Weniger als 0,7–0,6 V Spannungsabfall an Siliziumdioden

Warum "berücksichtigt" das Netzteil nur den 1,6-V-Abfall über der LED und sendet entsprechend Strom

Beachten Sie, dass Netzteile keinen "Strom senden", sondern Spannung senden. Der Lastwiderstand „zieht dann Strom“, basierend auf dem Ohmschen Gesetz (oder für Dioden basierend auf der VI-Kurve).

Ich denke, Ihre Verwirrung wird durch das Konzept "nichtlinearer Widerstand" verursacht. Dioden schalten nicht wirklich ein und aus, sondern haben ein nichtlineares Spannungs- / Stromverhalten. Dioden verhalten sich nicht wie Widerstände, stattdessen wird ihr Strom durch die angelegte Spannung bestimmt und durch (oh nein!) eine Exponentialfunktion beschrieben. Aufgrund des nichtlinearen LED-Widerstands ist selbst eine einfache LED mit Vorwiderstand nicht ganz einfach zu verstehen.

Ihre Schaltung wird doppelt verwirrend sein, weil Sie zwei "nichtlineare Widerstände" gegeneinander bekämpfen: die nichtlineare Kurve der LED im Vergleich zur nichtlinearen Kurve für die gesamte Diodenkette. Böse!

:)

Hier ist eine Möglichkeit, es zu betrachten. Angenommen, wir verlangsamen die Dinge, indem wir einen großen Kondensator von NODE1 zu GND hinzufügen, z. B. 3.300 uF. Als nächstes, wenn wir plötzlich die Batterie anschließen, beginnt die Spannung am Kondensator zu steigen. Die Kondensatorspannung liegt auch über der LED und den Dioden. Schließlich erreicht die Spannung den "schnell ansteigenden" Teil eines der Diodendiagramme. In diesem Fall kommt die LED zuerst an (bei roten LEDs sind es etwa 1,0 V, bei anderen Farben höher). Der schnell ansteigende Teil der Spannung der Diodenkette beträgt etwa 0,4 V für jede Diode mal neun, also ungefähr 3,6 V. viel größer als die LED-Volt. Wenn die Kondensatorspannung ansteigt, "gewinnt" die LED. Die ansteigende Spannung pendelt sich ein, sobald das Ohmsche Gesetz des Widerstands den gleichen Strom ergibt wie die VI-Gleichung für die LED.

Mit anderen Worten, die Diodenkette kann keinen nennenswerten Strom ziehen, bis Ihre LED-Spannung über 3,6 V steigt !! Dies wird mit einer roten LED und einem 2,7-K-Widerstand nicht passieren.

Wenn Sie jedoch eine weiße LED und einen 100-Ohm-Widerstand verwendet haben, zieht die Diodenkette erheblichen Strom. Wenn eine weiße LED 30, 40, 50 mA zieht, kann die Spannung weit über die üblichen 3 V ansteigen, die bei weißen LEDs zu sehen sind.

Die Antwort auf Ihre Frage ist also für verschiedene Farb-LEDs unterschiedlich!

Sehen? Böse.

In solchen Fällen ist die einzige Möglichkeit, absolut genaue Vorhersagen zu treffen, leider der Verzicht auf vereinfachte mentale Modelle. Schreiben und lösen Sie stattdessen Gleichungen. (Dieser hat zwei Exponentialgleichungen, eine für die LED und eine für die Diodenkette.) Oder verwenden Sie einen Schaltungssimulator oder ein Spice-Programm, das im Hintergrund unsichtbar Gleichungen für Sie löst. Das Hinzufügen eines Kondensators und die Vorstellung von sich langsam ändernden Bedingungen kann Sie beim Verständnis nichtlinearer Elektronik weit bringen. Aber manchmal ist es nicht offensichtlich, wo dieser Kondensator platziert werden sollte oder welche nichtlineare Komponente dominieren wird.

Abbildung 1. Strom versus Spannung für verschiedenfarbige LEDs mit Kurve für neun in Reihe geschaltete Dioden in Schwarz.

Das Diagramm in Abbildung 1 ist etwas grob, sollte aber die Idee vermitteln. Mit Ihrem 2,7-k-Vorwiderstand beträgt der maximale Strom etwa 3 mA. Wir können dies nicht auf dem Diagramm sehen, also werde ich den Fall diskutieren, wenn die LED mit 20 mA leuchtet.

• Bei 20 mA können wir sehen, dass eine rote LED einen Durchlassspannungsabfall von etwa 1,8 V hat. Dies bedeutet, dass die Spannung am oberen Ende der Diodenkette auf 1,8 V abfällt.
• Wenn wir 1,8 V auf der Diodenkurve betrachten, können wir sehen, dass der Strom durch die neun Dioden sehr klein sein wird. Ich habe nach Niederstrom- / Spannungsdiagrammen für die 1N4001-Dioden gesucht, aber keine hatte Diagramme für weniger als 10 mA.

Abbildung 2. Das Datenblatt der Kleinsignaldiode 1N4148 reicht bis 0,1 mA.

• Selbst das Datenblatt des 1N4148 reicht nur bis 0,1 mA. Wenn Sie den Graphen extrapolieren, können Sie sehen, dass der Strom etwa alle 0,2 V um den Faktor 10 abfällt.

Meine Frage ist also, warum das Netzteil nur den 1,6-V-Abfall über der LED "berücksichtigt" und Strom entsprechend sendet, anstatt den 6,3-5,4-V-Abfall über die Dioden zu "berücksichtigen" (was passiert, wenn Sie die LED nehmen). aus dem Stromkreis den Stromkreis)?

Es ist nicht das Netzteil, das irgendetwas in Betracht zieht. Die LED nimmt den Strom auf und lässt die Spannung, wie aus dem Diagramm ersichtlich, auf 1,8 V abfallen. Das ist alles, was die neun Dioden benötigen, um sie in Vorwärtsrichtung vorzuspannen, und wie das 1N4148-Diagramm zeigt, wird nicht viel Strom durch sie fließen bei dieser Spannung.

Denn die LED ist auch eine Diode. Und es verhält sich auch so. Wenn Sie es parallel zu Ihrer langen Diodenkette legen, findet der Strom es einfacher, durch die einzelne LED zu fließen (weil der Spannungsabfall auf diese Weise geringer ist) und die anderen Dioden sehen (fast) keinen Strom mehr. Daher gibt es (fast) keinen Spannungsabfall mehr an ihnen.

Konstruktionsbedingt entspricht die Spannung an der einzelnen LED der Spannung an der langen Schnur, richtig? Da die Spannung über der einzelnen LED nicht größer sein kann als ihr Spannungsabfall (der Strom wird durch den Widerstand begrenzt), ist die Spannung über jeder Siliziumdiode am Ende die LED-Spannung geteilt durch die Anzahl der Siliziumdioden.

Sie können sicherlich weniger als 0,7 V über eine Siliziumdiode bekommen. Wenn Sie einfach 0,1 V an die Diode anlegen, ist das Ihr Abfall. Sie können sogar eine negative Spannung anlegen, bis hin zum Rückwärtsdurchbruch. Wenn Sie -0,3 V anlegen, ist das der Abfall. Beide liegen unter 0,7.

Natürlich fließt sehr wenig Strom, wenn die Spannung zwischen Sperrdurchbruch und Durchlassvorspannung liegt. Das passiert in Ihrer Schaltungssimulation; An die Dioden wird nicht genügend Durchlassspannung angelegt, um eine Durchlassvorspannung zu erzeugen.

Dioden sind keine Spannungsquellen. Sie erzeugen nicht auf magische Weise konstante 0,7 V, wenn sie an einen Stromkreis angeschlossen sind. Sie begrenzen bei etwa 0,7 V; Es ist schwierig, sie zu einem größeren Vorwärtsabfall zu überreden: Es ist so viel Strom erforderlich, um einen deutlich größeren Vorwärtsabfall als 0,7 V aufrechtzuerhalten, dass die Diode dadurch gebraten wird.