источники синего, красного и зеленого цвета имеют технические характеристики, аналогичные кристаллам SMD 3528. Значение рабочего тока каждого из трех светодиодов составляет 0,02А, следовательно суммарная величина тока всего прибора 0,06А. Для того, чтобы светодиоды не вышли из строя, рекомендуется не превышать эту величину.

LED приборы SMD 5050 имеют прямое напряжение величиной 3-3,3В и светоотдачу (сетевой поток) 18-21 лм. Мощность одного светодиода складывается из трех величин мощности каждого кристалла (0,7Вт) и составляет 0,21Вт. Цвет свечения, испускаемый приборами, может быть белым во всех оттенках, зеленым, синим, желтым и многоцветным.

Близкое расположение светодиодов разных цветов в одном корпусе SMD 5050 позволило реализовать многоцветные светодиоды с отдельным управлением каждым цветом. Для регулирования светильников с использованием светодиодов SMD 5050 используют контроллеры, благодаря чему цвет свечения можно плавно изменять от одного к другому через заданное количество времени. Обычно такие приборы имеют несколько режимов управления и могут регулировать яркость свечения светодиодов.

Размеры светодиода SMD 5050

Типовые характеристики светодиода SMD 5730

Светодиоды SMD 5730 – современные представители LED-приборов, корпус которых имеет геометрические размеры 5,7х3 мм. Они относятся к сверхярким светодиодам, характеристики которых стабильны и качественно отличаются от параметров предшественников. Изготовленные с применением новых материалов, эти светодиоды отличаются повышенной мощностью и высокоэффективным световым потоком. Кроме того, они могут работать в условиях повышенной влажности, устойчивы к перепадам температур и вибрации, имеют длительный срок службы.

Существует две разновидности приборов: SMD 5730-0,5 с мощностью 0,5Вт и SMD 5730-1 с мощностью 1Вт. Отличительной особенностью приборов является возможность их функционирования на импульсном токе. Величина номинального тока  SMD 5730-0,5 составляет 0,15А, при импульсной работе прибор может выдерживать силу тока до 0,18А. Данный тип светодиодов обеспечивает световой поток до 45 лм.

Светодиоды SMD 5730-1 работают на постоянном токе 0,35А, при импульсном режиме – до 0,8А. Эффективность светоотдачи такого прибора может составить до 110 лм. Благодаря термостойкому полимеру, корпус прибора выдерживает температуру до 250°С. Угол рассеивания обоих типов SMD 5730 равен 120 градусам. Степень деградации светового потока составляет менее 1% при работе в течение 3000 часов.

Размеры светодиода SMD 5730

Характеристики светодиодов Cree

Компания Cree (США) занимается разработкой и выпуском сверхъярких и самых мощных светодиодов. Одна из групп светодиодов Cree представлена серией приборов Xlamp, которые делятся на однокристальные и многокристальные. Одной из особенностей однокристальных источников является распределение излучения по краям прибора. Это инновация позволила выпускать светильники с большим углом свечения, используя минимальное количество кристаллов.

В серии LED-источников XQ-E High Intensity угол свечения составляет от 100 до 145 градусов. Имея небольшие геометрические размеры 1,6х1,6 мм, мощность сверхярких светодиодов – 3 Вольта, а световой поток – 330 лм. Это одна из новейших разработок компании Cree. Все светодиоды, конструкция которых разработана на базе одного кристалла, имеют качественную цветопередачу в пределах CRE 70-90.

Статья по теме:

Как сделать или починить LED-гирлянду самостоятельно. Цены и основные характеристики наиболее популярных моделей.

Компания Cree выпустила несколько вариантов многокристальных LED-приборов с новейшими типами питания от 6 до 72 Вольт. Многокристальные светодиоды делятся на три группы, в которые входят приборы с высоким напряжением, мощностью до 4Вт и выше 4Вт. В источниках до 4Вт собраны 6 кристаллов в корпусе типа MX и ML. Угол рассеивания составляет 120 градусов. Купить светодиоды Cree такого типа можно с белым теплым и холодным цветом свечения.

Полезный совет! Несмотря на высокую надежность и качество света, купить мощные светодиоды серии MX и ML можно по относительно небольшой цене.

В группу свыше 4Вт входят светодиоды из нескольких кристаллов. Самыми габаритными в группе являются приборы мощностью 25Вт, представленные серией MT-G. Новинка компании – светодиоды модели XHP. Один из крупных LED-приборов имеет корпус 7х7 мм, его мощность 12Вт, светоотдача 1710 лм. Светодиоды с высоким напряжением питания объединяют в себе небольшие габариты и высокую светоотдачу.

LED-лампы серии XQ-E High Intensity производителя Cree (США)

Схемы подключения светодиодов

Существуют определенные правила подключения светодиодов. Беря во внимание, что проходящий через прибор ток движется только в одном направлении, для длительного и стабильного функционирования LED-приборов важно учитывать не только определенное напряжение, но и оптимальную величину тока.

Схема подключения светодиода к сети 220В

В зависимости от используемого источника питания, различают два вида схем подключения светодиодов к 220В. В одном из случаев используется драйвер с ограниченным током, во втором – специальный блок питания, стабилизирующий напряжение. Первый вариант учитывает использование специального источника с определенной силой тока. Резистор в данной схеме не требуется, а количество подключаемых светодиодов ограничивается мощностью драйвера.

Для обозначения светодиодов на схеме используются пиктограммы двух видов. Над каждым схематическим их изображением находятся две небольшие параллельные стрелочки, направленные вверх. Они символизируют яркое свечение LED-прибора. Перед тем как подключить светодиод к 220В используя блок питания, необходимо в схему включить резистор. Если это условие не выполнить, это приведет к тому, что рабочий ресурс светодиода существенно сократится или он попросту выйдет из строя.

Схема подключения светодиодов к сети 220В с использованием гасящего конденсатора С1

Если при подключении использовать блок питания, то стабильным в схеме будет лишь напряжение. Учитывая незначительное внутреннее сопротивление LED-прибора, включение его без ограничителя тока приведет к сгоранию прибора. Именно поэтому в схему включения светодиода вводят соответствующий резистор. Следует отметить, что резисторы бывают с разным номиналом, поэтому их следует правильно рассчитывать.

Полезный совет! Негативным моментом схем включения светодиода в сеть 220 Вольт с использованием резистора становится рассеивание большой мощности, когда требуется подключить нагрузку с повышенным потреблением тока. В этом случае резистор заменяют гасящим конденсатором.

Как рассчитать сопротивление для светодиода

При расчете сопротивления для светодиода руководствуются формулой:

U = IхR,

где U – напряжение, I – сила тока, R – сопротивление (закон Ома). Допустим, необходимо подключить светодиод с такими параметрами: 3В – напряжение и 0,02А – сила тока. Чтобы при подключении светодиода к 5 Вольтам на блоке питания он не вышел из строя, надо убрать лишние 2В (5-3 = 2В). Для этого необходимо включить в схему резистор с определенным сопротивлением, которое рассчитывается с помощью закона Ома:

R = U/I.

Резисторы с различными значениями сопротивления

Таким образом, отношение 2В к 0,02А составит 100 Ом, т.е. именно такой необходим резистор.

Очень часто бывает, что учитывая параметры светодиодов, сопротивление резистора имеет нестандартное для прибора значение. Такие ограничители тока нельзя отыскать в точках продажи, например, 128 или 112,8 Ом. Тогда следует использовать резисторы, сопротивление которых имеет ближайшее большее значение по сравнению с расчетным. При этом светодиоды будут функционировать не в полную силу, а лишь на 90-97%, но это будет незаметно для глаза и положительно отразится на ресурсе прибора.

В интернете представлено множество вариантов калькуляторов расчетов светодиодов. Они учитывают основные параметры: падение напряжения, номинальный ток, напряжение на выходе, количество приборов в цепи. Задав в поле формы параметры LED-приборов и источников тока, можно узнать соответствующие характеристики резисторов. Для определения сопротивления маркированных цветом токоограничителей также существуют онлайн расчеты резисторов для светодиодов.

Схемы параллельного и последовательного подключения светодиодов

При сборке конструкций из нескольких LED-приборов используют схемы включения светодиодов в сеть 220 Вольт с последовательным или параллельным соединением. При этом для корректного подключения следует учитывать, что при последовательном включении светодиодов требуемое напряжение представляет собой сумму падений напряжений каждого прибора. В то время как при параллельном включении светодиодов складывается сила тока.

Схемы параллельного подключения светодиодов. В варианте 1 на каждую цепь диодов используется отдельный резистор, в варианте 2 — один общий для всех цепей

Если в схемах используются LED-приборы с разными параметрами, то для стабильной работы необходимо рассчитать резистор для каждого светодиода отдельно. Следует отметить, что двух совершенно одинаковых светодиодов не существует. Даже приборы одной модели имеют незначительные отличия в параметрах. Это приводит к тому, что при подключении большого их количества в последовательную или параллельную схему с одним резистором, они могут быстро деградировать и выйти из строя.

Обратите внимание! При использовании одного резистора в параллельной или последовательной схеме можно подключать лишь LED-приборы с идентичными характеристиками.

Расхождение в параметрах при параллельном подключении нескольких светодиодов, допустим 4-5 шт., не повлияет на работу приборов. А если в такую схему подключить много светодиодов – это будет плохим решением. Даже если LED-источники имеют незначительный разброс характеристик, это приведет к тому, что некоторые приборы будут излучать яркий свет и быстро сгорят, а другие – будут слабо светиться.  Поэтому при параллельном подключении следует всегда использовать отдельный резистор для каждого прибора.

Что касается последовательного соединения, то здесь имеет место экономное потребление, так как вся цепь расходует количество тока, равное потреблению одного светодиода. При параллельной схеме, потребление составляет сумму расходования всех включенных в схему LED-источников, включенных в схему.

Схема последовательного подключения светодиодов

Как подключить светодиоды к 12 Вольтам

В конструкции некоторых приборов резисторы предусмотрены еще на этапе изготовления, что дает возможность подключения светодиодов к 12 Вольт или 5 Вольт. Однако такие приборы не всегда можно найти в продаже. Поэтому в схеме подключения светодиодов к 12 вольт предусматривают ограничитель тока. Первым делом необходимо выяснить характеристики подключаемых светодиодов.

Такой параметр, как прямое падение напряжения у типовых LED-приборов составляет около 2В. Номинальный ток у этих светодиодов соответствует 0,02А. Если требуется подключить такой светодиод к 12В, то «лишние» 10В (12 минус 2) необходимо погасить ограничительным резистором. С помощью закона Ома можно рассчитать для него сопротивление. Получим, что 10/0,02 = 500 (Ом). Таким образом, необходим резистор с номиналом 510 Ом, который является ближайшим по ряду электронных компонентов Е24.

Чтобы такая схема работала стабильно, требуется еще вычислить мощность ограничителя. Используя формулу, исходя из которой мощность равна произведению напряжения и тока, рассчитываем ее значение. Напряжение величиной 10В умножаем на ток 0,02А и получаем 0,2Вт. Таким образом, необходим резистор, стандартный номинал мощности которого составляет 0,25Вт.

Схема подключения RGB светодиодной ленты к 12В

Если в схему необходимо включить два LED-прибора, то следует учитывать, что напряжение падающее на них, будет составлять уже 4В. Соответственно для резистора останется погасить уже не 10В, а 8В. Следовательно, дальнейший расчет сопротивления и мощности резистора делается на основании этого значения. Расположение резистора в схеме можно предусмотреть в любом месте: со стороны анода, катода, между светодиодами.

Как проверить светодиод мультиметром

Один из способов проверки рабочего состояния светодиодов – тестирование мультиметром. Таким прибором можно диагностировать светодиоды любого исполнения. Перед тем как проверить светодиод тестером, переключатель прибора устанавливают в режиме «прозвонки», а щупы прикладывают к выводам. При замыкании красного щупа на анод, а черного на катод, кристалл должен излучать свет. Если поменять полярность, на дисплее прибора должна отображаться показание «1».

Полезный совет! Перед тем как проверить светодиод на работоспособность, рекомендуется приглушить основное освещение, так как при тестировании ток очень низкий и светодиод будет излучать свет так слабо, что при нормальном освещении этого можно не заметить.

Схема проверки светодиода с помощью цифрового мультиметра

Тестирование LED-приборов можно произвести, не используя щупы. Для этого в отверстия, расположенные в нижнем углу прибора, анод вставляют в отверстие с символом «Е», а катод – с указателем «С». Если светодиод в рабочем состоянии – он должен засветиться. Этот метод тестирования подходит для светодиодов с достаточно длинными контактами, очищенными от припоя. Положение переключателя при таком способе проверки не имеет значения.

Как проверить светодиоды мультиметром, не выпаивая? Для этого необходимо припаять к щупам тестера кусочки от обычной скрепки. В качестве изоляции подойдет текстолитовая прокладка, которая укладывается между проводами, после чего обрабатывается изолентой. На выходе получается своеобразный переходник для подключения щупов. Скрепки хорошо пружинят и надежно фиксируются в разъемах. В таком виде можно подключить щупы к светодиодам, не выпаивая их из схемы.

Что можно сделать из светодиодов своими руками

Многие радиолюбители практикуют сборку различных конструкций из светодиодов своими руками. Собранные самостоятельно изделия не уступают по качеству, а иногда и превосходят аналоги производственного изготовления. Это могут быть цветомузыкальные устройства, мигающие конструкции светодиодов, бегущие огни на светодиодах своими руками и многое другое.

Использование светодиодов в создании сценических костюмов

Сборка стабилизатора тока для светодиодов своими руками

Чтобы ресурс светодиода не выработался раньше положенного срока, необходимо чтобы ток, протекающий через него, имел стабильное значение. Известно, что светодиоды красного, желтого и зеленого цвета могут справляться с повышенной нагрузкой по току. В то время как сине-зеленые и белые LED-источники даже при небольшой перегрузке сгорают за 2 часа. Таким образом, для нормальной работы светодиода необходимо решить вопрос с его питанием.

Если собрать цепочку из последовательно или параллельно соединенных светодиодов, то обеспечить им идентичное излучение можно в том случае, если ток, проходящий через них, будет иметь одинаковую силу. Кроме того, импульсы обратного тока могут негативно повлиять на ресурс LED-источников. Чтобы такого не произошло, необходимо включить в схему стабилизатор тока для светодиодов.

Качественные признаки светодиодных светильников зависят от применяемого драйвера – устройства, которое преобразует напряжение в стабилизированный ток с конкретным значением. Многие радиолюбители собирают схему питания светодиодов от 220В своими руками на базе микросхемы LM317. Элементы для такой электронной схемы имеют небольшую стоимость и такой стабилизатор легко сконструировать.

Схема подключения мощного светодиода с использованием интегрального стабилизатора напряжения LM317

При использовании стабилизатора тока на LM317 для светодиодов регулируют ток в пределах 1А. Выпрямитель на базе LM317L стабилизирует ток до 0,1А. В схеме устройства используют всего лишь один резистор. Его рассчитывают посредством онлайн калькулятора сопротивления для светодиода. Для питания подойдут имеющиеся подручные устройства: блоки питания от принтера, ноутбука или другой бытовой электроники. Более сложные схемы собирать самостоятельно не выгодно, так как их проще приобрести в готовом виде.

ДХО из светодиодов своими руками

Применение на автомобилях дневных ходовых огней (ДХО) заметно повышает видимость автомобиля в светлое время другими участниками дорожного движения. Многие автолюбители практикуют самостоятельную сборку ДХО с использованием светодиодов. Один из вариантов – устройство ДХО из 5-7 светодиодов мощностью 1Вт и 3Вт на каждый блок. Если использовать менее мощные LED-источники, световой поток не будет соответствовать нормативам для таких огней.

Полезный совет! При изготовлении ДХО своими руками, учитывайте требования ГОСТа: световой поток 400-800 Кд, угол свечения в горизонтальной плоскости – 55 градусов, в вертикальной – 25 градусов, площадь – 40 см².

Дневные ходовые огни улучшают видимость автомобиля на дороге

Для основания можно использовать плату из алюминиевого профиля с площадками для крепления светодиодов. Светодиоды фиксируются на плате с помощью теплопроводного клеящего состава. В соответствии с типом LED-источников подбирается оптика. В данном случае подойдут линзы с углом свечения 35 градусов. Линзы устанавливаются на каждый светодиод отдельно. Провода выводятся в любую удобную сторону.

Далее изготавливается корпус для ДХО, служащий одновременно и радиатором. Для этого можно использовать П-образный профиль. Готовый светодиодный модуль располагают внутри профиля, закрепив его на винтах. Все свободное пространство можно залить прозрачным герметиком на силиконовой основе, оставив на поверхности только линзы. Такое покрытие будет служить в качестве влагозащиты.

Подключение ДХО к питанию производится с обязательным использованием резистора, сопротивление которого предварительно просчитывается и проверяется. Способы подключения могут быть разными, учитывая модель автомобиля. Схемы подключения можно отыскать в сети интернет.

Схема подключения ДХО с блоком управления

Как сделать, чтобы светодиоды мигали

Наиболее популярными мигающими светодиодами, купить которые можно в готовом виде, являются приборы, регулируемые уровнем потенциала. Мигание кристалла происходит за счет изменения питания на выводах прибора. Так, двухцветный красно-зеленый LED-прибор излучает свет в зависимости от направления проходящего по нему тока. Эффект мигания в RGB-светодиоде достигается подключением трех выводов для отдельного управления к конкретной системе регулирования.

Но можно сделать мигающим и обычный одноцветный светодиод, имея в арсенале минимум электронных компонентов. Перед тем как сделать мигающий светодиод, необходимо выбрать работающую схему, которая будет простой и надежной. Можно использовать схему мигающего светодиода, которая будет запитана от источника с напряжением 12В.

Схема состоит из транзистора небольшой мощности Q1 (подойдет кремниевый высокочастотный КТЗ 315 или его аналоги), резистора R1 820-1000 Ом, 16-вольтового конденсатора С1 емкостью 470 мкФ и LED-источника. При включении схемы конденсатор заряжается до 9-10В, после этого транзистор на миг открывается и отдает накопленную энергию светодиоду, который начинает мигать. Данную схему можно реализовать только в случае питания от источника 12В.

Мигание светодиодов используется, например, в елочной гирлянде

Можно собрать более усовершенствованную схему, которая работает по аналогии с транзисторным мультивибратором. В схему входят транзисторы КТЗ 102 (2 шт.), резисторы R1 и R4 по 300 Ом каждый, чтобы ограничить ток, резисторы R2 и R3 по 27000 Ом, чтобы задавать ток базы транзисторов, 16-вольтовые полярные конденсаторы (2 шт. емкостью 10 мкФ) и два LED-источника. Данная схема питается от источника постоянного напряжения 5В.

Схема работает по принципу «пары Дарлингтона»: конденсаторы С1 и С2 попеременно заряжаются и разряжаются, что служит причиной открывания конкретного транзистора. Когда один транзистор отдает энергию С1, загорается один светодиод. Далее плавно заряжается С2, а ток базы VT1 снижается, что приводит к закрытию VT1 и открытию VT2 и загорается другой светодиод.

Полезный совет! Если использовать напряжение питания свыше 5В, потребуется применить резисторы с другим номиналом, чтобы исключить выход из строя светодиодов.

Схема вспышек на светодиоде

Сборка цветомузыки на светодиодах своими руками

Чтобы реализовать достаточно сложные схемы цветомузыки на светодиодах своими руками, необходимо сначала разобраться, как работает простейшая схема цветомузыки. Она состоит из одного транзистора, резистора и LED-прибора. Такую схему можно запитать от источника с номиналом от 6 до 12В. Функционирование схемы происходит за счет каскадного усиления с общим излучателем (эмиттером).

На базу VT1 поступает сигнал с изменяющейся амплитудой и частотой. В том случае, когда колебания сигнала превышают заданный порог, транзистор открывается и загорается светодиод. Минусом данной схемы является зависимость мигания от степени  звукового сигнала. Таким образом эффект цветомузыки будет проявляться только при определенной степени громкости звука. Если звук увеличить. светодиод будет все время гореть, а при уменьшении – чуть вспыхивать.

Чтобы добиться полноценного эффекта, используют схему цветомузыки на светодиодах с разбивкой диапазона звука на три части. Схема с трехканальным преобразователем звука питается от источника напряжением 9В. Огромное количество схем цветомузыки можно найти в интернете на различных форумах радиолюбителей. Это могут быть схемы цветомузыки с использованием одноцветной ленты, RGB-светодиодной ленты, а также схемы плавного включения и выключения светодиодов. Так же в сети можно отыскать схемы бегущих огней на светодиодах.

Схема для сборки цветомузыки своими руками

Конструкция индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Схема индикатора напряжения включает резистор R1 (переменное сопротивление 10 кОм), резисторы R1, R2 (1кОм), два транзистора VT1 КТ315Б, VT2 КТ361Б, три светодиода – HL1, HL2 (красные), HLЗ (зеленый). X1, X2 – 6-вольтовые источники питания. В данной схеме рекомендуется использовать LED-приборы с напряжением 1,5В.

Алгоритм работы самодельного светодиодного индикатора напряжения представляет собой следующее: когда подается напряжение, светится центральный LED-источник зеленого цвета. В случае падения напряжения, включается светодиод красного цвета, расположенный слева. Увеличение напряжения заставляет светиться красный светодиод, размещенный справа. При среднем положении резистора все транзисторы будут в закрытом положении, и напряжение поступит лишь на центральный зеленый светодиод.

Открытие транзистора VT1 происходит, когда ползунок резистора передвигают вверх, тем самым повышая напряжение. В этом случае поступление напряжения на HL3 прекращается, и оно подается на HL1. При перемещении ползунка вниз (понижение напряжение) происходит закрытие транзистора VT1 и открытие VT2, что даст питание светодиоду HL2. С незначительной задержкой LED HL1 погаснет, HL3 один раз мелькнет и засветится HL2.

Схема сборки индикатора напряжения на светодиодах своими руками

Такую схему можно собрать, используя радиодетали от устаревшей техники. Некоторые собирают ее на текстолитовой плате, соблюдая масштаб 1:1 c размерами деталей, чтобы все элементы могли разместиться на плате.

Безграничный потенциал LED-освещения дает возможность самостоятельно конструировать из светодиодов различные светотехнические приборы с отличными характеристиками и достаточно низкой стоимостью.

Выпрямитель диода мост Мощность модуль MDS100A 1600 в

Запасные части (запчасти) для генератора марки SDMO, Airman, Wilson, genmac, Caterpillar,EPS System, Cummins, Denyo, JCB, Pramac, Atlas Copco, Geko, Energo, Yanmar, Gesan, Kubota, Broadcrown, Elcos, TOYO, CTM, Himoinsa, Green Power, Ayerbe, Inmesol, Mitsubishi, Grupel, Motor, FPT, Nippon Sharyo, CTG, Onis Vista, CGM, RID, AKSA, Hobberg, VMtec, Stubelj, Welland, Tecsan, Ausonia, Fogo, WFM, GENBOX, Benza, Elentek, TCC, HERTZ, AD, MOSA, Lister Petter, Endress, GenPower, PowerLink, GenPowex, EMSA, EuroPower, Дизель, Kipor, Kurkcuoglu, EuroEnergy, Z-Power, Вепрь, CCM, MVAE, Электроагрегат, MingPowers, Tide Power, Coelmo, Hyundai, СТАРТ, АМПРЕОС, VibroPower, Mobil-Strom, Leega, GreenField, RKaft контроллеры, панель управления, автокарта. 8 727 327 91 91 / 8 778 008 02 99

У нас вы найдете все запасные части для генератора 

Контроллер DSE720, DSE6020, DSE7320, DSE5220, AMF4.0, AMF25

ФИЛЬТР МАСЛЯНЫЙ

ФИЛЬТР ТОПЛИВНЫЙ

ФИЛЬТР ВОЗДУШНЫЙ

РЕМЕНЬ ВЕНТИЛЯТОРА

ПРОКЛАДКА КЛАПАННОЙ КРЫШКИ

ТЕРМОСТАТ

ПРОКЛАДКА ТЕРМОСТАТА

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ МАСЛА

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

САЛЬНИК КОЛЕНВАЛА ПЕРЕДНИЙ

САЛЬНИК КОЛЕНВАЛА ЗАДНИЙ

ФОРСУНКА

КОМПЛЕКТ ПРОКЛАДОК ДВИГАТЕЛЯ

ВКЛАДЫШ КОРЕННОЙ (ВЕРХ)

ВКЛАДЫШ КОРЕННОЙ (НИЗ)

ШАЙБА УПОРНАЯ (ВЕРХ)

ШАЙБА УПОРНАЯ (НИЗ)

ВКЛАДЫШ ШАТУННЫЙ

ГИЛЬЗА ЦИЛИНДРА

ПОРШЕНЬ

КОЛЬЦО КОМПРЕССИОННОЕ (ПЕРВОЕ)

КОЛЬЦО КОМПРЕССИОННОЕ (ВТОРОЕ)

КОЛЬЦО МАСЛОСЪЕМНОЕ

ПРОКЛАДКА ГОЛОВКИ ЦИЛИНДРА

КЛАПАН ВПУСКНОЙ

КЛАПАН ВЫПУСКНОЙ

СУХАРЬ

ТАРЕЛКА КЛАПАННОЙ ПРУЖИНЫ

ПРУЖИНА КЛАПАНА (ВНЕШНЯЯ)

ПРУЖИНА КЛАПАНА (ВНУТРЕННЯЯ)

ПОМПА ВОДЯНАЯ

НАСОС ТОПЛИВОПОДКАЧИВАЮЩИЙ

КЛАПАН ТОПЛИВНЫЙ (СОЛЕНОИД)

КРЫЛЬЧАТКА

ГЕНЕРАТОР ЗАРЯДНЫЙ

СТАРТЕР

НАСОС МАСЛЯНЫЙ

ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ТНВД)

R&S®NRP-Z31 Three-Path Diode Power Sensors | Контроль и измерения | Option

Запрос*

Введите текст запроса.

Согласие на получение маркетинговых материалов

Я соглашаюсь с тем, что ROHDE & SCHWARZ GmbH & Co. KG и предприятие ROHDE & SCHWARZ или его дочерняя компания, указанная на данном Веб-сайте, может обращаться ко мне выбранным способом (по электронной или обычной почте) с целью маркетинга и рекламы (например, сообщения о специальных предложениях и скидках), относящейся в числе прочего к продуктам и решениям в области контрольно-измерительной техники, защищенной связи, мониторинга и тестирования сети, вещания и средств массовой информации, а также кибербезопасности.Настоящее заявление о согласии может быть в любое время отозвано путем отправки электронного письма с темой «Unsubscribe» (отказ от подписки на рассылку) по адресу: [email protected].Кроме этого, в каждом отправляемом вам письме имеется ссылка на отказ от подписки на рассылку будущих рекламных материалов.Дополнительная информация об использовании персональных данных и процедуре отказа от их использования содержится в Положении о конфиденциальности.

Обязательное поле Предоставляя свои персональные данные, я подтверждаю их достоверность и свое согласие на их обработку Обществом с ограниченной ответственностью «РОДЕ и ШВАРЦ РУС» (ОГРН 1047796710389, ИНН 7710557825, находящемуся по адресу: Москва, Нахимовский проспект, 58) в следующем объеме и следующими способами: обработку с использованием средств автоматизации и без таковых, сбор, систематизацию, классификацию, накопление, хранение, уточнение, обновление, изменение, шифрование с помощью любых средств защиты, включая криптографическую, запись на электронные носители, составление и переработку перечней и информационных систем, включающих мои персональные данные, маркировку, раскрытие, трансграничную передачу моих персональных данных, том числе, на территории стран всего мира, передачу с использованием средств электронной почты и/или эцп, в том числе, передачу с использованием интернет-ресурсов, а также обезличивание, блокирование, уничтожение, передачу в государственные органы в случаях, предусмотренных законодательством, использование иными способами, необходимыми для обработки, но не поименованными выше до момента ликвидации / реорганизации Компании либо до моего отзыва настоящего согласия.

Зачем соединяют диоды параллельно

Зачем соединяют диоды параллельно? Затем,чтобы увеличить один из главных параметров — прямой ток диода. Но! Существует множество диодов, которые рассчитаны на самые разные токи, от миллиампер до сотен и тысяч ампер. Поэтому соединять диоды параллельно для увеличения общего прямого тока не имеет большой актуальности.

Рис. 1

Диоды, включенные параллельно, можно видеть на рис. 1. Если каждый из них имеет прямой ток 1 А и максимальное обратное напряжение 100 В, то параметры всей цепочки будут соответственно 3 А и 100 В. Т.е. при параллельном включении пропорционально количеству возрастает прямой ток, а максимальное обратное напряжение не меняется.

В силу того, что характеристики отдельно взятых диодов всегда будут разниться, соединяя диоды параллельно необходимо всегда учитывать этот факт. При параллельном включении прямой ток будет неравномерно распределяться между диодами. Диод, обладающий наименьшим сопротивлением, будет брать на себя больший ток в прямом направлении. И в определённых обстоятельствах это превышение может оказаться критичным и произойдёт пробой диода. Чтобы этого не случилось, соединяя диоды параллельно, последовательно с каждым из них ставят резистор. См. рис. 2. Сопротивление этих резисторов выбирают из расчёта падения напряжения на них не более 1 В. Т.е. при токе в 1 А они должны быть около 1 Ома.

Рис. 2

Встречается и комбинированное — последовательно-параллельное включение диодов. Такое включение показано на рис. 3.

Рис. 3

Мы видим три цепи, соединённые параллельно, в каждой из которых последовательно включено по три диода. Если каждый из них имеет параметры, как указаны в первом примере, то общая характеристика всей «гирлянды» будет следующая: прямой ток — 3 А, максимальное обратное напряжение — 300 В. Можно предположить, что цена всей конструкции будет безусловно выше стоимости одного диода с похожими характеристиками.

