Spis treści:
Polovodičové diody patří mezi nejdůležitější elektronické součástky. Obvykle se s nimi setkáváme na samém začátku cesty k elektronickému mistrovství. Obecně všichni vědí, jak dioda vypadá, ale když se jich zeptáte na její konstrukci a fungování, často mají v hlavě velký otazník.
Jak dioda funguje?
Diody pracují na principu elektroluminiscence, přeměny elektrické energie na světlo. Je to docela jednoduché – když elektrický proud prochází určitými materiály, včetně našich polovodičových diod, vzniká světelná emise.
V případě polovodičových diod dochází k elektroluminiscenci v oblasti zábran mezi dvěma vrstvami s opačným typem vodivosti. Když se na diodu přivede napětí vyšší než prahová hodnota, nosiče náboje (elektrony a díry) začnou procházet bariérovou oblastí. Při tomto procesu se uvolňuje elektrická energie a dochází k emisi světla o určité vlnové délce.
Toto prahové napětí, se kterým se setkáte později v tomto článku, je hodnota, při které dochází k významnému průtoku proudu diodou. Obvykle záleží na typu LED diody, a tak například LED diody různých barev – červené, zelené nebo modré – mohou mít různé prahové hodnoty napětí.
V normálním stavu je dioda v odporu, což znamená, že nevede proud. Pokud však diodu správným způsobem připojíte k externímu zdroji napětí, může být zapnuta a může jí protékat proud. V diodě dochází k vedení proudu pouze jedním směrem – zpětným směrem. To znamená, že proud může téct pouze z vrstvy typu n do vrstvy typu p, ale ne naopak. Pokud je přiložené napětí větší než tzv. prahové napětí diody, začne dioda vést proud.
Struktura diody
To, jak je dioda konstruována, je nezbytné pro úplné pochopení jejího fungování. Základním prvkem diody je polovodič vyrobený obvykle z křemíku nebo germania. Takový polovodič má dvě vrstvy:
- vrstva typu p s převahou kladných nosičů náboje (děr),
- vrstva typu n, v níž převládají záporné nosiče náboje (elektrony).
Místo, kde se tyto dvě vrstvy stýkají, se nazývá závěrná oblast. V této oblasti chybí nosiče náboje (nevede elektrický proud). Vše začíná, když je vnější napětí přivedeno správným způsobem. Připojením anody diody (vrstva typu p) ke kladnému pólu zdroje napětí a katody diody (vrstva typu n) k zápornému pólu vnější napětí změní polaritu diody a způsobí průtok proudu.
Je důležité si uvědomit, že diody jsou polarizované, což znamená, že pro jejich správnou funkci je nutné je správně zapojit do obvodu. Opačná polarita, tj. opačné zapojení diody, může mít za následek nedostatečnou vodivost nebo poškození diody.
Jak vybrat diodu?
Pro správný výběr diody je třeba znát její základní parametry a pochopit rozdíly mezi jejich charakteristikami s ohledem na zamýšlené použití. Volba diody proto závisí na konkrétní aplikaci. Zde jsou některé faktory.
- Již známé vodivé napětí nebo prahové napětí. Určuje minimální napětí, které musí být přivedeno na diodu, aby začala vést proud. V závislosti na použití je třeba toto napětí zohlednit při výběru diody.
- Vodivostní proud. Určuje maximální proud, který může dioda vést bez poškození. Při volbě diody je třeba zohlednit maximální proud, který obvod vyžaduje. Pomáhají technické specifikace a měření proudu multimetrem. Toto je velmi důležitý bod – důležité jsou všechny obvodové součástky, jako jsou tranzistory nebo rezistory zvolené pro maximální proud.
- Čas reakce. V některých aplikacích, zejména v optické komunikaci a signalizaci, je důležité, aby dioda měla krátký čás reakce, tj. vhodnou rychlost zapnutí/vypnutí.
- Světelná charakteristika. Pokud má být dioda použita jako zdroj světla, a ne pouze jako součást nespecifikovaného obvodu, je třeba zvážit její světelné vlastnosti, tj. spektrum vyzařování světla a jas.
- Teplota. Vysoké teploty mohou ovlivnit výkon diody, proto je důležité vybrat diodu, která vydrží provozní teplotu prostředí. Stále oblíbenější instalace LED diod v kuchyni nebo koupelně má i své nevýhody – nechcete, aby k nim stoupala pára z často používaného sporáku nebo dřezu, což z dlouhodobého hlediska poškodí i samotné svítidlo.
Světelná charakteristika diody - co to znamená?
Pojem, se kterým se setkáváme při hledání nejlepších možných diod v obchodě. Často je doprovázen grafickým znázorněním vztahu mezi elektrickým proudem protékajícím diodou a intenzitou světla, které dioda vyzařuje – něco jako barevný diagram s energetickou účinností chladniček. To je důležitý faktor při výběru LED diod pro různé aplikace v domácnosti, kanceláři nebo dílně.
Světelná charakteristika diody se obvykle znázorňuje v grafu, kde vodorovná osa ukazuje proud, obvykle v ampérech, a svislá osa jas světla, nejčastěji v lumenech a o něco méně často v kandelách (cd). Tento graf ukazuje, jak se LED dioda chová za různých provozních podmínek. Všimněte si minimálního napětí, při kterém dioda začne vyzařovat světlo. Pod tímto napětím se dioda chová jako běžný polovodičový prvek a nevyzařuje světlo. Čím větší proud diodou protéká, tím větší je její jas. Světelná charakteristika udává, jak se tento jas mění s proudem. Opakujeme jako varování, že pokud je proud příliš vysoký, dioda se přehřeje a poškodí. Světelná charakteristika může, nebo by spíše měla, zahrnovat informace o světelné účinnosti diody, tj. množství vyzařovaného světla v poměru k odebíranému proudu. Vyšší účinnost znamená vyšší energetický výkon diody.
Jaké diody zvolit pro domácnost?
Asi nejčastěji kladená otázka – škoda, že je tak obecná, ale i zde lze něco poradit. Nejprve si určete, k jakému konkrétnímu účelu potřebujete LED diody ve svém domě. Chcete je instalovat jako celkové osvětlení, dekorativní osvětlení nebo bodové osvětlení? Nebo jde o osvětlení nábytku či polic? Výběr LED diod závisí na typu osvětlení, které chcete realizovat. Zvažte, jak intenzivní osvětlení v daném prostoru potřebujete. Jas LED se nejčastěji měří v lumenech (lm). Čím vyšší je hodnota lumenů, tím jasnější světlo LED dioda vyzařuje. Vyberte si LED diody se správným jasem, abyste osvětlení přizpůsobili svým potřebám. Barva světla je prostor pro fantazii, protože LED diody jsou k dispozici v různých barvách, jako je teplá bílá, neutrální bílá, studená bílá, červená, modrá nebo zelená. Vyberte si barvu světla, která nejlépe odpovídá atmosféře a stylu, který chcete pro daný prostor vytvořit.
Předpokládá se, že vizuálně nezatěžující jsou LED diody s neutrálními nebo teplými barvami. Teplá bílá (barevný rozsah 2700K až 3000K) se podobá tradičním žárovkám se žlutavou barvou. Vyzařuje příjemné, teplé světlo, které se často používá k osvětlení obytných prostor, ložnic nebo obývacích pokojů.
Neutrální bílá (barevný rozsah 3500K až 4500K) se více podobá přirozenému dennímu světlu. Proto vyzařuje neutrální bílé světlo a často se používá na pracovištích, v kancelářích, kuchyních nebo koupelnách.
Studená bílá nad 5000 K je více namodralá a intenzivní. Vyzařuje chladné a jasné světlo a často se používá v oblastech, které vyžadují dobré osvětlení, jako jsou sklady, parkoviště a venkovní osvětlení. S modrým světlem však souvisí skutečnost, že takové osvětlení více unavuje oči, zejména při dlouhodobém používání v domácím prostředí.
