Устройство светодиода принцип работы светодиода преимущества

Светодиод: устройство, принцип работы, преимущества

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели — все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее.

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

Настоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions — часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен — не нужен.

А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.

1. Что такое светодиод?

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.

Рис. 1. Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting.

3. Как работает светодиод?

Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?

Разумеется, да.

Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и, теоретически, это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов, что в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?

Только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2-3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.

В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания.

По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?

Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?

Голубые светодиоды можно сделать на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)

У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.

Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но… проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.

Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире — дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош.

..» — и работы Панкова не поддержали.

Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ обнаружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и даже запатентовала устройство оптической памяти. Но тогда загадочное явление объяснить не удалось.

Это сделали японцы — профессор И. Акасаки и доктор X. Амано из университета Нагоя. Обработав пленку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирующий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.

Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами профессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное сканирование, что смог получить эффективно инжектирующие слои р-типа в GaN-гетероструктурах.

Вот как был получен голубой светодиод.

Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы технологии и к концу 1997 года выпускала уже 10-20 млн голубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 года приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электроннодырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а для синих — 35%.

Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод. Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

Как видно из рисунка 2, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения питания светодиода.

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?

Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — этого-то как раз делать нельзя, — а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

18. Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20-50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?

Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.

Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинтересовался академик Михаил Аркадьевич Островский — крупный специалист в области цветного зрения. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного освещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?

Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.

Люминесценцию карбида кремния впервые наблюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая научная статья о кристаллах нитрида галлия была опубликована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсенида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно создать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских Политехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не привели к созданию эффективных голубых светодиодов.

В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти деньги я смог поехать на конференцию в США, и там профессор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я забросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям в области голубых светодиодов и рассказать им о столь замечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом оказалось просто — фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследовали, сняли все характеристики и получили новые научные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.

Одновременно специалисты из группы Бориса Ферапонтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и получили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофора, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Светофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и московское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!

Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова — выпускница Московской консерватории, ученица моей жены, которая работала в Японии первым концертмейстером симфонического оркестра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и прислать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них были изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массовым применением светодиодных светофоров.

Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пытались повторить достижение японцев и изготовить структуры на основе нитридов для голубых и зеленых светодиодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высоких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области.

Рис. 3. Схематическое представления светодиода.

За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6-12 подложках диаметром 50-75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5-2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это технология, требующая высокой культуры.

Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к n- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24 x 0,24 до 1 x 1 мм2/.

Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии.

Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.

Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе.

Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?

Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количестве, понадобилось слияние двух отраслей — электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие светодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с производства чипов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с производителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, дочерней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductors компании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, производители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.

Впрочем, существуют компании, специализирующиеся только на производстве чипов. Это предприятия радиоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Corporation.

24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?

Чипы и отдельные светодиоды производят компании Nichia Corporation, Сгее, LumiLeds Lighting, Opto Technology, Osram Opto Semiconductors, GEL Core. Массовое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.

В России светодиоды производят компании Корвет Лайт, Светлана Оптоэлектроника, Оптэл, Оптоника. По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным, специалисты перечисленных компаний имеют соответствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы — например, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петербургском физтехе, — но для промышленного производства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.

25. Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

26. Возможности и применение

Изобретение первых светодиодов — полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку — относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе — мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.

Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, — оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

27. Преимущества

Экономично…

Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения — максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.

За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно…

Светодиодный модуль — многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены. Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно…

Есть надежность совершенно особого рода — та, от которой порою зависят человеческие жизни. Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы используются в воздушных и надводных навигационных системах.

Другим аспектом, благодаря которому светодиодам некоторыми заказчиками отдается предпочтение, являются их прочность и антивандальные качества. В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика. За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, — 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12 В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы источник света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво…

Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно…

Светодиодные модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.

Умные весы, камера и зубные щётки: обзор новинок Realme

Совсем недавно компания Realme вывела на российский рынок целую серию аксессуаров. В их числе умные весы Smart Scale, Wi‑Fi‑камера Smart Cam 360º и две модели электрических зубных щёток: M1 Sonic Electric Toothbrush и N1 Sonic Electric Toothbrush.

Все устройства отличаются очень привлекательными ценами, способными заинтересовать даже тех, кто скептически относится к молодым брендам. Чтобы ответить на вопрос, стоит ли доверять такой доступности, мы поближе познакомились со всем набором новинок.

1. Wi‑Fi‑камера Realme Smart Cam 360º

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Эта Wi‑Fi‑камера способна выполнять роль охранной системы или видеоняни. Она позволяет удалённо следить за домом и офисом, а также получать уведомления на смартфон при обнаружении любого движения или звука. Устройство достаточно просто подключается к сети Wi‑Fi (2,4 ГГц) через приложение Realme Link. Через него же камера и управляется.

Цена: Бесплатно

Цена: Бесплатно

В приложении можно задать расписание работы устройства, включить или отключить индикатор состояния (синий диод на корпусе), настроить картинку и звук, обновить прошивку или предоставить доступ к трансляции другому пользователю по номеру мобильного телефона или адресу почты.

Всё это функционирует без нареканий, а вот перевод некоторых пунктов в приложении явно страдает, как и описание самих продуктов на сайте производителя. Сложностей это не вызывает — функции легко запомнить, хотя общее впечатление немного портит.

Угол зрения камеры — 105º, но, как понятно из названия, есть и полноценный круговой обзор. Корпус устройства поворачивается вправо и влево, а круглый «глаз» — вверх и вниз, что позволяет держать под контролем достаточно большую зону. Для вращения камеры в приложении Realme Link есть специальный джойстик. Поворачивать её также можно свайпами по области вывода изображения. По двойному тапу доступен двукратный зум.

Также Realme Smart Cam 360º умеет автоматически следить за движущимися объектами. Правда, работает эта функция только при полном отсутствии видимых преград и невысокой скорости перемещения. Если быстро пройти мимо камеры, то система слежения может и не сработать, хотя оповещение о движении всё же придёт — с этим никаких проблем.

Владельцам домашних питомцев пригодится двухсторонняя голосовая связь. С её помощью, к примеру, можно удалённо отдать команду собаке, которая уже доедает ваш ботинок. Главное — разместить камеру так, чтобы пёс не смог до неё добраться. Как вариант — закрепить устройство на потолке. Для этого в комплекте есть всё необходимое, даже наклейка для разметки отверстий под саморезы.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Ещё один приятный бонус в коробке — забавные стикеры на корпус камеры, обыгрывающие круглый «глаз». Тут и бабочка, и золотая цепочка с лого компании, и даже скафандр космонавта.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Видео Realme Smart Cam 360º пишет в разрешении 1 080p (H.265). Для сохранения роликов понадобится карта памяти, в комплекте её нет. Вставляется она в слот под глазком объектива, для это нужно просто направить камеру вверх. Без карты вы сможете получать картинку в режиме реального времени только при подключении со смартфона. Соединение достаточно быстрое и стабильное — здесь никаких претензий.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Придраться можно лишь к качеству фотографий при обнаружении движения. Они часто смазаны и не позволяют сразу определить, на что именно среагировало устройство: на человека, пробегающего кота или решившего поработать робота‑пылесоса.

Впрочем, производитель предлагает решение этой проблемы. В приложении Realme Link можно настроить чувствительность распознавания движения. При низком уровне камера сработает только на массивный объект вроде прошедшего человека и проигнорирует домашнего питомца. Это очень полезная функция, позволяющая устройству не тревожить вас уведомлениями после каждого прыжка вашего кота, но сообщать, когда домой вернётся кто‑то из членов семьи.

Купить

2. Весы Realme Smart Scale

Весы Realme Smart Scale — аналог более известных Xiaomi Mi Body Composition Scale 2. Они тоже проводят диагностику тела с помощью биоимпедансного анализа (измерения электрического сопротивления). Достаточно встать на весы босиком, и в приложении Realme Link на сопряжённом смартфоне отобразится набор метрик. Подключение — по Bluetooth 5.0.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

При необходимости в приложении можно хранить данные сразу нескольких членов семьи, создав дополнительные профили пользователей. Там же есть подробное описание всех метрик с рекомендациями упражнений.

Всего весы измеряют 16 параметров, в том числе долю жировой и мышечной тканей, базальный метаболизм, содержание жидкости в организме, индекс массы тела, уровень висцерального жира, массу костей и даже пульс.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Пульс выводится и прямо на LED‑дисплее сразу после веса. Однако если вы встанете на весы в носках или тапочках, то увидите только свой вес. К самому измерению пульса есть вопросы: датчик порой сильно ошибается, и приходится делать повторный замер, как на фото ниже. С чем это связано, непонятно.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Что касается точности биоимпедансного анализа, то её проверить довольно сложно. В сравнении с весами Xiaomi расхождения в значениях — около 5%, то есть алгоритмы у них схожие.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Нижняя часть весов выполнена из пластика, верхняя дополнительно защищена закалённым стеклом толщиной 6 миллиметров. Максимальный выдерживаемый вес — 150 кг. Работают Realme Smart Scale от четырёх мизинчиковых батареек, которые идут в комплекте. Их должно хватить на год использования устройства.

Купить

3. Зубная щётка Realme M1 Sonic Electric Toothbrush

Электрических щёток у Realme две, и модель M1 Sonic Electric Toothbrush — лучшая из них. Она получила звуковой вибромоторчик с частотой колебаний до 34 000 микродвижений в минуту. По этому показателю щётка не уступает популярным аналогам вроде Philips Sonicare CleanCare+ и моделям CS Medica.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

При этом у M1 две разные насадки в комплекте: стандартная и более мягкая для чувствительных дёсен. То есть одной щёткой можно пользоваться вдвоём — это безусловный плюс. Держателя для насадок в комплекте, к сожалению, нет, но есть колпачки для щетинок. Щетинки здесь от DuPont, их выцветание подскажет, когда пришло время замены.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

С любой насадкой M1 Sonic Electric Toothbrush можно использовать в четырёх режимах: деликатном, обычном, отбеливания и полировки. От режима зависит частота вибрации и амплитуда. Переключаются они при помощи единственной кнопки на рукоятке. Одинарное нажатие запускает щётку в последнем активном режиме, а повторное позволяет выбрать следующий (используемый будет подсвечен на корпусе). Отключается устройство этой же кнопкой, но есть и автоотключение после трёхминутного цикла чистки.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

По ощущениям щётка отлично справляется со своей задачей. Главное — правильно чистить зубы и не забывать о труднодоступных местах.

Корпус щётки достаточно толстый, но хотя бы не скользкий. Он полностью защищён от влаги (IPX7), поэтому его, как и насадки, вполне можно промывать под струёй воды.

Для зарядки используется небольшая док‑станция с углублением, в которое вставляется устройство. Самого адаптера в комплекте нет, но подойдёт любой с USB‑разъёмом.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Заряжать M1 Sonic Electric Toothbrush придётся всего раз в два‑три месяца. Это значительное преимущество в сравнении со щётками Oral‑B, где используются «прожорливые» возвратно‑вращательные головки. Последние обычно требуют подпитки каждые 10–15 дней, поэтому их док‑станции всегда нужно держать на виду в ванной. Со щёткой Realme зарядку вполне можно спрятать в шкафчике и вспоминать о ней всего несколько раз в год.

Купить

4. Зубная щётка Realme N1 Sonic Electric Toothbrush

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Эта щётка легче, компактнее и стоит значительно дешевле. Внутри у неё звуковой вибромоторчик с частотой колебаний до 20 000 микродвижений в минуту. Корпус Realme N1 выполнен из приятного на ощупь матового пластика. Как и старшая модель, эта щётка защищена от влаги (IPX7).

Насадка в комплекте только одна. У неё те же мягкие щетинки‑индикаторы DuPont, которые выцветают по мере использования щётки. А вот соединительный механизм отличается от того, что применён в модели M1. По этой причине насадки для этих щёток несовместимы.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Режимов чистки на выбор три: мягкий для чувствительных дёсен, стандартный для повседневного использования и ещё один для полировки. Они также переключаются нажатием единственной кнопки.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Под индикаторами режимов есть и индикатор уровня заряда. Подпитывается щётка через порт USB‑C на нижнем торце. В комплекте поставляется провод типа USB‑A. Производитель обещает до 130 дней работы от одной зарядки, и если это действительно так, то очень круто.

Фото: Виктор Подволоцкий / Лайфхакер

Купить

Итоги

• Realme Smart Cam 360º: функциональная камера с хорошей комплектацией, которая вполне подойдёт как для детской комнаты, так и для офиса.
• Realme Smart Scale: весы кажутся надёжным и долговечным устройством, но совсем не радуют ошибками в измерениях пульса.
• Realme M1 Sonic Electric Toothbrush: впечатления от этой щётки сугубо положительные, а учитывая цену и две насадки в комплекте, её вполне можно рекомендовать к покупке.
• Realme N1 Sonic Electric Toothbrush: подойдёт тем, кто ищет максимально бюджетную электрическую щётку звукового типа для повседневного использования или, к примеру, для командировок и путешествий.

Читайте также 🧐

Mini LED Driver: Секрет телевизоров Samsung

Индустрия не первый год говорит о технологии Mini LED в дисплейных решениях. Отличие Mini LED TV в использовании светодиодов меньшего размера, что позволяет разместить на экране больше точек. Это не только обеспечивает более яркую и детальную цветопередачу при демонстрации картинки на экране дисплея, но и решает важную эстетическую задачу — позволяет сделать профиль телевизора более тонким.

Каждый такой компактный светодиод поддерживается полупроводниковыми интегральными схемами (ИС). Они, в свою очередь, являются предметом интереса всей мировой телевизионной индустрии, поскольку влияют на эффективность работы мини-светодиодов.

Samsung Electronics недавно представила две новые микросхемы Mini LED Driver, S6LP441 и S6LDMB1, которые обладают инновационными функциями и повышают стандарты Mini LED TV. Что же лежит в основе технологии вместе с разработчиками микросхем.

(Слева направо) Разработчики микросхемы Mini Led Driver, инженеры Кёнтхэк Ким, Хёнтэ Ким, Санг-гу Кан и Сонджон Ю

Матричный драйвер для лучшего контроля

Mini LED Driver – новая линейка интегральных схем, впервые представленная Samsung. Она позволяет повысить качество и эффективность передачи изображения. Благодаря ей телевизоры Mini LED имеют много преимуществ по сравнению с существующими светодиодными продуктами, в том числе высокую контрастность, яркость и конкурентоспособную цену.

С внедрением технологии Mini LED телевизоров количество светодиодов в одном экране выросло с тысяч до десятков тысяч. Такое увеличение числа диодов в одной области требует более точного контроля. Следовательно, нужно решение, которое позволило бы более точно контролировать требования к световому излучению мини-светодиодов. Две микросхемы Mini LED Driver, S6LP441 и S6LDMB1, сыграли важную роль в повышении эффективности технологии.

Микросхема Mini LED Driver Samsung Electronics и LED Current Driver IC, S6LP441. S6LDMB1 является ИС-контроллером и управляет работой S6LP441.

Инженер Сонджон Ю: “По мере увеличения количества светодиодов в телевизорах требуется больше микросхем, что делает системы более комплексными и усложняет установление точной степени контроля. Чтобы решить эту проблему, мы позаимствовали схему драйверов матрицы, обычно используемую при работе с ЖК-панелями. Нам удалось разработать более точное и эффективное решение для ИС благодаря плану матричного драйвера, который позволил установить более точный контроль плотно расположенными светодиодами в заданной области”.

Как работают ИС Samsung Mini LED Driver

Инновация в использовании интегральных схем заключается в разделении ИС-драйвера тока (S6LP441) и ИС-контроллера (S6LDMB1), который им управляет. S6LP441, представляет собой драйвер тока для Micro LED и располагается в непосредственной близости от мини-светодиодов, чтобы лучше ими управлять. Такая система, разработанная Samsung Electronics, позволяет более эффективно использовать период свечения светодиода по сравнению с методом мультиплексирования, который обычно применяется в отрасли. Кроме того новый подход имеет преимущества в расширении зон затемнения и повышении энергоэффективности самой ИС за счет минимизации количества необходимых проводов.

Говоря о разработке технологии, Сонджон Ю отмечает: «Существующий метод мультиплексирования включает светодиоды последовательно с заданными интервалами, что затрудняет конечное управление синхронизацией. Наша команда проанализировала преимущества каждого подхода и смогла обеспечить более эффективное световое излучение при меньшем количестве проводов».

(Слева направо) Инженеры Кёнтхэк Ким, Хёнтэ Ким, Санг-гу Кан и Сончжон Ю представляют микросхему Mini Led Driver.

«При производстве микросхемы S6LP441 была использована инновационная технология Chip Scale Package (CSP), которая устранила необходимость в изготовлении металлических проводов, — добавляет инженер Хёнтэ Ким. — CSP также оказалась ключом к разработке дизайна микросхемы, который позволил сделать телевизор более тонким».

Открытие для всей отрасли

Санг-гу Кан подчеркивает: «Технология затемнения очень важна для телевизоров. Например, в ночных сценах, она позволяет получить темное небо с яркой луной и звездами и повысить общую четкость картинки. Благодаря способности локально регулировать количество света, наша разработка позволяет улучшить характеристики телевизоров с высоким динамическим диапазоном, обеспечивая высокий коэффициент контрастности. Таким образом, на устройстве можно реализовать отдельные светоизлучающие секции и регулировать интенсивность на самом высоком уровне в отрасли».

По мере развития технологии ожидания пользователей и спрос на телевизоры высокой четкости продолжают расти. Размышляя о будущем этого сектора, Кёнтхэк Ким отметил: «В будущем количество светодиодов в телевизорах увеличится, а микросхемы-драйверы светодиодов станут еще компактнее и эффективнее. Мы ожидаем, что наши ИС-драйверы для LED-решений следующего поколения найдут применение и в других продуктах, поскольку спектр их возможностей продолжает расширяться».

Post Views: 235

Диод: 5 ступеней (с изображениями)

Диод — это двухконтактный электронный компонент.
Две клеммы —
1) Анод
2) Катод

Катод отмечен серой полосой в обычных диодах или черной полосой в стабилитронах.

Диод допускает проводимость только в одном направлении, поэтому известен как однонаправленный компонент.
Ток в нормальном диоде в основном обусловлен двумя компонентами:
Это ——
— поток электронов (отрицательно заряженный)
— поток дырок (положительно заряженный)

Примечание — — — — —
(Дыры в каком-то месте создаются из-за движения электронов из этого места в новое.

Когда электрон перемещается со своего места, создается пустое пространство, называемое «дырой», имеющее заряд, противоположный заряду электрона.)

Диод может работать в трех режимах —
— Режим прямого смещения
— Режим обратного смещения
— Режим пробоя

ВПЕРЕД — РЕЖИМ СМЕЩЕНИЯ ——-

— В режиме прямого смещения диод проводит.
— В этом режиме положительная клемма батареи / цепи подключена к аноду (сторона p) диода, а отрицательная клемма батареи / цепи подключена к катоду (сторона n) диода.
— Короче говоря, анод должен иметь более высокий потенциал, чем катод, для прямого смещения диода.
— Благодаря такому расположению соединений электроны на N-стороне (катоде) диода притягиваются к P-стороне (аноду) диода, а отверстия со стороны P (анод) притягиваются к N-сторона (катод) диода.
— Это приводит к потоку электронов с N-стороны на P-сторону (то есть от катода к аноду), а также к переходу дырок с P-стороны на N-сторону (т.е.е. от анода к катоду), вызывая ток, направленный от анода к катоду диода.
— Таким образом, диод действует как «замкнутый переключатель» в режиме прямого смещения.

REVERSE — BIASED MODE ——-

— В режиме обратного смещения диод не проводит ток.
— В этом режиме положительная клемма батареи / цепи подключена к катоду (сторона n) диода, а отрицательная клемма батареи / цепи подключена к аноду (сторона p) диода.
— Короче говоря, катод должен иметь более высокий потенциал, чем анод, для обратного смещения диода.
— Благодаря такому расположению соединений электроны на N-стороне (катоде) диода притягиваются к N-стороне (катоду) диода и отверстиям со стороны P (анода) диода. , притягиваются к стороне P (аноду) диода.
— Это предотвращает перенос электронов и дырок между двумя выводами диода.
— Поскольку в обоих направлениях не происходит потока электронов и дырок, через диод не протекает ток.
— Таким образом, диод действует как «открытый переключатель» в режиме обратного смещения.

РЕЖИМ BREAKDOWN ——-

-Этот режим является дополнительной частью режима обратного смещения.
— Когда диод используется в режиме обратного смещения и если приложенное напряжение превышает напряжение обратного пробоя, диод переходит в режим пробоя.
— В этот момент диод начинает сильно проводить в обратном направлении.
— Этот режим обычно используется в схемах стабилитронов.

Все эти рабочие операции диода используются в различных схемах по мере необходимости.

При выборе диода для определенного приложения необходимо учесть несколько важных моментов. Они обсуждаются на следующем шаге.

Типы, работа и символы [Руководство] — Анализируйте измеритель

Диод — это электронное устройство, проводящее ток в одном направлении, то есть в прямом или обратном направлении. Сегодня чаще всего используется полупроводниковый диод . В наших предыдущих статьях мы объясняем основную теорию полупроводников , диодов с P-n-переходом , характеристик диодов с p-n переходом и и т. Д.Здесь мы собираемся рассказать о диодах и их типах .

Из этой статьи вы узнаете:

Основы диодов

Это специализированный компонент с двумя электродами, то есть анодом и катодом, и имеет высокое сопротивление течению тока в одном направлении и низкое сопротивление в другом направление. Диоды можно использовать как осцилляторов , выпрямителей, модуляторов и демодуляторов сигналов, переключателей, регуляторов напряжения, ограничителей сигналов, смесителей сигналов и т. Д.Давайте разберемся с основами.

(i) Обозначение диода:

[Источник изображения]

Каждый диод имеет два конца: положительный конец известен как анод, а отрицательный конец — как катод. Как показано на рисунке выше, ток может течь от конца анода к концу катода, но не в другом направлении. Обозначение схемы стандартного диода похоже на треугольник, соприкасающийся с линией, то есть вывод, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод.Запомните эту мнемоническую КИСЛОТУ (анодный ток в диоде или анод-катод является катодом), если вы забыли направление потока тока через диод.

(ii) Свойство диода:

Основное свойство диода — проводить электрический ток в одном направлении и блокировать ток в другом направлении. Когда катод заряжен положительно по отношению к аноду при напряжении, меньшем, чем перенапряжение прямого разрыва, он не проводит ток. Если он заряжен отрицательно по отношению к аноду при напряжении, превышающем прямой пробой, то через диод протекает ток.Для кремниевых, германиевых и селеновых устройств перенапряжение прямого размыкания составляет примерно шесть десятых вольт, то есть 0,6 В, 0,3 В, 1 В. Иногда, если напряжение на катоде более положительно относительно напряжения на аноде , тогда диод начинает проводить, и напряжение, необходимое для возникновения этого явления, известно как лавинное напряжение, которое зависит от природы полупроводникового материала, из которого изготовлено устройство. сфабрикованы. Диапазон лавинного напряжения варьируется от нескольких вольт до нескольких сотен вольт.

(iii) Работа диода:

Когда диод помещается в простую цепь лампы батареи, он пропускает или блокирует ток через лампу, в зависимости от полярности приложенного напряжения.

[Источник изображения]

Как показано на рисунке выше, диод смещен в прямом направлении, поскольку положительный полюс батареи подключен к его анодной стороне. Когда он смещен в прямом направлении, электроны начинают проходить через него и проводить ток. Точно так же говорят, что диод имеет обратное смещение, если положительный полюс батареи подключен к ее анодной стороне i.е. батарея находится в обратном направлении, и диод блокирует ток. Это похоже на переключатель: разомкнут при обратном смещении и замкнут при прямом смещении.

Типы диодов:

Диоды являются основным устройством, используемым в электронике из-за их способности проводить ток. На рынке доступны различные типы диодов; все они имеют разные особенности и свойства. Здесь мы обсуждаем различные типы диодов. Следующие диоды:

(i) Стабилитрон:

Это особый вид диодов, потому что он проводит ток в обоих направлениях i.е. в прямом и обратном направлении, когда напряжение выше определенного значения. Эти диоды используются для защиты схемы от перенапряжения, особенно от электростатического разряда , и могут использоваться в качестве регуляторов напряжения для небольших нагрузок. В отношении таких деталей, как принцип работы, принцип работы, приложения и т. Д., Следуйте этому стабилитрону .

(ii) Фотодиоды:

Это специально разработанный диод, который преобразует свет в ток, улавливая энергию фотонов света.Чтобы свет достигал чувствительной части устройства, эти диоды могут быть открыты или упакованы с окном или оптоволоконным соединением . За такими деталями, как работа, принцип работы, приложения и т. Д., Следуйте этому фотодиоду .

(iii) Светодиоды:

Это самый мигающий член семейства диодов, излучающий свет при активации. Когда подходящее напряжение приложено к светодиодным выводам, электрон начинает рекомбинировать с дырками внутри устройства и начинает выделять энергию в виде фотонов.Для электронных устройств светодиоды часто использовались в качестве индикаторных ламп и заменяли маленькие лампы накаливания. Светоизлучающие диоды используются во многих приложениях, таких как светофоры, вспышки фотоаппаратов, светящиеся обои, авиационное освещение, автомобильные фары и т. Д. C LED .

(iv) Диод Шоттки:

Для быстрого переключения и низкого прямого падения напряжения предпочтительны эти типы диодов. Когда ток протекает через любое твердотельное устройство, падение напряжения на выводах кремниевого диода равно 0.6–0,7 В, в то время как диод Шоттки имеет падение напряжения 0,15–0,45 В. Благодаря более низкому падению напряжения эти диоды обеспечивают лучшую эффективность системы и более высокую скорость переключения. Для таких деталей, как принцип работы, принцип работы, приложения и т. Д., Следует использовать диод Шоттки .

(v) Туннельный диод:

Эти диоды имеют отрицательное дифференциальное сопротивление в части их рабочей области и обычно изготавливаются из германия, , арсенида галлия и кремния.Эти диоды имеют сильно легированный p-n-переход шириной около 10 нм. Он используется в преобразователях частоты и детекторах в качестве генераторов, усилителей и в схемах переключения. Для его деталей, таких как его работа, принцип работы, приложения и т. Д., Следуйте этому туннельному диоду .

Применение диодов:

В электронных устройствах диоды имеют широкий спектр применения, например, от цифровой логической схемы с малым сигналом до схемы преобразования энергии высокого напряжения. Ниже приведены его приложения:

• Логические вентили
• Выпрямители
• Детекторы ионизирующего излучения
• Измерения температуры
• Защита от перенапряжения
• Ограничитель формы волны и фиксатор
• Управление током

Надеюсь, вам всем понравится эта статья.Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.

Выпрямитель и диод — Suntan

Suntan — это гонконгский производитель выпрямителей и диодов. Suntan предлагает полный спектр выпрямителей и диодов, включая выпрямители общего назначения, выпрямители с быстрым восстановлением, высокоэффективные выпрямители, сверхбыстрые выпрямители, выпрямители Шоттки, стабилитроны, коммутирующие диоды малых сигналов и так далее. Пожалуйста, обратитесь к приведенному ниже списку выпрямителей и диодов.

Изображения выпрямителя и диода

Список выпрямителей и диодов

1. (SMD 4001-4007) Выпрямитель SMD M1-M7
2. (LL4148) Кремниевый эпитаксиальный планарный переключающий диод
3. (1N4148) Кремниевый эпитаксиальный планарный переключающий диод 1N4148
4. (1N4148W) Кремниевый эпитаксиальный планарный переключающий диод 1N4148W
5. (1N4148WS) Кремниевый эпитаксиальный планарный переключающий диод 1N4148WS
6. (1N4148WT) Кремниевый эпитаксиальный планарный переключающий диод 1N4148WT
7. (BAV21W) Кремниевый эпитаксиальный планарный переключающий диод BAV21W
8. (LS4148) Кремниевый эпитаксиальный планарный переключающий диод LS4148
9. (MMBD4148) Кремниевый эпитаксиальный планарный переключающий диод MMBD4148
10. (BZV55C) Стабилитроны BZV55C
11. (BZX55C) Стабилитроны BZX55C
12. (BZV55B) Стабилитроны BZV55B
13. (BZX84C) Кремниевые планарные стабилитроны BZX84C
14. (BZX85C) Кремниевые планарные силовые стабилитроны BZX85C
15. (1N4727A-1N4761A) Кремниевые планарные силовые стабилитроны 1N4727A-1N4761A
16. (MM1Z2B4-MM1ZB75) Кремниевые планарные стабилитроны MM1Z2B4-MM1ZB75
17. (MM1Z2V0-MM1Z75) Кремниевые планарные стабилитроны MM1Z2V0-MM1Z75
18. (MM3Z2B4-MM3ZB75) Кремниевые планарные стабилитроны MM3Z2B4-MM3ZB75
19. (MM3Z2V0-MM3Z75) Кремниевые планарные стабилитроны MM3Z2V0-MM3Z75
20. (MM5Z2B4-MM5ZB75) Кремниевые планарные стабилитроны MM5Z2B4-MM5ZB75
21. (MM5Z2V0-MM5Z75) Кремниевые планарные стабилитроны MM5Z2V0-MM5Z75
22. (ZMM1-ZMM75) Кремниевые эпитаксиальные планарные стабилитроны ZMM1-ZMM75
23. (ZM4727-ZM4761) Кремниевые планарные силовые стабилитроны ZM4727-ZM4761
24. (S1A-S1M) 1.0A Выпрямитель для поверхностного монтажа S1A-S1M
25. (RS1A-RS1M) 1.0A Выпрямитель для поверхностного монтажа RS1A-RS1M
26. (US1A-US1M) 1.0A Выпрямитель для поверхностного монтажа US1A-US1M
27. (GS2A-GS2M) 2.0A Сверхбыстрый выпрямитель для поверхностного монтажа GS2A-GS2M
28. (GS3A-GS3M) 3.0A Сверхбыстрый выпрямитель для поверхностного монтажа GS3A-GS3M
29. (RL201-RL207) 2.0A Выпрямитель общего назначения RL201-RL207
30. (1N5400-1N5408) 3.0A Выпрямитель общего назначения 1N5400-1N5408
31. (10A05-10A10) 10.0A Выпрямитель общего назначения 10A05-10A10
32. (1N4001-1N4007) 1.0A Выпрямитель общего назначения 1N4001-1N4007
33. (1N4001S-1N4007S) 1.0A Выпрямитель общего назначения 1N4001S-1N4007S
34. (1N5391-1N5399) 1.5A Выпрямитель общего назначения 1N5391-1N5399
35. (1N5817-1N5819) 1.0A Выпрямитель с барьером Шоттки 1N5817-1N5819
36. (1N5817HS-1N5819HS) 1.0A Поверхностный выпрямитель с барьером Шоттки 1N5817HS-1N5819HS
37. (FR101-FR107) 1.0A Выпрямитель быстрого восстановления FR101-FR107
38. (1N4933-1N4937) 1.0A Выпрямитель с быстрым восстановлением 1N4933-1N4937
39. (UF4001-UF4007) 1.0A Высокоэффективный выпрямитель UF4001-UF4007
40. (SS12-SS110) 1.0A SMA-J Выпрямитель с барьером Шоттки SS12-SS110
41. (SS22A-S210A) 2.0A SMA выпрямитель с барьером Шоттки SS22A-S210A
42. (SS22-S210) 2.0A SMB Выпрямитель с барьером Шоттки SS22-SS210
43. (SS32A-SS310A) 3.0A SMA выпрямитель с барьером Шоттки SS32A-SS310A
44. (SS32B-SS310B) 3.0A SMB Выпрямитель с барьером Шоттки SS32B-SS310B
45. (SS32-SS310) 3.0A SMC выпрямитель с барьером Шоттки SS32-SS310
46. (SS52B-SS510B) 5.0A SMB Выпрямитель с барьером Шоттки SS52B-SS510B
47. (SS52-SS510) 5.0A SMC выпрямитель с барьером Шоттки SS52-SS510
48. (ES1A-ES1J) 1.0A SMA-J Сверхбыстрый выпрямитель ES1A-ES1J
49. (ES1A-ES1J) 1.0A SMA сверхбыстрый выпрямитель ES1A-ES1J
50. (ES2A-ES2J) 2.0A Сверхбыстрый выпрямитель SMB ES2A-ES2J
51. (ES3A-ES3J) 3.0A SMC сверхбыстрый выпрямитель ES3A-ES3J
52. (серия SMAJ) Ограничитель переходных напряжений 400 Вт для поверхностного монтажа SMAJ
53. (серия SMBJ) Ограничитель переходных напряжений 600 Вт для поверхностного монтажа SMBJ
54. (BC337-BC338) NPN Кремниевый эпитаксиальный планарный транзистор BC337-BC338
55. (MMBTA10) NPN Кремниевый эпитаксиальный планарный транзистор MMBTA10
56. (MMBTA92) Кремниевые высоковольтные транзисторы PNP MMBTA92

Другие сильные диоды и выпрямители для загара

Сильные диоды и выпрямители для загара в корпусе SMAF

Знание о выпрямителях и диодах

Диод — это специализированный электронный компонент с двумя электродами, которые называются анодом и катодом.Большинство диодов изготовлено из полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий или селен. Некоторые диоды состоят из металлических электродов в камере, откачанной или заполненной чистым элементарным газом при низком давлении. Диоды могут использоваться как выпрямители, ограничители сигналов, регуляторы напряжения, переключатели, модуляторы сигналов, смесители сигналов, демодуляторы сигналов и генераторы.

Что такое диодная матрица? (с иллюстрациями)

Диодная матрица — это тип электронного компонента, который состоит из нескольких диодов в одном корпусе.Обычно его называют полупроводниковым корпусом, и он может принимать различные формы. Отдельные диоды в матрице могут иметь общий анод или катод, или каждый может быть отдельным. Диодная матрица также может иметь форму нескольких различных типов корпусов, например, со сквозным отверстием и для поверхностного монтажа. Многие диодные матрицы используют светоизлучающие диоды (СИД) или фотодиоды для достижения определенных целей, таких как печать, сканирование изображений или различные визуальные эффекты.

Диоды — это электронные компоненты, которые позволяют току течь только в одном направлении.Специализированные диоды могут либо излучать свет, либо воспринимать его из-за того, как электричество проходит через полупроводниковый материал. Все полупроводники могут подвергаться влиянию света, хотя обычно они покрыты специальными материалами, чтобы предотвратить это. Фотодиоды можно оставить открытыми, чтобы фотоны могли достигать полупроводника и взаимодействовать с ним.

Есть много разных способов использования диодной матрицы.В фонариках часто используются светодиодные матрицы. Обычно невозможно получить белый свет из светодиода, если не используется матрица из трех диодов. Этот эффект также может быть достигнут с помощью синего светодиода, покрытого цветным материалом, по отдельности или в виде массива. Светодиодные матрицы также использовались для создания монохромной трехмерной графики видеоигр.

Еще одно применение светодиодной матрицы — это светодиодная печать.Этот процесс аналогичен лазерной печати, поскольку светодиоды светят на странице перед тем, как печатный барабан наносит чернила в соответствии с отображаемым рисунком. Основное отличие состоит в том, что одна светодиодная матрица может освещать всю ширину страницы одновременно, поэтому в ней может быть задействовано меньше движущихся частей.

Светоизлучающие диоды и фотодиоды также могут использоваться в различных технологиях сканирования.И планшетные, и портативные сканеры изображений могут использовать диодные матрицы. Обычно это включает в себя освещение изображения светоизлучающими диодами, после чего вводы напряжения с матриц фотодиодов используются для его оцифровки. Матрицы линейных фотодиодов также могут использоваться для оцифровки рентгеновских изображений. Обычно это включает покрытие матрицы сцинтилляционным материалом, чтобы фотодиоды были чувствительны к рентгеновским лучам, а не только к обычному свету.

Джон Амброуз Флеминг — Биография, факты и изображения

Жил 1849 — 1945 гг.

В 1904 году Амвросий Флеминг изобрел термоэлектронный диод, устройство, позволяющее электрическому току течь только в одном направлении. Изобретение положило начало современной электронной эре.

Флеминг также разработал обычные правила для электродвигателей и генераторов.

Убежденный христианин, Флеминг основал креационистское антиэволюционное движение.

Достижения и ключевые моменты

• В 1904 году Амвросий Флеминг изобрел и запатентовал устройство, которое он назвал колебательным клапаном, также называемым термоэлектронным диодом.Сегодня в США устройство Флеминга более широко известно как вакуумная трубка или трубка. В Великобритании его обычно называют термоэмиссионным клапаном.
Диод
• Флеминга пропускал электрический ток только в одном направлении в цепи и, следовательно, мог преобразовывать электричество переменного тока в электричество постоянного тока. В таком режиме работы его можно охарактеризовать как выпрямитель тока.
Диод
• Флеминга был важным компонентом электронных товаров, таких как радиоприемники, телевизоры и компьютеры, до тех пор, пока в 1960-х годах его не заменили полупроводниковые устройства, такие как транзисторы.
• Диод Флеминга вместе с гальванометром в настроенной электрической цепи действует как выпрямительный детектор радиоволн .
• Устройство Флеминга положило начало эпохе электроники.
• Флеминг спроектировал электростанцию, которую Маркони использовал для передачи первого радиосообщения через Атлантику.
• В усилителях для электрогитар все еще используются вакуумные лампы. Многие гитаристы предпочитают звук, производимый ламповыми / ламповыми усилителями, а не твердотельным.
• Флеминг разработал правило левой руки для двигателей и правило правой руки для генераторов, чтобы помочь себе и своим ученикам запомнить отношения, управляющие направлениями электрического тока, электрического поля и силы.

Объявления

Металлическая нить накала в термоэлектронном диоде / клапане / лампе накаляется добела во время работы.

Детское домашнее училище, инженер-любитель и фотограф

Джон Амброуз Флеминг родился 29 ноября 1849 года в небольшом городке Ланкастер, Англия, Великобритания.Он был известен под своим вторым именем Амвросий. Его отец, Джеймс Флеминг, был священником в конгрегационалистской церкви. Его матерью была Мэри Энн Базли. Амвросий был старшим из их семи детей.

Когда Амвросию было три года, семья переехала в Лондон. Мать воспитывала его до 10 лет, когда он учился читать, сидя у нее на коленях. Амвросий научился использовать механические инструменты на цементных заводах своего деда. В 11 лет он построил модели паровых двигателей и лодок. Он сконструировал камеру из коробки для сигар, стал опытным фотографом, сделав свои собственные фотопластинки из коллодия и нитрата серебра.Он разработал свои собственные фотографии с использованием цианида калия.

Он узнал об электричестве и построил батареи и конденсаторы. Он использовал их, чтобы наносить сильные удары током всем желающим друзьям, которые сомневались в эффективности его самодельного электрического оборудования.

Глухой мальчик отлично успевает по математике

Амвросий был от рождения глухим, и его состояние ухудшалось с возрастом. Это не повлияло на него слишком сильно, пока он не достиг среднего возраста.

В 12 лет он поступил в университетский колледж.По латинскому языку он получил худшие оценки, но по математике он преуспел. Он решил, что хочет стать инженером. Для этого ему нужно было заплатить гонорар, чтобы стать учеником, но он не мог себе этого позволить. (Эта же проблема помешала Дж. Дж. Томсону стать инженером.)

Стать ученым

В 16 лет Флеминг поступил в Лондонский университетский колледж, намереваясь стать школьным учителем. Он прослушал курсы математики, химии и экспериментальной физики. Проблемы с деньгами вынудили его уйти через год.Он нашел работу в офисе биржевого маклера и учился на полставки в Лондонском университете. В 1870 году в возрасте 20 лет он с отличием получил степень бакалавра.

Флеминг работал учителем, много копил. В 1872 году, когда ему было 22 года, он поступил на факультет химии в Школу естественных наук в Южном Кенсингтоне, которая позже стала Имперским колледжем. В Физической лаборатории он наблюдал, как Фредерик Гатри продемонстрировал асимметричное поведение электрически заряженных горячих металлов — это был эффект Эдисона, который десять лет спустя наблюдал Томас Эдисон в 1882 году.Спустя годы, в 1904 году, Флеминг использовал это асимметричное поведение, чтобы изобрести диод и начать эру электроники.

Фарадей и Максвелл

В 1874 году Флеминг начал работать учителем естественных наук в Челтнемском колледже. Он также начал публиковать свою собственную работу — он представил первый доклад на первом в истории собрании Физического общества в Лондоне в 1874 году. Он изучил работы Майкла Фарадея, а в 1875 году сообщил об электромагнитной индукции Британской ассоциации содействия развитию науки. .Он начал переписку с Джеймсом Клерком Максвеллом и решил подробно изучить работы Максвелла.

В 1877 году, в возрасте 27 лет, Флеминг поступил в Кембриджский университет, где с трудом понимал очень сложные лекции Максвелла по электромагнетизму. Только один студент прошел курс Максвелла! В 1879 году Лондонский университет присудил Флемингу степень доктора наук за диссертацию Экспериментально обработанное электричество , а в следующем году Кембридж присвоил ему диплом с отличием первого класса по химии и физике.

Профессор

Флеминг работал преподавателем в университете, пока в 1882 году не стал консультантом компании Edison Lighting Company в Лондоне. В 1885 году он был назначен профессором электротехники в Университетском колледже Лондона и занимал эту должность 42 года.

Отец электронной эры

В 1899 году, продолжая работать профессором университета, Флеминг начал работать консультантом в компании Marconi Wireless Telegraph. Он искал лучший способ усиления радиоволн, который был открыт Генрихом Герцем в 1886 году.

«Тогда передо мной стояла задача: как преобразовать это слабое электрическое колебание в слабый постоянный ток, который мог бы работать с обычными записывающими кабелями инструментами».

Амвросий Флеминг

Воспоминания о научной жизни, 1934

Флеминг понял, что его ответ заключается в эффекте Эдисона, который Фредерик Гатри продемонстрировал в 1873 году.

Эффект Эдисона

Компьютер Colossus, работавший во время Второй мировой войны. Взломщики кодов в Блетчли-парке в Великобритании во главе с Аланом Тьюрингом построили и использовали первые в мире электронные цифровые программируемые компьютеры для декодирования немецких сообщений.Для каждого компьютера требовались тысячи термоэмиссионных клапанов.

В 1873 году Фредерик Гатри заметил, что кусок отрицательно заряженного раскаленного железа теряет свой заряд в окружающем воздухе. Когда железо было положительно заряжено, оно сохраняло свой заряд.

Это асимметричное поведение, зависящее от знака электрического заряда, было основной наукой, лежащей в основе изобретения диода Флемингом.

Диод позволяет электрическому току течь только в одном направлении, следовательно, он может преобразовывать электричество переменного тока в электричество постоянного тока.

Один из первых термоэмиссионных диодов, созданных Флемингом.

Термоэмиссионный диод

Диод Флеминга состоял из вакуумированной стеклянной колбы с двумя электродами.

Диод был подключен так, что первый электрод — проволочная нить накаливания — раскалился добела за счет протекающего через него электрического тока. Как заметил Гатри, электроны могут покинуть горячую нить, но не могут вернуться, следовательно, ток может течь только в одном направлении.

Металлическая пластина образовывала другой электрод, отделенный от первого с помощью вакуума.

Электроны пересекают вакуум, образуя электрический ток. Они могут сделать это только тогда, когда горячий электрод заряжен отрицательно. Когда есть переменное напряжение, ток течет через диод, когда горячий электрод отрицательный, и прекращает течь, когда горячий электрод становится положительным.

Диод выпрямляет переменный ток, преобразуя его в постоянный.

Патент Флеминга

Флеминг придумал идею термоэмиссионного клапана в октябре 1904 года и запатентовал ее в следующем месяце.В феврале 1905 года он прочитал в Королевском обществе статью о своем изобретении под названием «О преобразовании электрических колебаний в постоянные токи с помощью вакуумного клапана ».

В рамках своего соглашения с компанией Маркони Флеминг должен был передать им свой патент. В американских судах велась тяжба между Маркони и Ли де Форестом, которые запатентовали триод в 1908 году. Триод был улучшением по сравнению с диодом, потому что он сделал возможным усиление сигнала в дополнение к выпрямлению.Суды постановили, что патент де Фореста нарушает конструкцию диода Флеминга, но Маркони и де Форест достигли договоренности, позволяющей каждому из них продавать свою продукцию. В 1943 году Верховный суд США признал патент Маркони недействительным из-за ограничения, добавленного к нему корпорацией Маркони в 1915 году, ограничивая изобретение переменными токами высокой частоты.

Правила для рук Флеминга

Работая профессором, Флеминг разработал правила для рук, знакомые каждому студенту-физику.

Собственный рисунок Флеминга с правилом правой руки для генераторов

с отличием

• 1910: Медаль Хьюза: «За исследования в области электричества и электрических измерений».
• 1921: Медаль Альберта: «специально за его оригинальное изобретение термоэмиссионного клапана, который теперь так широко используется в беспроводном телеграфии и для других целей».
• 1928: Медаль Фарадея Института инженеров-электриков.
• 1929: рыцари за заслуги перед наукой и промышленностью, став сэром Амброузом Флемингом
• 1930: медаль Дадделла Лондонского физического общества
• 1933: Почетная медаль Института радиоинженеров
• 1935: Медаль Франклина

Семья и конец

В июне 1887 года в возрасте 37 лет Флеминг женился на 30-летней Кларе Рипли Пратт, дочери юриста.Клара умерла в 1917 году.

В 1926 году в возрасте 76 лет Флеминг уехал на пенсию в небольшой прибрежный городок Сидмут, чтобы разделить дом с двумя своими сестрами. Он превратил подвал в лабораторию.

Флеминг был набожным англиканцем. Выйдя на пенсию, он проповедовал о Воскресении и основал креационистское движение протеста против эволюции, чтобы выступить против теории эволюции путем естественного отбора.

В июле 1928 года Флеминг женился на солистке сопрано Олив Мэй Фрэнкс. Ему было 78, а ей 30.

Сэр Джон Амброуз Флеминг умер в возрасте 95 лет в своем доме в Сидмуте 18 апреля 1945 года. У него не было детей, и он оставил значительные суммы денег христианским благотворительным организациям, которые помогали бедным.

Объявления

Автор этой страницы: The Doc
Изображения, улучшенные и раскрашенные в цифровом виде с помощью этого веб-сайта. © Все права защищены.

Цитируйте эту страницу

Используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 "Джон Эмброуз Флеминг."Известные ученые. Famousscientists.org. 16 марта 2018 г. Web.
. 

Опубликовано FamousScientists.org

Дополнительная литература
Сэр Амброуз Флеминг
Воспоминания о научной жизни
Маршалл, Морган и Скотт, Лондон и Эдинбург, 1934 год

Дж. Т. МакГрегор-Моррис, отредактированный Грэмом Дж. Н. Гудей
Флеминг, сэр (Джон) Амброуз (1849–1945)
Оксфордский национальный биографический словарь, сентябрь 2004 г., отредактированный в январе 2011 г.
https: // doi.org / 10.1093 / ref: odnb / 33170

Фотодиод

— символ, работа и типы

Введение

А Фотодиод — это p-n-переход или штыревой полупроводниковый прибор, который потребляет световую энергию для выработки электрического тока. Это также иногда называют фотодетектором, фотодатчиком или светом. детектор.

Фотодиоды находятся специально предназначен для работы в условиях обратного смещения.Обратное смещение означает, что сторона p фотодиода подключена к отрицательная клемма аккумулятора и n-сторона подключена к положительный полюс аккумуляторной батареи.

Фотодиод очень чувствителен к свету, поэтому, когда свет или фотоны падают на Фотодиод легко преобразует свет в электрический ток. Солнечный элемент также известен как фотодиод большой площади, потому что он преобразует солнечную или световую энергию в электрическую.Однако солнечная батарея работает только при ярком свете.

строительство и работа фотодиода почти аналогична нормальному p-n переходной диод. PIN (p-тип, внутренний и n-тип) структура в основном используется для построения фотодиода вместо структуры соединения p-n (p-тип и n-тип), потому что Структура PIN-кода обеспечивает быстрое время отклика. PIN-фотодиоды в основном используется в высокоскоростных приложениях.

В нормальный диод p-n переход, напряжение используется как энергия источник для выработки электрического тока, тогда как в фотодиоды, как напряжение, так и свет используются в качестве источника энергии для выработки электрического тока.

Фотодиод символ

символ фотодиода аналогичен нормальному p-n переходу диод, за исключением того, что он содержит стрелки, указывающие на диод.В стрелки на диоде представляют свет или фотоны.

А Фотодиод имеет два вывода: катод и анод.

Цели и ограничения фотодиода

1. Фотодиод всегда должен работать в режиме обратного смещения.
2. Применено напряжение обратного смещения должно быть низким.
3. Создать низкий уровень шума
4. Высокое усиление
5. Высокая скорость отклика
6. Высокая светочувствительность
7. Низкий чувствительность к температуре
8. Низкая стоимость
9. Малый размер
10. Длинный срок службы

Как фотодиод работает?

А нормальный диод с p-n переходом допускает небольшое количество электрического ток в условиях обратного смещения.Для увеличения электрического ток в условиях обратного смещения, нам нужно генерировать больше миноритарные перевозчики.

внешнее обратное напряжение, приложенное к диоду p-n перехода будет поставлять энергию неосновным носителям, но не увеличивать население миноритарных перевозчиков.

Однако небольшое количество неосновных носителей генерируется из-за внешнее обратное напряжение смещения.Неосновные перевозчики генерировали на n-стороне или p-стороне будет рекомбинировать в том же материале перед они пересекают перекресток. В результате отсутствует электрический ток. потоки за счет этих носителей заряда. Например, меньшинство носители, генерируемые в материале p-типа, испытывают a сила отталкивания от внешнего напряжения и попытка сдвинуться с места в сторону n. Однако, прежде чем пересечь перекресток, свободные электроны рекомбинируют с дырками внутри одного материал.В результате не протекает электрический ток.

Кому преодолеть эту проблему, нам нужно применить внешнюю энергию непосредственно к истощению область для генерации большего количества носителей заряда.

А специальный тип диода, называемый фотодиодом, предназначен для генерировать большее количество носителей заряда в области истощения. В фотодиодах мы используем свет или фотоны в качестве внешней энергии. для генерации носителей заряда в обедненной области.

Типы фотодиодов

рабочая работа всех типов фотодиодов одинакова. Различные типы фотодиодов разрабатываются на основе конкретных заявление. Например, фотодиоды с PIN-кодом разработаны для увеличить скорость отклика. Фотодиоды с PIN-кодом используются там, где нужна высокая скорость отклика.

разные типов фотодиодов

• PN переход фотодиод
• PIN фотодиод
• Лавина фотодиод

Среди все три фотодиода, фотодиоды с PN переходом и PIN наиболее широко используется.

PN переходной фотодиод

PN переходные фотодиоды — это первая разновидность фотодиодов. Они являются наиболее широко используемыми фотодиодами до разработка ПИН-фотодиодов. Фотодиод на PN переходе также просто фотодиод. В настоящее время фотодиоды с PN-переходом не получили широкого распространения.

Когда внешний световая энергия поступает на фотодиод p-n перехода, валентный электроны в обедненной области приобретают энергию.

Если световая энергия, приложенная к фотодиоду, больше, чем запрещенная зона полупроводникового материала, валентные электроны приобретают достаточно энергии и разорвать связь с родительским атомом. Валентность электрон, который разрывает связь с родительским атомом, станет свободный электрон. Свободные электроны свободно перемещаются из одного места в другое. другое место, проводя электрический ток.

Когда валентный электрон покидает валентную оболочку пустое пространство создается в валентной оболочке, на которой ушел валентный электрон. Это пустое пространство в валентной оболочке называется дырой. Таким образом, как свободные электроны, так и дырки образуются парами. В механизм генерации электронно-дырочной пары с помощью света энергия известна как внутренний фотоэлектрический эффект.

неосновные носители в области истощения испытывают силу из-за в область истощения электрического поле и внешнее электрическое поле. Например, бесплатно электроны в области обеднения испытывают отталкивание и сила притяжения от присутствующих отрицательных и положительных ионов на краю обедненной области на p-стороне и n-стороне.Как в результате свободные электроны движутся к n-области. Когда свободные электроны достигают n области, они притягиваются к положительные клеммы аккумуляторной батареи. Аналогичным образом отверстия движутся в противоположном направлении.

сильное электрическое поле обедненной области и внешнее электрическое поле увеличивает скорость дрейфа свободного электроны.Из-за этой высокой скорости дрейфа меньшинство носители (свободные электроны и дырки), образующиеся при обеднении область пересечет p-n-переход, прежде чем они рекомбинируют с атомы. В результате ток неосновных носителей увеличивается.

Когда на фотодиод обратного смещения не подается свет, он несет небольшой обратный ток из-за внешнего напряжения. Этот маленький электрический ток при отсутствии света называется темным Текущий.Обозначается I . _λ .

В фотодиод, обратный ток не зависит от обратного смещения Напряжение. Обратный ток в основном зависит от света интенсивность.

В фотодиоды, большая часть электрического тока переносится носителями заряда генерируется в обедненной области, потому что носители заряда в области истощения имеет высокую скорость дрейфа и низкую скорость рекомбинации, тогда как носители заряда на n-стороне или p-сторона имеет низкую скорость дрейфа и высокую скорость рекомбинации.В электрический ток, генерируемый в фотодиоде из-за применение света называется фототоком.

полный ток через фотодиод — это сумма темновых ток и фототок. Темновой ток необходимо уменьшить для увеличения чувствительности устройства.

электрический ток, протекающий через фотодиод, напрямую пропорционально количеству падающих фотонов.

PIN фотодиод

PIN Фотодиоды разработаны на основе фотодиодов с PN переходом. PIN-фотодиод работает аналогично PN-переходу. фотодиод, за исключением того, что фотодиод PIN изготавливается иначе улучшить его производительность.

ПИН-фотодиод разработан для увеличения неосновной несущей. ток и скорость отклика.

PIN фотодиоды генерируют больше электрического тока, чем PN переходные фотодиоды с таким же количеством световой энергии.

слоев ПИН-фотодиода

А Фотодиод с PN переходом состоит из двух слоев: p-типа и полупроводник n-типа, тогда как фотодиод PIN состоит из трех слои, а именно p-тип, n-тип и собственный полупроводник.

В PIN-фотодиод, дополнительный слой, называемый внутренним полупроводник помещается между p-типом и n-типом полупроводник для увеличения тока неосновных носителей.

P-типа полупроводник

Если трехвалентные примеси добавляются к собственному полупроводнику, р-тип полупроводник.

В Полупроводники p-типа, количество свободных электронов в зона проводимости меньше, чем количество отверстий в валентная полоса. Следовательно, дырки являются основными носителями заряда и свободны. электроны являются неосновными носителями заряда. В р-типе В полупроводниках дырки несут большую часть электрического тока.

тип N полупроводник

Если пятивалентный примеси добавляются к собственному полупроводнику, n-тип полупроводник.

В Полупроводники n-типа, количество свободных электронов в зона проводимости больше, чем количество дырок в валентная полоса. Следовательно, свободные электроны являются основными носителями заряда и дырки являются неосновными носителями заряда. В n-типе полупроводники, свободные электроны несут большую часть электрического Текущий.

Внутренний полупроводник

Внутренний Полупроводники — это чистая форма полупроводников.В собственный полупроводник, количество свободных электронов в зона проводимости равна количеству дырок в валентной группа. Следовательно, собственный полупроводник не имеет заряда. носители для проведения электрического тока.

Однако при комнатной температуре небольшое количество носителей заряда сгенерировано. Это небольшое количество носителей заряда будет нести электрический ток.

PIN работа фотодиода

А PIN-фотодиод состоит из p-области и n-области, разделенных внутренний слой с высоким сопротивлением. Собственный слой помещается между областью p и областью n для увеличения ширины области истощения.

Полупроводники p-типа и n-типа сильно легированы.Следовательно, p-область и n-область фотодиода PIN имеют большие количество носителей заряда для переноса электрического тока. Тем не мение, эти носители заряда не будут проводить электрический ток под условие обратного смещения.

Вкл. с другой стороны, собственный полупроводник — нелегированный полупроводниковый материал. Следовательно, собственная область не иметь носителей заряда для проведения электрического тока.

Менее обеспечить регресс условие смещения, основные носители заряда в области n и p регион удаляется от стыка. В результате ширина область истощения становится очень широкой. Таким образом, большинство носители не будут проводить электрический ток при обратном смещении условие.

Однако неосновные носители будут переносить электрический ток, потому что они испытывают силу отталкивания от внешнего электрического поля.

В PIN-фотодиод, носители заряда, генерируемые при истощении по региону проходит большая часть электрического тока. Носители заряда генерируемые в области p или n, несут только небольшой электрический ток.

Когда к PIN-диоду прикладывается энергия света или фотона, большая часть энергии наблюдается внутренней или обедненной областью из-за большой ширины истощения.В результате большой количество электронно-дырочных пар.

Бесплатно электроны, генерируемые в собственной области, движутся в сторону n-сторону, в то время как дыры, образовавшиеся во внутренней области, перемещаются в сторону p. Свободные электроны и дырки переместились из одного от региона к другому региону проводят электрический ток.

Когда свободные электроны и дырки достигают n области и p области, они привлечены к положительным и отрицательным клеммам батарея.

численность населения неосновных носителей в фотодиоде PIN очень велико по сравнению с к фотодиоду PN перехода. Таким образом, фотодиод с PIN-кодом несет больший ток неосновных носителей, чем у фотодиода с PN-переходом.

Когда на фотодиод PIN подается напряжение прямого смещения, он ведет себя как резистор.

ср знайте, что емкость прямо пропорциональна размеру электродов и обратно пропорционально расстоянию между электроды.В фотодиоде с PIN-кодом действуют области p и n. как электроды и внутренняя область действует как диэлектрик.

разделительное расстояние между областью p и областью n в PIN-коде фотодиод очень большой из-за большой обедненной ширины. Таким образом, PIN-фотодиод имеет низкую емкость по сравнению с Фотодиод с PN переходом.

В PIN-фотодиод, большая часть электрического тока проходит через носители заряда, генерируемые в обедненной области.Заряд носители, генерируемые в области p или n, несут только небольшой электрический ток. Следовательно, увеличивая ширину истощения область увеличивает электрический ток неосновных носителей.

Преимущества из PIN фотодиод

1. широкий полоса пропускания
2. Высокий квант эффективность
3. Высокая скорость отклика

Лавина фотодиод

операция лавинного фотодиода аналогичен PN переходу и PIN фотодиод, за исключением того, что прикладывается высокое обратное напряжение смещения в случае лавинного фотодиода для лавинного выхода умножение.

Применение высоко Напряжение обратного смещения на лавинный фотодиод не будет напрямую увеличивают генерацию носителей заряда. Тем не мение, он обеспечивает энергией электронно-дырочные пары, генерируемые падающий свет.

Когда на лавинный фотодиод подается световая энергия, при обеднении образуются электронно-дырочные пары.В генерируемые электронно-дырочные пары испытывают силу из-за электрическое поле обедненной области и внешнее электрическое поле.

В лавинный фотодиод, очень высокое напряжение обратного смещения большое количество энергии для неосновных носителей (электронно-дырочные пары). Неосновные перевозчики, которые получают большое количество энергия ускоряется до больших скоростей.

Когда свободные электроны движущиеся на большой скорости сталкиваются с атомом, они сбивают больше свободных электронов. Вновь образованные свободные электроны снова ускоряется и сталкивается с другими атомами. Потому что это непрерывное столкновение с атомами, большое количество генерируются неосновные носители. Таким образом, лавинные фотодиоды генерирует большее количество носителей заряда, чем PN и PIN фотодиоды.

Лавина фотодиоды используются в приложениях, где важно высокое усиление фактор.

Преимущества из лавинный фотодиод

1. Высокая чувствительность
2. Больше прирост

Недостатки из лавинный фотодиод

генерирует высоко уровень шума, чем у фотодиода PN

Фотодиод операция режимы

А Фотодиод может работать в одном из двух режимов: фотоэлектрический режим или фотопроводящий режим.

Эксплуатация Режим выбор фотодиода зависит от скорости требования приложения и количество темнового тока это терпимо.

Фотоэлектрические режим

В фотоэлектрический режим, фотодиод несмещен. В другом Другими словами, на фотодиод не подается внешнее напряжение. фотоэлектрический режим.

В фотоэлектрический режим, темновой ток очень низкий. Фотодиоды работали в фотоэлектрический режим имеет низкую скорость отклика.

фотодиоды работают в фотоэлектрическом режиме, обычно используются для низкой скорости приложений или для обнаружения низкого уровня освещенности.

Фотопроводящий режим

В фотопроводящий в режиме внешнего обратного смещения фотодиод.

Применение напряжение обратного смещения увеличивает ширину обедненной области и уменьшает емкость перехода, что приводит к повышенная скорость отклика. Обратное смещение также увеличивает темное течение.

Фотодиоды при работе в фотопроводящем режиме имеет высокий ток шума. Этот возникает из-за обратного тока насыщения, протекающего через фотодиод.

Темное течение

Темный ток — это ток утечки, который протекает в фотодиоде в отсутствие света. Темновой ток в фотодиоде увеличивается при повышении температуры. Материал, используемый для Построенный фотодиод также влияет на темновой ток.

разные материалы, используемые для изготовления фотодиодов, — кремний (Si), Германий, (Ge), фосфид галлия (GaP), индий галлий Арсенид (InGaAs), антимонид арсенида индия (InAsSb), Арсенид индия-галлия (InGaAs), ртуть Теллурид кадмия (MCT, HgCdTe).

Германий, Антимонид арсенида индия, арсенид галлия индия и Теллурид кадмия ртути генерирует большой темновой ток, потому что они очень чувствительны к температуре.

скорость отклика кремния, фосфида галлия, индия галлия Арсенид и арсенид индия-галлия с расширенным диапазоном высоко.

Производительность параметры фотодиода

Ответственность

Отзывчивость является отношение генерируемого фототока к падающему свету мощность.

Квантовая эффективность

Квантовая эффективность определяется как отношение количества электронно-дырочных пар (фотоэлектроны) генерируются падающими фотонами.

Время отклика или время в пути

время отклика фотодиода определяется как время, которое требуется для световых носителей заряда, чтобы пересечь p-n переход.

Фотодиод приложения

различные применения фотодиодов

1. Компакт-диск игроков
2. Дым детекторы
3. Космос приложения
4. Фотодиоды используются в медицинских приложениях, таких как вычисленные томография, инструменты для анализа проб и пульс оксиметры.
5. Фотодиоды используются для оптической связи.
6. Фотодиоды используются для измерения очень низкой интенсивности света.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

1. стабилитрон диод
2. Лавинный диод
3. Фотодиод
4. Свет Излучающий диод
5. Лазер диод
6. Туннель диод
7. Шоттки диод
8. Варактор диод
9. П-Н переходной диод

Использование диода, входящего в комплект видеодомофона Ring Video (1-е поколение) — Ring Help

Существует две версии видеодомофона Ring Video.Для видеодомофона Ring Video (2-го поколения) не требуется диод . Если в коробке нет диода, скорее всего, у вас есть видеодомофон Ring Video Doorbell (2-го поколения) со встроенным диодом. Чтобы узнать, есть ли у вас видеодомофон Ring Video (1-го поколения) или Ring Video Doorbell (2-го поколения), щелкните здесь.

Диод, входящий в комплект вашего видеодомофона Ring Video (1-го поколения), соединяет ваш видеодомофон с цифровым звонком существующего дверного звонка. Диод не следует использовать с механическим звонком или если вы используете дверной звонок с видеодомофоном (1-го поколения) только с батареей, а не проводкой ее.Также не используйте диод с видеодомофоном (2-го поколения). Видео ниже дает более подробную информацию о том, когда следует и не следует использовать диод. Если вы не уверены, какой у вас видеодомофон: видеодомофон (1-е поколение) или видеодомофон (2-е поколение), прокрутите страницу вниз, чтобы увидеть изображения обоих.

Чтобы узнать, является ли ваш дверной звонок механическим или цифровым, самый простой метод — это послушать звук, который издает ваш звонок, когда вы в него звоните.Если он издает традиционный звук «Динг Донг», скорее всего, это механический звонок, и диод не следует использовать. Вы также можете снять крышку с колокольчика и заглянуть внутрь. Если вы видите механический ударник, как показано на рисунке ниже, значит, у вас механический звонок.

Если, с другой стороны, ваш звонок состоит из динамика, который воспроизводит мелодию, это цифровой звонок, и вы должны использовать диод (изображенный ниже), входящий в комплект.

Если у вас есть цифровой звонок, подключить ваш дверной звонок с видеодомофоном (1-го поколения) к электронному звонку — несложный процесс.Щелкните здесь для получения пошаговых инструкций.