Таким образом, если последовательное включение является вполне оправданным для повышения максимального обратного напряжения, то параллельное соединение диодов не является эффективным способом увеличения прямого тока из-за наличия дешёвых мощных диодов.

Достигнута новая мощность диода 976 нм со стабилизацией длины волны — 300 Вт

Компания BWT Beijing анонсировала новейший диод мощностью 300Вт со стабилизацией по длине волны. Учитывая узкий спектр поглощения иттербия на длине волны 976 нм – такой диод становится универсальным решением в качестве накачки.

Высокая мощность в сочетании со стабильным спектром дает следующие преимущества:

• увеличение эффективности поглощения
• уменьшение количества модулей позволяет использовать меньшее количество объединителей накачки, а следовательно — уменьшение потерь и нагрева

Компания-производитель BWT Beijing Ltd специализируется на разработке и производстве диодных лазеров и диодных систем. Продукция компании успешно используется в качестве диодов накачки в высокомощных лазерах, а также в качестве готовых решений для систем маркировки, гравировки, резки.

Основные характеристики диода приведены в таблице:

Как было сказано ранее, такой диод может быть использован как накачка для высокомощных лазеров. В качестве примера приведем подобную схему лазера:

Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

Прямое включение диода. Прямой ток.

Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

Прямое и обратное напряжение диода.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).
По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).

При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

Например. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка «б» на графике).

Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
для германиевых — 1В;
для кремниевых — 1,5В.

При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.
Например. Возьмем диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:

Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;
Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.

При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике). Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.

Пробои p-n перехода.

Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

Электрический пробой.

Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.

Туннельный пробой.

Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).

Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.

Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.

Лавинный пробой.

Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.

Тепловой пробой.

Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.

На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.
Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.

Силовые диоды

: что это такое? (Характеристики и коэффициент мягкости)

Что такое силовой диод?

Силовой диод — это тип диода, который обычно используется в схемах силовой электроники. Как и обычный диод, силовой диод имеет две клеммы и проводит ток в одном направлении. Силовой диод отличается по конструкции от стандартного диода, чтобы обеспечить более высокий номинальный ток.

Чтобы лучше понять, чем силовой диод отличается от обычного диода, давайте вернемся к тому, как работает стандартный диод.

Диоды являются простейшим полупроводниковым устройством, имеющим всего два слоя, два вывода и один переход.

Обычные сигнальные диоды имеют переход, образованный полупроводником p-типа и полупроводником n-типа, вывод, соединяющий p-тип, называется анодом, а другой боковой вывод, соединяющий n-тип, называется катодом.

На рисунке ниже изображена структура обычного диода и его условное обозначение.

Силовые диоды также аналогичны обычным диодам, хотя их конструкция немного отличается.

В обычных диодах (также известных как «сигнальные диоды») уровень легирования обеих сторон P и N одинаков, и, следовательно, мы получаем PN-переход, но в силовых диодах у нас есть переход, образованный между сильно легированным P ⁺ и слабо легированный N ^– слой, который эпитаксиально выращен на сильно легированном слое N ⁺ . Следовательно, структура выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Слой N ^– является ключевой особенностью силового диода , что делает его пригодным для приложений с высокой мощностью.Этот слой очень слабо легирован, почти собственный, поэтому устройство также известно как PIN-диод, где i означает собственный.

Как мы видим на рисунке выше, общая зарядовая нейтральность области пространственного заряда сохраняется, как и в случае сигнального диода, но толщина области пространственного заряда довольно велика и глубоко проникает в N ^– регион.

Это связано с его легкой концентрацией легирования, поскольку мы знаем, что толщина области пространственного заряда увеличивается с уменьшением концентрации легирования.

Увеличенная толщина области истощения или области пространственного заряда помогает диоду блокировать более высокое напряжение обратного смещения и, следовательно, иметь более высокое напряжение пробоя.

Однако добавление этого слоя N ^– значительно увеличивает омическое сопротивление диода, что приводит к большему выделению тепла в состоянии прямой проводимости. Следовательно, силовые диоды поставляются с различными креплениями для правильного отвода тепла.

V-I характеристики силовых диодов

На рисунке ниже показаны v-i характеристики силового диода , которые почти аналогичны характеристикам сигнального диода.

В сигнальных диодах для прямой, смещенной области ток увеличивается экспоненциально, однако в силовых диодах высокий прямой ток приводит к высокому омическому падению, которое преобладает над экспоненциальным ростом, и кривая увеличивается почти линейно.

Максимальное обратное напряжение, которое может выдержать диод, обозначается V _RRM , т. е. пиковое обратное повторяющееся напряжение.

При превышении этого напряжения обратный ток резко становится очень большим, и, поскольку диод не предназначен для рассеивания такого большого количества тепла, он может выйти из строя. Это напряжение также можно назвать пиковым обратным напряжением (PIV).

Характеристики обратного восстановления силовых диодов

На рисунке показана характеристика обратного восстановления силового диода . Всякий раз, когда диод выключается, ток падает от I _F до нуля и далее продолжается в обратном направлении за счет зарядов, накопленных в области пространственного заряда и области полупроводника.

Этот обратный ток достигает пика I _RR и снова начинает приближаться к нулевому значению, и, наконец, через время t _rr диод выключается.

Это время определяется как время обратного восстановления и определяется как время между моментом, когда прямой ток достигает нуля, и моментом, когда обратный ток уменьшается до 25% от I _RR . Говорят, что по истечении этого времени диод достигает своей способности обратного запирания.

Из рисунка выше видно, что

t _a → время снятия заряда с обедненной области
t _b → время снятия заряда с полупроводниковой области
Также из рисунка можно сказать, что

Где, скорость изменения обратного тока.
Площадь, ограниченная треугольной областью на приведенном выше рисунке, представляет собой общий накопленный заряд или заряд обратного восстановления, Q _R . Следовательно, мы можем написать

Теперь для , подставляя уравнение 1 и объединяя его с уравнением 2, мы получаем

Подставляя уравнение 3 в уравнение 1 для , мы получаем

Из уравнения. 3 и 4 видно, что t _rr и I _RR зависят от Q _R , который, в свою очередь, зависит от начального прямого тока диода I _F .

Еще один интересный параметр определяется для силовых диодов по их характеристикам выключения, известным как Коэффициент мягкости (S-фактор), определяемый как отношение времен t _b и t _a .
Следовательно,

Если S-фактор диода равен единице, он называется диодом с мягким восстановлением, а если S-фактор меньше единицы, он называется диодом с быстрым восстановлением или быстрым восстановлением.

S-фактор косвенно указывает на переходное напряжение, возникающее при выключении диода. Низкий S-фактор означает высокое переходное перенапряжение, а высокий S-фактор означает низкое колебательное обратное напряжение.

Суммарные потери мощности при выключении представляют собой произведение тока диода и напряжения в течение t _rr .Большая часть потерь мощности происходит во время t _b .

В типовом паспорте силовых диодов наиболее важными параметрами являются I _{F avg} , I _{F RMS} , V _RRM , I ² _t номинальная температура перехода rr , S-фактор, I _RR . Помимо этих, также предоставляются многие другие параметры и графики.

Мощные диоды можно разделить на следующие категории, приведенные в таблице ниже, в зависимости от их свойств:

Руководство по выбору силовых диодов: типы, характеристики, области применения

Силовые диоды используются в основном в приложениях большой мощности. Они построены с большими P-N переходами, чтобы пропускать большое количество тока и рассеивать большое количество тепла. Силовые диоды также могут выдерживать диоды высокого напряжения при работе в обратном смещении.

