Содержание
бесплатной онлайн библиотеке «КнигаГо.ру»
Http://knigago.ru
I. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (обычно менее 50 кГц). В качестве выпрямительных используют плоскостные диоды, допускающие благодаря значительной площади контакта большой выпрямленный ток. Вольт-амперная характеристика диода выражает зависимость тока, протекающего через диод, от значения и полярности приложенного к нему напряжения (рис.1.1). Ветвь, расположенная в первом квадранте, соответствует прямому (пропускному) направлению тока, а расположенная в третьем квадранте обратному направлению тока.
Чем круче и ближе к вертикальной оси прямая ветвь, и ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. При достаточно большом обратном напряжении у диода наступает пробой, т.е. резко возрастает обратный ток. Нормальная работа диода в качестве элемента с односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного.
Токи диодов зависят от температуры (см. рис.1.1). Если через диод протекает постоянный ток, то при изменении температуры падение напряжения на диоде изменяется приблизительно на 2 мВ/°С. При увеличении температуры обратный ток увеличивается в два раза у германиевых и в 2,5 раза у кремниевых диодов на каждые 10°С. Пробивное напряжение при повышении температуры понижается.
Высокочастотные диоды – приборы универсального назначения: для выпрямления токов в широком диапазоне частот (до нескольких сотен МГц), для модуляции, детектирования и других нелинейных преобразований. В качестве высокочастотных в основном используются точечные диоды. Высокочастотные диоды имеют те же свойства, что и выпрямительные, но диапазон их рабочих частот гораздо шире.
Unp – постоянное прямое напряжение при заданном постоянном прямом токе;
Uобр – постоянное обратное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении;
Iпp – постоянный прямой ток, протекающий через диод в прямом направлении;
Iобр – постоянный обратный ток, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении;
Unp.oбр– значение обратного напряжения, вызывающего пробой перехода диода;
Inp.cp– средний прямой ток, среднее за период значение прямого тока диода;
Iвп.ср- средний выпрямительный ток, среднее за период значение выпрямленного тока, протекающего через диод (с учетом обратного тока);
Ioбр.cp– средний обратный ток, среднее за период значение обратного тока;
Рпр – прямая рассеиваемая мощность, значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого тока;
Pср – средняя рассеиваемая мощность диода, среднее за период значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого и обратного тока;
Rдиф – дифференциальное сопротивление диода, отношение малого приращения напряжения диода к малому приращению тока на нем при заданном режиме
(1.1)
Rnp.д. – прямое сопротивление диода по постоянному току, значение сопротивления диода, полученное как частное от деления постоянного прямого напряжения на диоде и соответствующего прямого тока
(1.2)
Rобр.д – обратное сопротивление диода; значение сопротивления диода, полученное как частное от деления постоянного обратного напряжения на диоде и соответствующего постоянного обратного тока
(1.3)
Максимально допустимые параметры определяют границы эксплуатационных режимов, при которых диод может работать с заданной вероятностью в течение установленного срока службы. К ним относятся: максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр.max; максимально допустимый прямой ток Iпр.max, максимально допустимый средний прямой ток Iпр.ср.max, максимально допустимый средний выпрямленный токIвп.ср.max, максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность диода Рср.max.
Указанные параметры приводятся в справочной литературе. Кроме того, их можно определить экспериментально и по вольт-амперным характеристикам.
Рассмотрим пример (рис. 1.2). Рассчитать и сравнить Rдиф, Rпр.д для диода ГД107 при Iпр= 12 мА.
Дифференциальное сопротивление находим как котангенс угла наклона касательной, проведенной к прямой ветви ВАХ в точке Iпр= 12 мА (Rдиф
(1.4)
Прямое сопротивление диода находим как отношение постоянного напряжения на диоде Uпр=0,6В к соответствующему постоянному току Iпр=12мА на прямой ветви ВАХ.
(1.5)
Видим, что Rдиф >Rпр.д, что говорит об односторонней проводимости диода. Вывод об односторонней проводимости можно сделать и непосредственно из анализа ВАХ: прямой ток Iпp
Uст – напряжение стабилизации, напряжение на стабилитроне при протекании номинального тока;
∆Uст.ном – разброс номинального значения напряжения стабилизации, отклонение напряжения на стабилитроне от номинального значения;
Rдиф.ст – дифференциальное сопротивление стабилитрона, отношение приращения напряжения стабилизации на стабилитроне к вызвавшему его малому приращению тока в заданном диапазоне частот;
αСТ – температурный коэффициент напряжения стабилизации, отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации.
Максимально допустимые параметры. К ним относятся: максимальный Iст.max, минимальный Iст.min токи стабилизации, максимально допустимый прямой ток Imax, максимально допустимая рассеиваемая мощность Pmax.
Принцип работы простейшего полупроводникового стабилизатора напряжения (рис.1.5) основан на использовании нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитронов (см. рис.1.3).Простейший полупроводниковый стабилизатор представляет собой делитель напряжения, состоящий из ограничительного резистора Rогр и кремниевого стабилитрона VD. Нагрузка Rн подключается к стабилитрону,
В этом случае напряжение на нагрузке равно напряжению на стабилитроне
а входное напряжение распределяется между Rогр и VD
Ток через Rогр согласно первому закону Кирхгофа равен сумме токов нагрузки и стабилитрона
Величина Rогр выбирается таким образом, чтобы ток через стабилитрон был равен номинальному, т.е. соответствовал середине рабочего участка.
| | | следующая лекция ==> | |
| Власть несбывшегося 21 страница | | | Передатчик 3Вт |
Дата добавления: 2014-12-06 ; просмотров: 22844 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
С каждым годом рынок электронных компонентов расширяется, с ним увеличивается и ассортимент предоставляемых им товаров. В данный момент можно найти огромное количество разнообразных светодиодов, отличающихся друг от друга по цвету, напряжению или мощности. Все они предоставляют покупателям огромные возможности в использовании.
Если вы купили светодиод в магазине то, для того, чтобы определить его мощность, достаточно просто взглянуть на маркировку. Но что делать с диодами, найденными, например, дома? Перед использованием вам необходимо разобраться с его характеристиками, иначе он просто выйдет из строя. Если вы задаётесь вопросом: «Как определить мощность светодиода?», ответ на него вы найдёте ниже.
Метеорит72 – лучший интернет магазин светодиодного освещения! Товары высочайшего качества, безупречный сервис, широчайший ассортимент, отличные цены, гарантия. Посмотреть продукцию >>>
Зачастую его мощностью называют значение, выраженное в ваттах. Но такая информация неверна. Такая подмена понятий делается только для облегчения понимая рядового пользователя. На самом деле, светодиод имеет определённое значение максимума рабочего тока. При его превышении он сгорает.
В наше время рынок электронных компонентов разделяет светодиоды на два вида. Они отличаются друг от друга размерами и показателями мощности. Светодиоды можно разделить на два вида – светодиоды малой мощности и высокой мощности.
Первая категория является самой распространённой на рынке. К ней относят индикаторные светодиоды и светодиоды поверхностного монтажа. Их диаметр колеблется от двух до двадцати миллиметров. В этом случае мощность может достигать 0,5 ватт.
Ко второй категории относятся светодиоды высокой мощности. Их показатели в разы выше показателей первой категории. Но главным недостатком таких светодиодов является их корпус. А точнее, его тип. Дело в том, что их корпус рассчитан на автоматический монтаж, что позволяет производить огромное количество светодиодных светильников быстро и качественно. Но тех людей, которые хотят использовать их в домашних условиях, ждут трудности. Вручную установить такие светодиоды бывает очень сложно и накладно, а отвод тепла – ещё более серьёзная проблема.
У каждого светодиода имеется понятие максимального рабочего тока, о котором мы уже упоминали выше. Именно от него и зависит максимальная мощность светодиода. Например, возьмём светодиод, значение рабочего того которого 700 мА. Максимальную мощность нужно посчитать по формуле U*I. То есть, примерно 3,7В * 0,7А = 2,6 вт.
Чтобы светодиод перенёс максимальный ток и не вышел из строя, следует соблюдать некоторые условия:
- Кристалл должен быть надлежащего качества. Необходимо выбирать светодиоды проверенных и серьёзных производителей. Очень сложно определить качество кристалла, поэтому не стоит надеяться на порядочность продавца и дешевизну. Скупой платит дважды. Покупая светодиоды именитых производителей, вы обеспечиваете себе уверенность в работоспособности и качестве изделия.
- Размер кристалла. Он должен быть соответствующего размера. Как минимум, больше 1х1 мм. Например, на рынке имеется разновидность светодиодов увеличенного размера. Чем больше размер, тем выше рабочие показатели.
Мощность светодиода
Не так сложно ответить на вопрос «Как узнать мощность светодиода?». Определить мощность и узнать ток светодиода (узнать на сколько вольт светодиод) вам поможет соответствие размеров, цвета и показателей (значение в ваттах – мощность, значение в мА – номинальный ток).
Маленького размера (от трёх до десяти миллиметров):
Данный способ является более сложным, но в то же время надёжным. Нам потребуются: мультиметр, блок питания и резистор с сопротивлением в 500 Ом. Подключите светодиод к резистору и блоку питания, соблюдая полярность. Увеличивая напряжение на блоке питания, сравните показатели блока и светодиода. Лучше, если на блоке питания имеется индикация напряжения. Также возможно использование двух вольтметров. В начале процедуры напряжение на полюсах блока питания и светодиода будет примерно одинаковым (допускается погрешность 0.1 вт и более). Достигнув определённого значения, увеличение разницы в напряжениях возрастёт. Важно знать, что такая техника не работает в случае с лазерными светодиодами.
Определение напряжения
Также очень часто у людей возникает вопрос «Как узнать напряжение светодиода?». Если вам нужно определить на сколько вольт светодиод, вы можете взять из списка выше значение в мА и перевести его в вольты по формуле: U = P/I, где: U – напряжение, в вольтах, Р – мощность, в ваттах, I – сила тока, в амперах.
Такой способ, как и в случае с мощностью, не является точным. Для надёжного определения напряжения вам понадобится блок питания с напряжением до 12 вольт, на котором можно его регулировать, мультиметр и резистор с сопротивлением 510 Ом. Необходимо последовательно собрать схему.
Принцип работы прост: сопротивление резистора ограничивает ток, а с помощью мультиметра вы отслеживаете напряжение светодиода. Плавно увеличив напряжение от блока питания, следует наблюдать за ростом показаний мультиметра. Когда яркость диода достигнет номинального значения, а показания мультиметра перестанут возрастать, запишите показания на экране. Это и будет номинальное напряжение светодиода, выраженное в вольтах. При отсутствии блока питания с регулируемым напряжением можно использовать «крону» на 9В. Такие несложные манипуляции позволят вам определить напряжение светодиода.
Таким образом, используя способы, описанные в этой статье, можно определить напряжение светодиода и его мощность. Эти способы подойдут людям, которые нашли неизвестный светодиод и хотят использовать его, но не имеют о нём информации, и тем, кто желает «разогнать» светодиод.
Самый лучший способ узнать мощность светодиода – это посмотреть рабочие характеристики на упаковке изделия. Зная марку и модель можно найти его характеристики в Интернете. В противном случае, останется только два способа: проверить мультиметром или постараться определить по внешнему виду, о них мы и поговорим в этой статье.
Зачем нужно знать мощность
Мощность светодиода нужна для выбора подходящего источника питания. Зная потребление светодиода, мы можем подобрать нужный ему блок питания. Расчет по мощности позволит избежать проблем при дальнейшей работе или сэкономить средства.
Рассмотрим примеры, чтобы стало понятно, о чем идет речь. Например, имеем светоизлучающий диод с рабочим напряжением 3,5 Вольта и током 0,1 Ампера. По формуле расчета мощности P=I*U, получаем значение P=3,5*0,1 => P=0,35 Ватт. Мощность десяти составит 3,5 Ватта или 1 Ампер. Отсюда делаем вывод, что для подключения одного светодиода нам потребуется блок питания (БП) мощностью 0,385 Ватта (с запасом 10%). Для подключения десяти понадобится БП на 3,85 Вт (также с запасом 10%).
Блок питания для светодиодов рекомендуется выбирать с запасом в 10-20%. Это предотвратит работу БП на пределе, что в свою очередь продлит его срок службы.
Способы определения мощности светодиода
На самом деле способов как узнать потребление не так уж и много, поэтому давайте остановимся на каждом из них и рассмотрим более подробно.
Мультиметром
Этот способ самый сложный и не является точным, прибегать к нему советую только в крайнем случае, когда достаточно хотя бы примерных значений.
Определить мощность лазерного светодиода при помощи мультиметра нельзя!
Имея на руках только один мультиметр (он же тестер), для измерения следует выполнить следующую последовательность действий:
- Собрать схему с подключенным светодиодом через токоограничивающий резистор на 500 Ом от блока питания с плавной регулировкой напряжения от 0 до 12 В.
- Плавно поднимая напряжение на блоке питания, следует постоянно измерять напряжение на блоке питания и светоизлучающем диоде, т.е. до резистора и после (в местах V1 и V2). В таком способе удобно использовать два мультиметра или два вольтметра. Изначально, значения напряжений будут почти одинаковы (разница не более 0,1В). При достижении определенного уровня, начнется ощутимый рост разницы измеряемых значений.
- Зафиксировать значение напряжение
- Подключить проверяемый светоизлучающий диод через резистор 10 Ом последовательно с амперметром. Если нет амперметра, используйте мультиметр.
- Поднимите напряжение до зафиксированного ранее значения V
- Зафиксируйте значение тока и, используя закон Ома, определите мощность светодиода.
Как это сделать, читайте ниже.
Иногда люди сталкиваются с интересной особенностью, проверяемый светоизлучающий диод исправен (проверяют светодиод мультиметром), но никак не светится при подаче на него питания. Оказывается, что он инфракрасный. Определить ИК — светодиод можно посмотрев на него через объектив камеры. Он будет светиться.
По закону Ома
В самом начале статье мы упоминали формулу мощности, которая вытекает из закона Ома. Там же приведен пример расчета потребления. Зная формулу (P=I*U), а также силу тока (I) и напряжение (U) светодиода, Вы без труда узнаете сколько потребляет светодиод.
По внешнему виду
Определить сколько потребляет светодиод по внешнему виду практически не возможно, поэтому этим способом также рекомендую пользоваться только в крайнем случае, так сказать в безвыходной ситуации. Методика визуального определения сводится к возможности отнесения «узнаваемого» к какому-либо известному Вам типу светоизлучающего диода. Определяем для «подопытного» тип светодиода (а лучше марку и модель, это можно сделать по маркировке) и ищем к нему даташит, в котором можно найти точные характеристики, в том числе и мощность.
Давайте посмотрим, как применить способ на практике. Например, на руках у нас имеется светоизлучающий диод, как на фото ниже.
Сразу видим, что это SMD LED. Зная то, что в названии SMD LED зашифрованы габариты. Берем штангенциркуль и меряем размеры. Получив значения ширины – 28 и длины – 35 мм, можно с уверенностью сказать, что это светодиод SMD 3528. Мощность SMD 3528 белого цвета составляет 0,06 Вт. Это значение является средним, т.к. оно может варьироваться плюс – минус 15% в зависимости от производителя.
Мощность светодиода зависит от излучаемого им цвета. Поэтому узнав характеристики для светодиода белого цвета, стоит знать, что для красного или зеленого они будут другие.
Рассмотренная выше методика применима к любому SMD LED и даже для светодиодной ленты, т.к. в ее основе лежат данные LED. Узнав мощность одного светоизлучающего диода на ленте, и посчитав их количество, Вы без труда узнаете мощность всей светодиодной ленты.
Для наглядной демонстрации определения мощности светодиодной ленты, рекомендуем посмотреть соответствующее видео с ютуба. При расчетах автор пользуется законом Ома.
Итоги
Часто в руки радиолюбителя попадаются светодиоды без надписей и упаковочных коробок, по которым можно без труда определить мощность светодиода. Владея описанными в статье способами Вы знаете как рассчитать хотя бы примерные характеристики, и в большинстве случаев этого достаточно для решения широкого круга задач.
