LEDs und Siliziumdioden

Unterscheidung von Dioden. Siliziumdioden.

Siliziumdioden oder Gleichrichterdioden haben ihren Namen von dem Material des Halbleiters, Silizium. Die Hauptfunktion von Gleichrichterdioden besteht darin, Strom durchzulassen, allerdings nur in eine Richtung. Die Richtung der Diode ist wichtig, aber glücklicherweise sollte eine Fehlschaltung die Diode nicht beschädigen.

Das Prinzip einer Diode ist der Stromfluss von der Anode zur Kathode, d.h. von Plus nach Minus. Der fließende Strom trifft auf einen kleinen Widerstand in Form einer Diode und verringert deren Spannung. Behalten Sie dies im Hinterkopf, wenn Sie eine solche Diode an einen Stromkreis anschließen. Dabei können wir sie in zwei Zuständen verwenden: in leitendem oder in sperrendem Zustand. Im leitenden Zustand ist sie mit dem Stromfluss verbunden und die Diode leitet den Strom, im Sperrzustand ist sie entgegengesetzt zum Stromfluss eingestellt und leitet keinen Strom.

Im Botland-Shop finden Sie eine große Anzahl von Siliziumdioden mit unterschiedlichen Betriebsparametern, jede mit ihren eigenen Eigenschaften und Bezeichnungen. Siliziumdioden mit niedrigem Stromverbrauch werden hauptsächlich als Universaldioden verwendet.

Parameter von Gleichrichterdioden.

Einer der wichtigsten Parameter ist der maximale Leitungsstrom. Dieser bestimmt, wie viel Strom durch die Diode fließen kann.

Der zweite sehr wichtige Parameter ist die maximale Sperrspannung, d.h. welche Spannung die Diode in Sperrstellung halten kann, damit sie nicht bricht oder gar ausfällt.

Die Leitspannung hingegen ist ein Parameter, der angibt, wie hoch die Spannung zwischen den Anschlüssen einer Diode ist, wenn Strom durch sie fließt. Dieser Wert hängt von dem fließenden Strom ab.

Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die maximale Verlustleistung. Wenn eine Diode in Betrieb ist, wird aufgrund des Stroms, der durch sie fließt, Leistung abgegeben, und da Leistung vorhanden ist, entsteht auch Wärme. Die Diode erwärmt sich, und während dies bei niedrigen Strömen vielleicht nicht auffällt, ist die Wärme bei höheren Strömen bereits mit dem Finger auf dem Gehäuse zu spüren. Der Parameter Verlustleistung darf nicht überschritten werden, da die Diode sonst einfach überhitzt und durchbrennt. Normalerweise gibt eine Siliziumdiode etwa 0,7 V ab, obwohl dieser Wert bei hohen Strömen schwankt. Außerdem sollten Sie bedenken, dass keine zwei Dioden gleich sind und die einzelnen Einheiten voneinander abweichen können.

Sichern und gleichrichten.

Indem wir uns die Barriere-Eigenschaft von Siliziumdioden zunutze machen, können wir sie mit der Stromversorgung in Reihe schalten und das Problem der umgekehrten Stromversorgung lösen, da ein Versuch, die Polarität der Batterie zu ändern, dazu führt, dass die Diode in den Barriere-Zustand übergeht und der Strom nicht durchfließt.

Anfängliche Elektroniker vergessen bei dieser Art der Verwendung von Dioden oft, dass der Strom, der durch die Diode fließt, nicht verlustfrei durch sie hindurchgeht. Dies muss bei der Auswahl der Stromversorgung entsprechend berücksichtigt werden, und man kann auch eine Schottky-Diode verwenden, die in Durchlassrichtung einen etwa um den Faktor zwei geringeren Spannungsabfall hat. Sie ist nach dem deutschen Physiker Walter Schottky benannt.

Der Hauptzweck von Gleichrichterdioden ist jedoch die Gleichrichtung von Wechselstrom, mit der grundlegenden Eigenschaft, hohe Ströme leiten zu können. Die häufigste Anwendung einer Gleichrichterdiode ist die Gleichrichtung von Netzfrequenzspannung, d.h. in unserem Land 50 HZ. Die in der Praxis üblichen Betriebsbereiche von Gleichrichterdioden umfassen Ströme von einigen mA bis zu einigen kA und Spannungen von einigen Volt bis zu einigen zehn Kilovolt.

Dioden können in Dioden mit geringer Leistung unter 1 W, mittlerer Leistung von 1 bis 10 W und hoher Leistung über 10 W unterteilt werden. Sie bestehen hauptsächlich aus Silizium und haben eine mehrschichtige Struktur und einen sehr geringen Widerstand in der Leitungsrichtung, wodurch hohe Gleichrichtungswirkungsgrade erreicht werden können. Aufgrund der großen Wärmeentwicklung sind Hochleistungsdioden oft mit einem Metallgehäuse oder sogar mit aktiven Kühlsystemen ausgestattet. Da der Strom nach der Gleichrichtung keine konstante Spannung hat, werden Dioden in Schaltkreisen oft von einem Kondensator begleitet, der den Strom auffängt und ihn wieder abgibt, wenn die Diode keinen Strom leitet. Dioden sind heute in praktisch allen Geräten zu finden, die Strom liefern und Wechselstrom in pulsierenden Strom umwandeln. Gleichrichterdioden sind heute sehr weit verbreitete elektronische Komponenten und es ist schwierig, eine Stromversorgung ohne dieses Bauteil zu finden.

LED.

Die Leuchtdiode, oder kurz LED, ist eine der interessantesten Komponenten der Elektronik. Sie gehört zu den Halbleitern und emittiert Strahlung im sichtbaren, infraroten und ultravioletten Lichtbereich. Nick Holonyak Jr. der als Erfinder der Leds gilt, ist Professor an der University of Illinois in Urbana-Champaign, USA. Er war ein Schüler von John Bardeen, dem Erfinder des Transistors. In den 1920er Jahren bemerkte jedoch der sowjetische Funktechniker Oleg Losiev, dass die in Radios verwendeten Blattdioden Licht emittierten, und es ist möglich, dass er der Entdecker des Prototyps der Leds war. Die Funktionsweise einer Diode basiert auf dem Phänomen der Rekombination von Ladungsträgern, das in Halbleitern auftritt, wenn sich Elektronen unter Beibehaltung ihres Pseudoimpulses von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren bewegen.

LEDs haben kein Gehäuse und keine Streifen, um ihren Typ zu identifizieren. Woran erkennen Sie den Unterschied zwischen einer Anode und einer Kathode? Die Kathode in einer solchen Diode ist die größere Platte im Inneren der Linse, das kürzere Bein und die flache abgeschnittene Kante neben dem Ausgang. Es gibt extrem seltene Fälle, in denen die Markierungen den entgegengesetzten Ausgang anzeigen, und die einzige sichere Möglichkeit, dies zu überprüfen, ist die Verwendung eines Messgeräts im Diodenmessmodus.

Die Eigenschaften von Leuchtdioden ähneln denen von Siliziumdioden, aber wir haben auch Eigenschaften wie Farbe, Beleuchtungswinkel, Helligkeit, Lichtausbeute oder Wellenlänge des emittierten Lichts. Die wichtigste Eigenschaft ist natürlich der Leitungsstrom. Moderne LEDs sind in der Lage, bereits bei geringen Strömen in der Größenordnung von 1-2 mA hohe Werte zu erreichen, doch ist beim Anschluss Vorsicht geboten, denn die maximale Sperrspannung ist in der Regel ebenfalls gering und beträgt etwa 5-6 V, so dass eine solche Diode leicht irreversibel beschädigt werden kann.

Materialeigenschaften.

Die Farbe des Lichts einer Diode entspricht ihrer Leitspannung. Jede Farbe wird aus einem anderen Material gewonnen, das unterschiedliche elektrische Eigenschaften hat. Infrarot erfordert ca. 1,7 V, Rot erhält man bei ca. 2,2 V, Grün bei ca. 3,7 V, Blau bei 4 V. Eine Farblinse ist nicht erforderlich, da die Substanz, aus der die Diode hergestellt ist, für die Farbe verantwortlich ist. Es ist üblich, farbige Dioden in transparenten Gehäusen zu finden; dies ist in der Regel bei stark leuchtenden Dioden der Fall. Aufgrund des sehr geringen Stroms, der für den Betrieb benötigt wird, müssen die Dioden begrenzt werden. Die einfachste Lösung ist die Verwendung eines Widerstands in Reihe.

Nach dem Kirchhoff’schen Gesetz wird ein Teil der Spannung von der Diode und der Rest von dem Widerstand aufgenommen. Beachten Sie, dass eine zu hohe Stromstärke die Diode durchbrennen lassen kann, eine zu niedrige Stromstärke ihr jedoch nichts anhaben kann, sie wird höchstens weniger hell leuchten. Die Lage des Widerstands spielt keine Rolle, denn nach dem Kirchhoff’schen Gesetz fließt der Strom durch in Reihe geschaltete Elemente in gleicher Weise. Das Thema ist schwierig für Elektronik-Anfänger, die oft vergessen, dass die Reihenfolge der Elemente in der Reihenschaltung keine Bedeutung hat. Wie versorgen Sie mehrere Dioden mit Strom? Es gibt zwei grundlegende Methoden: Entweder Sie verbinden jede Diode mit einem eigenen Widerstand und schließen sie parallel an den Stromkreis an, oder Sie schalten mehrere Dioden in Reihe und verbinden sie nur mit dem passenden Widerstand. LEDs haben eine Reihe von Vorteilen, wie z.B. eine hohe Effizienz, Haltbarkeit und Leuchtkraft sowie einen geringen Stromverbrauch, eine geringe Größe oder einen geringen Energieverlust.

Verwendung von Dioden.

Dioden werden in sehr unterschiedlichen Formen und Größen hergestellt. Meistens entspricht die Farbe des Gehäuses der Farbe des Lichts und nicht der weißen oder infraroten Leuchtdioden. Auf dem Markt gibt es viele verschiedene Arten von Leuchtdioden: IR-Dioden, d.h. einfach infrarot-emittierende Dioden, die in Glasfaserverbindungen, aber auch in allen Arten von Fernbedienungsgeräten wie einer TV-Fernbedienung verwendet werden.

Die kaltweiße LED ist der Typ, der kaltweißes Licht ausstrahlt, d.h. mit einer Farbtemperatur über 5300 K, und ihr Gegenteil ist die warmweiße LED, die warmweißes Licht unter 3300 K erzeugt. Dazwischen finden wir die neutralweiße LED, eine LED, die zwischen 3300 und 5300 K leuchtet. Natürlich können wir neben weiß auch mehrfarbige LEDs bekommen und so gibt es RGB-LED-Varianten, d.h. Rot, Grün, Blau, die in der Praxis beliebig gemischt werden können und fast jede Farbe erzeugen. Die RGBA-LED-Variante ist eine Variante, die durch eine zusätzliche bernsteinfarbene Diode erweitert wird, die den verfügbaren Farbraum vergrößert. Eine weitere Variante ist die RGBW, bei der eine zusätzliche weiße Diode vorhanden ist. Andere LEDs sind High-Power-LEDs oder Power-LEDs, d.h. Hochleistungs-LEDs, die ausreichend Strom und Kühlung benötigen, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Weiße LEDs dieser Art haben in der Regel eine Emittergröße von mehreren mm2, und der von den Herstellern angegebene maximale Strom liegt in der Regel bei 0,7-1,5 A pro mm2 der Struktur.

Zu den Herstellern solcher LEDs gehören u.a. Philips, Osram, Nichia und CREE. Es gibt auch HBLED, und obwohl es seltsam klingt, wird alles klar, sobald die Abkürzung erweitert wird. High Brightness LEDs oder LEDs mit hoher Helligkeit sind solche, deren Helligkeit 0,2 cd übersteigt. Man findet sie vor allem in Taschenlampen, Autolampen oder Verkehrsampeln. Eine etwas andere Version ist die OLED, die organische Leuchtdiode. Sie werden aus organischen Verbindungen hergestellt und sind im Gegensatz zu Leds eine Oberflächenlichtquelle, die ein natürlicheres und diffuseres Licht erzeugt, das nicht blendet. Diese Art von Beleuchtung kann in der Tat sehr dünn sein, da sie bis zu 1,8 mm dünn sein kann. Dadurch können sie überall angebracht werden, und mit einer Vielzahl von Formen und Farben sind die Möglichkeiten endlos. Led und Oled erwärmen sich nicht sehr stark, aber letztere befinden sich noch in der Testphase, was bedeutet, dass wir sie nicht in den Geschäften finden werden. Wo finden wir also diese LEDs? Im Moment verwenden die Hersteller sie in Fernsehern, die leider immer noch viel Geld kosten, aber die Qualität entschädigt für das überhöhte Budget. Sobald sich die Technologie auf dem Markt gefestigt hat und billiger geworden ist, wird sie überall eingesetzt werden.

Anwendung von Leuchtdioden.

Der heutige Markt ist voll von einer großen Vielfalt an Leds. Neben hochwertigen Originalprodukten werden wir auch massenhaft mit Geräten aus China überschwemmt, die sich oft nicht wesentlich von denen bekannter Hersteller unterscheiden. Ein Beispiel ist das Unternehmen Xiaomi, das bereits eine ansehnliche Sammlung von Produkten in seinem Portfolio hat. Dazu gehören zum Beispiel die intelligenten RGB-LED-Leisten Yeelight, intelligente LED-Tischlampen oder die Xiaomi Mi LED Smart Bulb.

Der aktuelle Beleuchtungsmarkt besteht überwiegend aus LED-Leuchten. Dank ihrer Vorteile haben sie die Masse der Kunden geradezu im Sturm erobert. Es gibt fertige Bausätze zu kaufen, um unsere normale Beleuchtung durch dieses modernere und wirtschaftlichere Licht zu ersetzen. Am gebräuchlichsten sind runde LEDs mit einem Durchmesser von 3-10 mm und sogenannte Fluxes, d.h. LEDs in quadratischen Fassungen. Der Leuchtwinkel runder LEDs ist stark gerichtet und beträgt nicht mehr als 35 bis 40 Grad, was bei Fluxes anders ist und deren Bereich von 100 bis 140 Grad beträgt. Auch die Helligkeit hängt von diesen Winkeln ab. Wenn wir einen engen Lichtstrahl haben, erhalten wir ein helleres Licht. Halten Sie sich also beim Einkaufen nicht nur an den angegebenen Wert, sondern wählen Sie die Dioden nach Ihren Bedürfnissen aus. Wenn wir Glühbirnen ersetzen wollen, sind Dioden mit dem größtmöglichen Winkel die beste Lösung.

Ein gängiger Parameter, der von den Herstellern angegeben wird, ist die Lebensdauer. Bei Leds mit 20 mA beträgt diese bis zu 100.000 Stunden, d.h. mehr als 11 Jahre ununterbrochene Beleuchtung, ein wirklich sehr gutes Ergebnis. Leds sind in Bezug auf die Effizienz führend und übertreffen Halogenlampen deutlich. Sie eignen sich hervorragend für dekorative oder Signalbeleuchtung. Sie reagieren sofort auf das Einschalten und leuchten praktisch sofort mit 100% Helligkeit.

Aufgrund ihrer geringen Größe liefert eine einzelne Diode nicht genügend Lichtintensität, um unabhängig in der Beleuchtung zu funktionieren, daher werden sie in Mehrfachdioden-Sets kombiniert. Die Art und Weise, wie sie verbunden sind, bestimmt die Leistungsmerkmale des gesamten Sets. Eine Parallelschaltung zeichnet sich durch eine hohe Zuverlässigkeit aus, da jede Diode unabhängig von den anderen arbeitet. Für Stromversorgungen mit mehr als 6 V wird jedoch eine Serienschaltung empfohlen. Eine Reihenschaltung hingegen funktioniert bei höheren Spannungen gut, da der Wärmeverlust am Widerstand am geringsten ist. Bedenken Sie jedoch, dass der Ausfall einer einzigen Komponente bedeutet, dass der Stromkreis unterbrochen und das gesamte Set funktionsunfähig ist. Eine gewisse Lösung besteht darin, bestimmte Module in Reihe zu schalten, und nur die Parallelschaltung von Modulen bietet einen gewissen Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit und Effizienz. Beim Anschluss von Dioden oder anderen elektronischen Bauteilen sollten ein Lötkolben, Zinn, Kolophonium und ein Universalmessgerät für jeden Elektroniker unverzichtbar sein; auch Schrumpfschlauch ist nützlich. All diese Komponenten finden Sie ganz einfach in unserem Botland-Onlineshop.

Dioden bei Botland

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