Điều gì xảy ra nếu một đèn LED được kết nối với điện áp cung cấp lớn hơn điện áp rơi?

Sự hiểu biết của tôi về điện trở và điện áp là khủng khiếp. Tôi nghe nói rằng với định luật Kirchhoff, (theo cách nói của tôi, xin vui lòng sửa lại) điện áp được sử dụng bởi mạch phải bằng điện áp được cung cấp. Ví dụ: nếu tôi có pin 9 V, tôi phải sử dụng tất cả 9 V của nó.

Hãy nói rằng tôi có một đèn LED với điện áp phân cực thuận điển hình là 3,1 V, có nghĩa là nó mất 3,1 V trong khi tạo ra ánh sáng. Đèn LED nếu 9 V được sử dụng, cháy hết?

Điều đó rất có thể đúng, nhưng một ví dụ hay sẽ thực sự khiến sự hiểu biết của tôi trở nên trực quan hơn.

Đây là một trong những tình huống mà vấn đề của bạn không phải là bạn giỏi phân tích hay kiến ​​thức cơ bản bạn có thể có, mà đơn giản là bạn không biết gì về những gì bạn không biết. Điều này luôn làm cho bước đầu tiên vào điện tử trở nên rất cao.

Trong trường hợp ví dụ của bạn, bạn không biết gì về pin?

1. Điện áp đầu cuối của một pin lý tưởng sẽ không bao giờ thay đổi (ít nhất là cho đến khi tất cả dung lượng lưu trữ năng lượng được sử dụng). Vì vậy, phải có các yếu tố ảnh hưởng đến điện áp đầu cuối và khả năng năng lượng hữu ích của nó. Một danh sách nhanh là hóa học, khối lượng vật liệu, nhiệt độ và thiết kế cực dương / cực âm.
2. Một pin thực tế có dung lượng hạn chế và nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến điện áp đầu cuối và khả năng hiện tại tiềm năng có thể được đưa vào một thành phần mô hình gọi là 'Điện trở trong'. Trong mô hình cho hầu hết các pin lớn hơn, đây sẽ là phân số của ohm. Tuy nhiên, pin cũng có các yếu tố khác như điện dung và điện cảm để làm cho tình hình phức tạp hơn. Bạn có thể bắt đầu bằng cách đọc về các mô hình pin với các văn bản như thế này .

Một ví dụ tuyệt vời về pin lớn hơn với điện trở trong rất nhỏ là pin xe 12 V. Tại đây, khi bạn khởi động xe, phải mất hàng trăm Ampe (công suất và dòng điện trong phạm vi 600 A) để chuyển động cơ và điện áp đầu cuối có thể giảm từ 13,8 V (pin ắc quy axit chì được sạc đầy) 10 V khi quay tay. Vì vậy, điện trở trong có thể là (sử dụng Luật Ohms) chỉ 6 milliohms hoặc hơn.
Bạn có thể mở rộng suy nghĩ cho ví dụ này thành các loại pin nhỏ hơn như pin AA, AAA và C và ít nhất là bắt đầu hiểu được sự phức tạp của pin.

Bây giờ bạn không biết gì về đèn LED?

1. Độ phức tạp của mô hình điện cho một diode (dù chỉ là bộ chỉnh lưu hay đèn LED) là vô cùng lớn. Nhưng chúng ta có thể đơn giản hóa nó ở đây và nói rằng đơn giản nhất là bạn có thể biểu diễn một diode bằng điện áp Bandgap với điện trở nối tiếp. Bạn có thể bắt đầu ở đây bằng cách bắt đầu tìm hiểu về nhiều gói SPICE và cuộc thảo luận này trên StackExchange có thể là một điểm khởi đầu tốt.
2. Tất cả các thiết bị bán dẫn có một giới hạn thực tế về lượng điện năng mà chúng có thể tiêu tán. Điều này liên quan chủ yếu đến kích thước vật lý của thiết bị. Thiết bị càng lớn thì càng có nhiều năng lượng có thể tiêu tan.

Bây giờ bạn có thể xem xét đèn LED của bạn. Bạn nên bắt đầu bằng cách cố gắng hiểu bảng dữ liệu cho thiết bị. Mặc dù nhiều đặc điểm bạn sẽ không hiểu bạn đã biết (từ câu hỏi của bạn), điện áp chuyển tiếp (Vf) và bạn có thể tìm thấy giới hạn hiện tại và mức tiêu thụ năng lượng tối đa trong biểu dữ liệu.
Được trang bị với những thứ bạn có thể tìm ra điện trở loạt bạn cần để giới hạn dòng điện để bạn không vượt quá giới hạn tiêu tán công suất của đèn LED.

Định luật điện áp của Kirchhoff cho bạn một gợi ý lớn rằng vì điện áp trên đèn LED khoảng 3,1 V (và đường cong dòng dữ liệu cho bạn biết bạn có thể không bao giờ áp dụng được 9 V), bạn phải cần một thành phần mô hình gộp trong mạch.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Lưu ý: trở kháng bên trong pin được hiển thị ở trên chỉ đơn giản được chỉ định để làm cho việc tính toán dễ dàng. Tùy thuộc vào loại pin (chính hoặc có thể sạc lại), điện trở trong có thể khác nhau. Kiểm tra bảng dữ liệu pin của bạn.

Có thể phần tử chưa biết ở trên chỉ đơn giản là một đoạn dây (không có phần tử)?
Nó có thể .... nhưng chúng ta có thể tính toán kết quả một cách dễ dàng.
Với hai phần tử điện áp lý tưởng (9 V và 3,1 V), các điện trở phải có 5,9 V trên chúng (vòng điện áp của Kirchhoff). Do đó, dòng chảy phải là 5,9 / 10,1 = 584 mA.
Công suất tiêu tán trong đèn LED là (3,1 * 0,584) + (0,584 ^ 2 * 10) = 5,2 Watts. Vì đèn LED của bạn có thể được đánh giá ở mức chỉ 300 mW hoặc hơn, bạn có thể thấy rằng nó sẽ nóng lên đáng kể và trong tất cả các khả năng thất bại trong vài giây.

Bây giờ nếu phần tử chưa biết là một điện trở đơn giản và chúng tôi muốn dòng điện qua đèn LED là 20 mA, chúng tôi có đủ để tính giá trị.

Điện áp đầu cực của pin sẽ là (9 - (0,02 * 0,1)) = 8,998 V Điện áp đầu cuối của đèn LED sẽ là (3,1 + (0,02 * 10)) = 3,3 V

Vì vậy, điện áp trên điện trở không xác định là 5.698 và dòng điện qua nó 20 mA. Vậy điện trở là 5.698 / 0,02 = 284,9 Ohms.

Trong các điều kiện này, cân bằng điện áp vòng và đèn LED vượt qua giá trị thiết kế là 20 mA. Do đó, công suất tiêu tán của nó là ((3,3 * 0,02) + (0,02 ^ 2 * 10)) = 70 mW .... hy vọng tốt trong khả năng của một đèn LED nhỏ.

Hi vọng điêu nay co ich.

Có, đèn LED có thể sẽ bị hỏng. Đó là truyện ngắn.

Trong thực tế, điện áp pin sẽ giảm một chút vì nó sẽ tạo ra rất nhiều dòng điện (pin có điện trở trong thay đổi theo trạng thái sạc, lịch sử xả, nhiệt độ và các yếu tố khác - có thể là vài ohms cho pin 9V mới) và các điện áp LED sẽ tăng (đèn LED tăng điện áp với dòng điện trong một cách phi tuyến) cho đến khi hai chính xác đáp ứng (nếu bạn bỏ qua một chút thả trong dây).

Vì vậy, giả sử điện áp pin giảm xuống 5V và pin đang cung cấp 1,5A. Điều đó có nghĩa là điện áp chuyển tiếp LED là 5V và nó đang tiêu tan 5V * 1.5A = 7.5W, có nghĩa là nó sẽ rất nhanh bị cháy, giả sử đó là đèn LED chỉ báo nhỏ 3 mm hoặc 5 mm.

Nếu đèn LED 3.1V của bạn tình cờ là một chùm xúc xắc LED song song và có khả năng xử lý an toàn (giả sử) 2A, mặt khác, điện áp pin sẽ giảm xuống mức tương tự như 3.1V (do điện trở trong của pin, giống như trên) và đèn LED sẽ sáng với công suất đầu vào khoảng 6W. Tất nhiên, pin sẽ nhanh chóng cạn kiệt (tốt nhất là - hoặc có thể rất nóng và có thể phát nổ dữ dội. Một số loại, như pin NiCd hoặc pin Lithium không được bảo vệ, có thể nguy hiểm hơn các loại khác.

Đây là những gì xảy ra: đầu tiên, tôi kết nối một đèn LED màu xanh lá cây đúng với 9 V bằng cách sử dụng điện trở 1 kΩ để bắt điện áp dư.

Sau đó không có.

Đáng kinh ngạc, sau đó, một lần nữa với một điện trở, đèn LED vẫn hoạt động, nhưng đáng chú ý là mờ hơn.

Đừng thử điều này ở nhà trẻ em ... ngoại trừ, quái gì, tại sao không ... đó là khoa học !

Tại sao nó lại sáng màu vàng / đỏ trước khi phát sáng ra, tôi không biết. Có lẽ kết quả là khác nhau cho mỗi loại đèn LED.

Trong thực tế, có một số điện trở "ẩn" hoặc ký sinh trong ví dụ giả thuyết của bạn mà bạn không biết. Đối với người mới bắt đầu, pin có một loạt kháng nội bộ. Đèn LED cũng có điện trở như tất cả các dây trong mạch của bạn. Điện áp giảm trên tất cả các điện trở này cộng với điện áp bên trong của đèn LED sẽ tăng thêm điện áp pin.

Câu hỏi duy nhất là: Hiện tại điều này xảy ra là gì? Nếu nó đủ cao, đèn LED của bạn sẽ nấu và cháy lên. Điện trở bổ sung ở dạng điện trở thực nối tiếp với đèn LED sẽ ngăn chặn vấn đề này. Xác định giá trị của điện trở đó là cơ hội để áp dụng định luật Ohm.

Sơ đồ này, với vôn trên Xaxis và dòng điện trên Yaxis, được sử dụng để "giải quyết" phương trình đồ thị cho các bộ chia điện áp 2 thành phần nối tiếp. Nó có thể được sử dụng cho bộ chia điện trở thuần, hoặc như ở đây với diode & điện trở.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Đặt một thành phần thứ hai trong chuỗi, để chia sẻ điện áp. Ví dụ, bạn muốn đèn LED hoạt động an toàn với 3,1 volt của nó và có một LISTI để sử dụng hết [9 - 3,1] = 5,9 volt không cần thiết. Ở 10mA (mà bạn có thể xem là 100 ohms mỗi volt), bạn cần 100 Ohms / Volt * 5.9 volts = 590 Ohms. Giá trị phổ biến là 560 Ohms và 620 Ohms.

Bạn cần một mạch nối tiếp ở đây: nguồn ở mức 9 volt, và sau đó HAI thành phần để chia sẻ điện áp pin.

Bây giờ chúng ta hãy sử dụng biểu đồ IV giống như một biểu đồ để giải quyết các bộ chia điện áp.

^{mô phỏng mạch này}

Câu trả lời cho câu hỏi tiêu đề của bạn là: Đèn LED sẽ sáng.

Điều đáng mừng là hiện tại của bạn nằm trong giới hạn tối thiểu và tối đa của đèn LED được đề cập.

Một dòng điện thấp sẽ khiến nó cháy mờ và dòng điện định mức sẽ khiến nó cháy sáng. Quá nhiều hiện tại sẽ thổi đèn LED.

Bạn giới hạn dòng điện đến giá trị mong muốn của bạn (thường là 15 đến 20mA) bằng cách đặt điện trở chính xác vào mạch.

Sử dụng luật Ohm để làm việc đó. R (ohms) = V (vôn) / I (amps).

Trong giới hạn hợp lý, điện áp khá không liên quan đến đèn LED, nó là dòng điện chiếu sáng nó. Tất nhiên bạn phải có một điện áp đủ để vượt quá mức giảm điện áp bên trong của đèn LED ở đầu thấp.

Không phải tất cả các nguồn cung cấp 9 V đều như nhau. Một số sẽ thổi đèn LED và một số thì không. (Nó phụ thuộc vào dòng điện ngắn mạch hoặc điện trở trong.)

9 V - 3,1 V = 5,9 V là 'mất tích.' Điều này được thả bên trong nguồn cung cấp 9 V, dây và bên trong đèn LED. (Đây là các điện trở gây ra sự mất điện áp hoặc sụt điện áp.)

Rất khó để thổi bất cứ thứ gì mà không có nhiệt, (ngoại trừ tĩnh trong MOS.) Nhiệt cần có thời gian để tích tụ (và giải phóng khói. :-)

Nhiệt phá hủy LED là do điện áp 3,1 V, điện trở trong của LED, dòng điện (V / R) và thời gian. Một phần nhiệt (trước khi khói xảy ra) bị mất cho môi trường. Đó là lý do tại sao tản nhiệt được sử dụng trong một số mạch để ngăn khói.

Trong phép tính gần đúng đầu tiên, bỏ qua các điện trở trong, đèn LED có các đặc tính chuyển tiếp I / V theo cấp số nhân. Trong thực tế, đó là đặc điểm của đường giao nhau phân cực thuận: các thiết bị thực có điện trở trong chuỗi, điển hình là một số Ohms.

Độ giảm điện áp "danh nghĩa" của đèn LED chỉ là một điểm trên các đặc tính, Thông thường, điện áp tương ứng với 20 mA hoặc dòng điện chuyển tiếp danh định xác định.

Khi bạn đặt đèn led của bạn qua các cực pin, bạn tạo một mạch nối tiếp bao gồm nguồn điện áp "lý tưởng" là 9 V, đèn LED và điện trở bên trong của pin (giả sử, 2 Ohm)

Điểm làm việc của đèn LED của bạn là giao điểm của các đặc tính chuyển tiếp của nó với đường tải được xác định bởi điện áp nguồn (9V) và điện trở trong của pin. Điện áp rơi trên đèn LED của bạn sẽ cao hơn nhiều so với 3,1 V. danh nghĩa.

Trừ khi đèn LED của bạn là một thiết bị có dòng điện cao, dòng điện sẽ vượt quá giá trị danh nghĩa và đèn LED sẽ bị hỏng hoặc thổi.

Đèn LED (và điốt nói chung) là một số lẻ. Là một xấp xỉ đầu tiên dưới ngưỡng điện áp, không có dòng điện nào có thể chạy qua, nó không bị hạn chế về dòng điện.

Hãy nghĩ về nó như một con đập, khi nước ở dưới đập nó bị chặn hoàn toàn. Khi mực nước vượt qua đỉnh đập, dòng chảy của nó không bị giới hạn tuy nhiên bạn vẫn mất số lượng giữ phía sau đập.

Vì vậy, với đèn LED có ngưỡng 3,1V nếu bạn áp dụng 9V, bạn vẫn còn 5,9V để sử dụng hết. Điều này sẽ được sử dụng hết bởi các điện trở trong mạch như được mô tả bởi định luật Ohm, V = I * R. Nếu bạn chưa thêm bất kỳ điện trở nào thì R là điện trở trong của pin và điện trở của dây dẫn của bạn. Các điện trở trong này thường đủ nhỏ để bạn có thể bỏ qua chúng nhưng trong trường hợp này chúng là tất cả những gì bạn có. Điện trở nhỏ và điện áp cố định có nghĩa là dòng điện sẽ rất cao. Đèn LED sẽ có dòng điện tối đa nó có thể tồn tại, khoảng 20mA cho đèn LED thông thường. Nếu bạn vượt quá điều này, họ sẽ quá nóng và tự hủy diệt.

Như tôi đã nói lúc đầu, đây chỉ là một xấp xỉ của một đèn LED, trong thực tế, điện áp rơi không tăng theo dòng điện. Tuy nhiên, mức tăng đó không lớn, nói chung nếu bạn đang ở trong tình huống cần phải tính đến nó thì bạn đang làm một việc gì đó rất nhạy cảm, một thứ gì đó có công suất cao hoặc bạn đang chạy quá gần với giới hạn thành phần để bắt đầu. Sự gia tăng chắc chắn không đủ để tác động đến kết quả cuối cùng trong kịch bản này.

Mọi thứ đều có sức đề kháng. Giai đoạn = Stage!

• Điều đó bao gồm pin (ESR), điốt (R), cuộn cảm (DCR). (ESR) và thậm chí cả điện trở (R);)
  • Vòng lặp điện áp Kirchhoff (KVL) 'Dạy cách sử dụng điện áp còn lại đó
    • đây là sau khi tất cả các điện áp cung cấp được thêm hoặc trừ
    • với tổng của tất cả các phần trong chuỗi, mỗi phần có điện trở
  • do đó KVL dạy cho bạn cách tính tốc độ dòng điện hoặc tốc độ dòng chảy của các đơn vị tính theo đơn vị Amperes hoặc Hồi Amps? = 1000 milliamperes (mA)

• do đó, Vv còn sót lại này là tổng của tất cả các phần R trong một vòng lặp.

  • khi nó là một dây dẫn tốt, chúng ta thường (nhưng không phải luôn luôn) bỏ qua điện trở và sụt áp.

• do đó I = V / R của mỗi phần sau điện áp còn lại và tổng điện trở vòng được biểu thị theo tỷ lệ.

• các bộ phận có thể xử lý RẤT NHIỀU năng lượng phải có R thấp (ngoại trừ trong lý thuyết ở trường tiểu học, chúng tôi nói rằng pin lý tưởng có R = 0)

• tất cả các độ tương tự điốt có điện trở thấp hơn điện áp ngưỡng, Vt, nếu được đánh giá để có nhiều năng lượng hơn, ở điện áp chuyển tiếp định mức Vf

Đèn LED 3V có ngưỡng khoảng 2,8V và sau đó có thể là 3,1V +/- 10% tùy theo dung sai rộng và tất nhiên, công suất

 - 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

Vì vậy, với một đèn LED trắng 1W và một pin 9V kiềm, điện áp còn lại của điện thoại thế giới và dòng điện thế nào?

• Làm thế nào để bạn chọn R để giới hạn hiện tại?
• Làm thế nào để chọn xếp hạng sức mạnh và tăng nhiệt độ.

(9V-2.8V) / (6x1 + (0,5 đến 1) + R) = 0,3A = 300 mA

giải quyết cho R

Gợi ý nếu R = 0, đèn LED sáng và quá nóng để tồn tại

Mũ có ESR nhưng là cách điện = dielectrics, chúng chặn DC nhưng tiến hành AC.