Вы когда-нибудь сталкивались с ситуацией, когда ваш тщательно спроектированный светодиодный светильник или индикатор отказывался работать? А причиной всему была банальная ошибка - неверное подключение полярности светодиодов. В итоге приходилось покупать новые детали, тратить время на переделку схемы, терять нервы. Чтобы раз и навсегда избавиться от подобных неприятностей, достаточно выучить простой и надежный способ определения плюса и минуса у светодиодов. Эта нехитрая наука позволит существенно сэкономить средства и повысить уверенность в своих силах.
Принцип работы светодиода
Чтобы разобраться с полярностью светодиода, нужно сначала понять его внутреннее устройство и основы функционирования. Светодиод представляет собой полупроводниковый прибор на основе p-n перехода. При подаче прямого напряжения через p-n переход начинается движение носителей зарядов – дырок и электронов. При их рекомбинации выделяется квант световой энергии – фотон. Таким образом и происходит преобразование электрической энергии в свет.
Основной характеристикой любого диода, в том числе и светоизлучающего, является его вольт-амперная характеристика (ВАХ). Она имеет выраженную нелинейность и состоит из двух участков:
- Прямой ветви – диод открыт и пропускает ток при подаче прямого напряжения
- Обратной ветви – диод закрыт и не проводит ток при подаче обратного напряжения
Именно благодаря такой особенности ВАХ и возникает явление полярности у светодиода и необходимость ее учета при эксплуатации. Ведь светоизлучение происходит лишь при протекании прямого тока через p-n переход. А для этого нужно точно знать, какой вывод светодиода является анодом, а какой катодом.
Визуальные методы определения полярности
Самый простой способ определить плюс и минус светодиода – визуальная проверка по внешним признакам на корпусе. Большинство производителей стараются как-то обозначить полярность, чтобы упростить жизнь пользователям. Давайте разберем типичные варианты маркировок.
По длине выводов
У классических светодиодов в пластмассовом цилиндрическом корпусе диаметром 3-5 мм выводы из корпуса могут быть разной длины:
- Более длинный выступает на 1-2 мм – это анод +
- Более короткий вывод – катод -
Однако полагаться на такой признак стоит с осторожностью. У дешевых китайских подделок расстояние между выводами зачастую выполнено одинаковым. Причина – экономия материалов и удешевление производства.
По размеру выводов
Еще один способ визуально отличить анод от катода светодиода заключается во внутреннем строении полупроводникового кристалла. Анодную область делают большей площади, так как она образована материалом с бОльшим удельным сопротивлением.
Поэтому при внимательном рассмотрении колбы внутри можно заметить, что одна деталь кристалла имеет площадь побольше. Это и есть анод. А меньший по размеру вывод – соответственно катод.
К сожалению, на практике такое визуальное определение полярности бывает затруднительным. Внутреннее устройство современных высокой яркости светодиодов изготавливается настолько миниатюрным, а корпуса непрозрачными, что рассмотреть разницу в размерах электродов физически невозможно.
По маркировке на корпусе SMD светодиодов
Наибольшее распространение в современной элементной базе получили светодиоды для поверхностного монтажа (SMD). Их миниатюрные размеры позволяют размещать такие диоды даже в самой мелкой радиоэлектронной аппаратуре: сотовых телефонах, планшетах, часах и т.п.
Производители используют маркировку корпуса путем нанесения специального символа, чтобы можно было определить расположение анода и катода без дополнительных измерений.
К сожалению, даже маркировка не гарантирует отсутствия ошибок. Недобросовестные производители могут наносить обозначения, не соответствующие действительности. Поэтому полагаться всецело на пиктограммы не стоит. Лучше перепроверить полярность дополнительно тестером.
Проверка полярности светодиода мультиметром
Самым надежным и точным способом определения плюса и минуса является применение измерительного прибора - мультиметра (тестера). Причем использовать для такой проверки имеет смысл только цифровые мультиметры. У старых аналоговых приборов слишком низкой оказывается точность измерений и возникают погрешности.
Проверка в режиме «прозвонка диода»
Для определения анода и катода удобно воспользоваться специальным режимом «проверка диода» (diode), который есть во всех современных цифровых мультиметрах. Нужно подключить красный щуп к аноду, а черный – к катоду светодиода и перевести тестер в нужный режим.
При правильном подключении полярности на дисплее отобразится падение напряжение на открытом переходе в диапазоне 1-4 В. И сам диод слегка засветится. Это значит, что полярность определена верно.
Если же показания мультиметра составят 0.000 В, а диод не светится, то нужно поменять щупы местами. Тестер будет давать ноль и при неисправном светодиоде. Поэтому данным методом можно сразу проверить работоспособность диода.
Однако следует помнить, что режим «прозвонка диода» не всегда корректно работает со светодиодами. У синих, зеленых и белых светоизлучателей вольт-амперная характеристика отличается высоким пороговым напряжением в 3-4 В. А в тестере обычно имеется выходное напряжение для проверки диодов порядка 1-1.5 В.
Поэтому подобрать полярность у таких светодиодов лучше в режиме омметра или с помощью транзисторных гнезд на корпусе тестера. Рассмотрим далее эти варианты более подробно.
В режиме омметра
Для определения полярности светодиода с помощью омметра нужно:
- Перевести тестер в режим измерения сопротивления (омметр)
- Приложить красный щуп к аноду светодиода, черный – к катоду
- Проконтролировать показания на дисплее мультиметра
При правильной полярности прибор покажет сопротивление открытого p-n перехода светодиода порядка нескольких кОм.
Если же анод и катод перепутаны, стрелка омметра «упрется в правый упор», демонстрируя бесконечно большое значение сопротивление обратно-смещенного диода.
Таким образом можно легко и быстро узнать плюс и минус даже у синих и белых мощных светодиодов. Щупы при этом нужно прижимать к выводам лишь на мгновение, без задержек, чтобы случайно не вывести диод из строя подаваемым малым током.
С помощью транзисторных гнезд тестера
На корпусе многих современных мультиметров размещают дополнительные гнезда для проверки биполярных транзисторов. Их также можно использовать для быстрого тестирования светодиодов и определения их полярности.
Для этого выводы диода нужно подключать к контактам:
- Эмиттер (E) – катод светодиода
- Коллектор (C) – анод светодиода
При правильной полярности светодиод загорится, что говорит об исправности прибора.
Преимуществом такого способа является быстрота проверки, возможность точно определить анод и катод, даже если диод специфического цвета свечения. Причем без риска что-либо повредить, так как ток через светодиод ограничивается схемой самого тестера.
Подача питания для проверки полярности светодиода
Еще один – подача питания от внешнего источника и контроль зажигания светодиода. Для этого потребуется:
- Источник постоянного напряжения 3-12 В (батарейка, блок питания)
- Токоограничивающий резистор
Рекомендуется в качестве источника использовать небольшие батарейки типоразмера АА – их напряжения как раз подходит для большинства светодиодов. Можно также взять литиевые батарейки типа CR2032, часто применяемые в часовых механизмах и на материнских платах компьютеров.
Однако подключать светодиод напрямую к батарейке будет неправильно. Существует риск мгновенно вывести диод из строя из-за высокого протекающего тока. Поэтому обязательно последовательно нужно включить токоограничивающий резистор, рассчитанный из параметров светодиода и напряжения источника питания.
В качестве резистора лучше взять мощный проволочный вариант с сопротивлением порядка 400-820 Ом. Точное значение потребуется подобрать экспериментально, исходя из яркости свечения диода.
При подаче питания от батарейки со светодиодом включенным последовательно резистором, нужно проверить оба варианта подключения выводов – прямое и обратное. Исходя из реакции определить, где у светодиода находится анод, а где катод.
Преимущество такого метода в использовании подручных материалов и возможности сразу оценить работоспособность светодиода. К минусам можно отнести риск повредить диод при ошибочном подключении полярности и отсутствии в цепи резистора.
На основании описанных методов теперь вы можете самостоятельно и без особых усилий определить плюс и минус практически у любого светодиода. А значит избежать проблем с подключением полярности и сэкономить кучу нервов и денег!
