учет сопротивления светодиодов

Я делаю простую лабораторную работу (я хобби EE), чтобы подкрепить закон математики моего Ома и немного узнать о том, как делать правильные измерения с помощью мультиметра.

У меня простая схема с резистором 2,2 кОм, подключенным последовательно со светодиодом. Все работает до того момента, когда я рассчитываю падение напряжения на резисторе и светодиоде.

Мои первоначальные расчеты учитывали только резистор на 2,2 кОм. Таким образом, я получил полное напряжение на резисторе. Тем не менее, когда я измерил схему на самом деле, я обнаружил, что результат составляет почти половину входного напряжения, что указывало бы на меня

1. Моя математика неверна
2. Там сопротивление осталось неучтенным

Единственное, что остается учитывать - это светодиод. Каков наилучший метод определения сопротивления простого светодиода? Я пытался сделать то, что я делаю с резисторами (поднесите его к зондам пальцами), но я не получаю правильное чтение. Есть ли здесь техника, по которой я скучаю?

Светодиоды не лучше всего моделировать как чистый резистор. Как отмечалось в некоторых других ответах, реальные светодиоды имеют сопротивление, но зачастую это не первостепенная задача при моделировании диода. График зависимости ток / напряжение светодиода:

Сейчас это поведение довольно сложно вычислить вручную (особенно для сложных схем), но есть хорошее «приближение», которое разбивает диод на 3 дискретных режима работы:

• Если напряжение на диоде больше, чем Vdдиод, он ведет себя как постоянное падение напряжения (т. Е. Он пропускает через себя любой ток V = Vd).

• Если напряжение меньше, Vdно больше, чем напряжение пробоя Vbr, диод не проводит.

• Если напряжение обратного смещения выше напряжения пробоя Vbr, диод снова становится проводящим и пропускает через него любой ток V = Vbr.

Итак, давайте предположим, что у нас есть схема:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Во-первых, мы собираемся предположить это VS > Vd. Это означает , что напряжение на RИБ VR = VS - Vd.

Используя закон Ома, мы можем сказать, что ток, протекающий через R (и, следовательно, D):

Давайте подключим несколько чисел. Скажем VS = 5V, R = 2.2k, Vd=2V(типичный красный светодиод).

Хорошо, что если VS = 1VR = 2.2kи Vd = 2V?

На этот раз VS < Vdи диод не проводит. Там нет тока, протекающего через R, так что VR = 0V. Это означает VD = VS = 1V(здесь VDфактическое поперечное напряжение D, где-как Vdпадение напряжения насыщения диода).

В отличие от некоторых других ответов, светодиоды действительно имеют сопротивление. Это маленький, но не незначительный. Одна сопротивление не достаточно , чтобы охарактеризовать свое поведение, но говорить о том, что светодиоды имеют не сопротивление не является допустимым упрощением только иногда .

Посмотрите, например, этот график из таблицы данных для LTL-307EE , которую я выбрал не по какой-либо причине, кроме диода по умолчанию в CircuitLab и довольно типичного светодиодного индикатора:

Видите, как линия по существу прямая, а не вертикальная выше 5 мА? Это связано с внутренним сопротивлением светодиода. Это сумма сопротивления проводов, соединительных проводов и кремния.

$I$$V_D$

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

Рассмотрим зависимость тока от напряжения для резистора, которая определяется законом Ома :

$0V, 0A$$R$

Вот такой график с резистором, «идеальным» диодом в соответствии с уравнением диода Шокли и отсутствием сопротивления и более реалистичной моделью светодиода с некоторым сопротивлением:

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

$13\Omega$

Конечно, вы также должны учитывать прямое падение напряжения на светодиодах в своих расчетах, которое отвечает за сдвиг вправо между резистором и реальными светодиодными линиями. Но другие уже проделали хорошую работу, объясняя это.

$13\Omega$$1000\Omega$

Диоды, как правило, не имеют сопротивления (кроме небольшого количества проводников внутри корпуса), однако они имеют падение напряжения на них, величина которого зависит от полупроводникового материала, используемого в его конструкции. Для типичных светодиодов это падение напряжения составляет ~ 1,5 В. Падение напряжения связано с шириной запрещенной зоны в полупроводнике (разность энергий между наивысшим связанным электронным состоянием и «зоной проводимости»). Это падение напряжения немного зависит от температуры и тока, но незначительно для простого применения светодиодов.

Чтобы проиллюстрировать, вот кривая IV для типичного диода, обратите внимание, что ток асимптотически увеличивается после достижения определенного порогового напряжения. Обратите внимание, что в отличие от резистора, кривая IV очень нелинейная.

Если вы подключите диод непосредственно к вашей батарее без резистора, ток в диоде определяется только (очень малым) сопротивлением в проводке и внутренним сопротивлением батареи, таким образом, ток в диоде будет огромным, и это (скорее всего) сгорит, потому что диод сам по себе не оказывает сопротивления, но проводит ток.

Чтобы ответить на ваш вопрос, чтобы рассчитать ток, протекающий через диод, вам нужно определить напряжение питания, вычесть падение напряжения на диоде и использовать это новое более низкое напряжение для расчета тока с помощью вашего ограничивающего резистора.

Светодиод имеет встроенное падение напряжения (из-за природы светодиода). Вы можете посмотреть спецификацию купленного вами светодиода, чтобы определить падение. Цвет светодиода обычно влияет на падение напряжения на нем.

Для более подробного объяснения:

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