+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Теоретические основы светодиодных экранов компании Future-Vision

Руководство по определению необходимых и достаточных параметров светодиодной конструкции и оценке предложений от различных производителей

Светодиодный экран состоит из кабинетов, соединенных с помощью системы крепления (подвесная, наземная). Каждый кабинет состоит из нескольких модулей. Модуль в свою очередь состоит из пикселей. А в состав каждого пикселя входит несколько светодиодов (минимум три).

Светодиод – (англ. LED — light emitting diode — светоизлучающий диод) — это миниатюрный полупроводниковый прибор, который, пропуская через себя электрический ток, дает свечение определенного цвета. Цвет светодиода определяется его химическим составом и может быть  любым – сиреневым, желтым, красным и т.д. Так, цветные светодиоды используют в светофорах, ёлочных гирляндах, светильниках, в качестве индикаторов работы для выключателей света и электроприборов.

Светодиодные одноцветные экраны используются для трансляции «бегущих строк», простых одноцветных табло, аптечных крестов и т.п. В таких экранах используются светодиоды одного цвета.

Медиа-экраны нужны, чтобы показывать полноцветные изображения и видео. Для них используют светодиоды трех цветов: красного, синего и зеленого. Их группируют в пиксель – по одному или несколько штук.

Когда все три светодиода горят одновременно, то за счет близкого расположения их цветной свет смешивается подобно тому, как смешиваются между собой краски. Если человек смотрит на экран с близкого расстояния, он может различать отдельные пиксели и светодиоды, а если расстояние обзора достаточно большое, то цвета будут смешиваться, и картинка будет выглядеть целостной.

В зависимости от того, с какой яркостью горит каждый из светодиодов, можно получить любой цвет палитры (как смешивая краски в определенной пропорции).  Яркость каждого светодиода (красного, синего и зеленого) управляется силой подаваемого тока.  Регулируя ток на каждом светодиоде, получают нужный цвет пикселя. Этот цвет может меняться очень часто – за доли секунды. Таким образом становится возможной трансляция видео.

Пиксель может выглядеть по-разному: светодиоды могут быть отдельными и располагаться просто рядом друг с другом, а могут быть «упакованы» в один корпус.

Модуль – это блок из платы, с одной стороны которой располагаются светодиоды, а с другой – радиоэлектронные элементы.

Диоды могут крепиться к плате двумя способами – DIP (Direct In-Line Package – сквозной монтаж ) и SMD (Surface Mounting Device – поверхностный монтаж).

DIP  — это сквозное крепление, когда в плате просверливаются отверстия, через которые и происходит крепление диода.  SMD – это способ монтажа (пайки) диода прямо на поверхность платы (более современный и перспективный метод). Исходя из предусмотренного способа крепления, устройство светодиода также будет отличаться:

DIP-светодиод может быть только одного определенного цвета.  Пиксели из таких светодиодов – это группа из близко расположенных светодиодов RGB.

что полученный в результате экран имеет сплошную поверхность. 

 

Медиаэкран – это готовая установка для трансляции видео и изображений. Обычно экраны выполняют в размерах по пропорции длина*высота: 4*3 или 16*9. Это общепринятый формат видеофайлов, который используют видеокамеры и программы по редактированию видео. При таком формате экрана не потребуется адаптации файла, а на экране не будет черных полос.

КЛАССИФИКАЦИЯ СВЕТОДИОДНЫХ ЭКРАНОВ

В качестве критерия классификации удобно использовать функционал и конструкцию экрана:

МЕДИАФАСАДЫ

Экраны на основе реечных металлоконструкций, применяемые на фасадах зданий (легкие, пропускающие свет, с высокой ветровой устойчивостью).

OUTDOOR

фиксированные экраны

 

Стационарные экраны.

OUTDOOR

арендные экраны

 

Экраны с возможностью быстрой установки.

INDOOR

фиксированные экраны

Стационарные экраны для помещений. Могут использоваться на стенах, на полу и на потолке, а также подвешенными в воздухе.

INDOOR

арендные экраны

 

Экраны для помещений с возможностью быстрой установки.

Гибкие прозрачные экраны

«Струнные» экраны для неплоских поверхностей, пригодные для разных помещений.

 

Экраны высокого разрешения

 

Сверх чёткие экраны для очень близкого обзора.

Креативные LED-объекты

3D-конструкции с поверхностью из светодиодов, по всей поверхности которых происходит трансляция изображений и видео (люба форма — шар, куб, цилиндр, спираль, буквы и лого, ёлка, пивная банка, тоннель и т.д.) разновидность  —  медиа шелф-токеры – специальные экраны для расположения на полках супермаркетов

Архитектурная подсветка зданий

группы экранов и светильников с точечным расположением для подсветки фасадов зданий и объектов

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ОПТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Оптимальная дистанция обзора – это расстояние, с которого изображение будет выглядеть целостным, без видимых границ пикселей.

Прозрачность медиафасада – это доля площади стены, которая остается не закрытой поверхностью медиафасада. Например, если расстояние между рейками медиафасада в два раза больше ширины самой рейки, то прозрачность будет равна 66%.

Угол обзора – угол относительно прямого обзора, на котором изображение будет отчетливо видно. Угол по горизонтали и по вертикали может отличаться.

Режим сканирования модуля показывает, какая часть строк в модуле горит одновременно. При статическом режиме горят одновременно все строки. Этот режим соответствует максимальной яркости и максимальному энергопотреблению. При режиме ½ одновременно горит только половина строк. Таким образом снижается энергопотребление экрана, а также уменьшается количество и стоимость управляющей электроники. При высокой частоте смены кадров, человеческий глаз не будет замечать переменного горения строк. Однако при съемке на видео или фотокамеру, результат может быть «полосатым».

Частота обновления (частота рефреша, рефреш) – количество сменяемых изображений за секунду. Единица измерения – 1 Гц (герц) = 1/сек.

Яркость –характеристика максимально возможной силы света, исходящего от экрана. Измеряется  в нитах (1нт=1кд/1м²). Значения лежат в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч нит. При этом яркость до 3000 нит является достаточной для экранов внутри помещений. Яркость более 3000 нит делает экраны пригодными для установки на улице. И чем выше будет яркость, тем больше будет расстояние, с которого экран виден.

Уровень серого – характеристика тонопередачи, показывает, насколько плавным будет переход цвета в градиенте, насколько будут видны «полосы».

Любой градиент в цифровом изображении не является непрерывным изменением тона, а представляет собой ступенчатую последовательность дискретных значений цвета. Большое количество градаций создаёт иллюзию плавного перехода. Если же полутонов слишком мало, ступенчатость видна невооружённым глазом и изображение теряет реалистичность. Единица измерения – 1 бит. Количество бит пропорционально количеству  уникальных оттенков, которые может показывать экран. Например, для состава пикселя 1R1G1B:

бит

оттенков

1

2 (черный и белый)

8

28×3=16 777 216

16

216×3= 281 474 976 710 656

 

по цветовой температуре ( 2700К — жёлтый свет, как у ламп накаливания, 3000К — чуть боле белый комфортный свет, 4000К — белый свет, 6500К — холодный белый свет.)

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Энергопотребление среднее и максимальное – расход электричества при работе экрана – среднее и максимально возможное. Указывается общее для экрана или удельное на 1 кв.м.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Обслуживание (замена модулей) — возможно как с лицевой, так и с обратной стороны экрана. Имеет значение при ограниченном доступе, исходя из условий размещения (расстояния до стены).

Рабочая температура — может быть ограничена, например от -20 до +40 градусов. Для понимания необходимого диапазона рабочих температур, для уличного экрана нужно понимать географические условия размещения.

Уровень защиты – степень устойчивости экрана к воздействиям окружающей среды, пыли и влаги.

Материал корпуса – может быть пластиковым, алюминиевым или стальным. Влияет на вес экрана и ограничивает скорость монтажа, а также саму возможность монтажа при ограниченных разрешенных нагрузках.

ЭМС – электро-магнитная стабилизация – система компенсации электро-магнитного поля, которое возникает при работе светодиодного экрана и может влиять на работу радио-электронных устройств в диапазоне его действия. Опционально может быть встроена в светодиодный экран при наличии такой необходимости, согласно требованиям места установки экрана (оговаривается в разрешение на установку от муниципалитета).

ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Потребительские характеристики – это те выгоды и свойства, которые потребитель хочет получить, чаще всего формулируются следующим образом:

  • Качество картинки
  • Долговечность, надежность
  • Удобство эксплуатации
  • Выгодная цена, выгода при использовании

Все потребительские характеристик — это субъективное восприятие отдельного человека, его личная оценка. Однако есть общепринятые стандарты, на которые можно ориентироваться при выборе экрана, рассчитанного на широкие массы.

 «Качественная картинка» определяется набором технических характеристик:

  • Шаг пикселя и расстояние обзора

Под «некачественной картинкой» чаще всего понимается зернистое изображение, в котором различимы отдельные пиксели или даже светодиоды.

«Качественная картинка» выглядит сплошной, без границ отдельных пикселей.

С точки зрения технических характеристик «качество картинки» в первую очередь зависит от шага пикселя и расстояния обзора. Если на экран нужно смотреть с близкого расстояния, то для «качественной картинки» шаг пикселя нужен маленький. Если расстояние большое, то шаг пикселя может быть большим – человеческий глаз будет воспринимать картинку целостной:

Минимальное расстояние обзора экрана

Шаг пикселя для «качественной картинки»

1 метр

1 мм

4 метра

4 мм

6 метров

6 мм

10 метров

10 мм

16 метров

16 мм

 

Шага пикселя определяет такое понятие как пиксельная плотность – количество пикселей на единице площади. Его также можно использовать для выбора необходимого «качества картинки».

Если шаг пикселя выбран адекватно минимальному расстоянию, с которого экран будет просматриваться, то далее за «качество картинки» отвечают четыре показателя:

  • Яркость показывает, насколько сильным будет свечение экрана
  • Уровень серого отвечает за насыщенность, реалистичность изображения
  • Частота обновления обеспечивает плавность, непрерывность видео при просмотре
  • Режим сканирования

Экран с «качественной картинкой» будет иметь минимальные показатели:

Яркость: от 100 нит для помещений, от 3000 нит вне помещений.

Уровень серого: минимум – 12 бит, супер-качество – 16 бит.

Частота обновления – оптимальная 1920 Гц

Режим сканирования – чем выше, тем лучше (в идеале – статический режим)

Параметр

Значения для экрана

в помещении

Значения для экрана

вне помещения

Яркость

любая,

но более 4000 нит не нужно

не менее 4000 нит

Минимальная рабочая температура

любая

не более -20С

Максимальная рабочая температура

любая

не менее +40С

Уровень защиты IP

любой

Не менее IP65

 

Приведенные характеристики являются ориентировочными и могут меняться при наличии особых условий эксплуатации. Их точное определение и взаимоотношение лучше доверить профессиональному инженеру.

  • Долговечность, надежность

Определяются с одной стороны качеством самого экрана и его компонентов, а с другой стороны – правильностью проекта и качеством монтажа. Срок службы светодиодов можно охарактеризовать количественно – как правило периодом порядка 80-100 тысяч часов работы. Что же касается качества проектной разработки и монтажа – здесь дать оценку по конкретному проекту поможет лишь проведение экспертизы. Основным же критерием при выборе подрядчика становится опыт его работы и история эксплуатации смонтированных экранов.

  • Удобство эксплуатации

Если экран планируется использовать для сдачи в аренду, для периодической перевозки и сборки-разборки, то параметром, определяющим эту возможность, будет:

  • Вес кабинета – чтобы один человек мог быстро монтировать кабинеты, их вес должен быть до 13 кг.
  • Толщина кабинета – имеет прямое влияние на вес, а также сама по себе влияет на скорость монтажа
  • Наличие экспресс-замков между кабинетами
  • Наличие транспортировочного кофра или тележки

Также к категории удобства относится система управления и метод передачи информации для трансляции на экране.

  • Выгода при использовании

Зависит в первую очередь от уровня энергопотребления. Чем более эффективен экран, тем меньше затрат на его содержание будет требоваться, тем больше будет прибыль,  а срок окупаемости меньше.

  • Выгодная цена

Безусловно, наименьшая цена – это важнейший критерий для выбора. Однако в случае сложнотехнического оборудования, предназначенного для использования в течение долгих лет, на первый план выходит надежность, актуальность современным технологиям и гарантия долговременной работы. Лишь сопоставление этих параметров с ценой позволит сделать правильный выбор производителя экрана.

Светодиодные украшения: что это и какие бывают виды?

22.09.2017

Светодиодные украшения помогут создать праздничную атмосферу и дополнить огни ёлки и гирлянд. В статье мы расскажем о том, какие они бывают и где их размещать.

Что такое светодиодные украшения

Это фигуры из пластика, акрила, оргстекла или другого материала. Некоторые крупные виды таких украшений (кусты, деревья) оснащены металлическим каркасом, чтобы конструкция была твёрдой. У одних изделий светодиоды находятся внутри, другие оборудованы лампочками снаружи. Их количество зависит от размера фигуры.

Украшения светятся одним или несколькими цветами. Они могут мерцать, переливаться или — в фиксированном режиме — просто гореть. Питание устройств осуществляется от сети или батареек.

Рассмотрим их виды и узнаем, как выбрать светодиодные украшения.

Игрушки

Изделия представляют собой маленькие фигурки из пластика, внутри которых находятся светодиоды. Игрушки работают от батареек, поэтому не имеют проводов. Их легко перемещать и складывать в композиции.

Где использовать: на праздничном столе, на полу под ёлкой, на тумбочках и шкафах; модели с петелькой подвешивайте на ветви новогоднего дерева и предметы интерьера.

Картинки

Эти украшения представляют собой фигуры, плоские с одной стороны и объёмные с другой. Получается, это не совсем картинки, скорее рельеф. Изделия выглядят как 3D-наклейки, которые ещё и светятся. Работают компактные устройства на батарейках.

Где использовать: на плоских поверхностях. Те, что на присоске, — на зеркалах, окнах, стеклянных дверях. Изделия на магните крепите к холодильнику. Картинки на прищепке размещайте на шторах, ёлке, мебели.

Подставки, подвески и шары

Первые можно рассматривать как сувениры. Они состоят из подставки и пластины, которая выполнена из органического стекла. Благодаря тому, что аксессуар прозрачен, подсветка создаёт сказочный эффект: фигура как будто парит в воздухе. Существуют модели, которые горят холодным или тёплым белым, а также цветные украшения. Последние переливаются и создают динамику света, превращающую рисунок в анимацию.

Подвески оснащены петелькой, которая позволяет размещать их на любых предметах интерьера. Существуют фигурки из пластика, акрила и даже металла. Наиболее популярны из них светодиодные шары. Изделия смотрятся на новогоднем дереве как волшебные фрукты. А благодаря огонькам внутри они ещё и горят.

Фигуры

Эта группа включает больше всего украшений для дома. Изделия отличаются не только внешним видом, но также составом и вариантами размещения. Давайте рассмотрим фигуры из каждого материала и выделим их особенности.

Акриловые

Выглядят так, будто выполнены изо льда или снега. Не боятся воды и перепадов температуры.

Где использовать: на открытом воздухе и в помещениях.

Деревянные

Фигуры выполнены из натуральных материалов. Выглядят как самодельный сувенир.

Где использовать: рядом с ёлкой, на подоконниках и столах, а также в качестве подарка.

Пластиковые

Лёгкие фигуры, которые подходят для любых предметов интерьера.

Где использовать: дома, а также для украшения кафе, ресторанов и магазинов.

Из дюралайта

Выполнены из гибкой ленты со светодиодами. Очень яркие и эффектные. Морозоустойчивы.

Где использовать: на ёлках, стенах как в помещениях, так и на открытом воздухе.

Металлические

Подобно деревянным такие изделия представляют собой сувенирные фигурки со светодиодами.

Где использовать: для украшения стен, подоконников и праздничного стола (в зависимости от исполнения).

Тканевые

Фигуры представляют собой твёрдый каркас, обитый мягким материалом. Внутри горит огонёк. Похожи на аккуратно упакованный подарок.

Где использовать: под ёлкой.

Вазы, кусты и деревья

Первые представляют собой сосуд с цветами, где каждый бутон содержит диод. В некоторых моделях огоньки находятся и в самой вазе. Кусты и деревья выполнены из влагостойких материалов и не боятся коррозии, поэтому их можно размещать на улице. Выглядят как множество светящихся цветов и листьев на прочном каркасе. Изделия можно декорировать живыми цветами.

Где использовать: в интерьерном и ландшафтном дизайне, для украшения банкетных залов, магазинов и бутиков.

В нашем каталоге вы найдёте LED-украшения для разных вариантов размещения. Сделайте свой праздник ярче, а холодные зимние вечера уютнее.

%d0%b4%d0%b8%d0%be%d0%b4%d1%8b PNG, векторы, PSD и пнг для бесплатной загрузки

  • джокер

    5556*5556

  • Три вкусных моркови

    4126*4126

  • Значки фотографий проекта

    5120*5120

  • гантель прибыль подъемные власти спорт в белый символ значок в круг

    5556*5556

  • красивые цветочные свадебные приглашения шаблон с золотой рамкой

    1250*1250

  • Рисованная игрушка иллюстрация Креативная игрушка иллюстрация Мультфильм игрушка Детская игрушка

    2000*2000

  • Медицинская рисованной иллюстрации Ложится маленький мальчик Белый ангел Белая медсестра

    2000*2000

  • первоначальное письмо логотип шаблон

    1200*1200

  • Ультразвуковая звуковая волна

    2000*2000

  • Зимняя еда Горячий горшок горшок чаша

    2000*2000

  • Большое дерево дома дом Пригородные пейзажи

    2126*2126

  • лорд ганеша праздник карта

    3901*3901

  • иллюстрация красивый зеленый лист

    2000*2000

  • кнопку меню современного шаблон

    5000*3000

  • милый 3d трофей из акрила 04

    3000*3000

  • синий 3d алфавит

    1500*1500

  • рамадан карим приветствие дизайн с рисунок чертеж мечети и арабской каллиграфии

    4000*4000

  • beautiful flowers cartoon illustration spring landscape spring illustration

    2150*2362

  • 1 воздушный шар из красной фольги

    1200*1200

  • дополнение содержание рвк загрузить игру линии значок

    5556*5556

  • глобус наука линии значок вектор мир

    5556*5556

  • дизайн значка мобильного приложения энергии идеи шарика энергии

    5556*5556

  • дизайн логотипа автомобиля джип

    4500*4500

  • Неоновая технология Каркас № 3

    2000*2000

  • Цветная бумага с несколькими загнутыми углами и канцелярские принадлежности с линейкой

    2500*2500

  • Китайский Новый год малиновый фон

    1200*1200

  • ручная роспись синего алоэ

    2000*2000

  • линия красоты логотип цветок цветочные премиум простой шаблон

    4167*4167

  • значок минус в модном стиле изолированный фон

    5120*5120

  • Праздник лодок драконов милый рисованной цзунцзы

    1200*1604

  • Плоские конфеты картинки

    1200*1200

  • Персиковый красный Цветение персика Горящий Фенхуа Бессмысленное цветение

    3734*3734

  • Перезагрузить пиктограмму в автономном фоновом стиле

    5120*5120

  • яшмовый заяц

    5492*1620

  • схеме границы

    1200*1200

  • книга квартиры многих цвет тень

    1024*1024

  • горшок с цветком изолированные на абстрактный фон

    5120*5120

  • рождественская тема рамка

    1200*1200

  • марди гра лицо типография с элементами

    2400*2400

  • набор вектор seo поисковая оптимизация

    1024*1024

  • кошка наушники векторная иллюстрация

    5000*5000

  • рождество праздновать круг дизайн

    1500*1500

  • fruit object gourmet festival

    2000*1333

  • 9 бесплатно набросок наборов значок

    3000*3000

  • Новогодний обычай двенадцатый лунный месяц подметает дом

    150*150

  • значок мыши проекта

    5120*5120

  • струи пламени пряжки без отделочных материалов

    1000*1000

  • красочный середина года продажи текстовый эффект градиент фраза

    1200*1200

  • svg рисованной серая рыбка котенок кость пограничный элемент

    1200*1200

  • 2021 новый год с календарем в мультяшном стиле

    1200*1200

  • 3D led вентиляторы — новое оборудование от Plasmaonline

    Инновационное рекламное оборудование для Вашего мероприятия

    Голографический вентилятор представляет собой устройство, состоящее из тонких лопастей, в которые встроено множество ярких светодиодов высокой плотности. При работе голографического 3D вентилятора на светодиоды подаются электрические импульсы, синхронизированные с частотой вращения лопастей, в результате чего формируется яркая картинка.

    Лопасти очень тонкие, а частота вращения – очень высокая. Благодаря этому эффект вращения является совершенно незаметным визуально. За счет постоянного перемещения светодиодов с большой скоростью обеспечивается 3D эффект. Поэтому устройство фактически работает как голографический проектор, создавая яркое трехмерное изображение, которое буквально повисает в воздухе. Технология позволяет выводить динамическую картинку любого уровня сложности.

    Устройство способно транслировать графический и видеоконтент, в качестве которого может выступать логотип, изображение товара, краткие сообщения, другие статические и динамические картинки в рамках рекламной или промо-компании. Контент в голографический 3Д вентилятор можно загружать в файлах большинства популярных форматах через Wi-Fi при помощи мобильного или десктопного приложения. Это же приложение используется для удобного управления устройством.

    Благодаря этому, голографический вентилятор можно широко использовать в рекламной сфере:

    • на выставках для современного и технологичного оформления Вашего стенда;
    • на промо-акциях для привлечения максимального внимания аудитории;
    • особенно эффективно можно использовать вентилятор, когда Вам надо представить продукт, который находится еще в стадии разработки.

    Голографический
    3D вентилятор

    Узнать стоимость аренды голографического вентилятора можно по ссылке.

    RGB Пропеллер

    RGB Пропеллер                                                      RGB пропеллер
     

        До этого момента я уже ставил эксперименты со светодиодными дисплеями, основанными на механическом сканировании. Например, это было описано здесь. Поэтому данная работа стала логическим продолжением этой темы.
        Итак, пропеллер — это линейка(лопасть) из светодиодов, вращающаяся по кругу. Светодиоды в нужное время зажигаются, образуя изображение. Восновном любители собирают одноцветные часы/дисплеи. Весьма популярным источником информации на эту тему можно считать сайт[1]. Но одного цвета мне показалось мало и я взялся за работу…
        Описанный ниже дисплей хранит в памяти один цветной кадр с разрешением 256х32 точек. Он может воспроизводить 8 цветов(вместе с черным). Цвета без градаций, т.е. светодиод либо включен, либо выключен.

        Железо.

        Принципиальная схема контроллера.

        Картинка хранится в чипе SPI EEPROM памяти 25LC640. Чип на 64 КБит/8 КБайт, поэтому больше одного изображения туда не помещается. Контроллер ATTINY2313 загружает информацию из чипа памяти и отсылает ее в блок светодиодной индикации(в светодиодную лопасть). Помимо этого, контроллер принимает импульсы от датчика Холла, по которым он синхронизирует начало вывода изображения и рассчитывает время через которое необходимо загружать новую часть изображения. Через U1 MAX232 контроллер можно подключить к последовательному порту компьютера для загрузки новой картинки.
        Описание алгоритма работы. Датчик Холла подключен ко входу модуля захвата 16-битного таймера 1(вывод 11 ICP). При прохождении датчика мимо магнита и поступлении очередного импульса происходит захват значения счетного регистра таймера. Генерируется прерывание и мы попадаем в функцию обработчика
    interrupt [TIM1_CAPT] void timer1_capt_isr(void).

    Т.к. у нас «горизонтальное» разрешение 256 пикселов/столбцов, то полученное значение мы делим на 256(или просто сдвигаем вправо на 8 разрядов). Т.о. мы получаем отрезок времени(или число тактов) через которое нужно загрузить новый столбец изображения. Затем мы активируем модуль сравнения 8-битного таймера 0. Когда прошел этот промежуток времени, то мы попадем в обработчик сравнения
    interrupt [TIM0_COMPA] void timer0_compa_isr(void).
    Здесь мы последовательно считываем очередные 12 байт(или 96 бит — по кол-ву диодов) из чипа памяти и выгружаем их в светодиодный блок.
    Если от датчика долгое время нет импульса(например, нет движения или скорость недостаточна), то первый таймер  переполняется  — обработчик
    interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void)
    и отключается нулевой таймер, все светодиоды гасятся.

        Загрузка новой картинки из компьютера происходит через приемопередатчик UART, соответствующий обработчик —
    interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void).
    Микросхема памяти EEPROM поддерживает загрузку и запись информации в страничном режиме(размер страницы 32 байт). Поэтому для ускорения процедуры записи разработанный мной коммуникационный протокол может переключатья в блочный режим передачи. Размер блока — 35 байт. Формат представления данных:
    1. Команда, 1 байт:
        0x00 — сброс устройства, в ответ посылается байт ‘R’. Всего должно быть передано 3 байта: первый 0x00, остальные два — неважно какие;
        0x02 — считать байт по указанному адресу, в ответ высылается байт данных. Всего должно быть передано 3 байта:
    первый 0x02, затем адрес;
        0x01 — записать 32 байтную страницу по указанному адресу, в ответ отсылается ‘W’
    2. Адрес, 2 байта в следующем порядке: старший, младший байты.
    3. Данные страницы памяти, 32 байт. Принимаются только тогда, когда была передана команда записи 0x01. После приема всего блока из 35 байт, активируется запись в чип памяти. Через 5 мс, когда запись окончена, в ответ отсылается байт ‘W’.

        Изначально я планировал запитать всю конструкцию от трехвольтового источника питания(2 батареи типа AA). Но датчик Холла отказался работать при напряжении ниже 4,5-4,6 вольт, поэтому мне пришлось добавить еще две батареи, а излишек напряжения погасить с помощью двух последовательно включенных кремниевых диодов. Датчик Холла должен иметь цифровой выход, он был взят из старого компьютерного вентилятора.

        Принципиальная схема светодиодного блока.

        Светодиодный блок состоит из 12 последовательно соединенных сдвиговых регистров и светодиодов. Данные загружаются по последовательному каналу, затем при поступлении разрешающего импульса на вход ST_CP состояние выходов обновляется. 32 RGB светодиода мне бы обошлись в сумму около 40 долларов. Я посчитал что это дорого и купил по 32 отдельных диода с широким углом свечения на каждый цвет. Всего 96 дискретных диодов. Т.о. сэкономил в 2-3 раза. Моя идея заключалась в том, что можно для каждой цветовой компоненты отдельно выставить смещение на изображении. Например, в данном пикселе сначала загорается красный диод, затем когда на его место встанет зеленый — загорится зеленый, потом синий. Конечно, плата сильно увеличилась в ширину.
        Из-за того, что светодиоды отстоят друг от друга на расстояние в несколько мм  и по причине несимметричного расположения проявился эффект, схематично изображенный на рисунке:

    Он был особенно хорошо заметен с небольшого расстояния на тестовых изображениях: когда из центра исходят белые прямые. В целом, такое рассогласование на обычных изображениях было почти незаметно.

        Фотография устройства.

        Нумерация светодиодов идет от центра к концу. Тоже самое и с нумерацией микросхем сдвиговых регистров. Следует обратить внимание и еще на один эффект. Светодиоды, которые находятся ближе к центру визуально светят ярче. Это связано с тем, что наиболее удаленные от центра диоды описывают окружности значительно большей длины и их яркость, «размазываясь» по всей длине, становится меньше. Такую неравномерность свечения можно компенсировать подбором токоограничительных резисторов.

        Вид со стороны монтажа.

        Пришлось использовать микросхемы в корпусах для поверхностного монтажа. В противном случае плата была бы черезчур длинная(и тежелая).

        Софт.

        С учетом особенностей системы был разработан редактор изображений Propeller. Здесь есть необходимый набор инструментов: карандаш, линия, эллипс, поточечное редактирование. Левой кнопкой мыши рисуем, правой  — стираем(дает черный цвет). В программе также есть возможность положить на задний фон картинку и трассировать ее вручную, либо запустить автотрассировку.

    В настройках вывода можно указать смещение каждой цветовой компоненты и смещение базы.
        Программа экспортирует изображения в двоичные файлы .BIN — простые дампы памяти. Их можно загружать в EEPROM отдельным программатором либо воспользоваться специальной утилитой загрузки POV Programmer.

        Скачать:
        1. Исходник + прошивка для ATTINY2313.
        2. Редактор + загрузчик + небольшая библиотека кадров.

        Ссылки:
        1. SpokePOV — Persistence of Vision for your Bike!
     
     

    На главную


    Кремниевый детектор улучшил качество «картинки» на станции синхротронного излучения

    Станция «Плазма» в бункере СИ ВЭПП-4 в центре коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» создавалась в рамках гранта РНФ № 14-50-00080 для исследования воздействия импульсных тепловых нагрузок на материалы. Эксперимент проводится в буквальном смысле в реальном времени: импульсную нагрузку имитирует лазер, который нагревает поверхность материала на 2000̊ С° менее чем за 200 микросекунд, и в это же время материал просвечивается при помощи синхротронного излучения. «СИ в нашем эксперименте используется исключительно для диагностики, оно не оказывает никакого влияния на образец, — рассказывает ученый секретарь ИЯФ СО РАН, доцент НГТУ НЭТИ кандидат физико-математических наук Алексей Сергеевич Аракчеев. — Для исследований мы выбрали метод быстрой дифрактометрии, который дает наиболее интенсивный пучок и отлично подходит для изучения быстропротекающих процессов».

    Изначально для экспериментов использовался детектор DIMEX (detector for imaging of explosions), разработанный специалистами ИЯФ СО РАН для исследований взрывных процессов, которыми занимаются ученые Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН. Характерный период работы такого детектора составляет 100—200 наносекнд между кадрами, он настроен на то, чтобы регистрировать большие потоки излучения и потому имеет относительно низкую чувствительность. Детекторы на базе DIMEX с лучшим временным разрешением планируется изготовить для экспериментальной станции «Быстропротекающие процессы» первой очереди центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП СКИФ).

    «Для экспериментов по изучению воздействия импульсных нагрузок интервал между кадрами, которые делает детектор, должен составлять 10 микросекунд, но, поскольку в отличие от взрывных процессов, здесь идет работа не с прямым, а с отраженным пучком, имеющим значительно более низкую интенсивность, от него требуется очень высокая чувствительность, — рассказывает главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Лев Исаевич Шехтман. — Мы разработали специальный детектор на основе кремниевой пластины, размером 5х3 см и толщиной 300 мкм, на которую нанесены специальные полоски-диоды с шагом 50 мкм. Он обладает однофотонной чувствительностью — то есть регистрирует практически каждый пролетающий фотон и по этому показателю превосходит предшественника в 10 раз». Кроме того, пространственное разрешение этого детектора значительно выше, чем у газового детектора DIMEX, поскольку последний рассчитан на регистрацию фотонов существенно более низких энергий. Возрастание чувствительности напрямую влияет на качество изображения, получаемого в ходе эксперимента: его разрешение увеличивается в 5 раз. Это значительно упрощает и ускоряет процесс дальнейшей интерпретации результатов.

    Станция «Плазма», которая предназначена для фундаментальных исследований воздействия импульсных нагрузок на материал, получила такое название, потому что под импульсными нагрузками сейчас понимается, прежде всего, воздействие потоков плазмы на материал первой стенки термоядерного реактора ИТЭР, запуск которого намечен на 2025 год.

    «По совокупности качеств, главное из которых — высокая температура плавления (3422°С) и устойчивость к радиационным нагрузкам, таким материалом был выбран вольфрам, — поясняет Алексей Аракчеев. — Проблема в том, что он очень хрупкий. Металлы, которые обычно используются “в жизни” могут деформироваться, чтобы уменьшать напряжения, а вольфрам просто трескается. На станции “Плазма” мы при помощи рентгеновского рассеяния исследуем структурные, “внутренние” изменения вольфрама в результате аналогичных импульсов, моделируемых при помощи лазера. Цель наших исследований — определить допустимый предел таких нагрузок. Кроме того, у нас есть специальный экспериментальный стенд BETA на ускорительном комплексе ГОЛ-3, где также в реальном времени проводятся оптические исследования повреждений поверхности металла. Эксперименты на этих двух установках дополняют друг друга и помогают нам лучше понять механизм процесса».

    Необходимо отметить, что для более качественного исследования плазменного воздействия на материалы также планируется создание специальной экспериментальной станции в рамках первой очереди ЦКП СКИФ.

    Создание Spoke POV (рисунок на колесе) Часть 1 / Блог им. ps1x / Сообщество EasyElectronics.ru

    Итак, чтобы было понятно о чем речь, прежде всего представлю вашему вниманию видео сего изобретения:


    Сразу предупреждаю, видео не мое 😉

    Кратко о сути
    На колесе размещена линейка светодиодов, при быстром вращении светодиоды мигают определенным образом, и мы видим изображение. Это называется механической разверткой изображения. Опытным путем выяснилось что для нормального просмотра картинки нужно как минимум 12 кадров/сек. Учитывая диаметр колеса горного велосипеда — 26″ (дюймов) получим что длина окружности C = 2πR = 2*3,14*((26/2)*2,54) ~= 207 см. Таким образом, 1 кадр изображения получается при проезде 207 см, а 12 кадров соответственно 24,8 метра, 24 метра в секунду для велосипеда уже слишком. Решается проблема очень просто — добавляем еще несколько линеек. Например возьмем 3 — тогда нужная скорость составит ~ 7 м/с что уже вполне комфортно (25 км/ч). В принципе картинку видно и при меньшей скорости, от 10 км/ч для трех линеек.
    Возьмем 32 светодиода — получится 16см во-первых плата поместится на лист а4, во-вторых мы будем использовать сдвиговые регистры, и нам понадобятся ровно 4 штуки на линейку. Посчитаем необходимые компоненты:
    1. Atmega8 / Atmega16 — 1 шт.
    2. 74hc595 — 4 шт.
    3. Светодиоды любого цвета 5мм — 64 шт. (32 на две стороны колеса)
    4. Резисторы токоограничительные 64 шт.
    5. Датчик Холла
    6. Плата, разъем питания, батарейный отсек, стяжки пластиковые

    Думаю все вместе будет стоить в районе 700 — 800р.

    В следующей части разведем печатную плату и попробуем ее изготовить методом ЛУТ :)

    Что такое диод? (с иллюстрациями)

    Проще говоря, диод похож на односторонний клапан, который позволяет электрическому току течь в одном направлении, но обычно не позволяет ему течь в противоположном направлении. Направление электрического тока в диоде может быть изменено на обратное. Однако даже если это так, поток все равно будет однонаправленным.

    Диод содержит два электрода, которые действуют примерно так же, как полупроводники.Положительный или p-тип обычно является анодом, а отрицательный или n-тип — катодом. Другими словами, катод заряжен отрицательно по сравнению с анодом. Если катод заряжен при таком же или очень близком напряжении к аноду, ток не будет течь.

    В электронике диод действует аналогично носителям заряда.Диоды также можно сравнить с обратными клапанами или переключателями. Если бы вместо потока была задействована жидкость или вода, это было бы похоже на воду, текущую вверх или вниз по потоку. Проще говоря, диод имеет тенденцию допускать поток от входа к потоку, но не наоборот.

    Чтобы изменить направление потока, катод должен заряжаться более высоким напряжением, чем анод.Это известно как лавинное напряжение, но, несмотря на название, не всегда требуется большое количество вольт для изменения направления. На самом деле это может быть разница всего в несколько вольт.

    Диод может преобразовывать электрический ток из переменного в постоянный или из переменного тока в постоянный.Это называется выпрямлением, и выпрямительные диоды чаще всего используются в слаботочных источниках питания. Переключающий диод чаще всего используется для включения или выключения схемы, а переключающие диоды используются для переключения сигналов высокочастотной полосы. Стабилитрон известен как диод постоянного напряжения из-за того, что даже при изменении напряжения источника питания напряжение стабилитрона остается на постоянном уровне. Диод с барьером Шоттки, когда он используется для высокоскоростного переключения, а не основного выпрямления, используется для таких вещей, как УВЧ и другие высокочастотные сигналы.

    Диод может использоваться для различных целей, включая создание различных сигналов, таких как аналоговый сигнал, частоты, такие как микроволновые частоты, или свет.Те, которые излучают свет, известны как светоизлучающие диоды или светодиоды. Этот тип диода излучает свет, когда через него течет ток. Светодиоды используются для таких вещей, как освещенные элементы в компьютерных системах, часах, дисплеях на микроволновых печах и электронике, солнечном освещении и даже в некоторых более современных конструкциях рождественских огней.

    Диоды

    Диод — это полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь через него только в одном направлении.Хотя транзистор также является полупроводниковым устройством, он работает не так, как диод. Диод специально сделан так, чтобы ток проходил через него только в одном направлении.
    Здесь перечислены некоторые способы использования диода.
    Диод может использоваться в качестве выпрямителя, преобразующего переменный ток (переменный ток) в постоянный ток для устройства источника питания.
    Диоды могут использоваться для отделения сигнала от радиочастоты. Диоды
    можно использовать в качестве переключателя включения / выключения, который контролирует ток.
    Этот символ используется для обозначения диода на принципиальной схеме.

    Значение символа: (Анод) (Катод).
    Ток течет со стороны анода на сторону катода.

    Хотя все диоды работают по одному и тому же принципу, существуют разные типы, подходящие для разных применений. Например, для указанных приложений лучше всего использовать следующие устройства.



    На графике справа показаны электрические характеристики типичного диода.

    Когда на диод подается небольшое напряжение в прямом направлении, ток течет легко.
    Поскольку диод имеет определенное сопротивление, напряжение будет немного падать по мере прохождения тока через диод. Типичный диод вызывает падение напряжения примерно на 0,6 — 1 В (В F ) (в случае кремниевого диода почти на 0,6 В)
    Это падение напряжения необходимо учитывать в схеме, в которой используется несколько последовательно включенных диодов. Также необходимо учитывать количество тока, проходящего через диоды.

    Когда напряжение подается в обратном направлении через диод, диод будет иметь большое сопротивление току.
    Различные диоды имеют разные характеристики при обратном смещении. Выбирать данный диод следует в зависимости от того, как он будет использоваться в схеме.
    Ток, который будет протекать через диод, смещенный в обратном направлении, будет варьироваться от нескольких мА до всего А, что очень мало.

    Допустимые предельные напряжения и токи необходимо учитывать в каждом конкретном случае.Например, при использовании диодов для выпрямления часть времени им потребуется выдерживать обратное напряжение. Если диоды не выбраны тщательно, они выйдут из строя.


    Выпрямительный / переключающий / регулирующий диод



    Полоса на одном конце диода показывает полярность диода.
    Полоса показывает катодную сторону.
    Два верхних устройства, показанные на рисунке, представляют собой диоды, используемые для выпрямления. Они созданы для работы с относительно высокими токами.Устройство наверху может выдерживать ток до 6А, а устройство под ним безопасно — до 1А.
    Однако его лучше всего использовать примерно на 70% от его рейтинга, потому что это текущее значение является максимальным рейтингом.
    Третье сверху устройство (красного цвета) имеет номер детали 1S1588. Этот диод используется для переключения, потому что он может включаться и выключаться с очень высокой скоростью. Однако максимальный ток, который он может выдержать, составляет 120 мА. Это делает его хорошо подходящим для использования в цифровых схемах. Максимальное обратное напряжение (обратное смещение), с которым может работать этот диод, составляет 30 В.
    Устройство внизу рисунка представляет собой диод стабилизации напряжения с номиналом 6В. Когда этот тип диода смещен в обратном направлении, он будет сопротивляться изменениям напряжения. Если входное напряжение увеличится, выходное напряжение не изменится. (Или любое изменение будет незначительным.) Хотя выходное напряжение не увеличивается с увеличением входного напряжения, выходной ток будет.
    Это требует некоторой продуманной схемы защиты, чтобы не протекать слишком большой ток.
    Предельный номинальный ток для устройства составляет 30 мА.
    Обычно трехконтактный регулятор напряжения используется для стабилизации источника питания. Поэтому этот диод обычно используется для защиты схемы от кратковременных скачков напряжения. В 3-х полюсных регуляторах используются диоды стабилизации напряжения.


    Диодный мост

    Выпрямительные диоды используются для создания постоянного тока из переменного тока. Используя 1 диод, можно выполнить только «полуволновое выпрямление». Когда объединены 4 диода, происходит «двухполупериодное выпрямление».
    Устройства, объединяющие 4 диода в одном корпусе, называются диодными мостами.Они используются для двухполупериодного выпрямления.


    На фотографии слева показаны два примера диодных мостов.

    Цилиндрическое устройство справа на фотографии имеет ограничение по току 1А. Физически он имеет высоту 7 мм и диаметр 10 мм.
    Плоское устройство слева имеет ограничение по току 4А. Он имеет толщину 6 мм, высоту 16 мм и ширину 19 мм.

    На фотографии справа показан большой мощный диодный мост.
    Имеет текущую мощность 15А.Пиковое напряжение обратного смещения составляет 400 В.
    Для диодных мостов с большой токовой нагрузкой, подобных этому, требуется радиатор. Обычно они привинчиваются к металлическому элементу или корпусу устройства, в котором они используются. Радиатор позволяет устройству излучать избыточное тепло.
    Что касается размеров, то у него ширина по 26 мм с каждой стороны, а высота модульной части — 10 мм.



    Светоизлучающий диод (LED)

    Светодиоды необходимо выбирать в зависимости от того, как они будут использоваться, потому что существуют разные типы.
    Диоды доступны в нескольких цветах. Самые распространенные цвета — красный и зеленый, но есть даже синие.

    Устройство справа на фотографии сочетает в себе красный и зеленый светодиоды в одном корпусе. Вывод компонентов в середине является общим для обоих светодиодов. Что касается оставшихся двух выводов, одна сторона предназначена для зеленого, а другая — для красного светодиода. Когда оба включены одновременно, он становится оранжевым.

    Когда светодиод новый из упаковки, полярность устройства может быть определена по проводам.Более длинный вывод — это сторона анода, а короткий — сторона катода.

    Полярность светодиода также можно определить с помощью измерителя сопротивления или даже батареи на 1,5 В.

    При использовании измерительного прибора для определения полярности установите прибор на диапазон измерения низкого сопротивления. Подключите щупы измерителя к светодиоду. Если полярность правильная, светодиод будет гореть. Если светодиод не светится, переключите щупы измерителя на противоположные выводы светодиода. В любом случае сторона диода, которая подключена к черному щупу измерителя, когда светодиод светится, является стороной анода.Положительное напряжение вытекает из черного щупа, когда измеритель настроен на измерение сопротивления.

    Можно использовать светодиод для получения фиксированного напряжения.
    Падение напряжения (прямое напряжение, или V F ) светодиода сравнительно стабильно и составляет всего около 2 В.

    Объясняю схему, в которой напряжение стабилизировалось светодиодом в «Термометре гибочного устройства-2».



    Диод с барьером Шоттки

    Диоды используются для преобразования переменного тока в постоянный.Однако выпрямление не произойдет, если частота переменного тока слишком высока. Это связано с так называемой «характеристикой обратного восстановления».
    Характеристика обратного восстановления может быть объяснена следующим образом:
    ЕСЛИ противоположное напряжение внезапно прикладывается к диоду с прямым смещением, ток будет продолжать течь в прямом направлении в течение короткого времени. На этот раз, пока ток не перестанет течь, называется временем обратного восстановления. Ток считается прекращенным, когда он падает примерно до 10% от значения пикового обратного тока.
    Диод с барьером Шоттки имеет короткое время обратного восстановления, что делает его идеально подходящим для использования в высокочастотном выпрямлении.

    Диод с барьером Шоттки имеет следующие характеристики.

      Падение напряжения в прямом направлении небольшое.
      Время обратного восстановления короткое.
    Однако он имеет следующие недостатки.
      Диод может иметь относительно высокий ток утечки.
      Низкое сопротивление перенапряжению.
    Поскольку время обратного восстановления невелико, этот диод часто используется в качестве импульсного стабилизатора в высокочастотной цепи.

    Электролюминесценция и фотоотклик неорганических галогенидных перовскитных бифункциональных диодов

    В этой работе мы сообщаем о наших усилиях по разработке нового бифункционального светоизлучающего и фотодетекторного диода на основе неорганического галогенида перовскита. Двухфункциональный диод способен излучать однородный зеленый свет с максимальной длиной волны 520 нм при прямом смещении> 2 В, обеспечивая высокую яркость> 10 3 кд / м 2 при 7 В Он становится эффективным фотодетектором, когда бифункциональный диод работает при обратном смещении, демонстрируя чувствительность в широкополосном диапазоне длин волн от ультрафиолетового до видимого света.Бифункциональный диод обладает очень быстрой переходной электролюминесценцией (EL) и характеристиками фотоотклика, например с коротким временем нарастания ЭЛ ~ 6 мкСм и временем фотоотклика ~ 150 мкСм. Кроме того, бифункциональный диод также чувствителен к 520 нм, длине волны его пикового излучения электролюминесценции. Способность бифункциональных диодов к применению в высокоскоростной передаче данных в видимом свете была проанализирована и продемонстрирована с использованием двух идентичных бифункциональных диодов, один из которых выполняет функцию генератора сигнала, а другой — приемника сигнала.Двойные функции излучения света и возможности обнаружения света, обеспечиваемые бифункциональными диодами, очень привлекательны для различных приложений в подводной связи и телекоммуникациях в видимом свете.

    1 Введение

    Бифункциональные устройства, обеспечивающие излучение света и обнаружение фото в одной конфигурации, привлекательны для различных приложений и ценны для упрощения процессов производства и уменьшения размера устройства [1], [2], [3], [4], [5]. Чтобы получить такую ​​двойную функциональность, одна стратегия состоит в том, чтобы разместить фотодиод (PD) и светоизлучающий диод (LED) вместе с промежуточным электродом между двумя блоками [1], [2].Это включает в себя утомительное управление межэлектродом и точную конструкцию многослойной конфигурации. Другой метод заключается в использовании светочувствительного слоя в светодиодах [3], [4], [5], где энергетические уровни промежуточных слоев должны быть хорошо выровнены, и большинство материалов не поддаются обработке в растворе.

    В последние годы большой прогресс был достигнут как в органических излучающих материалах, так и в их светоизлучающих диодах (OLED), но большая полная ширина на полувысоте (FWHM) для OLED делает их непригодными для применения в области фотодетектирования [6], [7], [8].Напротив, перовскитные материалы становятся многообещающими кандидатами для множества применений благодаря их превосходным оптоэлектронным свойствам, таким как высокая подвижность носителей заряда, большой коэффициент поглощения и характеристики излучения насыщенного света [9], [10], [11], [12] ], [13], [14], [15], [16] для различных применений в солнечных элементах [9], [10], [11], [12] и светоизлучающих устройствах [13], [14], [15], [16]. Неорганический галогенидный перовскит, например бромид цезия-свинца (CsPbBr 3 ) известен своей хорошей термической стабильностью и превосходными оптоэлектронными свойствами [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [ 23], [24].Перовскит CsPbBr 3 интенсивно исследуется для применения как в солнечных элементах [17], [18], [19], так и в светодиодах [15], [20], [21] из-за его одновременно отличного поглощения света и излучения насыщенного света. характеристики. В солнечных элементах на основе CsPbBr 3 была достигнута эффективность до 6,7%, что указывает на CsPbBr 3 как на превосходный светочувствительный материал [19]. Между тем, CsPbBr 3 также подходит для приложений обнаружения фотографий с высокой чувствительностью и чувствительностью [22], [23], [24].С другой стороны, благодаря исключительному квантовому выходу световой яркости (PLQY) перовскит CsPbBr 3 привлекает значительное внимание для применения в светодиодах с уникальными характеристиками излучения, например узкий спектр излучения и низкое напряжение включения [20], [21]. Перовскит CsPbBr 3 , обладающий одновременно превосходными светособирающими и светоизлучающими свойствами, делает его очень подходящим кандидатом для использования в многофункциональной оптоэлектронике.

    В этой работе мы сообщаем о наших усилиях по разработке высокопроизводительных бифункциональных диодов на основе перовскита CsPbBr 3 .Функциональный слой перовскита CsPbBr 3 в бифункциональном диоде служит светоизлучающим слоем, когда диод работает при прямом смещении, и становится слоем обнаружения света, когда диод работает с обратным смещением. Превосходные оптоэлектронные свойства перовскитного слоя CsPbBr 3 , такие как насыщенное излучение зеленого света и хорошее поглощение света в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне длин волн света, позволяют реализовать двойную функцию электролюминесценции (EL) и фотоотклика. в одном устройстве.Характеристики электролюминесценции, функционирующие как светодиоды, и фотоотклика, действующие как частичные разряды, бифункционального диода могут быть реализованы путем управления полярностью внешних смещений. Уникальная двойная функция электролюминесценции и фотоотклика в одном идентичном устройстве имеет преимущество в уменьшении сложности конфигурации устройства, которая часто включает использование тандемной структуры, и тем самым упрощает процедуры изготовления. Было также обнаружено, что бифункциональные диоды демонстрируют очень быструю переходную электролюминесценцию и переходные характеристики фотоотклика, которые являются предпосылкой для применения в оптической связи.Система связи в видимом свете, работающая на длине волны 520 нм, была продемонстрирована с использованием двух идентичных бифункциональных диодов, один функционировал как генератор сигнала, а другой действовал как приемник сигнала. Результаты работы очень обнадеживают. Ожидается, что бифункциональные диоды на основе неорганического галогенида перовскита могут быть коммерчески жизнеспособной технологией для приложений, например, в Интернет вещей, интеллектуальное освещение, видимый свет внутри помещений, подводная связь и т. Д.

    2 метода

    Прекурсор CsPbBr 3 был получен нестехиометрическим способом с избытком CsBr [9], [20].0,18 м PbBr 2 (Sigma Aldrich) и 0,324 м CsBr (Sigma Aldrich) растворяли в диметилсульфоксиде (Sigma Aldrich) и продолжали перемешивать перед использованием. Все химические вещества используются в том виде, в каком они были получены. Стеклянные подложки с предварительно нанесенным рисунком, покрытые оксидом индия и олова (ITO) толщиной 180 нм, с листовым сопротивлением 100 Ом на квадрат, очищали ультразвуком последовательно с разбавленным детергентом, деионизированной водой, ацетоном и изопропиловым спиртом каждый в течение 15 мин. После сушки в печи ITO / стеклянные подложки подвергались воздействию УФ-озона в течение 10 минут для удаления остаточных химикатов с поверхности ITO.Обработка УФ-озоном также помогает улучшить гидрофильность поверхности, способствуя осаждению слоя переноса дырок (HTL) поли (3,4-этилендиокситиофена) -поли (стиролсульфоната) (PEDOT: PSS). PEDOT: PSS HTL толщиной 40 нм оптимизировали путем контроля условий нанесения покрытия центрифугированием. Подложки с тонкой пленкой PEDOT: PSS отжигали при 140 ° C в течение 10 минут для удаления остаточной воды, а затем переносили в перчаточный бокс с кислородом и уровнями H 2 O ниже 0,1 ppm. Затем тонкая пленка CsPbBr 3 была выращена на поверхности PEDOT: PSS HTL с использованием двух различных подходов, например.грамм. (1) капельно-спиновый метод и (2) спин-капельный метод. В методе капельно-центрифугирования 80 мкл прекурсора капали на поверхность PEDOT: PSS HTL, и вращение подложки начиналось только после того, как раствор прекурсора перовскита был равномерно распределен по подложке. При использовании метода спин-капель вращение подложки происходило перед каплей 80 мкл раствора предшественника. Толщина слоев CsPbBr 3 контролировалась скоростью вращения в процессе центрифугирования, например CsPbBr 3 толщиной 26 нм, 30 нм и 36 нм были приготовлены с использованием различных скоростей вращения 3500 об / мин, 3000 об / мин и 2500 об / мин в течение 60 с, соответственно.Тонкие пленки CsPbBr 3 отжигались при 70 ° C в течение 10 мин в перчаточном боксе, образцы переносились в вакуумную камеру для напыления толщиной 100 нм 2,2 ′, 2 ″ — (1,3,5- Бензинтриил) -трис (1-фенил-1-H-бензимидазол) (TPBi) слой переноса электронов (ETL), слой инжекции электронов LiF (EIL) толщиной 1 нм и алюминиевый электрод толщиной 100 нм, полученные термическим напылением. Перед измерениями приборы помещали в перчаточный ящик. Активная площадь прибора ~ 0,1 см 2 .

    Спектры поглощения активных слоев CsPbBr 3 в УФ и видимой областях регистрировали с помощью спектрофотометра HP 8453. Морфологические характеристики тонкой пленки исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) на системе LEO 1530. Кристалличность активного слоя CsPbBr 3 измеряли методом рентгеновской дифракции (XRD). Фотолюминесцентные (ФЛ) свойства тонкой пленки были охарактеризованы с использованием He-Cd-лазера, работающего на длине волны 325 нм в качестве активирующего света.Характеристики яркости, плотности тока и напряжения ( L Дж В ) бифункциональных диодов были охарактеризованы с помощью колориметра яркости, электрометра и управляющего программного обеспечения. Для измерения фотоотклика бифункциональных диодов использовали два светодиодных источника света (Zolix) с разными максимальными длинами волн ЭЛ 365 нм и 450 нм. Переходная ЭЛ бифункциональных диодов регистрировалась с помощью коммерческого Si-фотодиода (Thorlabs) и регистрировалась осциллографом (Tektronix).Переходный фотоотклик ФП регистрировался на осциллографе в импульсном синем свете (450 нм). Все оптоэлектронные измерения проводились при комнатной температуре.

    3 Результаты и обсуждение

    В оптоэлектронных устройствах на основе неорганического галогенида перовскита CsBbBr 3 огромное внимание было уделено синтезу квантовых точек (КТ) CsBbBr 3 [21], [22], [25], [26], [27] ] для высокой производительности, например PLQY [27], [28]. Однако процедуры синтеза обычно включают сложную пассивацию поверхностей квантовых точек, которая создает барьеры для инжекции из-за поверхностных лигандов [29].Тонкопленочные устройства на основе перовскита CsPbBr 3 становятся многообещающим выбором для функциональной оптоэлектроники [30], [31], [32], [33] из-за простоты изготовления с использованием недорогих методов, таких как нанесение покрытия методом центрифугирования и нанесение покрытия распылением. Морфология эмиссионного слоя CsPbBr 3 играет решающую роль в достижении высокой световой отдачи светодиодов на основе CsPbBr 3 [34], [35].

    В этой работе обнаружено, что способ нанесения слоя CsPbBr 3 оказывает огромное влияние на морфологию тонкой пленки.Собственно быстрая кристаллизация перовскита CsPbBr 3 имеет тенденцию к формированию различных морфологических особенностей в зависимости от методов нанесения покрытия центрифугированием. В капельно-вращательном методе, когда вращение подложки было установлено после отливки прекурсора, быстрая кристаллизация CsPbBr 3 имеет тенденцию к формированию кольцевых структур во время медленного свободного распространения, как схематически показано на рисунке 1A. Левая вставка на рис. 1А представляет собой фотографию, сделанную для тонкой пленки CsPbBr 3 на ITO / HTL с прозрачными кольцевидными элементами при УФ-свете 350 нм.Светодиоды на основе этих тонких пленок с кольцевой структурой также демонстрируют неоднородное световое излучение, как показано на правой вставке на рис. 1А. Четкие кольцевые особенности, наблюдаемые невооруженным глазом на тонкой пленке CsPbBr 3 , приписываются быстрой кристаллизации материала CsPbBr 3 во время медленного распространения предшественника. Кольцевая особенность пленки формируется из-за распределения пространственно изменяющейся толщины слоя. Соответствующий профиль толщины слоя по поверхности CsPbBr 3 отчетливо виден при измерении ступенчатым профилометром.На рисунке S1 (вспомогательная информация) показана фотография, сделанная для измерения с использованием ступенчатого профилировщика, и направление строчной развертки при измерении. Линейный профиль кольцевой поверхности показан на рисунке S2. Четкие пики высоты можно увидеть на профиле толщины пленки в направлении сканирования, что соответствует положению «кольцевого» элемента на пленке. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая формирование кольцевых элементов, показана на рисунке S3. Прекурсор был нанесен на подложку и свободно растекался по пленкообразованию.В этот период кольцеобразные детали сформировались из-за быстрой кристаллизации пленки CsPbBr 3 . Чтобы справиться с этим образованием неоднородной тонкой пленки, был введен метод спин-капли, при котором прекурсор отливали на вращающейся подложке. Этот метод обеспечивает центробежную силу во время распространения прекурсора, как схематически показано на рисунке 1B. Как следствие, была получена однородная тонкая пленка CsPbBr 3 с высокой воспроизводимостью, как показано на фотографии, показанной на левой вставке Фиг.1B, в УФ-свете.Равномерный профиль поверхности тонкой пленки CsPbBr 3 представлен на рисунке S4, без каких-либо пиков высоты, которые были замечены в кольцевых пленках. Светодиод с однородной тонкой пленкой CsPbBr 3 показывает однородное световое излучение, как показано на фотографии, показанной на правой вставке рисунка 1B. Центробежная сила, создаваемая вращающейся подложкой, способствует распространению прекурсора, который отвечает за формирование хорошо воспроизводимого и однородного эмиссионного слоя CsPbBr 3 .

    Рисунок 1:

    Схематические диаграммы, иллюстрирующие качество тонких пленок CsPbBr 3 , полученных методами (A) капельно-спинового и (B) спин-капельного метода.Вставки на (A): фотографии, сделанные для тонкой пленки CsPbBr 3 , выращенной на PEDOT: PSS / ITO, экспонированной в УФ-свете (слева) и бифункциональном диоде, излучающем свет при 3 В (справа). Вставки на (B): фотографии, сделанные для тонкой пленки CsPbBr 3 , выращенной на PEDOT: PSS / ITO, экспонированной в УФ-свете (слева), и бифункциональный диод, излучающий однородный свет при 3 В (справа).

    Характеристики однородных тонких пленок CsPbBr 3 исследованы методами SEM и XRD.СЭМ изображение сверху тонкой пленки CsPbBr 3 показано на рисунке 2A. Получены равномерно распределенные кристаллы CsPbBr 3 с относительно малоразмерными поликристаллическими особенностями [20], [36]. Механизм спинодального разложения, вероятно, играет роль в формировании тонкой пленки CsPbBr 3 , приводящей к мелкодисперсной микроструктуре, как показано на рисунке 2A. Равномерно распределенные мелкие кристаллические зерна CsPbBr 3 имеют преимущества для светового излучения.Диаграмма XRD, показанная на рисунке 2B, показывает три типичных дифракционных пика при 15,2, 21,5 и 30,4 градусах, которые могут быть отнесены к плоскостям (100), (110) и (220) кристалла CsPbBr 3 , идентифицируя формирование орторомбической структуры кристалла [17], [33]. Спектры поглощения и статической ФЛ тонкой пленки CsPbBr 3 показаны на рисунке 2C. Очевидно, что максимумы сигнала ФЛ расположены вблизи края поглощения с незначительной разницей, свидетельствующей о том, что излучение ФЛ CsPbBr 3 связано с прямой рекомбинацией зарядов через край полосы CsPbBr 3 [20].Спектр поглощения показывает, что тонкая пленка CsPbBr 3 способна поглощать фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны ~ 2,3 эВ [19], [36], так что она является хорошим поглотителем света для УФ и части видимого света. Спектр фотолюминесценции тонкой пленки CsPbBr 3 очень узок с FWHM ~ 20 нм, что указывает на то, что перовскит CsPbBr 3 является привлекательным материалом для излучения насыщенного света. Эти уникальные свойства с одновременным превосходным поглощением и излучением света позволяют предположить, что перовскит CsPbBr 3 является универсальным материалом для многофункциональных оптоэлектронных устройств.

    Рисунок 2:

    CsPbBr 3 Характеристики тонкой пленки перовскита.

    (A) СЭМ-изображение, вид сверху, и (B) спектр XRD, измеренный для тонкой пленки перовскита CsPbBr 3 , нанесенной на подложки PEDOT: PSS / ITO, и (C) спектры поглощения и ФЛ, измеренные для CsPbBr 3 Тонкая пленка перовскита, нанесенная на кварцевые подложки.

    Изготовлен и охарактеризован диод, состоящий из тонкой пленки CsPbBr 3 в качестве активного слоя с конфигурацией ITO / PEDOT: PSS / CsPbBr 3 / TPBi / LiF / Al.Слой CsPbBr 3 был зажат между HTL PEDOT: PSS и ETL TPBi, как схематично показано на рисунке 3A, который является типичной структурой в светодиодах на основе перовскита CsPbBr 3 [30], [37], [38]. Диод обладает двойной функциональностью за счет управления полярностью смещения, как показано на рисунке 3A. При прямом смещении диод работает в режиме светодиода, где дырки и электроны инжектируются в излучающий слой CsPbBr 3 , как показано на рисунке 3B, что приводит к EL. В то время как с обратным смещением диод функционирует как PD, в котором формируются фотогенерируемые отверстия и электроны, которые затем собираются соответствующими электродами, управляемыми внешним электрическим полем.Схема рабочего механизма показана на рисунке 3C. Эта двойная функция электролюминесценции и фотоотклика в одном устройстве использует преимущества универсальных свойств перовскитного активного слоя CsPbBr 3 .

    Рисунок 3:

    Схема рабочего механизма бифункциональных диодов.

    (A) Схематический вид в разрезе бифункционального диода и его двойного действия для электролюминесценции и фотоотклика. Схематические диаграммы, иллюстрирующие (B) инжекцию заряда для процесса излучения света, когда бифункциональный диод работает при прямом смещении, и (C) извлечение заряда для обнаружения света, когда он работает при обратном смещении.

    Сначала были исследованы электролюминесцентные свойства бифункциональных диодов и оптимизированы характеристики путем регулирования толщины слоя перовскита CsPbBr. 3 . Характеристики L J V показаны на рисунке 4A. С увеличением прямого смещения увеличивается плотность тока и яркость всех светодиодов. И все три устройства с разной толщиной активного слоя демонстрируют низкое напряжение включения ~ 2В.Сверхнизкое напряжение включения, даже меньшее, чем ширина запрещенной зоны материала (~ 2.3 эВ), предполагает чрезвычайно эффективную инжекцию заряда из переносящих заряд слоев в активный слой [36]. Светодиод на основе активного слоя перовскита CsPbBr 3 толщиной 30 нм показывает относительно более высокую люминесценцию по сравнению с двумя другими устройствами с толщиной (26 и 36 нм) слоя CsPbBr 3 , достигая максимальной яркости 3035 кд / см. 2 при прямом смещении 13 В. Токовый выход трех светодиодов в зависимости от толщины активного слоя и напряжения смещения приведен на рисунке 4B.Светодиод с толщиной активного слоя 30 нм обеспечивает более высокий выход по току за счет улучшенных характеристик электролюминесценции. Все светодиоды имеют спектр излучения, не зависящий от напряжения.

    Рисунок 4:

    Электролюминесцентные характеристики бифункциональных диодов.

    (A) J L V Характеристики и (B) выход по току, измеренные для бифункциональных диодов с различной толщиной активного слоя 26 нм, 30 нм и 36 нм.(C) Типичные спектры электролюминесценции, измеренные для бифункционального диода при различных прямых смещениях. (D) Переходные характеристики электролюминесценции бифункционального диода, работающего от источника питания 5 В с модуляцией 20 кГц. Для сравнения также нанесен профиль модулированного смещения 20 кГц.

    Спектры электролюминесценции светодиода со слоем перовскита CsPbBr толщиной 30 нм. 3 показаны на рис. 4C как функция напряжения смещения. Идентичный пик электролюминесценции наблюдался независимо от напряжения смещения.Спектры ЭЛ также хорошо согласуются с характеристиками ФЛ. Также были исследованы переходные характеристики электролюминесценции диодов в режиме светодиода. В качестве источника питания использовался функциональный генератор. Переходная ЭЛ диода регистрировалась с помощью коммерческого Si-фотодиода и регистрировалась осциллографом. На рисунке 4D переходная EL сравнивалась с соответствующим управляющим сигналом функционального генератора на частоте 20 кГц. Время нарастания и спада электролюминесценции составило ~ 6 мкс, что позволяет предположить, что светодиоды потенциально подходят для генераторов переходного света в высокоскоростных системах связи в видимом диапазоне.

    Затем были определены характеристики частичного разряда бифункционального диода. Активный слой перовскита CsPbBr 3 контролировался равным 30 нм. На рисунке 5A представлены внешняя квантовая эффективность ( EQE ) и светочувствительность ( R ) бифункционального диода в зависимости от длины волны, работающей при 0 В. Светочувствительность определяется как R = I фото / P в , где I фото — это фототок, а P в — мощность падающего света, имеет тесную связь с EQE в виде R = EQE / hv , где R находится в A / W, а hv — энергия падающего фотона в эВ.Эти результаты показывают, что диод может работать в режиме автономного питания, в котором фотогенерируемые заряды могут собираться под встроенным потенциалом. EQE 7% и светочувствительность 20 мА / Вт были получены при 350 нм. Эффективность сбора фотогенерируемых зарядов можно в значительной степени повысить, применив обратное смещение к частичному разряду. Фотоотклик бифункциональных диодов при обратном смещении измерялся при освещении 365 нм и 450 нм. Вольт-амперные характеристики диодов при освещении 365 нм и 450 нм представлены на рисунке 5B.Бифункциональный диод показывает хороший фотоотклик как при длине волны 365 нм, так и 450 нм. С увеличением обратного смещения фототок увеличивается из-за усиленного сбора заряда с помощью внешнего электрического поля. На Фигуре 5C суммированы полученные значения светочувствительности диодов в зависимости от обратного смещения и интенсивности света. Светочувствительность диодов зависит от интенсивности света, как и у серийно выпускаемых фотодетекторов. При более высоком обратном смещении светочувствительность увеличивается из-за улучшенной эффективности сбора фотогенерируемых зарядов.По сравнению с результатами фотодетекторов на основе CsPbBr 3 [20], [21], устройства выигрывают от более низкого напряжения возбуждения, что потенциально привлекательно для маломощных портативных и носимых устройств. Переходный фотоотклик бифункционального диода оценивался путем подачи на устройство серии сигналов синего света и регистрации сигналов фототока. Профиль сигналов синего света и фотоотклик диода, работающего при 0 В, показаны на рисунке 5D. Согласно переходному профилю фотоотклика, время нарастания и спада диода оценивается в ~ 160 и ~ 170 мкс.Переходный фотоотклик был быстрым по сравнению с описанными детекторами на основе CsPbBr 3 [22], [23].

    Рисунок 5:

    Фотоотклик бифункциональных диодов.

    (A) EQE и соответствующая светочувствительность бифункционального диода при смещении 0 В, (B) фото вольт-амперные характеристики, измеренные для бифункциональных диодов с использованием двух светодиодных источников с разными пиковыми длинами волн ЭЛ 365 и 450 нм при разной интенсивности света.(C) Характеристики светочувствительности и интенсивности света, измеренные для бифункционального диода, работающего при различных обратных смещениях с использованием двух светодиодных источников света. (D) Переходный фотоотклик бифункционального диода, работающего при 0 В под источником синего света с длиной волны 450 нм с модуляцией 2 кГц.

    Быстрая переходная ЭЛ и фотоотклик бифункциональных диодов указывают на их потенциал для применения в системах оптической связи. Интересно, что бифункциональный диод в режиме частичного разряда может хорошо реагировать на свет, излучаемый другим идентичным диодом в режиме светодиода.Это происходит из-за перекрытия спектров излучения света и профиля поглощения, как показано на рисунке 2C. Экспериментально продемонстрирована система связи в видимом свете, использующая бифункциональный диод одновременно в качестве генератора и приемника сигналов. Схематическая установка показана на рисунке 6A. Диод режима LED управлялся функциональным генератором, в то время как другой идентичный диод, работающий в режиме частичного разряда, был подключен к осциллографу. Как показано на рисунке 6B – D, световой сигнал от диода режима LED и сигнал фотоотклика диода режима PD сравниваются на разных частотах.Видимая система связи хорошо работала на частотах от 500 Гц до 2 кГц. Примечательно, что скорость работы системы ограничена диодом в режиме PD из-за относительно более медленного переходного фотоотклика по сравнению с переходным EL.

    Рисунок 6:

    Демонстрация системы связи в видимом свете.

    (A) Принципиальная схема, иллюстрирующая использование двух идентичных бифункциональных диодов для применения в высокоскоростной передаче данных в видимом свете, один из которых выполняет функцию генератора сигналов, а другой диод, помещенный в 0.На расстоянии 5 м действовал как приемник сигнала. Модулированное излучение электролюминесценции и соответствующий фотоотклик пары бифункциональных диодов, обеспечивающих связь в видимом свете, на разных частотах: (B) 500 Гц, (C) 1 кГц и (D) 2 кГц, были четко проявлены. Диод, который функционировал как генератор сигналов, работал при прямом смещении 5 В, а тот, который действовал как приемник, работал при 0 В.

    Это первая демонстрация системы связи в видимом свете, использующей два идентичных диода на основе CsPbBr 3 в качестве генератора и приемника сигналов одновременно.Бифункциональные диоды с возможностью широкополосного обнаружения света от УФ до видимого диапазона и излучения зеленого света являются многообещающими в многофункциональных электронных приложениях.

    4 Выводы

    В данной работе было исследовано формирование хорошо воспроизводимого и однородного тонкопленочного слоя перовскита CsPbBr 3 . Наши результаты показывают, что однородная тонкая пленка перовскита CsPbBr 3 может быть легко получена путем приложения центробежной силы во время распространения прекурсора.Этот метод позволяет избежать кольцевидной неоднородной морфологии пленки. Полученные в результате очень однородные тонкие пленки перовскита CsPbBr 3 с высокой воспроизводимостью затем были использованы в качестве активного слоя в диодной конфигурации. Эти диоды не только излучают зеленый свет с прямым смещением, но также демонстрируют способность обнаружения широкополосного света в УФ-видимом диапазоне за счет применения обратного смещения. Двойная функциональность диода проистекает из выдающихся оптоэлектронных характеристик активного материала перовскита CsPbBr 3 .Благодаря быстрой переходной электролюминесценции и фотоотклику бифункциональных диодов была продемонстрирована система связи в видимом свете. В системе использовались два идентичных по конструкции бифункциональных диода, один из которых работал в режиме светодиода в качестве генератора сигналов, а другой в режиме частичных разрядов в качестве приемника сигнала соответственно. Эта система связи зеленого света потенциально полезна в системах подводной связи из-за меньшего поглощения морской воды на этой длине волны.

    Работа выполнена при финансовой поддержке Совета по исследовательским грантам Специального административного района Гонконг, Китай, Фонда общих исследований (GRF / 12302817), Межведомственной системы совместных исследований Гонконгского баптистского университета (RC-ICRS / 15-16 / 04). и Национальный фонд естественных наук Китая (61705156).

    Ссылки

    [1] Ван XZ, Там HL, Yong KS, Chen ZK, Zhu FR. Высокопроизводительное оптоэлектронное устройство на основе полупрозрачного органического фотоэлемента, интегрированного с органическим светоизлучающим диодом. Org Electron 2011; 12: 1429–33.10.1016 / j.orgel.2011.05.012 Поиск в Google Scholar

    [2] Хо Й.Х., Лян Х., Лю С.В., Тянь В.К., Чен Ф.К., Вэй П.К. Повышение эффективности органических бифункциональных устройств за счет применения всенаправленных просветляющих наностолбиков. RSC Adv 2014; 4: 9588–93.10.1039 / c3ra46936k Искать в Google Scholar

    [3] Али Ф., Периасами Н., Патанкар М.П., ​​Нарасимхан К.Л. Встроенный органический синий светодиод и видимый слепой УФ-фотодетектор. J Phys Chem C 2011; 115: 2462–9.10.1021 / jp110381h Поиск в Google Scholar

    [4] Wang H, Zhou J, Wang X, Lu Z, Yu J. Высокоэффективное органическое интегрированное устройство с ультрафиолетовыми фотодетекторными и электролюминесцентными свойствами состоящий из производного нафталимида с функцией переноса заряда. Appl Phys Lett 2014; 105: 122.Искать в Google Scholar

    [5] Wang X, Zhou D, Huang J, Yu J. Высокоэффективный органический ультрафиолетовый фотодетектор с эффективной электролюминесценцией, реализованный с помощью термоактивируемого эмиттера замедленной флуоресценции. Appl Phys Lett 2015; 107: 73. Искать в Google Scholar

    [6] Miao Y, Wang K, Zhao B, et al. Тепло-белые органические светодиоды высокой эффективности / цветопередачи / стабильности цвета за счет включения ультратонких слоев фосфоресценции в слой синей флуоресценции. Нанофотоника 2018; 7: 295–304.10.1515 / nanoph-2017-0021 Искать в Google Scholar

    [7] Тао П, Мяо Й, Ван Х, Сюй Б, Чжао К. Высокоэффективная органическая электролюминесценция: от органических светоизлучающих материалов до устройств. Chem Rec 2018; DOI: 10.1002 / tcr.201800139.30358067 Поиск в Google Scholar

    [8] Miao Y, Tao P, Wang K, et al. Высокоэффективные красные и белые органические светодиоды с внешним квантовым выходом более 20% за счет использования металлофосфоров на основе пиридилимидазола. ACS Appl Mater Interfaces 2017; 9: 37873-82.10.1021 / acsami.7b1030028994584 Искать в Google Scholar

    [9] Лю М., Джонстон МБ, Снайт Х.Дж. Эффективные планарные гетеропереходные перовскитные солнечные элементы методом осаждения из паровой фазы. Nature 2013; 501: 395–8.2402577510.1038 / nature12509 Поиск в Google Scholar

    [10] Zhou H, Chen Q, Li G, et al. Разработка интерфейса высокоэффективных перовскитных солнечных элементов. Science 2014; 345: 542–6.10.1126 / science.125405025082698 Поиск в Google Scholar

    [11] Чон Нью-Джерси, Но Дж. Х., Ким Ю. С., Ян В. С., Рю С., Сок С. И..Технология растворителей для высокоэффективных неорганических и органических гибридных перовскитных солнечных элементов. Nat Mater 2014; 13: 897–903.2499774010.1038 / nmat4014 Поиск в Google Scholar

    [12] Грин М.А., Хо-Бейли А., Снайт Х.Дж. Появление перовскитных солнечных элементов. Nat Photonics 2014; 8: 506–14.10.1038 / nphoton.2014.134 Поиск в Google Scholar

    [13] Тан З.К., Могхаддам Р.С., Лай М.Л. и др. Яркие светодиоды на основе металлоорганического перовскита. Nat Nanotechnol 2014; 9: 687–92.10.1038 / nnano.2014.14925086602 Поиск в Google Scholar

    [14] Чо Х, Чон Ш., Парк М. Х. и др. Преодоление ограничений эффективности электролюминесценции перовскитовых светодиодов. Science 2015; 350: 1222–5.10.1126 / science.aad181826785482 Поиск в Google Scholar

    [15] Джин Ф.М., Чжао Б., Чу Б. и др. Контроль морфологии в сторону ярких и стабильных неорганических галогенидных перовскитных светодиодов. J Mater Chem C 2018; 6: 1573–8.10.1039 / C7TC04631F Поиск в Google Scholar

    [16] Li N, Lau YS, Xiao Z, Ding LM, Zhu FR.Устройства преобразования с повышением частоты из ближнего ИК-диапазона в видимый свет, содержащие слой генерации заряда ближнего ИК-диапазона и эмиттер из перовскита. Adv Opt Mater 2018; DOI: 10.1002 / adom.201801084. Искать в Google Scholar

    [17] Sutton RJ, Eperon GE, Miranda L, et al. Перовскиты галогенида свинца цезия с регулируемой шириной запрещенной зоны с высокой термостойкостью для эффективных солнечных элементов. Adv Energy Mater 2016; 6: 1502458.10.1002 / aenm.201502458 Поиск в Google Scholar

    [18] Кульбак М., Гупта С., Кедем Н. и др. Цезий повышает долговременную стабильность солнечных элементов на основе перовскита на основе бромида свинца.J Phys Chem Lett 2016; 7: 167–72.10.1021 / acs.jpclett.5b0259726700466 Поиск в Google Scholar

    [19] Лян Дж., Ван Ц., Ван И и др. Солнечные элементы из неорганического перовскита. J Am Chem Soc 2016; 138: 15829–32.10.1021 / jacs.6b10227 Поиск в Google Scholar

    [20] Янтара Н., Бхаумик С., Ян Ф. и др. Неорганические галогенидные перовскиты для эффективных светодиодов. J Phys Chem Lett 2015; 6: 4360–4.2672297210.1021 / acs.jpclett.5b02011 Поиск в Google Scholar

    [21] Ли Х, Ву И, Чжан С. и др.Квантовые точки CsPbX3 для освещения и дисплеев: синтез при комнатной температуре, преимущества фотолюминесценции, лежащие в основе источники и белые светодиоды. Adv Funct Mater 2016; 26: 2435–45.10.1002 / adfm.201600109 Поиск в Google Scholar

    [22] Рамасами П., Лим Д.Х., Ким Б., Ли Ш., Ли М.С., Ли Дж. С.. Полностью неорганические нанокристаллы перовскита галогенида свинца цезия для фотоприемников. Chem Commun 2016; 52: 2067–70.10.1039 / C5CC08643D Поиск в Google Scholar

    [23] Лю Х., Чжан Х, Чжан Л. и др.Высокопроизводительный фотоприемник на основе неорганической гетероструктуры перовскит-ZnO. J Mater Chem C 2017; 5: 6115–22.10.1039 / C7TC01998J Поиск в Google Scholar

    [24] Li X, Yu D, Cao F, et al. Заживление. Полностью неорганические перовскитные пленки путем вторичной переработки растворением-рециклингом для создания компактных и гладких несущих каналов оптоэлектронных устройств с высокой стабильностью. Adv Funct Mater 2016; 26: 5903–12.10.1002 / adfm.201601571 Поиск в Google Scholar

    [25] Сварнкар А., Чуллиил Р., Рави В.К., Ирфанулла М., Чоудхури А., Наг А.Коллоидные нанокристаллы перовскита CsPbBr3: люминесценция за пределами традиционных квантовых точек. Angew Chemie 2015; 54: 15424–8.10.1002 / anie.201508276 Поиск в Google Scholar

    [26] Li G, Rivarola FWR, Davis NJKL, et al. Высокоэффективные светодиоды на основе перовскитных нанокристаллов, созданные благодаря универсальному методу сшивки. Adv Mater 2016; 28: 3528–34.10.1002 / adma.201600064269

    Поиск в Google Scholar

    [27] Bekenstein Y, Koscher BA, Eaton SW, Yang P, Alivisatos AP. Высоколюминесцентные коллоидные нанопластинки перовскита галогенида цезия-свинца и их ориентированные ансамбли.J Am Chem Soc 2015; 137: 16008–11.2666963110.1021 / jacs.5b11199 Поиск в Google Scholar

    [28] Пан Дж., Сарма С.П., Мурали Б. и др. Воздухоустойчивые квантовые точки из перовскита с пассивированной поверхностью для сверхпрочного, усиленного спонтанного излучения, индуцированного одно- и двухфотонным излучением. J Phys Chem Lett 2015; 6: 5027–33.2662449010.1021 / acs.jpclett.5b02460 Поиск в Google Scholar

    [29] Кумават Н.К., Гупта Д., Кабра Д. Последние достижения в области перовскитных светодиодов на основе галогенидов металлов. Energy Technol 2017; 5: 1734–49.10.1002 / ente.201700356 Искать в Google Scholar

    [30] Zhang X, Wang W, Xu B, et al. Тонкопленочный перовскитовый светодиод на основе порошков CsPbBr3 и межфазной инженерии. Nano Energy 2017; 37: 40–5.10.1016 / j.nanoen.2017.05.005 Поиск в Google Scholar

    [31] Li Y, Shi ZF, Li S, et al. Высокопроизводительные перовскитовые фотоприемники на основе обработанных в растворе тонких пленок полностью неорганического CsPbBr3. J Mater Chem C 2017; 5: 8355–60.10.1039 / C7TC02137B Поиск в Google Scholar

    [32] Wu C, Zou Y, Wu T и др.Улучшенные характеристики и стабильность светоизлучающих дод из неорганического перовскита за счет обработки паром антирастворителя. Adv Funct Mater 2017; 27: 1700338.10.1002 / adfm.201700338 Поиск в Google Scholar

    [33] Zhang L, Yang X, Jiang Q, et al. Сверхъяркие и высокоэффективные перовскитовые светодиоды на неорганической основе. Nat Commun 2017; 8: 15640.10.1038 / ncomms1564028589960 Поиск в Google Scholar

    [34] Джин Ф, Чжао Б., Чу Б. и др. Контроль морфологии в сторону ярких и стабильных неорганических галогенидных перовскитных светодиодов.J Mater Chem C 2018; 6: 1573–8.10.1039 / C7TC04631F Поиск в Google Scholar

    [35] Салим Т., Сан С., Абэ И., Кришна А., Гримсдейл А.С., Лам Ю.М.. Солнечные элементы на основе перовскита: влияние морфологии и архитектуры устройства на производительность устройства. J Mater Chem A 2015; 3: 8943–69.10.1039 / C4TA05226A Поиск в Google Scholar

    [36] Ng YF, Jamaludin NF, Yantara N, et al. Быстрая кристаллизация неорганического перовскита CsPbBr3 для получения ярких светодиодов. ACS Omega 2017; 2: 2757–64.10.1021 / acsomega.7b00360 Поиск в Google Scholar

    [37] Чжан Х, Сюй Б, Чжан Дж и др. Полностью неорганические нанокристаллы перовскита для высокоэффективных светодиодов: двухфазные композиты CsPbBr3-CsPb2Br5. Adv Funct Mater 2016; 26: 4595–600.10.1002 / adfm.201600958 Поиск в Google Scholar

    [38] Ling Y, Tian Y, Wang X и др. Улучшенные оптические и электрические свойства неорганических перовскитов с полимерным составом для светодиодов. Adv Mater 2016; 28: 8983–9.2753044710.1002 / adma.201602513 Искать в Google Scholar

    Дополнительные материалы

    В онлайн-версии этой статьи есть дополнительные материалы (https://doi.org/10.1515/nanoph-2018-0149).

    Диоды специального назначения | Диоды и выпрямители

    диоды Шоттки

    S диоды Шоттки сконструированы из металлического перехода к N , а не из полупроводникового перехода P-N. Также известные как диоды с горячей несущей , диоды Шоттки характеризуются быстрым временем переключения (малым временем обратного восстановления), низким прямым падением напряжения (обычно 0.От 25 до 0,4 В для перехода металл-кремний) и малой емкости перехода.

    Условное обозначение диода Шоттки показано на рисунке ниже.

    Условное обозначение диода Шоттки.

    Преимущества и недостатки диодов Шоттки

    Прямое падение напряжения (VF), время обратного восстановления (trr) и емкость перехода (CJ) диодов Шоттки ближе к идеалу, чем у среднего «выпрямляющего» диода. Это делает их подходящими для высокочастотных приложений.К сожалению, диоды Шоттки обычно имеют более низкие номинальные значения прямого тока (IF) и обратного напряжения (VRRM и VDC), чем выпрямительные диоды, и поэтому не подходят для приложений, требующих значительного количества энергии. Хотя они используются в источниках питания импульсных стабилизаторов низкого напряжения.

    Применение диодов Шоттки

    Технология диодов Шоттки

    находит широкое применение в высокоскоростных компьютерных схемах, где быстрое время переключения соответствует высокой скорости, а низкое прямое падение напряжения означает меньшее рассеивание мощности при проведении.

    Блоки питания импульсного стабилизатора

    , работающие на частоте 100 кГц, не могут использовать обычные кремниевые диоды в качестве выпрямителей из-за их низкой скорости переключения. Когда сигнал, подаваемый на диод, изменяется с прямого на обратное смещение, проводимость продолжается в течение короткого времени, в то время как носители уносятся из области обеднения. Проводимость прекращается только после того, как истечет время обратного восстановления tr . Диоды Шоттки имеют более короткое время обратного восстановления.

    Независимо от скорости переключения, 0.Прямое падение напряжения на кремниевых диодах 7 В приводит к снижению эффективности источников питания с низким напряжением. Это не проблема, скажем, при питании 10 В. При питании 1 В падение 0,7 В составляет значительную часть выходной мощности. Одним из решений является использование силового диода Шоттки с меньшим прямым падением.

    Диоды туннельные

    Туннельные диоды используют странное квантовое явление, называемое резонансным туннелированием , для обеспечения характеристик прямого смещения с отрицательным сопротивлением. Когда на туннельный диод подается небольшое прямое смещение, он начинает проводить ток.(Рисунок ниже (b)) По мере увеличения напряжения ток увеличивается и достигает пикового значения, называемого пиковым током (IP). Если напряжение увеличивается еще немного, ток фактически начинает уменьшаться на , пока не достигнет нижней точки, называемой током впадины (IV). Если напряжение еще больше увеличивается, ток снова начинает увеличиваться, на этот раз не снижаясь в другую «долину». Схематическое обозначение туннельного диода показано на рисунке (а) ниже.

    Туннельный диод (a) Условное обозначение. (b) График зависимости тока от напряжения (c) Осциллятор.

    Прямые напряжения, необходимые для управления туннельным диодом до его пикового и минимального токов, известны как пиковое напряжение (VP) и минимальное напряжение (VV), соответственно. Область на графике, где ток уменьшается при увеличении приложенного напряжения (между VP и VV по горизонтальной шкале), известна как область отрицательного сопротивления .

    Туннельные диоды

    , также известные как диоды Esaki в честь их японского изобретателя Лео Эсаки, способны очень быстро переходить между пиковыми и минимальными уровнями тока, «переключаясь» между высоким и низким состояниями проводимости намного быстрее, чем даже диоды Шоттки.На характеристики туннельного диода также относительно не влияют изменения температуры.

    Зависимость напряжения обратного пробоя от уровня легирования. После Сзе [SGG]

    Характеристики туннельных диодов

    Туннельные диоды сильно легированы как в P-, так и в N-областях, что в 1000 раз превышает уровень выпрямителя. Это видно на рисунке выше. Стандартные диоды находятся слева, стабилитроны слева, а туннельные диоды — справа от пунктирной линии. Сильное легирование дает необычно тонкую обедненную область.Это создает необычно низкое напряжение обратного пробоя с высокой утечкой. Тонкая обедненная область вызывает высокую емкость. Чтобы преодолеть это, площадь перехода туннельного диода должна быть крошечной.

    Прямая характеристика диода состоит из двух областей: нормальная прямая характеристика диода с экспоненциально возрастающим током сверх VF, 0,3 В для Ge, 0,7 В для Si.

    Между 0 В и VF находится дополнительный характеристический пик «отрицательного сопротивления». Это происходит из-за квантово-механического туннелирования, связанного с дуальной волновой природой электронов.Область обеднения достаточно тонкая по сравнению с эквивалентной длиной волны электрона, через которую они могут туннелировать. Им не нужно преодолевать нормальное прямое напряжение на диоде VF. Уровень энергии зоны проводимости материала N-типа перекрывает уровень валентной зоны в области P-типа. С повышением напряжения начинается туннелирование; уровни перекрываются; ток увеличивается до определенного предела. При дальнейшем увеличении тока уровни энергии перекрываются меньше; ток уменьшается с увеличением напряжения.Это часть кривой «отрицательного сопротивления».

    Применение туннельных диодов

    Туннельные диоды не являются хорошими выпрямителями, поскольку они имеют относительно высокий ток утечки при обратном смещении. Следовательно, они находят применение только в специальных схемах, где имеет значение их уникальный туннельный эффект. Чтобы использовать туннельный эффект, в этих диодах поддерживается напряжение смещения где-то между пиковым и минимальным уровнями напряжения, всегда с прямым смещением полярности (положительный анод и отрицательный катод).

    Пожалуй, наиболее распространенное применение туннельного диода — в простых схемах высокочастотного генератора, как на рисунке (c) выше, где он позволяет источнику постоянного напряжения вносить мощность в «резервуар» LC-цепи, причем диод проводит ток, когда напряжение на нем достигает пикового (туннельного) уровня и эффективно изолирует при всех остальных напряжениях. Резисторы смещают туннельный диод на несколько десятых вольта с центром на участке отрицательного сопротивления характеристической кривой. Резонансный контур L-C может быть частью волновода для работы в микроволновом режиме.Возможны колебания до 5 ГГц.

    История туннельных диодов

    Когда-то туннельный диод был единственным доступным твердотельным СВЧ-усилителем. Туннельные диоды были популярны с 1960-х годов. Они были более долговечными, чем ламповые усилители бегущей волны, что важно для спутниковых передатчиков. Туннельные диоды также устойчивы к излучению из-за сильного легирования.

    Сегодня различные транзисторы работают на сверхвысоких частотах. Даже туннельные диоды с малым сигналом дороги, и их трудно найти сегодня.Остается один производитель германиевых туннельных диодов и ни одного производителя кремниевых устройств. Иногда их используют в военной технике, поскольку они нечувствительны к радиации и большим перепадам температуры.

    Были проведены некоторые исследования, связанные с возможной интеграцией кремниевых туннельных диодов в интегральные схемы КМОП. Считается, что они могут переключаться на частоте 100 ГГц в цифровых схемах. Единственный производитель германиевых устройств производит их по одному. Необходимо разработать пакетный процесс для кремниевых туннельных диодов, а затем интегрировать его с обычными КМОП-процессами.[SZL]

    Туннельный диод Esaki не следует путать с резонансно-туннельным диодом CH 2, более сложной конструкции из сложных полупроводников. RTD — это более поздняя разработка, способная работать с более высокой скоростью.

    Светодиоды

    Принцип излучения лучистой энергии

    Диоды, как и все полупроводниковые устройства, подчиняются принципам, описанным в квантовой физике. Один из этих принципов — излучение излучательной энергии определенной частоты всякий раз, когда электроны падают с более высокого энергетического уровня на более низкий энергетический уровень.

    Тот же принцип работает в неоновой лампе — характерное розово-оранжевое свечение ионизированного неона из-за специфических энергетических переходов его электронов посреди электрического тока. Уникальный цвет свечения неоновой лампы обусловлен тем фактом, что неон находится внутри трубки, а не определенной величиной тока через трубку или напряжением между двумя электродами. Неоновый газ светится розовато-оранжевым светом в широком диапазоне ионизирующих напряжений и токов.Каждый химический элемент имеет свою собственную «сигнатуру» излучения лучистой энергии, когда его электроны «прыгают» между различными квантованными уровнями энергии. Например, газообразный водород при ионизации светится красным светом; пары ртути светятся синим светом. Это то, что делает возможной спектрографическую идентификацию элементов.

    Излучение лучистой энергии в светодиодах

    Электроны, протекающие через PN-переход, испытывают аналогичные переходы по уровню энергии и при этом излучают лучистую энергию. Частота этой лучистой энергии определяется кристаллической структурой полупроводникового материала и составляющими его элементами.Некоторые полупроводниковые переходы, состоящие из особых химических комбинаций, излучают лучистую энергию в спектре видимого света, когда электроны меняют уровни энергии. Проще говоря, эти переходы светятся при прямом смещении. Диод, специально спроектированный так, чтобы светиться как лампа, называется светодиодом или светодиодом .

    Электролюминесценция

    Кремниевые диоды с прямым смещением выделяют тепло, поскольку электрон и дырки из областей N-типа и P-типа соответственно рекомбинируют в переходе.В светодиодах с прямым смещением рекомбинация электронов и дырок в активной области на рисунке (c) ниже дает фотоны. Этот процесс известен как электролюминесценция . Чтобы испускать фотоны, потенциальный барьер, через который падают электроны, должен быть выше, чем для кремниевого диода. Падение прямого диода может достигать нескольких вольт для некоторых цветных светодиодов.

    Диоды, изготовленные из комбинации элементов галлия, мышьяка и фосфора (называемые арсенид-фосфид галлия ) светятся ярко-красным светом и являются одними из наиболее распространенных производимых светодиодов.Изменяя химический состав PN-перехода, можно получить разные цвета. Ранние поколения светодиодов были красными, зелеными, желтыми, оранжевыми и инфракрасными, более поздние поколения включали синий и ультрафиолетовый, причем фиолетовый был последним цветом, добавленным к выбору. Другие цвета могут быть получены путем объединения двух или более светодиодов основного цвета (красного, зеленого и синего) в одном корпусе с использованием одной и той же оптической линзы. Это позволило использовать многоцветные светодиоды, такие как трехцветные светодиоды (коммерчески доступные в 1980-х годах), с использованием красного и зеленого (которые могут создавать желтый цвет), а затем светодиоды RGB (красный, зеленый и синий), которые покрывают весь цветовой спектр.

    Условное обозначение светодиодов

    Схематический символ светодиода представляет собой диод правильной формы внутри круга с двумя маленькими стрелками, указывающими в сторону (обозначающими излучаемый свет), как показано на рисунке (a) ниже.

    Светодиод, светоизлучающий диод: (а) схематический символ. (b) Плоская сторона и короткий вывод устройства соответствуют катоду, а также внутреннему устройству катода. (c) Поперечное сечение светодиодной матрицы.

    Это обозначение наличия двух маленьких стрелок, указывающих в сторону от устройства, является общим для схематических символов всех светоизлучающих полупроводниковых устройств.И наоборот, если устройство светится — активировано (это означает, что входящий свет стимулирует его), тогда у символа будут две маленькие стрелки, указывающие на его. Светодиоды могут воспринимать свет. Они генерируют небольшое напряжение при воздействии света, очень похоже на солнечную батарею в небольшом масштабе. Это свойство может с успехом применяться в различных светочувствительных схемах.

    Работа светодиода

    Поскольку светодиоды состоят из других химических веществ, чем кремниевые диоды, их прямое падение напряжения будет другим.Обычно светодиоды имеют гораздо большее прямое падение напряжения, чем выпрямительные диоды, от 1,6 до более 3 вольт, в зависимости от цвета. Типичный рабочий ток для светодиода стандартного размера составляет около 20 мА. При работе светодиода от источника постоянного напряжения, превышающего прямое напряжение светодиода, необходимо включить последовательно подключенный «падающий» резистор, чтобы предотвратить повреждение светодиода полным напряжением источника. Рассмотрим пример схемы на рисунке (а) ниже с использованием источника 6 В.

    Установка тока светодиода на 20 мА.(а) для источника 6 В, (б) для источника 24 В.

    При падении на светодиоде 1,6 В на резисторе будет 4,4 Вольт. Подобрать резистор для тока светодиода 20 мА так же просто, как взять его падение напряжения (4,4 В) и разделить на ток цепи (20 мА) в соответствии с законом Ома (R = E / I). Это дает нам цифру 220 Ом.

    Рассчитывая рассеиваемую мощность для этого резистора 220 Ом, мы берем его падение напряжения и умножаем на его ток (P = IE), и получаем 88 мВт, что находится в пределах номинала резистора 1/8 Вт.

    Более высокое напряжение батареи потребует понижающих резисторов большего номинала, а также, возможно, резисторов большей мощности. Рассмотрим пример на рисунке (b) выше для напряжения питания 24 В:

    В данном случае резистор сброса должен быть увеличен до размера 1,12 кОм, чтобы упасть 22,4 вольта при 20 мА, чтобы на светодиод по-прежнему подавалось только 1,6 вольт. Это также способствует увеличению рассеиваемой мощности резистора: 448 мВт, почти половина ватта мощности! Очевидно, что резистор, рассчитанный на рассеивание мощности 1/8 Вт или даже 1/4 Вт, при использовании здесь будет перегреваться.

    Падение резисторов в цепях светодиодов

    Значения падающего резистора для цепей светодиодов не обязательно должны быть точными. Предположим, мы должны были использовать резистор 1 кОм вместо резистора 1,12 кОм в схеме, показанной выше. В результате ток в цепи и падение напряжения на светодиодах немного увеличатся, что приведет к более яркому свету светодиода и небольшому сокращению срока службы. Падение резистора со слишком большим сопротивлением (скажем, 1,5 кОм вместо 1,12 кОм) приведет к меньшему току цепи, меньшему напряжению светодиода и более тусклому свету.Светодиоды довольно устойчивы к колебаниям подаваемой мощности, поэтому вам не нужно стремиться к совершенству при подборе понижающего резистора.

    Несколько светодиодов в цепи

    Иногда требуется несколько светодиодов, например, при освещении. Если светодиоды работают параллельно, каждый из них должен иметь собственный ограничивающий ток резистор, как показано на рисунке (а) ниже, для обеспечения более равномерного деления токов. Однако более эффективно использовать светодиоды последовательно (рисунок (b) ниже с одним понижающим резистором. По мере увеличения количества последовательно подключенных светодиодов значение последовательного резистора должно уменьшаться до определенного значения для поддержания тока.Количество последовательно включенных светодиодов (Vf) не может превышать мощность источника питания. Можно использовать несколько последовательностей, как показано на рисунке (c) ниже.

    Несмотря на выравнивание токов в нескольких светодиодах, яркость устройств может не совпадать из-за различий в отдельных частях. Детали могут быть выбраны для согласования яркости для критических приложений.

    Несколько светодиодов: (а) параллельно, (б) последовательно, (в) последовательно-параллельно

    Также из-за своего уникального химического состава светодиоды имеют гораздо более низкие значения пикового обратного напряжения (PIV), чем обычные выпрямительные диоды.Типичный светодиод может быть рассчитан только на 5 В в режиме обратного смещения. Следовательно, при использовании переменного тока для питания светодиода подключите защитный выпрямительный диод встречно-параллельно светодиоду, чтобы предотвратить обратный пробой через каждый второй полупериод, как показано на рисунке (a) ниже.

    Управление светодиодом с помощью переменного тока

    Противопараллельный диод на Рисунке (а) выше можно заменить встречно-параллельным светодиодом. Получившаяся пара встречно-параллельных светодиодов загорается на чередующихся полупериодах синусоидального сигнала переменного тока.Эта конфигурация потребляет 20 мА, равномерно распределяя его между светодиодами в чередующихся полупериодах переменного тока. Из-за этого разделения каждый светодиод получает только 10 мА. То же самое и с антипараллельной комбинацией светодиодов с выпрямителем. Светодиод получает только 10 мА. Если для светодиода (-ов) требовалось 20 мА, значение резистора можно было бы уменьшить вдвое.

    Типовые характеристики светодиодов

    Прямое падение напряжения светодиодов обратно пропорционально длине волны (λ). По мере уменьшения длины волны от инфракрасного к видимому и ультрафиолетовому цветам Vf увеличивается.Хотя эта тенденция наиболее очевидна для различных устройств от одного производителя, диапазон напряжений для светодиодов определенного цвета от разных производителей различается. Этот диапазон напряжений показан в таблице ниже.

    Оптические и электрические свойства светодиодов

    Светодиод λ нм (= 10 -9 м) V f (начиная с) V f (к)
    инфракрасный 940 1.2 1,7
    красный 660 1,5 2,4
    оранжевый 602-620 2,1 2,2
    желтый, зеленый 560-595 1,7 2,8
    белый, синий, фиолетовый 3 4
    ультрафиолет 370 4,2 4,8
    Светодиоды в сравнении с лампами накаливания

    Как лампы, светодиоды во многих отношениях превосходят лампы накаливания.

    Прежде всего, это эффективность: светодиоды излучают намного больше световой мощности на ватт потребляемой электроэнергии, чем лампы накаливания. Это значительное преимущество, если рассматриваемая схема питается от батареи, эффективность которой приводит к увеличению срока службы батареи.

    Во-вторых, светодиоды намного надежнее и имеют гораздо больший срок службы, чем лампы накаливания. Это связано с тем, что светодиоды являются «холодными» устройствами: они работают при гораздо более низких температурах, чем лампа накаливания с раскаленной добела металлической нитью накаливания, подверженной поломке от механических и термических ударов.

    В-третьих, это высокая скорость включения и выключения светодиодов. Это преимущество также связано с «холодным» режимом работы светодиодов: им не нужно преодолевать тепловую инерцию при переключении из выключенного состояния во включенное или наоборот. По этой причине светодиоды используются для передачи цифровой (вкл. / Выкл.) Информации в виде световых импульсов, проводимых в пустом пространстве или по оптоволоконному кабелю, с очень высокой скоростью (миллионы импульсов в секунду).

    Светодиоды

    превосходно подходят для монохроматических осветительных систем, таких как светофоры и автомобильные задние фонари.Лампы накаливания ужасны в этом приложении, поскольку требуют фильтрации, снижая эффективность. Светодиоды не требуют фильтрации.

    Недостатки светодиодов

    Одним из основных недостатков использования светодиодов в качестве источников освещения является их монохроматическое (одноцветное) излучение. Никто не хочет читать книгу при свете красного, зеленого или синего светодиода. Однако при использовании в комбинации цвета светодиодов могут быть смешаны для более широкого спектра свечения. Новый источник света широкого спектра — белый светодиод.В то время как маленькие белые панели индикаторов доступны уже много лет, устройства уровня освещенности все еще находятся в разработке.

    Эффективность и срок службы светодиодов и различного освещения

    Эффективность освещения

    Тип лампы КПД люмен / ватт Срок службы банкноты
    Белый светодиод 35 100 000 дорогостоящие
    Белый светодиод, будущее 100 100 000 Цель НИОКР
    Лампа накаливания 12 1000 недорого
    Галоген 15-17 2000 высококачественный свет
    Компактный люминесцентный 50-100 10 000 рентабельно
    Пары натрия, LP 70-200 20 000 открытый
    Пары ртути 13-48 18 000 открытый

    Белый светодиод — это синий светодиод, возбуждающий люминофор, излучающий желтый свет.Синий плюс желтый соответствует белому свету. Природа люминофора определяет характеристики света. Красный люминофор может быть добавлен для улучшения качества смеси желтого и синего за счет эффективности. В таблице выше сравниваются светодиоды с белой подсветкой с ожидаемыми в будущем устройствами и другими обычными лампами. Эффективность измеряется в люменах светоотдачи на ватт входной мощности. Если устройство мощностью 50 люмен / ватт можно улучшить до 100 люмен / ватт, белые светодиоды будут сравнимы по эффективности с компактными люминесцентными лампами.

    История светодиодов

    светодиода в целом были основным объектом исследований и разработок с 1960-х годов. Из-за этого нецелесообразно охватить все геометрические формы, химические составы и характеристики, которые были созданы за десятилетия. Первые устройства были относительно тусклыми и потребляли умеренные токи. В последующих поколениях эффективность была улучшена до такой степени, что опасно смотреть внимательно и прямо на светящийся светодиод. Это может привести к повреждению глаз, а для светодиодов требуется лишь незначительное увеличение падающего напряжения (Vf) и тока.Современные устройства высокой интенсивности достигают 180 люмен при токе 0,7 А (82 люмен / ватт, холодный белый цвет серии Luxeon Rebel), и даже модели с более высокой интенсивностью могут использовать еще более высокие токи с соответствующим увеличением яркости. Другие разработки, такие как квантовые точки, являются предметом текущих исследований, поэтому ожидайте увидеть новые возможности для этих устройств в будущем

    Лазерные диоды

    Лазеры

    Лазерный диод является дальнейшим развитием обычного светодиода или светодиода.Сам термин «лазер» на самом деле является аббревиатурой, несмотря на то, что он часто пишется строчными буквами. «Лазер» означает L ight A mplification by S Timulated E миссия R и относится к другому странному квантовому процессу, при котором характерный свет, излучаемый электронами, падает с высокого уровня на низкий. Энергетические состояния в материале стимулируют другие электроны в веществе совершать аналогичные «прыжки», в результате чего происходит синхронизированный выход света из материала.Эта синхронизация распространяется на фактическую фазу излучаемого света, так что все световые волны, излучаемые «лазерным» материалом, имеют не только одинаковую частоту (цвет), но и одинаковую фазу, так что они усиливают одну другой и могут путешествовать в очень плотно ограниченном недиспергирующем пучке. Вот почему лазерный свет остается так замечательно сфокусированным на больших расстояниях: каждая световая волна, исходящая от лазера, синхронизируется друг с другом.

    (а) Белый свет многих длин волн.(b) Монохроматический светодиодный свет с одной длиной волны. (c) Фазово-когерентный лазерный свет.

    Лампы накаливания излучают «белый» (смешанный по частоте или смешанный цвет) свет, как показано на рисунке (а) выше. Обычные светодиоды излучают монохроматический свет: одинаковой частоты (цвета), но разных фаз, что приводит к аналогичной дисперсии луча на рисунке (b). Лазерные светодиоды излучают когерентный свет : свет, который является как монохроматическим (одноцветным), так и однофазным (однофазным), что приводит к точному удержанию луча, как показано на рисунке (c).

    Лазерный свет находит широкое применение в современном мире: все, от геодезии, где прямой и не рассеивающий световой луч очень полезен для точного наведения на измерительные маркеры, до считывания и записи оптических дисков, где только узкая сфокусированная лазерный луч способен разрешать микроскопические «ямки» на поверхности диска, состоящие из двоичных единиц и нулей цифровой информации.

    Некоторые лазерные диоды требуют специальных мощных «импульсных» цепей для передачи большого количества напряжения и тока короткими импульсами.Другие лазерные диоды могут работать непрерывно с меньшей мощностью. В лазере непрерывного действия лазерное воздействие происходит только в определенном диапазоне диодного тока, что требует некоторой формы схемы регулятора тока. По мере старения лазерных диодов их требования к мощности могут изменяться (требуется больший ток для меньшей выходной мощности), но следует помнить, что маломощные лазерные диоды, такие как светодиоды, являются довольно долговечными устройствами с типичным сроком службы в несколько десятков лет. тысячи часов.

    Фотодиоды

    Фотодиод — это диод, оптимизированный для создания потока электронного тока в ответ на облучение ультрафиолетовым, видимым или инфракрасным светом.Кремний чаще всего используется для изготовления фотодиодов; однако можно использовать арсенид германия и галлия. Переход, через который свет попадает в полупроводник, должен быть достаточно тонким, чтобы пропускать большую часть света в активную область (область обеднения), где свет преобразуется в пары электронов и дырок.

    На рисунке ниже мелкая диффузия P-типа в пластину N-типа создает PN-переход около поверхности пластины. Слой P-типа должен быть тонким, чтобы пропускать как можно больше света.Сильная диффузия N + на обратной стороне пластины контактирует с металлизацией. Верхняя металлизация может быть тонкой сеткой из металлических пальцев на верхней части пластины для больших ячеек. В небольших фотодиодах верхний контакт может быть единственным соединительным проводом, контактирующим с оголенной кремниевой крышкой P-типа.

    Фотодиод: схематическое изображение и поперечное сечение.

    Как работают фотодиоды?

    Интенсивность света, попадающего в верхнюю часть стопки фотодиодов, экспоненциально спадает в зависимости от глубины.Тонкий верхний слой P-типа позволяет большинству фотонов проходить в обедненную область, где образуются электронно-дырочные пары. Электрическое поле в обедненной области из-за встроенного потенциала диода заставляет электроны попадать в N-слой, а дырки — в P-слой.

    На самом деле электронно-дырочные пары могут образовываться в любой из полупроводниковых областей. Однако те, которые образуются в области истощения, скорее всего, будут разделены на соответствующие N- и P-области. Многие электронно-дырочные пары, образующиеся в P- и N-областях, рекомбинируют.Лишь немногие делают это в области истощения. Таким образом, несколько электронно-дырочных пар в N- и P-областях и большая часть в обедненной области вносят вклад в фототок , который возникает в результате падения света на фотодиод.

    Работа фотодиода

    Может наблюдаться напряжение на фотодиоде. Работа в этом фотоэлектрическом режиме (PV) не является линейным в большом динамическом диапазоне, хотя он чувствителен и имеет низкий уровень шума на частотах менее 100 кГц.Предпочтительным режимом работы часто является режим фототока (PC) , потому что ток линейно пропорционален световому потоку в течение нескольких десятилетий интенсивности, и может быть достигнута более высокая частотная характеристика. Режим ПК достигается с обратным смещением или нулевым смещением на фотодиоде. Усилитель тока (трансимпедансный усилитель) следует использовать с фотодиодом в режиме ПК. Линейность и режим PC достигаются до тех пор, пока диод не смещен в прямом направлении.

    Фотодиоды часто требуют высокоскоростной работы, а не солнечных элементов.Скорость — это функция емкости диода, которую можно минимизировать, уменьшив площадь ячейки. Таким образом, датчик для высокоскоростной оптоволоконной линии связи будет использовать площадь не больше, чем необходимо, скажем, 1 мм2. Емкость также можно уменьшить, увеличивая толщину обедненной области в процессе производства или увеличивая обратное смещение на диоде.

    Различные типы PIN-диодов

    PIN-диод PIN-диод или PIN-диод — это фотодиод с внутренним слоем между P- и N-областями, как показано на рисунке ниже.Структура P I ntrinsic- N увеличивает расстояние между проводящими слоями P и N, уменьшая емкость, увеличивая скорость. Объем светочувствительной области также увеличивается, повышая эффективность преобразования. Полоса пропускания может увеличиваться до 10 ГГц. Фотодиоды с PIN-кодом являются предпочтительными из-за высокой чувствительности и высокой скорости при умеренной стоимости.

    Фотодиод

    PIN: собственная область увеличивает толщину обедненной области.

    Лавинный фотодиод: Лавинный фотодиод (APD) , предназначенный для работы при высоком обратном смещении, демонстрирует эффект электронного умножителя, аналогичный фотоэлектронному умножителю. Обратное смещение может составлять от 10 вольт до почти 2000 В. Высокий уровень обратного смещения ускоряет созданные фотонами электронно-дырочные пары во внутренней области до достаточно высокой скорости, чтобы освободить дополнительные носители от столкновений с кристаллической решеткой. Таким образом, получается много электронов на фотон.Мотивация для APD состоит в том, чтобы добиться усиления внутри фотодиода для преодоления шума во внешних усилителях. В некоторой степени это работает. Однако APD создает собственный шум. На высокой скорости APD превосходит комбинацию усилителей с PIN-диодами, но не для низкоскоростных приложений. APD дороги, примерно столько же, сколько фотоэлектронный умножитель. Таким образом, они могут конкурировать только с фотодиодами с PIN-кодом для нишевых приложений. Одно из таких приложений — подсчет одиночных фотонов применительно к ядерной физике.

    Солнечные элементы

    Фотодиод, оптимизированный для эффективной подачи энергии на нагрузку, — это солнечный элемент . Он работает в фотоэлектрическом режиме (PV), потому что он смещен в прямом направлении напряжением, возникающим на сопротивлении нагрузки.

    Монокристаллические солнечные элементы

    Монокристаллические солнечные элементы производятся по технологии, аналогичной обработке полупроводников. Это включает выращивание монокристаллической були из расплавленного кремния высокой чистоты (P-типа), хотя и не такой высокой чистоты, как для полупроводников.Були распиливают алмазной пилой или проволочной пилой на вафли. Концы були должны быть выброшены или переработаны, а силикон теряется в пропиле пилы. Поскольку современные ячейки почти квадратные, кремний теряется при возведении були в квадрат. Клетки могут быть вытравлены для текстуры (придания шероховатости) поверхности, чтобы помочь улавливать свет внутри клетки. При производстве квадратных пластин 10 или 15 см теряется значительная часть кремния. В наши дни (2007 г.) производители солнечных элементов обычно закупают пластины на этом этапе у поставщика полупроводниковой промышленности.

    Компоненты солнечных батарей

    Пластины P-типа загружаются встык в лодочки из плавленого кварца, открывая только внешнюю поверхность для легирующей примеси N-типа в диффузионной печи. В процессе диффузии наверху ячейки образуется тонкий слой n-типа. Распространение также сокращает края ячейки спереди назад. Чтобы раскоротить клетку, необходимо удалить периферию путем плазменного травления. Серебряная или алюминиевая паста нанесена на заднюю часть ячейки, а серебряная сетка — на передней. Они спекаются в печи для обеспечения хорошего электрического контакта.(Рисунок ниже)

    Ячейки соединены последовательно металлическими лентами. Для зарядки 12-вольтовых батарей 36 ячеек с напряжением приблизительно 0,5 В ламинируются в вакууме между стеклом и металлической полимерной задней панелью. Стекло может иметь текстурированную поверхность, которая помогает улавливать свет.

    Кремниевый солнечный элемент

    Конечные коммерческие высокоэффективные (21,5%) монокристаллические кремниевые солнечные элементы имеют все контакты на задней стороне элемента. Активная площадь ячейки увеличивается за счет перемещения верхних (-) контактных проводников к задней части ячейки.Верхние (-) контакты обычно подключаются к кремнию N-типа в верхней части ячейки. На рисунке ниже (-) контакты соединены с диффузорами N + на дне, чередующимися с (+) контактами. Верхняя поверхность текстурирована, чтобы помочь улавливать свет внутри ячейки. [VSW]

    Высокоэффективный солнечный элемент со всеми контактами сзади. Взято из рисунка 1 [VSW]

    Различные виды солнечных батарей

    Элементы из мультикристаллического кремния начинаются с заливки расплавленного кремния в прямоугольную форму.Когда кремний охлаждается, он кристаллизуется в несколько больших (от миллиметров до сантиметров) беспорядочно ориентированных кристаллов вместо одного. Остальная часть процесса такая же, как и для монокристаллических ячеек. На готовых ячейках видны линии, разделяющие отдельные кристаллы, как если бы ячейки были треснутыми. Высокая эффективность не так высока, как у монокристаллических ячеек, из-за потерь на границах кристаллических зерен. Поверхность ячейки нельзя придать шероховатости травлением из-за случайной ориентации кристаллов. Однако антибликовое покрытие повышает эффективность.Эти ячейки конкурентоспособны во всем, кроме космического применения.

    Трехслойный элемент : Солнечный элемент с наивысшей эффективностью представляет собой набор из трех элементов, настроенных на поглощение различных частей солнечного спектра. Хотя три ячейки могут быть установлены друг на друга, монолитная монокристаллическая структура из 20 полупроводниковых слоев более компактна. При КПД 32% в настоящее время (2007 г.) он предпочтительнее кремния для космического применения. Высокая стоимость не позволяет найти множество приложений, связанных с землей, кроме концентраторов на основе линз или зеркал.

    В результате интенсивных исследований недавно была разработана версия, улучшенная для земных концентраторов на 400–1000 солнц и КПД 40,7%. Для этого требуется либо большая недорогая линза Френеля, либо отражатель и небольшая площадь дорогого полупроводника. Эта комбинация считается конкурентоспособной с недорогими кремниевыми элементами для солнечных электростанций. [RRK] [LZy]

    Создание трехслойных солнечных элементов

    Металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) наносит слои на германиевую подложку P-типа.Верхние слои фосфида галлия-индия (GaInP) N- и P-типа, имеющие ширину запрещенной зоны 1,85 эВ, поглощают ультрафиолетовый и видимый свет. Эти длины волн имеют достаточно энергии, чтобы превышать ширину запрещенной зоны.

    Более длинные волны (более низкая энергия) не обладают достаточной энергией для создания электронно-дырочных пар и перехода к следующему слою. Слои арсенида галлия с шириной запрещенной зоны 1,42 эВ поглощают ближний инфракрасный свет.

    Наконец, слой германия и подложка поглощают дальнее инфракрасное излучение. Серия из трех ячеек производит напряжение, которое является суммой напряжений трех ячеек.Напряжение, развиваемое каждым материалом, на 0,4 В меньше, чем энергия запрещенной зоны, указанная в таблице ниже. Например, для GaInP: 1,8 эВ / э — 0,4 В = 1,4 В. Для всех трех напряжение составляет 1,4 В + 1,0 В + 0,3 В = 2,7 В. [BRB]

    Высокоэффективный трехслойный солнечный элемент.

    Слой Ленточный зазор Поглощенный свет
    Галлий фосфид индия 1,8 эВ УФ, видимый
    Арсенид галлия 1.4 эВ ближний инфракрасный
    Германий 0,7 эВ дальняя инфракрасная область

    Кристаллические солнечные батареи имеют долгий срок службы. Многие массивы имеют гарантию 25 лет и считаются работоспособными в течение 40 лет. Они не подвержены начальной деградации по сравнению с аморфным кремнием.

    Как монокристаллические, так и мультикристаллические солнечные элементы основаны на кремниевых пластинах. Кремний является как подложкой, так и активными слоями устройства.Потребляется много кремния. Этот вид элементов существует уже несколько десятилетий и занимает около 86% рынка солнечной электроэнергии. Для получения дополнительной информации о кристаллических солнечных элементах см. Honsberg. [CHS]

    Аморфный кремний тонкопленочные солнечные элементы используют крошечные количества активного сырья, кремния. Примерно половину стоимости обычных кристаллических солнечных элементов составляет кремний для солнечных элементов. Процесс нанесения тонких пленок снижает эту стоимость.

    Обратной стороной является то, что эффективность примерно вдвое ниже, чем у обычных кристаллических ячеек.Кроме того, под воздействием солнечного света КПД снижается на 15-35%. Ячейка с КПД 7% скоро вырастет до КПД 5%. Ячейки из тонкопленочного аморфного кремния работают лучше, чем кристаллические элементы при тусклом свете. Они находят хорошее применение в калькуляторах на солнечных батареях.

    Солнечные элементы на основе не кремния составляют около 7% рынка. Это тонкопленочные поликристаллические изделия. Различные составные полупроводники являются предметом исследований и разработок. Некоторые несиликоновые продукты находятся в производстве. Как правило, эффективность лучше, чем у аморфного кремния, но не так хорошо, как у кристаллического кремния.

    Теллурид кадмия в виде тонкой поликристаллической пленки на металле или стекле может иметь более высокую эффективность, чем тонкие пленки из аморфного кремния. При нанесении на металл этот слой является отрицательным контактом с тонкой пленкой теллурида кадмия. Прозрачный сульфид кадмия P-типа поверх теллурида кадмия служит буферным слоем. Положительный верхний контакт представляет собой прозрачный, электропроводящий оксид олова, легированный фтором. Эти слои могут быть нанесены на жертвенную фольгу вместо стекла в процессе, описанном в следующем параграфе.Жертвенная фольга удаляется после того, как ячейка прикреплена к постоянной подложке.

    Солнечный элемент из теллурида кадмия на стекле или металле.

    Создание солнечного элемента из теллурида кадмия

    Процесс нанесения теллурида кадмия на стекло начинается с нанесения прозрачного, электропроводящего оксида олова N-типа на стеклянную подложку. Следующий слой — теллурид кадмия Р-типа; тем не менее, можно использовать N-тип или внутренний. Эти два слоя составляют NP-переход.Слой теллурида свинца P + (тяжелый P-тип) помогает установить контакт с низким сопротивлением. Металлический слой обеспечивает окончательный контакт с теллуридом свинца. Эти слои могут быть нанесены путем вакуумного осаждения, химического осаждения из паровой фазы (CVD), трафаретной печати, электроосаждения или химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD) в гелии. [KWM]

    Разновидностью теллурида кадмия является теллурид кадмия ртути. Более низкое объемное сопротивление и меньшее контактное сопротивление повышает эффективность по сравнению с теллуридом кадмия.

    Кадмий, индий, галлий, диселенидный солнечный элемент (CIGS)

    Диселенид кадмия, индия, галлия: наиболее многообещающий тонкопленочный солнечный элемент в настоящее время (2007 г.) производится на рулоне гибкого полиимида — кадмия, индия и галлия (CIGS) шириной десять дюймов. Его эффективность составляет 10%. Хотя ячейки из кристаллического кремния коммерческого качества превзошли это десятилетие назад, CIGS должен быть конкурентоспособным по стоимости. Процессы осаждения происходят при достаточно низкой температуре, чтобы использовать полиимидный полимер в качестве подложки вместо металла или стекла.(Рисунок выше) CIGS изготавливается методом рулона в рулон, что должно снизить затраты. Ячейки GIGS также могут быть произведены с помощью низкозатратного электрохимического процесса. [EET]

    ОБЗОР:

    • Большинство солнечных элементов представляют собой монокристаллические или мультикристаллические кремниевые элементы из-за их хорошей эффективности и умеренной стоимости.
    • Остальной рынок составляют менее эффективные тонкие пленки из различных аморфных или поликристаллических материалов.
    • В таблице ниже сравниваются выбранные солнечные элементы.

    Свойства солнечных элементов

    Тип солнечного элемента Максимальный КПД Практическая эффективность Банкноты
    Селен поликристаллический 0,7% 1883, Чарльз Фриттс
    Кремний, монокристалл 4% 1950-е годы, первый кремниевый солнечный элемент
    Кремний, монокристалл PERL, наземный, космический 25% солнечных машин, стоимость = 100 коммерческих
    Кремний, монокристалл, наземный коммерческий 24% 14-17% 5–10 долларов за пиковую мощность
    Cypress Semiconductor, Sunpower, монокристалл кремния 21.5% 19% все контакты на задней части ячейки
    Галлий фосфид индия / арсенид галлия / германий, монокристалл, многослойный 32% Предпочтительнее для свободного пространства.
    Расширенная наземная версия выше. 40,7% Использует оптический концентратор.
    Кремний мультикристаллический 18,5% 15,5%
    Тонкие пленки,
    Кремний аморфный 13% 5-7% Разлагается на солнце.Подходит для использования в помещении для калькуляторов или в пасмурную погоду.
    Теллурид кадмия поликристаллический 16% стеклянная или металлическая подложка
    Диселенид арсенида индия меди, поликристаллический 18% 10% Гибкое полимерное полотно толщиной 10 дюймов. [NTH]
    Органический полимер, 100% пластик 4,5% НИОКР

    СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

    Как работают электронные компоненты

    Электронные гаджеты стали неотъемлемой частью нашей жизни.Они сделали нашу жизнь комфортнее и удобнее. Электронные гаджеты находят широкое применение в современном мире, от авиации до медицины и здравоохранения. Фактически, революция в электронике и революция в компьютерах идут рука об руку.

    Большинство гаджетов имеют крошечные электронные схемы, которые могут управлять машинами и обрабатывать информацию. Проще говоря, электронные схемы — это линия жизни различных электроприборов. В этом руководстве подробно рассказывается об общих электронных компонентах, используемых в электронных схемах, и о том, как они работают.

    В этой статье я дам обзор электронных схем. Затем я предоставлю дополнительную информацию о 7 различных типах компонентов. Для каждого типа я буду обсуждать состав, принцип работы, а также функцию и значение компонента.

    1. Конденсатор
    2. Резистор
    3. Диод
    4. Транзистор
    5. Катушка индуктивности
    6. Реле
    7. Кристалл кварца


    Обзор электронной схемы

    Электронная схема — это структура, которая направляет и управляет электрическим током для выполнения различных функций, включая усиление сигнала, вычисление и передачу данных.Он состоит из нескольких различных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и диоды. Проводящие провода или дорожки используются для соединения компонентов друг с другом. Однако цепь считается завершенной, только если она начинается и заканчивается в одной и той же точке, образуя цикл.


    Элементы электронной схемы

    Сложность и количество компонентов в электронной схеме может изменяться в зависимости от ее применения. Однако простейшая схема состоит из трех элементов, включая токопроводящую дорожку, источник напряжения и нагрузку.

    Элемент 1: токопроводящий путь

    Электрический ток течет по токопроводящей дорожке. Хотя медные провода используются в простых цепях, они быстро заменяются токопроводящими дорожками. Проводящие дорожки — это не что иное, как медные листы, наклеенные на непроводящую основу. Они часто используются в небольших и сложных схемах, таких как печатные платы (PCB).

    Элемент 2: Источник напряжения

    Основная функция цепи — обеспечить безопасное прохождение электрического тока через нее.Итак, первый ключевой элемент — это источник напряжения. Это двухконтактное устройство, такое как аккумулятор, генераторы или энергосистемы, которые обеспечивают разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в цепи, так что ток может течь через них.

    Элемент 3: Нагрузка

    Нагрузка — это элемент в цепи, который потребляет мощность для выполнения определенной функции. Лампочка — простейшая нагрузка. Однако сложные схемы имеют разные нагрузки, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и транзисторы.


    Факты об электронных схемах

    Факт 1: обрыв цепи

    Как упоминалось ранее, цепь всегда должна образовывать петлю, чтобы через нее протекал ток. Однако, когда дело доходит до разомкнутой цепи, ток не может протекать, поскольку один или несколько компонентов отключены намеренно (с помощью переключателя) или случайно (сломанные части). Другими словами, любая цепь, не образующая петли, является разомкнутой.

    Факт 2: Замкнутый контур

    Замкнутый контур — это контур, который образует контур без каких-либо прерываний.Таким образом, это полная противоположность разомкнутой цепи. Однако полная цепь, которая не выполняет никаких функций, остается замкнутой цепью. Например, цепь, подключенная к разряженной батарее, может не работать, но это все равно замкнутая цепь.

    Факт 3: Короткое замыкание

    В случае короткого замыкания между двумя точками электрической цепи образуется соединение с низким сопротивлением. В результате ток имеет тенденцию течь через это вновь образованное соединение, а не по намеченному пути.Например, если есть прямое соединение между отрицательной и положительной клеммами батареи, ток будет проходить через нее, а не через цепь.

    Однако короткое замыкание обычно приводит к серьезным несчастным случаям, так как ток может протекать на опасно высоких уровнях. Следовательно, короткое замыкание может повредить электронное оборудование, вызвать взрыв батарей и даже вызвать пожар в коммерческих и жилых зданиях.

    Факт 4: Печатные платы (PCB)

    Для большинства электронных устройств требуются сложные электронные схемы.Вот почему разработчикам приходится размещать крошечные электронные компоненты на печатной плате. Он состоит из пластиковой платы с соединительными медными дорожками с одной стороны и множества отверстий для крепления компонентов. Когда макет печатной платы наносится химическим способом на пластиковую плату, она называется печатной платой или печатной платой.

    Рисунок 1: Печатная плата. [Источник изображения]
    Факт 5: Интегральные схемы (ИС)

    Хотя печатные платы могут предложить множество преимуществ, для большинства современных приборов, таких как компьютеры и мобильные телефоны, требуются сложные схемы, состоящие из тысяч и даже миллионов компонентов.Вот тут-то и пригодятся интегральные схемы. Это крошечные электронные схемы, которые могут поместиться внутри небольшого кремниевого чипа. Джек Килби изобрел первую интегральную схему в 1958 году в компании Texas Instruments. Единственная цель ИС — повысить эффективность электронных устройств при уменьшении их размера и стоимости производства. С годами интегральные схемы становились все более сложными, поскольку технологии продолжают развиваться. Вот почему персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны и другая бытовая электроника с каждым днем ​​становятся все дешевле и лучше.

    Рисунок 2: Интегральные схемы. [Источник изображения]

    Электронные компоненты

    Благодаря современным технологиям, процесс сборки электронных схем был полностью автоматизирован, особенно это касается изготовления микросхем и печатных плат. Количество и расположение компонентов в схеме может варьироваться в зависимости от ее сложности. Однако он построен с использованием небольшого количества стандартных компонентов.

    Следующие компоненты используются для создания электронных схем.


    Компонент 1: Конденсатор

    Конденсаторы

    широко используются для построения различных типов электронных схем.Конденсатор — это пассивный двухконтактный электрический компонент, который может электростатически накапливать энергию в электрическом поле. Проще говоря, он работает как небольшая аккумуляторная батарея, накапливающая электричество. Однако, в отличие от аккумулятора, он может заряжаться и разряжаться за доли секунды.

    Рисунок 3: Конденсаторы [Источник изображения]
    A. Состав Конденсаторы

    бывают всех форм и размеров, но обычно они состоят из одинаковых основных компонентов. Между ними уложены два электрических проводника или пластины, разделенные диэлектриком или изолятором.Пластины состоят из проводящего материала, такого как тонкие пленки из металла или алюминиевой фольги. С другой стороны, диэлектрик — это непроводящий материал, такой как стекло, керамика, пластиковая пленка, воздух, бумага или слюда. Вы можете вставить два электрических соединения, выступающих из пластин, чтобы зафиксировать конденсатор в цепи.

    B. Как это работает?

    Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам или подключаете их к источнику, на изоляторе возникает электрическое поле, в результате чего на одной пластине накапливается положительный заряд, а на другой накапливается отрицательный заряд.Конденсатор продолжает сохранять заряд, даже если вы отключите его от источника. В тот момент, когда вы подключаете его к нагрузке, накопленная энергия перетекает от конденсатора к нагрузке.

    Емкость — это количество энергии, хранящейся в конденсаторе. Чем выше емкость, тем больше энергии он может хранить. Увеличить емкость можно, сдвинув пластины ближе друг к другу или увеличив их размер. В качестве альтернативы вы также можете улучшить изоляционные качества, чтобы увеличить емкость.

    C. Функция и значение

    Хотя конденсаторы выглядят как батареи, они могут выполнять различные типы функций в цепи, такие как блокировка постоянного тока с одновременным пропусканием переменного тока или сглаживание выходного сигнала от источника питания. Они также используются в системах передачи электроэнергии для стабилизации напряжения и потока мощности. Одной из наиболее важных функций конденсатора в системах переменного тока является коррекция коэффициента мощности, без которой вы не сможете обеспечить достаточный пусковой момент для однофазных двигателей.

    Фильтры для конденсаторов

    Если вы используете микроконтроллер в цепи для запуска определенной программы, вы не хотите, чтобы его напряжение упало, поскольку это приведет к сбросу контроллера. Вот почему дизайнеры используют конденсатор. Он может обеспечить микроконтроллер необходимой мощностью на долю секунды, чтобы избежать перезапуска. Другими словами, он отфильтровывает шумы в линии питания и стабилизирует источник питания.

    Применения удерживающего конденсатора

    В отличие от батареи, конденсатор быстро разряжается.Вот почему он используется для кратковременного питания цепи. Батареи вашей камеры заряжают конденсатор, прикрепленный к вспышке. Когда вы делаете снимок со вспышкой, конденсатор высвобождает свой заряд за доли секунды, генерируя вспышку света.

    Применение конденсатора таймера

    В резонансной или зависящей от времени схеме конденсаторы используются вместе с резистором или катушкой индуктивности в качестве элемента синхронизации. Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, определяет работу схемы.


    Компонент 2: резистор

    Резистор — это пассивное двухконтактное электрическое устройство, которое препятствует прохождению тока. Это, наверное, самый простой элемент в электронной схеме. Это также один из наиболее распространенных компонентов, поскольку сопротивление является неотъемлемым элементом почти всех электронных схем. Обычно они имеют цветовую маркировку.

    Рисунок 4: Резисторы [Источник изображения]
    A. Состав

    Резистор — это вовсе не модное устройство, потому что сопротивление — это естественное свойство, которым обладают почти все проводники.Итак, конденсатор состоит из медной проволоки, обернутой вокруг изоляционного материала, такого как керамический стержень. Количество витков и толщина медной проволоки прямо пропорциональны сопротивлению. Чем больше количество витков и чем тоньше провод, тем выше сопротивление.

    Также можно встретить резисторы, изготовленные по спирали из углеродной пленки. Отсюда и название резисторы с углеродной пленкой. Они предназначены для схем с низким энергопотреблением, потому что резисторы с углеродной пленкой не так точны, как их аналоги с проволочной обмоткой.Однако они дешевле проводных резисторов. К обоим концам прикреплены клеммы проводов. Поскольку резисторы не учитывают полярность в цепи, ток может протекать в любом направлении. Таким образом, не нужно беспокоиться о том, чтобы прикрепить их вперед или назад.

    B. Как это работает?

    Резистор может показаться не очень большим. Можно подумать, что он ничего не делает, кроме как потребляет энергию. Однако он выполняет жизненно важную функцию: контролирует напряжение и ток в вашей цепи.Другими словами, резисторы дают вам контроль над конструкцией вашей схемы.

    Когда электрический ток начинает течь по проводу, все электроны начинают двигаться в одном направлении. Это похоже на воду, текущую по трубе. По тонкой трубе будет течь меньше воды, потому что у нее меньше места для ее движения.

    Точно так же, когда ток проходит через тонкую проволоку в резисторе, электронам становится все труднее двигаться через него. Короче говоря, количество электронов, проходящих через резистор, уменьшается с увеличением длины и толщины провода.

    C. Функция и значение У резисторов

    есть множество применений, но три наиболее распространенных — это управление током, деление напряжения и цепи резистор-конденсатор.

    Ограничение тока

    Если вы не добавите резисторы в цепь, ток будет опасно высоким. Это может привести к перегреву других компонентов и их повреждению. Например, если вы подключите светодиод напрямую к батарее, он все равно будет работать.Однако через некоторое время светодиод нагреется, как огненный шар. В конечном итоге он сгорит, поскольку светодиоды менее устойчивы к нагреванию.

    Но, если ввести в схему резистор, он снизит протекание тока до оптимального уровня. Таким образом, вы можете дольше держать светодиод включенным, не перегревая его.

    Делительное напряжение Также используются резисторы

    для понижения напряжения до нужного уровня. Иногда для определенной части схемы, такой как микроконтроллер, может потребоваться более низкое напряжение, чем для самой схемы.Здесь на помощь приходит резистор.

    Допустим, ваша схема работает от аккумулятора 12 В. Однако для микроконтроллера требуется только питание 6 В. Итак, чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это подключить последовательно два резистора с равным сопротивлением. Проволока между двумя резисторами снизит наполовину напряжение вашей цепи, к которой может быть подключен микроконтроллер. Используя соответствующие резисторы, вы можете снизить напряжение в цепи до любого уровня.

    Резисторно-конденсаторные сети Резисторы

    также используются в сочетании с конденсаторами для создания интегральных схем, содержащих массивы резистор-конденсатор в одной микросхеме.Их также называют RC-фильтрами или RC-сетями. Они часто используются для подавления электромагнитных помех (EMI) или радиочастотных помех (RFI) в различных инструментах, включая порты ввода / вывода компьютеров и ноутбуков, локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN), среди прочего. Они также используются в станках, распределительных устройствах, контроллерах двигателей, автоматизированном оборудовании, промышленных приборах, лифтах и ​​эскалаторах.


    Компонент 3: Диод

    Диод — это устройство с двумя выводами, которое позволяет электрическому току течь только в одном направлении.Таким образом, это электронный эквивалент обратного клапана или улицы с односторонним движением. Он обычно используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Он изготовлен либо из полупроводникового материала (полупроводниковый диод), либо из вакуумной трубки (вакуумный ламповый диод). Однако сегодня большинство диодов изготовлено из полупроводникового материала, особенно из кремния.

    Рисунок 5: Диод [Источник изображения]
    A. Состав

    Как упоминалось ранее, существует два типа диодов: вакуумные диоды и полупроводниковые диоды.Вакуумный диод состоит из двух электродов (катода и анода), помещенных внутри герметичной вакуумной стеклянной трубки. Полупроводниковый диод состоит из полупроводников p-типа и n-типа. Поэтому он известен как диод с p-n переходом. Обычно он изготавливается из кремния, но также можно использовать германий или селен.

    B. Как это работает?
    Вакуумный диод

    Когда катод нагревается нитью накала, в вакууме образуется невидимое облако электронов, называемое пространственным зарядом.Хотя электроны испускаются катодом, отрицательный объемный заряд отталкивает их. Поскольку электроны не могут достичь анода, через цепь не протекает ток. Однако, когда анод становится положительным, объемный заряд исчезает. В результате ток начинает течь от катода к аноду. Таким образом, электрический ток внутри диода течет только от катода к аноду и никогда от анода к катоду.

    P-N переходной диод

    Диод с p-n переходом состоит из кремниевых полупроводников p-типа и n-типа.Полупроводник p-типа обычно легируется бором, оставляя в нем дырки (положительный заряд). С другой стороны, полупроводник n-типа легирован сурьмой, добавляя в него несколько дополнительных электронов (отрицательный заряд). Таким образом, электрический ток может протекать через оба полупроводника.

    Когда вы соединяете блоки p-типа и n-типа, лишние электроны n-типа объединяются с дырками p-типа, создавая зону обеднения без каких-либо свободных электронов или дырок. Короче, ток через диод больше не может проходить.

    Когда вы подключаете отрицательную клемму батареи к кремнию n-типа, а положительную клемму к p-типу (прямое смещение), ток начинает течь, поскольку электроны и дырки теперь могут перемещаться по переходу. Однако, если вы перевернете клеммы (обратное смещение), ток не будет течь через диод, потому что дырки и электроны отталкиваются друг от друга, расширяя зону истощения. Таким образом, как и вакуумный диод, переходной диод может пропускать ток только в одном направлении.

    С.Функция и значение

    Хотя диоды являются одними из простейших компонентов электронной схемы, они находят уникальное применение в различных отраслях промышленности.

    Преобразование переменного тока в постоянный

    Наиболее распространенным и важным применением диодов является преобразование переменного тока в постоянный. Обычно полуволновой (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель используется для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, особенно в бытовых источниках питания. Когда вы пропускаете источник питания переменного тока через диод, через него проходит только половина формы волны переменного тока.Поскольку этот импульс напряжения используется для зарядки конденсатора, он создает устойчивые и непрерывные постоянные токи без каких-либо пульсаций. Различные комбинации диодов и конденсаторов также используются для создания различных типов умножителей напряжения для умножения небольшого переменного напряжения на высокие выходы постоянного тока.

    Обходные диоды

    Обходные диоды часто используются для защиты солнечных панелей. Когда ток от остальных элементов проходит через поврежденный или пыльный солнечный элемент, это вызывает перегрев.В результате общая выходная мощность снижается, создавая горячие точки. Диоды подключаются параллельно солнечным элементам, чтобы защитить их от проблемы перегрева. Эта простая конструкция ограничивает напряжение на неисправном солнечном элементе, позволяя току проходить через неповрежденные элементы во внешнюю цепь.

    Защита от скачков напряжения

    Когда источник питания внезапно прерывается, он создает высокое напряжение в большинстве индуктивных нагрузок.Этот неожиданный скачок напряжения может повредить нагрузку. Однако вы можете защитить дорогое оборудование, подключив диод к индуктивным нагрузкам. В зависимости от типа защиты эти диоды известны под разными названиями, включая демпферный диод, обратный диод, подавляющий диод и диод свободного хода, среди других.

    Демодуляция сигнала

    Они также используются в процессе модуляции сигнала, поскольку диоды могут эффективно удалять отрицательный элемент сигнала переменного тока.Диод выпрямляет несущую волну, превращая ее в постоянный ток. Звуковой сигнал извлекается из несущей волны, этот процесс называется звуковой частотной модуляцией. Вы можете слышать звук после некоторой фильтрации и усиления. Следовательно, диоды обычно используются в радиоприемниках для извлечения сигнала из несущей волны.

    Защита от обратного тока

    Изменение полярности источника постоянного тока или неправильное подключение батареи может привести к протеканию значительного тока через цепь.Такое обратное подключение может повредить подключенную нагрузку. Вот почему защитный диод включен последовательно с положительной стороной клеммы аккумулятора. В случае правильной полярности диод становится смещенным в прямом направлении, и ток течет по цепи. Однако в случае неправильного подключения он становится смещенным в обратном направлении, блокируя ток. Таким образом, он может защитить ваше оборудование от возможных повреждений.


    Компонент 4: Транзистор

    Один из важнейших компонентов электронной схемы, транзисторы произвели революцию в области электроники.Эти крошечные полупроводниковые устройства с тремя выводами существуют уже более пяти десятилетий. Их часто используют как усилители и переключающие устройства. Вы можете думать о них как о реле без каких-либо движущихся частей, потому что они могут включать или выключать что-либо без какого-либо движения.

    Рисунок 6: Транзисторы [Источник изображения]
    A. Состав

    Вначале германий использовался для создания транзисторов, которые были чрезвычайно чувствительны к температуре. Однако сегодня они изготавливаются из кремния, полупроводникового материала, обнаруженного в песке, потому что кремниевые транзисторы гораздо более устойчивы к температуре и дешевле в производстве.Есть два разных типа биполярных переходных транзисторов (BJT), NPN и PNP. Каждый транзистор имеет три контакта, которые называются базой (b), коллектором (c) и эмиттером (e). NPN и PNP относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор.

    B. Как это работает?

    Когда вы помещаете кремниевую пластину p-типа между двумя стержнями n-типа, вы получаете NPN-транзистор. Эмиттер присоединен к одному n-типу, а коллектор — к другому.Основание прикреплено к р-образному типу. Избыточные дырки в кремнии p-типа действуют как барьеры, блокирующие прохождение тока. Однако, если вы приложите положительное напряжение к базе и коллектору и отрицательно зарядите эмиттер, электроны начнут течь от эмиттера к коллектору.

    Расположение и количество блоков p-типа и n-типа остаются инвертированными в транзисторе PNP. В этом типе транзистора один n-тип находится между двумя блоками p-типа. Поскольку распределение напряжения отличается, транзистор PNP работает иначе.Транзистор NPN требует положительного напряжения на базу, в то время как PNP требует отрицательного напряжения. Короче говоря, ток должен течь от базы, чтобы включить PNP-транзистор.

    C. Функция и значение

    Транзисторы функционируют как переключатели и усилители в большинстве электронных схем. Дизайнеры часто используют транзистор в качестве переключателя, потому что, в отличие от простого переключателя, он может превратить небольшой ток в гораздо больший. Хотя вы можете использовать простой переключатель в обычной цепи, для усовершенствованной схемы может потребоваться различное количество токов на разных этапах.

    Транзисторы в слуховых аппаратах

    Одно из самых известных применений транзисторов — слуховой аппарат. Обычно небольшой микрофон в слуховом аппарате улавливает звуковые волны, преобразовывая их в колеблющиеся электрические импульсы или токи. Когда эти токи проходят через транзистор, они усиливаются. Затем усиленные импульсы проходят через динамик, снова преобразуя их в звуковые волны. Таким образом, вы можете слышать значительно более громкую версию окружающего шума.

    Транзисторы в компьютерах и калькуляторах

    Все мы знаем, что компьютеры хранят и обрабатывают информацию, используя двоичный язык «ноль» и «единица». Однако большинство людей не знают, что транзисторы играют решающую роль в создании чего-то, что называется логическими вентилями, которые являются основой компьютерных программ. Транзисторы часто соединяются с логическими вентилями, чтобы создать уникальный элемент устройства, называемый триггером. В этой системе транзистор остается включенным, даже если вы уберете ток базы.Теперь он переключается или выключается всякий раз, когда через него проходит новый ток. Таким образом, транзистор может хранить ноль, когда он выключен, или единицу, когда он включен, что является принципом работы компьютеров.

    Транзисторы Дарлингтона

    Транзистор Дарлингтона состоит из двух соединенных вместе транзисторов с полярным соединением PNP или NPN. Он назван в честь своего изобретателя Сидни Дарлингтона. Единственное назначение транзистора Дарлингтона — обеспечить высокий коэффициент усиления по току при низком базовом токе.Вы можете найти эти транзисторы в приборах, которым требуется высокий коэффициент усиления по току на низкой частоте, таких как регуляторы мощности, драйверы дисплея, контроллеры двигателей, световые и сенсорные датчики, системы сигнализации и усилители звука.

    IGBT и MOSFET транзисторы

    Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) часто используются в качестве усилителей и переключателей в различных инструментах, включая электромобили, поезда, холодильники, кондиционеры и даже стереосистемы.С другой стороны, полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) обычно используются в интегральных схемах для управления уровнями мощности устройства или для хранения данных.


    Компонент 5: Индуктор

    Катушка индуктивности, также известная как реактор, представляет собой пассивный компонент цепи, имеющей два вывода. Это устройство хранит энергию в своем магнитном поле, возвращая ее в цепь при необходимости. Было обнаружено, что когда две катушки индуктивности помещаются рядом, не касаясь друг друга, магнитное поле, создаваемое первой катушкой индуктивности, воздействует на вторую катушку индуктивности.Это был решающий прорыв, который привел к изобретению первых трансформаторов.

    Рисунок 7: Катушки индуктивности [Источник изображения]
    A. Состав

    Это, вероятно, простейший компонент, состоящий только из мотка медной проволоки. Индуктивность прямо пропорциональна количеству витков в катушке. Однако иногда катушка наматывается на ферромагнитный материал, такой как железо, слоистое железо и порошковое железо, для увеличения индуктивности. Форма этого сердечника также может увеличить индуктивность.Тороидальные (в форме бублика) сердечники обеспечивают лучшую индуктивность по сравнению с соленоидными (стержневыми) сердечниками на такое же количество витков. К сожалению, индукторы в интегральной схеме сложно соединить, поэтому их обычно заменяют резисторами.

    B. Как это работает?

    Когда ток проходит по проводу, он создает магнитное поле. Однако уникальная форма индуктора приводит к созданию гораздо более сильного магнитного поля. Это мощное магнитное поле, в свою очередь, сопротивляется переменному току, но пропускает через него постоянный ток.Это магнитное поле также хранит энергию.

    Возьмем простую схему, состоящую из батареи, переключателя и лампочки. Лампа загорится ярко, как только вы включите выключатель. Добавьте в эту цепь индуктивность. Как только вы включаете выключатель, лампочка переключается с яркой на тусклую. С другой стороны, когда переключатель выключен, он становится очень ярким, всего на долю секунды до полного выключения.

    Когда вы включаете переключатель, индуктор начинает использовать электричество для создания магнитного поля, временно блокируя прохождение тока.Но только постоянный ток проходит через индуктор, как только магнитное поле заполнено. Вот почему лампочка переключается с яркой на тусклую. Все это время индуктор накапливает некоторую электрическую энергию в виде магнитного поля. Итак, когда вы выключаете выключатель, магнитное поле поддерживает постоянный ток в катушке. Таким образом, лампочка некоторое время горит ярко перед тем, как погаснуть.

    C. Функция и значение

    Хотя индукторы полезны, их сложно включить в электронные схемы из-за их размера.Поскольку они более громоздкие по сравнению с другими компонентами, они увеличивают вес и занимают много места. Следовательно, их обычно заменяют резисторами в интегральных схемах (ИС). Тем не менее, индукторы находят широкое применение в промышленности.

    Фильтры в настроенных схемах

    Одним из наиболее распространенных применений индукторов является выбор желаемой частоты в настроенных схемах. Они широко используются с конденсаторами и резисторами, подключенными параллельно или последовательно, для создания фильтров.Импеданс катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, автономная катушка индуктивности может действовать только как фильтр нижних частот. Однако, когда вы объединяете его с конденсатором, вы можете создать режекторный фильтр, потому что сопротивление конденсатора уменьшается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, вы можете использовать различные комбинации конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов для создания различных типов фильтров. Они присутствуют в большинстве электронных устройств, включая телевизоры, настольные компьютеры и радио.

    Дроссели как дроссели

    Если через дроссель протекает переменный ток, он создает противоположный ток. Таким образом, он может преобразовывать источник переменного тока в постоянный. Другими словами, он подавляет подачу переменного тока, но позволяет постоянному току проходить через него, отсюда и название «дроссель». Обычно они встречаются в цепях питания, которым необходимо преобразовать подачу переменного тока в подачу постоянного тока.

    Ферритовые бусины

    Ферритовый шарик или ферритовый дроссель используется для подавления высокочастотного шума в электронных схемах.Некоторые из распространенных применений ферритовых шариков включают компьютерные кабели, телевизионные кабели и кабели для зарядки мобильных устройств. Эти кабели иногда могут действовать как антенны, взаимодействуя с аудио- и видеовыходами вашего телевизора и компьютера. Таким образом, индукторы используются в ферритовых шариках, чтобы уменьшить такие радиочастотные помехи.

    Индукторы в датчиках приближения

    Большинство датчиков приближения работают по принципу индуктивности. Индуктивный датчик приближения состоит из четырех частей, включая индуктор или катушку, генератор, схему обнаружения и выходную схему.Осциллятор генерирует флуктуирующее магнитное поле. Когда объект приближается к этому магнитному полю, начинают накапливаться вихревые токи, уменьшая магнитное поле датчика.

    Схема обнаружения определяет силу датчика, в то время как выходная схема вызывает соответствующий ответ. Индуктивные датчики приближения, также называемые бесконтактными датчиками, ценятся за их надежность. Они используются на светофорах для определения плотности движения, а также в качестве датчиков парковки легковых и грузовых автомобилей.

    Асинхронные двигатели

    Асинхронный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным примером применения индукторов. Обычно в асинхронном двигателе индукторы устанавливаются в фиксированном положении. Другими словами, им не разрешается выравниваться с близлежащим магнитным полем. Источник питания переменного тока используется для создания вращающегося магнитного поля, которое затем вращает вал. Потребляемая мощность регулирует скорость вращения. Следовательно, асинхронные двигатели часто используются в приложениях с фиксированной скоростью.Асинхронные двигатели очень надежны и прочны, поскольку нет прямого контакта между двигателем и ротором.

    Трансформаторы

    Как упоминалось ранее, открытие индукторов привело к изобретению трансформаторов, одного из основных компонентов систем передачи энергии. Вы можете создать трансформатор, объединив индукторы общего магнитного поля. Обычно они используются для повышения или понижения напряжения в линиях электропередач до желаемого уровня.

    Накопитель энергии

    Катушка индуктивности, как и конденсатор, также может накапливать энергию. Однако, в отличие от конденсатора, он может накапливать энергию в течение ограниченного времени. Поскольку энергия хранится в магнитном поле, она схлопывается, как только отключается источник питания. Тем не менее, индукторы функционируют как надежные накопители энергии в импульсных источниках питания, таких как настольные компьютеры.


    Компонент 6: реле

    Реле — это электромагнитный переключатель, который может размыкать и замыкать цепи электромеханическим или электронным способом.Для работы реле необходим относительно небольшой ток. Обычно они используются для регулирования малых токов в цепи управления. Однако вы также можете использовать реле для управления большими электрическими токами. Реле — это электрический эквивалент рычага. Вы можете включить его небольшим током, чтобы включить (или усилить) другую цепь, использующую большой ток. Реле могут быть либо электромеханическими, либо твердотельными.

    Рисунок 8: Реле [Источник изображения]
    A. Композиция

    Электромеханическое реле (ЭМИ) состоит из корпуса, катушки, якоря, пружины и контактов.Рама поддерживает различные части реле. Якорь — это подвижная часть релейного переключателя. Катушка (в основном из медной проволоки), намотанная на металлический стержень, создает магнитное поле, которое перемещает якорь. Контакты — это токопроводящие части, которые размыкают и замыкают цепь.

    Твердотельное реле (SSR) состоит из входной цепи, цепи управления и выходной цепи. Входная цепь эквивалентна катушке электромеханического реле. Схема управления действует как связующее устройство между входными и выходными цепями, в то время как выходная цепь выполняет ту же функцию, что и контакты в ЭМИ.Твердотельные реле становятся все более популярными, поскольку они дешевле, быстрее и надежнее электромеханических реле.

    B. Как это работает?

    Используете ли вы электромеханическое реле или твердотельное реле, это нормально замкнутое (NC) или нормально разомкнутое (NO) реле. В случае реле NC контакты остаются замкнутыми при отсутствии питания. Однако в нормально разомкнутом реле контакты остаются разомкнутыми при отсутствии питания.Короче говоря, всякий раз, когда через реле протекает ток, контакты либо размыкаются, либо замыкаются.

    В ЭМИ источник питания возбуждает катушку реле, создавая магнитное поле. Магнитная катушка притягивает металлическую пластину, установленную на якоре. Когда ток прекращается, якорь возвращается в исходное положение под действием пружины. EMR также может иметь один или несколько контактов в одном пакете. Если в цепи используется только один контакт, она называется цепью с одиночным разрывом (SB). С другой стороны, цепь двойного размыкания (DB) идет с буксировочными контактами.Обычно реле с одинарным размыканием используются для управления маломощными устройствами, такими как индикаторные лампы, в то время как контакты с двойным размыканием используются для управления мощными устройствами, такими как соленоиды.

    Когда дело доходит до работы SSR, вам необходимо подать напряжение выше, чем указанное напряжение срабатывания реле, чтобы активировать входную цепь. Вы должны подать напряжение ниже установленного минимального напряжения падения реле, чтобы деактивировать входную цепь. Схема управления передает сигнал от входной цепи к выходной цепи.Выходная цепь включает нагрузку или выполняет желаемое действие.

    C. Функция и значение

    Поскольку они могут управлять сильноточной цепью с помощью слаботочного сигнала, в большинстве процессов управления используются реле в качестве первичных устройств защиты и переключения. Они также могут обнаруживать неисправности и нарушения, возникающие в системах распределения электроэнергии. Типичные приложения включают телекоммуникации, автомобили, системы управления дорожным движением, бытовую технику и компьютеры.

    Защитные реле

    Защитные реле используются для отключения или отключения цепи при обнаружении каких-либо нарушений. Иногда они также могут подавать сигнал тревоги при обнаружении неисправности. Типы реле защиты зависят от их функции. Например, реле максимального тока предназначено для определения тока, превышающего заданное значение. При обнаружении такого тока реле срабатывает, отключая автоматический выключатель, чтобы защитить оборудование от возможного повреждения.

    Дистанционное реле или реле импеданса, с другой стороны, может обнаруживать отклонения в соотношении тока и напряжения, а не контролировать их величину независимо. Он срабатывает, когда отношение V / I падает ниже заданного значения. Обычно защитные реле используются для защиты оборудования, такого как двигатели, генераторы, трансформаторы и т. Д.

    Реле автоматического повторного включения

    Реле автоматического повторного включения предназначено для многократного повторного включения автоматического выключателя, который уже отключен с помощью защитного реле.Например, при резком падении напряжения в электрической цепи вашего дома может наблюдаться несколько кратковременных перебоев в подаче электроэнергии. Эти сбои происходят из-за того, что реле повторного включения пытается автоматически включить защитное реле. В случае успеха питание будет восстановлено. В противном случае произойдет полное отключение электроэнергии.

    Тепловые реле

    Тепловое воздействие электрической энергии — это принцип работы теплового реле. Короче говоря, он может обнаруживать повышение температуры окружающей среды и соответственно включать или выключать цепь.Он состоит из биметаллической полосы, которая нагревается при прохождении через нее сверхтока. Нагретая полоса изгибается и замыкает замыкающий контакт, отключая автоматический выключатель. Наиболее распространенное применение теплового реле — защита электродвигателя от перегрузки.


    Компонент 7. Кристалл кварца

    Кристаллы кварца находят несколько применений в электронной промышленности. Однако в основном они используются в качестве резонаторов в электронных схемах. Кварц — это встречающаяся в природе форма кремния.Однако теперь его производят синтетически, чтобы удовлетворить растущий спрос. Проявляет пьезоэлектрический эффект. Если вы приложите физическое давление к одной стороне, возникающие в результате вибрации создадут переменное напряжение на кристалле. Резонаторы из кварцевого кристалла доступны во многих размерах в зависимости от требуемых применений.

    Рис. 9: Кристалл кварца [Источник изображения]
    A. Состав

    Как упоминалось ранее, кристаллы кварца либо производятся синтетическим путем, либо встречаются в природе.Их часто используют для создания кварцевых генераторов для создания электрического сигнала с точной частотой. Обычно форма кристаллов кварца гексагональная с пирамидками на концах. Однако для практических целей их разрезают на прямоугольные плиты. К наиболее распространенным типам форматов резки относятся X, Y и AT. Эта плита помещается между двумя металлическими пластинами, называемыми удерживающими пластинами. Внешняя форма кварцевого кристалла или кварцевого генератора может быть цилиндрической, прямоугольной или квадратной.

    Б.Как это работает?

    Если подать на кристалл переменное напряжение, он вызовет механические колебания. Огранка и размер кристалла кварца определяют резонансную частоту этих колебаний или колебаний. Таким образом, он генерирует постоянный сигнал. Кварцевые генераторы дешевы и просты в изготовлении синтетическим способом. Они доступны в диапазоне от нескольких кГц до нескольких МГц. Поскольку кварцевые генераторы имеют более высокую добротность или добротность, они очень стабильны во времени и температуре.

    C. Функция и значение

    Исключительно высокая добротность позволяет использовать кристаллы кварца и резонансный элемент в генераторах, а также в фильтрах в электронных схемах. Вы можете найти этот высоконадежный компонент в радиочастотных приложениях, как схемы генератора тактовых импульсов в платах микропроцессоров, а также как элемент синхронизации в цифровых часах.

    Кварцевые часы

    Проблема традиционных часов с винтовой пружиной заключается в том, что вам нужно периодически заводить катушку.С другой стороны, маятниковые часы зависят от силы тяжести. Таким образом, они по-разному показывают время на разных уровнях моря и высотах из-за изменений силы тяжести. Однако на характеристики кварцевых часов не влияет ни один из этих факторов. Кварцевые часы питаются от батареек. Обычно крошечный кристалл кварца регулирует шестеренки, которые управляют секундной, минутной и часовой стрелками. Поскольку кварцевые часы потребляют очень мало энергии, батарея часто может работать дольше.

    Фильтры

    Вы также можете использовать кристаллы кварца в электронных схемах в качестве фильтров.Они часто используются для фильтрации нежелательных сигналов в радиоприемниках и микроконтроллерах. Большинство основных фильтров состоят из одного кристалла кварца. Однако усовершенствованные фильтры могут содержать более одного кристалла, чтобы соответствовать требованиям к рабочим характеристикам. Эти кварцевые фильтры намного превосходят фильтры, изготовленные с использованием ЖК-компонентов.


    Заключение

    От общения с близкими, живущими на разных континентах, до приготовления горячей чашки кофе — электронные устройства затрагивают практически все аспекты нашей жизни.Однако что заставляет эти электронные устройства выполнять, казалось бы, трудоемкие задачи всего за несколько минут? Крошечные электронные схемы — основа всего электронного оборудования. Чтение о различных компонентах электронной схемы поможет вам понять их функции и значение. Поделитесь своими предложениями и мнениями по этому поводу в разделе комментариев ниже.

    // Эта статья изначально была опубликована на ICRFQ.

    диодов | Клуб Электроники

    Диоды | Клуб электроники

    Сигнал | Выпрямитель | Мостовой выпрямитель | Зенер

    Смотрите также: светодиоды | Блоки питания

    Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении.Стрелка символа схемы показывает направление, в котором может течь ток. Диоды — электрическая версия вентиль и первые диоды на самом деле назывались вентилями.

    Типы диодов

    Обычные диоды можно разделить на два типа:

    Дополнительно есть:

    Подключение и пайка

    Диоды должны быть подключены правильно, на схеме может быть указано , или + для анода и k или для катода (да, это действительно k, а не c, для катода!).Катод отмечен линией, нарисованной на корпусе. Диоды обозначены своим кодом мелким шрифтом, вам может потребоваться ручная линза, чтобы прочитать его.

    Сигнальные диоды могут быть повреждены нагреванием при пайке, но риск невелик, если только вы используете германиевый диод (коды начинаются OA …), и в этом случае вы должны использовать радиатор (например, зажим «крокодил»), прикрепленный к проводу между соединением и корпусом диода.

    Выпрямительные диоды достаточно прочные, и при их пайке не требуется специальных мер предосторожности.


    Испытательные диоды

    Вы можете использовать мультиметр или простой тестер. проект (батарея, резистор и светодиод), чтобы проверить, что диод проводит только в одном направлении.

    Лампу можно использовать для проверки выпрямительного диода, но НЕ используйте лампу для проверки сигнальный диод, потому что большой ток, пропускаемый лампой, разрушит диод.


    Падение напряжения в прямом направлении

    Электричество потребляет немного энергии, проталкиваясь через диод, как человек. толкая дверь пружиной.Это означает, что есть небольшое прямое падение напряжения через проводящий диод. Для большинства диодов, сделанных из кремния, оно составляет около 0,7 В.

    Прямое падение напряжения на диоде почти постоянно, независимо от тока, протекающего через диода, поэтому они имеют очень крутую характеристику (вольт-амперный график).

    обратное напряжение

    При подаче обратного напряжения проводит не идеальный диод, а настоящие диоды утечка очень небольшого тока (обычно несколько мкА).Это можно игнорировать в большинстве схем. потому что он будет намного меньше, чем ток, текущий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50 В или более), и если при превышении этого значения диод выйдет из строя и будет пропускать большой ток в обратном направлении, это называется пробой .



    Диоды сигнальные (малоточные)

    Сигнальные диоды обычно используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они требуются только для пропускания небольших токов до 100 мА.

    Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.

    Rapid Electronics: 1N4148

    Германиевые диоды , такие как OA90, имеют меньшее прямое падение напряжения 0,2 В, что делает Их можно использовать в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих звуковой сигнал из слабого радиосигнала. Сейчас они используются редко, и их может быть трудно найти.

    Для общего использования, где величина прямого падения напряжения менее важна, кремниевые диоды лучше, потому что они менее легко повреждаются теплом при пайке, имеют меньшее сопротивление при проводке и имеют очень низкие токи утечки при приложении обратного напряжения.

    Защитные диоды для реле

    Сигнальные диоды также используются для защиты транзисторов и микросхем от кратковременного высокого напряжения, возникающего при обмотке реле. выключен. На схеме показано, как защитный диод подключен к катушке реле «в обратном направлении».

    Зачем нужен защитный диод?

    Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно схлопывается. при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, которое может повредить транзисторы и микросхемы.Защитный диод позволяет индуцированному напряжению пропускать кратковременный ток через катушку. (и диод), поэтому магнитное поле исчезает быстро, а не мгновенно. Это предотвращает индуцированное напряжение становится достаточно высоким, чтобы вызвать повреждение транзисторов и микросхем.


    Выпрямительные диоды (большой ток)

    Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC). к постоянному току (DC) этот процесс называется выпрямлением. Они также используются в других схемах, где через диод должен проходить большой ток.

    Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице указаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства цепей низкого напряжения с током менее 1 А.

    Rapid Electronics: 1N4001

    Диод Максимум
    Ток
    Максимум
    Обратный
    Напряжение
    1N4001 1A 50V
    1N4002 1A6
    1N5401 3A 100V
    1N5408 3A 1000V

    Книг по комплектующим:



    Мостовые выпрямители

    Есть несколько способов подключения диодов, чтобы выпрямитель преобразовывал переменный ток в постоянный.Мостовой выпрямитель — один из них, и он доступен в специальных пакетах, содержащих четыре необходимых диода. Мостовые выпрямители рассчитаны на максимальный ток и максимальное обратное напряжение. У них есть четыре вывода или клеммы: два выхода постоянного тока помечены + и -, два входа переменного тока помечены .

    На схеме показана работа мостового выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный. Обратите внимание, как проводят чередующиеся пары диодов.

    Rapid Electronics: мостовые выпрямители

    Мостовые выпрямители различных типов

    Обратите внимание, что у некоторых есть отверстие в центре для крепления к радиатору

    Фотографии © Rapid Electronics


    Стабилитроны

    Стабилитроны

    используются для поддержания постоянного напряжения.Они рассчитаны на «поломку» в надежных и неразрушающим способом, чтобы их можно было использовать в обратном порядке для поддержания фиксированного напряжения на их выводах.

    Стабилитроны

    можно отличить от обычных диодов по их коду и напряжению пробоя. которые напечатаны на них. Коды стабилитронов начинаются BZX … или BZY … Их напряжение пробоя обычно печатается с буквой V вместо десятичной точки, поэтому 4V7 означает, например, 4,7 В.

    a = анод, k = катод

    Rapid Electronics: стабилитроны

    На схеме показано, как подключен стабилитрон с последовательно включенным резистором для ограничения тока.

    Стабилитроны

    имеют номинальное напряжение пробоя и максимальную мощность . Минимальное доступное напряжение пробоя составляет 2,4 В. Широко доступны номиналы мощности 400 мВт и 1,3 Вт.

    Для получения дополнительной информации см. Страницу источников питания.


    Политика конфиденциальности и файлы cookie

    Этот веб-сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому.На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google.Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

    electronicsclub.info © Джон Хьюс 2021 г.

    Как работают диоды Шоттки | ОРЕЛ

    Как и другие диоды, диод Шоттки управляет направлением тока в цепи. Эти устройства действуют как улица с односторонним движением в мире электроники, позволяя току проходить только от анода к катоду. Однако, в отличие от стандартных диодов, диод Шоттки известен своим низким прямым напряжением и возможностью быстрого переключения.Это делает их идеальным выбором для радиочастотных приложений и любых устройств с низким напряжением. Диод Шоттки имеет множество применений, в том числе:

    • Выпрямитель мощности. Диоды Шоттки могут использоваться в приложениях с большой мощностью благодаря низкому прямому падению напряжения. Эти диоды потребляют меньше энергии и могут уменьшить размер радиатора.
    • Несколько источников питания. Диоды Шоттки также могут помочь разделить питание в схеме с двумя источниками питания, например, с сетью и батареей.
    • Солнечные элементы. Диоды Шоттки могут помочь максимизировать эффективность солнечных элементов благодаря низкому прямому падению напряжения. Они также помогают защитить ячейку от обратных зарядов.
    • Зажим. Диоды Шоттки также можно использовать в качестве фиксаторов в транзисторных схемах, например, в логических схемах 74LS или 74S.

    ( Источник изображения )

    Преимущества и недостатки диода Шоттки

    Одним из основных преимуществ использования диода Шоттки перед обычным диодом является их низкое прямое падение напряжения.Это позволяет диоду Шоттки потреблять меньше напряжения, чем стандартному диоду, используя только 0,3-0,4 В на его переходах. На графике ниже вы можете видеть, что прямое падение напряжения примерно на 0,3 В начинает значительно увеличивать ток в диоде Шоттки. Это увеличение тока не вступит в силу до 0,6 В для стандартного диода.

    ( Источник изображения )

    На изображениях ниже представлены две схемы, иллюстрирующие преимущества более низкого прямого падения напряжения.Схема слева содержит обычный диод, справа — диод Шоттки. Оба питаются от источника постоянного тока 2 В.

    ( Источник изображения )

    Обычный диод потребляет 0,7 В, а для питания нагрузки остается только 1,3 В. Благодаря более низкому прямому падению напряжения диод Шоттки потребляет всего 0,3 В, оставляя 1,7 В для питания нагрузки. Если наша нагрузка требует 1,5 В, то для работы подойдет только диод Шоттки.

    Другие преимущества использования диода Шоттки по сравнению с обычным диодом:

    • Более быстрое время восстановления .Небольшой заряд, накопленный в диоде Шоттки, делает его идеальным для приложений с высокоскоростным переключением.
    • Меньше шума . Диод Шоттки будет производить меньше нежелательных шумов, чем обычный диод с p-n переходом.
    • Лучшая производительность . Диод Шоттки потребляет меньше энергии и может легко удовлетворить требования низковольтных приложений.

    Диоды Шоттки имеют некоторые недостатки. Диод Шоттки с обратным смещением будет испытывать более высокий уровень обратного тока, чем традиционный диод.При обратном подключении это приведет к большей утечке тока.

    Диоды Шоттки

    также имеют более низкое максимальное обратное напряжение, чем стандартные диоды, обычно 50 В или меньше. Как только это значение будет превышено, диод Шоттки выйдет из строя и начнет проводить большой ток в обратном направлении. Однако даже до достижения этого обратного значения диод Шоттки будет пропускать небольшой ток, как любой другой диод.

    Как работает диод Шоттки

    Типичный диод объединяет полупроводники p-типа и n-типа для образования p-n перехода.В диоде Шоттки металл заменяет полупроводник p-типа. Этот металл может варьироваться от платины до вольфрама, молибдена, золота и т. Д.

    Когда металл соединяется с полупроводником n-типа, образуется переход m-s. Это соединение называется барьером Шоттки. Поведение барьера Шоттки будет отличаться в зависимости от того, находится ли диод в несмещенном, прямом или обратном смещении.

    ( Источник изображения )

    Беспристрастное состояние

    В несмещенном состоянии свободные электроны будут перемещаться от полупроводника n-типа к металлу, чтобы установить баланс.Этот поток электронов создал барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Свободным электронам потребуется большая подводимая энергия, чем их встроенное напряжение, чтобы преодолеть этот барьер.

    ( Источник изображения )

    Состояние прямого смещения

    Подключение положительной клеммы батареи к металлической и отрицательной клеммы к полупроводнику n-типа создаст состояние с прямым смещением. В этом состоянии электроны могут пересекать переход от n-типа к металлу, если приложенное напряжение больше 0.2 вольта. Это приводит к протеканию тока, типичному для большинства диодов.

    ( Источник изображения )

    Состояние с обратным смещением

    Подключение отрицательной клеммы батареи к металлу и положительной клеммы к полупроводнику n-типа создаст состояние с обратным смещением. Это состояние расширяет барьер Шоттки и предотвращает прохождение электрического тока. Однако, если обратное напряжение смещения продолжает увеличиваться, это может в конечном итоге разрушить барьер.Это позволит току течь в обратном направлении и может повредить компонент.

    ( Источник изображения )

    Производство и параметры диодов Шоттки

    Существует множество методов изготовления диода Шоттки. Самый простой способ — подключить металлический провод к поверхности полупроводника, это называется точечным контактом. Некоторые диоды Шоттки до сих пор производятся с использованием этого метода, но он не известен своей надежностью.

    ( Источник изображения )

    Самый популярный метод — это использование вакуума для осаждения металла на поверхность полупроводника. Этот метод представляет проблему разрушения металлических краев из-за воздействия электрических полей вокруг полупроводниковой пластины. Чтобы исправить это, производители будут защищать полупроводниковую пластину оксидным защитным кольцом. Добавление этого защитного кольца помогает улучшить порог обратного пробоя и предотвращает физическое разрушение соединения.

    ( Источник изображения )

    Параметры диода Шоттки

    Ниже вы найдете список параметров, которые следует учитывать при выборе диода Шоттки для вашего следующего электронного проекта:

    Примеры диодов Шоттки

    Это помогает увидеть, как эти параметры обычно указаны на веб-сайте производителя или в техническом описании. Вот два примера:

    Диод Шоттки 1N5711 — это сверхбыстрый переключающийся диод с высоким уровнем обратного пробоя, низким прямым падением напряжения и защитным кольцом для защиты перехода.

    Диод Шоттки 1N5828 представляет собой стержневой диод, используемый для выпрямления мощности.

    Управляйте потоком

    Планируете работать с ВЧ или силовым приложением, требующим работы от низкого напряжения? Диоды Шоттки — это то, что вам нужно! Эти диоды известны своим низким прямым падением напряжения и быстрой скоростью переключения.

    Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *