Полярность светодиода: определяем визуально где плюс и минус (все методы как узнать полярность SMD)

Профессионалы определяют минус и плюс диода уже в машине, своими удобными методами. Чаще всего это прозвон тестером, проверка транзисторными панелями или подача питания через токоограничивающий резистор. Визуальная идентификация иногда практикуется, когда речь идет о конкретных знакомых брендах и новых продуктах. Поэтому профессионалам не нужны советы по определению анода и катода светодиода. А вот любителям и новичкам эта статья будет полезна. Поговорим о народных способах самостоятельного определения, где у диода анод и катод, исправлении этих манипуляций и подводных камнях самопроверки.

Как работает диод

В основе работы диода лежит разная проводимость двух полупроводников (в этой статье мы говорим только о них), соединенных друг с другом.

Полупроводник n-типа пропускает электроны, а полупроводник p-типа пропускает дырки. Если полярность диода соблюдена, т.е на n-тип подается меньше, а на p-тип больше, то на каждый тип подается прямое напряжение и диод открыт. Если сигналы питания инвертированы, т.е приложено обратное напряжение, то диод закроется. Почему это происходит?

На стыке двух полупроводников разной проводимости образуется небольшая область смещения. Это когда электроны n-типа частично переходят в область p-типа. В этом месте нет ни свободных электронов, ни дырок. При подключении постоянного напряжения источник питания восполняет недостающие электроны и дырки, то есть практически исчезает закрытая зона перехода носителей заряда.

Электроны под действием электродвижущей силы, действующей на источник питания, перескакивают с одного отверстия на другое, проходят сечение р-типа и падают на проводник.

Что будет, если поменять полярность питания: подключить плюс к секции n-типа, а минус к p-типу? В этом случае электроны в n-области будут двигаться в сторону источника питания, расширяя замкнутую зону, увеличивая тем самым внутреннее сопротивление диода. В этом случае диод будет закрыт.

Конечно, если увеличить напряжение на диоде, электроны смогут проскользнуть через область насыщения и через диод потечет ток. В таком режиме работают некоторые диоды, они называются стабилитронами.

А вот выпрямительные диоды таких условий не «любят» и могут выйти из строя. А для стабилитронов предусмотрено не только обратное напряжение, но и ток, при котором они могут работать. При превышении указанных значений может произойти необратимый процесс – тепловой сбой, и устройство выйдет из строя.

Особенности функционирования

Известно, что любой полупроводниковый диод при подаче на него постоянного или переменного напряжения пропускает ток только в одном направлении. Если он снова включится, постоянный ток не течет, так как np-переход будет смещен в непроводящем направлении. На рисунке видно, что минус полупроводника расположен со стороны его катода, а плюс — с противоположного конца.

Особенно наглядно эффект однонаправленной проводимости можно подтвердить на примере полупроводниковых изделий, называемых светодиодами, которые работают только при правильном включении.

На практике нередки ситуации, когда на корпусе изделия нет явных надписей, позволяющих сразу понять, где какой полюс у вас. Вот почему важно знать особые признаки, по которым можно научиться их различать.

Назначение диода

Полупроводниковые диодные элементы присутствуют практически во всех бытовых приборах. Светодиоды используются в производстве осветительных приборов и светодиодных телевизоров.

Полупроводниковые диоды классифицируют по:

• кристаллический материал (кремний, селен, фосфид индия, германий);
• размеры (микросплавы, точечные, плоские);
• технологии изготовления pn-переходов (диффузионные, сплавные, эпитаксиальные);
• частотный (низкочастотный, высокочастотный, сверхвысокочастотный, импульсивный);
• области применения (выпрямительные и специальные).

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного напряжения в постоянное. Они установлены в схеме в виде диодного моста, который можно использовать в радиоаппаратуре, блоке питания, зарядном устройстве.

Внимание! Готовые диодные мосты (диодные сборки) продаются в виде коробочек с четырьмя ножками.

Выпрямители делятся на:

• малый ток (до 0,3 ампера);
• средней мощности (0,3-10 ампер);
• мощность (10-100 000 А, до 6 кВ).

Полупроводниковые специальные диодные элементы:

• варикапы (емкостные диоды);
• тиристоры (с дополнительным выводом для перехода в открытое состояние);
• симисторы (ток проходит в 2-х направлениях);
• стабилитроны (стабилизатор напряжения 2 вольта в состоянии пробоя, отдельный тип стабилизатора (нормистор) на напряжение 0,7-2 вольта);
• диоды Шоттки (для низковольтных цепей в паре со стабилитроном);
• туннельные диодные элементы (с малым отрицательным сопротивлением);
• динисторы (не содержат управляющих электродов, установлены на переключателях);
• магнитодиоды (изменение вольт-амперных характеристик в магнитном поле, устанавливаемые на датчики движения, устройства управления);
• фотодиоды (преобразовывают световую энергию в электрическую);
• светодиоды (преобразуют электрическую энергию в свет).

Справка! Светодиоды, излучающие инфракрасный свет, называются инфракрасными. Их устанавливают в камеры видеонаблюдения, системы беспроводной связи, оборудование дистанционного управления.

Виды диодов

Все диодные элементы можно разделить на 2 большие группы: неполупроводники и полупроводники. Первую группу составляют 2 типа: вакуумные (кенотроны) и газонаполненные (стабилитроны с тлеющим или коронным разрядом, игнитроны и гастротроны).

Вакуумные диоды — лампы с двумя электродами, один из них выполнен в виде светящейся нити. Когда он открывается, электроны движутся от плюса к минусу. При изменении направления движения тока устройство почти полностью закрывается, движение электронов прекращается.

Из газонаполненных диодных элементов в настоящее время применяются только дуговые гастротроны (стабилитроны), заполненные инертным газом и парами ртути и снабженные термическими оксидными катодами. Главной особенностью является возможность выдачи высокого выходного напряжения и работы с токами в несколько десятков ампер.

Полупроводниковые диоды представляют собой небольшие емкости, из которых удален воздух.

Внутри 2 электрода:

• положительный (с электропроводностью p);
• отрицательный (с электропроводностью n).

Важно! Сопротивление во включенном состоянии зависит от величины прямого напряжения: чем оно выше, тем меньше сопротивление.

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают разных цветов. Есть несколько способов получить нужный оттенок.

Первый – покрыть линзу люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.

Технология RGB. Тон получается с помощью трех красных, зеленых и синих светодиодов в кристалле. Меняется интенсивность каждого из них и получается нужная яркость.

Использование примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны и из них изготавливается светодиодный кристалл.

Катод и анод это плюс или минус

Анод (в переводе с древнегреческого — движение вверх) — это электрод любого прибора, который подключается к положительному полюсу источника питания. Катод диода (в переводе с древнегреческого — спуск) — это электрод любого прибора, который подключен к наименьшей части источника питания.

По ГОСТ 15596-82:

• отрицательный электрод при разряде является анодом;
• положительный электрод во время разряда является катодом.

Внимание! При зарядке происходит обратное: катод отрицательный, анод положительный.

Еще Фарадей говорил, что очень важны места, где ток входит и выходит из вещества, их надо отличать от плюса и минуса.

Если нет протекания тока, то нет смысла говорить об аноде и катоде.

Электрохимики, проводящие электролиз металлов, называют анодом электрод, который окисляется, катодом — электрод, который восстанавливается. Для диодного элемента в открытом состоянии катод — это вывод, подключенный к минусу, анод — это вывод, подключенный к плюсу.

Как определить, где плюс и минус

Существует несколько способов определения полярности светодиода:

• визуально (по ножке, по внутренней стороне лампочки, по толщине проводов);
• с помощью измерительного прибора (мультиметра, тестера);
• подключение питания;
• согласно технической документации.

Наиболее широко используется визуальный осмотр устройства. Производители стараются указывать метки и этикетки, по которым можно определить, где плюс, а где минус светодиода. Все вышеперечисленные способы просты и могут быть использованы человеком без надлежащих знаний.

Определяем зрительно

Визуальный осмотр — самый простой способ определить полярность. Существует несколько типов светодиодных пакетов. Наиболее распространен цилиндрический диод диаметром 3,5 мм и более. Чтобы определить катод и анод диода, нужно рассмотреть устройство. Сквозь прозрачную поверхность будет видно, что площадь катода (отрицательный контакт) больше площади анода (положительный). Если внутрь заглянуть невозможно, стоит посмотреть на выводы, они тоже различаются по размеру. Катод будет больше.

Накладные светодиоды широко используются в прожекторах, лентах и ​​светильниках. Вы также можете визуально идентифицировать контакты в них. У них есть ключ (безель), указывающий на отрицательный электрод.

Важно! Чем массивнее и мощнее светодиод, тем больше шансов визуально определить, где анод, а где катод.

Некоторые светодиоды могут иметь маркировку с указанием полярности. Это точка, кольцевая полоса, которая движется к плюсу. Самые старые образцы имеют заостренную форму с одной стороны, соответствующую положительному электроду.

С помощью подключения питания

Подходящие электроды можно найти, подав небольшое напряжение. С помощью этого метода также можно определить исправность устройства. Требуется источник постоянного тока (например, батарея или аккумулятор). Светодиод должен быть присоединен к контактам. При правильном подключении и повышении напряжения до 3 В диод включится и увеличит свою насыщенность и яркость. При неправильном подключении и несоблюдении полярности светодиод не загорится.

Кроме того, последовательно может быть включен токоограничивающий резистор сопротивлением более 600 Ом. Это защитит светодиод от выхода из строя.

Применение мультиметра

Мультиметр – профессиональный прибор, помогающий определить не только плюс и минус светодиода, но и найти короткое замыкание в электрической сети, продиагностировать электронные компоненты и измерить основные параметры. С помощью мультитестера также можно определить цвет яркости диода и его пригодность к использованию.

Проверить мультиметром можно тремя способами:

1. Переключатель мультитестера стоит в положении «Проверка сопротивления — 2 кОм». Щупы должны касаться электродов светодиода. Когда красный щуп коснется анода, а черный щуп коснется катода, на экране появится число от 1600 до 1800. В противном случае или в случае неисправности на экране появится 1. Метод заключается в том, что есть нет хрустальной подсветки.
2. Переключатель должен находиться в положении «непрерывность цепи, проверка диодов». Когда красный щуп касается анода, а черный щуп касается катода, загорается светодиод. В противном случае диод вообще не будет реагировать.
3. Для последнего метода зонды не требуются. Большинство моделей имеют две вилки, возле которых есть обозначения Е и С — эмиттер и коллектор соответственно. Они используются для проверки транзисторов, но этот метод подходит и для светодиода. Если катод поместить в отверстие C, светодиод загорится. Это самый быстрый и эффективный метод.

Важно! Кроме монохромных светодиодов выпускаются и многоцветные аналоги, у которых количество выводов может быть 3 и 4. Их также можно проверить мульти-тестером и определить катод и анод. Двухцветные диоды с двумя выводами проводят ток в обоих направлениях. Когда они соединены по-разному, они будут светиться разными цветами. При поиске катода и анода устройства с 3 и 4 проводниками сложность заключается в поиске более или менее распространенного. Щупы мультиметра проверяют каждый контакт и устанавливают яркость стекла.

Определение с помощью технической документации

В документе на светодиод можно найти достаточно информации о производителе, характеристиках, включая полярность. Паспорт на устройство выдается редко; можно получить, закупив большую партию комплектующих.

Вы можете узнать информацию самостоятельно, если знаете марку светодиода. По таблицам с техническими характеристиками этой модели можно узнать способ подключения и где плюс, а где минус.

Расчет сопротивления для светодиода

Диод имеет низкое внутреннее сопротивление. Если подключить его напрямую к блоку питания, элемент сгорит. Чтобы этого не произошло, светодиод подключают к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uлед)/I, где R — сопротивление токоограничивающего резистора, U — источника питания; Uled: паспортное значение напряжения для светодиода, I: сила тока. На основании полученного значения подбирается мощность резистора.

Важно правильно рассчитать напряжение. Это зависит от схемы соединения элементов.

Нельзя рассчитать сопротивление, если использовать в схеме мощный переменный или отсекающий резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разных классов точности. Есть продукты на 10%, 5% и 1%; это означает, что ошибка изменяется в указанном диапазоне.

При выборе токоограничивающего резистора следует почти всегда обращать внимание на его мощность, если при плохом теплоотводе устройство будет перегреваться и выходить из строя. Это разорвет электрическую цепь.

Когда использовать токоограничивающий резистор:

• когда проблема работоспособности схемы не является основной, например индикация;

• лабораторное исследование

В остальных случаях светодиоды лучше подключать через стабилизирующий драйвер, что особенно актуально для светодиодных ламп.

Способы подключения

Самый простой вариант — подключение к низковольтному источнику постоянного тока.

Самый удобный и безопасный вариант — подключить светодиод к батарейке или аккумулятору, включив в цепь маломощный резистор. Его функция заключается в ограничении тока, протекающего через p-n переход, до определенного значения. Без этого элемента светодиод быстро потеряет свои рабочие свойства.

Сопротивление подбирается по сопротивлению и мощности. Расчет сопротивления по формуле:

R = (Uпит — Uпаспорт.) / Iном., Ом, в котором:

• Upower — напряжение питания, В;
• Заграничный пасспорт. – падение напряжения, паспортное значение, В;
• Я ном. — Номинальный ток.

Полученное значение округляется до ближайшего номинального значения серии Е24. После этого рассчитайте мощность, которую должен рассеивать резистор.

P = Inom.2 x R, где R — значение сопротивления, выбранное из таблицы.

Все эти шаги можно сделать быстро и легко с помощью онлайн-калькулятора.

Маркировка светодиодов

Буквенное обозначение светодиода на схеме (отмечено) несет в себе всю информацию о характеристиках конкретного полупроводникового прибора. Маркировка содержит большое количество символов, поэтому ее размещают не на корпусе устройства, а на схеме или на упаковке нераспаянных элементов. Светодиоды на лентах поставляются витками на витках, на которых нанесены маркировочные символы. Кодировка символов отражает:

• Серийное производство.
• Цвет светодиодного света. Современные светодиоды бывают белого, зеленого, красного, синего, оранжевого, желтого цветов.
• Качество цветового потока. Например, светодиод для освещения в доме или на улице, индикации приборов, подсветки, для массивов изображений.
• Тип объектива. Различают приборы, рассеивающие свет и узконаправленное излучение с куполообразными, прозрачными и матовыми линзами.
• Сила света.
• Потребление электроэнергии.
• Идентификационный код производителя. Практической ценности это не имеет.
• Символы резервирования. Производители оставляют их для возможных модификаций элемента.

Не существует определенного стандарта для маркировки светодиодов, поэтому у каждого производителя есть свой код. Невозможно вспомнить, но серьезных производителей этого продукта на рынке не так много. Среди них такие фирмы, как Philips, Cree и Samsung.

Когда требуется определение полярностей LED-лампочек

Малогабаритные светодиоды широко используются в различных областях, связанных с освещением и индикацией:

• общественное освещение: рекламные щиты, парковое освещение;
• бытовые элементы искусственного освещения: подсветка рабочих панелей, периметральный подвесной потолок, встроенная мебель и т д.;
• индикация режимов включения/выключения электроприборов: самодельные умные розетки и др;
• детские игрушки;
• пульты дистанционного управления и многое другое.

При выходе из строя лампочки мастер прибегает к ее замене. В этом случае требуется определить анод и катод светодиода. В противном случае элемент просто не будет давать света.

На разных форумах есть информация, что нет смысла искать, где «прячется» плюс и минус светодиода. Нередки суждения, что лампочку можно подключить без соблюдения полярности. Здесь есть нюансы. Даже если мастеру повезет и стихия родит, в итоге это будет иметь следующие последствия:

• Срок службы неправильно подключенной лампочки, заявленный производителем, значительно сократится. Например, при гарантированном режиме работы в 45 000 часов светодиод будет работать вдвое меньше.
• Показатели (интенсивность, яркость света) снизятся значительно, чем должны быть. На общей схеме это будет видно невооруженным глазом.

Такие игры с полярностями и вероятность срабатывания диодного элемента напрямую зависят от характеристик конкретного полупроводника и напряжения пробоя.

Средний срок службы светодиодных ламп составляет 10 лет. Благодаря защите от влаги IP67 и выше элементы можно безопасно использовать для уличного освещения. Чтобы светодиоды проработали заявленный срок, необходимо соблюдать полярность при их подключении и определять их до проведения ремонтных работ, а не после.

Основные выводы

Профессионалы никогда визуально не определяют полярность диода, потому что их модификации настолько различны, что производители не утруждают себя соблюдением единых требований. Поэтому, перефразируя известное выражение, можно сказать «что белому светодиоду хорошо, то красному смерть».

Наиболее надежные способы определения плюса и минуса требуют оборудования: тестера и резистора для ограничения силы тока при проверке мощностью. Для радиолюбителей и «домашних» это не проблема, тестер есть у каждого под рукой.

Но любителю проще на 100% определить анод и катод светодиода через блок питания, но не напрямую, а через токоограничивающий резистор. Существует большая опасность сжечь кристаллы или сократить срок их службы настолько, что они впоследствии быстро сгорят.