Определение полярности светодиода¶
Светодиод — полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в излучение видимого или инфракрасного диапазона, обладающий выраженной полярностью: для возникнования свечения необходимо подавать напряжение в прямом включении, то есть подключать анод к положительному полюсу источника, а катод — к отрицательному. Направление тока через p-n-переход определяет, какой электрод подключается к плюсу, а какой к минусу, и при обратном включении светодиод не светится и может выйти из строя при превышении обратного напряжения.
¶Электрическая структура светодиода
Внутри светодиода расположен кристалл (чип) на подложке, формирующий p-n-переход между слоем с дырочной проводимостью (p-тип) и слоем с электронной проводимостью (n-тип). Электрод, соединённый со слоем p, называется анодом и подключается к плюсу источника питания. Электрод, соединённый со слоем n, называется катодом и подключается к минусу. При прямом смещении электроны и дырки рекомбинируют в области перехода, а избыток энергии выделяется в виде фотонов.
Падение напряжения на прямом включении зависит от материала излучающего слоя:
| Тип светодиода | Прямое напряжение, В | Цвет свечения |
|---|---|---|
| AlGaInP (красный, жёлтый) | 1,8–2,2 | красный, оранжевый, жёлтый |
| InGaN (зелёный, синий, белый) | 3,0–3,6 | зелёный, синий, белый |
| Инфракрасные (GaAs) | 1,1–1,5 | ИК-излучение |
Прямое падение напряжения не является строго фиксированным и зависит от конкретного образца, температуры и тока. Обратное пробойное напряжение типичных индикаторных светодиодов составляет 5–10 В, поэтому при неправильной полярности в цепь обязательно включается токоограничивающий резистор.
¶Способы определения плюса и минуса
¶По маркировке корпуса
У стандартных индикаторных светодиодов диаметром 3, 5 и 10 мм корпус из прозрачного или окрашенного пластика имеет маркировку полярности:
- Срез (плоская грань) на цокольной юбке корпуса со стороны катода — то есть минуса. Это наиболее распространённый способ маркировки.
- Внутренние электроды: анод (подключённый к большому «флагу»-держателю кристалла) длиннее катода. При неизвестной маркировке можно заглянуть внутрь прозрачного корпуса: длинный вывод — плюс, короткий — минус.
- Кольцевой рисунок на основании линзы со стороны катода — встречается у некоторых производителей.
¶По цвету корпуса
У небелёных (окрашенных) светодиодов юбка корпуса традиционно окрашивается со стороны катода, то есть минуса. Этот признак не универсален, но широко применяется в радиолюбительской практике.
¶По длине выводов у нового светодиода
Новый не выпаянный светодиод имеет разную длину ножек: длинный вывод — анод (плюс), короткий — катод (минус). После запайки в плату этот признак утрачивается, и приходится пользоваться маркировкой корпуса или измерениями.
¶Мультиметром
В режиме проверки диодов стрелочный или цифровой мультиметр подключается к светодиоду: красный щуп («+» прибора) — к предполагаемому аноду, чёрный («−») — к катоду. Если полярность верна, светодиод слабо светится (у большинства цифровых мультиметров тока проверки достаточно для тусклого свечения). При обратном подключении прибор показывает обрыв. Некоторые мультиметры имеют отдельные гнёзда для проверки светодиодов с повышенным испытательным напряжением.
¶По схеме платы
На печатной платах полярность маркируется:
- символом диода (треугольник со стрелкой и чертой) — стрелка указывает направление прямого тока от анода к катоду;
- литерой «A» (anode) или знаком «+» рядом с отверстием анода;
- литерой «K» (cathode) или знаком «−» рядом с катодом;
- скруглением или срезом контура посадочного места со стороны катода.
¶Подключение в цепь
Светодиод включается последовательно с токоограничивающим резистором, номинал которого рассчитывается по формуле:
R = (Uпит − Uпр) / I
где Uпит — напряжение источника, Uпр — прямое падение напряжения на светодиоде, I — желаемый ток (типично 5–20 мА для индикаторных светодиодов). При подключении нескольких светодиодов последовательно их прямые напряжения суммируются, а резистор рассчитывается на разность общего напряжения и суммы падений.
При параллельном подключении светодиоды объединяются в группы с индивидуальными резисторами, поскольку разброс параметров p-n-переходов приводит к неравномерному распределению тока.
¶Типичные ошибки
- Подача напряжения в обратном направлении без ограничения тока — приводит к пробою p-n-перехода и выходу прибора из строя.
- Подключение светодиода напрямую к источнику без резистора — ток резко возрастает, чип перегревается и деградирует.
- Параллельное подключение нескольких светодиодов к одному общему резистору — один из светодиодов «перетягивает» ток, яркость распределяется неравномерно.
- Использование поляризованного конденсатора в цепи обратного включения без учёта полярности — конденсатор может вздуваться.
¶Светодиодные матрицы и модули
В мощных светодиодных модулях и лампах несколько чипов объединены в один корпус и подключены последовательно-параллельно. На выводах такого модуля полярность маркируется знаками «+» и «−» либо маркировкой «A» и «K». В светодиодных лентах на гибкой плате полярность обозначается разметкой «+12V» и «GND» (или «+24V»), а направление подключения дополнительно указано стрелками вдоль ленты.
Источники:
- Горохов А. В., Фомин Б. Д. Светодиоды: физика, техника, применение. — М.: Горячая линия — Телеком, 2014.
- Шевчук Н. Г. Светодиоды и светодиодные лампы в быту и на производстве. — М.: ДМК Пресс, 2012.
- Справочник по полупроводниковым приборам / под ред. В. С. Панкратова. — М.: Радио и связь.
- Даташиты ведущих производителей светодиодов (Osram, Cree, «Светлоптехника») по маркировке и подключению.