Типы

Существует множество различных типов силовых диодов. Примеры включают:

• сильноточные диоды
• высоковольтные диоды
• Силовые диоды ПН
• PIN силовые диоды
• Силовые ВЧ-диоды
• переключающие силовые диоды
• силовые диоды выпрямителя

Базовые силовые диоды состоят из диода, встроенного в микросхему.Массивы мощных диодов состоят из нескольких дискретных и обычно не связанных между собой устройств на одном кремниевом кристалле. Количество выводов и количество встроенных диодов зависят от типа корпуса интегральной схемы (ИС). Силовые диоды, продаваемые в Европе, должны соответствовать директиве Европейского Союза (ЕС) об ограничении использования опасных веществ (RoHS).

Технические характеристики

Технические характеристики силовых диодов включают:

• Рабочая температура перехода
• обратное время восстановления
• повторяющееся пиковое обратное напряжение или максимальное обратное напряжение
• пиковый прямой импульсный ток
• обратный ток
• прямое напряжение

Рабочая температура перехода — это диапазон температур, для работы в котором предназначены силовые диоды.Время обратного восстановления — это время, необходимое обратному току для достижения заданного уровня при приложении обратного напряжения, когда силовой диод проводит ток в прямом направлении. Повторяющееся пиковое обратное напряжение или максимальное обратное напряжение является максимально допустимым мгновенным значением обратного напряжения, многократно применяемого. Пиковый импульс прямого тока — это максимально допустимое значение импульса прямого тока без повторения. Прямое напряжение — это заданный входной прямой ток для силовых диодов. Некоторые поставщики предоставляют дополнительные спецификации для сильноточного диода, высоковольтного диода, массива силовых диодов, силового диода PN, массива силовых диодов PN, диода большой мощности, мощного ВЧ-диода, силового диода PIN, импульсного силового диода или силового диода выпрямителя.

Особенности

В силовых диодах

используется множество различных типов корпусов ИС. Примеры включают:

• контур диода (DO)
• малогабаритный диод (SOD)
• схема транзистора (ТО)
• малогабаритный транзистор (SOT)
• дискретный пакет (ДПАК)
• металлический электрод без свинца (MELF)

DO-4, DO-5, DO-8, DO-9, DO-15, DO-27, DO-34, DO-35, DO-41 и DO-201 представляют собой корпуса диодных контуров (DO).

SOD-80, SOD-106, SOD-123, SOD-323 и SOD-523 представляют собой корпуса малогабаритных диодов (SOD).

ТО-3, ТО-66, ТО-92, ТО-202, ТО-220, ТО-237 и ТО-247 представляют собой корпуса транзисторов (ТО).

SOT23, SOT26, SOT89, SOT143, SOT223, SOT323, SOT343, SOT346, SOT353, SOT363, SOT416, SOT457 и SOT523 представляют собой малогабаритные корпуса транзисторов (SOT).

Пакеты

MELF для силовых диодов включают QuadroMELF, MicroMELF и MiniMELF.

D2PAK — это большой корпус для поверхностного монтажа, включающий радиатор.SC-59, SC-74 и SC-76 представляют собой пластиковые корпуса для поверхностного монтажа с тремя выводами.

Связанная информация

Engineering360—Информация о диодах

Engineering360 — Информация о диодах общего назначения

Engineering360 — Информация о PIN-диодах

IEEE Spectrum — печатный диод достаточно быстр, чтобы общаться со смартфонами

Изображение предоставлено:

Невит / CC BY-SA 3.0

Что такое силовые диоды? Конструкция, работа, характеристики и применение силовых диодов

Определение : Силовой диод или высокомощный диод — это одно из силовых полупроводниковых устройств, которое имеет два вывода (катод и анод), подобные обычному диоду с PN-переходом, но обладающие более высокими характеристиками. возможность обработки мощности.Они предназначены для работы с током в несколько килоампер в режиме прямого смещения с незначительными потерями мощности и должны блокировать несколько киловольт в режиме обратного смещения.

Проще говоря, можно сказать, что силовые диоды — это устройства, предназначенные для передачи большого количества тока при высоком напряжении. Силовые полупроводниковые устройства в основном находят свое применение в силовых электронных схемах .

Условно силовой диод представляется как:

Прежде чем подробно остановиться на силовых диодах, важно напомнить-

Что такое диод?

Обычный диод — это маломощный диод с PN-переходом, также известный как сигнальный диод .Мы уже обсуждали в нашем предыдущем материале о диодах, что диод обеспечивает однонаправленный поток тока. Это комбинация полупроводниковых материалов p- и n-типа, которые проводят ток при прямом смещении и блокируют ток при обратном смещении.

Силовой диод также имеет PN-переход, который пропускает ток только в одном направлении . Но он отличается от маломощного диода своей конструкцией и предлагаемыми функциями. Под особенностями здесь имеется в виду повышенный уровень напряжения, тока и номинальной мощности, обеспечиваемый мощными диодами.Кроме того, в отличие от сигнальных диодов, они работают на более низких скоростях переключения.

Основы PN-соединения

Основным элементом, отвечающим за работу различных силовых полупроводниковых приборов, является p-n переход. Мы видели, что даже в сигнальных диодах p-n-переход образуется в результате физического контакта между полупроводниковыми материалами p- и n-типа.

Мы уже знакомы с основами того, что p-тип имеет большинство дырок и неосновные электроны, в то время как n-тип имеет большинство электронов и неосновные дырки.Однако для формирования мощных диодов требуется варьирование концентрации p- и n-типов материалов. Материал p-типа может обозначаться как p ⁺ , p и p ^-, , а n-тип может обозначаться как n ⁺ , n и n ^– в зависимости от концентрации легирования.

Таким образом, в общем случае можно заключить, что p ⁺ — это сильно легированная p-область, а n ^– — как слаболегированная n-область.

Нужны силовые диоды?

В основном сигнальные диоды используются в маломощных схемах выпрямления.Однако во всех таких приложениях, где необходимы большой ток прямого смещения и высокое напряжение блокировки обратного смещения, малосигнальные диоды работают плохо. Это связано с тем, что сигнальные диоды конструктивно не предназначены для работы с таким большим током, поэтому в случае подачи большого тока они будут перегреваться, что приведет к разрушению устройства.

Таким образом, чтобы преодолеть недостатки сигнальных диодов, появились силовые диоды.

Теперь возникает вопрос, как это сделать?

Силовой диод имеет сравнительно большую область p-n перехода, чем сигнальный диод.Таким образом, он предлагает высокую способность прямого тока, которая составляет несколько сотен ампер, и большое значение блокировки обратного напряжения, то есть до нескольких тысяч вольт.

Конструкция силовых диодов

Мы уже обсуждали, что силовой диод сконструирован иначе, чем сигнальный диод. Сигнальный диод просто имеет PN-переход. Но для пригодности силовых диодов к приложениям с высоким напряжением и током он сконструирован довольно сложным образом.

Структура силовых диодов показана ниже:

Рассматривается сильнолегированная подложка n ⁺ , поверх которой эпитаксиально выращен слой n ^– , причем происходит диффузия слоя p ⁺ по области n ^– . Эта область p ⁺ образует анодное соединение, а подложка n ⁺ образует катодное соединение.

При обсуждении диода с p-n переходом мы увидели, что такой структуры там не было.Таким образом, здесь области p ⁺ и n ⁺ являются соответственно анодом и катодом, а область n ^– действует как дрейфовая область. В условиях обратного смещения область обеднения поглощается областью дрейфа. Толщина области n ^– и напряжение пробоя диода при обратном смещении прямо пропорциональны друг другу.

Таким образом, чем шире область n ^– , тем больше будет напряжение пробоя.

Однако в режиме прямой проводимости область n ^– суммируется для омического сопротивления диода.Это приводит к большому рассеиванию мощности, и для решения этой проблемы обязательно должны быть предусмотрены устройства охлаждения.

Работа силовых диодов

Силовые диоды работают примерно так же, как обычные диоды. Рассмотрим состояние силового диода с прямым смещением, показанное ниже, где положительный вывод батареи подключен к аноду, а отрицательный вывод образует соединение с катодом.

В этом состоянии переход J ₁ будет смещен в прямом направлении, и основные носители (дырки) из области p ⁺ начнут инжектироваться в область n-дрейфа.При низкой скорости инжекции дырки области p ⁺ будут рекомбинировать с электронами области n ^– . Но по мере увеличения скорости инжекции дырки будут проникать и рекомбинировать с электронами области n ⁺ . Это называется двойной впрыск . Из-за этого потока носителей и рекомбинации в области дрейфа диод начинает сильно проводить ток после превышения порога.

Теперь рассмотрим состояние обратного смещения, когда отрицательный вывод батареи образует соединение с анодом, а положительный вывод соединен с катодом.

В этом состоянии переход смещается в обратном направлении, и, как и обычный диод, силовой диод также прекращает проводимость в этом состоянии. Здесь область истощения расширяется до области дрейфа, что затрудняет проникновение неосновных носителей через переход и рекомбинацию.

Но здесь следует отметить, что внезапное изменение полярности приложенного потенциала не остановит немедленно ток. Кроме того, неосновные заряды, накопленные в переходе, приведут к протеканию небольшого тока утечки (порядка 100 мА ) через диод в противоположном направлении. Этот обратный ток показывает зависимость от изменения температуры перехода.

Как только приложенный потенциал станет равным напряжению пробоя, произойдет ударная ионизация.

Что такое ударная ионизация?

Обратное приложенное напряжение возбуждает электрическое поле, благодаря которому электроны будут ускоряться. Получив достаточную кинетическую энергию, движущиеся электроны могут освободить больше электронов от ковалентных связей атомов кремния.Этот кумулятивный процесс генерирует большое количество свободных электронов, благодаря чему через устройство протекает большой обратный ток.

Этот большой обратный ток значительно увеличивает рассеиваемую мощность и может привести к выходу из строя диода. Таким образом, говорится о том, что следует избегать работы устройства в области обратного пробоя.

ВАХ

Первоначально при отсутствии напряжения питания прямой ток равен 0, но по мере увеличения входа питания он достигает порогового значения (около 0. 7 В), через устройство протекает небольшой прямой ток. Как только пороговое значение превышено, заметно значительное увеличение тока диода (на 1 В), поскольку он начинает проводить ток. Здесь наблюдается линейный рост прямого тока, когда напряжение превышает пороговое значение.

В режиме обратного смещения через устройство протекает ток утечки, который не зависит от приложенного потенциала, но как только достигается пробой, даже при приблизительно постоянном напряжении протекает большое количество обратного тока.

Характеристики обратного восстановления

Как мы недавно обсуждали, даже после отключения прямого приложенного напряжения диод проводит ток из-за накопленного заряда в обедненной области и полупроводниковом слое. Итак, время, в течение которого протекает этот ток утечки, называется временем обратного восстановления, t _rr . Запирающая способность диода восстанавливается до момента, когда ток утечки становится равным 0,

t _rr — это время между моментом исчезновения прямого тока и моментом, когда обратный ток восстановления остается на уровне 25% от своего пикового значения I _RM .

Из рисунка видно, что

т _рр = т _а + т _б

: t _a — интервал между пересечением нуля прямым током и пиковым обратным током I _RM . В течение t _a заряд в области истощения исчез. При этом t _b — продолжительность от пика обратного тока I _RM до 0,25% I _RM . В течение t _b снимается заряд со слоев полупроводников.

Отношение t _b и t _a называется коэффициентом мягкости , заданным S. Обычно он равен единице, поэтому такой диод с S, равным 1, называется диодом мягкого восстановления. А если S>1, то это диод с быстрым восстановлением или быстрым восстановлением.

Типы силовых диодов

Классификация силовых диодов производится на основе свойств обратного восстановления, которыми они обладают.

1. Диоды общего назначения : Они обладают довольно высоким i. е., примерно 25 мкс . Этот диод используется в низкочастотных устройствах, таких как выпрямление, преобразователи, работающие почти до 1 кГц. Его номинальный ток составляет от 1 А до нескольких тысяч ампер, а номинальное напряжение — от 50 В до 5 кВ.
2. Диоды быстрого восстановления : Они демонстрируют довольно низкое значение t _rr , т. е. около 5 микросекунд . В основном используется в системах преобразования электроэнергии. Его номинальный ток составляет от 1 А до нескольких тысяч ампер, а номинальное напряжение — от 50 В до 3 кВ.
3. Диоды Шоттки : В этих диодах вместо p-n перехода формируется переход металл-полупроводник, где обычно алюминий предпочтителен для металла и кремний для полупроводника. Его номинальный ток составляет от 1 А до 300 А, а номинальное обратное напряжение составляет около 100 В.

Приложения

Из-за характеристик силовых диодов они в основном используются в качестве обратных диодов, в системах преобразования переменного тока в постоянный и постоянного в переменный, выпрямления, зарядки аккумуляторов и т. д.Наряду с этим силовые диоды также используются в гальванике, ИБП, прерывателях, импульсных источниках питания, а также в индукционном нагреве.

Мощные диодные модули — Littelfuse

PowerPath, идеальные диоды и переключатели нагрузки

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, а другие являются необязательными для функциональных действий. Сбор данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы убедиться, что вы получаете наилучшую производительность и функциональность, которые может предоставить наш сайт. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить. Принять и продолжить.com или конкретные предлагаемые функции. Они либо служат единственной цели осуществления сетевой передачи, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуги, явно запрошенной вами.

Эти файлы cookie позволяют нам проводить веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, гарантируя, что пользователи легко находят то, что ищут.

Отклонить файлы cookie

Что такое силовой диод? Применение, использование, принцип работы, типы

Силовой диод в основном представляет собой обычный PN-переходной диод, используемый в силовых электронных схемах для работы с сильноточными и мощными приложениями, поэтому он называется силовым диодом . Это может быть определение силового диода. Силовой диод также имеет две клеммы (анод и катод), как и обычный диод с PN-переходом, но есть разница между конструкцией силового диода и обычного диода. Это особый тип диода. В этой статье мы узнаем конструкцию, принцип работы, типы и области применения силового диода.

Конструкция силового диода

Здесь вы можете увидеть конструктивную схему силового диода.

Силовой диод также является двухвыводным, двухслойным и однопереходным устройством.Он имеет P-слой и N-слой. Кроме того, вы можете видеть, что слой N разделен на два подуровня N+ и N-. В обычных диодах есть два слоя P+ и N+, но в случае силового диода доступен дополнительный подслой, который является N-слоем. Этот N-слой помогает использовать силовой диод для приложений с высокой мощностью.

Здесь слой P+ сильно легирован, слой N+ сильно легирован, а слой N- легирован очень слабо. Это почти заложено в природе. Силовой диод также известен как PIN-диод из-за наличия N-слоя внутренней природы. Здесь я указываю термин Внутренний.

Толщина области истощения или области пространственного заряда силового диода больше, чем у обычного диода. Это помогает блокировать высокий обратный ток без поломки. Эта особенность также делает силовой диод очень эффективным.

Характеристики V-I силового диода

Здесь вы можете увидеть диаграмму характеристик V-I силового диода.

Характеристики силового диода очень похожи на характеристики обычного сигнального диода. В условиях прямого смещения ток, протекающий через диод, увеличивается и уменьшается линейно с увеличением и уменьшением приложенного напряжения.Поскольку силовой диод проводит очень большой ток, омическое падение также очень велико и имеет экспоненциальный рост.

Принцип работы силового диода

Когда на силовой диод подается прямое напряжение или напряжение на анодной клемме выше, чем на катодной, силовой диод пропускает через него прямой ток. Если приложенное напряжение увеличивается, то ток также увеличивается. Силовые диоды имеют очень низкие характеристики прямого падения напряжения благодаря своей усовершенствованной конструкции.Как правило, прямое падение напряжения на силовом диоде составляет от 0,5 до 1,2 В.

Когда к диоду приложено обратное напряжение или напряжение на катодном выводе выше, чем на анодном, это не позволяет протекать через него току. В этом режиме он блокирует ток.

Типы силовых диодов

Существуют различные типы силовых диодов в зависимости от времени обратного восстановления и конструкции, например,

• Силовой диод общего назначения
• Быстрое восстановление
• Диод Шоттки

Использование и применение Диод

1. Силовые диоды используются в устройствах высокой мощности, таких как трехфазные выпрямители, инверторы.
2. Силовые диоды используются в контроллерах мощности, зарядных устройствах, блоках питания контрольных панелей и т. д.
3. Силовые диоды используются в снабберных цепях, выпрямителях высокого напряжения и т. д.

Преимущества силового диода

1. Силовой диод Возможно выдерживать большой ток в течение длительного времени.

2. Может блокировать очень большой ток при обратном смещении.

3. Обеспечивает очень высокий КПД по сравнению с обычными диодами.

Недостатки силового диода

1.Силовые диоды стоят дороже, чем обычные диоды.

2. Силовой диод выделяет больше тепла, чем обычный диод, поэтому с силовыми диодами всегда необходимо использовать радиатор.

3. Силовой диод дает больше потерь мощности, чем обычные диоды.

Читайте также:  

Благодарим Вас за посещение сайта. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений.

Силовой диод — Примечания для инженеров

Силовой диод: Силовой диод представляет собой устройство с p-n переходом, имеющее некоторые конструктивные изменения по сравнению с маломощными сигнальными диодами и рассчитанное на киловольты, килоамперы и киловатты.

Обычное применение силовых диодов — это диоды свободного хода, используемые для восстановления захваченной энергии, цепей выпрямителей.

PN развязка

Диод с p-n переходом образуется, когда полупроводник p-типа физически контактирует с полупроводником n-типа. p-область имеет высокую концентрацию дырок (основные носители) и низкую концентрацию электронов (неосновные носители). N-область имеет высокую концентрацию электронов (основной носитель) и низкую концентрацию дырок (неосновной носитель).

Как правило, p ⁺ указывает на сильно легированную p-область, а n ^– указывает на слабо легированную n-область.

Формирование слоя истощения

Когда p-область и n-область соприкасаются друг с другом, электроны из n-области диффундируют в p-область, оставляя после себя положительный заряд. Точно так же дырки из p-области диффундируют в n-область, оставляя после себя отрицательный заряд. Благодаря этой диффузии n-область имеет положительный заряд, а p-область вблизи перехода имеет отрицательный заряд. Эти заряды на переходе создают электрическое поле. Это поле останавливает дальнейшую диффузию. Таким образом, каждая сторона соединения остается с неподвижными ионами. Эта область простирается как в p-, так и в n-слоях полупроводника, называемая областью истощения или областью пространственного заряда. Разность потенциалов на обедненных участках называется барьерным потенциалом (V _T ).

Для Si, V = 0,7 В и для Ge, В _T = 0,3 В.

Диод с прямым смещением: когда область p подключена к положительной клемме, а область n — к отрицательной клемме.Прямое напряжение смещения обратно пропорционально ширине обедненной области.

Диод с обратным смещением: когда область n подключена к положительной клемме, а область p к отрицательной клемме. Обратное напряжение смещения прямо пропорционально ширине обедненной области.

Примечание. По мере повышения температуры перехода ширина обедненной области/барьерного потенциала уменьшается.

Примечание: Если область слабо легирована, то обедненная область в ней распространяется больше и имеет большое напряжение пробоя.Если область сильно легирована, то обедненная область в ней менее протяженная и имеет малое напряжение пробоя.

Конструкция силового диода

Силовой диод имеет сильно легированную область n ⁺ . На котором имеется слаболегированный слой ‘n ^– ’. Этот слой «n ^– » слабо легирован (почти собственный), а слабо легированная область имеет высокую способность обратного блокирования. Толщина n-слоя пропорциональна напряжению пробоя. Из-за этого слоя «n ^– » или называемого слоем «i», силовой диод также известен как p-n-диод.

V-I Характеристики силового диода

При прямом смещении от V _a = 0 до, V _T прямой анодный ток очень мал. За пределами напряжения включения, порогового напряжения или напряжения включения (V _T = 1 В для силового диода) анодный ток быстро возрастает, и диод начинает проводить ток. Для сигнальных диодов анодный ток увеличивается сначала экспоненциально, а затем линейно, в то время как в случае силовых диодов анодный ток увеличивается линейно.

Во время обратного смещения небольшой обратный анодный ток, называемый током утечки, достигает напряжения пробоя (V _BR ). После V _BR обратный ток резко возрастает. Это может разрушить диод, и этого следует избегать.

Для идеального диода прямое падение равно нулю, обратный ток утечки равен нулю, т.е. V _BR = ∞, V _T = 0.

Производитель указывает пиковое обратное напряжение (PIV), которое совпадает с V _BR .

Характеристики обратного восстановления силового диода

Когда силовой диод смещен в обратном направлении, анодный ток начинает линейно уменьшаться от I _f до нуля.После того, как прямой ток диода спадает до нуля, диод продолжает проводить ток в обратном направлении из-за давления накопленных зарядов в обедненной области и полупроводниковых слоях. Силовой диод восстанавливает свою запирающую способность до тех пор, пока ток обратного восстановления не упадет до нуля.

Где,

t _rr = время, в течение которого обратный ток течет с момента, когда анодный ток становится равным нулю, до момента, когда обратный ток восстановления уменьшается до 25% от его обратного пикового значения I _RM .Это время определяет частоту коммутации любой цепи.

t _a = время между переходом через ноль прямого тока и достижением I _RM . За это время накопленные заряды в слое истощения удаляются.

t _b = время между достижением IRM и достижением реверса 0,25 I _RM . За это время заряды с полупроводникового слоя снимаются.

Q _r = накопленные сборы или сборы обратного восстановления, представленные заштрихованной областью.Его необходимо удалить вовремя t _rr .

S =t _b / ta = мягкость или S-фактор. Это мера переходных процессов напряжения, которые происходят во время восстановления диода. Если S мало, то диод имеет большое колебательное напряжение.

Если S = ​​1; диод мягкого восстановления

Если S < 1; диод быстрого восстановления или диод быстрого восстановления.

Используя уравнения (1), (2) и (3), получаем;

Классификация силового диода

Силовой диод классифицируется следующим образом.

1. Диод общего назначения: t _rr = 25 мкс, номинальный килоампер, 50 кВ, используется в выпрямителях.
2. Диод быстрого восстановления: t _rr = 5 мкс, номинал несколько 100 ампер, 3 кВ, используется в прерывателе.
3. Диоды Шоттки: t _rr = наносекунды, номинальные 300 ампер, 100 В, используемые в SMPS (импульсный источник питания). Это самые быстрые диоды.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО, СВЯЗАННЫЕ С ЭЛЕКТРОТЕХНИКОЙ: ELECTRIC VIBE

E NGINEERING NOTES ONLINE: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕЧАНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ.