Diody LED i diody krzemowe

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 7 min.

Będąc początkującym elektronikiem nie raz i nie dwa spotkamy się z terminem diody. Pora na przybliżenie tematu; od razu mała uwaga – wyraz diody odmienia się w dopełniaczu na diod, nie diód, co jest bardzo częstym błędem językowym. Różnice pomiędzy tymi diodami bardzo łatwo zauważyć – jedne coś prostują, a drugie świecą.

W znacznie większym stopniu spotykane są te drugie, można by rzec, że w każdym projekcie można natknąć się na diodę LED. Najłatwiejszym sposobem na rozpoznanie rodzaju diod jest po prostu ich obejrzenie. Diody krzemowe to walce o zróżnicowanych rozmiarach, przez które poprowadzony został drut. Dioda LED wyróżnia się soczewką, która może być kolorowa lub przeźroczysta, oraz wyprowadzonymi wyjściami znajdującymi się tylko po jednej stronie. Najpopularniejsze diody mają soczewki w rozmiarach 5 mm lub 3 mm. Obie natomiast posiadają dwie elektrody – katodę (-) oraz anodę (+), których głównym zadaniem jest przepuszczanie prądu w jednym kierunku, natomiast w drugim ten ruch blokować.

Rozróżnienie diod. Diody krzemowe.

Diody krzemowe inaczej prostownicze wzięły swoją nazwę od materiału, z którego został zbudowany półprzewodnik, czyli krzem. Głównym zadaniem diod prostowniczych jest przepuszczanie prądu, ale tylko w jedną stronę. Kierunek diody ma duże znaczenie, ale na szczęście błędne podłączenie nie powinno uszkodzić diody.

Zasadą działania diody jest przepływ prądu od anody do katody, czyli od plusa do minusa. Przepływający prąd napotyka niewielki opór w postaci diody i zmniejsza swoje napięcie. Należy o tym pamiętać, podłączając taką diodę do układu. Robiąc to, możemy użyć jej w dwóch stanach: przewodzenia albo zaporowym. W stanie przewodzenia podłączona jest zgodnie z przepływem prądu i dioda przewodzi prąd, a w stanie zaporowym ustawiona jest odwrotnie do przepływu, i prądu nie przewodzi.

W sklepie Botland można znaleźć bardzo dużo diod krzemowych, różniących się parametrami pracy, każda taka dioda ma swoją charakterystykę oraz oznaczenia. Jako diody uniwersalne używa się głównie właśnie diod krzemowych o małej mocy.

Parametry diod prostowniczych.

Jednym z najważniejszych parametrów jest maksymalny prąd przewodzenia, to on określa, jaki prąd może przez diodę popłynąć.

Drugim bardzo ważnym parametrem jest maksymalne napięcie wsteczne, które to oznacza, jakie napięcie dioda może zatrzymać w pozycji zaporowej, aby nie ulec przebiciu lub nawet uszkodzeniu.

Napięcie przewodzenia to natomiast parametr wskazujący, jakie jest napięcie między zaciskami diody w momencie przepływu przez nią prądu. Wartość ta zależna jest od natężenia płynącego prądu.

Kolejną kluczową cechą jest maksymalna moc strat. Podczas pracy dioda wydziela się moc, co spowodowane jest przepływem przez nią prądu, a skoro jest moc, jest też ciepło. Dioda nagrzewa się i o ile przy niewielkich natężeniach może to być niezauważalne, tak przy większym prądzie, ciepło da się już wyczuć palcem na obudowie. Nie wolno przekroczyć parametru mocy strat, gdyż dioda po prostu się przegrzeje i spali. Typowo dioda krzemowa odkłada w sobie około 0,7 V, choć ta wartość zmienia się przy dużych prądach, należy również pamiętać, że nie ma dwóch takich samych diod i poszczególne egzemplarze mogą się od siebie różnić.

Zabezpieczenie i prostowanie.

Wykorzystując cechę diod krzemowych, jaką jest stan zaporowy, możemy podłączyć ją szeregowo z zasilaniem i rozwiązać problem odwrotnego zasilania, ponieważ próba zmiany biegunów baterii spowoduje wejście diody w stan zaporowy i prądu nie przepuści.

Początkujący elektronicy, wykorzystując w ten sposób diody, często zapomina, że przepływający prąd nie przechodzi przez nią bez strat. Należy to uwzględnić, dobierając odpowiednio zasilanie, można również skorzystać z Diody Schottky’ego, która charakteryzuje się mniejszym spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia mniej więcej dwukrotnie. Nazwa pochodzi od nazwiska niemieckiego fizyka Waltera Schottky’ego.

Przykład diody Schottky o maksymalnym napięciu pracy 40 V.

 

Jednak głównym przeznaczeniem diod prostowniczych jest prostowanie prądu przemiennego, a podstawową cechą możliwość przewodzenia prądu o dużym natężeniu. Najpopularniejszym zastosowaniem diody prostowniczej jest prostowanie napięcia o częstotliwości sieciowej, czyli w naszym kraju 50 HZ. Spotykane zakresy pracy diod prostowniczych w praktyce obejmują prąd o natężeniu kilku mA do nawet kilku kA oraz napięcia od kilku woltów do kilkudziesięciu kilowoltów.

Diody można podzielić na te o małej mocy poniżej 1 W, średniej mocy od 1 do 10 W oraz dużej mocy, powyżej 10 W. Wykonane są głównie z krzemu i mają wielowarstwową budowę oraz bardzo małą rezystancję w kierunku przewodzenia, co pozwala uzyskiwać wysokie sprawności prostowania. Często diody dużej mocy wyposażone są w metalową obudowę albo nawet aktywne układy chłodzenia, a to ze względu na duże ilości wytwarzanego ciepła. Prąd po wyprostowaniu nie ma stałego napięcia, więc w układach często diody mają towarzystwo z reguły kondensatora, który gromadzi prąd i oddaje go w momencie nieprzewodzenia przez diodę prądu. Diody obecnie spotkać można praktycznie we wszystkich urządzeniach zasilających i przekształcających prąd zmienny w pulsujący. Diody prostownicze to obecnie bardzo popularne elementy elektroniczne i trudno znaleźć zasilacz bez tego urządzenia.

LED.

Light-Emitting Diode, czyli w skrócie LED to dioda świecąca lub dioda elektroluminescencyjna stanowi jedną z najciekawszych elementów elektroniki. Zaliczana do półprzewodników, emituje promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu. Nick Holonyak Jr. uważany za wynalazcę ledów, jest profesorem amerykańskiej uczelni University of Illinois w Urbana-Champaign. Był uczeniem Johna Bardeena wynalazcy tranzystora. Jednak w latach 20 XX wieku radziecki technik radiowy Oleg Łosiew zauważył, że diody ostrzowe wykorzystywane w radioodbiornikach emitują światło, możliwe, że to on był odkrywcą protoplasty ledów. Działanie diody opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku, które zachodzi w półprzewodnikach w momencie przechodzenia elektronów z wyższego poziomu energetycznego na niższy przy zachowaniu pseudopędu.

Diody LED nie posiadają obudowy i pasków służących do rozpoznawania ich rodzaju. Jak rozróżnić anodę od katody? Katoda w takiej diodzie to większa płytka wewnątrz soczewki, krótsza nóżka oraz płasko ścięty rant obok wyjścia. Zdarzają się przypadki niezwykle rzadkie, kiedy oznaczenia pokazują odwrotne wyjścia i jedynym pewnym sposobem na sprawdzenie jest użycie miernika w trybie pomiaru diod.

Charakterystyka diod elektroluminescencyjnych jest podobna do diod krzemowych, ale mamy tu także takie cechy jak barwę, kąt świecenia, jasność, skuteczność świetlna czy długość fali emitowanego światła. Standardowo najważniejszym jest prąd przewodzenia. Nowoczesne Ledy potrafią osiągać wysokie wartości już przy małym prądzie, rzędy 1-2 mA, ale ważne, żeby uważać przy podłączaniu, bo maksymalne napięcie wsteczne najczęściej także jest nieduże i wynosi ok. 5-6 V, więc łatwo jest taką diodę nieodwracalnie uszkodzić.

Właściwości materiału.

Od koloru świecenia diody odpowiada napięcie przewodzenia. Każdy kolor uzyskuje się z innego materiału, który cechuje się innymi właściwościami elektrycznymi.  Podczerwień potrzebuje ok. 1,7 V, barwę czerwoną uzyskamy ok. 2,2 V, zieleń otrzymamy przy wartości ok. 3,7 V, niebieską przy 4 V. Kolorowa soczewka nie jest wymagana, bo za kolor odpowiada substancja, z której zbudowana została dioda. Często spotykane są kolorowe diody w przezroczystych obudowach, tyczy się to zwykle tych mocno świecących. Przez bardzo niski prąd potrzebny do działania, diodom trzeba go ograniczać. Najprostszym rozwiązaniem jest zastosowanie szeregowo rezystora.

Korzystając z prawa Kirchhoffa, część napięcia przejmie dioda, a resztę rezystor. Miejmy na uwadze, że zbyt duży prąd może diodę spalić, ale za niski nic jej nie zrobi, co najwyżej będzie słabiej świecić. Usytuowanie rezystora nie gra roli, gdyż zgodnie z prawem Kirchhoffa, prąd płynie taki sam poprzez elementy połączone szeregowe. Temat jest trudny dla początkujących elektroników, którzy często zapominają, że kolejność elementów w połączeniu szeregowym nie ma żadnego znaczenia. W jaki sposób zasilić wiele diod? Są dwie podstawowe metody, albo do każdej diody dobrać jej własny rezystor i podłączyć je do układu równolegle, albo połączyć w szereg kilka diod i dopiero do nich dobrać odpowiedni opornik. Diody LED posiadają szereg zalet takich jak duża sprawność, trwałośćwartość luminancji oraz mały pobór mocy, rozmiar czy małe straty energii.

Wykorzystanie diod.

Diody produkowane są w bardzo różnych kształtach i rozmiarach. Najczęściej kolor obudowy odpowiada barwie świecenia, nie dotyczy to raczej diod białych czy emitujących podczerwień. Na rynku dostępnych jest wiele odmian diod elektroluminescencyjnych: Diody IR, czyli właśnie podczerwone emitują promieniowanie podczerwone, które znajdują zastosowanie w łączach światłowodowych, ale również we wszelkich urządzeniach zdalnego sterowania jak pilot do telewizora.

Cool white LED to rodzaj emitujący światło białe zimne, czyli o temperaturze barwowej powyżej 5300 K, a jej przeciwieństwem jest warm white LED, która generuje światło białe ciepłe poniżej 3300 K. Pomiędzy nimi znajdziemy Neutral white LED, czyli diodę świecącą barwą pomiędzy 3300 a 5300 K. Oczywiście oprócz barwy białej, możemy dostać diody wielokolorowe i tak dostępne są odmiany RGB LED, czyli Red, Green, Blue, które w praktyce można dowolnie mieszać i uzyskać prawie dowolną barwę. Wersja RGBA LED to odmiana wzbogacona o dodatkową diodę w kolorze bursztynu, co powiększa dostępną przestrzeń barwową. Kolejna jest RGBW tutaj dodatkowo mamy do dyspozycji diodę białą. Innymi diodami są wersje High Power LED lub Power LED, a są to diody wysokiej mocy, które do poprawnego działanie potrzebują odpowiedniego zasilania oraz chłodzenia. Białe diody tego typu posiadają zazwyczaj emiter wielkości kilku mm2, a maksymalny prąd podawany przez producentów to z reguły 0,7-1,5 A na mm2 struktury.

Wśród producentów takich diod znajdują się między innymi Philips, Osram, Nichia czy CREE. Dostępne są również diody HBLED i choć brzmi dziwnie to po rozwinięciu skrótu, wszystko staje się jasne. High Brightness LED, czyli diody o wysokiej jasności świecenia to takie, których jasność przekracza 0,2 cd. Najczęściej można je spotkać w latarkach, oświetleniu aut czy sygnalizacji świetlnej. Trochę odmienną wersją jest dioda OLED, czyli organiczna dioda elektroluminescencyjna. Wytwarza się je ze związków organicznych i w przeciwieństwie do ledów są powierzchniowym źródłem światła, co daje bardziej naturalne i rozproszone światło, które nie oślepia. Ten rodzaj oświetlenia potrafi być naprawdę bardzo cienki, bo może mieć jedynie 1,8 mm, co pozwala je zamontować wszędzie, a dzięki zróżnicowanemu kształtowi i kolorom możliwości są nieograniczone. Led i Oled nie nagrzewają się bardzo, ale te drugie nadal są w fazie testów, przez co nie znajdziemy ich w sklepach. To gdzie zatem znajdziemy te diody? Obecnie producenci stosują je w telewizorach, które niestety nadal kosztują duże pieniądze, ale jakość rekompensuje nadszarpnięty budżet, kiedy technologia okrzepnie na rynku i stanieje, będzie stosowana wszędzie.

Zastosowanie diod elektroluminescencyjnych.

Dzisiejszy rynek pełen jest najróżniejszych ledów. Oprócz wysokiej jakości oryginalnych produktów zalewają nas  też masowo urządzenia z chin, które niejednokrotnie niewiele odstają od tych znanych producentów. Przykładem może być firma Xiaomi, która w swoim portfolio posiada już pokaźną kolekcję produktów. Znajdują się w niej na przykład inteligentne taśmy ledowe RGB Yeelight, smart LED desk lamp albo żarówki Xiaomi Mi LED Smart Bulb.

Obecny rynek oświetlenia to w przeważającej liczbie właśnie światła LED. To dzięki ich zaletom praktycznie szturmem zdobyły rzesze klientów. W sprzedaży można znaleźć gotowe zestawy pozwalające zastąpić nasze zwykłe oświetlenie tym nowocześniejszym i oszczędniejszym. Najczęściej spotkać można diody okrągłe o średnicy od 3 do 10 mm oraz tak zwane fluxy, czyli diody w kwadratowych oprawach. Kąt świecenia diod okrągłych jest mocno kierunkowy i wynosi nie więcej niż 35- 40 stopni, co innego fluxy i ich zakres od 100 do 140 stopni. Od tych kątów zależy również jasność, kiedy mamy wąską wiązkę to dostajemy jaśniejsze światło, dlatego podczas zakupów nie kierujmy się tylko podaną wartością, ale dobierajmy diody do naszych potrzeb. Jeżeli chcemy zastąpić żarówki, najlepszym rozwiązaniem będą diody o jak najszerszym kącie świecenia.

Częstym parametrem podawanym przez producentów jest żywotność i w przypadku ledów przy prądzie 20 mA jest to nawet 100 tysięcy godzin, czyli ponad 11 lat ciągłego świecenia, to naprawdę bardzo dobry wynik. Ledy pod względem wydajności są na przedzie stawki i znacznie przewyższają żarówki halogenowe. Świetnie sprawdzą się jako oświetlenie dekoracyjne czy sygnalizacyjne. Posiadają błyskawiczną reakcję na włączenie i świecą ze stuprocentową jasnością praktycznie od razu.

Ze względu na swoje niewielkie wymiary pojedyncza dioda nie daje wystarczającego natężenia światła, aby móc samodzielnie działać w oświetleniu, dlatego łączy się je w zestawy wielodiodowe. Sposób, w jaki zostaną połączone, decyduje o cechach użytkowych całego zestawu. Połączenie równoległe charakteryzuje się dużą niezawodnością, gdyż każda dioda działa niezależnie od pozostałych, ale przy zasilaniu wyższym niż 6 V zaleca się połączenie szeregowe. Połączenie szeregowe natomiast sprawdza się przy wyższych napięciach, ponieważ straty w postaci ciepła na oporniku są najmniejsze, ale pamiętajmy, że awaria pojedynczego elementu oznacza przerwanie obwodu i niedziałanie całego zestawu. Pewnym rozwiązaniem jest połączenie szeregowe pewnych modułów, a dopiero połączenie ze sobą modułów w sposób równoległy, daje pewien kompromis pomiędzy niezawodnością a sprawnością. Łącząc diody czy inne elementy elektroniczne niezbędnikiem każdego elektronika powinna być lutownica, cyna, kalafonia oraz miernik uniwersalny, przydatne są również izolacje termokurczliwe. Wszystkie te elementy bez problemu znajdziecie Państwo w naszym sklepie internetowym Botland.

Diody w Botland

Szeroki wybór i atrakcyjne ceny to wynik codziennej pracy zespołu miłośników świata elektroniki. Dla klientów przygotowywane są specjalne promocje i rabaty. Zajrzyj do Botland i zostań kolejnym zadowolonym konsumentem, o czym świadczy ponad 10 tysięcy opinii w serwisie Opineo, a w razie wątpliwości czy pytań dział techniczny zawsze służy pomocą i dobrą radą. Dział diod obejmujący wiele kategorii, diody LED, prostownicze, Schottky’ego, Zenera czy kontrolki to tylko ułamek tego, co sklep ma do zaoferowania. Zanurz się w bogatym świecie elektroniki i twórz rzeczywistość wokół siebie z naszymi produktami.

Podziel się:

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Maciej Chmiel

Maciej Chmiel

Specjalista od Arduino i szeroko rozumianej elektroniki. Człowiek-orkiestra, dyżurny od wszystkiego - nie ma dla niego rzeczy niemożliwych, a czas ich realizacji jest zwykle prawie natychmiastowy. Po pracy miłośnik kreskówek z Pepe Panem Dziobakiem. Jego bezcenne memy wspomagają dział kreatywny.

Zobacz więcej:

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.