Maximale Spannung vs. Strom für LED

Es gibt einige grundlegende Fehler in meinem Verständnis der Funktionsweise von LEDs oder Dioden im Allgemeinen. Hoffentlich kann jemand helfen und die einfache Frage verzeihen.

Wenn also eine LED mit einem Widerstand in Reihe geschaltet ist, scheint die LED immer einen Spannungsabfall von etwa 2 V zu haben (ein genauerer Wert kann dem Datenblatt entnommen werden). Dies bedeutet, dass der Spannungsabfall über dem Widerstand dem Spannungsabfall der Quelle minus 2 V entspricht und der Widerstand einfach so gewählt werden sollte, dass der Strom auf beispielsweise maximal 20 mA oder was auch immer im Datenblatt angegeben ist, begrenzt wird. Der relevante Punkt hier ist jedoch, dass die Größe des Widerstands die Verteilung der Spannungsabfälle (über den Widerstand gegenüber der LED) nicht beeinflusst. Die LED hat einen "fest verdrahteten" Spannungsabfall und der Widerstand übernimmt den Rest.

Was also, wenn wir ein anderes Szenario haben, in dem eine Zener-Diode verwendet wird, um die Spannung umzuwandeln? In diesem Fall habe ich also einen Zener und einen Widerstand in Reihe geschaltet, die an die Stromversorgung angeschlossen sind. Nehmen wir an, die Zenerdiode hat 5 V. Es ist "umgekehrt" angeschlossen, um diese Durchbruchspannung in Sperrrichtung zu nutzen. Der Widerstand ist so ausgelegt, dass der maximal gezogene Strom 20 mA für die gesamte Schaltung betragen kann. Die Schaltung ist hier zu sehen:

Schaltkreis

Der Spannungsabfall über dem Zener sollte jetzt 5 V betragen (vorausgesetzt, die Spannungsquelle hat eine höhere Spannung als diese) und der Widerstand begrenzt den Strom.

Nun stellt sich die Frage: Was passiert, wenn ich eine LED ohne Widerstand parallel zum Zener schalte? Ein Widerstand sollte für Strombegrenzungszwecke nicht erforderlich sein, da der Widerstand (in Reihe mit dem Zener) bereits den Strom begrenzt, sodass wir wissen, dass es niemals einen Überstrom gibt. Aber da die LED parallel zum Zener liegt, wird der Spannungsabfall darüber 5 V betragen, dh höher als zuvor. Dies unterscheidet sich also von dem Fall zuvor, in dem die Schaltung dafür sorgte, dass der Spannungsabfall über der LED 2 V betrug. Hier scheint dies nicht möglich zu sein, da nur die LED den gesamten Spannungsabfall aufnehmen muss.

Wird dieses Setup die LED beschädigen? Nach welchem ​​Wert sollte ich im Datenblatt suchen, um herauszufinden, welchen maximalen Spannungsabfall ich anwenden kann, wenn kein Widerstand vorhanden ist? In dem Blatt, das ich für eine typische LED habe, ist eine solche Spannung nicht unter den absoluten Höchstwerten aufgeführt. Aber ich nehme an, ich könnte nicht einfach einen Tropfen über 1000 V legen, selbst wenn ich versichert hätte, dass der Strom < 20 mA war?

Ich denke auch, ob die Drähte als (kleine) Widerstände in Reihe mit der LED fungieren und irgendwie die Überspannung aufnehmen.

Ein Schaltplan sagt mehr als 1000 Worte..
Guter Punkt, Diagramm hinzugefügt

Antworten (3)

Der Trick bei Dioden ist, dass sie eine exponentielle IV-Charakteristik haben. Das bedeutet, dass der durchfließende Strom exponentiell von der Spannung abhängt und ab einem bestimmten Punkt sehr kleine Spannungsänderungen zu sehr großen Stromänderungen führen. Der Widerstand dient im Wesentlichen als Rückkopplung, indem er die Spannung und den Strom mit einem besseren linearen Verhältnis in Beziehung setzt, das weniger empfindlich auf Spannungsänderungen reagiert (linear statt exponentiell). Die Exponentialcharakteristik einer Diode kann als Nullstrom modelliert werden, bis eine Schwellenspannung erreicht wird, dann ein konstanter Spannungsabfall. Unterhalb des Schwellenwerts ist die Diode ausgeschaltet („in Cutoff“), und oberhalb des Schwellenwerts ist sie in Durchlassrichtung vorgespannt.

Wenn Sie eine LED parallel zu einer Zenerdiode schalten, fließt höchstwahrscheinlich kein Strom durch die Zenerdiode (sie ist gesperrt) und der gesamte Strom fließt durch die LED. Dies liegt daran, dass Sie, wenn Sie versuchen, mehr als 2 V über eine LED zu legen (unter der Annahme, dass die Durchlassspannung 2 V beträgt), einen sehr hohen Stromfluss (Ampere, nicht mA) erhalten, den der Widerstand mit einem großen Spannungsabfall begrenzt. Die Schaltung stabilisiert sich also mit 2 V sowohl über die LED als auch über den Zener, aber es fließt nur wenig Strom durch den Zener. Sie werden die LED nicht beschädigen, solange der Widerstand den Strom auf etwas begrenzt, das die LED verarbeiten kann, aber der Zener wird nichts tun.

Danke, ich sehe, wo ich falsch gelaufen bin, auch dank der anderen Antworten ... mein Verständnis war zu einfach. Ich denke, wenn ich jetzt die Gleichungen ausarbeite und genauer darüber nachdenke, wird es klar sein :-)

Die Spannung und der Strom über der Diode stehen in nichtlinearer Weise in Beziehung.

Sie können sich die Diode als einen spannungsabhängigen Widerstand vorstellen.

Hier ist z. B. ein Diagramm der Durchlassspannung gegen den Strom für eine LED:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein Widerstand hingegen würde eine bei 0 beginnende gerade Linie mit einer Steigung von 1/R ergeben.

Wenn Sie andere Dioden oder Widerstände parallel zur Diode schalten, müssen Sie ein System nichtlinearer Gleichungen lösen, um den tatsächlichen Strom- und Spannungsabfall zu erhalten.

Die Verwendung eines festen Durchlassspannungsabfalls für eine Diode ist nur eine Annehmlichkeit. Dieser Wert ist entweder der Strom, bei dem sich die Durchlassspannung bei steigendem Strom nicht wesentlich ändert (z. B. in der Grafik oben, wenn die Linie steiler wird) oder bei LEDs der empfohlene Strom für die Nennhelligkeit. Beispiel: Wenn der für die Nennhelligkeit erforderliche Strom in der obigen Grafik 20 mA beträgt, wird die Durchlassspannung mit 2,0 V angegeben.

Hallo, danke für deine Antwort - aber wie wird die Gleichung gelöst (in dem Fall mit nur einer Diode und einem Widerstand in Reihe), da es zwei Unbekannte gibt, den Spannungsabfall über der Diode und den Strom. Könnte es nicht mehr Lösungen geben? Oder ich denke, es gibt nicht, ich verstehe nur nicht, warum ... sollte wahrscheinlich funktionieren und die Gleichungen oder so etwas zeichnen.
Es gibt nur eine Lösung. Der Widerstand gibt Ihnen eine sogenannte "Ladelinie". Die Lastlinie wird auf der IV-Kurve mit den gleichen Parametern gezeichnet - Spannung über Diode und Strom durch Diode -, aber sie wird durch den Widerstand bestimmt. Wenn Sie beispielsweise einen 50-Ohm-Widerstand in Reihe mit der Diode mit der IV-Kurve in der obigen Abbildung schalten und eine 2,5-Volt-Versorgung verwenden, würde die Lode-Leitung bei 50 mA und 0 Volt beginnen (Kurzschluss über der Diode) und sich bis erstrecken 0 mA 2,5 Volt (offener Stromkreis). Der Schnittpunkt (Lösung) läge dann bei etwa 25 mA und 2 V.
Und im Allgemeinen ist der Spannungsabfall über der Diode kein Unbekannter. Sie wissen (mehr oder weniger), was er ist, sodass Sie die Diode durch eine Spannungsquelle ersetzen können (vorausgesetzt, die Diode ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt). Damit bleibt nur der Strom als Unbekanntes übrig. Grundsätzlich gibt es bei Dioden nur 3 Betriebsmodi, um die man sich kümmern muss: Cutoff und Vorwärts- und Sperrspannung. Raten Sie, in welchem ​​Modus es sich befindet, und lösen Sie es. Wenn Sie es falsch gemacht haben (z. B. falsche Stromrichtung durch die Spannungsquelle, die den Vorwärtsspannungsabfall darstellt), versuchen Sie es erneut mit einem anderen Modus.

Wenn Sie in Ihrer Schaltung den Widerstand so wählen, dass 20 mA durch den 5-Volt-Zener fließen, und dann eine 2-Volt-LED parallel zum Zener anschließen, hält die LED die Spannung auf 2 Volt, aber der Strom ist viel höher als 20 mA, da der Widerstand jetzt 3 Volt mehr abfallen muss als im Fall ohne LED.

Wenn die LED dort ist, fließt der gesamte Strom durch die LED und kein Strom fließt durch den Zener, da nur 2 Volt darüber liegen.

Das LED-Datenblatt zeigt die typische Spannung über der LED mit einem bestimmten Strom. Oft gibt es ein Diagramm, das zeigt, wie sich die Spannung mit dem Strom ändert.

Maximale Spannung vs. Strom für LED
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