Светодиод и лампа последовательно - почему лампа не горит?

Мой 6-летний сын только начал экспериментировать с набором стилей Snap Circuits, и у нас уже есть очень простой вопрос.

Если мы располагаем светодиод и лампу параллельно питаемыми от батарей, то и светодиод, и лампа загораются ярко.

Однако если последовательно расположить светодиод и лампу, то загорается только светодиод.

Очевидно, что ток проходит через лампу (если я откручиваю лампу, светодиод гаснет).

Так почему лампочка не горит?

Я немного дешевый, поэтому вместо того, чтобы покупать подходящие Snap Circuits, я купил аналогичный универсальный набор из Китая на eBay (см. Комплект электронных блоков W-58 )

(Извините, если это слишком просто для этого форума, но я еще не нашел ответ через Google)

Для параллельно подключенных светодиода и лампы каждое из них имеет полное напряжение аккумулятора.

При последовательном соединении напряжение на каждом из них должно совпадать с напряжением батареи.

Без какой-либо дополнительной информации, чем указано, наиболее вероятный ответ заключается в том, что напряжение на лампе, которое должно равняться напряжению батареи минус напряжение на светодиоде, является недостаточным для получения видимого света.

При наборе этого ответа я вижу, что вы добавили несколько картинок. Похоже, что общее напряжение аккумулятора составляет около 3 В. Учитывая, что многие светодиоды имеют прямое напряжение свыше 2 В, это оставляет менее 1 В на всей колбе.

У вас есть вольтметр с вашим комплектом? Если это так, измерьте напряжение на лампе для последовательного подключения.

Светодиод падает так сильно, что для лампочки осталось совсем немного.

У вас есть только две батареи 1,5 В, которых последовательно хватает на прямое напряжение светодиода.

Лампы накаливания быстро тускнеют, когда рассеиваемая ими мощность уменьшается: мощность равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление.

Именно по этой причине затемнение ламп накаливания не экономит много энергии. Лишь небольшое незначительное уменьшение рассеиваемой мощности почти полностью затухает лампочку.

Нити генерируют в основном тепло, и только небольшая часть в виде видимого света. Это очень чувствительно к температуре, которая очень чувствительна к рассеиваемой мощности.

Попробуйте посмотреть на лампу в темной комнате; Вы можете увидеть слабое красное свечение. Кроме того, свет от светодиода может мешать вам видеть тусклое свечение лампочки даже в темной комнате. Накройте светодиод тоже.

Должен быть последовательно включенный резистор со светодиодом. Светодиод - это диод, и диоды быстро увеличивают ток, который они пропускают, когда приложенное напряжение поднимается выше определенной точки, значительно ниже 3В. Таким образом, без токоограничивающего резистора светодиод пропустит столько тока, что сгорит.

Предыдущие ответы, в которых говорится, что светодиод падает напряжение, являются правильными, но падение происходит через комбинацию светодиода и скрытого резистора. Лампочка просто добавляет немного больше сопротивления, что немного уменьшает ток, но только делает светодиод немного тусклее. Но лампочка лишена минимального напряжения, необходимого для освещения.

Дополнительным и интересным фактором является то, что сопротивление лампы накаливания в холодном состоянии составляет примерно 1/10 от сопротивления в горячем состоянии.

Вместо 10 Ом лампа с холодным светом, вероятно, ближе к 1 Ом.

$P = I^2 \cdot R$

Лампа серии представляет собой нечто большее, чем кудрявый кусочек провода, завершающий цепь светодиодного освещения.

С другой стороны, функция положительных температурных коэффициентов ламп накаливания может быть полезной; посмотрите ранний аудио-генератор HP и прочитайте о мостовых генераторах Wien .

Отличный вопрос! Это как параллельные, так и последовательные цепи, как уже отмечалось. Параллельно ламповый и светодиодный модули получают 3 вольта. В серии они должны делить 3 Вольта, поэтому каждый получает по несколько. Если бы это были 2 лампы одного типа, каждый получил бы половину напряжения. 3 лампочки подряд, каждая получает 1/3 и т. Д. Светодиодный модуль делает его более сложным. Но давайте сначала сделаем самую большую проблему.

$\dfrac{E}{I}=R$$\dfrac{3V}{0.3A} = 10 \Omega$

$\dfrac{V}{A}=R$$\dfrac{1}{V}: \dfrac{V}{AV}=\dfrac{R}{V}$$\dfrac{V}{V}$$\dfrac{1}{A}=\dfrac{R}{V}$$A=\dfrac{V}{R}$$10 \Omega + 10 \Omega = 20 \Omega$$\dfrac{3V}{20\Omega} = .150A$$RA=V$$10 \Omega \times .15 A = 1.5 V$

$A=\dfrac{3V - 1.xV}{10 + 33 \Omega}$$\dfrac{1.9V}{43 \Omega}$$\dfrac{1.1V}{43 \Omega}$

В целях обсуждения красные светодиоды имеют прямое падение напряжения в 1. (что-то) вольт, зеленый - около 2 вольт, синий - еще выше. Конечно, они имеют конечные значения сопротивления, но проще всего думать о них как о простом снятии этого фиксированного напряжения. Затем ток можно рассчитать как оставшееся напряжение на резисторе. Если резистора нет, нужен более сложный способ ограничения тока.

Для большего удовольствия поместите электродвигатель соответствующего размера в ряд с лампочкой, обратите внимание на яркость лампочки, а затем на электродвигатель возложите нагрузку: прикосновение пальца, лопасть вентилятора или лопасть для перемещения воздуха и т. Д. См. любые изменения?

Один из способов визуализации и, следовательно, понимания того, что происходит в схеме, это очень упрощенное объяснение или аналогия, состоит в том, чтобы думать, что светодиод не пропускает достаточно тока, чтобы зажечь лампу. Проще говоря, он имеет гораздо большее сопротивление, чем лампа по сути. Если вы поместите две лампы одинакового типа последовательно, они должны светиться одинаково ярко, настолько яркими, насколько позволяет ток, обеспечиваемый источником питания. В качестве очень простой аналогии, две 115-вольтные лампы переменного тока одинаковой мощности, установленные последовательно, потребуют + - 230 Вольт для полной подсветки.

Однако светодиод имеет гораздо большее сопротивление, чем лампа, или, точнее, это полупроводник и имеет прямое падение напряжения.

Упрощено: прямое падение напряжения на светодиоде примерно на 2 вольт при потреблении тока, скажем, 20 мА (сейчас я не могу вспомнить точные цифры), и это похоже на конфигурацию батареи на 3 В, которая оставляла бы только около одного вольта для лампа. Также светодиод не будет пропускать достаточный ток для нагрева нити накала (которая классифицируется как индуктор, а светодиод - полупроводник, поэтому моя аналогия неточна), но лампа, вероятно, не будет полностью освещаться, даже если подаваемое напряжение будет выше для компенсации для прямого падения напряжения на светодиоде.

Я надеюсь, что в этом есть смысл. Я извиняюсь, если нет, но я тороплюсь и вижу это только тогда, когда мне нужно было выйти из строя и заняться чем-то другим.

Ваш вопрос напоминает мне о подобном эксперименте, в котором две лампы неравной мощности, но одинакового напряжения соединены последовательно. Напряжение, в два раза превышающее одну из ламп, внезапно подается на устройство - просто посмотрите, что произойдет. При выборе напряжения, пожалуйста, помните об электробезопасности. Лампы, рассчитанные на 6 вольт, будут работать нормально. Предложите остановку автомобиля / лампочку накаливания на 6 вольт. Этот эксперимент был использован на практическом экзамене по физике GCE "A" около 30 лет назад!

Еще одна вещь, которую вы можете попробовать, - это подключить разные лампы накаливания на 240 вольт с прозрачными стеклянными оболочками к напряжению 12 вольт - если я правильно помню, лампы на 25 ватт работают хорошо и дают слабое свечение накала, что очень приятно для просмотра. Снова, пожалуйста, будьте в курсе электрической безопасности.

Я просто на мгновение проигнорирую падение напряжения и объясню это с точки зрения тока.

При последовательном размещении со светодиодом ток, проходящий через светодиод, также проходит через колбу, но тепла, идущего в нить накала (ток в квадрате, умноженный на сопротивление колбы), недостаточно для того, чтобы нить нагрелась достаточно, чтобы произвести видимый свет ,

Свет от светодиода примерно пропорционален току, проходящему через него, тогда как яркость лампы (для тусклой / слабой лампы!) Пропорциональна ближе к кубу входного тока. Если вы включите лампу «пшеничное зерно» (20 мА) последовательно со светодиодом и отрегулируете ток, это станет ясно.

Теперь немного о физике: батареи представляют собой почти идеальный источник напряжения, потому что внутри батареи происходит химическая реакция, которая перемещает электроны от катода (+) к аноду (-), пока разность потенциалов между двумя клеммами не достигнет разрыва. -контурное напряжение. Я назову это Vbatt.

Когда между двумя клеммами выполняется электрическое соединение, электроны протекают во внешнем соединении от клеммы (-) к (+) из-за этой разности потенциалов, создавая «цепь» электронов. Этот поток электронов уменьшает разность потенциалов между клеммами, вызывая ускорение реакции и подачу большего количества электронов, и ток увеличивается. При этом он создает увеличивающееся напряжение в нагрузке из-за сопротивления. Разность тока и потенциала на клеммах возрастает до тех пор, пока этого не станет достаточно, чтобы остановить увеличение скорости реакции. Математически, I1 * R1 = Vbatt.

@Mark McLaren Интересный вопрос .... но если бы вы могли поменять местами светодиод и лампу, не меняя полярность (как она есть) в последовательной цепи, то лампочка загорится, если моя логика верна .... Нет нужды говорить, что сначала напряжение падает на светодиод, а оставшееся напряжение (3 Вольт МИНУС, используемое светодиодом) является недостаточным для лампы. Хотя он имеет достаточный ток, потому что он включен последовательно. Электроны текут от полярности батарей к светодиоду в первую очередь, и, возможно, именно поэтому напряжение сначала падает на светодиоды, а остальные - на лампу ... пожалуйста, попробуйте поменять положение светодиода и лампы и посмотрите, загорается ли лампа. ... надеюсь, что даже светодиод загорится, потому что светодиод требует низкого напряжения, а оставшегося напряжения будет достаточно для светодиода. мне интересно