Двухцветный светодиод. Особенность


Просмотров: 1 623

Двухцветный светодиод

Двухцветный трёхногий светодиод имеет некоторую особенность, которая поначалу может сбить с толку, но которую можно пустить на пользу.

Соберём макетик по заглавной картинке и исследуем его. Зелёный проводок относится к зелёному кристаллу, оранжевый — к красному.

Подключим батарейку и пощёлкаем тумблером.

Двухцветный светодиод

Тумблер выключен, светодиод зелёный

Двухцветный светодиод

Тумблер включен, светодиод красный (правда, красный, на фото плохо получилось)

При разомкнутой цепи светодиод светит зелёным, при замкнутой… красным. Ой, что-то не то! Ведь зелёный кристалл подключен напрямую к батарейке и должен светить всегда! Т.е. при замыкании тумблера мы должны получить свечение обоих кристаллов и как бы жёлтый цвет! Но если присмотреться, видно что при включении красного зелёный гаснет! Прям коммутатор какой-то.

Так, изобразим схему этой… схемы 🙂

Ага, понятно. Неправильное включение светодиодов! Ведь во всех мурзилах сказано: при параллельном включении каждый светодиод должен иметь свой собственный балластный резистор. А при такой схеме, из-за индивидуальных отличий, они будут светить вразнобой: кто-то ярче, кто-то тусклее.

Но! Мы-то наблюдаем другую картину. У нас горит один кристалл. Т.е. простой замыкающий контакт у нас работает как переключающий. Почему? Попробуем разобраться. Для этого соберём схему попроще — с одним светодиодом, но обвешаем её измерительными приборами и будем наблюдать за их показаниями:

У нас есть:

  • регулируемый источник напряжения;
  • подопытная цепь R и VD;
  • амперметр, показывающий ток в цепи;
  • вольтметры, которыми мы можем померять напряжение на отдельно на R и VD.

Мы будем плавно поднимать напряжение от 0, наблюдая за показаниями приборов.

Если бы в цепи было два последовательных резистора, всё было бы просто: ток в цепи нарастал бы от 0, напряжения на вольтметрах также возрастало бы, причём пропорционально сопротивлениям резисторов, а их сумма была бы равна напряжению источника. Подробнее здесь и здесь.

С диодом интереснее. Дело в том что диод (в т.ч. и светодиод) является нелинейным элементом. Его сопротивление в прямом направлении зависит от протекающего тока. Чем больше ток, тем меньше сопротивление. Кроме того, диод имеет т.н. порог. При напряжении ниже этого порога диод будет закрыт даже в прямом направлении.

Итак, потихоньку крутим наш источник питания, поднимая напряжение. И сразу видим отличие от схемы на резисторах. Вот уже пол-вольта, один вольт, а амперметр не кажет. Ток = 0. Напряжение Ur = 0, а Uvd = напряжению источника. Т.е. диод закрыт, его сопротивление очень велико, тока в цепи практически нет, а всё напряжение «высаживается» на нём.

Но вот мы подобрались к порогу, для красного светодиода это около 1.3 вольт. Светодиод открылся и слабо засветился. Амперметр с нуля сразу прыгнул до некоторого значения. Также резко появилось напряжение Ur.

Добавим ещё чуть-чуть. При напряжении около 1.7 В светодиод засветился в полную силу.

Добавляем дальше. И опять видим странное! Ток растёт как положено. Растёт Ur. А вот Uvd остаётся на уровне 1.7 В! Т.е. диод «стремится» сохранить напряжение на себе равным 1.7 В. Для этого при росте тока он снижает своё сопротивление и всё больше и больше напряжения достаётся резистору — ведь сумма Ur+Uvd обязана быть равной напряжению источника.

Так будет происходить пока ток не возрастёт настолько что диод перегреется и сгорит. При этом разница в яркости между «только засветился» и «почти сгорел» будет незначительна хотя ток изменился в разы. А напряжение Uvd возросло, но не сильно, где-то до 2.5 В.

Напряжение, при котором светодиод «вышел на режим», т.е. его ток и яркость соответствуют норме и считают типичным падением напряжения для данного типа полупроводника. Да, для разных типов полупроводников эти значения отличаются. У кремниевого p-n перехода будет одно значение, у германиевого — другое, у перехода на основе арсенида галия (красный светодиод) — третье, у перехода металл-полупроводник (диод Шоттки) четвёртое.

И тут мы наконец можем ответить на вопрос почему так странно работает схема из заголовка статьи. Дело в том что  зелёный и красный кристалл выполнены из разных материалов, имеющих разные пороги и разное падение напряжения. В моём макете падение на зелёном кристалле было около 2 В (при питающем напряжении от 3 до 9 В), а на красном — 1.7 В.

Что происходит когда параллельно светящемуся зелёному мы подключаем красный? Напряжение сразу валится до 1.7 В! И зелёному просто не хватает прямого напряжения чтобы открыться. Всё оказалось просто 🙂

Теперь. Как можно использовать эту неправильную схему. Например, можно переключать с зелёного на красный используя одну ножку микроконтроллера, а не две. Правда, такое решение потребует кое-какой дополнительной «обвязки», но если надо жёстко экономить ножки — может сгодиться.

Более простые схемы также могут использовать этот трюк. Один из примеров будет в следующей статье.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *