Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

Содержание

Светодиоды на основе карбида кремния

Электролюминесценция открыта недавно, в начале XX века. Большим достоинством нового явления служит факт, что свечение заметно при комнатных температурах. Обычная лампочка накала, как известно, встречена рукоплесканиями посетителей театров за сравнительную в отношении газовых рожков безопасность. Светодиодное освещение по всем признакам превзошло предшественников на порядок: даже после часов работы стеклянная колба остаётся чуть тёплой.

Промышленное производство карбида кремния началось в 1891 году. Разработанное Ачесоном, протекало при высоких температурах в угольном тигле, где с помощью электрического тока создавались условия для превращения обыкновенного стекла в сверхтвёрдый минерал. Реакция идёт в два этапа. Углерод восстанавливает четырёхвалентный оксид кремния до двух валентного, потом происходит аналогичная реакция. Выделяемый угарный газ нуждался в интенсивном окислении для деактивации.

Карборунд показывает чрезвычайную твёрдость в первую очередь, благодаря сходству кристаллической решётки с алмазной. Низкая стоимость синтеза обусловили высокую популярность в качестве абразива нового химического соединения. Генри Джозеф Раунд экспериментировал с детекторами для первых приёмников электромагнитных волн, а открыл новое явление. Полупроводниковые выпрямители призывались на смену дорогим вакуумным диода, как светодиодное освещение постепенно вытесняет лампочки накала.

Двухэтапные условия превращения

Явление, обнаруженное Раундом, заметили бы в некоторых диодах Шоттки, если подать напряжение, сильно превышающее рабочее. В этом случае происходит лавинное умножение неосновных носителей заряда (дырок) в металле. Они инжектируются в полупроводник, где рекомбинируют с электронами, и разница в энергетических уровнях как раз попадает в видимый диапазон излучений. Явление может наблюдаться и при сильном обратном смещении перехода. На этот счёт даже имеются специальные исследования.

Россиянин Лосев обычно не фигурирует в научной литературе, но авторская заслуга в создании светодиодного освещения бесспорна. Экспериментатор установил, что некоторые диоды светятся при включении в прямом направлении, прочие – во всех случаях. Вывел формулу зависимости частоты излучения от величины падения напряжения на переходе, запатентовал первое в мире оптическое реле. Работы продолжались в период с 1924 году и до начала Второй мировой войны.

В 1939 году Золтан Бэй и Георгий Жигети запатентовали светодиод на основе карбида кремния с возможностью замены на карбид бора, испускавший цвета: белый, бледно-жёлтый, блекло-зелёный в зависимости от вводимых в материалы примесей. Попутно отметим наработки Курта Леховица, легировавшего карбид кремния мышьяком для получения n-проводимости и бором – для p-проводимости. По тексту патента говорится о возможности внесения в материал светодиодов ряда других примесей: свинца, олова, меди, цинка, европия, самария, висмута, таллия, марганца, серебра и церия.

Работами Лосева активно интересовался работник посольства США Лебнер, запатентовавший в 1958 году зелёный светодиод. Десятилетием позже научились получать тонкоплёночные конструкции из карбида кремния, что сделало возможным создание светодиодного освещения, где в качестве рабочего элемента используется правильной формы квадрат.

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

Светодиодная иллюминация

Как устроен светодиод

Обычный индикаторный светодиод изготавливают в эпоксидном корпусе с диаметром 5 мм и двумя контактными выводами для подключения к цепям электрического тока: анодом и катодом. Визуально они отличаются по длине. У нового прибора без обрезанных контактов катод короче.

  1. Запомнить это положение помогает простое правило: с буквы «К» начинаются оба слова:
  2. катод;
  3. короче.

Когда же ножки светодиода обрезаны, то анод можно определить подачей на контакты напряжения 1,5 вольта от простой пальчиковой батарейки: свет появляется при совпадении полярностей.

Как устроен светодиод? Светоизлучающий активный монокристалл полупроводника имеет вид прямоугольного параллелепипеда. Он размещён около светоотражающего рефлектора параболической формы из алюминиевого сплава и смонтирован на подложке с нетокопроводящими свойствами.

На окончании светового прозрачного корпуса из полимерных материалов расположена линза, фокусирующая световые лучи. Она совместно с рефлектором образует оптическую систему, формирующую угол потока излучения. Его характеризуют диаграммой направленности светодиода.

Она характеризует отклонение света от геометрической оси общей конструкции в стороны, что приводит к увеличению рассеивания. Такое явление возникает из-за появления при производстве небольших нарушений технологии, а также старения оптических материалов во время эксплуатации и некоторых других факторов.

Этот принцип конструкции широко распространен. На его основе создают и другие полупроводниковые источники света, использующие иные формы структурных элементов.

Свечение в полупроводниковом кристалле возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Область p-n-перехода, образуется контактом двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра были разработаны еще в 60-х — 70-х годах прошлого столетия. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации.

Цвет светодиода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника и легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

Голубые светодиоды удалось изготовить на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. Однако, у светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару).

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться).

Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим тепло-отводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а ддя синих — 35%. Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. По принципу люминесцентной лампы.

Третий способ — это когда желто-зеленый или зелено-красный люминофор наносятся на голубой светодиод. При этом два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

Что надо знать об искусственных источниках света, используемых для выращивания растений

Вначале посмотрим на характеристики естественного освещения, которые примем за образец.

Как выглядит спектр Солнца в летний день — наш эталон для проектирования фитолампы

Показываю результаты практического эксперимента. Замер длин волн солнечного света проводился спектрофотометром в полдень ясной летней погоды и показал следующую картинку.

По оси абсцисс этого графика представлена длина волны в нанометрах, а ординат — мощность в ваттах на квадратный метр облучаемой площади. Здесь присутствуют все цвета от ультрафиолета до инфракрасного, которые активно поглощают растения для своего роста.

Особенно им нужен спектр:

  • ультрафиолета (380-410 нм);
  • синий (445-460 нм);
  • красный (630-660 нм);
  • инфракрасный (690-730 нм).

Другие спектры растения не используют.

Хороший фотосинтез у рассады происходит при создании лампами подсветки оптимального излучения. При этом энергия солнечных лучей, а также воды и углекислого газа преобразуются в органические вещества — зеленую массу.

Нам достаточно взять этот тест за основу для проектирования будущих самоделок.

Как сделать лампочку своими руками

Схема состоит из высоковольтного конденсатора, низкореактивного сопротивления для понижения тока, двух резисторов и конденсатора на положительном источнике для снижения входного напряжения и колебаний сети. Фактически коррекция всплеска производится C2, установленным после моста (между R2 и R3). Все мгновенные скачки напряжения эффективно поглощаются этим конденсатором, обеспечивая чистое и безопасное напряжение для встроенных светодиодов на следующем этапе схемы.

Популярные статьи  Поделки из шариков сизаля: елочка на Новый год

Список деталей:

  • R1 = 1M ¼ Вт;
  • R2, R3 = 100 Ом, 1 ватт;
  • C1 = 474/400 В или 0,5 мкФ/400 В PPC;
  • C2, C3 = 4,7 мкФ/250 В;
  • D1-D4 = 1N4007;
  • рассеиватель.

Самодельные LED имеют защиту, а их срок службы увеличен путём добавления стабилитрона по линиям питания. Показанное значение zener составляет 310 В/2 Вт, и подходит, если LED включает в себя светодиоды от 93 до 96 В. Для другого, меньшего количества светодиодных строк необходимо уменьшить значение zener в соответствии с общим вычислением прямого напряжения светодиодной строки.

Например, если используется 50 светодиодная строка, а светодиод имеет 3,3 В, то рассчитываем 50×3,3 = 165 В, поэтому стабилизатора на 170 В будет достаточно, чтоб защитить светодиод.

Автоматическая цепь ночного освещения LED

Схема автоматически включит ночью лампу и отключит через заданное время, используя несколько транзисторов и таймер NE555. Схема недорогая и простая в установке. В качестве датчика здесь используется LDR. В дневное время сопротивление LDR будет низким, напряжение на нем упадет, а транзистор Q1 будет находиться в режиме проводки. Когда освещённость в помещении падает, сопротивление LDR увеличивается, как и напряжение на нем. Транзистор Q1 выключается. База Q2 подключена к эмиттеру Q1 и поэтому Q2 смещается и, в свою очередь, включает IC1.

NE555 автоматически включается при включении питания. Автоматический запуск происходит с помощью конденсатора C2. Выход IC1 остаётся высоким в течение времени, определяемого резистором R5 и конденсатором C4. Когда на выходе IC1 поступает транзистор Q3, он включается, запускает триггер T1 и лампа светится. В цепь входит 9-вольтная батарея для питания таймера во время сбоёв питания. Резистор R1, диод D1, конденсатор C1 и Zener D3 образуют секцию питания схемы. R7 и R8 являются токоограничивающими резисторами .

Схема светодиодного освещения своими руками

Примечания:

  1. Предустановка R2 может использоваться для настройки чувствительности схемы.
  2. Предустановку R5 можно использовать для настройки времени включения лампы.
  3. При R5 @ 4,7M время включения будет около трёх часов.
  4. Мощность L1 не должна превышать 200 Вт.
  5. Для BT136 рекомендуется использовать радиатор.
  6. IC1 должен быть установлен на держателе.

Как подобрать радиатор?

Расчет радиатора для светодиода процесс не совсем простой, тем более для начинающего. Для его выполнения нужно знать тепловое сопротивление кристалла, а также перехода кристалл-подложка, подложка-радиатор, радиатор-воздух. Чтобы упростить решение многие пользуются соотношением 20-30 см2/Вт.

Это значит, что на каждый ватт LED света нужно использовать радиатор площадью порядка 30 см2.

Естественно, такое решение не является уникальным. Если ваша осветительная конструкция будет использоваться в подвальном прохладном помещении можно взять меньшую площадь, но при этом убедитесь, что температура светодиода в пределах нормы.

Предыдущие поколения LED комфортно чувствовали себя при температуре кристалла 50-70 градусов, новые светодиоды могут переноситьтемпературу до 100 градусов. Проще всего определить – прикоснуться рукой, если рука едва терпит – всё в порядке, а если кристалл может вас обжечь – принимайте решение для улучшения условий его работы.

Последовательное соединение светодиодов

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

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

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.

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 последовательного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).

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.

  1. Недостатки последовательного подключения:
  2. При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема.
  3. Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.

Первый вариант сборки

Светодиод

Как уже стало понятно, на сегодняшний день солнечная панель домашними умельцами может изготавливаться в двух вариантах: из светодиодов и старых диодов.
Рассмотрим первый вариант, когда в качестве главного элемента будет выступать обычный светодиод.

Современные светодиоды могут широко применяться для самостоятельной сборки мини-солнечной батареи. У них принцип функционирования почти аналогичен обычным диодам. От последних светодиод отличается наличием специального корпуса. Он выступает в роли линзы, с помощью которой происходит фокусирование солнечных лучей на проводящем кристалле.

При этом нужно помнить, что вырабатываемое напряжение зависит от типа свечения светодиода:

  • для красно-прозрачного элемента данный показатель будет равен примерно 1,3 В;
  • для зеленого – 1,5 В;
  • для инфракрасного – 0,9 В.

Установка элементов может производиться на плотном картоне или текстолитовой подложке. Собрав батарею из 100 светодиодов, можно получить силу тока примерно в 0,5 мА.
Процесс сборки происходит следующим образом:

Готовая батарея

избавляем элементы от корпуса. Для этого можно использовать самые разнообразные подручные средства (молоток, долото и т.д.). Снимать корпус следует аккуратно, что избежать повреждения кристалла;

в качестве платы будем использовать картон. В нем проделываем небольшие отверстия. Отверстия делаем не как заблагорассудится, для этого используется схема

Выбирая схему, берите во внимание тот факт, что при последовательном соединении элементов их напряжение будет суммироваться, а при параллельном – суммироваться сила тока. Самый больший эффект будет при сочетании обеих схем подсоединения;
в проделанные отверстия вставляем светодиоды и соединяем их между собой по выбранной схеме.

Все, батарея готова. Вам останется только проверить ее показатели с помощью регистрирующего прибора. Не ожидайте увидеть внушительные цифры. Зачастую при такой сборке аппарат будет выдавать ток в 0,3 мА.
По сути, кроме чисто «спортивного» интереса здесь мало чего можно добиться. Вы потратите деньги, время и силы, а получите минимальный результат. Еще одним минусом такого устройства будет большая площадь размещения диодных элементов.

Высоковольтные SiC-диоды Шоттки

Карбид кремния — это высокотемпературный радиационно-стойкий полупроводниковый материал с большой шириной запрещенной энергетической зоны. Его уникальные свойства хорошо известны, поэтому напомним лишь некоторые из них :

  • Критическая напряженность электрического поля SiC более чем на порядок превышает соответствующие показатели у Si и GaAs. Это приводит к значительному снижению сопротивления в открытом состоянии Ron. Например, при напряжении 600 В SiC-диод имеет Ron 1,4 мОм·см2, GaAs-диод — Ron 6,5 мОм·см2, Si-диод — Ron > 70 мОм·см2.
  • Малое удельное сопротивление в открытом состоянии, в сочетании с высокой плотностью тока и теплопроводностью, позволяет использовать очень маленькие по размерам кристаллы для силовых приборов.
  • Большая ширина запрещенной энергетической зоны является результатом более высокого барьера Шоттки по сравнению с Si и GaAs. В результате чрезвычайно малый ток утечки (менее 70 мкА при 200 °С) при повышенной температуре кристалла снижает термоэлектронную эмиссию за пределами барьера.
  • Высокая теплопроводность SiC снижает тепловое сопротивление кристалла (по сравнению с Si-диодами — почти в два раза).
  • Электронные свойства приборов на основе SiC очень стабильны во времени и слабо зависят от температуры, что обеспечивает высокую надежность изделий.
  • Высокая рабочая температура кристалла (более 600 °С) позволяет создавать высоконадежные приборы для жестких условий эксплуатации.

Для рассматриваемого применения важным является то, что в отличие от кремниевых p-n-диодов выключение SiC p-i-n-диодов Шоттки не сопровождается процессом рассасывания заряда в n-области и ток обратного восстановления отсутствует. Существует лишь незначительный ток заряда емкости обратно смещенного перехода. Поэтому, по аналогии с зарядом обратного восстановления Qrrp—n—диодов, вводят понятие емкостного заряда Qcp— i- n-диодов Шоттки. На рис. 1 показаны зависимости зарядов Qrr и Qc от скорости спада тока через силовой диод.

Популярные статьи  Как сделать диван своими руками

Рис. 1. Зависимость заряда обратного восстановления Qrr Si-диода и емкостного заряда Qc SiС-диода от di/dt

Можно видеть, что величина емкостного заряда практически не зависит от di/dt, в то время как заряд обратного восстановления увеличивается, и соответственно растут потери на высоких частотах.

В настоящее время практически монополистом на рынке карбид-кремниевых полупроводниковых материалов является компания Cree. Это единственный в мире производитель SiC-пластин большого диаметра (до 100 мм) в массовых количествах. Из всей номенклатуры перспективных полупроводниковых приборов SiC коммерчески доступны пока лишь высоковольтные силовые диоды Шоттки с напряжением 300-1200 В, номенклатура которых приведена в таблице 1.

Таблица 1. Карбид-кремниевые диоды Шоттки Cree ZeroRecovery
Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

Пошаговое руководство по изготовлению

Для начала запасаемся нужными материалами:

  • Находим адаптер под 12 В или обычную батарейку;
  • Обязательно нужен провод от наушников (около 3,5 метров);
  • Светодиоды (лучше 5 мм);
  • Транзистор (КТ817);
  • Органическое стекло (желательно формата А4);
  • Шкурка мелкая;
  • Провода для питания;
  • Термопистолет для осуществления проклеивания.

Начали:

На бумаге рисуем стороны короба, который будет являться домиком для самодельной цветомузыки. Стараемся вовсю, так как этот эскиз надо будет перенести уже на оргстекло и вырезать.Должны получиться у нас 6 фигурок прямоугольного типа (4 размером 15х5 см и 2 – 5х5 см).

Простая цветомузыка на светодиодах

Продолжаем:

  • Детали, начерченные на оргстекле, вырезаем как можно ровнее (можно использовать пилу по металлу или другой инструмент);
  • В одной из пластин надо будет просверлить отверстия. Подразумевается, что это это пластина будет задней стенкой короба. Всего отверстий должно быть два: через одно будет проходить провод от гарнитуры, а в другом – оборудовано гнездо питания.

Светодиоды для цветомузыки

Идем дальше:

  • Теперь надо обработать пластинки. Делается это для придания стенкам короба привлекательного внешнего вида. Лучше всего будет оргстекло заматировать, обработав пластинки шкуркой. Кладем наждачную бумагу на пластинку и начинаем круговыми вращательными движениями вести по всей площади;
  • Матированию подвергаем также и линзы светодиодов. Работать в данном случае надо аккуратно, чтобы не сломать ничего и не повредить;

Матируем линзы светодиодов

  • Пришло время собрать короб воедино. Части его соединяются между собой при помощи термопистолета. Как он работает, наверное, описывать не обязательно. Его основной задачей и функцией является склеивать между собой детали;
  • В итоге у нас получается коробка с открытым верхом: пластинки 15х5 образовали длину прямоугольного куба, нижнюю и верхнюю части (верхняя часть пока не приклеивается), а пластинки на 5х5 ширину;
  • Рассчитываем, сколько всего диодов будет использовано.

Цветомузыка в автомобиле

Расчет количества

Есть довольно оригинальный и грамотный способ расчета, подразумевающий следующий порядок действий:

  • Выходное рабочее напряжение батареи или адаптера (в зависимости от того, что используется) делится на рабочее напряжение одного из диодов;
  • Допустим, если адаптер или батарея на 12 В, то берется 4 светодиода.

Продолжаем:

  • Приводим в норму провод от наушника. Дело в том, что в нем три жилы, а в данном случае надо будет использовать всего два;
  • Изучаем схему по сборке цветомузыки;

Простая цветомузыка 12в на светодиодах

  • Вставляем провод от наушника в отверстие, проделанное в стенке короба;
  • Собираем схему, как нужно;
  • Проверяем сначала, все ли правильно работает;
  • Аудиоштекер подсоединяем к выходу автомагнитолы(см.2 din автомагнитола на андроид: какая лучшая), настраиваем громкость и чувствительность;
  • Штекер питания с помощью того же термопистолета фиксируем в отверстии;

Цветомузыка диодная

Если все проверено, то можно закрепить наконец верхнюю пластинку.

Важные моменты операции

Обратить внимание рекомендуется на следующее:

  • В проводе наушника надо задействовать, как и говорилось, всего две жилы: центральную и одну из каналов;
  • Устанавливая транзистор, надо следить за тем, чтобы он не нагревался сильно паяльником. Помимо этого, не должны ни в коем случае путаться его выводы;
  • Не должна быть спутана также полярность светодиодов.

Вот и все дела, ничего сложного, зато сколько пользы и радости. Проигрывание любимой музыкальной композиции теперь будет поддерживаться в такт миганием разноцветных диодов.

Строение светодиодов

Светоизлучающий диод (СИД лат. – LED) – это полупроводниковый элемент, продуцирующий излучение во время прохождения электрического тока через него.

Стандартный светодиод состоит из стеклянного корпуса диаметром 5 мм и маленьких ножек (анода и катода). Такой диод похож на миниатюрную лампочку. Под стеклянным корпусом СИД находится кристалл, излучающий свет при прохождении электрического тока.

У SMD светодиодов токоведущих ножек нет, но на поверхности детали находятся специальные контактные площадки. Основное отличие светодиода от других осветительных приборов заключается в полярности элемента.

Анод и катод на светодиоде можно найти 3 способами:

  1. Понять зрительно. На SMD светодиодах о и «–». Возможно, их заменяет цветная маркировка. Полярность нового DIP светодиода определяют по длине токопроводящих ножек. Плюсовая ножка на такой детали всегда будет короче минусовой. Если смотреть на кристалл сквозь прозрачную колбу, можно заметить, что ножка минуса отходит от его основания.
  2. Выяснить в работе. В этом случае потребуется собрать простую электрическую цепь. Соедините последовательно диод и резистор (более 680 Ом), а вторую ножку диода и выход подключите к аккумулятору (12 В). По свечению или его отсутствию легко определить полярность диода.
  3. Определить мультиметром. Перед началом работы на тестере выберите режим измерения сопротивления. Затем приложите щуп к концам токоведущих ножек светодиода. При правильной полярности на мультиметре появится значение около 1,7 кОм. При неверной полярности показатель не отобразится.

Третий способ определения самый надежный и безопасный.

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:

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

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.

Замена светодиодов

Главный недостаток SMD элементов – возникновение некоторых проблем с ремонтом оборудования, имеющего их в своем составе. Демонтировать такие элементы, особенно многовыводные, бывает весьма проблематично. Но если прибор двухвыводный, то выпаять его можно при помощи паяльной станции, и тогда ремонт серьезно упрощается. Возьми двойной паяльник, который идет в составе паяльной станции, разогрей одновременно оба вывода диода и этим же паяльником, как пинцетом, сними элемент с платы.

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния
Демонтаж SMD конденсатора при помощи двойного паяльника

Если в твоей паяльной станции только один паяльник (что бывает чаще всего), то есть еще один вариант. Можно использовать идущий в составе паяльной станции фен. Обдувай неисправный диод феном и одновременно пытайся сдвинуть его с места иголкой или тонким пинцетом. Как только припой расплавится, светодиод легко снимется с платы.

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния
Демонтаж светодиода феном

Для ремонта светодиодных ламп вместо паяльного фена можно использовать технический, но диаметр его сопла должен быть минимальным. В противном случае ты будешь греть алюминиевую подложку и либо вообще ничего не выпаяешь (мощности фена не хватит), либо у тебя послетают со своих мест все светодиоды лампы, либо поотваливаются токопроводящие дорожки. В таком случае ремонт серьезно усложнится, если вообще будет возможен.

Как заменить в лампе светодиоды, если нет фена или паяльной станции

Конечно, далеко не у всех для подобного ремонта есть паяльная станция (у меня, к примеру, дома ее нет). В таком случае для ремонта можно воспользоваться обычным паяльником, немного доработав его жало. Просто накрути медный обмоточный провод диаметром 1-2 мм на жало, а концы провода заточи и залуди. Чем не паяльная станция для ремонта и замены SMD деталей?

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

Демонтаж SMD светодиода с помощью обычного паяльника

Осталось заменить светодиод, и ремонт можно закончить. Сделать это можно паяльником с тонким жалом или обычным, но доработанным для выпайки (см. фото выше). Перед пайкой удали с контактных площадок лишний припой и нанеси на них флюс. Теперь прикладывай новый светодиод на место, соблюдая полярность, удерживай тонким пинцетом и паяй. Имей в виду, что впаянный светодиод должен быть точно того же типа, что и сгоревший. Иначе такого ремонта ненадолго хватит.

Популярные статьи  Тапочки своими руками быстро и просто. Выкройка, как сшить из старых вещей: свитера, джинсов

Разновидности фотодиодов

P-i-n

Для этих полупроводников характерно наличие в зоне p-n перехода участка, обладающего собственной проводимостью и значительной величиной сопротивления. При попадании на этот участок светового потока появляются пары дырок и электронов. Электрополе в данной области постоянно, пространственного заряда нет. Такой вспомогательный слой расширяет диапазон рабочих частот полупроводника. По функциональному назначению p-i-n-фотодиоды разделяют на детекторные, смесительные, параметрические, ограничительные, умножительные, настроечные и другие.

Лавинные

Этот вид отличается высокой чувствительностью. Его функция – преобразование светового потока в электросигнал, усиленный с помощью эффекта лавинного умножения. Может применяться в условиях незначительного светового потока. В конструкции лавинных фотодиодов используются сверхрешетки, способствующие снижению помех при передаче сигналов.

С барьером Шоттки

Состоит из металла и полупроводника, вокруг границы соединения которых создается электрическое поле. Главным отличием от обычных фотодиодов p-i-n-типа является использование основных, а не дополнительных носителей зарядов.

С гетероструктурой

Образуется из двух полупроводников, имеющих разную ширину запрещенной зоны. Гетерогенным называют слой, находящийся между ними. Путем подбора таких полупроводников можно создать устройство, работающее в полном диапазоне длин волн. Его минусом является высокая сложность изготовления.

Цоколевка светодиодов

Под цоколевкой принято понимать внешний вид (исполнение корпуса) светодиода. Каждый производитель выполняет светодиод в своем корпусе, в зависимости от структуры и назначения. Единого стандарта, как в светодиодных лампах не существует, напомню, самые распространенные цоколи ламп: е27, е14.

Из всего множества все – таки можно выделить пару небольших групп. Например, самые распространенные простые светодиоды выполняются в прозрачном или цветном корпусе из прочного пластика или стекла, и имеют форму цилиндра, край которого чаще всего закруглен.

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

Более дорогие светодиоды состоят из нескольких частей: основания и линзы. На основании расположены токопроводящие дорожки, а линза выполнена из качественного материала, которая служит в качестве рассеивателя света.

Основание изготавливают в виде круга или квадрата. Полярность на квадрате обозначают скошенным уголком. Например, светодиоды CREE, выглядят следующим образом:

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

Не всегда есть возможность определить полярность привычными способами, из-за нестандартной цоколевки светодиода: особенное строение корпуса, утолщение одного из светодиодов и другие причины. Поэтому, в таких случаях, как не крути, придется прибегнуть к электрическому замеру.

Обозначение светодиодов на схеме

Светодиод на схеме обозначается в виде обычного диода с двумя стрелками, направленными в сторону, обозначающее излучение света. Сам диод может изображаться, как в круге, так и без него.

Подписывается полупроводниковый элемент на отечественных схемах буквами HL (HL1, HL2 и т.д.) – это по ГОСТ. В зарубежных стандартах обозначение светодиода на схеме аналогично российскому. Подписывается он уже другим словом — LED (LED1, LED2, LED3 и т.д.), что в переводе с английского расшифровывается как light — emitting diode – светоизлучающий диод.

Вторым отличием является буквенное обозначение фоторезистора – VD или VB, что означает фотоэлемент.

Как сделать светодиод своими руками из карбида кремния

В заключении хочется сказать, что маркировка очень важна. Знание ее расшифровки, позволяет определить основные параметры светодиода, не открывая даташит. Запомнить маркировку всех производителей нереально, да и не к чему, достаточно знать расшифровку основных брендов.

Зачем диодам нужно охлаждение?

Несмотря на высокие показатели светоотдачи светодиоды излучают света примерно на треть потребляемой мощности, а остальное выделяется в тепло. Если диод перегревается структура его кристалла нарушается, начинает деградировать, световой поток снижается, а степень нагрева лавинообразно увеличивается.

Причины перегрева светодиодов:

  • Слишком большой ток;
  • плохая стабилизация питающего напряжения;
  • плохое охлаждение.

Первые две причины решаются применением качественного источника питания для светодиодов. Такие источники часто называют драйвер для светодиода. Их особенность заключается не в стабилизации напряжения, а именно в стабилизации выходного тока.

Дело в том, что при перегреве сопротивление светодиода снижается и ток, протекающий через него, возрастает. Если в качестве блока питания использовать стабилизатор напряжения – процесс получится лавинообразным: больше нагрев – больше ток, а больший ток – это больший нагрев и так по кругу.

Стабилизируя ток, вы отчасти стабилизируете и температуру кристалла. Третья причина – это плохое охлаждение для светодиодов. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Основные принципы пайки и распространенные ошибки

Суть пайки SMD светодиодов состоит в нанесении равномерного слоя припоя (сплава олова и свинца, обогащенного добавками) на контакты и токоведущие дорожки платы. Для правильного проведения пайки используются процессы:

  • смачивания металлов расплавом;
  • пропитывания щелей между контактами для лучшего соединения.

Ошибки в процессе пайки приводят к миганию или выходу лампочек из строя.

Одна из ошибок – неподходящий паяльник. Следует использовать инструмент с малой мощностью и контролировать время контакта нагревательного элемента со светодиодом. Рекомендуется избегать контактов дольше 3-5 секунд.

Вторая ошибка заключается в применении инструментов с узким жалом. Это негативно сказывается на качестве теплопередачи.

Третья ошибка состоит в плохом уходе за оборудованием. Для решения этой проблемы достаточно после каждого использования паяльника очищать жало от загрязнений.

Четвертая ошибка – недостаточное количество или плохое качество припоя. Это приводит к плохой спайке и слабому контакту. А также недопустима замена флюса агрессивной кислотой.

Изготовление светодиода

Для удобства монтажа лучше взять гвоздик длиной 10-15 мм с большой шляпкой и хорошо её залудить. Она послужит основанием и теплоотводом для кристалла. С помощью паяльника олово на шляпке доводят до жидкого состояния и пинцетом слегка утапливают подготовленный экземпляр карбида. Естественно, что излучающий участок должен быть направлен вверх. После затвердевания припоя нужно убедиться в надёжной фиксации кристалла.

Для изготовления отрицательного электрода понадобится острая часть булавки и одножильный медный провод. Как видно из фото, обе детали лудятся и надёжно спаиваются между собой. Затем на проволоке делают петлю для придания ей свойства пружины. Свободный конец провода запаивают на шляпку второго гвоздя. Оба гвоздика прикрепляют к монтажной плате на небольшом расстоянии друг от друга.

На заключительном этапе к ножкам гвоздей подводят питание соответствующей полярности. Замыкается электрическая цепь иголкой, которую фиксируют в точке кристалла с максимальным свечением. Плавно наращивая напряжение питания, можно определить значение, при котором яркость перестаёт интенсивно нарастать. В результате проведенных измерений падение напряжения составило 9В, а прямой ток 25 мА. При смене полярности карбид кремния перестаёт излучать свет, что частично объясняет его полупроводниковые свойства.

Не удивлюсь, если радиолюбители со стажем выскажут свой негатив в адрес получившейся необычной конструкции, напоминающей простейший светодиод. Однако иногда собирать подобные вещи самостоятельно – это интересно и даже полезно. Примером служат радиолюбительские кружки для школьников, в которых дети знакомятся со свойствами разных материалов, учатся паять и познают азы полупроводников.

Почему перегорают светодиодные лампы

Начнём с очевидного: выход светодиодного осветительного прибора из строя связан с его перегревом. «Какой перегрев, ‒ скажете вы, ‒ если это всего лишь светодиоды, которые практически не нагреваются?»

Но посмотрите на корпус такой лампы: это герметичная конструкция из пластика.

И при длительной работе даже при минимальном выделении тепла всё это действительно перегревается

А помимо этого, производители ради привлечения покупательского спроса делают лампы всё мощнее, добавляя светодиоды, и чем их больше, тем хуже ситуация с перегревом. И даже специальные вентиляционные отверстия, которые делаются на некоторых моделях, не спасают ситуацию.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: