Độ sáng của đèn LED có thay đổi theo điện áp không?

Khi tôi còn trẻ và học về điện, một công cụ tuyệt vời để hiểu điện áp / dòng điện / điện trở là một bóng đèn sợi đốt (trong trường hợp của tôi đó là một bóng đèn 3V nhỏ). Khi bạn tăng gấp đôi điện áp bằng cách đặt hai pin nối tiếp, nó sẽ phát sáng gấp 4 lần, nhưng nóng lên nhiều hơn và dễ bị cháy hơn. Khi bạn đặt hai bóng đèn nối tiếp, chúng phát sáng 1/4. Khi bạn đặt chúng song song, chúng sẽ phát sáng bình thường, nhưng làm cạn kiệt pin nhanh gấp đôi. V.v.

Tuy nhiên, ngày và tuổi này tuy nhiên bóng đèn sợi đốt đang trên đường ra và đèn LED đang thay thế chúng vì một lý do chính đáng (như không cháy hết mỗi vài tháng hoặc lâu hơn). Nhưng đèn LED thì khác và tuân theo các quy tắc khác nhau, điều mà tôi không hiểu rõ về bản thân mình.

Tôi đã tự hỏi - đèn LED có thể được sử dụng theo cùng một cách? Tôi biết rằng để một đèn LED có thể sử dụng theo cách tương tự như bóng đèn cổ điển, bạn cần đặt nó nối tiếp với một điện trở, nếu không nó sẽ hút quá nhiều dòng điện và cháy hết. Tôi nghĩ bạn thậm chí có thể mua đèn LED với điện trở tích hợp. Nhưng họ sẽ làm việc theo cùng một kiểu? Thay đổi điện áp sẽ được đi kèm với thay đổi độ sáng tương ứng?

Đèn LED là một con thú rất khác so với bóng đèn sợi đốt. Đèn LED thuộc về một loại thiết bị được gọi là thiết bị phi tuyến tính . Những điều này không tuân theo Luật Ohm theo nghĩa cổ điển (tuy nhiên Luật Ohm vẫn được sử dụng cùng với chúng).

Một đèn LED (rõ ràng) là một dạng của diode. Nó có điện áp chuyển tiếp là điện áp mà diode bắt đầu dẫn. Khi điện áp tăng, diode sẽ dẫn điện tốt như thế nào, nhưng nó làm điều đó theo kiểu phi tuyến tính .

Với một đèn LED, dòng điện chạy qua nó sẽ quyết định độ sáng của nó. Việc tăng điện áp làm tăng dòng điện, vâng, nhưng khu vực xảy ra mà không có dòng điện quá nhiều là rất nhỏ. Trong đường cong màu đỏ phía trên, có thể là một chút nhỏ bé xung quanh 1,5V, và khi bạn đạt đến 2V, dòng điện sẽ tắt và đèn LED bị cháy.

Việc đặt các đèn LED nối tiếp sẽ tổng hợp các điện áp chuyển tiếp, do đó bạn phải cung cấp điện áp cao hơn để dẫn điện, nhưng vùng có thể điều khiển vẫn chỉ là nhỏ.

Vì vậy, chúng tôi kiểm soát dòng điện thay vì điện áp, và lấy điện áp chuyển tiếp làm giá trị cố định. Bằng cách bao gồm một điện trở trong mạch để lấp đầy khoảng cách giữa điện áp cung cấp và điện áp chuyển tiếp, hạn chế dòng điện trong quá trình hoặc bằng cách sử dụng một dòng điện không đổi nguồn cung cấp , chúng ta có thể đặt dòng điện mà chúng ta muốn chạy qua đèn LED và do đó thiết lập độ sáng. Bằng cách tăng dòng điện, nhưng không tăng điện áp (hoặc chỉ một lượng không đáng kể và hoàn toàn là sự cố), chúng tôi tăng độ sáng.

Công thức tính điện trở để sử dụng cho một dòng điện cụ thể là:

Ở đâu là điện áp cung cấp, V F là điện áp chuyển tiếp LED và I F là dòng chuyển tiếp LED mong muốn.$V_S$$V_F$$I_F$

Không, một đèn LED tự nó (không có điện trở hoặc các thiết bị điện tử khác) hoạt động hoàn toàn khác với bóng đèn.

Có một cái nhìn vào bảng dữ liệu này của một đèn LED ngẫu nhiên.

Cuộn xuống trang có nhiều biểu đồ. Biểu đồ thứ ba cho thấy cường độ tương đối (ánh sáng) so với dòng qua đèn LED:

(Nguồn: Bảng dữ liệu 334-15 / T1C1-4WYA)

Bạn sẽ nhận thấy rằng đường cong này có phần tuyến tính, nghĩa là gấp đôi dòng điện sẽ cung cấp cho bạn gấp đôi ánh sáng.

Những gì chúng ta đã học được: độ sáng của đèn LED tỷ lệ thuận với dòng điện chạy qua nó.

Nhưng những gì hiện tại bạn nhận được cho một điện áp nhất định?

Nhìn vào biểu đồ 2:

(Nguồn: Bảng dữ liệu 334-15 / T1C1-4WYA)

Chuyển tiếp dòng điện so với điện áp chuyển tiếp, chú ý cách dòng điện tăng nhanh đối với điện áp trên 3 Volt. Chỉ 0,5 V nữa cho 4 x hiện tại! Đường cong này cũng thay đổi giữa đèn LED và nhiệt độ.

Đó là lý do tại sao tốt hơn là cung cấp đèn LED với dòng điện thay vì điện áp. Nếu bạn cung cấp một đèn LED a với điện áp, dòng điện không thể dự đoán được vì vậy độ sáng cũng không phải. Ngoài ra, nguồn điện cung cấp cho đèn LED sau đó sẽ thay đổi khi Nguồn là điện áp x dòng điện.

Tốt hơn là giữ một đèn LED ở một dòng không đổi để đó là lý do tại sao cần có điện trở loạt, những cái này giới hạn dòng điện với giá trị dự định. Không chính xác nhưng đủ gần cho hầu hết các mục đích.

Với điện trở sê-ri đặt một đèn LED (+ điện trở) phần nào hoạt động giống như bóng đèn theo nghĩa là sự thay đổi độ sáng tỷ lệ thuận với điện áp bạn áp dụng.

Bóng đèn LED & bóng đèn sợi đốt gần như trái ngược nhau về đặc điểm.

• Đèn LED giảm trong R với điện áp tăng.

• Kháng chiến của BULB tăng gấp 10 lần khi bật. Điều này là do PTC nhiệt theo cấp số nhân (+) lớn của dây tóc vonfram. Trong khi đó, đèn LED thì ngược lại, với giá trị NTC (-) tuyến tính nhỏ.

  • Đèn LED không thể xử lý điện áp âm. Tất cả được đánh giá tối đa @ -5V.
  • BULB dễ dàng đi cả hai chiều, AC-DC

• Đèn LED sử dụng dây siêu âm Au "micron thin", vì hàn sẽ giết chết nó.

• BULBs ... hoạt động ở 2500'C

  • Đèn LED cần bảo vệ chống tĩnh điện.
  • BULB hấp thụ ESD mà không có vấn đề gì.

• Đèn LED có đủ màu sắc của cầu vồng và hơn thế nữa.

• BULB đều giống nhau, có màu trắng

  • Đèn LED có thể phát hiện ánh sáng với dòng điện đầu ra nhỏ như photodiod.
  • BULB không thể phát hiện ánh sáng.

• Đèn LED là một mặt ngay cả với một chất nền trong suốt.

• BULB là đa hướng.

Vì vậy, khi bạn thêm tất cả, bạn phải hiểu sự khác biệt để làm cho chúng hoạt động trong cùng một môi trường năng lượng. Hoặc người khác dựa vào một giải pháp kỹ thuật để làm cho chúng đơn giản để sử dụng.

Nếu bạn mua đèn LED với điện trở tích hợp, chúng sẽ hoạt động (gần như) chính xác theo cách đó.

Sản lượng ánh sáng của đèn LED gần như tỷ lệ thuận với dòng điện trên một phạm vi rộng.

Đối với điện áp tương đối cao $(Vb >> Vf)$ hiện tại tính toán như sau:

$V_b$: điện áp hoạt động

$V_f$: điện áp chuyển tiếp của LED

$R_i$: điện trở loạt dựng sẵn

$I=(V_b-V_f)/R_i$(đèn LED đơn). Có thể giảm (trong phạm vi dung sai 10%) gần đúng với $I=(V_b/R_i)$

cho hai người họ đọc: $I=(V_b-2*V_f)/(2*R_i)$có thể giảm xuống gần đúng:

$I=(V_b/(2*R_i))$

Do đó, khi đặt 2 đèn LED với điện trở sê-ri tích hợp nối tiếp, dòng điện giảm xuống còn một nửa dòng điện ban đầu.

Độ sáng của đèn LED phụ thuộc chủ yếu vào dòng điện chạy qua nó.

Một bóng đèn sợi đốt thông thường thực sự là một điện trở, nó tuân theo định luật ohms V = I * R. Nếu bạn tăng gấp đôi điện áp thì dòng điện sẽ tăng gấp đôi và công suất sử dụng sẽ tăng lên 4 lần (không hoàn toàn đúng, có một số nhiệt độ hiệu ứng liên quan nhưng đủ gần bây giờ).

Mặt khác, đèn LED là một diode, giống như hầu hết các điốt, nó có điện áp phân cực thuận tương đối cố định. Dưới điện áp đó không có dòng điện, trên dòng điện áp đó là không giới hạn nhưng điện áp bị giảm bởi điện áp phân cực. (Đây là một đơn giản hóa lớn nhưng đủ tốt cho hầu hết các tính toán thô)

Điện áp này là gì sẽ phụ thuộc vào các vật liệu được sử dụng và do đó sẽ phụ thuộc vào màu sắc. Thông thường ~ 1,8-2V cho màu đỏ, vàng hoặc xanh lục, ~ 3V cho màu xanh lam, trắng hoặc "xanh thật". Sự sụt giảm điện áp này sẽ tăng theo dòng điện nhưng chỉ bằng 0,1-0,2V, thông thường bạn có thể bỏ qua hiệu ứng này.

Như bạn đã chỉ ra trong câu hỏi, đèn LED thường được kết nối với một điện trở nối tiếp để hạn chế dòng điện. Tại sao?

Hãy nghĩ về đèn LED như một sự sụt giảm điện áp cố định, nó sẽ sử dụng một lượng điện áp cố định bất kể dòng điện. Vì vậy, nếu bạn kết nối trực tiếp đèn LED 2V với nguồn 3V, sẽ có 1V còn lại bị bỏ qua phần còn lại của mạch. Phần còn lại của mạch trong trường hợp này sẽ là các điện trở bên trong nguồn điện và dây dẫn. Các điện trở này thường khá thấp (thấp đến mức bạn thường bỏ qua chúng) và do đó một dòng điện lớn sẽ chảy.

Giả sử các điện trở nằm trong vùng 0,1 omh, điều này sẽ cho dòng điện I = V / R = (3-2) / 0.1 = 10 amps.

Công suất tiêu tán trong đèn LED sẽ là P = I * V = 10 * 2 = 20 watt.

Điều này sẽ làm nóng rất nhanh đèn LED đến điểm bị phá hủy. Thế giới thực phức tạp hơn một chút vì đèn LED không phải là điện áp cố định không có điện trở cố định hoàn hảo giả định nhưng kết quả cuối cùng cũng giống như vậy.

Nếu chúng ta thêm một điện trở loạt 100 ohms ngoài các điện trở bên trong thì dòng điện giảm xuống còn 10mA và đèn LED phát sáng độc đáo.

Thay đổi giá trị điện trở sẽ thay đổi độ sáng, hầu hết các đèn LED nhỏ được giới hạn ở mức tối đa khoảng 20mA và không thể nhìn thấy nhiều dưới 1mA. Nói chung, đi nhiều hơn 10mA hầu như không đáng chú ý (điều này nhiều hơn do cách mắt hoạt động hơn so với cách hoạt động của đèn LED). Bạn cũng có thể thay đổi độ sáng bằng cách bật và tắt chúng rất nhanh, điều này đơn giản hơn đối với các hệ thống kỹ thuật số để thực hiện và thường hiệu quả hơn đối với độ sáng nhận biết nhất định (một lần nữa do mắt hơn đèn LED), điều này cho phép bạn thay đổi độ sáng trong khi chỉ có một điện trở cố định duy nhất trong phần cứng. Nếu bạn đang dự định sử dụng một điện trở thay đổi để đặt độ sáng thì tốt hơn hết là bao gồm một giá trị cố định nhỏ để với điện trở biến đổi ở 0, dòng điện bị giới hạn ở 20mA.

Vậy nếu chúng ta thêm hai đèn LED nối tiếp thì sao?

Mỗi đèn LED cần 2V để bật. Hai đèn LED có nghĩa là 4V. Với nguồn 3V, chúng tôi không có đủ điện áp để chuyển tiếp phân cực cho điốt và vì vậy chúng sẽ chặn tất cả dòng chảy hiện tại. Các đèn LED sẽ tắt. Nếu bạn tăng điện áp và đặt điện trở giới hạn dòng chính xác thì cả hai sẽ bật. Vì độ sáng phụ thuộc vào dòng điện qua đèn LED và cả hai sẽ có cùng dòng điện nên chúng sẽ có cùng độ sáng (đối với cùng loại đèn LED).

Nếu chúng ta thêm hai đèn LED song song thì sao?

Nếu chúng ta thêm hai song song mỗi cái với điện trở riêng thì chúng là các mạch riêng biệt có hiệu quả. Giả sử nguồn cung cấp đủ là mỗi cái sẽ hoạt động như thể nó là duy nhất.

Nếu họ chia sẻ điện trở thì mọi thứ trở nên thú vị hơn. Về lý thuyết, điều này sẽ hoạt động tốt, bạn cần giảm một nửa giá trị điện trở để cung cấp cùng một dòng LED nhưng khác với điều bạn mong đợi nó hoạt động. Thật không may, không có hai đèn LED giống hệt nhau, tất cả chúng sẽ có điện áp phân cực rất khác nhau, điều đó có nghĩa là dòng điện sẽ truyền qua một cái nhiều hơn (nó sẽ là tất cả dòng điện qua một nếu nó không tăng điện áp nhỏ như dòng điện tăng mà chúng ta thường bỏ qua).

Điều này có nghĩa là hai đèn LED song song với một điện trở sẽ gần như không bao giờ có cùng độ sáng.

Nói chung, bất cứ thứ gì cần điều khiển một nhóm đèn LED (ví dụ đèn nền) sẽ sử dụng chuỗi đèn LED dài và tăng điện áp lên cao đến mức cần thiết (trong lý do) để chúng có cùng độ sáng.

Mặc dù đèn LED không giống như đèn sợi đốt, câu trả lời vẫn là CÓ.

Sự khác biệt duy nhất trong các tính toán định luật ohms sẽ là trừ đi điện áp chuyển tiếp LED khỏi điện áp nguồn.

Sự khác biệt về điện áp chuyển tiếp của đèn LED so với dòng điện phía trước là không đáng kể.

Tôi đo điện áp của một chuỗi 16 đèn LED màu đỏ ở 200, 350 và 500mA. Các điện áp là 30,07, 31,20, 31,43. Thay đổi 1,02% từ 200 đến 500mA.