tenendo conto della resistenza del LED

Sto facendo un semplice laboratorio (sono un hobby EE) per rafforzare la mia matematica di legge di Ohm e imparare un po 'su come effettuare misurazioni adeguate con un multimetro.

Ho un circuito semplice con una resistenza da 2.2k ohm collegata in serie con un LED. Tutto funziona bene fino al punto in cui vado a calcolare la caduta di tensione attraverso il resistore e il LED.

I miei calcoli iniziali rappresentavano solo la resistenza da 2.2k ohm. Come tale, ho fatto cadere la piena tensione sul resistore. Tuttavia, quando ho misurato il circuito per davvero, ho scoperto che il risultato era quasi la metà della tensione di ingresso, il che mi indica

1. La mia matematica è sbagliata
2. C'è resistenza che non viene presa in considerazione

L'unica cosa che resta da spiegare è il LED. Qual è il metodo migliore per determinare la resistenza di un semplice LED? Ho provato a fare quello che faccio con i resistori (tenerlo sulle sonde con le dita) ma non ho una lettura corretta. C'è una tecnica che mi manca qui?

I LED non sono modellati come resistori puri. Come notato in alcune altre risposte, i veri LED hanno resistenza, ma spesso questa non è la preoccupazione principale quando si modella un diodo. Grafico delle relazioni corrente / tensione di un LED:

Ora questo comportamento è abbastanza difficile da calcolare a mano (specialmente per circuiti complicati), ma esiste una buona "approssimazione" che divide il diodo in 3 modalità di funzionamento discrete:

• Se la tensione attraverso il diodo è maggiore di Vd, il diodo si comporta come una caduta di tensione costante (cioè consentirà di mantenere qualunque corrente attraverso V = Vd).

• Se la tensione è inferiore Vdma maggiore della tensione di rottura Vbr, il diodo non conduce.

• Se la tensione di polarizzazione inversa è superiore alla tensione di interruzione Vbr, il diodo diventa nuovamente conduttivo e consentirà di mantenere qualsiasi corrente attraverso V = Vbr.

Supponiamo quindi di avere un circuito:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Innanzitutto, lo supponiamo VS > Vd. Ciò significa che la tensione Rè VR = VS - Vd.

Usando la legge di Ohm, possiamo dire che la corrente che scorre attraverso R (e quindi D) è:

Inseriamo alcuni numeri. Diciamo VS = 5V, R = 2.2k, Vd=2V(un tipico LED rosso).

Ok, cosa succede se VS = 1V, R = 2.2k, e Vd = 2V?

Questa volta, VS < Vde il diodo non conduce. Non c'è corrente che scorre attraverso R, quindi VR = 0V. Ciò significa VD = VS = 1V(qui, VDè la tensione effettiva attraverso D, dove-come Vdè la caduta di tensione di saturazione del diodo).

Contrariamente ad alcune delle altre risposte, i LED non hanno una resistenza. È piccolo, ma non insignificante. La sola resistenza non è sufficiente per caratterizzare il loro comportamento, ma dire che i LED non hanno resistenza è solo una valida semplificazione volte .

Vedi, ad esempio, questo grafico dal foglio dati per LTL-307EE , che ho scelto per nessun motivo diverso dal diodo predefinito in CircuitLab e un LED indicatore piuttosto tipico:

Vedi come la linea è essenzialmente diritta e non verticale sopra i 5mA? Ciò è dovuto alla resistenza interna del LED. Questa è la somma della resistenza dei cavi, dei fili di collegamento e del silicio.

$I$$V_D$

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

Considera la relazione corrente-tensione per un resistore, che è data dalla legge di Ohm :

$0V, 0A$$R$ .

Ecco un grafico del genere con un resistore, un diodo "ideale" secondo l'equazione del diodo di Schockley e nessuna resistenza, e un modello più realistico di un LED che include una certa resistenza:

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

$13\Omega$

Ovviamente, devi anche includere la caduta di tensione diretta del LED nei tuoi calcoli, che è responsabile dello spostamento a destra tra la resistenza e le linee reali del LED . Ma altri hanno già fatto un buon lavoro nel spiegarlo.

$13\Omega$$1000\Omega$

I diodi, in generale, non hanno resistenza (oltre alla piccola quantità dai conduttori all'interno della confezione), tuttavia hanno una caduta di tensione attraverso di essi, la cui quantità dipende dal materiale semiconduttore utilizzato nella sua costruzione. Per i LED tipici questa caduta di tensione è ~ 1,5 V. La caduta di tensione è correlata al gap di banda nel semiconduttore (la differenza di energia tra lo stato dell'elettrone associato più alto e la "banda di conduzione"). Questa caduta di tensione dipende leggermente dalla temperatura e dalla corrente, ma non significativamente per una semplice applicazione a LED.

Per illustrare, ecco la curva IV per un diodo tipico, si noti che la corrente aumenta asintoticamente dopo il raggiungimento di una certa tensione di soglia. Si noti che a differenza di un resistore, la curva IV è molto non lineare.

Se si collega il diodo direttamente alla batteria senza un resistore, la corrente nel diodo è determinata solo dalla resistenza (molto piccola) nel cablaggio e dalla resistenza interna della batteria, quindi la corrente nel diodo sarà enorme e brucerà (molto probabilmente), perché il diodo da solo non offre resistenza ma conduce corrente.

Per rispondere alla tua domanda, al fine di calcolare la corrente che fluisce attraverso il diodo è necessario determinare la tensione di alimentazione, sottrarre la caduta di tensione del diodo e utilizzare questa nuova tensione inferiore per calcolare la corrente utilizzando il resistore di limitazione.

Il LED ha una caduta di tensione integrata (a causa della natura di un LED). Puoi vedere il foglio delle specifiche del LED che hai acquistato per determinare la caduta. Il colore del LED di solito influenza la caduta di tensione su di esso.

Per una spiegazione più dettagliata:

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