Эксперимент 13. Бережем светодиод от перегорания

Нам уже известно, что светодиод будет поврежден, если через него протекает слишком большой ток. Электрический ток выделяет тепло, которое расплавляет светодиод. Неудивительно, что вы можете очень легко вывести его из строя, нагревая слишком сильно один из его выводов паяльником. Вопрос только в том, какой же нагрев будет избыточным? Давайте выясним это.
Вам понадобятся:

1. Паяльник мощностью 30-40 Вт.
2. Паяльник-карандаш мощностью 15 Вт.
3. Пара светодиодов, которые в ходе эксперимента будут выведены из строя.
4. Резистор с сопротивлением 680 Ом.
5. Кусачки для проводов и тонкогубцы.
6. Держатель с зажимами типа «крокодил», предназначенный для удерживания ваших компонентов.

Здесь не будем использовать зажимы типа «крокодил» для подключения светодиодов к источнику питания, поскольку «крокодилы» будут отводить и поглощать некоторое количество тепла от паяльника. Вместо этого, пожалуйста, используйте тонкогубцы для изгиба выводов светодиода, чтобы сделать на их концах небольшие крючки, а затем такую же операцию выполните с нагрузочным резистором сопротивлением 680 Ом. Наконец, надо таким же образом согнуть новые провода вашего сетевого адаптера, чтобы их концы тоже были в форме небольших крючков. Теперь можно соединить крючки вместе, как звенья цепочки, как это показано рис. 1.

Рис. 1. За счет зацепления проводов резистора и светодиода белого цвета мы минимизируем пути отвода тепла при выполнении последующего испытания.

Захватите корпус светодиода «крокодилом» вашего держателя. Пластик не обладает хорошей теплопроводностью, поэтому держатель не будет отводить слишком много тепла от выводов нашего светодиода. Для создания контакта резистор может быть подвешен на крючке одного из выводов светодиода, а выходной провод сетевого адаптера может быть подвешен на другом выводе. Силы тяжести будет вполне достаточно, чтобы выполнить эту работу (создание контакта). Установите на вашем сетевом адаптере выходное напряжение 12 В перед тем, как включить его в сеть, после чего светодиод должен загореться ярким светом. В этом эксперименте я использовал белый светодиод, потому что его легче фотографировать.
Следует убедиться, что два паяльника по-настоящему разогрелись. Они могут быть включены, по меньшей мере, в течение пяти минут. Теперь нужно взять паяльник-карандаш и, прочно удерживая его жало у одного из выводов светящегося светодиода, по часам вести отсчет времени. На рис. 2 показано, каким в этом случае должно быть расположение элементов.
Я готов поспорить, что вы сможете продолжать такой нагрев в течение полных трех минут без каких-либо последствий для светодиода, именно поэтому-то я использую паяльник мощностью 15 Вт для тонких работ с электроникой, поскольку он не представляет опасности для электронных компонентов.

Рис. 2. Разогрев вывода светодиода паяльником мощностью 15 Вт. Стандартный светодиод должен выдерживать такое воздействие в течение 2–3 мин, но если вы поменяете паяльник на 30-ваттный, то вероятнее всего светодиод сгорит уже через 15 сек.

Дайте светодиоду остыть, а затем приложите более мощный паяльник к той же части вывода, что и ранее. Перед этим, разумеется, надо убедиться, что паяльник разогрет до максимума. В итоге вы обнаружите, что ваш светодиод продержится не более 10 сек (замечу, что некоторые светодиоды более устойчивы к высоким температурам, чем другие). Именно поэтому-то я и не использую 30-ваттный паяльник для выполнения деликатных работ с электронными компонентами.
Паяльник большего размера необязательно при разогреве достигает более высокой температуры, чем паяльник меньшего размера. Он просто за тот же промежуток времени отдает больше тепла. Другими словами, большее количество тепла и с большей скоростью может быть им отдано.
Выбросите ваш перегоревший светодиод, замените его новым и подключите точно так же, как и предыдущий, но дополнительно подсоедините медный «крокодил» к одному из выводов светодиода возле его корпуса, как это показано на рис. 3. Приложите жало вашего паяльника мощность 30 или 40 Вт к этому выводу несколько ниже «крокодила». На этот раз вы сможете удерживать паяльник на этом месте не менее двух минут без каких-либо последствий для светодиода.

Рис. 3. Когда используется зажим типа «крокодил» в качестве теплоотвода, вы смело можете пользоваться 30-ваттным паяльником (установленным ниже зажима) не опасаясь повредить светодиод.

Представьте себе тепловой поток, который отходит от жала вашего паяльника и поступает по выводу к светодиоду. Только теперь на его пути будет медный зажим типа «крокодил», как это показано на рис. 4. Зажим ведет себя как пустая емкость, которая готова к заполнению. Он меньше «сопротивляется» поступлению тепла, чем оставшаяся часть вывода, которая идет к светодиоду, поэтому поток тепла «предпочитает» направиться в медный зажим, оставляя светодиод не поврежденным. В конце вашего эксперимента, если вы коснетесь зажима, то обнаружите, что он разогрелся, в то время как светодиод остался относительно холодным.

Рис. 4. Теплоотвод ограничивает подачу тепла, отводя его и защищая светодиод от повреждения

Зажим типа «крокодил», который известен, как теплоотвод. Он изготовлен из меди, потому что медь является одним из наилучших проводников.
Поскольку 15-ваттный паяльник не может повредить светодиод, то вы можете решить, что он полностью безопасен и при этом нет необходимости использовать теплоотвод. Что ж, это может быть и так. Проблема состоит в том, что вы на самом деле точно не знаете, является ли ваш полупроводник более термоустойчивым, чем светодиод. Поскольку последствия от перегорания компонента являются столь существенными, я полагаю, что вы должны следить за тем, чтобы они функционировали нормально и использовать теплоотводы в следующих обстоятельствах:

1.  Если вы прикладываете 15-ваттный паяльник слишком близко к полупроводнику в течение 20 сек или более.
2. Если вы 30-ваттным паяльником касаетесь резистора или конденсатора в течение 10 сек или более. (Никогда не следует использовать его вблизи полупроводников.)
3. Если вы прикладываете 30-ваттный паяльник к чему-либо плавкому в течение 20 сек или более. К плавким деталям относятся изоляция проводов, пластиковые разъемы и компоненты внутри переключателей.

Правила для отвода тепла

1.  Полноразмерные медные «крокодилы» будут «работать» лучше.
2. Устанавливать «крокодил» нужно как можно ближе к компоненту и как можно дальше от места соединения пайкой. (Вы не должны отводить слишком много тепла от места соединения.)
3. Следует убедиться, что между «крокодилом» и выводом компонента устанавливается соединение типа «металл—металл», чтобы обеспечить эффективный отвод тепла.

 Автор: Чарльз Платт