Diyargroup.ru

Ремонт Строй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое диод — принцип работы и устройство

Вакуумный диод – это устройство в виде стеклянной лампы или металлокерамического баллона. Из него откачивают воздух и помещают внутрь два электрода с нитью накаливания – проводником. Она соединяется с катодом и нагревается внешним током.

Принцип работы

У диода принцип работы основан на односторонней проводимости. В электровакуумных приборах это достигается следующим образом:

  1. Нить накаливания нагревается, передавая тепло катоду, который начинает испускать электроны.
  2. Анод притягивает частицы только на «плюсе».
  3. Анод, подключенный к «минусу»,начнет отталкивать электроны, и тока в цепи не будет.

Благодаря принципу действия диода, основанному на управлении потоком электронов, такие устройства также называют ламповыми.

Конструкция прибора предполагает наличие выводов электродов, соединенных с контактными областями. У диода может быть два состояния: открытое и закрытое.

Какой резистор использовать?

Чтобы подобрать оптимальное сопротивление резистора, необходимо воспользоваться законом Ома.

Предположим, мы взяли для индикатора красный светодиод с номинальным значением тока 18мА и прямым напряжением 2,0 Вольт.

(311-2)/0,018=17167 Ом=17 кОм

Объясним, откуда взялось число 311. Это пик синусоиды, по которой меняется напряжение в нашей сети. Не вдаваясь в область математики со всеми ее вычислениями, можно просто сказать, что пиковое напряжение составляет 220*√2.

Иногда встречаются схемы, в которых отсутствует выпрямляющий диод. В этом случае сопротивление необходимо увеличить в несколько раз, чтобы сделать ток меньше и обезопасить индикаторную лампочку от перегорания.

Пассивные компоненты

Пассивные компоненты не могут контролировать прохождение тока через них, т.е. они не могут вводить энергию в цепь, но могут увеличивать или уменьшать напряжение и ток.

Работа этих компонентов не зависит от источника энергии. Два оконечных компонента, такие как резисторы, конденсаторы, индукторы и трансформаторы, являются примерами пассивных компонентов.

Резисторы

Основой всех электронных компонентов являются резисторы. Это пассивные электронные компоненты, которые вносят в цепь электрическое сопротивление. С помощью резисторов мы можем уменьшать ток, делить напряжения, настраивать смещение транзисторов (или других активных элементов).

Закон Ома определяет поведение резистора, согласно которому ток через проводник прямо пропорционален напряжению на проводнике. Константа пропорциональности называется сопротивлением.

Математическое представление закона Ома — I = V / R.

Различные типы резисторов могут быть определены в зависимости от их функции, размера, характеристик. Делятся на постоянные и переменные резисторы.

Фиксированные резисторы, как следует из названия, имеют фиксированное сопротивление, и его сопротивление не изменяется из-за внешних параметров. Переменные резисторы, с другой стороны, имеют переменное сопротивление, которое можно изменять вручную или управлять внешними факторами.

Конденсаторы

Второй важный пассивный компонент — это конденсатор. Устройство, накапливающее энергию в виде электрического поля. Большинство конденсаторов состоит из двух проводящих пластин, разделенных диэлектрическим материалом.

Читайте так же:
Как подобрать радиолампы по току

Если Q — это заряд на любой из проводящих пластин, а V — это напряжение между ними, то емкость C конденсатора равна C = Q / V.

В электронных схемах конденсатор в основном используется для блокировки постоянного тока и пропускания переменного тока. Другие применения конденсаторов — фильтры, схемы синхронизации, источники питания и элементы накопления энергии.

  • поляризованные;
  • неполяризованные;
  • керамические;
  • пленочные;
  • электролитические;
  • суперконденсаторы.

Индукторы

Если конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля, то индукторы — это устройства, которые хранят энергию в форме магнитного поля. Индуктор — это не что иное, как провод, намотанный в виде катушки.

Сердечник, вокруг которого намотана катушка будет определять силу магнитного поля. Индукторы противодействуют изменению электрического тока через них, и изменения тока приводят к индукции напряжения.

Индукторs широко используется в оборудовании переменного тока, таком как фильтры, дроссели, настраиваемые схемы.

Нюансы подключения

Есть некоторые нюансы, связанные со значением проходящего тока при подключении светодиодов к сети 220 В. Рассмотрим простейшую схему подключения светодиодной подсветки в выключателе.

Параллельно выключателю подсоединяются сопротивление (гасящий резистор) и светодиод, после чего размещается лампочка. Схема работает без защитных диодов, а значение гасящего резистора подбирается таким образом, чтобы ограничить ток на величине около 1 мА. Лампочка выполняет функцию нагрузки, также ограничивающей ток. Led-диод будет светиться блекло, но этого достаточно для того, чтобы ночью найти выключатель и включить свет. При смене полярности напряжение станет падать на сопротивление, поэтому светодиод будет полностью защищен от потенциального пробоя.

При необходимости подключения ряда светодиодов можно использовать последовательную схему с одним гасящим конденсатором, которая была описана выше. Важным условием такого подхода является выбор светодиодов, рассчитанных на одинаковое значение ограниченного тока.

Вариант подсоединения LED-ленты к сети 220 вольт

При встречно-параллельном подключении используется шунтирующий диод. Параллельное подключение применять нельзя, поскольку если выйдет из строя одна цепь, то весь ток потечет через вторую, из-за чего полупроводники перегорят и произойдет короткое замыкание.

Принцип работы диода

Осталось посмотреть, как работает диод. Когда происходит соединение двух полупроводников разной проводимостью, между ними появляется пограничная полоса с нейтральным зарядом, поскольку часть электронов занимает часть дырок.

принцип работы диода

При прямом включении положительное напряжение подается на дырочную область, а отрицательное на электронную. В этом случае электроны под действием напряжения перескакивают нейтральную зону и, проходя через дырочную область, устремляются к положительному полюсу источника питания.

Если поменять напряжение, электроны уходят к положительному полюсу, увеличивая нейтральную зону. В этом случае диод закрывается.

Почему перегорают светодиодные лампочки? Проводим эксперимент

Многие водители, меняющие автомобильные лампочки накаливания на светодиодные, отмечают недолгий срок жизни последних. Лампы либо прекращают светить, либо, что еще более неприятно, начинают хаотично подмаргивать. Почему это происходит – ведь светодиод, по сути, почти вечный прибор? Попробуем разобраться!

Читайте так же:
Во сколько раз изменится мощность тока в лампах

Локализация проблемы и чуть-чуть теории

Вот типичный пост с одного из «светодиодных» форумов:

— Поменял в машине лампы на светодиоды (никакого драйвера, тупо понижающие сопротивления) в плафоне салона, габаритах и подсветке багажника, через 3-4 месяца начал мерцать плафон в салоне (именно моргать как стробоскоп, одна линейка SMD-диодов, потом две), затем такая же мутотень с одним габаритом произошла. Поменял в плафоне лампу на новую — через 2 месяца эффект повторился. Вопрос — почему это происходит? Дело в качестве компонентов или тут другая проблема?

Ernesto

Попробуем разобраться! И начнем с теории. Светодиод питается строго определенным током, который нормирован производителем. Меньше – можно, больше – нельзя! Поэтому последовательно с «гирляндой» диодов включается элемент, ограничивающий или стабилизирующий ток через них до значения, рекомендованного производителем диодов.

Собственно, к долговечности диодов в лампах со встроенным стабилизатором тока (который часто называют «драйвером») нет претензий. Однако большинство продающихся сегодня LED-ламп небольшой мощности (габаритные огни, подсветка салона, приборной панели, поворотников и т.п.) – это лампы, сделанные без «драйвера», по упрощенной схеме: не со стабилизатором тока, а с ограничителем, роль которого выполняет простой резистор. С ним схема простейшей диодной лампочки небольшой мощности выглядит так:

002.jpg

Наиболее характерные неисправности таких светодиодных ламп:

  • Полное перегорание – выход из строя одного диода в цепочке. Если цепочка в лампе одна, то из-за сгорания любого из диодов последовательная цепь разрывается, и лампа гаснет целиком.
  • Частичное перегорание – выход из строя одной из цепочек, если их в лампе несколько. Не вызывает погасание, но яркость падает.
  • Мерцание-«стробоскоп» – своеобразный дефект «умирающего» диода в цепочке, когда от перегрева меняется p-n-структура кристалла – на полупроводнике образуется нестабильная область, то пропускающая ток, то нет.

Так почему LED-лампочки перегорают? В чем кроется проблема их недолговечности? В том, что производители не используют стабилизаторы тока, а применяют элементарные резисторные ограничители? Отчасти да. но не только!

Даже простейший резистор неплохо выполняет свою функцию в качестве «бронежилета» для светодиодов, защищая их от избыточного тока и преждевременной гибели. Но только в том случае, если:

  • Номинал этого резистора корректно рассчитан и обеспечивает безопасный ток через диоды;
  • Напряжение питания стабильно.

А вот ни того, ни другого зачастую нет. Китайские горе-инженеры знают, что автовладельцы, как правило, покупают LED-лампочки по принципу: «А включите мне её, я посмотрю, как светит!». И продавцы готовы идти навстречу покупателям – у них всегда под рукой специальный стенд с разнообразными патронами и аккумулятором, на котором они готовы зажечь любую лампу на пробу. А раз клиент «любит глазами», то производители ламп рассуждают следующим образом – нужно поставить такой токоограничительный резистор, чтобы лампочка загорелась отчаянным светом и выглядела привлекательно даже на 10-11 вольтах питающего стенд старого аккумулятора, который давно не заряжался!

Читайте так же:
Найти силу тока в лампе если за 10 минут

В итоге диоды лампы даже при 12 вольтах УЖЕ работают с перегрузкой, а после того, как двигатель завели, напряжение в бортсети, питающее диоды, поднимается с 12 до 14,2 вольт – а это, на минуточку, почти 20% разницы! Ток еще вырос – уже до опасных величин. Вырос ток – выросла температура кристаллов диодов, что дало лавинообразно еще больший рост тока – и диоды перешли в режим работы на износ!

Переходим к практике!

Чтобы продемонстрировать, как это выглядит, переходим к экспериментам – элементарным, но наглядным! Просто подадим на несколько наобум купленных диодных ламп стандартное для автомобильной бортсети напряжение 14,2 вольта и посмотрим на потребляемый лампой ток, разогрев лампы и дальнейший рост тока.

Протестируем пару разных моделей ламп типа W5W, лампу C5W, лампу-панель с цоколем C5W, а также влагозащищенные лампы в корпусе с креплением под болт, рассчитанные на монтаж в бампер в качестве ДХЛ:

003.jpg

Берем для начала лампу в виде светодиодного модуля-панели с выносным цоколем, как у стержневых ламп типа C5W и C10W. Предполагается, что этот модуль можно запихнуть в потолочный светильник автомобиля и подключить к контактам, предназначенным для штатной C5W. Модуль готовый, лепится на двусторонний скотч, рассчитан на простую установку своими руками.

004.jpg

При подаче на лампу 14,2 вольт она буквально бьет по глазам нездоровым светом и стремительно раскаляется в руках – потребляемый ток при включении составляет 0,58 ампера (более 8 ватт) и непрерывно растет от саморазогрева кристаллов – через пару минут он доходит до 0,71 ампера (это уже 10 ватт!) и продолжает повышаться. Держать лампу в руке даже в течение секунды становится невозможно, что говорит о том, что температура перевалила за 70-80 градусов, и это не предел. То, что диоды смонтированы на алюминиевой плате, служащей якобы неплохим теплоотводом, им совершенно не помогает!

0055.jpg

Вывод: в погоне за яркостью китайцы запитали диоды в лампе экстремальным током, превышающим все здравомыслимые пределы, из-за чего такая лампа заранее обречена. Девайс оправдывает свое название – «бренд», породивший эту лампу, называется. Long Hui. Длинный, стало быть, вам «привет». Из Китая.

006.jpg

Следующим берем LED-аналог популярной бесцокольной пятиваттной автомобильной лампочки типоразмера W5W. Светодиодная W5W-лампа имеет упаковку, фасуется по 2 штуки в блистер, на котором имеется марка некоего российского дистрибьютора, но, по сути, она столь же косоглаза и беспородна, как и панелька Long Hui…

Читайте так же:
Выключатели со светодиодом мерцает лампа

У приличных брендов, типа Osram или Philips, светодиодный аналог 5-ваттной лампы накаливания W5W потребляет 1 ватт, что соответствует току около 0,07 ампера. Китайский LED-аналог W5W, как видим, «кушает» значительно больше – 0,26 ампера (около 3,5 ватт) и также быстро разогревается до болезненных ощущений в ладони, тогда как рабочая температура таких диодов не должна превышать 45-50 градусов.

Вывод: лампа условно пригодна для кратковременной работы (скажем, в плафоне освещения багажника), но при долговременном режиме (скажем, в габаритных огнях) она тоже не жилец.

007.jpg

Еще одна лампа-аналог W5W. Лампа совсем уж беспородная – даже в сравнении с предыдущими, ибо продается без упаковки – «на развес». Яркость её ниже, чем у предыдущей, но и режим работы поэтому более правильный. После подачи на лампу напряжения 14,2 вольта она потребляет ток 0,14 ампера – лампа теплая, но не обжигающая, что свидетельствует о почти корректном режиме работы диодов.

008.jpg

Следующий «клиент» – плоская лампа стандарта C5W. Включаем, смотрим – лампа не слишком яркая, но потребляет меньше ватта и весьма умеренно греется. Должна жить долго.

009.jpg

Ну и под конец – лампочки, выполненные в формате болтов для установки в бампер. Жесть как она есть… Единственные, «благодаря» которым автору удалось получить реальный ожог ладони – пусть и несильный… Потребляют всего 0,2 ампера, но за счет алюминиевого корпуса нагреваются снаружи до полного изумления. Не глядя взяв лампочку в руку после горения в течение нескольких минут, был вынужден с матерщиной и визгом её выронить!

010.jpg

Предварительный, промежуточный вывод выглядит так – вставляя LED-лампочки в своих машинах вместо классических, довольные их яркостью и белым светом автовладельцы закрывают плафоны, фары и прочие светильники так и не узнав о том, что при напряжении 14,2 вольта лампы разогреваются до аварийной температуры…

Выводы

В конце хотелось бы озвучить четкие и исчерпывающие рекомендации по подбору качественных ламп. Но сделать это я не берусь вот по какой причине. Возьмем, к примеру, пресловутую лампочку W5W – пятиваттную, бесцокольную, повсеместно используемую в большинстве автомобилей. Классическая лампа накаливания W5W от хорошего бренда стоит 20-30 рублей. Её безымянный китайский светодиодный аналог стоит уже около 100 рублей – и он, хотя светит ярче, а энергии потребляет меньше, является лотереей в плане надежности. Может проработать долго, если китайцы не переборщили с яркостью и потреблением тока, а может «откинуться» через месяц-другой. Соответственно, светодиодная W5W хорошего бренда, типа упоминавшихся уже Osram или Philips, уж точно будет работать долго и счастливо, но при этом и стоит 500-800 рублей за пару, что лично мне видится за гранью добра и зла.

Читайте так же:
Как установить выключатель с подсветкой для светодиодных ламп

0111.jpg

Собственно, советовать сакраментальное «покупайте бренд!» на фоне вышесказанного трудно, ибо слишком велик ценовой разрыв между качественной лампой накаливания и безымянной «диодкой», не говоря уже о «диодке» именитой. 30 рублей за верную «классику» со спиралькой против 100 рублей за диодную лотерею без гарантии. Или даже 30 против 250-300 за «диодку» европейского производства. Одна лампочка – это еще туда-сюда, но если вы хотите поменять несколько штук, то здравый смысл уже намекает на непродуктивность такого тюнинга, в особенности на фоне кризиса.

Попробуем подобраться к конструктивным и понятным обывателю выводам с другой стороны – как выбрать из изобилия недорогих безымянных китайских LED-лампочек такую, чтобы она служила долго? Теоретически сделать это можно, но вот практически. Чтобы прийти к правильным выводам, нужна слишком сложная процедура плюс навыки радиолюбителя. Взять в руки лампочку, изучить визуально диоды, опознать их породу, вспомнить, какой ток потребляет данный тип диодов, сосчитать их число и вычислить приблизительный потребляемый ток всей лампочки. После чего подать на лампу питание через амперметр и определить – близок ли потребляемый ток к номинальному или завышен. Бред?! Бред.

Другой вариант – купить дешевую LED-лампу и самостоятельно встроить в неё или впаять в разрыв подходящего к патрону провода подобранный резистор, снизив запредельную яркость и температуру диодов. Но тут опять-таки требуются электротехнические навыки и возня, что устроит не каждого.

Так что, похоже, круг замкнулся. Если вышеперечисленные варианты вам не подходят, то либо покупаем дорогой европейский бренд, либо экспериментируем с беспородными лампочками, меняя их одну за другой и ожидая, пока повезет, либо вовсе не вмешиваемся в конструкцию автомобиля и… ждем удешевления LED-девайсов!

Основные выводы

Подключение светодиода возможно через резистор к сети или к блоку питания (драйверу) с постоянным током. Первый вариант подходит для лент и больших диодов. Для подключения к драйверу лучше использовать смешанную схему, если диодов больше 10-и.

Лучшими производителями лед-чипов считаются Osram, Philips, Wolta. Пользователи положительно отзываются о лампочках отечественного производства Navigator, Lisma, Gauss, X-Flash. Из китайских производителей можно отметить изделия Camelion.

При покупке важно учесть, что дешевые источники света лед могут обладать меньшей мощностью, чем указывает производитель. Неизвестные китайские компании экономят стабилизаторах и системах отвода тепла, качестве сборки. На рынке много подделок, только внешне похожих на продукцию популярных производителей. Перед созданием схемы желательно проверить характеристики мультиметром.

При наличии минимального опыта работы и свободного времени с паяльником можно сделать фонарик, настольную лампу, подсветку для аквариума или растений, гирлянды, элементы декора интерьера, подарки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector