uwzględniające rezystancję LED

18

Robię proste laboratorium (jestem hobby EE), aby wzmocnić matematykę mojego prawa i dowiedzieć się trochę, jak wykonywać właściwe pomiary za pomocą multimetru.

Mam prosty obwód z rezystorem 2,2 kΩ połączonym szeregowo z diodą LED. Wszystko działa dobrze do momentu, w którym idę, aby obliczyć spadek napięcia na rezystorze i diodzie LED.

Moje wstępne obliczenia dotyczyły tylko rezystora 2,2 kΩ. Jako takie dostałem pełne napięcie spadające na rezystorze. Kiedy jednak zmierzyłem obwód naprawdę, stwierdziłem, że wynik stanowi prawie połowę napięcia wejściowego, co by mi wskazywało

Moja matematyka jest zła
Opór nie został uwzględniony

Jedyne, co pozostało do rozliczenia, to dioda LED. Jaka jest najlepsza metoda określenia rezystancji prostej diody LED? Próbowałem robić to, co robię z rezystorami (trzymaj to palcami do sond), ale nie otrzymałem właściwego odczytu. Czy brakuje mi techniki?

led resistors ohms-law Obywatel
źródło

4

Diody LED nie są zgodne z prawem Ohma, ich spadek napięcia jest bliższy stałej niż liniowej relacji z prądem. Twój multimetr może mieć tryb pomiaru spadku napięcia diody.

microtherion

32

Diody LED nie są najlepiej modelowane jako czysty rezystor. Jak zauważono w niektórych innych odpowiedziach, prawdziwe diody LED mają opór, ale często nie jest to główny problem podczas modelowania diody. Wykres zależności prąd / napięcie diody LED:

dioda

Teraz to zachowanie jest dość trudne do obliczenia ręcznie (szczególnie w przypadku skomplikowanych obwodów), ale istnieje dobre „przybliżenie”, które dzieli diodę na 3 dyskretne tryby działania:

Jeśli napięcie na diodzie jest większe niż Vd, dioda zachowuje się jak stały spadek napięcia (tzn. Pozwoli na utrzymanie przepływu prądu V = Vd).
Jeśli napięcie jest mniejsze niż Vdnapięcie przebicia Vbr, ale dioda nie przewodzi.
Jeżeli napięcie polaryzacji zwrotnej jest wyższe niż napięcie przebicia Vbr, dioda ponownie zaczyna przewodzić i pozwoli na utrzymanie prądu przez cały prąd V = Vbr.

Załóżmy więc, że mamy jakiś obwód:

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Po pierwsze, założymy, że VS > Vd. Oznacza to, że napięcie w poprzek Rjest VR = VS - Vd.

Korzystając z prawa Ohma, możemy stwierdzić, że prąd przepływający przez R (a zatem D) wynosi:

ja = \frac{{V.}_{R}}{R}

$\begin{equation} I = \frac{V_R}{R} \end{equation}$

Podłączmy kilka liczb. Powiedzmy VS = 5V, R = 2.2k, Vd=2V(typowa czerwona dioda LED).

{V.}_{R} = 5 V. - 2) V. = 3) V. ja = \frac{3) V.}{2.2 k Ω} = 1.36 m ZA

$\begin{equation} V_R = 5V - 2V = 3V\\ I = \frac{3V}{2.2k\Omega} = 1.36 mA \end{equation}$

Ok, co jeśli VS = 1VR = 2.2ki Vd = 2V?

Tym razem VS < Vddioda nie przewodzi. Nie płynie Rwięc prąd VR = 0V. Oznacza to VD = VS = 1V(tutaj VDjest napięcie rzeczywiste D, gdzie - podobnie jak Vdspadek napięcia nasycenia diody).

helloworld922
źródło

+1 Podstawowe rzeczy, ale bardzo dobre wytłumaczenie dla początkujących.

Rev1.0

1

Co rozumiesz przez „V of d” i „V of s”? Nie mogłem znaleźć punktu w twoim poście, w którym wyraźnie wskazujesz znaczenie podskryptów. Dziękuję Ci.

Iam Pyre

Vd= napięcie na diodzie D. Vsto napięcie źródła (oznaczone na schemacie).

helloworld922

20

W przeciwieństwie do niektórych innych odpowiedzi, diody nie mają odporności. Jest mały, ale nie bez znaczenia. Sam opór nie jest wystarczający do scharakteryzowania ich zachowania, ale stwierdzenie, że diody LED nie mają oporu, jest uzasadnionym uproszczeniem tylko czasami .

