Устройство диода
Назначение диода пропускать ток в одном направлении и задерживать его в обратном. Чтобы этого добиться используют полупроводниковые материалы с разной проводимостью. Всего есть два способа передачи энергии:
Про электроны многие знают. У атома любой материи есть ядро и электроны. В металлах основным носителем энергии служат электроны, поскольку их достаточно легко можно оторвать от ядер. В диодах применяется другой материал — полупроводник.
Этот материал отличается от металлов и диэлектриков тем, что в обычном состоянии он является диэлектриком – почти не пропускает через себя ток. При нагревании появляются освободившиеся электроны, которые могут участвовать в переносе заряда, то есть принимают свойства металлов, хотя и не в полной мере.
Хотя для создания диода могут использоваться разные материалы, например, металл, диэлектрик и подобные, мы поговорим о широко используемых диодах, состоящих из двух полупроводников. Материалом может служить:
Это лишь некоторые материалы, но их чаще всего используют. Далее к полупроводнику добавляют другой химический элемент, который при соединении с полупроводником либо отдает ему электрон (в этом случае говорят, что примесь донорная), либо забирает (тогда примесь называется акцепторной.).
В первом случае в полупроводнике наблюдается избыток электронов, во втором случае их недостает. Чтобы определить полярность диода, важно знать, какой тип полупроводника находится с одной и с другой стороны.
N-тип называют полупроводник с примесью, в котором основными носителями служат электроны, поскольку в этом материале их избыток. P-тип – полупроводник с недостатком электронов. Такую проводимость называют дырочной. Если эти два типа соединить вместе, то получим диод.
| Внимание! Некоторые диоды имеют малое обратное сопротивление, как правило, это мощные диоды. Поэтому чтобы определить полярность диода, нужно опираться на показания прибора. В том случае, когда сопротивление минимальное, это указывает на открытое состояние диода, в противном случае он закрыт. Если прямое и обратное сопротивления равны или бесконечно большие, это говорит о неисправности прибора. |
Как работают светодиоды и их виды, полярность и расчет резистора
- источник питания;
- диод;
- лампочка, рассчитанная на напряжение немного меньше выбранного питания;
- переменный резистор с небольшим сопротивлением, зависит от напряжения питания и составляет от десятков Ом до 1 кОм.
Как работает диод
Основа работы диода заключается в разной проводимости двух полупроводников (в этой статье речь только о них), соединенных вместе.
Полупроводник типа n пропускает электроны, а p-типа – дырки. Если полярность диода соблюдена, то есть на n-тип подается минус, а на p-тип – плюс, то на каждый тип подается прямое напряжение и диод открыт. Если знаки питания поменять местами, то есть подать обратное напряжение, то диод будет закрыт. Почему такое происходит?
Электроны, под действием электродвижущей силы, действующей в источнике питания, перепрыгивая из дырки в дырку, проходят участок p-типа и попадают на проводник.
Что будет, если поменять полярность питания: к участку n-типа подключить плюс, а к p-типа – минус? В этом случае электроны на участке n-типа отодвинутся к источнику питания, расширяя закрытую зону, тем самым увеличив внутреннее сопротивление диода. В этом случае диод будет закрыт.
Конечно, если повысить напряжение на диоде, то электроны смогут проскочить насыщенную область и через диод пойдет ток. Некоторые диоды работают именно в таком режиме, их называют стабилитронами.
Но выпрямительные диоды не «любят» такие условия и могут выйти из строя. Да и для стабилитронов оговаривается не только обратное напряжение, но и ток, при котором они могут работать. Если превысить указанные значения, то может произойти необратимый процесс – тепловой пробой и прибор выйдет из строя.
Принцип работы светодиодов
Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.
При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны.
Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия:
Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.
Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).
Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.
Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.
Как определить номинал резистора? Электрика от А до Я
- анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл;
- катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл;
- отражатель;
- кристалл полупроводника;
- рассеиватель.
Виды светодиодов, классификация
По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды. Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.
- В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.
- мигающими – используются для привлечения внимания;
- многоцветными мигающими;
- трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
- RGB;
- монохромными.
Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.
Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К).
По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.
