Назначение диода
Полупроводниковые диодные элементы присутствуют практически во всех бытовых приборах. Светодиоды используются в производстве осветительных приборов и светодиодных телевизоров.
Полупроводниковые диоды классифицируют по:
- кристаллический материал (кремний, селен, фосфид индия, германий);
- размеры (микросплавы, точечные, плоские);
- технологии изготовления pn-переходов (диффузионные, сплавные, эпитаксиальные);
- частотный (низкочастотный, высокочастотный, сверхвысокочастотный, импульсивный);
- области применения (выпрямительные и специальные).
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного напряжения в постоянное. Они установлены в схеме в виде диодного моста, который можно использовать в радиоаппаратуре, блоке питания, зарядном устройстве.
Выпрямители делятся на:
- малый ток (до 0,3 ампера);
- средней мощности (0,3-10 ампер);
- мощность (10-100 000 А, до 6 кВ).
Полупроводниковые специальные диодные элементы:
- варикапы (емкостные диоды);
- тиристоры (с дополнительным выводом для перехода в открытое состояние);
- симисторы (ток проходит в 2-х направлениях);
- стабилитроны (стабилизатор напряжения 2 вольта в состоянии пробоя, отдельный тип стабилизатора (нормистор) на напряжение 0,7-2 вольта);
- диоды Шоттки (для низковольтных цепей в паре со стабилитроном);
- туннельные диодные элементы (с малым отрицательным сопротивлением);
- динисторы (не содержат управляющих электродов, установлены на переключателях);
- магнитодиоды (изменение вольт-амперных характеристик в магнитном поле, устанавливаемые на датчики движения, устройства управления);
- фотодиоды (преобразовывают световую энергию в электрическую);
- светодиоды (преобразуют электрическую энергию в свет).
Полярность светодиода как определить плюс и минус
При использовании светодиодов в создании различных схем их необходимо установить правильно. Пайка в большинстве случаев проблем не создает, определить полярность немного сложнее, если нет опыта работы с тестирующим оборудованием.
Как определить полярность тестером мультиметром
Проще всего проверить светодиод мультиметром. При подключении щипов в режиме «прозвонка» к электродам можно получить 2 результата: светодиод светится и выдает на экран число, зависящее от цвета излучения, или показывает очень большое число. При первом варианте можно сделать вывод, что источник света исправен и подключен к мультиметру правильно (плюс к плюсу, минус к минусу).
Второй метод использования мультиметра – переключение на проверку сопротивления. Если красный щуп касается плюса, черный – минуса, на экране появляется значение в пределах 1600–1800.
Если у мультиметра есть отсек PNP, для определения полярности светодиода требуются отсеки E (эмиттер – «+») и C (коллектор – «-»). Источник света светится, если катод вставлен в «C», анод – в «E».
Если используется отсек мультиметра NPN, светодиод светиться, если ножки меняются местами.
По внешнему виду
В производстве светодиодов используются разные корпусы. Широко применяются DIP-элементы с цилиндрическим корпусом различного диаметра. Изготавливается множество SMD для поверхностного монтажа. Свехяркие источники света отличаются размерами корпусов и кристаллов. Опытный радиолюбитель определяет катод и анод по внешним признакам.
- длиннее ножка анода;
- силуэт в колбе меньше у анода, форма катода напоминает флажок;
- у источника с мощностью более 1 Вт на ножке анода есть маркировка «+».
- катод обозначается срезом на корпусе;
- теплоотвод на обратной стороне корпуса располагается ближе к аноду;
- пиктограмма «П» к аноду обращена верхней полкой, верх пиктограммы «Т» обращен к катоду.
Некоторые производители наносят на корпуса SMD-светодиодов определенные символы, которые позволяют определить полярность.
Важно! Существуют SMD, изготовленные по другому принципу (некоторые производители не соблюдают стандарты). На сложных моделях всегда имеются обозначения «+» и «−»
Любая неполупроводниковая радиолампа (стабилитрон) состоит из анода, катода и сетки. Катодом всегда служит разогретый электрод, изготовленный в форме цилиндра. Электроны при термоэмиссии двигаются к аноду (коробочке или пластине) – вольфрамовому проводнику с большим сопротивлением.
Для определения работоспособности стабилитрона используется мультиметр в режиме прозвона. Если положительный щуп приложить к аноду, отрицательный – к катоду, стабилитрон откроется, на экране будет видно значение напряжения. Если поменять щупы местами, стабилитрон закроется, на экране появится цифра 1.
Путем подачи питания
Чтобы использовать тестирование с помощью подключения к питанию, требуется источник с напряжением 3-6 В и резистор с любой мощностью на 300–470 Ом. Резистор припаивается к одной ножке мультиметра. Затем нужно коснуться щупами выводов. Светодиод светится, если плюсовой щуп касается анода, минусовой – катода.
Технической документации
Большой объем информации (размеры, цоколевку, электрические параметры) о полупроводниковом источнике света предоставляют производители в технической документации. Она выдается при покупке больших партий электронных элементов вместе с другой сопроводительной документацией. Если покупать один или несколько светодиодов, продавец техдокументацию не предоставит.
Если известна марка изделия, данные можно найти в справочниках и сети интернет.
На схеме полупроводниковый источник света обозначается пиктограммой в форме треугольника, на вершине которого начерчена линия, перпендикулярная основанию. Вершина направлена на катод. Для обозначения светодиода используются 2 стрелки над изображением.
Как определить у проводов заземление, ноль и фазу, если нет маркировки
Определяться на практике сложнее, чем в теории. Не все производители соблюдают стандарты. Поэтому при прокладке двухфазной сети 220 V с заземлением приходится пользоваться кабелем ВВГ с голубой, коричневой и красной расцветками. Комбинации могут быть иные, однако без выполнения нормативных требований.
К сведению. В старой проводке «советских времен» цветовая маркировка отсутствует. Одинаковые белые (серые) оболочки не позволяют узнать назначение и соответствие линий с помощью простой визуальной проверки.
Для исключения проблем рекомендуется выполнять монтажные работы с применением однотипной кабельной продукции. Когда цветовая маркировка отсутствует, следует создать ее в местах соединения изолирующей липкой лентой или термоусадочной трубкой. Последний вариант предпочтителен, так как рассчитан на длительное сохранение целостности.
Ниже представлены методики определения фазных и нулевых проводов с преимуществами и недостатками каждого варианта. В любом случае сначала уточняют параметры сети. В старых домах, например, часто используют двухпроводную схему подключения с единым рабочим и заземляющим проводниками.
На рисунке представлена современная сеть с отдельным подключением заземления и рабочего нуля. Предусмотрена возможность подсоединения трех,- и однофазных нагрузок.
Определение фазы с помощью индикаторной отвертки
Прикосновение жалом такого прибора к фазному проводу замыкает цепь тока. Это сопровождается загоранием контрольной лампы или светодиода. Встроенный резистор ограничивает силу тока до безопасного уровня.
Преимущества индикатора:
- минимальная стоимость;
- компактность;
- надежность;
- долговечность;
- автономность;
- хорошая защищенность от неблагоприятных внешних воздействий.
Недостатком является ограниченная точность измерений. В определенных условиях не исключены ложные срабатывания.
Определение заземления, нуля и фазы с помощью контрольной лампы
Для воспроизведения этой технологии надо подготовить несложную конструкцию. В типовой патрон вкручивают лампу накаливания, рассчитанную на соответствующее напряжение сети. Подсоединяют провода достаточной длины для выполнения рабочих операций в определенном месте.
Далее подсоединяют один из проводов к известной нулевой линии. Другим последовательно проверяют иные жилы кабеля. Загорание лампы свидетельствует о наличии фазы.
С помощью измерительного прибора
При проверке бытовой сети 220 V не надо знать, как определить полярность. Электропитание организовано с применением переменного тока, поэтому устанавливают переключатель мультиметра в соответствующее положение. Прикосновение щупами к проводам фаза-ноль (фаза-заземление) сопровождается индикацией соответствующего напряжения (≈220 V). Разница потенциалов между нулевым проводником и заземлением минимальна.
К сведению. При проверке старой двухпроводной схемы одним из щупов касаются арматуры в бетонной плите, радиатора системы отопления, иного заземленного элемента строительной конструкции.
При переключении на постоянное напряжение мультиметр покажет, где плюс и минус. При отсутствии достоверной информации об электрических параметрах в цепи начинают с максимального диапазона измерений с последовательным переходом к меньшим величинам при недостаточной точности.
Такой «прибор» пригодится для проверки цепей постоянного тока при отсутствии специализированных средств измерения. Пузырьки около минусового провода – это выделение водорода в процессе электролизной реакции. Область возле плюса через несколько минут приобретет зеленоватый оттенок.
Использование светодиода
Контрольный прибор можно создать собственными руками по аналогии с индикаторной отверткой. Вместо лампочки устанавливают AL 307 или другой светодиод с подобными характеристиками. Последовательно в цепь добавляют резистор 100-120 кОм мощностью1-2 Вт.
Как определить полярность светодиода — 2 простых способа
Светодиод – полупроводниковый оптический прибор, пропускающий электрический ток в прямом направлении. При подключении инверсионно тока в цепи не будет, и, естественно, не произойдет свечения. Чтобы этого не случилось, нужно соблюдать полярность светодиода.
Светодиод на схеме обозначается треугольником в кружке с поперечной чертой – это катод, который имеет знак «-» (минус). С противоположной стороны находится анод, имеющий знак «+» (плюс).
Обозначение светодиода в схеме
В монтажных схемах должна присутствовать цоколевка (или распиновка) выводов для идентификации всех контактов соединения.
Как определить полярность диода, держа в руках крохотную лампочку? Ведь для правильного подключения нужно знать, где у него минус, а где плюс. Если распайка выводов будет попутана, схема не заработает.
Визуальный метод определения полярности
Первый способ определения – визуальный. У диода два вывода. Короткая ножка будет катодом, анод у светодиода всегда длиннее. Запомнить легко, так как присутствует начальная буква «к» и в том и другом слове.
Длина выводов светодиода
Когда оба вывода согнуты или прибор снят с другой платы, их длину бывает сложно определить. Тогда можно попробовать разглядеть в корпусе небольшой кристалл, который выполнен из прозрачного материала. Он располагается на небольшой подставке. Этот вывод соответствует катоду.
Также катод светодиода можно определить по небольшой засечке. В новых моделях светодиодных лент и ламп применяются полупроводники для поверхностного монтажа. Имеющийся ключ в виде скоса указывает на то, что это отрицательный электрод (катод).
Иногда на светодиодах стоит маркировка «+» и «-». Некоторые производители отмечают катод точкой, иногда линией зеленого цвета. Если нет никакой отметки или ее трудно разглядеть из-за того, что светодиод был снят с другой схемы, нужно произвести тестирование.
Тестирование с применением мультиметра или аккумулятора
Хорошо, если под рукой есть мультиметр. Тогда определение полярности светодиода произойдет за одну минуту. Выбрав режим омметра (измерение сопротивлений), нетрудно произвести следующее действие. Приложив щупы к ножкам светодиода, производится замер сопротивления. Красный провод должен подключаться к плюсу, а черный – к минусу.
При правильном включении прибор выдаст значение, примерно равное 1,7 кОм, и будет наблюдаться свечение. При обратном включении на дисплее мультиметра отобразится бесконечно большая величина. Если проверка показывает, что в обе стороны диод показывает малое сопротивление, то он пробит, и его следует утилизировать.
Определение полярности светодиода при помощи мультиметра
В некоторые приборах существует специальный режим. Он предназначен для проверки полярности диода. Прямое включение будет сигнализировать подсветкой диода. Этот метод подходит для красных и зеленых полупроводников.
Синие и белые светодиоды выдают индикацию только при напряжении более 3 вольт, поэтому нельзя достигнуть нужного результата. Для их тестирования можно использовать мультиметры типа DT830 или 831, в которых предусмотрен режим определения характеристик транзисторов.
Используя PNP-часть, один вывод светодиода вставляют в коллекторное гнездо, второй – в эмиттерное отверстие. В случае прямого подключения появится индикация, инверсионное включение не даст подобного эффекта.
Как определить полярность светодиода, если под рукой нет мультиметра? Можно прибегнуть к обычной батарейке или аккумулятору. Для этого понадобится еще любой резистор. Это нужно для защиты светодиода от пробоя и выхода из строя. Последовательно соединенный резистор, величина сопротивления которого должна быть примерно 600 Ом, позволит ограничить ток в цепи.
Проверка полярности при помощи источника питания
И еще несколько советов:
- если известна полярность светодиода, впредь нельзя подавать на него обратное напряжение. В противном случае есть вероятность пробоя и выхода из строя. При правильной эксплуатации светодиод будет служить исправно, так как он долговечен, а также его корпус хорошо защищен от попадания влаги и пыли;
- некоторые типы светодиодов чувствительны к воздействию статического электричества (синие, фиолетовые, белые, изумрудные). Поэтому их нужно предохранять от влияния «статики»;
- при тестировании светодиода мультиметром желательно это действие произвести быстро, касание к выводам должно быть кратковременным, чтобы избежать пробоя диода и вывода его из строя.
Буквенное обозначение проводов
Цветная маркировка может дополняться буквенной. Частично символы для обозначения стандартизированы:
- L (от слова Line) – фазный провод;
- N (от слова Neutral) – нулевой провод;
- PE (от сочетания Protective Earthing) – заземление;
- “+” – положительный полюс;
- “-” – отрицательный полюс;
- М – средняя точка в цепях постоянного тока с двуполярным питанием.
Для обозначения клемм подключения защитного заземления используется специальный символ, который нанесен на клемму штамповкой или на корпус прибора в виде наклейки. Символ заземления единый для большинства стран мира, что уменьшает вероятность путаницы.
В многофазных сетях символы дополняются порядковым номером фазы:
- L1 – первая фаза;
- L2 – вторая фаза;
- L3 – третья фаза.
Встречается маркировка по старым стандартам, когда фазы обозначаются символами А, В и С.
Отступлением от стандартов является комбинированная система обозначения фаз:
- La – первая фаза;
- Lb – вторая фаза;
- Lc – третья фаза.
В сложных устройствах могут встречаться дополнительные обозначения, характеризующие наименование или номер цепи
Важно, чтобы маркировка проводников совпадала в пределах всей цепи, где они участвуют
Буквенные обозначения наносятся несмываемой, хорошо различимой краской на изоляцию вблизи концов жил, на отрезки ПВХ изоляции или термоусаживающейся трубки.
Клеммы подключения могут иметь нанесенные знаки, которые обозначают цепи и полярности питания. Такие знаки выполняются краской, штамповкой или травлением в зависимости от использованного материала.
Определение мультиметром
Как и любой диод, выполненный на основе p-n перехода, светоизлучающий диод можно проверить мультиметром, используя свойство проводить ток только в одну сторону. У современных цифровых тестеров есть специальный режим проверки диодов, при котором измерительное напряжение оптимально для данной процедуры.
Чтобы определить расположение выводов светодиода, надо произвольным образом подключить его ножки к щупам мультиметра и определить результат по показаниям дисплея.
Неправильная полярность подключения LED к тестеру.
Если элемент подключен неверно, то результатом измерения будет зашкаливание значения сопротивления (OL — overload, перегрузка). Надо поменять местами зажимы мультиметра.
Правильная полярность подключения LED к тестеру.
Если светодиод исправен и подключен правильно, то будет индицироваться какое-то сопротивление (конкретное значение зависит от типа излучающего элемента). В этом случае анодом будет вывод, присоединенный к плюсу мультиметра (красный провод), а катодом – к минусу (черный провод).
Некоторые тестеры в режиме проверки диодов выдают напряжение, достаточное для зажигания светоизлучающего элемента. В этом случае правильное подключение можно контролировать по свечению.
Свечение светодиода АЛ307 при проверке тестером.
Если в обоих вариантах подключения на дисплее будет индицироваться overload, это может означать:
- неисправность светодиода;
- измерительного напряжения не хватает для открытия p-n перехода (тестер рассчитан на «прозвонку» кремниевых диодов, а большинство светоизлучающих элементов делаются на основе арсенида галлия).
В первом случае полупроводниковый прибор можно утилизировать. Во втором – попробовать другой способ.
Эксперименты со скважностью
Здесь стоит поговорить о такой характеристике переменного сигнала как скважность. Этим термином обозначается отношение длительности включения и отключения напряжения (T) к отрезку времени, когда напряжение подается (t1)
Рис. 4
Аргументы для расчета скважности
Другими словами, скважность показывает соотношение времени, когда напряжение подается и когда оно нулевое. Перебирая различные комбинации задержек в нашей программе, можно заметить, что с сокращением времени подачи напряжения — яркость светодиода снижается
Перебирая различные комбинации задержек в нашей программе, можно заметить, что с сокращением времени подачи напряжения — яркость светодиода снижается.
Рис. 5. График напряжения на пине, при котором светодиод горит тусклее
Пример таких значений можно увидеть в приведенном ниже коде (лампочка здесь горит с меньшей яркостью, чем до этого):
Верно и обратное. Если подавать напряжение дольше, а выключать пин на меньшее время, то светодиод станет ярче.
Рис. 6. График напряжения на пине, при котором светодиод горит ярче
Если бы сигнал не прерывался, то все 100% времени подключенный к плате элемент получал бы максимальное напряжение.
Рис. 7. График непрерывной подачи напряжения на пин
Добавляя паузы, мы снижаем действие напряжения. В изначальном примере, где чередование было задано как 5 мс отключения после 5 мс работы, светодиоду передавалась только половина от максимального напряжения в 5 вольт — то есть 2,5 вольта.
Как определить, где плюс и минус
Существует несколько способов определения полярности светодиода:
- визуально (по ножке, по внутренней стороне лампочки, по толщине проводов);
- с помощью измерительного прибора (мультиметра, тестера);
- подключение питания;
- согласно технической документации.
Наиболее широко используется визуальный осмотр устройства. Производители стараются указывать метки и этикетки, по которым можно определить, где плюс, а где минус светодиода. Все вышеперечисленные способы просты и могут быть использованы человеком без надлежащих знаний.
Определяем зрительно
Визуальный осмотр — самый простой способ определить полярность. Существует несколько типов светодиодных пакетов. Наиболее распространен цилиндрический диод диаметром 3,5 мм и более. Чтобы определить катод и анод диода, нужно рассмотреть устройство. Сквозь прозрачную поверхность будет видно, что площадь катода (отрицательный контакт) больше площади анода (положительный). Если внутрь заглянуть невозможно, стоит посмотреть на выводы, они тоже различаются по размеру. Катод будет больше.
Накладные светодиоды широко используются в прожекторах, лентах и светильниках. Вы также можете визуально идентифицировать контакты в них. У них есть ключ (безель), указывающий на отрицательный электрод.
Некоторые светодиоды могут иметь маркировку с указанием полярности. Это точка, кольцевая полоса, которая движется к плюсу. Самые старые образцы имеют заостренную форму с одной стороны, соответствующую положительному электроду.
С помощью подключения питания
Подходящие электроды можно найти, подав небольшое напряжение. С помощью этого метода также можно определить исправность устройства. Требуется источник постоянного тока (например, батарея или аккумулятор). Светодиод должен быть присоединен к контактам. При правильном подключении и повышении напряжения до 3 В диод включится и увеличит свою насыщенность и яркость. При неправильном подключении и несоблюдении полярности светодиод не загорится.
Кроме того, последовательно может быть включен токоограничивающий резистор сопротивлением более 600 Ом. Это защитит светодиод от выхода из строя.
Применение мультиметра
Мультиметр – профессиональный прибор, помогающий определить не только плюс и минус светодиода, но и найти короткое замыкание в электрической сети, продиагностировать электронные компоненты и измерить основные параметры. С помощью мультитестера также можно определить цвет яркости диода и его пригодность к использованию.
Проверить мультиметром можно тремя способами:
- Переключатель мультитестера стоит в положении «Проверка сопротивления — 2 кОм». Щупы должны касаться электродов светодиода. Когда красный щуп коснется анода, а черный щуп коснется катода, на экране появится число от 1600 до 1800. В противном случае или в случае неисправности на экране появится 1. Метод заключается в том, что есть нет хрустальной подсветки.
- Переключатель должен находиться в положении «непрерывность цепи, проверка диодов». Когда красный щуп касается анода, а черный щуп касается катода, загорается светодиод. В противном случае диод вообще не будет реагировать.
- Для последнего метода зонды не требуются. Большинство моделей имеют две вилки, возле которых есть обозначения Е и С — эмиттер и коллектор соответственно. Они используются для проверки транзисторов, но этот метод подходит и для светодиода. Если катод поместить в отверстие C, светодиод загорится. Это самый быстрый и эффективный метод.
Определение с помощью технической документации
В документе на светодиод можно найти достаточно информации о производителе, характеристиках, включая полярность. Паспорт на устройство выдается редко; можно получить, закупив большую партию комплектующих.
Вы можете узнать информацию самостоятельно, если знаете марку светодиода. По таблицам с техническими характеристиками этой модели можно узнать способ подключения и где плюс, а где минус.
Визуальное различие выводов анода и катода
Новый светодиод, как правило, имеет два вывода (ножки), один из которых немного длиннее другого. Длинный вывод – это анод. Его подключают к плюсу источника питания. Короткий вывод – это катод, который соединяют с минусом или общим проводом. Иногда вывод катода отмечают точкой или небольшим срезом на корпусе. Паяный светодиод или бывший в эксплуатации имеет укороченные ножки одной длины. В этом случае определить где плюс, а где минус нужно путём внимательного рассмотрения кристалла сквозь пластиковую линзу. Анод (плюс) выделяется гораздо меньшим размером контакта внутри линзы по сравнению с катодом. Контакт катода (минус), в свою очередь, напоминает флажок, на котором размещается кристалл.
При ремонте электронных блоков могут попадаться светоизлучающие диоды с нестандартной цоколевкой. Производитель может маркировать их со стороны ножек или делать утолщение одного из выводов. Иногда цоколевка таких светодиодов интуитивно не понятна, а особенное строение не позволяет визуально определить полярность. В таких случаях придётся прибегнуть к электрическому замеру.
