Подключение диод: Правильные схемы подключения светодиода

Содержание

Как подключить светодиод параллельно, последовательно: схемы, описания, нюансы

Светодиоды (они же led) на протяжении многих лет активно применяются как в производстве телевизоров, так и в качестве основного освещения дома или квартиры, однако вопрос о том, как правильно выполнить подключение светодиодов актуален и по сей день.

На сегодняшний день их существует огромное количество, различной мощности (сверхяркие Пиранья), работающих от постоянного напряжения, которые можно подключать тремя способами:

Параллельно.
Последовательно.
Комбинированно.

Также существуют специально разработанные схемы, позволяющие подключить светодиод к стационарной бытовой сети 220В. Давайте рассмотрим более детально все варианты подключения led, их преимущества и недостатки, а также как это выполнить своими руками.

Содержание

Основные принципы подключения
Как определить полярность?
Способы подключения
Подключение светодиодов к напряжению 220В
Подключение светодиодов к сети 12В

Последовательное подключение
Недостатки последовательного подключения
Параллельное подключение
Недостатки параллельного подключения:
Смешанное подключение
Как подключить мощный светодиод?
Ошибки при подключении
Видео

Основные принципы подключения

Как было сказано ранее, конструкция светоизлучающего диода подразумевает их подключение исключительно к источнику постоянного тока. Однако, поскольку рабочая часть светодиода – это полупроводниковый кристалл кремния, то очень важно соблюдать полярность, в противном случае светодиод не будет излучать световой поток.

Каждый светодиод имеет техническую документацию, в которой содержатся инструкции и указания по правильному подключению. Если документации нет, можно посмотреть маркировку светодиода. Маркировка поможет узнать производителя, а зная производителя, Вы сможете найти нужный даташит, в котором и содержится информация по подключению. Вот, такой не хитрый совет.

Как определить полярность?

Для решения вопроса существует всего 3 способа:

Конструктивно. Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом.
С помощью мультиметра. Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод. В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод).

Визуально. Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод.

С полярностью разобрались, теперь нам нужно определиться с тем, как подключить LED к сети. Для тех, кто не понял, читайте подробную и интересную статью определения полярности у светодиода. В ней мы собрали все возможные способы проверки, и даже при помощи батарейки.

Способы подключения

Условно, подключение происходит по 2 способам:

К стационарной сети промышленной частоты (50Гц) напряжением 220В;
К сети с безопасным напряжением величиной 12В.

Если необходимо подключить несколько led к одному источнику питания, тогда нужно выбрать последовательное или параллельное подключение.

Рассмотрим каждый из вышеприведенных примеров по отдельности.

Подключение светодиодов к напряжению 220В

Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:

в которой 0,75 – коэффициент надежности led, U пит – это напряжения источника питания, U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток, I – номинальный ток, проходящий через него, и R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока. После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.

Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:

Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде. После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.

После определения номинала и мощности сопротивления можно собрать схему для подключения одного светодиода к 220В. Для ее надежной работы необходимо ставить дополнительный диод, который будет защищать светоизлучающий диод от пробоя, при возникновении амплитудного напряжения на выводах светодиода в 315В (220*√2).

Схема практически не применяется, поскольку в ней возникают очень большие потери из-за выделения тепла в сопротивлении. Рассмотрим более эффективную схему подключения к 220 В:

На схеме, как видим, установлен обратный диод VD1, пропускающий обе полуволны на конденсатор C1 емкостью 220 нФ, на котором происходит падение напряжение до необходимого номинала.

Сопротивление R1 номиналом 240 кОм, разряжает конденсатор при выключенной сети, а во время работы схемы не играет никакой роли.

Но это упрощенная модель для подключения LED, в большинстве светодиодных ламп уже встроенный драйвер (схема), который преобразует переменное напряжение 220В в постоянное с величиной 5-24В для их надежной работы. Схему драйвера Вы можете видеть на следующем фото:

Подключение светодиодов к сети 12В

12 вольт – это безопасное напряжение, которое применяется в особо опасных помещениях. Именно к таким и относятся ванные комнаты, бани, смотровые ямы, подземные сооружения и другие помещения.

Для подключения к источнику постоянного напряжения номиналом 12В, аналогично, подключению к сетям 220В необходимо гасящее сопротивление. В противном случае, если подключить его напрямую к источнику, из-за большего проходящего тока светодиод мгновенно сгорит.

Номинал этого сопротивления и его мощность рассчитываются по тем же формулам:

В отличии от цепей 220В, для подключения одного светодиода к сети 12В нам потребуется сопротивление со следующими характеристиками:

R = 1,3 кОм;
P = 0,125Вт.

Еще одним достоинством напряжения 12В, является то, что в большинстве случаев оно уже выпрямленное (постоянное), что значительно упрощает схему подключения.

Рекомендуется дополнительно монтировать стабилизатор напряжения типа КРЭН или аналога.

Как мы уже знаем, светоизлучающий диод можно подключить как к цепям 12В, так и к цепям 220В, однако существует и несколько вариаций их соединения между собой:

Последовательное.
Параллельное.

Последовательное подключение

При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:

В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.

Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).

Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.

После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему параллельного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).

Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.

Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.

Недостатки последовательного подключения

При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема;
Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.

Параллельное подключение

В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.

Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002).

Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).

Это глубокое заблуждение!!! Почему? Ответ Вы найдете ниже

Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.

Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.

Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.

Недостатки параллельного подключения:

Большое количество элементов;
При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.

Смешанное подключение

Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:

Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.

Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.

Как подключить мощный светодиод?

Для работоспособности мощных светоизлучающих диодов, так же, как и простых нам потребуется источник питания. Однако в отличии от предыдущего варианта, он должен быть на порядок мощней.

Чтобы засветить мощный светодиод номиналом 1W, источник питания должен выдерживать не менее 350 мА нагрузки. Если номинал 5W, то источник питания постоянного тока должен выдержать нагрузку тока не менее 1,4А.

Для корректной работы мощного светодиода обязательно необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения типа LM, который защищает его от скачков напряжения.

Если необходимо подключить не один, а несколько мощных LED, рекомендуем ознакомиться с правилами последовательного и параллельного подключения, которые были описаны выше.

Ошибки при подключении

Прямое подключение к источнику питания. В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.

Параллельное подключение через один резистор. Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный.
Последовательное подключение с различным током потребления. При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят.
Неправильно подобранный ограничивающий резистор. При неправильно подобранном сопротивлении через светодиоды будет проходить большой ток, в результате чего, они будут перегреваться и со временем перегорят. При большом сопротивлении они будут светить не в полную силу.
Подключение к сети переменного напряжения номиналом 220В без диода или других компонентов защиты. Если при подключении с сети 220В, если не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.

Видео

Ошибки подключения могут повлечь за собой неприятные последствия, от банальной поломки светодиодов, до нанесения себе повреждений. Поэтому, настоятельно рекомендуем посмотреть видео, где разбирают часто встречающиеся ошибки.

Заключение

Прочитав статью можно сделать вывод, что все светодиоды, вне зависимости от рабочего напряжения, всегда подключаются параллельно или последовательно — школьный курс физики. Еще стоит помнить, что никакой светодиод не подключается напрямую в сеть 220В, всегда нужно использовать защитные элементы в схеме подключения. Тип применяемых защитных элементов зависит от вида подключаемого светоизлучающего диода.

Как подключить светодиод? | Сила Тока .NET

Хотя светодиоды (светики) используются в мире ещё с 60-х годов, вопрос о том как их правильно подключать, актуален и сегодня.

Начнем с того, что все светодиоды работают исключительно от постоянного тока. Для них важна полярность подключения, или расположения плюса и минуса. При неправильном подключении. светодиод работать не будет.

Как определить полярность светодиода

Полярность светодиода можно определить тремя способами:

У традиционного светодиода, длинная ножка (анод) является ПЛЮСом. А короткая (катод) соответственно МИНУСом. На пластиковом основании (головке) светодиода есть срез, он обозначает расположение катода или минуса.
Присмотритесь внутрь светика. Контакт в виде флажка — минус. Тонкий контакт — плюс.
Используйте мультиметр. Установите центральный переключатель в режим «прозвонки». Щупами прикоснитесь к контактам проверяемого светодиода. Если светодиод засветится — тогда красный щуп прижат к плюсу светодиода а черный, соответственно к минусу.

N.B. Хотя на практике последний способ иногда не подтверждается.

Как бы там ни было, следует заметить, что если кратковременно (1-2 секунды) не правильно подключить светодиод, то ничего не перегорит и плохого не произойдет. Так как диод сам по себе в одну сторону работает, а в обратную нет. Перегореть он может только из-за повышенного напряжения.

Номинальное напряжение для большинства светодиодов 2,2 — 3 вольта. Светодиодные ленты и модули, которые работают от 12 и более вольт, уже содержат в схеме резисторы.

Как подключить светодиод к 12 вольтам

Подключать светодиод напрямую к 12 вольт — запрещено, он сгорит в долю секунды. Необходимо использовать ограничительный резистор (сопротивление). Размерность резистора высчитывается по формуле:

R= (Uпит-Uпад)/0,75I,

где R –величина сопротивления резистора;

Uпит и Uпад – напряжение питания и падающее;

I – проходящий ток.

0.75 — коэффициент надёжности для светодиода (величина постоянная)

Для большей ясности, рассмотрим на примере подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору 12 вольт.

В данном случае:

Uпит — 12 вольт (напряжение в авто аккумуляторе)
Uпад — 2,2 вольта (напряжение питания светодиода)
I — 10 мА или 0,01 А (ток одного светодиода)

По вышеуказанной формуле, получим R=(12-2.2)/0.75*0.01 = 1306 Ом или 1,306 кОм

Ближайшее стандартное значение резистора — 1,3 килоОм

Это еще не всё. Требуется вычислить требуемую минимальную мощность резистора.

Но для начала определим фактический ток I (он может отличаться от указанного выше)

Формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет)

где:

Rсвет — Сопротивление светодиода:

Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом,

из этого следует, что ток в цепи

I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А

Фактическое падение напряжения светодиода будет равно:

Uпад.свет = Rсвет * I = 220 * 0,007 = 1,54 В

И наконец, мощность равна:

P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт).

Следует взять чуть больше мощности стандартной величины. В данном случае лучше подойдет 0,125 Вт.

Итак, чтобы правильно подключить один светодиод к 12 вольтам, (авто аккумулятор) потребуется в цепь вставить резистор, сопротивлением 1,3 кОм и мощностью 0,125 Вт.

Резистор можно присоединять к любой ноге светодиода.

У кого в школе, по математике была твердая двойка — есть вариант попроще. При покупке светодиодов в радиомагазине, спросите у продавца какой резистор Вам нужно будет вставить в цепь. Не забудьте указать напряжение в цепи.

Как подключить светодиод к 220в

Размерность сопротивления в данном случае расчитывается подобным образом.

Исходные данные те же. Светодиод потреблением 10 мА и напряжением 2.2 вольт.

Только напряжение питания в сети 220 вольт переменного тока.

Итак:

R = (Uпит.-Uпад.) / (I * 0,75)

R = (220 — 2.2) / (0,01 * 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм

Ближайший по номиналу резистор стандартного значения 30 кОм.

Мощность считается по то й же формуле.

Для начала определяем фактический ток потребления:

I = U / (Rрез.+ Rсвет)

где:

Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом,

а из этого следует, что ток в цепи будет:

I = 220 / (30000 + 220) = 0,007 А

Таким образом реальное падение напряжения светодиода будет:

Uпад.свет = Rсвет * I = 220 * 0,007 = 1,54 В

И наконец мощность резистора:

P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59 Вт)

Мощность сопротивления должна быть не менее 1,59 Вт, лучше немного больше. Ближайшее большее стандартное значение 2 Вт.

Итак для подключения одного светодиода к напряжению 220 вольт, нам потребуется в электрическую цепь примостить резистор номиналом 30 кОм и мощностью 2 Вт.

НО! Так как в данном случае ток переменный, то светодиод буде гореть только в одну полуфазу то есть будет очень быстро мигать, приблизительно со скоростью 25 вспышек в секунду. Человеческий глаз это не воспринимает и будет казаться, что светик обычно горит. Но на самом деле он все равно будет пропускать обратные пробои, хоть и работает только в одном направлении. Для этого требуется поставить в цепь обратно направленный диод, дабы сбалансировать сеть и уберечь светодиод от преждевременного выхода из строя.

Правильная схема подключения светодиодов: последовательно или параллельно

Главная > Схемы и чертежи > Какая схема подключения светодиодов лучше — последовательная или параллельная

Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Источник тока (или генератор тока) — источник электрической энергии, который поддерживает постоянное значение силы тока через нагрузку с помощью изменения напряжения на своем выходе. Если сопротивление нагрузки, например, возрастает, источник тока автоматически повышает напряжение таким образом, чтобы ток через нагрузку остался неизменным и наоборот. Источники тока, которыми запитывают светодиоды, еще называют драйверами.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т. к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожжёте его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).

К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.

Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:

А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры. На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.

Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.

Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

U_пит	I_LED
U_пит	5 мА	10 мА	20 мА	30 мА	50 мА	70 мА	100 мА	200 мА	300 мА
5 вольт	340 Ом	170 Ом	85 Ом	57 Ом	34 Ом	24 Ом	17 Ом	8. 5 Ом	5.7 Ом
12 вольт	1.74 кОм	870 Ом	435 Ом	290 Ом	174 Ом	124 Ом	87 Ом	43 Ом	29 Ом
24 вольта	4.14 кОм	2.07 кОм	1.06 кОм	690 Ом	414 Ом	296 Ом	207 Ом	103 Ом	69 Ом

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Последовательное подключение

При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.

Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).

Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:

Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ — конечно, последовательным!

Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.

Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.

Вот пример готового устройства:

Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64…106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток — это от него уже не зависит.

И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.

Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.

Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:

Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) — либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.

Как выбрать нужный драйвер?

Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:

выходной ток;
максимальное выходное напряжение;
минимальное выходное напряжение.

Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов — это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.

Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:

Номинальный ток этих диодов — 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.

Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3. ..4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.

Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).

Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.

Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:

Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.

Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:

Светодиоды	Какой нужен драйвер
60 мА, 0. 2 Вт (smd 5050, 2835)	см. схему на TL431
150мА, 0.5Вт (smd 2835, 5630, 5730)	драйвер 150mA, 9-34V (можно одновременно подключить от 3 до 10 светодиодов)
300 мА, 1 Вт (smd 3528, 3535, 5730-1, LED 1W)	драйверы 300мА, 3-64V (на 1-24 последовательно включенных светодиода)
700 мА, 3 Вт (led 3W, фитосветодиоды)	драйвер 700мА (для 6-10 светодиодов)
3000 мА, 10 Ватт (XML2 T6)	драйвер 3A, 21-34V (на 7-10 светодиодов) или см. схему

Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.

Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.

Схема подключения светодиода

Введение

Использование светодиодов для освещения и индикации — это надежное и экономичное решение. Светодиоды имеют очень высокий КПД, надежны, экономичны, безопасны, долговечны в сравнении с лампами накаливания и люминесцентными лампами. В данной статье рассматриваются способы включения светодиодов. Описываются способы питания светодиода от компьютера.

Что такое светодиод и как он работает

Светодиод — это, во-первых, диод. И точно так же как у обычного диода, у светодиода есть два вывода (контакта питания): анод (плюс) и катод (минус). Это связано с тем, что светодиод является полупроводником, то есть, проводит электрический ток только в одну сторону (от анода к катоду), и не проводит в обратную (от катода к аноду).

Итак, для того, чтобы светодиод засветился, надо пропускать через него электрический ток в направлении от анода к катоду. Для этого следует подать на его анод положительное, а на катод — отрицательное напряжение.

Тут и начинается самое неприятное. Оказывается, что светодиод нельзя подключать к источнику питания напрямую, поскольку это приводит к немедленному сгоранию светодиода. Причина сего поведения кроется в следующем. Выражаясь простым бытовым языком, светодиод является очень жадной и неразумной личностью: получив неограниченное питание он начинает потреблять такую мощность, которую физически не способен выдержать.

Как мы все уже догадались, для нормальной работы светодиоду нужен строгий ограничитель. Именно с этой целью последовательно со светодиодом устанавливают резистор, который служит надежным ограничителем тока и мощности. Этот резистор называют ограничительным.

Какие бывают светодиоды

Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.

Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления. Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.

В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр нередко забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничительного резистора.

Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.

Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.

Подключение светодиодов к блоку питания

Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.

Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода.

	При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом.
	При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

	При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора).
	При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом.

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

	При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом.
	Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора).

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Методика расчета питания светодиода».

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).

Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях. Просто посмотрим как выглядит такая схема.

При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты.

Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.

Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов).

Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше. Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение равное их падению напряжения в открытом состоянии.

Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.

Подключение светодиодов к LPT порту

При питании светодиода от LPT порта необходимо последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP. Подробное описание способа подключения светодиодов к LPT порту содержится в статье «LPT порт и 12 светодиодов».

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Универсальная методика рассчета питания светодиодов».

Диод и его использование при подключении концевиков

org/ListItem»>Автосоветы
Диод и его использование при подключении концевиков

Ещё один элемент, который так же, как и реле, часто используется в установке автосигнализаций — диод.

Диод (от ди- и -од из слова электрод) — двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока.

Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть, имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

Диоды бывают электровакуумными (кенотроны), газонаполненными (газотроны, игнитроны, стабилитроны), полупроводниковыми и др. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.

У нас при установке автосигнализаций тоже применяются полупроводниковые диоды.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.

Полупроводниковые диоды — очень простые устройства. Кроме оценки силы тока диода, есть три основных вещи, которые вы должны держать в уме:

Катод (сторона с полосой)
Анод (сторона без полосы)
Диод пропускает «-» от катода к аноду (не пропускает «+») и «+» от анода к катоду (не пропускает «-»).

Подключение концевиков дверей с помощью диодов

Немного про использование диодов при подключении автосигнализации к электропроводке автомобиля написано в статье Поиск концевиков.

Встречаются автомобили, у которых нет общей точки концевиков дверей, т.е. все концевики развязаны. Для каждой двери свой концевик. Например, Honda некоторые, Ford, GM и т.д.

При подключении автосигнализации в таких автомобилях можно подцепиться к плафону в салоне и запрограммировать функцию вежливой подсветки, можно тупо все провода концевиков связать вместе.

Первый способ не всегда может пройти. Почему, написано в статье Поиск концевиков.

Второй способ может подойти, если при таком виде подключения не нарушится функциональность некоторых приборов автомобиля. Если у вас на автомобиле на приборной панели показывается открытие каждой двери отдельно — такой способ не подойдёт.

Если после установки автосигнализации у вас при открытии любой двери, а не только водительской, начинает пищать зуммер, указывающий об оставленном ключе в замке зажигания, значит, был применён вышеприведенный способ подключения концевиков.

В таких автомобилях при подключении автосигнализации правильнее всего использовать диоды.

Ниже приведены примеры подключения автосигнализации с использованием диодов к отрицательным и положительным концевикам дверей.

Подключение отрицательных концевиков к автосигнализации при помощи диодов

Подключение положительных концевиков к автосигнализации при помощи диодов

Эти же схемы используются при подключении двух датчиков к одному входу (например, удара и наклонного).

Диоды могут использоваться и при установке хитрушек (смотрите в Cхемах хитрушек) и при других обстоятельствах (смотрите Подключение центрального замка в Toyota Harrier).

Добавить комментарий

При применении ругательных и оскорбительных выражений, а также при выражении неуважения к посетителям сайта, ваш IP блокируется, сообщение удаляется.
После этого вы не сможете воспользоваться нашими сайтом и форумом. Давайте уважать друг друга!

Установка автосигнализации на Subaru Outback — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Установка автосигнализации на Газель — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Установка автосигнализации на Opel Frontera — Точки подключения, расположение и цвета проводов
org/Article»> Установка автосигнализации на Honda Fit — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Установка автосигнализации на Ravon R3 Nexia — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Установка автосигнализации на Лада Приора — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Обход штатного иммобилайзера – Модули обхода иммобилайзеров
Установка автосигнализации на Ford Focus — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Установка автосигнализации на KIA Rio — Точки подключения, расположение и цвета проводов
org/Article»> Подключение автосигнализации к центральному замку

Установка автосигнализации на Toyota Land Cruiser — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Tlc 105 араб 2001 год двигатель 1fz Замок зажигания совпадает с соткой Цз по минусу зел/бел и…

Автор: Zmey24rus

Установка автосигнализации на Fiat Punto — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Fiat grande punto Открытие багажника по силе, кик-панель слева, белый провод (силовой). Делал на…

Автор: Сергей

Установка автосигнализации на Toyota Ractis — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Тот же год: цвет провода черный. Средний по толщине.

Автор: Andrey40

Установка автосигнализации на Chevrolet Epica — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Концевики — коричневый и белый, блок над блоком bsm, белый разъем первый от рул колонки, пины. ..

Автор: Shummaher 1985

Установка автосигнализации на Hyundai Santa Fe — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Санта фе 2017 под левой кик панелью в нижнем разъёме генератор зелёный, тахо белый

Автор: Булат

Установка автосигнализации на Subaru Outback — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Установка автосигнализации на Газель — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Установка автосигнализации на Opel Frontera — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Установка автосигнализации на Honda Fit — Точки подключения, расположение и цвета проводов
org/Article»> Установка автосигнализации на Ravon R3 Nexia — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Установка автосигнализации на Лада Приора — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Обход штатного иммобилайзера – Модули обхода иммобилайзеров
Установка автосигнализации на Ford Focus — Точки подключения, расположение и цвета проводов
Установка автосигнализации на KIA Rio — Точки подключения, расположение и цвета проводов
org/Article»> Подключение автосигнализации к центральному замку

Установка автосигнализации на Toyota Land Cruiser — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Tlc 105 араб 2001 год двигатель 1fz Замок зажигания совпадает с соткой Цз по минусу зел/бел и…

Автор: Zmey24rus

Установка автосигнализации на Fiat Punto — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Fiat grande punto Открытие багажника по силе, кик-панель слева, белый провод (силовой). Делал на…

Автор: Сергей

Установка автосигнализации на Toyota Ractis — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Тот же год: цвет провода черный. Средний по толщине.

Автор: Andrey40

Установка автосигнализации на Chevrolet Epica — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Концевики — коричневый и белый, блок над блоком bsm, белый разъем первый от рул колонки, пины. ..

Автор: Shummaher 1985

Установка автосигнализации на Hyundai Santa Fe — Точки подключения, расположение и цвета проводов

Санта фе 2017 под левой кик панелью в нижнем разъёме генератор зелёный, тахо белый

Автор: Булат

Диоды шоттки как подключить

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (I_F(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (V_RRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (V_F) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Развитие электроники требует все более высоких стандартов от радиодеталей. Для работы на высоких частотах используют диод Шоттки, который по своим параметрам превосходит кремниевые аналоги. Иногда можно встретить название диод с барьером Шоттки, что в принципе означает то же самое.

Конструкция
Миниатюризация
Использование на практике
Тестирование и взаимозаменяемость

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

Имеет большое значение тока утечки;
Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении;
Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний; намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом;

2 тип – с общим анодом;

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер.

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Миниатюризация

С развитием микроэлектроники стали широко применяться специальные микросхемы, однокристальные микропроцессоры. Все это не исключает использования навесных элементов. Однако если для этой цели использовать радиоэлементы обычных размеров, то это сведет на нет всю идею миниатюризации в целом. Поэтому были разработаны бескорпусные элементы – smd компоненты, которые в 10 и более раз меньше обычных деталей. ВАХ таких компонентов ничем не отличается от ВАХ обычных приборов, а их уменьшенные размеры позволяют использовать такие запчасти в различных микросборках.

Компоненты smd имеют несколько типоразмеров. Для ручной пайки подходят smd размера 1206. Они имеют размер 3,2 на 1,6 мм, что позволяет их впаивать самостоятельно. Другие элементы smd более миниатюрные, собираются на заводе специальным оборудованием, и самому, в домашних условиях, их паять невозможно.

Принцип работы smd компонента также не отличается от его большого аналога, и если, к примеру, рассматривать ВАХ диода, то она в одинаковой степени будет подходить для полупроводников любого размера. По току изготавливаются от 1 до 10 ампер. Маркировка на корпусе часто состоит из цифрового кода, расшифровка которого приводится в специальных таблицах. Протестировать на пригодность их можно тестером, как и большие аналоги.

Использование на практике

Выпрямители Шоттки используется в импульсных блоках питания, стабилизаторах напряжения, импульсных выпрямителях. Самыми требовательными по току – 10а и более – это напряжения 3,3 и 5 вольт. Именно в таких цепях вторичного питания приборы Шоттки используют чаще всего. Для усиления значений по току их включают вместе по схеме с общим анодом или катодом. Если каждый из сдвоенных диодов будет на 10 ампер, то получится значительный запас прочности.

Одна из самых частых неисправностей импульсных модулей питания – выход из строя этих самых диодов. Как правило, они либо полностью пробиваются, либо дают утечку. В обоих случаях неисправный диод нужно заменить, после чего проверить мультиметром силовые транзисторы, а также замерить напряжения питания.

Тестирование и взаимозаменяемость

Проверить выпрямители Шоттки можно так же, как и обычные полупроводники, так как они имеют похожие характеристики. Мультиметром необходимо прозвонить его в обе стороны – он должен показать себя так же, как и обычный диод: анод-катод, при этом утечек быть не должно. Если он показывает даже незначительное сопротивление – 2–10 килоом, это уже повод для подозрений.

Проверка диода Шоттки мультиметром

Диод с общим анодом или катодом можно проверить как два обычных полупроводника, соединенных вместе. Например, если анод общий, то это будет одна ножка из трех. На анод ставим один щуп тестера, другие ножки – это разные диоды, на них ставится другой щуп.

Можно ли его заменить на другой тип? В некоторых случаях диоды Шоттки меняют на обычные германиевые. К примеру, Д305 при токе 10 ампер давал падение всего 0,3 вольта, а при токах 2–3 ампера их вообще можно ставить без радиаторов. Но главная цель установки Шоттки – это не малое падение, а низкая емкость, поэтому заменить получится не всегда.

Как видим, электроника не стоит на месте, и дальнейшие варианты применения быстродействующих приборов будет только увеличиваться, давая возможность разрабатывать новые, более сложные системы.

Диоды Шоттки или более точно — диоды с барьером Шоттки — это полупроводниковые приборы, выполненные на базе контакта металл-полупроводник, в то время как в обычных диодах используется полупроводниковый p-n-переход.

Диод Шоттки обязан своим названием и появлением в электронике немецкому физику изобретателю Вальтеру Шоттки, который в 1938 году, изучая только что открытый барьерный эффект, подтвердил выдвинутую ранее теорию, согласно которой хоть эмиссии электронов из металла и препятствует потенциальный барьер, но по мере увеличения прикладываемого внешнего электрического поля этот барьер будет снижаться. Вальтер Шоттки открыл этот эффект, который затем и назвали эффектом Шоттки, в честь ученого.

Исследуя контакт металла и полупроводника можно видеть, что если вблизи поверхности полупроводника имеется область обедненная основными носителями заряда, то в области контакта этого полупроводника с металлом со стороны полупроводника образуется область пространственного заряда ионизированных акцепторов и доноров, при этом реализуется блокирующий контакт — тот самый барьер Шоттки. В каких условиях возникает этот барьер? Ток термоэлектронной эмиссии с поверхности твердого тела определяет уравнение Ричардсона:

Создадим условия, когда при контакте полупроводника, например n-типа, с металлом термодинамическая работа выхода электронов из металла была бы больше, чем термодинамическая работа выхода электронов из полупроводника. В таких условиях, в соответствии с уравнением Ричардсона, ток термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника окажется больше, чем ток термоэлектронной эмиссии с поверхности металла:

В начальный момент времени, при контакте названных материалов, ток от полупроводника в металл превысит обратный ток (из металла в полупроводник), в результате чего в приповерхностных областях как полупроводника, так и металла — станут накапливаться объемные заряды — положительные в полупроводнике и отрицательные — в металле. В контактной области возникнет электрическое поле, образованное этими зарядами, и будет иметь место изгиб энергетических зон.

Под действием поля термодинамическая работа выхода для полупроводника возрастет, и возрастание будет происходить до тех пор, пока в контактной области не уравняются термодинамические работы выхода, и соответствующие им токи термоэлектронной эмиссии применительно к поверхности.

Картина перехода к равновесному состоянию с формированием потенциального барьера для полупроводника p-типа и металла аналогична рассмотренному примеру с полупроводником n-типа и металла. Роль внешнего напряжения — регулировка высоты потенциального барьера и напряженности электрического поля в области пространственного заряда полупроводника.

На рисунке выше представлены зонные диаграммы различных этапов формирования барьера Шоттки. В условиях равновесия в области контакта токи термоэлектронной эмиссии выравнялись, вследствие эффекта поля возник потенциальный барьер, высота которого равна разности термодинамических работ выхода: φк = ФМе — Фп/п.

Очевидно, вольт-амперная характеристика для барьера Шоттки получается несимметричной. В прямом направлении ток растет по экспоненте вместе с ростом прикладываемого напряжения. В обратном направлении ток не зависит от напряжения. В обоих случаях ток обусловлен электронами в качестве основных носителей заряда.

Диоды Шоттки поэтому отличаются быстродействием, ведь в них исключены диффузные и рекомбинационные процессы, требующие дополнительного времени. С изменением числа носителей и связана зависимость тока от напряжения, ибо в процессе переноса заряда участвуют эти носители. Внешнее напряжение меняет число электронов, способных перейти с одной стороны барьера Шоттки на другую его сторону.

Вследствие технологии изготовления и на основе описанного принципа действия, — диоды Шоттки имеют малое падение напряжения в прямом направлении, значительно меньшее чем у традиционных p-n-диодов.

Здесь даже малый начальный ток через контактную область приводит к выделению тепла, которое затем способствует появлению дополнительных носителей тока. При этом отсутствует инжекция неосновных носителей заряда.

У диодов Шоттки поэтому отсутствует диффузная емкость, поскольку нет неосновных носителей, и как следствие — быстродействие достаточно высокое по сравнению с полупроводниковыми диодами. Получается подобие резкого несимметричного p-n-перехода.

Таким образом, прежде всего диоды Шоттки — это СВЧ-диоды различного назначения: детекторные, смесительные, лавинно-пролетные, параметрические, импульсные, умножительные. Диоды Шоттки можно применять в качестве приемников излучения, тензодатчиков, детекторов ядерного излучения, модуляторов света, и наконец — выпрямителей высокочастотного тока.

Обозначение диода Шоттки на схемах

Диоды Шоттки сегодня

На сегодняшний день диоды Шоттки распространены весьма широко в электронных устройствах. На схемах они изображаются по иному, чем обычные диоды. Часто можно встретить сдвоенные выпрямительные диоды Шоттки, выполненные в трехвыводном корпусе свойственном силовым ключам. Такие сдвоенные конструкции содержат внутри два диода Шоттки, объединенные катодами или анодами, чаще — катодами.

Диоды в сборке имеют очень близкие параметры, поскольку каждая такая сборка изготавливается единым технологическим циклом, и в итоге их рабочий температурный режим одинаков, соответственно выше и надежность. Прямое падение напряжения 0,2 — 0,4 вольта наряду с высоким быстродействием (единицы наносекунд) — несомненные преимущества диодов Шоттки перед p-n-собратьями.

Особенность барьера Шоттки в диодах, применительно к малому падению напряжения, проявляется при приложенных напряжениях до 60 вольт, хотя быстродействие остается непоколебимым. Сегодня диоды Шоттки типа 25CTQ045 (на напряжение до 45 вольт, на ток до 30 ампер для каждого из пары диодов в сборке) можно встретить во многих импульсных источниках питания, где они служат в качестве силовых выпрямителей для токов частотой до нескольких сотен килогерц.

Нельзя не затронуть тему недостатков диодов Шоттки, они конечно есть, и их два. Во-первых, кратковременное превышение критического напряжения мгновенно выведет диод из строя. Во-вторых, температура сильно влияет на максимальный обратный ток. При очень высокой температуре перехода диод просто пробьет даже при работе под номинальным напряжением.

Ни один радиолюбитель не обходится без диодов Шоттки в своей практике. Здесь можно отметить наиболее популярные диоды: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Эти диоды есть как в выводном исполнении, так и в SMD. Главное, за что радиолюбители их так ценят — высокое быстродействие и малое падение напряжения на переходе — максимум 0,55 вольт — при невысокой цене данных компонентов.

Редкая печатная плата обходится без диодов Шоттки в том или ином назначении. Где-то диод Шоттки служит в качестве маломощного выпрямителя для цепи обратной связи, где-то — в качестве стабилизатора напряжения на уровне 0,3 — 0,4 вольт, а где-то является детектором.

В приведенной таблице вы можете видеть параметры наиболее распространенных сегодня маломощных диодов Шоттки.

Диод Шоттки, принцип работы которого мы опишем сегодня, является очень удачным изобретением немецкого ученого Вальтера Шоттки. В его честь устройство и было названо, а встретить его можно при изучении самых разных электрических схем. Для тех, кто еще только начинает знакомиться с электроникой, будет полезным узнать о том, зачем его используют и где он чаще всего применяется.

Что это такое

Это полупроводниковый диод с минимальным падением уровня напряжения во время прямого включения. Он имеет две главные составляющие: собственно, полупроводник и металл.
Как известно, допустимый уровень обратного напряжения в любых промышленных электронный устройствах составляет 250 В. Такое U находит практическое применение в любой низковольтной цепи, препятствуя обратному течению тока.

Структура самого устройства несложна и выглядит следующим образом:

полупроводник;
стеклянная пассивация;
металл;
защитное кольцо.

При прохождении электрического тока по цепи положительные и отрицательные заряды скапливаются по всему периметру устройства, включая защитное кольцо. Скопление частиц происходит в различных элементах диода. Это обеспечивает возникновение электрического поля с последующим выделением определенного количества тепла.

Отличие от других полупроводников

Главное его отличие от других полупроводников состоит в том, что преградой служит металлический элемент с односторонней проводимостью.

Такие элементы изготавливают из целого ряда ценных металлов:

арсенида галлия;
кремния;
золота;
вольфрама;
карбида кремния;
палладия;
платины.

От того, какой металл выбирается в качестве материала, зависят характеристики нужного показателя напряжения и качество работы электронного устройства в целом. Чаще всего применяют кремний — по причине его надежности, прочности и способности работать в условиях большой мощности. Также используется и арсенид галлия, соединенный с мышьяком, либо германий.

Плюсы и минусы

При работе с устройствами, включающими в себя диод Шоттки, следует учитывать их положительные и отрицательные стороны. Если подключить его в качестве элемента электрической цепи, он будет прекрасно удерживать ток, не допуская его больших потерь.

К тому же, металлический барьер обладает минимальной емкостью. Это значительно увеличивает износостойкость и срок службы самого диода. Падение напряжения при его использовании минимально, а действие происходит очень быстро — стоит только провести подключение.

Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком. Поскольку многие электроприборы обладают высокой чувствительностью, нередки случаи, когда небольшое превышение показателя, всего лишь на пару А, способно надолго вывести прибор из строя. Также, при небрежной проверке напряжения полупроводника, может произойти утечка самого диода.

Сфера применения

Диод Шоттки может включать в себя любой аккумулятор.

Он входит в устройство солнечной батареи. Солнечные панели, которые уже давно успешно работают в условиях космического пространства, собираются именно на основании барьерных переходов Шоттки. Такие гелиосистемы устанавливаются на космических аппаратах (спутниках и телескопах, проводящих работу в жестких условиях безвоздушного пространства).

Устройство незаменимо при работе компьютеров, бытовой техники, радиоприемников, блоков электропитания. При правильном использовании диод Шоттки увеличивает производительность любого устройства, предотвращает потери тока. Он способен принимать на себя альфа-, бета- и гамма-излучение. Именно поэтому он незаменим в условиях космоса.

С помощью такого устройства можно осуществить параллельное соединение диодов, используя их в качестве сдвоенных выпрямителей. Таким образом можно объединить межлу собой два параллельных источника питания. Один корпус включает в себя два полупроводника, а концы положительного и отрицательного зарядов связываются друг с другом. Есть и более простые схемы, где диоды Шоттки очень малы. Это характерно для очень мелких деталей в электронике.

Диод Шоттки является незаменимым элементом во многих электронных устройствах. Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.

Как подключить диоды | Наука

Вы можете задаться вопросом, что позволяет электронным устройствам в вашем доме использовать электричество по-своему. Электрики, которые создают эти приборы, а также другие инструменты, используемые в промышленности, должны знать, как подключать диоды для этих целей.

Установка диода

При подключении диода в электрическую цепь убедитесь, что анод и катод соединены в цепи таким образом, чтобы заряд протекал от положительно заряженного анода к отрицательно заряженному катоду.

Вы можете запомнить это, вспомнив, что на схеме диода вертикальная линия рядом с треугольником выглядит как отрицательный знак, указывающий на то, что конец диода заряжен отрицательно. Вы можете себе представить, что это означает, что заряды текут от положительного конца к отрицательному. Это позволяет вам вспомнить, как электроны текут в переходе диода.

Помните о потенциале и токе цепи и о том, как это влияет на размещение диода. Вы можете представить диод как переключатель, который размыкается или замыкается, замыкая цепь. Если имеется достаточный потенциал для протекания заряда через диод, переключатель замыкается, и через него протекает ток. Это означает, что диод смещен в прямом направлении.

Затем вы можете использовать Закон Ома

V=IR

для расчета напряжения В , тока I и сопротивления R для измерения разницы между напряжением и напряжением. источник и сам диод.

Если вы подключите диод в другом направлении, это приведет к обратному смещению диода, поскольку ток будет течь от катода к аноду. В этом сценарии вы бы увеличили обедненную область диода, область на одной стороне диодного перехода, на которой нет ни электронов, ни дырок (области без электронов).

Движение электронов в отрицательно заряженной области заполнило бы дыры в положительно заряженной области. При создании диодных соединений обратите внимание на то, как диод будет меняться в зависимости от направления, в котором он подключен.

Диодная цепь

При использовании в электрических цепях диоды обеспечивают протекание тока в одном направлении. Они построены с использованием двух электродов, анода и катода, разделенных материалом.

Электроны перетекают от анода, где происходит окисление или потеря электронов, к катоду, где происходит восстановление или присоединение электронов. Обычно диоды изготавливаются из полупроводников, пропускающих заряд в присутствии электрического тока или путем управления их сопротивлением с помощью процесса, известного как легирование.

Легирование – это метод добавления примесей в полупроводник для создания дырок и получения полупроводника либо n-типа (как в «отрицательном заряде»), либо p-типа (как в «положительный заряд»).

Полупроводник n-типа содержит избыток электронов, расположенных таким образом, что заряд может свободно течь, оставаясь при этом контролируемым. Обычно их производят из мышьяка, фосфора, сурьмы, висмута и других элементов, имеющих пять валентных электронов. С другой стороны, полупроводник p-типа имеет положительный заряд из-за дырок и состоит из галлия, бора, индия и других элементов.

Распределение электронов и дырок обеспечивает протекание заряда между полупроводниками p-типа и n-типа, и, когда они соединяются вместе, они создают PN-переход . Электроны из полупроводника n-типа устремляются в полупроводник p-типа в диодах, пропускающих ток в одном направлении.

Диоды обычно изготавливаются из кремния, германия или селена. Инженеры, создающие диоды, могут использовать металлические электроды в камере без какого-либо другого газа или с газом низкого давления.

Особенности диодов

Эти особенности диодов, транспортирующих электроны в одном направлении, делают их идеальными для выпрямителей, ограничителей сигналов, регуляторов напряжения, переключателей, модуляторов сигналов, смесителей сигналов и генераторов. Выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный. Ограничения сигнала позволяют пропускать сигналы определенной мощности.

Регуляторы напряжения поддерживают постоянное напряжение в цепях. Модуляторы сигналов изменить фазовый угол входного сигнала. Смесители сигналов изменяют частоту, которая проходит, и генераторы сами производят сигнал.

Диодная установка для защиты

Вы также можете использовать диоды для защиты чувствительных или важных компонентов электронных устройств. Вы можете использовать диод, который не проводит ток в нормальных условиях, когда происходит внезапный всплеск напряжения, известный как переходное напряжение, или какое-либо другое резкое изменение сигнала, которое может причинить вред, диод будет подавлять напряжение, чтобы не повредить остальная часть цепи. В противном случае эти удары электрическим током из-за пиков могут повредить цепь из-за слишком большого напряжения, не позволяя цепи должным образом адаптироваться к нему.

Эти диоды представляют собой ограничители переходного напряжения (TVS), и вы можете использовать их либо для уменьшения переходного напряжения, либо для направления его в другое место от схемы. PN-переход на основе кремния может выдерживать переходное напряжение и после этого возвращаться в нормальное состояние после прохождения скачка напряжения. В некоторых TVS используются радиаторы, способные выдерживать скачки напряжения в течение длительных периодов времени.

Типы диодных схем

Схемы, преобразующие мощность от переменного тока (AC) до постоянного тока (DC) можно использовать либо один диод, либо группу из четырех диодов. В то время как устройства постоянного тока используют заряд, который течет в одном направлении, мощность переменного тока переключается между прямым и обратным направлениями через равные промежутки времени.

Это необходимо для преобразования электроэнергии постоянного тока от электростанций в мощность переменного тока, которая принимает форму синусоиды, используемой в большинстве бытовых приборов. Выпрямители, которые делают это, либо используют один диод, который пропускает только одну половину волны, либо используют подход двухполупериодного выпрямителя, который использует обе половины формы волны переменного тока.

Диодная схема демонстрирует, как происходит такое поведение. Когда демодулятор удаляет половину сигнала переменного тока от источника питания, он использует два основных компонента. Первый — это сам диод или выпрямитель, увеличивающий сигнал на половину периода переменного тока.

Второй фильтр нижних частот, который избавляет от высокочастотных составляющих источника питания. Он использует резистор и конденсатор, устройство, которое накапливает электрический заряд с течением времени, и использует частотную характеристику самой схемы, чтобы определить, какие частоты пропускать.

Эти диодные схемы обычно удаляют отрицательную составляющую сигнала переменного тока. Он имеет приложения в радио, которые используют систему фильтров для обнаружения определенных радиосигналов от обычных несущих волн.

Другие типы применения диодов

Диоды также используются для зарядки электронных устройств, таких как сотовые телефоны или ноутбуки, путем переключения с питания от аккумулятора электронного устройства на питание от внешнего источника питания. Эти методы отводят ток от источника, а также гарантируют, что, если батарея устройства разрядится, вы сможете принять другие меры для зарядки своих устройств.

Этот метод применим и к автомобилям. Если аккумулятор вашего автомобиля разрядился, вы можете использовать соединительные кабели, чтобы изменить распределение красных и черных кабелей, чтобы использовать диоды, чтобы предотвратить протекание тока в неправильном направлении.

Компьютеры, использующие двоичную информацию в виде нулей и единиц, также используют диоды для работы с двоичными деревьями решений. Они имеют форму логических вентилей , основных блоков цифровых схем, которые пропускают информацию на основе сравнения двух разных значений. Они построены с использованием любых типов диодных элементов, которые намного мельче, чем диоды в других приложениях.

Полное руководство по диодам

Диод — это специализированный электронный компонент, который действует как односторонний переключатель. Он проводит электрический ток только в одном направлении и ограничивает ток в противоположном направлении. Диод смещен в обратном направлении, когда он действует как изолятор, и смещен в прямом направлении, когда через него протекает ток. Диод имеет два вывода, анод и катод. Использование диодов включает переключатели, модуляторы сигналов, смесители сигналов, выпрямители, ограничители сигналов, регуляторы напряжения, генераторы и демодуляторы сигналов.

Диод в прямом смещении

Напряжение, подаваемое на анод, положительно по отношению к катоду. Кроме того, напряжение на диоде выше порогового напряжения, поэтому он действует как короткое замыкание и позволяет протекать току.

Диод в обратном смещении

Если катод сделан положительным по отношению к аноду, диод смещен в обратном направлении. Затем он будет действовать как разомкнутая цепь, что приводит к отсутствию тока.

Для чего используются диоды?

Защита от обратного тока

Блокировочный диод используется в некоторых цепях для защиты на случай случайной проблемы с обратным подключением, например неправильное подключение источника постоянного тока или изменение полярности. Поток тока в неправильном направлении может повредить другие компоненты схемы.

Диод для защиты от обратного тока

На приведенном выше рисунке показано, что блокировочный диод подключен последовательно с нагрузкой и с положительной стороной источника питания. В случае обратного подключения ток не будет течь, потому что диод будет находиться в обратном смещении. Тогда нагрузка будет защищена от обратного тока. Однако, если полярность правильная, диод будет находиться в прямом смещении, поэтому через него может протекать ток нагрузки.

Простые регуляторы напряжения

Регулятор напряжения используется для понижения входного напряжения до требуемого уровня и поддерживает его неизменным, несмотря на колебания в подаче питания. Его также можно использовать для регулирования выходного напряжения. Зенеровский диод обычно используется в качестве регулятора напряжения, поскольку он предназначен для работы в условиях обратного смещения. Он ведет себя как обычный сигнальный диод при прямом смещении. С другой стороны, напряжение остается постоянным для широкого диапазона тока при приложении к нему обратного напряжения.

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения

На приведенном выше рисунке ток в диоде ограничен последовательным резистором, подключенным к цепи. Поскольку диод подключен к положительной клемме источника питания, он работает как устройство обратного смещения, которое также может работать в условиях пробоя. Обычно используется диод с высокой номинальной мощностью, поскольку он может выдерживать обратное смещение выше напряжения пробоя. Ток стабилитрона всегда будет минимальным, если применяется минимальное входное напряжение и максимальный ток нагрузки. Учитывая входное напряжение и необходимое выходное напряжение, мы можем использовать стабилитрон с напряжением, примерно равным напряжению нагрузки.

Стабилизаторы напряжения

Ток, протекающий через стабилитрон, уменьшается в пользу тока нагрузки, когда нагрузочный резистор подключен параллельно стабилитрону. Величина тока, протекающего в нем, важна, потому что это ключ к стабилизации. Глядя на вольтамперную кривую для стабилитронов, вы заметите резкое увеличение напряжения пробоя, что доказывает, что они лучше всего стабилизируют небольшие постоянные напряжения. Ток увеличивается, а сопротивление диода уменьшается. Поэтому напряжение на стабилитроне почти такое же. Обычно резистор подключают, чтобы убедиться, что максимально допустимая мощность рассеяния не превышена.

Преобразование переменного тока в постоянный

Диоды обычно используются для построения различных типов схем выпрямителей, таких как однополупериодные, двухполупериодные, с отводом от средней точки и мостовые выпрямители. Одним из его основных применений является преобразование переменного тока в постоянный.

Во время положительного полупериода входного питания анод становится положительным по отношению к катоду. Диод будет находиться в прямом смещении, что приведет к протеканию тока на нагрузку. Однако во время отрицательного полупериода входной синусоидальной волны анод становится отрицательным по отношению к катоду. Таким образом, диод будет находиться в обратном смещении, и ток в нагрузку не пойдет. Выходное напряжение будет пульсирующим постоянным током, когда и напряжение, и ток на стороне нагрузки имеют одну полярность. Нагрузка резистивная в положительном полупериоде, и напряжение на нагрузочном резисторе будет таким же, как напряжение питания. Ток нагрузки будет пропорционален приложенному напряжению, а входное синусоидальное напряжение будет на нагрузке.

Как работает диод?

Диод считается полупроводниковым устройством, имеющим два вывода и функционирующим как односторонняя дверь для электрического тока. Полупроводники могут быть проводниками или изоляторами. Их сопротивление можно контролировать, увеличивая или уменьшая его сопротивление, называемое легированием. Легирование – это процесс добавления в материал примесных атомов.

Существует два типа полупроводниковых материалов:

Материал N-типа — добавление количества мышьяка, фосфора, сурьмы, висмута и других пятивалентных элементов может привести к получению полупроводникового материала N-типа. У него есть дополнительные электроны. Его дополнительные отрицательно заряженные частицы перемещаются из отрицательно заряженной области в положительно заряженную область.

Материал P-типа — добавление некоторого количества алюминия, галлия, бора, индия и других материалов может привести к получению полупроводникового материала P-типа. Имеет дополнительные отверстия.

Наличие дырок означает отсутствие электрона и наличие положительного заряда. Каждый раз, когда электрон движется в дырку, он создает за собой еще одну дырку, поскольку они движутся в направлении, противоположном электронам. Сочетание материалов N-типа и P-типа образует соединение P-N. Вы можете увидеть область истощения по обе стороны от диодного перехода. Эта область обеднена свободными электронами и дырками. Электроны со стороны N-типа заполняют дырки на стороне P-типа.

Что такое зона истощения?

Область истощения образуется, когда на диод не подается напряжение, поэтому электроны из материала N-типа заполняют отверстия в материале P-типа вдоль соединения между слоями. В этой области материал N-типа или P-типа возвращается в исходное изолирующее состояние. Электричество не может течь в обедненную область, так как все дыры заполнены и нет свободных электронов или пустых мест для электричества.

Вы увидите соединение P-N, когда отверстия перемещаются со стороны P на материал N-типа и обнажают отрицательные заряды. Затем вы увидите, как дырки и электроны диффундируют на другую сторону. После этого начинает формироваться область истощения.

Диоды с прямым смещением и диоды с обратным смещением

Диоды специального назначения

Стабилитроны

Стабилитроны состоят из сильно легированного PN-перехода, который проводит ток в обратном направлении, когда определенное заданное напряжение становится обратным. Он также позволяет току течь в прямом или обратном направлении. Он обычно используется для ограничителей перенапряжения, регулирования напряжения, опорных элементов и любых других коммутационных приложений и цепей ограничителя.

Диоды Шоттки

Диоды Шоттки имеют низкое прямое падение напряжения, но очень быстрое переключение. Между металлом и полупроводником образуется переход полупроводник-металл, который создает барьер Шоттки. Когда через диод протекает ток, на клеммах диода возникает небольшое падение напряжения. Чем ниже падение напряжения, тем выше КПД системы и выше скорость переключения. Чаще всего диод Шоттки применяется в радиочастотах, в выпрямителях в некоторых силовых приложениях и в смесителях.

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды могут быть смещенными или несмещенными. Выпрямительный диод становится несмещенным, когда на него не подается напряжение. В это время на стороне P находится большинство дырок-носителей заряда и очень мало электронов, в то время как на стороне N больше всего электронов и очень мало дырок. С другой стороны, он становится смещенным в прямом направлении, когда положительная клемма источника напряжения подключена к стороне P-типа, а отрицательная клемма подключена к стороне N-типа. Это будет обратное смещение, когда положительный вывод источника напряжения подключен к концу N-типа, а отрицательный вывод источника подключен к концу P-типа диода. Через диод не будет протекать ток, кроме обратного тока насыщения, потому что обедненный слой перехода становится шире с увеличением напряжения обратного смещения. Выпрямительные диоды обычно используются в качестве компонента в источниках питания, которые преобразуют напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Сигнальные диоды

Сигнальные диоды обычно используются для обнаружения сигналов. Обычно они имеют низкий максимальный номинальный ток и средне-высокое прямое напряжение. Одним из наиболее распространенных применений сигнального диода является базовый диодный переключатель.

Германиевые диоды

Германиевые диоды имеют изначально низкое прямое падение напряжения, обычно 0,3 В. Низкое прямое падение напряжения приводит к низким потерям мощности и более эффективному диоду, который во многих отношениях лучше, чем кремниевый диод. Это более важно в средах с очень низким уровнем сигнала, например, при обнаружении сигнала от аудио до частот FM и в логических схемах низкого уровня. Германиевые диоды имеют больший ток утечки для германия при обратном напряжении, чем для кремния.

Диоды-переходники

Диоды-переходники — одни из самых простых полупроводниковых устройств. Но в отличие от других диодов, они не ведут себя линейно по отношению к приложенному напряжению. Диоды имеют экспоненциальную зависимость тока от напряжения. Он образуется, когда полупроводник P-типа соединяется с полупроводником N-типа, создавая потенциальный барьер на диодном переходе.

Три возможных условия «смещения» для стандартного диода перехода

1. Прямое смещение — потенциал напряжения соединен отрицательно с материалом N-типа и положительно с материалом N-типа на диоде, что уменьшает ширину диода PN-перехода .

2. Обратное смещение. Потенциал напряжения подключается положительно к материалу N-типа и отрицательно к материалу P-типа через диод, что увеличивает ширину PN-перехода диода.

3. Нулевое смещение – на диод PN-перехода не подается потенциал внешнего напряжения.

Надеюсь, эта статья помогла вам лучше понять, что такое диоды и как они работают. Не стесняйтесь оставлять комментарии ниже, если у вас есть вопросы о чем-либо!

Протекание тока через диод

: функциональность и характеристики

Основные выводы

● Узнайте о функциях диодов.

● Получите более полное представление о характеристиках протекания тока через диоды.

● Узнайте, как изменения смещения диодов определяют, работают ли они как изоляторы или проводники.

Смещение диода влияет на протекание тока.

По сравнению с множеством электронных компонентов, с которыми мы сталкиваемся в области электроники, диод является относительно простым компонентом. По сути, диод — это компонент, который позволяет току течь в одном направлении и блокирует его в другом направлении. Диоды позволяют току течь в одном направлении без влияния какого-либо импеданса, полностью блокируя весь поток тока в другом. Кроме того, существует четкое обозначение между этими двумя состояниями работы.

Диод

Как уже говорилось, ток, протекающий через диод, может течь только в одном направлении, и мы называем это состояние прямым смещением. Поскольку ток может течь только в одном направлении (прямое смещение), мы неофициально считаем диоды односторонними электронными вентилями. Если напряжение на диоде отрицательное, ток не течет; таким образом, идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь.

Условиями или состояниями, в которых может находиться типичный диод, являются прямое или обратное смещение. В электронике мы определяем смещение или смещение как метод установления набора токов или напряжений в различных точках электронной схемы, чтобы установить надлежащие условия работы в электронных компонентах. Хотя это упрощенная версия ответа, в целом она верна.

Диод представляет собой электронный компонент, состоящий из полупроводникового материала P-типа и N-типа; мы называем p-n переход. Он также имеет выводы, подключенные к этим двум концам, что упрощает внедрение практически в любую электронную схему.

Функциональность диода

Мы называем вывод, прикрепленный к полупроводнику N-типа, катодом. Таким образом, катод является отрицательной стороной диода. Напротив, мы называем вывод, подключенный к полупроводнику P-типа, анодом, что делает его положительной стороной диода.

Когда мы подключаем источник напряжения к диоду так, что положительная сторона источника напряжения соединяется с анодом, а отрицательная сторона соединяется с катодом, диод действует как проводник, позволяя течь току. Когда мы подключаем напряжение к диоду в этом направлении, мы называем это прямым смещением.

Однако, если мы изменим это направление напряжения, т. е. подключим отрицательную (-) сторону к аноду, а положительную (+) сторону к катоду, ток не будет течь. В это время диод действует как изолятор. Когда мы подключаем напряжение к диоду в этом направлении, мы называем это обратным смещением.

Примечание. Хотя при прямом смещении ток течет, а при обратном — нет, существует максимальный предел уровня тока, который диод может эффективно блокировать.

Две области диода

Мы кратко обсудили две полупроводниковые области в диоде (P и N). Однако также важно различать стороны или полупроводниковые области.

Во-первых, о символе, который схематически изображает диод, катод находится справа, а анод — слева. Анодную сторону условного обозначения, как правило, рассматривают как стрелку, изображающую стандартное направление протекания тока, т. е. от положительного (+) к отрицательному (-). Следовательно, диод допускает протекание тока в направлении стрелки. А затем рассмотрите вертикальную линию на стороне катода как огромный знак минус (-), показывающий, какая сторона диода является отрицательной для прямого смещения.

Функциональность протекания тока через диод

Стандартному диоду требуется определенное прямое напряжение, прежде чем он позволит протекать току. Как правило, указанное количество напряжения, которое требуется диоду, прежде чем позволить протекать току, составляет минуту. Обычно это 0,5 вольта. Пока он не достигнет этой величины напряжения, ток не будет течь. Однако при достижении прямого напряжения ток легко протекает через диод.

Мы называем этот минимальный порог напряжения в прямом направлении прямым падением напряжения на диоде. Причина этого в том, что цепь теряет или падает это напряжение на диоде. Мы можем проверить это, используя мультиметр и измерив выводы диода, когда он находится в прямом смещении. Полученное показание будет прямым падением напряжения на диоде.

Для дополнительной иллюстрации мы можем использовать приведенную выше принципиальную схему. Когда мы используем мультиметр для измерения на клеммах лампы, напряжение будет представлять собой разницу между напряжением батареи (12 вольт) и прямым падением напряжения на диоде в цепи. Например, если прямое падение напряжения на нашем диоде составляет 0,8 вольта, а напряжение батареи точно равно 12 вольтам, то напряжение на лампе будет 11,2 вольта.

Характеристики диода

Диод имеет максимальное обратное напряжение, которое он может выдержать до того, как выйдет из строя, что позволяет протекать обратному току через диод. Мы называем это обратное напряжение пиковым обратным напряжением (PIV) или пиковым обратным напряжением. Кроме того, это важная характеристика диода с точки зрения функциональности схемы. Крайне важно, чтобы ни один диод в вашей схеме не подвергался напряжению, превышающему этот предел.

Наряду с номиналом PIV и падением напряжения в прямом направлении диод также получает максимальный номинальный ток. Как следует из этого рейтинга, это пиковый рабочий ток диода, и его превышение приведет к непоправимому повреждению диода и, возможно, всей схемы.

Диод как компонент относительно прост, но он сочетает в себе функциональность двух различных компонентов. Широкий спектр приложений для диода включает практически бесконечный список приложений для электрических устройств. Таким образом, диод является действительно адаптивным компонентом, который дает разработчикам оптимальный контроль над тем, какую функцию диод будет играть в их схемотехнике.

Набор диодов различных форм и размеров, но все они имеют одинаковые характеристики протекания тока.

Для успешного внедрения диода в вашу конструкцию с соответствующими характеристиками протекания тока через диод необходимо использовать высококачественное программное обеспечение для проектирования и анализа печатных плат. Allegro от Cadence — одно из таких программ с множеством надежных функций для компоновки, а также тестирования и моделирования.

Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Чтобы посмотреть видео по связанным темам или узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа, подпишитесь на наш канал YouTube.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

Диоды | Клуб электроники
Сигнал | Выпрямитель | Мостовой выпрямитель | Зенер
См. также: Светодиоды | Источники питания
Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении. Стрелка символа цепи показывает направление, в котором может течь ток. Диоды — это электрическая версия клапан и ранние диоды на самом деле назывались клапанами.
Типы диодов
Обычные диоды можно разделить на два типа:
Сигнальные диоды, пропускающие небольшие токи до 100 мА.
Выпрямительные диоды, способные пропускать большие токи.
Дополнительно имеются:
Светодиоды (у которых есть своя страница).
Стабилитроны (внизу этой страницы).
Соединение и пайка
Диоды должны быть подключены в правильном порядке, схема может быть обозначена цифрой и или + на анод и к или — на катод (да, это действительно к, а не с, для катода!). Катод отмечен линией, нанесенной на корпус. Диоды помечены своим кодом мелким шрифтом, вам может понадобиться ручная линза, чтобы прочитать его.
Сигнальные диоды могут быть повреждены нагреванием при пайке, но риск невелик, если вы используете германиевый диод (коды начинаются с OA…), и в этом случае вы должны использовать радиатор (например, зажим-крокодил), прикрепленный к проводу между соединением и корпусом диода.
Выпрямительные диоды довольно прочны, и для их пайки не требуется особых мер предосторожности.
Проверка диодов
Можно использовать мультиметр или простой тестер проекта (батареи, резистора и светодиода), чтобы убедиться, что диод проводит ток только в одном направлении.
Лампу можно использовать для проверки диода выпрямителя, но НЕ используйте лампу для проверки сигнальный диод, потому что большой ток, проходящий через лампу, разрушит диод.
Прямое падение напряжения
Электричество расходует немного энергии, проталкиваясь через диод, подобно человеку. толкать дверь пружиной. Это означает, что имеется небольшое прямое падение напряжения через проводящий диод. Для большинства диодов, изготовленных из кремния, оно составляет около 0,7 В.
Прямое падение напряжения на диоде практически постоянно при любом токе, протекающем через диода, поэтому они имеют очень крутую характеристику (график вольт-амперный).
Обратное напряжение
При обратном напряжении проводит не идеальный диод, а настоящий диод пропускать очень маленький ток (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 50В и более) и если при превышении этого значения диод выйдет из строя и пропустит большой ток в обратном направлении, это называется поломка .
Сигнальные диоды (малого тока)
Сигнальные диоды обычно используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они требуется только для пропуска небольших токов до 100 мА.
Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7В.
Rapid Electronics: 1N4148
Германиевые диоды , такие как OA90, имеют более низкое прямое падение напряжения 0,2 В, что делает их можно использовать в радиосхемах в качестве детекторов, выделяющих звуковой сигнал из слабого радиосигнала. В настоящее время они редко используются, и их может быть трудно найти.
Для общего применения, где величина прямого падения напряжения менее важна, лучше использовать кремниевые диоды, т.к. они менее легко повреждаются теплом при пайке, имеют меньшее сопротивление при проводке и имеют очень низкие токи утечки при подаче обратного напряжения.
Защитные диоды для реле
Сигнальные диоды также используются для защиты транзисторов и интегральных схем от кратковременного высокого напряжения, возникающего, когда катушка реле выключен. На схеме показано, как защитный диод подключается «назад» к катушке реле.
Зачем нужен защитный диод?
Ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле, которое внезапно разрушается при отключении тока. Внезапный коллапс магнитного поля вызывает кратковременное высокое напряжение на катушке, что может привести к повреждению транзисторов и интегральных схем. Защитный диод позволяет наведенному 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 интегральных схем.
Выпрямительные диоды (большой ток)
Диоды выпрямителя
используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC). к постоянному току (DC), процесс, называемый выпрямлением. Они также используются в других местах в цепях, где через диод должен проходить большой ток.
Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице приведены максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства низковольтных цепей с током менее 1 А.
Rapid Electronics: 1N4001
Diode Maximum
Current Maximum
Reverse
Voltage
1N4001 1A 50V
1N4002 1A 100V
1N4007 1A 1000V
1N5401 3A 100V
1N5408 3A 1000V
Книги по компонентам:
Мостовые выпрямители
Существует несколько способов подключения диодов для создания выпрямителя для преобразования переменного тока в постоянный. Мостовой выпрямитель является одним из них и доступен в специальных корпусах, содержащих четыре необходимых диода. Мостовые выпрямители оцениваются по максимальному току и максимальному обратному напряжению. Они имеют 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 на то, как ведут себя чередующиеся пары диодов.
Rapid Electronics: мостовые выпрямители
Различные типы мостовых выпрямителей
Обратите внимание, что у некоторых есть отверстие в центре для крепления к радиатору
Фотографии © Rapid Electronics
Стабилитроны
Стабилитроны
используются для поддержания фиксированного напряжения. Они рассчитаны на «пробойку» в надежном и неразрушающим способом, чтобы их можно было использовать в обратном порядке , чтобы поддерживать фиксированное напряжение на своих клеммах.
Стабилитроны
можно отличить от обычных диодов по их коду и напряжению пробоя которые на них напечатаны. Коды стабилитронов начинаются BZX… или BZY… Их напряжение пробоя обычно печатается с V вместо десятичной точки, поэтому 4V7 означает, например, 4,7 В.
а = анод, k = катод
Rapid Electronics: стабилитроны
На схеме показано, как подключен стабилитрон с последовательно включенным резистором для ограничения тока.
Стабилитроны оцениваются по напряжению пробоя и максимальной мощности . Минимальное доступное напряжение пробоя составляет 2,4 В. Широко доступны модели мощностью 400 мВт и 1,3 Вт.
Дополнительную информацию см. на странице блоков питания.
Data Diode Connector (Source and Sink) для Confluent Platform
Соединители Kafka Connect Data Diode Source и Sink используются в тандеме для репликации одной или нескольких тем Apache Kafka®. из исходного кластера Kafka в целевой кластер Kafka по протоколу UDP.
Разъем Data Diode решает ту же задачу, что и Confluent Replicator; однако большая разница заключается в том, что диодный коннектор данных работает через UDP, в то время как Confluent Replicator требует TCP/IP.
Разъем Data Diode предназначен для использования в однонаправленной сети с высоким уровнем безопасности. В таких сетях сетевые настройки не разрешают пакеты TCP/IP, а пакеты UDP разрешены только в одном направлении.
Коннектор приемника сериализует одну или несколько записей Kafka в пакет дейтаграммы и отправляет его на удаленный сервер, на котором запущен коннектор Data Diode Source. Соединитель приемника должен быть установлен в исходном кластере Kafka. Дополнительные сведения см. в разделе Конфигурация разъема Data Diode Sink.
Коннектор-источник открывает сокет UDP для прослушивания входящих пакетов дейтаграмм. Исходный кластер ДОЛЖЕН быть запущен в автономном режиме, потому что один рабочий (только) должен открыть сокет UDP. Исходный коннектор должен быть установлен в целевом кластере Kafka. Дополнительные сведения см. в разделе Конфигурация разъема источника данных на диоде.
Особенности
Разъем Data Diode Sink
Разъем Data Diode Sink включает следующие функции:
Хотя бы один раз доставка
Очередь недоставленных писем
Несколько задач
Хотя бы один раз доставка
Этот коннектор гарантирует, что записи будут доставлены хотя бы один раз из Kafka тема.
Очередь недоставленных сообщений
Этот разъем поддерживает функцию очереди недоставленных сообщений (DLQ). За информацию о доступе и использовании DLQ см. в разделе Confluent Platform. Очередь мертвых писем.
Несколько задач
Разъем Data Diode Sink поддерживает выполнение одной или нескольких задач. Вы можете указать количество заданий в tasks.max параметр конфигурации. Это может привести для повышения производительности, когда необходимо проанализировать несколько файлов.
Коннектор Data Diode Source
Коннектор Data Diode Source включает в себя следующие функции:
Хотя бы один раз доставка
Этот коннектор гарантирует, что записи будут доставлены в топик Kafka как минимум однажды. Если коннектор перезапустится, в Kafka могут появиться повторяющиеся записи. тема.
Ограничения
Разъем Data Diode имеет следующие ограничения:
Нет гарантий заказа : Протокол UDP не гарантирует заказа. Как результат, пакеты могут приходить к месту назначения не по порядку и вставляться не по порядку в целевую тему Кафки.
Записи могут быть потеряны : Протокол UDP не имеет механизмов отчетов об ошибках или повторных попыток. Кроме того, в однонаправленной сети нет обратной связи. Это означает, что если пакет дейтаграммы не доходит до места назначения, записи, содержащиеся в этом пакете, потеряны.
Не удается запустить исходный соединитель в распределенном режиме : Не удается запустить исходный соединитель в распределенном режиме. В автономном режиме, если рабочий процесс по какой-либо причине дает сбой, пакеты теряются до тех пор, пока рабочий процесс снова не будет подключен к сети.
Нет повторных попыток : Соединитель приемника, установленный в исходном кластере Kafka, не знает, был ли пакет дейтаграммы было отправлено успешно или нет. В результате он не может выполнить операцию повторной попытки.
Поддерживаются только записи размером менее 64 КБ : Соединитель приемника не сможет отправлять записи. размером более 64 КБ. Это связано с тем, что пакет дейтаграммы имеет максимальное ограничение ~ 64 КБ. Записи размером более 64 КБ игнорируются, а идентификаторы записей (тема, раздел, смещение) регистрируются в целях отладки.
Свойства конвертера должны быть установлены : key.converter , свойства конфигурации value.converter и header.converter должны быть установите значение org.apache.kafka.connect.converters.ByteArrayConverter ; в противном случае, коннектор не запустится и выдаст исключение.
Установка соединителя Data Diode (Sink and Source)
Этот соединитель можно установить с помощью установки клиента Confluent Hub. инструкции или по загрузив ZIP-файл вручную.
Предварительные условия
Примечание
Необходимо установить коннектор на каждую машину, на которой будет работать Connect.
Установка клиента Confluent Hub.
Примечание
По умолчанию устанавливается вместе с Confluent Enterprise.
Установка последней ( последней ) версии соединителя.
Чтобы установить последнюю версию соединителя , перейдите на свою платформу Confluent. каталог установки и выполните следующую команду:
confluent-hub install confluentinc/kafka-connect-data-diode: последний
Вы можете установить конкретную версию, заменив последнюю версию на версию число, как показано в следующем примере:
confluent-hub install confluentinc/kafka-connect-data-diode:1.0.1
Установите соединитель вручную
Загрузите и распакуйте ZIP-файл для вашего разъем, а затем следуйте инструкциям по установке разъема вручную инструкции.
Лицензия
Вы можете использовать этот соединитель в течение 30-дневного пробного периода без лицензионного ключа.
По истечении 30 дней вы должны приобрести подписку на коннектор, которая включает корпоративные лицензионные ключи Confluent для подписчиков, а также поддержку уровня предприятия для Confluent Platform и ваших коннекторов. Если вы являетесь подписчиком, обратитесь в службу поддержки Confluent по адресу [email protected] для получения дополнительной информации.
Исходный коннектор: См. Лицензия на платформу Confluent для получения информации о свойствах лицензии и Свойства лицензии Confluent для получения информации о теме лицензии.
Соединитель приемника: См. Лицензия на платформу Confluent для получения информации о свойствах лицензии и Свойства лицензии на Confluent для получения информации о теме лицензии.
Свойства конфигурации
Полный список свойств конфигурации для диодного источника данных Соединитель, см. Свойства конфигурации соединителя источника данных диода.
Для получения полного списка свойств конфигурации устройства Date Diode Sink. см. раздел Свойства конфигурации разъема Data Diode Sink.
Примечание
Пример подключения Kafka Connect к Confluent Cloud см. в разделе Распределенный кластер.
Быстрый запуск
В этом кратком руководстве вы настроите Data Diode Connector для репликации записи в тему диод в тему dest_diode .
Запустите службы с помощью одной команды, используя Confluent CLI.
Совет
Синтаксис команд разработки Confluent CLI изменен в версии 5.3.0. Эти команды были перемещены в сливающийся локальный . Например, синтаксис для confluent start теперь запуск объединенных локальных служб . Дополнительные сведения см. в разделе слияние локально.
|confluent_start|
Далее создаем две темы — диод и dest_diode .
./bin/kafka-topics --create --bootstrap-server localhost:9092 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic диод ./bin/kafka-topics --create --bootstrap-server localhost:9092 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic dest_diode
Далее запустите производителя консоли и импортируйте несколько записей в тему диод .
./bin/kafka-console-producer --broker-list localhost:9092 --topic диод
Затем добавьте записи (по одной на строку) в производителя консоли.
кремний резистор транзистор конденсатор усилитель
Публикует пять записей в тему Кафки диод . Держите окно открытым.
Затем загрузите коннектор источника.
Совет
Перед запуском соединителя убедитесь, что конфигурации в etc/kafka-connect-udp/DataDiodeSourceConnector.properties установлены правильно.
Предостережение
Вы должны поставить двойное тире ( -- ) между названием темы и вашим флажком. Чтобы получить больше информации, см. этот пост.
./bin/confluent local services connect connection load datadiode-source-connector --config ./etc/kafka-connect-datadiode/DataDiodeSourceConnector.properties
Результат должен выглядеть следующим образом:
{ "name": "датадиод-источник-разъем", "конфигурация": { "connector.class": "io.confluent.connect.diode.source.DataDiodeSourceConnector", "задачи.макс": "1", "kafka.topic.prefix": "dest_" "key.converter": "org.apache.kafka.connect.converters.ByteArrayConverter", "value.converter": "org.apache.kafka.connect.converters.ByteArrayConverter", "header.converter": "org.apache.kafka.connect.converters.ByteArrayConverter", "диод.порт": "3456", "diode.encryption.password": "суперсекретный пароль", "diode.encryption.salt": "секретная соль" }, "задачи": [], "тип": ноль }
Затем загрузите коннектор Sink.
Совет
Перед запуском соединителя убедитесь, что параметры конфигурации в etc/kafka-connect-datadiode/DataDiodeSinkConnector. properties установлены правильно. Самая важная конфигурация — диод.хост , которая должна указывать на хост или IP-адрес, на котором был запущен исходный коннектор.
Предостережение
Вы должны поставить двойное тире ( -- ) между названием темы и вашим флажком. Чтобы получить больше информации, см. этот пост.
./bin/confluent local services connect connector load datadiode-sink-connector --config ./etc/kafka-connect-datadiode/DataDiodeSinkConnector.properties
Результат должен выглядеть следующим образом:
{ "name": "datadiode-sink-connector", "конфигурация": { "connector.class": "io.confluent.connect.diode.sink.DataDiodeSinkConnector", "задачи.макс": "1", "темы": "диод", "key.converter": "org.apache.kafka.connect.converters.ByteArrayConverter", "value.converter": "org.apache.kafka.connect.converters.ByteArrayConverter", "header.converter": "org.apache. kafka.connect.converters.ByteArrayConverter", "диод.хост": "10.12.13.15", "диод.порт": "3456", "diode.encryption.password": "суперсекретный пароль", "diode.encryption.salt": "секретная соль" }, "задачи": [], "тип": ноль }
Просмотрите рабочий журнал Connect и убедитесь, что соединители успешно запущены.
журнал подключения объединенных локальных служб
Наконец, проверьте, доступны ли записи в разделе dest_diode .
./bin/kafka-console-consumer --bootstrap-server localhost:9092 --topic dest_diode --from-beginning
Вы должны увидеть пять записей в потребителе. Если у вас запущен производитель консоли, Вы можете создавать дополнительные записи. Эти дополнительные записи должны быть немедленно видны в потребителе.
Метаданные записи
Записи, которые вставляются в темы в целевом кластере Kafka могут иметь разные координаты Kafka (т. е. тема, раздел, смещение).
Для обеспечения отслеживаемости соединитель UDP вставляет три дополнительных заголовка в каждую запись в пункте назначения.
sourceTopic — это имя темы в исходном кластере Kafka
.
sourcePartition — это раздел в исходном кластере Kafka
.
sourceOffset — это смещение этой записи в исходном кластере Kafka
.
Обратите внимание, что sourcePartition и sourceOffset хранятся как строки UTF-8, а не как длинный тип данных. Нижестоящие приложения могут использовать Long.parseLong для преобразования в тип данных long.
Обработка отсутствующих записей
Коннектор источника может обнаруживать отсутствующие пакеты в пункте назначения, просматривая смещения в каждой теме и разделе.
По умолчанию соединитель регистрирует раздел, раздел и смещение для каждой отсутствующей записи.
Чтобы записать отсутствующие записи в тему Kafka, настройте missing.records.topic на желаемое имя темы. а также предоставить конфигурации Connect Worker, такие как bootstrap. servers и client.id с отсутствующими.записями. в качестве префикса.
Обратите внимание, что обнаружение отсутствующих записей осуществляется с максимальной эффективностью. Ложные срабатывания (т. е. зарегистрированные как отсутствующие, но успешно доставленные) возможны, если пакеты поступают значительно не по порядку. Аналогично ложноотрицательные результаты (то есть логи отсутствуют, но запись не доставлена) также возможны, когда коннектор только запущен.
Если вам нужно надежно обнаруживать отсутствующие пакеты, вы можете написать Kafka передает приложение в целевом кластере. Приложение потоков должно проверьте заголовки метаданных в каждой записи, чтобы определить отсутствующие записи.
Пакетирование записей
Коннектор приемника может группировать несколько записей в одном пакете UDP. Чтобы включить пакетную обработку, задайте для параметра диода.буфера.размер.кб значение от 1 до 64 КБ.
Объединение нескольких записей в один пакет дейтаграмм увеличивает пропускную способность. Однако, если пакет дейтаграммы потерян, то все записи в этом пакете также потеряны.
Шифрование пакетов в пути
Коннектор приемника может дополнительно шифровать пакеты дейтаграмм в пути по мере их перемещения по сети. На принимающей стороне коннектор источника должен быть настроен с тот же пароль и соль для расшифровки пакетов.
Диодный разъем данных использует следующий подход для шифрования пакетов:
Для 256-битный ключ. 9Для генерации этого 256-битного ключа используется алгоритм 0562 PBKDF2WithHmacSHA256 . Соединитель использует 65536 раундов для генерации ключа.
Разъем приемника и истока должен иметь один и тот же диод.шифрование.пароль и did.encryption.salt , чтобы получить один и тот же 256-битный симметричный ключ шифрования.
Пакет дейтаграммы зашифрован с использованием алгоритма AES/CBC/PKCS5Padding .
Вектор инициализации, используемый для шифрования, и зашифрованный текст объединены. Первые 16 байт полезной нагрузки — это вектор инициализации.
На принимающей стороне коннектор источника извлекает IV (первые 16 байтов). и зашифрованный текст (оставшиеся байты) из полезной нагрузки.
Наконец, он использует алгоритм AES/CBC/PKCS5Padding для расшифровки зашифрованного текста.
Обратите внимание, что этот подход не гарантирует аутентификацию сообщения. В будущем выпуске соединитель UDP может переключиться на AES с аутентифицированным шифрованием, используя режим GCM.
Сжатие бортовых сообщений
При необходимости коннектор приемника может сжимать пакеты дейтаграмм. Компрессия всегда делается перед шифрованием.
Чтобы включить сжатие, установите диод.compression.class=io.confluent.connect.diode.serde.GzipCompressor . Чтобы отключить (по умолчанию), установите диод.compression.class=io.confluent.connect.diode.serde.NoopCompressor
Руководство по настройке
Увеличьте буфер приема сокета операционной системы для пакетов дейтаграмм. В Linux вы можете увеличить буфер, выполнив следующие команды:
sysctl -w net.core.rmem_max=26214400 sysctl -w net.core.rmem_default=26214400
Для проверки выполните следующую команду:
sysctl-а | grep net.core.rmem
Убедитесь, что загрузка ЦП на сервере с исходным соединителем составляет менее 60 % для всех ядер. Операционная система, скорее всего, отбросит пакеты дейтаграмм, если загрузка ЦП увеличится.
Исходный коннектор не может работать в распределенном режиме. Поэтому, если загрузка ЦП превышает 60 %, необходимо переключиться на другой сервер с большим числом ядер ЦП.
Формат сериализации
Формат сериализации — это то, как записи передаются по сети. Этот формат является внутренним для соединителей UDP и не влияет на пользователей соединителя.
Список SinkRecords сериализуется в байты с помощью Avro. Эти сериализованные байты называются полезной нагрузкой.
Если группирование записей отключено, список записей имеет размер = 1
Полезная нагрузка сжимается с использованием настроенного алгоритма сжатия. Если сжатие отключено, Используется алгоритм Noop , который ничего не делает.
Затем сжатая полезная нагрузка шифруется с использованием настроенного алгоритма шифрования. Если шифрование отключено, используется алгоритм Noop , который ничего не делает.
Запись конверта создается с помощью алгоритма сжатия, алгоритм шифрования и окончательная полезная нагрузка.
Запись конверта снова сериализуется с помощью Avro, а затем отправляется по сети в пакете дейтаграммы
На принимающей стороне исходный коннектор подтверждает, что он может понимать алгоритмы сжатия и шифрования
Затем он выполняет шаги в обратном порядке и создает список SourceRecords.
Бывшие в употреблении драйверы лазерных диодов и контроллеры TEC
Сортировать список по:
Все продукты Исследовательская система с открытым индексом
продуктов, доступных для покупки в Laser Lab Source
Тип продуктаТехническое описание
Контроллер лазерного диода Сертифицированный бывший в употреблении ILX Lightwave LDC-3724B
— полнофункциональный контроллер 500 мА
— регулятор температуры 32 Вт
— сертифицированный подержанный ILX Lightwave — реселлер
1925 долларов ^{. 00}
Драйвер лазерного диода Сертифицированный бывший в употреблении ILX Lightwave LDX-3412
— настольный лазерный драйвер 200 мА
— компактный, простой в использовании
— сертифицированный бывший в употреблении ILX Lightwave — реселлер
695 $ ^.00
Крепление лазерного диода Сертифицированный б/у ILX Lightwave LDM-4984
— 14-контактное крепление для лазерного диода типа «бабочка»
— Простые в использовании разъемы ZIF
— Сертифицированные бывшие в употреблении ILX Световая волна — торговый посредник
375 $ ^{. 00}
Крепление лазерного диода Сертифицированный подержанный ILX Lightwave LDM-4989
— 20/26-контактное крепление Butterfly Laser Mount
— простые в использовании разъемы ZIF
— сертифицированные бывшие в употреблении ILX Lightwave — реселлер
375 $ ^.00
Драйвер лазерного диода ILX Lightwave LDX-3525 Настольный драйвер
— Настольный лазерный источник тока 500 мА
— Простое в использовании управление с передней панели
— Сертифицированное подержанное оборудование ILX Lightwave — реселлер
Драйвер лазерного диода Сертифицированный б/у ILX Lightwave LDX-3545
— Настольный драйвер лазерного диода на 3 А
— Простое в использовании управление на передней панели
— Сертифицированное подержанное оборудование ILX Lightwave — реселлер
1000 долларов ^{. 00}
Контроллер лазерного диода Сертифицированный бывший в употреблении ILX Lightwave LDC-3916371
— Модуль для базового блока LDC-3916
— Контроллер лазерного диода 500 мА / 9 Вт
— Сертифицированный бывший в употреблении ILX Lightwave — реселлер
650 долларов ^.00
Контроллер лазерного диода Сертифицированный бывший в употреблении ILX Lightwave LDC-3916372
— Модуль для LDC-3916 Базовый блок
— контроллер лазерных диодов 500 мА / 9 Вт
— сертифицированный, бывший в употреблении ILX Lightwave — реселлер
650 долларов ^{. 00}
ТЕС-контроллер Сертифицированный б/у ILX Lightwave LDT-5412
— Недорогой настольный контроллер TEC мощностью 4 Вт
— Гибридный контур управления P-I
— Сертифицированный бывший в употреблении ILX Lightwave — реселлер
495 долларов ^.00
Крепление лазерного диода Сертифицированная бывшая в употреблении модель Newport 708
— Восьмиканальное крепление типа «бабочка»
— Волоконно-оптические разъемы FC на передней панели
— Сертифицированные бывшие в употреблении Ньюпорт — реселлер
625 $ ^{. 00}
Аксессуар Преобразователь USB в RS232
— для контроллеров OsTech ОсТех
93 долл. США ^0,50
Аксессуар Комплект дисплея состояния TEC
— для модулей управления Meerstetter
— подключается непосредственно к плате TEC
артикул: DPY-1113 / TEC-DISPLAY Меерштеттер Инжиниринг
168 долларов ^{. 00}
Источник постоянного тока Блок питания 24 В постоянного тока / 280 Вт для OEM-модулей OsTech ОсТех
253 $ ^.00
Источник постоянного тока Блок питания 24 В постоянного тока / 90 Вт для OEM-модулей
OsTech ОсТех
203 долл. США ^0,50
Термистор 10 кОм, 2% термистор с металлическим наконечником ОсТех
Термистор 10 кОм, 1%, эпоксидная головка с изолированными проводами ОсТех
Термистор 10 кОм, 1%, высокое сопротивление с изолированными проводами ОсТех
Термистор 10 кОм, 1%, высокое сопротивление ОсТех
Термистор 10 кОм, 1%, прецизионный термистор ОсТех
Источник постоянного тока 11,7 А, 350 Вт
Импульсный источник питания постоянного тока ОсТех
231 $ ^{. 00}
Соединительный кабель Емкость 40 А
2-контактный разъем Sub-2W2 (вилка) / без разъема ОсТех
203 $ ^0,50
Соединительный кабель Емкость 40 А
2-контактный разъем Sub-2W2 (вилка) / без разъема ОсТех
203 долл. США ^0,50
Источник постоянного тока 5 А, 120 Вт
Импульсный источник питания постоянного тока ОсТех
99 долларов ^.00
Соединительный кабель Емкость 60 А
5-контактный разъем Sub-D5W5 (вилка) / кабельные наконечники ОсТех
242 $ ^{. 00}
Источник постоянного тока 9,4 А, 225 Вт
Импульсный источник питания постоянного тока ОсТех
148 долларов ^0,50
Соединительный кабель 15-контактный разъем D-Sub (вилка) — без разъема ОсТех
66 долларов ^.

Diode	Maximum Current	Maximum Reverse Voltage
1N4001	1A	50V
1N4002	1A	100V
1N4007	1A	1000V
1N5401	3A	100V
1N5408	3A	1000V