Bir LED, voltaj düşüşünden daha büyük bir besleme voltajına bağlanırsa ne olur?

Direnç ve voltaj anlayışım korkunç. Kirchhoff yasasıyla, (benim kelimelerimle, lütfen düzeltin), devre tarafından kullanılan voltajın verilen voltaja eşit olması gerektiğini duydum. Örneğin, 9 V'luk bir bataryam olsaydı, 9 V'unun hepsini kullanmalıyım.

Diyelim ki 3,1 V'luk tipik bir ileri sapma voltajına sahip bir LED'im var, yani ışık üretirken 3,1 V'yi kaybediyor. 9 V kullanılırsa LED yanar mı?

Büyük olasılıkla doğrudur, ancak güzel bir örnek, anlayışımı gerçekten daha sezgisel hale getirecektir.

Bu, probleminizin analizde ne kadar iyi olduğunuz veya hangi temel bilgiye sahip olabileceğiniz değil, basitçe bilmediğiniz şey hakkında hiçbir fikrinizin olmadığı durumlardan biridir. Bu, elektronikte ilk adımı çok yüksek yapar.

Örneğinizde, bir pil hakkında ne bilmiyorsunuz?

1. İdeal bir pilin terminal voltajı asla değişmez (en azından tüm enerji depolama kapasitesi kullanılana kadar). Bu nedenle terminal voltajını ve faydalı enerji kapasitesini etkileyen faktörler olmalıdır. Hızlı bir liste kimya, malzeme hacmi, sıcaklık ve anot / katot tasarımıdır.
2. Pratik bir batarya sınırlı kapasiteye sahiptir ve terminal voltajı ile potansiyel akım kapasitesini etkileyen diğer faktörlerin birçoğu 'Dahili direnç' adı verilen bir model elemanına dönüştürülebilir. Daha büyük piller için modelde bu bir ohm fraksiyonları olacaktır. Bununla birlikte, pilin durumu daha karmaşık hale getirmek için kapasitans ve endüktans gibi başka unsurları da vardır. Aşağıdaki gibi metinlerle pil modelleri hakkında okuyarak başlayabileceğini bu .

Çok küçük iç dirence sahip daha büyük bir aküye harika bir örnek, 12 V araç aküsüdür. Burada, aracı çalıştırdığınızda motoru çevirmek için yüzlerce Amper (600 A aralığında kW güç ve akım) gerekir ve terminal voltajı 13,8 V'tan (tamamen şarj edilmiş bir kurşun asitli araba aküsü) sadece Krank yaparken 10 V. Yani iç direnç (Ohm Yasası kullanılarak) sadece 6 miliohm kadar olabilir.
Bu örneğin düşüncesini AA, AAA ve C piller gibi daha küçük pillerle ölçeklendirebilir ve en azından bir pilin karmaşıklığını anlamaya başlayabilirsiniz.

Şimdi bir LED hakkında ne bilmiyorsun?

1. Bir diyot için elektrik modelinin karmaşıklığı (sadece bir doğrultucu veya bir LED olsun) muazzamdır. Ancak burada basitleştirebiliriz ve en basit haliyle bir seri dirençli Bandgap voltajı ile bir diyotu temsil edebileceğinizi söyleyebiliriz. Buradan birçok SPICE paketini öğrenmeye başlayabilirsiniz ve StackExchange ile ilgili bu tartışma iyi bir başlangıç ​​noktası olabilir.
2. Tüm yarı iletken aygıtlar, dağıtabilecekleri güç miktarında pratik bir sınırlamaya sahiptir. Bu öncelikle cihazın fiziksel boyutu ile ilgilidir. Cihaz ne kadar büyük olursa, tipik olarak o kadar çok güç harcar.

Şimdi LED'inizi düşünebilirsiniz. Cihazın veri sayfasını anlamaya çalışarak başlamalısınız. Anlayamayacağınız özelliklerin birçoğu zaten bir tane (sorunuzdan), ileri voltaj (Vf) biliyorsunuz ve muhtemelen veri sayfasında akım sınırını ve maksimum güç dağılımını bulabilirsiniz.
Bunlarla donatılmış olarak, LED'in güç yayma sınırını aşmamak için akımı sınırlamanız gereken seri direnci anlayabilirsiniz.

Kirchhoff'un Gerilim Yasası, LED üzerindeki voltajın yaklaşık 3,1 V olduğu (ve veri sayfası akım eğrisinin asla 9 V uygulayamayacağınızı söylediğinden), devrede başka bir topaklı model bileşenine ihtiyacınız olduğu konusunda büyük bir ipucu verir.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Not: yukarıda gösterilen pil dahili empedansı, hesaplamayı kolaylaştırmak için basitçe belirtilmiştir. Pil tipine (birincil veya şarj edilebilir) bağlı olarak dahili direnç değişebilir. Pil veri sayfanızı kontrol edin.

Yukarıdaki bilinmeyen eleman basitçe bir tel parçası olabilir mi (eleman yok)?
Olabilir .... ama sonuçları kolayca hesaplayabiliriz.
İki ideal voltaj elemanı (9 V ve 3,1 V) ile dirençler arasında 5.9 V olmalıdır (Kirchhoff'un voltaj döngüsü). Bu nedenle akım akışı 5,9 / 10,1 = 584 mA olmalıdır.
LED'de harcanan güç (3.1 * 0.584) + (0.584 ^ 2 * 10) = 5.2 Watt'tır. LED'iniz muhtemelen sadece 300 mW veya daha yüksek bir değere sahip olduğundan, dramatik bir şekilde ısınacağını ve tüm olasılıklarda saniyeler içinde başarısız olduğunu görebilirsiniz.

Şimdi bilinmeyen eleman basit bir dirençse ve LED'den geçen akımın 20 mA diyelim. Değeri hesaplamak için yeterli değere sahibiz.

Akünün terminal gerilimi (9 - (0,02 * 0,1)) = 8,98 V olacaktır LED'in terminal gerilimi (3,1 + (0,02 * 10)) = 3,3 V olacaktır.

Böylece bilinmeyen dirençteki voltaj 5.698 ve içinden geçen akım 20 mA'dır. Böylece direnç 5.698 / 0.02 = 284.9 Ohm'dur.

Bu koşullar altında döngü voltajları dengelenir ve LED, tasarlanan 20 mA değerini geçer. Bu nedenle güç kaybı ((3.3 * 0.02) + (0.02 ^ 2 * 10)) = 70 mW .... umarım küçük bir LED kapasitesi içinde.

Bu yardımcı olur umarım.

Evet, LED muhtemelen zarar görecektir. Bu kısa hikaye.

Gerçekte akü voltajı biraz düşecektir çünkü çok fazla akım krank edecektir (piller şarj durumuna, deşarj geçmişine, sıcaklığa ve diğer faktörlere bağlı olarak dahili dirence sahiptir - taze 9V pil için belki de birkaç ohm) ve LED gerilim artacaktır (Kablolara düşüşün biraz görmezden ise) iki tam buluştuğu dek (LED'ler doğrusal olmayan bir şekilde akım ile gerilim artış).

Diyelim ki akü voltajı 5V'a düşüyor ve akü 1.5A veriyor. Bu, LED ileri voltajının 5V olduğu ve 5V * 1.5A = 7.5W yaydığı anlamına gelir, bu da küçük bir 3mm veya 5mm gösterge LED'i olduğu varsayılarak çok hızlı bir şekilde yanacağı anlamına gelir.

3.1V LED'iniz paralel olarak bir grup LED zar olmuş ve 2A'yı güvenli bir şekilde idare edebiliyorsa (diyelim), diğer yandan, pil voltajı 3.1V gibi bir şeye düşecektir (pilin dahili direnci nedeniyle, Yukarıdaki ile aynı) ve LED yaklaşık 6W giriş gücü ile yanar. Tabii ki pil çabuk tükenir (en iyisi- veya çok ısınabilir ve muhtemelen şiddetli bir şekilde patlayabilir. NiCd piller veya korunmasız bazı Lityum piller gibi bazı türler diğerlerinden daha tehlikeli olabilir.

İşte olacak: Birincisi, kalan voltajı yakalamak için 1 kΩ direnç kullanarak 9 V'a yeşil bir LED bağladım.

Sonra olmadan.

Şaşırtıcı bir şekilde, daha sonra, yine bir dirençle, LED hala çalışıyor, ancak özellikle daha sönük.

Bunu evde denemeyin çocuklar ... heck, neden olmasın ... bu bilim !

Neden “parlamadan” önce kısaca sarı / kırmızı yanıyor, bilmiyorum. Muhtemelen sonuç her LED tipi için farklıdır.

Pratikte, varsayımsal örneğinizde farkında olmadığınız bazı "gizli" veya parazitik dirençler vardır. Yeni başlayanlar için akünün dahili seri direnci vardır. LED, devrenizdeki tüm kablolarda olduğu gibi bir dirence sahiptir. Tüm bu dirençlerdeki voltaj düşüşleri artı LED'in iç voltaj düşüşü akü voltajına katkıda bulunacaktır.

Tek soru şudur: Bu hangi akımda gerçekleşir? Yeterince yüksekse LED'iniz pişirilir ve yanar. LED ile seri olarak gerçek bir direnç şeklinde ek direnç bu sorunu önleyecektir. Direncin değerinin belirlenmesi Ohm yasasını uygulamak için bir fırsattır.

Xaxis üzerinde volt ve Yaxis üzerinde akım bulunan bu diyagram, seri olarak 2 bileşenli voltaj bölücülerin denklemini grafiksel olarak "çözmek" için kullanılır. Saf dirençli bölücü için veya burada diyot ve direnç ile kullanılabilir.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Voltajı paylaşmak için seri olarak ikinci bir bileşen koyun. Örneğin, LED'in 3.1 volt ile güvenli bir şekilde çalışmasını ve gereksiz [9 - 3.1] = 5.9 volt'u tüketmesi için bir DİRENÇ olmasını istersiniz. 10mA'da (volt başına 100 ohm olarak görebilirsiniz), 100 Ohm / Volt * 5.9 volt = 590 Ohm'a ihtiyacınız vardır. Ortak değerler 560 Ohm ve 620 Ohm'dur.

Burada bir seri devreye ihtiyacınız var: 9 volttaki kaynak ve akü voltajını paylaşmak için İKİ bileşen.

Şimdi direnç voltaj bölücülerini çözmek için aynı IV grafiğini bir nomografla kullanalım.

^{bu devreyi simüle et}

Başlık sorunuzun cevabı: LED yanacaktır.

Koşul, akımınızın söz konusu LED'in minimum ve maksimum sınırları içinde olmasıdır.

Düşük bir akımın loş yanmasını ve nominal akımın parlak bir şekilde yanmasını sağlar. Çok fazla akım LED'i patlatacaktır.

Devreye doğru direnci koyarak akımı istediğiniz değere (genellikle 15 ila 20mA) sınırlarsınız.

Bunu çözmek için Ohm yasasını kullanın. R (ohm) = V (volt) / I (amper).

Makul sınırlar içinde, voltaj bir LED ile oldukça ilgisizdir, onu aydınlatan akımdır. Elbette LED'in alt ucundaki dahili voltaj düşüşünü aşmaya yetecek bir voltaja sahip olmalısınız.

9 V'luk güç kaynaklarının tümü eşit değildir. Bazıları LED'i üfleyecek, bazıları da patlamayacak. (Kısa devre akımına veya dahili dirence bağlıdır.)

9 V - 3,1 V = 5,9 V 'eksik'. Bu, 9 V besleme, kablo ve LED'in içine düşürülür. (Bunlar voltaj kaybına veya voltaj düşüşüne neden olan dirençlerdir.)

Isı olmadan herhangi bir şeyi üflemek çok zordur (MOS'ta statik hariç). Isı birikmesi zaman alır ve dumanı serbest bırakır. :-)

LED'i tahrip eden ısı, 3.1 V voltaj, LED iç direnci, akım (V / R) ve süreden kaynaklanmaktadır. Isı (duman oluşmadan) bir kısmı çevreye kaybolur. Bu nedenle bazı devrelerde soğutucu dumanı önlemek için kullanılır.

Umarım bu basit açıklama Google'a başlamanıza yardımcı olur

İlk yaklaşımda, iç dirençleri ihmal ederek, LED'ler üstel bir I / V ileri karakteristiğine sahiptir. Gerçekte, bu ileri polarize kavşağın özellikleri: gerçek cihazlar seri olarak, genellikle bazı Ohm'larda dahili bir dirence sahiptir.

LED'in "nominal" voltaj düşüşü, karakteristiklerde yalnızca bir noktadır, Genellikle 20 mA'ya karşılık gelen voltaj veya belirlenmiş bir nominal ileri akım.

Ledinizi pil kutuplarına koyduğunuzda, 9 V "ideal" voltaj kaynağı, LED ve pilin dahili direncini içeren bir seri devre oluşturursunuz (örneğin, 2 Ohm)

LED'inizin çalışma noktası, kaynak voltajı (9V) ve akünün dahili direnci tarafından belirlenen bir yük hattı ile ileri özelliklerinin kesişmesidir. LED'inizdeki voltaj düşüşü nominal 3,1 V'den çok daha yüksek olacaktır.

LED'iniz yüksek akım olan bir cihaz olmadığı sürece, akım nominal değeri aşacak ve LED acı çekecek veya patlayacaktır.

LED'ler (ve genel olarak diyotlar) biraz tuhaftır. Gerilim eşiğinin altında bir ilk yaklaşım olarak hiçbir akım akamaz, bunun üzerinde akım akışında herhangi bir kısıtlama yoktur.

Bir baraj olarak düşünün, su barajın altında olduğunda tamamen engellenir. Su seviyesi barajın üstünden geçtikten sonra akışı sınırsızdır ancak yine de barajın arkasında tutulan miktarı kaybedersiniz.

Yani 9V uygularsanız 3.1V eşik değerine sahip bir LED ile hala 5.9V'u kullanabilirsiniz. Bu, Ohm yasası V = I * R tarafından tarif edildiği gibi devredeki dirençler tarafından kullanılacaktır. Direnç eklemediyseniz, akülerin dahili direnci ve kablolarınızın direnci R'dir. Bu iç dirençler normalde onları görmezden gelebilecek kadar küçüktür, ancak bu durumda sahip olduğunuz tek şey budur. Küçük dirençler ve sabit voltaj, akımın çok yüksek olacağı anlamına gelir. LED, tipik LED'ler için 20mA civarında yaşayabileceği bir maksimum akıma sahip olacaktır. Bunu aşarsanız, aşırı ısınırlar ve kendilerini yok ederler.

Başlangıçta söylediğim gibi, bu sadece bir LED'in yaklaşık değeridir, pratikte voltaj düşüşü akımla artar. Bununla birlikte, bu artış çok büyük değildir, genellikle dikkate almanız gereken bir durumdaysanız, ya çok hassas bir şey, yüksek güçte bir şey yapıyorsunuz veya başlamak için bileşen sınırlarına çok yakın çalışıyorsunuz. Artış kesinlikle bu senaryonun sonucunu etkilemek için yeterli değil.

Her şeyin direnci var. Dönem!

• Bu piller (ESR), diyotlar (Rs), indüktörler (DCR) Kapaklar (ESR) ve hatta Dirençler (R);)
  • “Kirchhoff gerilim döngüsü (KVL)”, “Artık Gerilim” in nasıl kullanılacağını öğretir
    • bu, tüm besleme gerilimleri toplandıktan veya çıkarıldıktan sonradır
    • her biri direnç gösteren serideki tüm parçaların toplamı ile
  • böylece KVL size Amper veya “Amper” = 1000 miliamper (mA) birimlerinde oluşan akım veya akış hızının nasıl hesaplanacağını öğretir.

• dolayısıyla bu "artık V" bir döngüdeki tüm R parçalarının toplamı boyuncadır.

  • iyi bir iletken tel olduğunda, genellikle (her zaman değil) direnç ve voltaj düşüşünü görmezden geliriz.

• böylece kalan gerilimden sonra her parçanın I = V / R'si ve bir oran olarak ifade edilen ilmek direnci toplamı.

• LOTS güçle baş edebilecek parçalar düşük R'ye sahip olmalıdır (ilkokul teorisi hariç, ideal pillerin R = 0 olduğunu söylüyoruz)

• tüm diyotların benzerliği, daha fazla güç için derecelendirilmişse, nominal ileri gerilim Vf'de Vt eşik voltajının üzerinde daha düşük dirence sahiptir.

3V LED, 2.8V civarında bir eşik değerine sahiptir ve daha sonra geniş toleransa ve elbette güce bağlı olarak 3.1V +/-% 10 olabilir

 - for example
   -  a 300mA rated white LED (1W) has a bulk resistance less than 0.5 to 1 Ohm due to 50% MFG tolerances
   - a 9 V Alkaline battery actually has six (6) tiny 1.5V cells in series
   -  inside , each has about ESR= 1 Ohm (when new)
           - cheap carbon pile aka HEAVY DUTY cells are about 3 Ohms (new) so less powerful

Böylece bir adet 1W Beyaz LED ve bir adet Alkalin 9V pil ile “artık” voltaj ve sonuçta oluşan akım nedir?

• Bu akımı sınırlamak için R'yi nasıl seçersiniz?
• Güç derecesi ve sıcaklık artışını nasıl seçersiniz.

(9V-2.8V) / (6x1 + (0.5 ila 1) + R) = 0.3A = 300 mA

R için çöz

İpucu R = 0 ise, LED fazla parlak ve hayatta kalmak için çok sıcak olur

Kapaklar ESR'ye sahiptir, ancak yalıtkanlar = dielektrikler olarak DC'yi bloke ederler, ancak AC iletirler.

Videoda kullanılan pilin, bir yıl boyunca paketinde sızan ve Dollar Store'dan satın alınan Çinli bir "Süper Ağır Hizmet" karbon-çinko türü olup olmadığı veya yeni bir modern İsim Markalı alkalin olup olmadığı asla söylenmedi bir. Büyük fark.