Zobacz na przykład ten wykres z arkusza danych dla LTL-307EE , który wybrałem bez żadnego innego powodu niż domyślna dioda w CircuitLab i dość typowa dioda LED:

prąd przewodzenia a napięcie

Widzisz, jak linia jest zasadniczo prosta, a nie pionowa powyżej 5mA? Wynika to z wewnętrznej rezystancji diody LED. Jest to suma rezystancji przewodów, drutów łączących i krzemu.

$I$ $V_D$

ja = {ja}_{S.} ({mi}^{{V.}_{re} / (n {V.}_{T.})} - 1)

$I=I_S\left(e^{V_D/(nV_T)}-1\right)$

$I$ $V_D$ $V_T=25.85\cdot10^{-3}$ $n=1$ $i_s = 10^{-33}$

Rozważ zależność prąd-napięcie rezystora, która wynika z prawa Ohma :

ja = \frac{V.}{R}

$I = \frac{V}{R}$

$0V, 0A$ $R$

Oto taki wykres z rezystorem, „idealną” diodą zgodnie z równaniem diody Schockleya i bez rezystancji oraz bardziej realistyczny model diody LED, który zawiera pewną rezystancję:

wykres prąd-napięcie

$> 5mA$ $(1.8V, 5mA)$ $(2.4V, 50mA)$

\frac{2.4 V. - 1.8 V.}{50 m ZA - 5 m ZA} = \frac{0,6 V.}{45 m ZA} = 13 Ω

$\frac{2.4V - 1.8V}{50mA-5mA} = \frac{0.6V}{45mA} = 13\Omega$

$13\Omega$

Oczywiście w obliczeniach należy również uwzględnić spadek napięcia diody LED, który odpowiada za przesunięcie w prawo między rezystorem a rzeczywistymi liniami LED . Ale inni już wykonali dobrą robotę, tłumacząc to.

$13\Omega$ $1000\Omega$

Phil Frost
źródło

Znasz swoje rzeczy! Grats Ładny wykres przedstawiający rezystor (czerwony) + spadek napięcia = (idealna) dioda (zielona)

e-motiv

8

Diody na ogół nie mają rezystancji (oprócz niewielkiej ilości przewodników wewnątrz opakowania), mają jednak na nich spadek napięcia, którego ilość zależy od materiału półprzewodnikowego zastosowanego w jego konstrukcji. Dla typowych diod LED ten spadek napięcia wynosi ~ 1,5 V. Spadek napięcia jest związany z przerwą pasmową w półprzewodniku (różnica energii między najwyższym związanym stanem elektronu a „pasmem przewodzenia”). Ten spadek napięcia w niewielkim stopniu zależy od temperatury i prądu, ale nie w znacznym stopniu w przypadku prostej aplikacji LED.

Aby to zilustrować, oto krzywa IV dla typowej diody, należy zauważyć, że prąd asymptotycznie wzrasta po osiągnięciu określonego napięcia progowego. Należy zauważyć, że w przeciwieństwie do rezystora, krzywa IV jest bardzo nieliniowa.

bezwstydnie skradzione z wikipedii

Jeśli podłączysz diodę bezpośrednio do akumulatora bez rezystora, prąd w diodzie zależy tylko od (bardzo małej) rezystancji w okablowaniu i wewnętrznej rezystancji akumulatora, dlatego prąd w diodzie będzie ogromny i (najprawdopodobniej) spali się, ponieważ sama dioda nie oferuje oporu, ale przewodzi prąd.

Aby odpowiedzieć na twoje pytanie, aby obliczyć prąd przepływający przez diodę, musisz określić napięcie zasilania, odjąć spadek napięcia diody i użyć tego nowego niższego napięcia do obliczenia prądu za pomocą rezystora ograniczającego.

poważny
źródło

Rozumiem, to interesujące. Spróbuję. Dziękuję Ci. Więc skoro spadek napięcia jest mniej więcej stały, po prostu odejmuję go od napięcia? Po prostu próbuję prosto wyobrazić sobie rozumowanie.

Freeman,

@ Freeman: Tak. Spójrz na arkusz danych, aby określić nominalne napięcie przewodzenia diody.

Rev1.0

1

Jestem początkującym i nie mam nic przeciwko diodom. Na razie, aby obliczyć prąd przepływający przez diodę, musisz określić napięcie zasilania, odjąć spadek napięcia diody i użyć tego nowego niższego napięcia, aby obliczyć prąd, który załatwił dla mnie.

Kohányi Róbert

0

Dioda LED ma wbudowany spadek napięcia (z uwagi na naturę diody LED). Możesz spojrzeć na arkusz specyfikacji kupionej diody LED, aby określić spadek. Kolor diody LED zwykle wpływa na spadek napięcia na niej.

Aby uzyskać bardziej szczegółowe wyjaśnienie:

https://en.wikipedia.org/wiki/LED_circuit

Savio
źródło

uwzględniające rezystancję LED

Odpowiedzi: