Jak zapobiec spaleniu diody LED?: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Zanim powiemy, jak zapobiec zapalaniu się diody LED, musimy powiedzieć, czym jest dioda LED.

LED oznacza diodę elektroluminescencyjną, to urządzenie półprzewodnikowe, które podczas przepływu prądu emituje światło widzialne o określonej barwie i zasadniczo różni się od konwencjonalnych źródeł światła, takich jak lampy żarowe, fluorescencyjne i wyładowcze. Wykonany jest z bardzo cienkiej warstwy dość mocno domieszkowanego materiału półprzewodnikowego.

Krok 1: Historia LED

Półprzewodniki

Półprzewodniki to materiały, które mają przewodność między przewodnikami a izolatorami, takimi jak german czy krzem.

Dziury (są dodatnio naładowanym nośnikiem ładunku elektrycznego) i elektrony (są ujemnie naładowanymi cząstkami) to typy nośników ładunku odpowiedzialne za przepływ prądu w półprzewodnikach.

Rodzaje półprzewodników

1. Samoistny materiał półprzewodnikowy składa się tylko z jednego rodzaju pierwiastka, takiego jak krzem.
2. Półprzewodnik zewnętrzny to półprzewodnik domieszkowany specyficznym zanieczyszczeniem (Impure semiconductor), który jest w stanie modyfikować jego właściwości elektryczne. Proces dodawania atomów zanieczyszczeń do czystego półprzewodnika nazywa się dopingiem.

Półprzewodnik zewnętrzny

Zewnętrzny półprzewodnik można dalej podzielić na:

• Półprzewodnik typu N: Gdy czysty półprzewodnik, taki jak (krzem), jest domieszkowany zanieczyszczeniem pięciowartościowym (P, As). Elektrony w półprzewodniku typu n są nośnikami większościowymi, a dziury są nośnikami mniejszościowymi.
• Półprzewodnik typu P: Gdy czysty półprzewodnik, taki jak (krzem), jest domieszkowany zanieczyszczeniem trójwartościowym (B, Al). Otwory w półprzewodniku typu p są nośnikami większościowymi, a elektrony nośnikami mniejszościowymi.

Połączenie PN

Złącze p-n jest granicą między półprzewodnikiem typu p (ma nadmiar dziur) a półprzewodnikiem typu n (ma nadmiar elektronów). Region wyczerpania działa jak ściana między typem p i typem n i zapobiega dalszemu przepływowi wolnych elektronów i dziur.

Dioda

Dioda półprzewodnikowa jest jednym z zastosowań półprzewodników, to urządzenie z dwoma zaciskami, które składa się ze złącza p-n i metalowych styków na ich dwóch końcach i ma niską odporność na przepływ prądu w jednym kierunku.

LED to jedno z zastosowań diody półprzewodnikowej

Więcej informacji znajdziesz w naszym artykule o półprzewodnikach.

Krok 2: Rezystory ograniczające prąd LED

Jak zapobiec spaleniu diody LED?

Podłączenie diody LED bezpośrednio do źródła zasilania może spowodować przepalenie diody LED. Musimy podłączyć rezystor szeregowo między diodą LED a źródłem napięcia. Ten rezystor nazywany jest rezystorem balastowym, a rezystor balastowy służy do ograniczania prądu przez diodę LED i zapobiegania jej spaleniu.

Jeśli źródło napięcia jest równe spadkowi napięcia diody LED, rezystor nie jest wymagany.

Rezystancję rezystora balastowego można łatwo obliczyć za pomocą prawa Ohma i praw obwodu Kirchhoffa. Znamionowe napięcie LED jest odejmowane od źródła napięcia, a następnie dzielone przez żądany prąd roboczy LED.

Krok 3: Analiza (obwód LED z rezystorem 1 Ohm)

Gdy podłączymy szeregowo pomiędzy diodę a źródło napięcia rezystor o wartości 1 om, zauważymy, że prąd płynie w obwodzie o wartości 808 mA (wartość ta jest zbyt duża, może spowodować przepalenie diody i maksymalny prąd płynący przez diodę LED wynosi 20 mA).

Musimy zmniejszyć wartość prądu płynącego w obwodzie i napięcie diod LED, zmieniając wartość rezystancji, aż osiągniemy wartość rezystora wytwarzającego prąd płynący w obwodzie 20 mA.

Krok 4: Analiza (zmiana wartości oporu)

Gdy zmienimy wartość rezystancji z 1 oma na 200 omów, zauważymy: Prąd płynący w obwodzie wynosi 33,8 mA. Napięcie na diodzie wynosi 2,18 V

Musimy zwiększać wartość rezystancji, aż osiągniemy wartość rezystora wytwarzającego prąd płynący w obwodzie 20 mA.

Gdy zmienimy wartość rezystancji z 200 omów na 300 omów, zauważymy: Prąd płynący w obwodzie wynosi 22,9 mA. Napięcie na diodzie wynosi 2,10 V

Gdy zmienimy wartość rezystancji z 300 omów na 345 omów, zauważymy: Prąd płynący w obwodzie wynosi 20,0 mA. Napięcie na diodzie wynosi 2,08 V

Teraz znamy limit rezystora balastowego (R>=345 Ohm), który musimy ograniczyć prąd przez diodę LED i zapobiec jej spaleniu.

Krok 5: Animacje obwodów

z animacji obwodów zauważamy, że

kiedy zwiększamy wartość rezystora balastowego, prędkość prądu maleje, ponieważ rezystor balastowy służy do ograniczania prądu przez diodę LED i zapobiegania jej spaleniu.

Dziękuje za przeczytanie.