На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


контрольная работа Полупроводниковые приборы

Информация:

Тип работы: контрольная работа. Добавлен: 22.10.2012. Сдан: 2012. Страниц: 10. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


?17

Урок 49
Лекция 38
 

Тема  2.2.  Полупроводниковые приборы.

  2.2.1. Выпрямительные диоды и стабилитроны: условные обозначения, устройство, принцип действия, вольтамперные характеристики, параметры, маркировка и применение.

 
Полупроводниковые диоды
В пограничном слое двух полупроводников с различным характером электропроводности при одном направлении тока дырки и электроны движутся навстречу друг другу, и при их встрече происходит рекомбинация. В цепи, таким образом, протекает ток (рис. 1 а).
Если изменить направление тока на обратное (рис.1 б), то изменится и направление движения дырок и электронов. Носители зарядов при этом не приближаются к граничной поверхности полупроводников, а удаляются от нее.

                                                а)                                                                  б)
Рис. 1
В результате в пограничной области образуется слой, лишенный свободных носителей зарядов. Постоянный ток через этот слой проходить не может. В реальных условиях очень малый ток проходит через этот слой вследствие наличия в полупроводнике, наряду с примесной, некоторой собственной электропроводности. Однако сопротивление цепи в этом случае (рис. 1 б) во много раз больше, чем в предыдущем  случае (рис. 1 а).
Электронно-дырочный, или p-n, переход представляет собой электрический переход между p и n зонами полупроводника. Электронный прибор с таким переходом называется полупроводниковым диодом. Он обладает односторонней проводимостью.
 
Полупроводниковый диод – это прибор с двухслойной P-N структурой и одним P-N переходом.
Слой Р - акцепторная примесь ( основные носители - дырки ). Слой N - донорная примесь (основные носители - электроны).  
Обозначение на схемах:
Катод
                       V или VD - обозначение диода
                       VS – обозначение диодной  сборки
V7                   Цифра после V, показывает номер диода в схеме                                                                                                                                    Анод             
 
Анод – это полупроводник P-типа       Катод – это полупроводник N-типа
   
При приложении внешнего напряжения  к  диоду в прямом направлении («+» на анод, а  « - » на катод) уменьшается потенциальный барьер, увеличивается диффузия – диод открыт (закоротка).
При приложении напряжения в обратном направлении увеличивается потенциальный барьер, прекращается диффузия – диод закрыт (разрыв).
 
В зависимости от функционального назначения различают:
1)       Выпрямительные диоды
2)       Лавинные диоды
3)       Выпрямительные столбы
4)       Выпрямительные блоки и сборки
5)       Универсальные и импульсные диоды
6)       Диоды с накоплением заряда
7)       Диодные матрицы и сборки
8)       Стабилитроны
9)       Стабисторы
10)   Ограничители напряжения
11)   Генераторы шума
12)   Варикапы
13)   Варакторы
14)   Туннельные диоды
15)   Обращённые диоды
16)   СВЧ-диоды
17)   Светоизлучающие диоды
18)   Излучающие диоды инфракрасного диапазона
19)   Фотодиоды
20)   И другие
 

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

Вольт-амперная характеристика идеального диода (вентиля)
 

 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uэл.проб. = 10 ?1000 В – напряжение электрического пробоя.             
Uнас. = 0,3 ? 1  В – напряжение насыщения.
Ia и Ua – анодный ток и напряжение.
 
Участок I:– рабочий участок (прямая ветвь ВАХ)
Участки II, III, IV, - обратная ветвь ВАХ (не рабочий участок)
 
Участок II: Если приложить к диоду обратное напряжение – диод закрыт, но все равно через него будет протекать малый обратный ток (ток дрейфа, тепловой ток), обусловленный движением не основных носителей.
Участок III: Участок электрического пробоя. Если приложить достаточно большое напряжение, неосновные носители будут разгоняться и при соударении с узлами кристаллической решетки происходит ударная ионизация, которая в свою очередь приводит к лавинному пробою (вследствие чего резко возрастает ток)
Электрический пробой является обратимым, после снятия напряжения P-N-переход восстанавливается.
Участок IV: Участок теплового пробоя.  Возрастает ток, следовательно, увеличивается мощность, что приводит к нагреву диода и он сгорает.
Тепловой пробой  - необратим.
Вслед за электрическим пробоем, очень быстро следует тепловой, поэтому диоды при электрическом пробое не работают.
 
Основные параметры полупроводниковых приборов
 
1. Максимально допустимый средний за период прямой ток (IПР. СР.)
- это такой ток, который диод способен пропустить в прямом направлении.
Величина допустимого среднего за период прямого тока равна 70% от тока теплового пробоя.
По прямому току диоды делятся на три группы:
1)     Диоды малой мощности (IПР.СР < 0,3 А)
2)     Диоды средней мощности (0,3 <I ПР.СР <1 0 А)
3)     Диоды большой мощности (IПР.СР > 10 А)
Диоды малой мощности не требуют дополнительного теплоотвода (тепло отводится с помощью корпуса диода)
Для диодов средней и большой мощности, которые не эффективно отводят тепло своими корпусами, требуется дополнительны теплоотвод (радиатор – кубик металла, в котором с помощью литья или фрезерования делают шипы, в результате чего возрастает поверхность теплоотвода. Материал - медь, бронза, алюминий, силумин)
 
2. Постоянное прямое напряжение (Uпр.)
Постоянное прямое напряжение – это падение напряжения между анодом и катодом при протекании максимально допустимого прямого постоянного тока.
Проявляется  особенно при малом напряжении питания.
Постоянное прямое напряжение зависит от материала диодов (германий - Ge, кремний - Si)
Uпр. Ge ? 0.3?0.5 В (Германиевые)                      Uпр. Si ? 0.5?1 В (Кремниевые)
Германиевые диоды обозначают – ГД (1Д)
Кремниевые диоды обозначают – КД (2Д)
 
3. Повторяющееся импульсное обратное максимальное напряжение (Uобр. max)
Электрический пробой идет по амплитудному значению (импульсу)   Uобр. max ? 0.7UЭл. пробоя  (10?100 В)
Для мощных диодов Uобр. max= 1200 В.
Этот параметр иногда называют классом диода (12 класс -Uобр. max= 1200 В)
 
4. Максимальный обратный ток диода (Imax ..обр.)
Соответствует максимальному обратному напряжению (составляет единицы mA).
Для кремниевых диодов максимальный обратный ток в два раза меньше, чем  для  германиевых.
 
5. Дифференциальное (динамическое) сопротивление.

Полупроводниковые диоды
Все полупроводниковые диоды по конструктивному исполнению делят на точечные и плоскостные. Точечный диод состоит из пластины германия или кремния с электропроводностью n-типа и вплавленной в нее стальной проволочкой (рис. 2 а). У точечного диоды линейные размеры p-n - перехода много меньше его толщины. Из-за малой площади контакта прямой ток таких диодов, а также их межэлектродная емкость сравнительно малы, поэтому их используют в основном для выпрямления тока в слаботочных устройствах сверхвысокой частоты. Вольт–амперные характеристики точечных диодов приведены на рис. 2 б.

                                   а)                                                               б)
Рис. 2
 
В плоскостных диодах p-n - переход образован двумя полупроводниками с различными токами электропроводности, причем линейные размеры перехода много больше его толщины. Площадь перехода колеблется в широких пределах: от долей мкм2 до нескольких см2, поэтому прямой ток плоскостных диодов составляет от единиц до тысяч ампер. Конструкция и вольт-амперные характеристики плоскостных диодов показаны на рис. 3 а, б.

а)                                                                       б)
Рис. 3
 
 
Паспортные данные некоторых диодов.
 
Германиевый

Маркировка Д7Г

Iпр max=300 mA
Uпр=0,5 B
Uобр max=200 B
Iобр=100 мкА
T=500 C
 
 
Найти в справочнике эти данные, записать и сравнить. Ответить на вопросы:
1.       Можно ли использовать эти диоды в выпрямителе при напряжении 220В и почему?
2.       Можно ли использовать эти диоды в выпрямителе при напряжении 150В и почему?
3.       Можно ли использовать эти диоды в выпрямителе при напряжении 100В и почему?
4.       Какой максимальный ток нагрузки для каждого диода?
 
 
Стабилитроны
Стабилитрон – это разновидность диода. Применяется для ограничения электрических сигналов по току и напряжению.
Используются в стабилизаторах напряжения.
Вольт-амперная характеристика стабилитрона

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рабочим участком является участок электрического пробоя.
Uстаб. – напряжение стабилизации
Iстаб.min – минимальный ток стабилизации
Iстаб.max – максимальный ток стабилизации
 
Рабочий ток стабилитрона лежит в пределах от  минимального до максимального тока стабилизации. 
Степень наклона рабочего участка, характеризуется динамическим сопротивлением 
Для идеального стабилитрона RД=0.  Uстаб. =3 ? 200 В
 
           Стабилитрон представляет собой специальный полупроводниковый диод, напряжение электрического пробоя которого очень слабо зависит от протекающего через него тока. Стабилитрон служит для стабилизации напряжения в различных электронных устройствах (например, блоках питания). Вольт-амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 4.
Из характеристики видно, что напряжение стабилизации слабо изменяется при достаточно больших изменениях тока стабилизации . Это свойство стабилитрона используют для получения стабильного напряжения в стабилизаторах напряжения.
Одним из основных параметров, учитываемых при выборе стабилитронов, является напряжение стабилизации (пробоя). В справочных данных указывается номинальное напряжение стабилизации для определенного тока. В настоящее время отечественной промышленностью серийно выпускаются стабилитроны с напряжением стабилизации в диапазоне 5…300 В и с допусками на разброс номинального напряжения 5, 10, 15 %. Наличие разброса ограничивает применение некоторых схем включения стабилитронов и приводит иногда к усложнению схем.
Напряжение стабилизации зависит также от температуры стабилитрона. Количественно эта зависимость выражается температурным коэффициентом напряжения , представляющим собой отношение изменения напряжения стабилизации к изменению температуры стабилитрона, приведенное к одному вольту, %.
Дополнительными характеристиками стабилитрона являются динамическое сопротивление на участке стабилизации  RД =?Uст/?Iст , минимальный и максимальный ток стабилизации.
Параметры схем со стабилитронами выбираются так, чтобы длительный средний ток через них был меньше максимально допустимого Значение тока ограничено допустимой по тепловому режиму мощностью рассеяния и представляет собой отношение этой мощности к напряжению стабилизации. Кратковременно же стабилитрон способен выдерживать токи, значительно большие Значение температурного коэффициента возрастает с увеличением напряжения стабилизации. Поэтому в ряде случаев целесообразно заменить один высоковольтный стабилитрон цепочкой низковольтных, соединенных последовательно.
Конструктивно стабилитроны выполняются аналогично выпрямительным диодам.
 
 
Подключение и пайка
   Светодиоды должны быть подключены правильным образом, учитывая их полярность + для анода и - для катода. Катод имеет короткий вывод, более короткую ножку.  Если вы видите внутри светодиода его внутренности - катод имеет электрод большего размера (но это не официальные метод).
Светодиоды могут быть испорчены в результате воздействия тепла при пайке, но риск невелик, если вы паяете быстро.  Никаких специальных мер предосторожности применять не надо для пайки большинства светодиодов, однако бывает полезно ухватиться за ножку светодиода пинцетом – для теплоотвода.
  Проверка светодиодов
   Никогда не подключайте светодиодов непосредственно к батарее или источнику питания!
  Светодиод перегорит практически моментально, поскольку слишком большой ток сожжет его.  Светодиоды должны иметь ограничительный резистор. Для быстрого тестирования 1кОм резистор подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее. Не забывайте подключать светодиоды правильно, соблюдая полярность!
Цвета светодиодов
  Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый.  Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
  Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса.  Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…
   Многоцветные светодиоды
  Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками.  Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.
 
Мигающие светодиоды
  Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему.  Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду.  Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек.
Правило 1. Светодиод нельзя подключать к питающему напряжению напрямую. Это делается только через ограничивающий ток резистор или специальную микросхему, автоматически ограничивающую ток (драйвер светодиода), например CL1, CL2 и т.п.
Правило 2. Светодиоды не различают по напряжению питания! Нет такой характеристики у светодиода, и ближайшая к ней по смыслу характеристика — прямое падение напряжения.

Важнейшие характеристики светодиодов

1. Полярность.

Светодиод — это полупроводник. Он пропускает через себя ток только в одном направлении (также, как и обычный диод). В этот момент он и зажигается. Поэтому при подключении светодиода важна полярность его подключения. Если же светодиод подключается к переменному току (полярность которого меняется, например, 50 раз в секунду, как в розетке), то светодиод будет пропускать ток в одном полупериоде и не пропускать в другом, то есть быстро мигать, что, впрочем, практически незаметно для глаза.
Замечу, что при подключении светодиода к переменному току необходимо обезопасить его от действия напряжения обратного полупериода, поскольку максимально допустимое обратное напряжение большинства индикаторных светодиодов лежит в пределах единиц вольт. Для этого параллельно светодиоду но с обратной полярностью нужно включить любой кремниевый диод, который даст току течь в обратном направлении и организует на себе падение напряжения, не превышающее максимально допустимое обратное напряжение светодиода.
Минус (катод) светодиода обычно помечается небольшим спилом корпуса или более коротким выводом. При отсутствии указанных меток полярность можно определить и опытным путём, кратковременно подключая светодиод к питающему напряжению через соответствующий резистор. Однако это не самый удачный способ определения полярности. Кроме того, во избежание теплового пробоя светодиода или резкого сокращения срока его службы, нельзя определять полярность «методом тыка» без соответствующего резистора!

2. Напряжение питания и падение напряжения.

Напряжение питания — параметр для светодиода неприменимый. Нет у светодиодов такой характеристики, потому что нельзя подключать светодиоды к источнику питания напрямую. Главное, чтобы напряжение, от которого (через резистор) питается светодиод, было выше прямого падения напряжения светодиода (прямое падение напряжения указывается в характеристике вместо напряжения питания и у обычных индикаторных светодиодов колеблется в среднем от 1,8 до 3,6 вольт).
Напряжение питания не может являться характеристикой светодиода, поскольку для каждого экземпляра светодиода одного и того же номинала подходящее для него напряжение может быть разным. Включив несколько светодиодов одного и того же номинала параллельно, и подключив их к напряжению, например, 2 вольта, мы рискуем из-за разброса характеристик быстро спалить одни экземпляры и недосветить другие. Поэтому при подключении светодиода надо отслеживать не напряжение, а ток.

3. Ток.

Номинальный ток большинства индикаторных светодиодов соответствует либо 10, либо 20 миллиамперам (у зарубежных светодиодов чаще указывают 20 мА), и регулируется он индивидуально для каждого светодиода сопротивлением последовательно включенного резистора. Кроме того, мощность резистора не должна быть ниже расчётного уровня, иначе он может перегреться. Местоположение резистора (со стороны плюса светодиода или со стороны минуса) безразлично.
Поскольку светодиоду важно, чтобы его ток соответствовал номинальному, становится ясно, почему его нельзя подключать к напряжению питания напрямую. Если, например, при напряжении 1,9 вольта ток равен 20 миллиамперам, то при напряжении 2 вольта ток будет равен уже 30 миллиамперам. Напряжение изменилось всего на десятую часть вольта, а величина тока подскочила на 50% и существенно сократила жизнь светодиоду. А если включить в цепь последовательно со светодиодом даже приблизительно рассчитанный резистор, то он произведёт гораздо более тонкую регулировку тока.

Расчет ограничивающего ток резистора

Сопротивление резистора:

R = (Uпит. ? Uпад.) / (I * 0,75)
?        R — сопротивление резистора в омах.
?        Uпит. — напряжение источника питания в вольтах.
?        Uпад.— прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются.
?        I — максимальный прямой ток светодиода в амперах (указывается в характернистиках и составляет обычно либо 10, либо 20 миллиамперам, т.е. 0,01 или 0,02 ампера). При последовательном соединении нескольких светодиодов прямой ток не увеличивается.
?        0,75 — коэффициент надёжности для светодиода.

Минимальная мощность резистора:

P = (Uпит. ? Uпад.)2 / R
?        P — мощность резистора в ваттах.
?        Uпит. — действующее (эффективное, среднеквадратичное) напряжение источника питания в вольтах.
?        Uпад.— прямое падение напряжения на светодиоде в вольтах (указывается в характеристиках и обычно находится в районе 2-х вольт). При последовательном включении нескольких светодиодов величины падений напряжений складываются. .
?        R — сопротивление резистора в омах.

Пример 1:

Запитать светодиод (характеристики: ток 10 мА т.е. 0,01 А, падение напряжения 2 В) от автомобильного аккумулятора 12 В.
R = (12 ? 2) / (0,01 * 0,75) = 1333
То есть последовательно со светодиодом нужно ставить резистор 1,333 кОм. Ближайшим по номиналу будет резистор 1,3 кОм (1300 Ом).
Теперь посчитаем минимальную мощность такого резистора.
Сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,
I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где
Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:
I = 12 / (1300 + 200) = 0,008 А
Отсюда фактическое падение напряжения на светодиоде будет:
Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,008 = 1,6 В
Теперь посчитаем мощность:
P = (Uпит. ? Uпад.)2 / R = (12 ?1,6)2 / 1300 = 0,0832 Вт).
Мощность резистора должна быть не менее этой величины (0,0832 Вт), а лучше немного больше, чтобы избежать его нагрева. Ближайшим большим по мощности будет резистор 0,125 Вт.
Результат: Для подключения светодиода с указанными характеристиками к автомобильному аккумулятору нам потребуется резистор 1,3 кОм мощностью 0,125 Вт.

Пример 2:

Запитать светодиод (характеристики: ток 10 мА т.е. 0,01 А, падение напряжения 2 В) от сети переменного тока 220 В.
R = (220 ? 2) / (0,01 * 0,75) = 29067
То есть последовательно со светодиодом нужно ставить резистор 29,067 кОм. Ближайшим по номиналу будет резистор 30 кОм.
Теперь посчитаем минимальную мощность такого резистора.
Сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,
I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где
Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:
I = 220 / (30000 + 200) ? 0,008 А
Отсюда фактическое падение напряжения на светодиоде будет:
Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,008 = 1,6 В
Теперь посчитаем мощность:
P = (Uпит. ? Uпад.)2 / R = (220 ?1,6)2 / 30000 ? 1,59 Вт).
Мощность резистора должна быть не менее этой величины (1,59 Вт), а лучше немного больше, чтобы избежать его нагрева. Ближайшим по мощности будет резистор 2 Вт.
Результат: Для включения светодиода с указанными характеристиками в сеть переменного тока 220 В нам потребуется резистор 30 кОм мощностью 2 Вт. Кроме того, следует оградить светодиод от вредного воздействия обратного напряжения, о чём подробно будет рассказано в следующей главе.
Замечание: Поскольку светодиод питается только одним полупериодом, а второй полупериод по идее пропускать не должен, то мощность резистора можно было бы уменьшить в 2 раза. Но во-первых, при напряжении 220 вольт у светодиода на каждой волне обратного полупериода происходит электрический пробой, а значит ток будет проходить и в обратном направлении, а во вторых, мы в конце концов будем специально пропускать обратный полупериод (другим обратно включенным параллельным диодом), чтобы не насиловать светодиод электрическими пробоями. Поэтому нагрузку на резистор всё равно надо расчитывать исходя из двухполупериодных 220 вольт, что мы и сделали.

Ограничение обратного напряжения при подключении светодиода к переменному току

При подключении светодиода к переменному току необходимо ограничить влияние опасного для него напряжения обратного полупериода. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет всего около 2 вольт, а поскольку светодиод в обратном направлении заперт и ток по нему практически не течёт, то падение напряжения на нём становится полным, то есть равным напряжению питания. В результате на выводах диода оказывается полное напряжение питания обратного полупериода.
Для того, чтобы создать на светодиоде приемлимое падение напряжения для обратного полупериода, надо пропустить «через него» обратный ток. Для этого параллельно светодиоду, но с обратной полярностью, надо включить любой кремниевый диод (маркировка начинается на 2Д… или КД…), который рассчитан на прямой ток не менее того, что течёт в цепи (напр. 10 мА).
Диод пропустит проблемный полупериод и создаст на себе падение напряжения, являющегося обратным для светодиода. В результате обратное напряжение светодиода станет равным прямому падению напряжения диода (для кремниевых диодов это примерно в 0,5–0,7 В), что ниже ограничения большинства светодиодов в 2 вольта. Обратное же максимально допустимое напряжение для диода значительно выше 2 вольт, и в свою очередь с успехом снижается прямым падением напряжения светодиода. В результате все довольны.

Исходя из соображения экономии места, предпочтение следует отдать малогабаритным диодам (например, диоду КД522Б, который используется, кстати, в сетевых фильтрах «Пилот» именно для этой цели). Вместо кремниевого диода можно также поставить второй светодиод с аналогичным или более высоким максимальным прямым током, но при условии, что для обоих светодиодов падение напряжения одного светодиода не будет превышать максимально допустимое обратное напряжение другого.
Примечание: Некоторые радиолюбители не защищают светодиод от обратного напряжения, аргументируя это тем, что светодиод и так не перегорает. Тем не менее такой режим опасен. При обратном напряжении свыше указанного в характеристиках светодиода (обычно 2 В) при каждом обратном полупериоде в результате воздействия сильного электрического поля в р-n-переходе, происходит электрический пробой светодиода и через него проходит ток в обратном направлении.
Сам по себе электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода, и при снижении обратного напряжения свойства диода восстанавливаются. Для стабилитронов, например, это вообще рабочий режим. Тем не менее этот дополнительный ток, хоть он и ограничен резистором, может вызвать перегрев р-n-перехода светодиода, в результате чего произойдёт необратимый тепловой пробой и дальнейшее разрушение кристалла. Поэтому не стоит лениться ставить шунтирующий диод. Тем более для этого подходит практически любой кремниевый диод, поскольку у них (в отличие от германиевых) малый обратный ток, а следовательно он не будет забирать его на себя, снижая яркость шунтируемого светодиода.

Наиболее распространённые ошибки при подключении светодиодов

1. Подключение светодиода напрямую к источнику питания без ограничителя тока (резистора или специальной микросхемы-драйвера). Обсуждалось выше. Светодиод быстро выходит из строя из-за плохо контролируемой величины тока.

2. Подключение параллельно включенных светодиодов к общему резистору. Во-первых, из-за возможного разброса параметров, светодиоды будут гореть с разной яркостью. Во-вторых, что более существенно, при выходе из строя одного из светодиодов, ток второго возрастёт вдвое, и он может тоже сгореть. В случае использования одного резистора целесообразнее подключать светодиоды последовательно. Тогда при расчёте резистора ток оставляем прежним (напр. 10 мА), а прямое падение напряжения светодиодов складываем (напр. 1,8 В + 2,1 В = 3,9 В).

3. Включение последовательно светодиодов, рассчитанных на разный ток. В этом случае один из светодиодов будет либо работать на износ, либо тускло светиться — в зависимости от настройки тока ограничивающим резистором.

4. Установка резистора недостаточного сопротивления. В результате текущий через светодиод ток оказывается слишком большим. Поскольку часть энергии из-за дефектов кристаллической решётки превращается в тепло, то при завышенных токах его становится слишком много. Кристалл перегревается, в результате чего значительно снижается срок его службы. При ещё большем завышении тока из-за разогрева области p-n-перехода снижается внутренний квантовый выход, яркость светодиода падает (это особенно заметно у красных светодиодов) и кристалл начинает катастрофически разрушаться.

5. Подключение светодиода к сети переменного тока (напр. 220 В) без принятия мер по ограничению обратного напряжения. У большинства светодиодов предельно допустимое обратное напряжение составляет около 2 вольт, тогда как напряжение обратного полупериода при запертом светодиоде создаёт на нём падение напряжения, равное напряжению питания. Существует много различных схем, исключающих разрушающее воздействие обратного напряжение. Простейшая рассмотрена выше.

6. Установка резистора недостаточной мощности. В результате резистор сильно нагревается и начинает плавить изоляцию касающихся его проводов. Потом на нём обгорает краска, и в конце концов он разрушается под воздействием высокой температуры. Резистор может безболезненно рассеять не более той мощности, на которую он рассчитан.

Если нет нужного резистора

Нужное сопротивление (R) и мощность (P) резистора можно получить, комбинируя в последовательно-параллельном порядке резисторы других номиналов и мощностей.

Формула сопротивления для последовательного соединения резисторов

R = R1 + R2

Формула сопротивления для параллельного соединения резисторов

двух:
R = (R1 * R2) / (R1 + R2)   или   R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2)
неограниченного количества:
R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + … + 1 / Rn)

Мощности резисторов

Мощности резисторов в сборке рассчитываются исходя из тех-же формул, что и одиночные резисторы. При последовательном включении в формулу вычисления мощности подставляется напряжение источника питания за вычетом падения напряжения на других последовательно стоящих резисторах и светодиоде. Подробнее это будет показано на нижеследующих примерах.

Примеры

1. Заменим резистор 1,3 кОм 0,125 Вт из первого примера последовательной сборкой.
1,3 кОм = 1 кОм + 100 Ом + 100 Ом + 100 Ом
Рассчитаем минимальные мощности для каждого резистора. Для этого посчитаем фактическое падение напряжения на каждом резисторе, для чего сначала посчитаем фактический ток, ибо он будет отличаться от номинального светодиодного 0,01 А за счёт коэффициента надёжности и соответствующего увеличения сопротивления. Итак,
I = U / (Rрез.+ Rсветодиода), где
Rсветодиода = Uпад.номин. / Iномин. = 2 / 0,01 = 200 Ом, значит ток в цепи будет:
I = 12 / (1300 + 200) = 0,008 А
Теперь вычисляем фактическое падение напряжения на резисторах и светодиоде:
Uпад.рез_1000 = Rрез_1000 * I = 1000 * 0,008 = 8 В
Uпад.рез_100 = Rрез_100 * I = 100 * 0,008 = 0,8 В
Uпад.светодиода = Rсветодиода * I = 200 * 0,008 = 1,6 В
Теперь у нас есть все данные для расчёта мощностей:
Pрез_1000 = (12 ?(0,8 + 0,8 + 0,8 + 1,6))2 / 1000 = 0,064 Вт
Pрез_100 = (12 ?(8 + 0,8 + 0,8 + 1,6))2 / 100 ? 0,0064 Вт
Итого, исходя из стандартных мощностей резисторов, получаем 1 кОм 0,125 Вт и 3 резистора 100 Ом по 0,05 Вт. Включив резисторы указанного номинала последовательно, мы получим общее сопротивление 1,3 кОм нужной нам мощности.
2. Заменим резистор 30 кОм 2 Вт из второго примера параллельной сборкой.
Занеся формулу R = 1 / (1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3) в Excel, выясним, что
30 кОм ? парал
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.