Annahme des Spannungsabfalls an Dioden (LEDs usw.)

Dies ist nur für allgemeine Fälle ein gültiger Ansatz, da die meisten LEDs zufällig einen Durchlassspannungsabfall nahe diesem Wert aufweisen.

Hier ist eine Tabelle aus Wikipedia zum Spannungsabfall verschiedener LEDs:

Sie können sehen, dass für einige Rot-, Orange-, Gelb- und einige Grüntöne 2 V nahe am Wert liegen. Ich nehme an, wenn Sie eine Schaltung mit ultravioletten LEDs herstellen würden, könnten Sie 3,5 oder 4 V annehmen. Wenn Sie nun den Durchlassspannungsabfall an den verwendeten LEDs tatsächlich kennen, wäre es viel sinnvoller, diesen Wert zu verwenden.

Ausgehend von dem, was echad gesagt hat, ist das Modell mit konstantem Spannungsabfall das einfachste und beschleunigt die Analyse. In Wirklichkeit hat der Spannungsabfall an Dioden eine exponentielle Beziehung.

Außerdem gibt es verschiedene Modelle zum Analysieren von Schaltkreisen, die Dioden enthalten.

Entnommen aus einem Lehrbuch, das ich in der Schule benutze, Microelectronic Circuits 6th Ed, von Sedra und Smith :

Grafische Analyse des Exponentialmodells unter Verwendung einer Lastlinie

Modell mit konstantem Spannungsabfall

Nun gilt dies für einfache Siliziumdioden, aber die gleiche Mathematik gilt für alle Dioden, nur die Parameter sind leicht unterschiedlich und der Abfall für LEDs fällt je nach Herstellung unterschiedlich aus.

Dioden haben sehr steile Ausgangskennlinien - unter einem bestimmten Spannungswert fließt fast kein Strom, und nachdem diese Spannung erreicht ist, ist der Stromanstieg sehr steil:

Dieser steile Stromanstieg bei$V_d$bedeutet im Wesentlichen, dass die Spannung nicht stark davon abweicht, egal welchen Strom Sie durch die Diode zwingen$V_d$.

Sie können argumentieren, dass die Spannung bei sehr großen Strömen erheblich ansteigen kann, aber in der Praxis wird dies nicht passieren. Was passieren wird, ist, dass, wenn der Strom über den Nennstrom einer Diode ansteigt, die Diode dauerhaft beschädigt wird (Kurzschluss, Leerlauf oder andere negative Auswirkungen).

Aus den oben genannten Gründen wird, wenn die Diode vorhanden und leitend ist, ein Spannungsabfall von Größenordnung auftreten$\approx V_d$gegenüber von.

Nun fragen Sie vielleicht: "Aber woher wissen wir a priori , dass die Diode leitet?". Gute Frage. Wir können dies wirklich nicht a priori wissen , aber wir können annehmen, dass dies der Fall ist, und eine Analyse der Schaltung durchführen. Nachdem die Analyse abgeschlossen ist, müssen wir sicherstellen, dass alle Spannungen und Ströme in unserem Stromkreis konsistent sind. Wenn ja - unsere Annahme war richtig. Wenn wir andererseits feststellen, dass der Spannungsabfall (wie aus der Analyse folgt) an der Diode unter seinem liegt$V_d$, dann ist es ein Widerspruch und unsere Annahme war falsch - die Diode befindet sich im Sperrbereich und verhält sich wie ein offener Stromkreis.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Durchlasscharakteristik der Diode zu modellieren, eine der einfachsten Formen ist das Modell mit konstantem Spannungsabfall

Abgesehen davon gibt es auch

• Das Exponentialmodell
• Stückweise lineares Modell

Was das Konstantspannungsabfallmodell nützlich macht, ist, dass es die Analyse von Schaltungen beschleunigt. Sie tauschen jedoch Qualität gegen Zeit. Das Exponentialmodell liefert Ihnen die genaueste Antwort aus diesen drei Modellen.

Es ist einfach eine Faustregel. Ob die Annäherung gut genug ist oder nicht, hängt von der Frage ab, die Sie stellen, warum Sie sie stellen und wie genau die Antwort sein soll. Wenn Sie sich beispielsweise für LEDs annähern, liegt dies häufig daran, dass Sie versuchen, den Strom zu begrenzen, damit Sie die LED nicht beschädigen, und Sie schießen fast auf eine Schätzung der Größenordnung (na ja, ein bisschen besser als das).

Wenn Sie es besser brauchen, können Sie die IV-Kurve der Dioden parametrisieren oder eine Lastlinie erstellen, aber dies sind nicht unbedingt Zahlen, die Sie sehr genau kennen (ähnlich wie Beta für einen Transistor, also funktionieren gute elektronische Designs, obwohl solche Parameter können stark variieren.

Wie andere bereits betont haben, unterscheidet sich der Spannungsabfall als Faustregel für verschiedene Farben.

Es ist eine gültige Annahme, wie, oder genauer gesagt, woraus LEDs bestehen. Aus Jahrzehnten der gemeinsamen Herstellung von LEDs mit einem gemeinsamen Material, das wir vollständig verstehen, sind Vereinfachungen und Annahmen über ihre Funktionsweise für die meisten praktischen Anwendungen gut genug.

Ihre durchschnittliche rote LED hat einen Abfall von 1,8 V bis 2,0 V, basierend auf dem Halbleitermaterial, aus dem sie besteht. Blues sind in der Regel 3,2 V.

Aus dem gleichen Grund wird das Ohmsche Gesetz verwendet, obwohl es das Johnson-Nyquist-Rauschen oder die Temperatur nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund wird die Newtonsche Physik immer noch verwendet, obwohl sie leicht fehlerhaft ist und von der Relativistischen und Quantenphysik weitgehend abgelöst wird.

Für die meisten praktischen, einfachen Anwendungen sind Annäherungen in Ordnung. Die Verwendung einer Diode oder LED mit einem Abfall von 1,8 V bei der Berechnung eines Abfalls von 2,0 V wirkt sich auf die meisten Schaltkreise nicht aus, es sei denn, dieser Unterschied von 0,2 V ist so wichtig. Aus demselben Grund, aus dem ich 2,2 Unzen Butter für meine Pfannkuchenmischung anstelle von genau 2,0 Unzen eingieße, werden meine Pfannkuchen nicht zu Brei. Es ist nah genug, dass die leichte Abweichung keine Rolle spielt.

Es ist eine gültige Annahme, weil sie nahe genug an der Wahrheit liegt, dass der Unterschied in vielen Fällen vernachlässigbar ist. Siehe zum Beispiel diese Grafik von LTL-307EE :

Beachten Sie, dass die Spannungsachse bei beginnt$1.2V$, und über den typischen Betriebsbereich der Diode variiert die Spannung nur etwa$0.6V$. Das liegt vor allem am Innenwiderstand der Diode , der in diesem Fall ca$13\Omega$. Wenn Sie diese Diode in Reihe mit a schalten$4.7k\Omega \pm 1\%$Widerstand, dann die$13\Omega$Der Widerstand der LED ist im Vergleich zu dem von Ihnen hinzugefügten Widerstand, der abweichen kann, ziemlich unbedeutend$\pm47\Omega$ab dem Nennwert von$4700\Omega$. Anders gesagt, das$13\Omega$des Widerstands von der LED repräsentiert a$0.28\%$Fehler in Ihren Berechnungen.