teniendo en cuenta la resistencia del LED

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Estoy haciendo un laboratorio simple (soy un EE hobby) para reforzar las matemáticas de la ley de mi ohm y aprender un poco sobre cómo hacer las mediciones adecuadas con un multímetro.

Tengo un circuito simple con una resistencia de 2.2k ohmios conectada en serie con un LED. Todo funciona bien hasta el punto en que voy a calcular la caída de voltaje a través de la resistencia y el LED.

Mis cálculos iniciales solo representaban la resistencia de 2.2k ohmios. Como tal conseguí que el voltaje completo cayera a través de la resistencia. Sin embargo, cuando medí el circuito real, encontré que el resultado era casi la mitad del voltaje de entrada, lo que me indicaría

Mis matemáticas están mal
Hay resistencia que no se tiene en cuenta

Lo único que queda por explicar es el LED. ¿Cuál es el mejor método para determinar la resistencia de un LED simple? Traté de hacer lo que hago con resistencias (sostenlo con las puntas de las sondas) pero no obtengo una lectura adecuada. ¿Hay alguna técnica que me falta aquí?

led resistors ohms-law Hombre libre
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Los LED no siguen la ley de Ohm, su caída de voltaje está más cerca de la constante que de una relación lineal con la corriente. Su multímetro puede tener un modo para medir la caída de voltaje del diodo.

microtherion

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Los LED no se modelan mejor como una resistencia pura. Como se señaló en algunas otras respuestas, los LED reales tienen resistencia, pero a menudo esa no es la principal preocupación al modelar un diodo. Gráfico de relación de corriente / voltaje de un LED:

diodo

Ahora este comportamiento es bastante difícil de calcular a mano (especialmente para circuitos complicados), pero hay una buena "aproximación" que divide el diodo en 3 modos de operación discretos:

Si el voltaje a través del diodo es mayor que Vd, el diodo se comporta como una caída de voltaje constante (es decir, permitirá que se mantenga la corriente V = Vd).
Si el voltaje es menor Vdpero mayor que el voltaje de ruptura Vbr, el diodo no conduce.
Si el voltaje de polarización inversa está por encima del voltaje de ruptura Vbr, el diodo nuevamente se vuelve conductor y permitirá que se mantenga cualquier corriente que se mantenga V = Vbr.

Entonces supongamos que tenemos un circuito:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Primero, vamos a asumir eso VS > Vd. Eso significa que el voltaje a través Res VR = VS - Vd.

Usando la ley de Ohm, podemos decir que la corriente que fluye a través de R (y por lo tanto D) es:

yo = \frac{V_{R}}{R}

$\begin{equation} I = \frac{V_R}{R} \end{equation}$

Enchufemos algunos números. Digamos VS = 5V, R = 2.2k, Vd=2V(un LED rojo típico).

V_{R} = 5 5 V - 2 V = 3 V yo = \frac{3 V}{2.2 2.2 k Ω} = 1,36 metro UN

$\begin{equation} V_R = 5V - 2V = 3V\\ I = \frac{3V}{2.2k\Omega} = 1.36 mA \end{equation}$

Ok, ¿y si VS = 1VR = 2.2ky Vd = 2V?

Esta vez, VS < Vdy el diodo no conduce. No hay corriente que fluya R, así que VR = 0V. Eso significa VD = VS = 1V(aquí, VDes el voltaje real a través D, donde-como Vdes la caída de voltaje de saturación del diodo).

helloworld922
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+1 Cosas básicas pero muy buena explicación para principiantes.

Rev1.0

1

¿Qué quieres decir con "V de d" y "V de s"? No pude encontrar un punto en tu publicación donde indicas claramente el significado de los sub-guiones. Gracias.

Iam Pyre

Vd= voltaje a través del diodo D. Vses el voltaje de la fuente (etiquetado en el diagrama del circuito).

helloworld922

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Contrariamente a algunas de las otras respuestas, los LED no tienen resistencia. Es pequeño, pero no insignificante. La resistencia por sí sola no es suficiente para caracterizar su comportamiento, pero decir que los LED no tienen resistencia es una simplificación válida solo a veces .

Vea, por ejemplo, este gráfico de la hoja de datos para LTL-307EE , que elegí sin otra razón que no sea el diodo predeterminado en CircuitLab, y un LED indicador bastante típico:

corriente directa vs voltaje

¿Ves cómo la línea es esencialmente recta y no vertical por encima de 5 mA? Eso se debe a la resistencia interna del LED. Esta es la suma de la resistencia de los cables, los cables de enlace y el silicio.

$I$ $V_D$

yo = {yo}_{S} ({mi}^{V_{re} / / (norte V_{T})} - 1)

$I=I_S\left(e^{V_D/(nV_T)}-1\right)$

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

Considere la relación corriente-voltaje para una resistencia, que está dada por la ley de Ohm :

yo = \frac{V}{R}

$I = \frac{V}{R}$

$0V, 0A$ $R$

Aquí hay un gráfico con una resistencia, un diodo "ideal" según la ecuación de diodo de Schockley y sin resistencia, y un modelo más realista de un LED que incluye algo de resistencia:

gráfico de corriente-voltaje

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

\frac{2,4 V - 1,8 V}{50 metro UN - 5 5 metro UN} = \frac{0.6 V}{45 metro UN} = 13 Ω

$\frac{2.4V - 1.8V}{50mA-5mA} = \frac{0.6V}{45mA} = 13\Omega$

$13\Omega$

Por supuesto, también debe incluir la caída de tensión directa del LED en sus cálculos, que es responsable del desplazamiento hacia la derecha entre la resistencia y las líneas de LED reales . Pero, otros ya han hecho un buen trabajo al explicar eso.

$13\Omega$ $1000\Omega$

Phil Frost
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Sabes tus cosas! Grats Bonito gráfico que representa la resistencia (rojo) + caída de voltaje = (ideal) diodo (verde)

e-motiv

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Los diodos, en general, no tienen resistencia (además de la pequeña cantidad de los conductores dentro del paquete), sin embargo, tienen una caída de voltaje a través de ellos, cuya cantidad depende del material semiconductor utilizado en su construcción. Para los LED típicos, esta caída de voltaje es de ~ 1.5V. La caída de voltaje está relacionada con el intervalo de banda en el semiconductor (la diferencia de energía entre el estado electrónico más elevado y la "banda de conducción"). Esta caída de voltaje depende ligeramente de la temperatura y de la corriente, pero no de manera significativa para una simple aplicación de LED.

Para ilustrar, aquí está la curva IV para un diodo típico, tenga en cuenta que la corriente aumenta asintóticamente después de alcanzar un cierto voltaje umbral. Tenga en cuenta que, a diferencia de una resistencia, la curva IV es muy no lineal.

robado descaradamente de wikipedia

Si conecta el diodo directamente a su batería sin una resistencia, la corriente en el diodo está determinada solo por la resistencia (muy pequeña) en el cableado y la resistencia interna de la batería, por lo tanto, la corriente en el diodo será enorme y (probablemente) se quemará, porque el diodo por sí solo no ofrece resistencia sino que conduce corriente.

Para responder a su pregunta, para calcular la corriente que fluye a través del diodo, necesita determinar el voltaje de suministro, restar la caída de voltaje del diodo y usar este nuevo voltaje más bajo para calcular la corriente usando su resistencia limitadora.

crasico
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Ya veo, eso es interesante. Voy a darle una oportunidad. Gracias. Entonces, dado que la caída de voltaje es más o menos constante, ¿la resto inmediatamente del voltaje? Solo trato de aclarar el razonamiento en mi cabeza.

Freeman

@Freeman: sí. Eche un vistazo a la hoja de datos para determinar el voltaje directo nominal de su diodo.

Rev1.0

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Soy un principiante y no soy un fanático de los diodos. Por ahora, para calcular la corriente que fluye a través del diodo, debe determinar el voltaje de suministro, restar la caída de voltaje del diodo y usar este nuevo voltaje más bajo para calcular la corriente que me sirvió.

Kohányi Róbert

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El LED tiene una caída de voltaje incorporada (debido a la naturaleza de un LED). Puede ver la hoja de especificaciones del LED que compró para determinar la caída. El color del LED generalmente afecta la caída de voltaje a través de él.

Para una explicación más detallada:

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

Savio
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teniendo en cuenta la resistencia del LED

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