Berücksichtigung des LED-Widerstands

Ich mache ein einfaches Labor (ich bin ein Hobby-EE), um die Mathematik meines Ohmschen Gesetzes zu verstärken und ein wenig darüber zu lernen, wie man richtige Messungen mit einem Multimeter durchführt.

Ich habe eine einfache Schaltung mit einem 2,2 k Ohm Widerstand, der mit einer LED in Reihe geschaltet ist. Bis zu dem Punkt, an dem ich den Spannungsabfall zwischen Widerstand und LED berechne, funktioniert alles einwandfrei.

Meine anfänglichen Berechnungen berücksichtigten nur den 2,2 kOhm Widerstand. Als solches habe ich die volle Spannung über den Widerstand abgefallen. Als ich den Stromkreis jedoch real maß, stellte ich fest, dass das Ergebnis fast die Hälfte der Eingangsspannung betrug, was für mich ein Indiz wäre

1. Meine Rechnung ist falsch
2. Widerstand bleibt unbegründet

Das einzige, was noch zu berücksichtigen ist, ist die LED. Was ist die beste Methode, um den Widerstand einer einfachen LED zu bestimmen? Ich habe versucht, das zu tun, was ich mit Widerständen tue (halte es mit meinen Fingern an den Sonden hoch), aber ich bekomme keine richtige Messung. Gibt es eine Technik, die ich hier vermisse?

LED's sind nicht am besten als reiner Widerstand modelliert. Wie in einigen anderen Antworten erwähnt, haben echte LEDs einen Widerstand, aber dies ist häufig nicht das Hauptanliegen beim Modellieren einer Diode. Das Strom-Spannungs-Verhältnis einer LED:

Nun ist dieses Verhalten von Hand ziemlich schwierig zu berechnen (insbesondere für komplizierte Schaltungen), aber es gibt eine gute "Annäherung", die die Diode in drei diskrete Betriebsmodi aufteilt:

• Wenn die Spannung über der Diode größer als ist Vd, verhält sich die Diode wie ein konstanter Spannungsabfall (dh es wird ermöglicht, dass der Strom durch bleibt V = Vd).

• Wenn die Spannung kleiner als, Vdaber größer als die Durchbruchspannung ist Vbr, leitet die Diode nicht.

• Wenn die Sperrvorspannung über der Durchbruchspannung liegt Vbr, wird die Diode wieder leitend und lässt den durchflossenen Strom aufrechterhalten V = Vbr.

Nehmen wir also an, wir haben eine Schaltung:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Zuerst werden wir das annehmen VS > Vd. Das heißt, die Spannung über Rist VR = VS - Vd.

Anhand des Ohmschen Gesetzes können wir sagen, dass der Strom, der durch R (und damit D) fließt, ist:

Stecken wir ein paar Zahlen ein. Sagen wir VS = 5V, R = 2.2k, Vd=2V(eine typische rote LED).

Ok, was ist, wenn VS = 1V, R = 2.2kund Vd = 2V?

Diesmal VS < Vd, und die Diode leitet nicht. Es fließt Ralso kein Strom durch VR = 0V. Das heißt VD = VS = 1V(hier VDist die tatsächliche Spannung über D, ebenso Vdwie der Sättigungsspannungsabfall der Diode).

Im Gegensatz LEDs zu einigen der anderen Antworten, sie haben Widerstand. Es ist klein, aber nicht unbedeutend. Der Widerstand allein reicht nicht aus, um ihr Verhalten zu charakterisieren, aber zu sagen, dass LEDs keinen Widerstand haben, ist nur manchmal eine gültige Vereinfachung .

Siehe zum Beispiel dieses Diagramm aus dem Datenblatt für LTL-307EE , das ich aus keinem anderen Grund als der Standarddiode in CircuitLab ausgewählt habe, und eine ziemlich typische Anzeige-LED:

Sehen Sie, wie die Linie im Wesentlichen gerade und nicht vertikal über 5 mA ist? Das liegt am Innenwiderstand der LED. Dies ist die Summe des Widerstands der Leitungen, der Bonddrähte und des Siliziums.

$I$$V_D$

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

Betrachten Sie die Strom-Spannungs-Beziehung für einen Widerstand, die durch das Ohmsche Gesetz gegeben ist :

$0V, 0A$$R$ .

Hier ist ein solches Diagramm mit einem Widerstand, einer "idealen" Diode gemäß der Schockley-Diodengleichung und keinem Widerstand sowie einem realistischeren Modell einer LED mit einem gewissen Widerstand:

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

$13\Omega$

Natürlich müssen Sie auch den Vorwärtsspannungsabfall der LED in Ihre Berechnungen einbeziehen, der für die Verschiebung nach rechts zwischen dem Widerstand und den realen LED- Leitungen verantwortlich ist. Aber andere haben das bereits gut erklärt.

$13\Omega$$1000\Omega$

Dioden weisen im Allgemeinen keinen Widerstand auf (abgesehen von der geringen Menge der Leiter im Inneren des Gehäuses), sie weisen jedoch einen Spannungsabfall auf, dessen Menge von dem für ihren Aufbau verwendeten Halbleitermaterial abhängt. Für typische LEDs beträgt dieser Spannungsabfall ~ 1,5V. Der Spannungsabfall hängt mit der Bandlücke im Halbleiter zusammen (der Energiedifferenz zwischen dem höchsten gebundenen Elektronenzustand und dem "Leitungsband"). Dieser Spannungsabfall hängt geringfügig von der Temperatur und dem Strom ab, ist jedoch für eine einfache LED-Anwendung nicht wesentlich.

Zur Veranschaulichung, hier die IV-Kurve für eine typische Diode, ist zu beachten, dass der Strom nach Erreichen einer bestimmten Schwellenspannung asymptotisch ansteigt. Beachten Sie, dass die IV-Kurve im Gegensatz zu einem Widerstand sehr nichtlinear ist.

Wenn Sie die Diode ohne Widerstand direkt an Ihre Batterie anschließen, wird der Strom in der Diode nur durch den (sehr kleinen) Widerstand in der Verdrahtung und den Innenwiderstand der Batterie bestimmt, daher ist der Strom in der Diode groß und es wird brennt (höchstwahrscheinlich) ab, da die Diode selbst keinen Widerstand bietet, aber Strom leitet.

Um Ihre Frage zu beantworten, müssen Sie zur Berechnung des durch die Diode fließenden Stroms die Versorgungsspannung ermitteln, den Spannungsabfall der Diode subtrahieren und mit dieser neuen niedrigeren Spannung den Strom mithilfe Ihres Begrenzungswiderstands berechnen.

Die LED hat einen eingebauten Spannungsabfall (aufgrund der Art einer LED). Sie können sich das Datenblatt der LED ansehen, die Sie gekauft haben, um den Tropfen zu bestimmen. Die Farbe der LED beeinflusst normalerweise den Spannungsabfall.

Für eine detailliertere Erklärung:

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