Перегорел диод, как восстановить?

Вопросы по электрике, электропроектам, электрическим сетям, планам электроснабжения, вводу электроснабжения в эксплуатацию и ремонт, другие электрические вопросы.

Модераторы: Эак, hashmelator, Duga, Труболом, San-Remo

Сантехник-гуру
Сообщения: 3523
Зарегистрирован: 04.05.2015
Контактная информация:

#16 Re: Перегорел диод, как восстановить?

Сообщение »

Поговорим немного о цветах. В смысле, о цветах светодиодов.

Цвет (длина волны) излучения светодиода определяется вовсе не цветом прозрачного корпуса, а материалом полупроводника. Им же определяется и пороговое напряжение P-N диода.

Для полного объяснения причин пришлось бы лезть в квантовую механику и термодинамику, а я обещал этого не делать :) , поэтому опишем грубо:

Электроны в кристалле полупроводника могут либо сидеть в своих атомах (электроны валентности), либо гулять между атомами (электроны проводимости). В целом кристалл нейтрален, поэтому на каждый "гулящий" электрон найдётся атом, в котором его "не хватает". Почти как у людей...

* -- такой атом называют дыркой. Сами по себе атомы неподвижны, но дырка может "двигаться", потому что электрон соседнего атома вдруг стал "гулящим" и перескочил в соседнюю дырку - теперь этот атом "полный", а на старом месте - дырка

У каждого электрона есть своя энергия... ну, вроде способности рыпаться и совершать необдуманные поступки :)

Особенность полупроводников - в отличие от, скажем, металлов (проводников) такова, что энергия самого захудалого из электронов проводимости выше, чем у самого борзого из "семейных" электронов валентности. Этот разрыв называется "запрещённая зона" и он различен у разных материалов, но для каждого материала он постоянен.

* -- для подробностей - см. "запрещённая зона" (bandgap), "уровень Ферми". Желающих поправить меня и рассказать о туннельном эффекте - милости просим :)

Когда "гулящий" электрон вскакивает в свободную дырку (рекомбинирует), разница энергии выделяется в виде фотона, то есть световой (электромагнитной) волны (или частицы).

Чем больше эта разница, тем больше энергия волны, а у электромагнитных волн энергия пропорциональна частоте, то есть цвету, для видимых волн.

Так уж устроен мир, что переход этот могут сделать только свободные электроны, которые уже "нагулялись" и находятся на границе запрещённой зоны, поэтому частота (длина волны) получается примерно одинаковой для всех рекомбинирующих пар.

У материалов с узкой запрещённой зоной получается инфракрасный свет, чуть шире - оранжевый, потом зелёный, синий, фиолетовый и даже ультрафиолетовый.

В P-N диоде, а светодиоды это P-N диоды, половина материала (у катода) насыщена свободными электронами, а вторая - наоборот, обеднена - там много дырок.

Когда течёт ток, пары рекомбинируют, выделяя фотоны.

Примерно потому же пороговое напряжение красного светодиода - примерно 1,8В, зелёного 2,4В, синего 3,1В...

А как же белый? - ведь белый свет это смесь разных цветов?

А вот так: "белый" LED это на самом деле синий LED, покрытый люминофором.

Люминофор поглощает "синие" фотоны, а потОм хаотически излучает фотоны разных частот, а мы эту смесь воспринимаем как белый цвет.

С теорией почти всё...

Продолжение следует.

Реклама
Инженерная сантехника ТЕРЕМ
Реклама
Аватара пользователя
Бухгалтер
Сообщения: 17167
Зарегистрирован: 26.07.2010
Возраст: 48
Контактная информация:

#17 Re: Перегорел диод, как восстановить?

Сообщение »

белый" LED это на самом деле синий LED, покрытый люминофором
hashmelator писал(а):
Кругом обман! :grin: ;-)

"Нет, видно, есть в божьем мире уголки, где все времена — переходные."
Новичoк
Сообщения: 48
Зарегистрирован: 05.02.2017
Откуда: 812
Контактная информация:

#18 Re: Перегорел диод, как восстановить?

Сообщение »

белый" LED, покрытый люминофором
hashmelator писал(а):
Бухгалтер писал(а):
чем больше мажут, тем теплее цвет, тем меньше то белее цвет, ничего нового.

расскажите про то как менять чип и другие детали

Сантехник-гуру
Сообщения: 3523
Зарегистрирован: 04.05.2015
Контактная информация:

#19 Re: Перегорел диод, как восстановить?

Сообщение »

чем больше мажут, тем теплее цвет, тем меньше то белее цвет, ничего нового.
atas писал(а):
Неверно.

Разработка и выбор люминофора (сцинтиллятора) это сложная задача.

Вообще, люминисценция чаще монохроматическая (одноцветная): материал поглощает фотоны одной энергии ("цвета"), при этом потенциальная энергия растёт, потОм электроны "сваливаются" на более низкий уровень, энергия выделяется в виде фотона, как правило, меньшей энергии, чем была у фотона-возбудителя.

Например, светишь на купюру УФ (энергия ультрафиолета выше, чем у видимых цветов), видишь зелёные, красные, синие значки.

Для белого LED нужен материал, который поглощал бы "синие" кванты (забрасывал электроны на более высокие энергетические уровни).

Потом, когда электрон оттуда "падает", должны существовать несколько разных уровней "приземления", чтобы разница энергий давала несколько спектральных линий, а мы воспринимали эту смесь как белый.

Плохой люминофор - несбалансированные линии, синий оттенок.

"Хороший" - сбалансированные, белый дневной.

"Тёплый" - материал подобран так, чтобы энергия в красной, оранжевой линиях была повыше.

"Совсем замечательный" - сплошной спектр, а не отдельные линии.

расскажите про то как менять чип и другие детали
atas писал(а):
Не торопитесь :).

Вечером или на выходных.

Сантехник-гуру
Сообщения: 3523
Зарегистрирован: 04.05.2015
Контактная информация:

#20 Re: Перегорел диод, как восстановить?

Сообщение »

Любительский фонарик из одного белого светодиода.

Теперь, когда мы представляем, как работает светодиод, давайте построим учебную схемку - фонарик из одного светодиода.
При этом мы научимся применять на практике то, что узнали в посте №14 - Re: Перегорел диод, как восстановить? (Пост hashmelator #414927)

Сначала надо определить источник питания: напряжение и максимальный ток потребления, необходимые для нашего LED.
Вообще-то, в фонариках используют микросхемы-драйверы, которые сами регулируют напряжение, чтобы получить заданный ток, но эти драйверы - мелкая деталька, вручную не смонтировать. Можно, конечно, выдрать его из фабричного фонаря вместе с платой, но это же не учёба...
* -- заодно во многих драйверах есть и преобразователь постоянного тока (Joule thief, DC/DC boost converter), который позволяет получить 3,3 В для LED от пальчикового элемента ААА, 1,5В и "высосать" его, пока напряжение элемента не упадёт где-то до 0,6 В...

Для примера возьмём пятимиллиметровый светодиод C513A-MSS фирмы CREE - одного из известных производителей.
http://www.cree.com/LED-Components-and- ... ound-White
Datasheet в PDF: http://www.cree.com/~/media/Files/Cree/ ... S-1042.pdf
Перегорел диод, как восстановить? - tab.JPG
Как видно из таблицы, типичное пороговое напряжение для него - 3,2В.

Что значит "типичное"?
Светодиоды, как и многие другие полупроводниковые приборы, изготавливают на дисках кристаллического субстрата, на жаргоне - wafer (вафля), сразу много.
Эту вафлю режут на квадратики (чипы), каждый из них слегка тестируют, и те, что прошли проверку "упаковывают" - помещают в корпус и соединяют со внешними контактами.
Свойства каждого квадратика могут немного отличаться от свойств соседних.
Отличие может быть предсказуемым (например, квадратики на краю диска) или случайным.

Вафля с LED.

В случае LED первый параметр, который измеряют ещё до упаковки в корпус, это пороговое напряжение. Чипы сортируют по диапазонам этого напряжения, потому что в массовом производстве это важно - например, для светодиодной ленты, где цепочки LED соединены параллельно, или для лампы atas.
Заказчик указывает, какую группу он хочет получить. На жаргоне, который стал официальным и попал даже в datasheet, группы называют вёдрами - bin. В datasheet нашего C513A можно увидеть, как обозначается то ведро, которое нас интересует.

Когда любитель покупает деталь на радиорынке или ebay, как правило, он не знает, из какого "ведра" деталь. Хорошо если вообще известно, какая модель LED - те, что рассчитаны на 200 мА тока и те, что на 20, снаружи не различить.

Но, раз мы знаем, что у нас C513A-MSS, заглянем в его datasheet.
Перегорел диод, как восстановить? - tab2.JPG
Так. Тока ему можно до 30 мА, а вот пороговое напряжение может быть до 4В.
Значит, напряжение источника питания должно быть выше. Например, 5В - выход USB.

Когда деталька куплена, эту величину можно и нужно уточнить с помощью мультиметра в режиме "измерение Vf диода".
Перегорел диод, как восстановить? - fluke.jpg
* -- не всякий мультиметр умеет измерять его для белых и синих LED, уж очень оно высокое. В этом случае придётся строить отдельную оснастку из резистора и потенциометра.

Допустим, мы измерили, и оказалось, что Vf = 3,2В. Если подать 5В на LED и не ограничить ток, LED сгорит. Поэтому последовательно включают ограничительный резистор.
Перегорел диод, как восстановить? - LED.JPG
Величину резистора считают из закона Ома.
Мы хотим, чтобы на LED падало 3,21 В, остальное бы падало на резисторе, а ток был бы 20 мА.
U = IR,
(5 - 3,21) = 0.020 * R, R = 89,5 Ом.

Подбираем что-то близкое, недаром мы взяли запас по току - 20 мА вместо предельных 30.

Фонарик готов.
Так же можно устроить и фонарик из нескольких LED:
Перегорел диод, как восстановить? - LED2.JPG
R = (9 - 2*3,21) / 0.020, R = 129 Ом.

В профессионально сделанных схемах так применяют только индикаторные светодиоды, а не светодиоды для освещения.
Драйвер в настоящем фонаре постоянно следит за током и держит его на заданном значении, чтобы получить максимальную отдачу света. Кроме того, диоды греются и параметры "ползут", поэтому драйвер их компенсирует и не даёт своим подопечным сгореть.

В следующий раз поговорим о параллельном включении LED, чем оно плохо и чем хорошо, и перейдём к монтажу SMD.

Новая тема Ответить

Вернуться в «Электрика»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: Yandex [Bot] и 5 гостей