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.

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.