Почему я не могу зажечь светодиод с батареей на 1,5 В?

Светодиод, который я использую, требует более высокого напряжения, чем я, и в результате он вообще не светится.

Я ожидал бы хотя бы тусклого света, но свет не генерируется.

Почему это поведение «если нет требуемого уровня напряжения, нет света»? Что происходит внутри светодиода?

38 голосов | спросил Diego Alves 18 62017vEurope/Moscow11bEurope/MoscowSat, 18 Nov 2017 14:59:12 +0300 2017, 14:59:12

7 ответов


112

Светодиоды не работают, как обычные (накаливания) лампочки.

Основные отличия (немного упрощенные для начинающих):

  • У них есть полярность, поэтому они должны питаться от постоянного тока, соблюдая полярность. Отмените полярность, и они не будут работать. Вы также можете повредить их, если вы применяете более ~ 4V-5V в обратном направлении (это безопасные значения, точное максимальное допустимое значение зависит от конкретного устройства).

  • Светоизлучение начинается только при достижении определенного напряжения (пороговое напряжение), при этом напряжении излучение пренебрежимо мало. Поэтому, если у вас есть аккумулятор, напряжение которого ниже порогового напряжения светодиода, вам не повезло, если вы не используете более сложную схему (например, джоу-вор или ускоритель DC-DC) для питания светодиода.

  • После достижения порогового напряжения любое очень небольшое увеличение напряжения заставляет светодиод сильно воздействовать, т. е. поглощать огромный ток . Следовательно, вам нужен резистор последовательно, чтобы ограничить этот ток до безопасного предела. На этом сайте есть другие вопросы /ответы, объясняющие, как рассчитать значение предельного резистора.

  • После проводки излучаемая интенсивность света примерно равна , пропорциональной току (не напряжению), который течет в диоде (поэтому вы получаете более яркий светодиод, если вы уменьшаете значение ограничения резистор). Это до максимального предела тока светодиода. После достижения этого предела устройство переходит POOF !

Вы также спрашиваете, почему все это происходит, но ответ довольно сложный, поскольку он зависит от физической структуры полупроводникового кристалла внутри диода. Физическое объяснение заключается в квантовой механике и физике твердого тела, действительно жестких предметах.

статья Википедии о светодиодах только сбрасывает поверхность внутренние работы светодиодов и все еще довольно сложны.

ответил Lorenzo Donati 18 62017vEurope/Moscow11bEurope/MoscowSat, 18 Nov 2017 15:25:42 +0300 2017, 15:25:42
53

Я вижу, что Лоренцо уже ответил на ваш вопрос напрямую (+1). Вот что вы можете сделать, чтобы осветить ваш светодиод и посмотреть, что у вас есть.

Светодиоды являются диодами, поэтому проводите только в одном направлении. В отличие от обычной лампочки, ориентация имеет значение. Если светодиод не загорается в одну сторону, поверните его и повторите попытку.

Чтобы безопасно поэкспериментировать с почти любым светодиодом, используйте источник питания 5 В с последовательностью по крайней мере 180 ° в. Использование более высокого сопротивления работает, но светит светодиод более тускло. Даже с 1 kO © в серии вы все равно сможете видеть, что в помещении загорается светодиодный индикатор видимого света.

Причиной использования питания 5 В является ограничение обратного напряжения на светодиоде при подключении назад. Большинство светодиодов могут стоять по крайней мере на 5 В по сравнению с ними.

Светодиод видимого света опустится минимум на 1,8 В. Это оставляет (5 В) - (1,8 В) = 3,2 В через резистор. Почти любой светодиод может обрабатывать ток 20 мА. По закону Ома (3.2 В) /(20 мА) = 160о ©. Я сказал 180 Î © минимум за небольшой запас, и потому что это общая ценность.

Светодиодное напряжение вперед зависит от цвета. Например, общие зеленые светодиоды опускаются примерно на 2,1 В. «Белые» светодиоды обычно представляют собой ультрафиолетовые светодиоды с люминофором, которые переизлучаются в видимом спектре. Они могут упасть примерно на 3,5 В.

С резистором 200 Ом и светодиодом 3,5 В вы получаете (1,5 В) /(200 мкФ) = 7,5 мА. Такой светодиод по-прежнему будет гореть довольно заметно с 7,5 мА через него, даже если он мог бы обрабатывать 20 мА или более.

Как только вы зажжете светодиод, вы можете измерить его прямое напряжение, затем отрегулируйте резистор, чтобы обеспечить максимальный ток с этим прямым напряжением. Предположим, что максимум равен 20 мА, если у вас нет данных, и он говорит иначе.

ответил Olin Lathrop 18 62017vEurope/Moscow11bEurope/MoscowSat, 18 Nov 2017 19:37:52 +0300 2017, 19:37:52
32

Физическое объяснение

Лампочки

Интенсивный свет не является источником света, так как нагревательный элемент . Любой ток через провод немного нагревает его ; когда провод находится выше комнатной температуры, он излучает чистую энергию через излучение черного тела . Скорость испускания этой энергии зависит от по четвертой степени температуры , т. е. чем выше температура, тем ярче â € . И чем больше текущее (или эквивалентно â € ¡ больше напряжения ), тем выше температура провода.

Фундаментальный физический процесс, связанный с эмиссией черного тела, таков: атомы в теплом куске материала поколебаны тепловым движением. Это движение полностью хаотично, поэтому, даже если средняя энергия на атом довольно низкая, время от времени атом на поверхности получает толчок от нескольких соседей и, следовательно, накапливает достаточную энергию, чтобы он мог излучать видимый фотон (по крайней мере \ $ 2.6 \ times10 ^ {- 19} \ $ Джоулей). Но гораздо чаще он будет иметь достаточно энергии, чтобы излучать невидимый инфракрасный фотон.

Светодиоды

В отличие от этого, светодиоды накачивают атомы непосредственно на энергию, необходимую для излучения видимого света. Они делают это, умело используя запрет диапазона полупроводника. Это квантово-механическая особенность кристаллов, таких как кремний, которые «заставляют» электроны иметь энергию в определенном диапазоне. Затем вы берете один кусок полупроводника, который был допированный , поэтому все электроны проводимости выше зазор между полосами и один, где они все ниже диапазона. Затем, когда ток течет через соединение, каждый электрон теряет только нужное количество энергии, чтобы возбуждать атом, чтобы получить фотон с правой энергией, чтобы быть видимой - снова, для красного света это около \ $ 2.6 \ ldots3. 2 \ times10 ^ {- 19} \ $ Джоуля.

Только ... почему электроны продолжат идти по перекрестку? После того, как электрон пересек переход, он не будет склонен снова забираться через зазор между полосами; который затрачивает энергию, которой нет у электрона. ... Если вы не дадите ему энергию от внешнего источника: каждый вольт, который вы применяете к цепи, может снабжать электрон энергией \ $ 1.6 \ times10 ^ {- 19} \: \ mathrm {J} \ $, a количество, которое физики называют просто электронным вольт . Поэтому, когда вы применяете напряжение \ $ U \ $ к светодиоду, ширина зоны которого имеет энергию \ $ U \ times1 \: \ mathrm {eV} \ $, вы можете поддерживать ток. Это напряжение на самом деле не зависит от , насколько ток действительно проходит через светодиод, поэтому яркость не может эффективно регулироваться путем настройки напряжения - вам нужно регулировать ток /em> вместо этого. И если напряжение падает ниже запрещенной зоны, ток просто прекратится полностью, потому что электроны проводимости просто больше не войдут в домен n .


â € Это слишком упрощенно: Стефан-Больцман описывает интенсивность, интегрированную по всему электромагнитному спектру. Только узкая полоска этого на самом деле видима (вот почему подсветка света менее эффективна, чем светодиоды). Поскольку длина волны пиковой интенсивности также зависит от температуры , яркость на самом деле связана не только с к \ $ T ^ 4 \ $, но к более сложному соотношению, но все же: более высокие температуры всегда соответствуют более яркимсвет. суб>

â € ¡ Аналогично, закон Ома здесь не совсем корректен, потому что удельное сопротивление зависит от температуры. Но качественная зависимость более высокого напряжения - более высокая электрическая мощность сохраняется.

ответил leftaroundabout 19 72017vEurope/Moscow11bEurope/MoscowSun, 19 Nov 2017 13:58:23 +0300 2017, 13:58:23
15

У вас есть объектный урок в том, как светодиоды нелинейны .

Лампы накаливания линейны , когда они светятся . Линейный означает, что он действует как резистор: ток потребляется пропорционально напряжению: половина напряжения, половина тока, 1/4 мощности. Лампа накаливания будет делать то, что вы ожидаете.

Светодиоды имеют очень крутую кривую напряжения и тока: небольшое изменение напряжения приводит к большому изменению тока. Вы находитесь в нижней части этой диаграммы, следовательно, нет света.

Крутая кривая делает светодиод очень напряженным, небольшие изменения напряжения приводят к большим (и повреждающим) изменениям тока. Хуже того, кривая изменяется в зависимости от температуры, бининга и возраста. Поэтому светодиоды рассчитаны на определенный ток , а не на напряжение. Для индикаторов вы можете ограничить ток резисторами. Для освещения, где вам нужна максимальная производительность, лучше всего использовать активную схему драйвера для регулирования тока в спецификации.

Такие схемы также поддаются увеличению или уменьшению напряжения питания в соответствии с светодиодом. Joule Thief - это простая схема, которая решает проблему управления светодиодом освещения с одной батареей на 1,5 В.


Для чего это стоит, это еще хуже с третьим видом света, дугогазовым освещением: флуоресцентным, неоновым, металлогалогенным, парами ртути и натрием высокого /низкого давления. Они изоляторы до определенного напряжения, когда дуга ударяет ... После чего они почти мертвы. Ограничение тока является обязательным.

ответил Harper 18 62017vEurope/Moscow11bEurope/MoscowSat, 18 Nov 2017 20:50:07 +0300 2017, 20:50:07
7

Небольшой фон на полупроводниках ...

Чистый кремний (или германий) является изолятором. Примеси добавляются для создания материалов типа «P» или «N». Когда они находятся рядом друг с другом (в PN диоде или светодиоде), примеси эффективно отменяют друг друга , оставляя вас с небольшим слоем чистый , который действует как изолятор.

Если вы подключаете питание к неправильному , слой становится толще и сильнее - вплоть до повреждения устройства. (Varicaps используют этот принцип для создания переменного конденсатора - толщина изоляции действует как расстояние между пластинами конденсатора)

Когда вы подключаете питание к правильному , слой становится тоньше, пока устройство в конечном итоге не пройдет ток. Когда это произойдет, ваш светодиод начнет светиться.

Последнее замечание: Возможно, чтобы загорелся светодиод с источником только 1,5 В: используйте схему «step up» напряжения. Наиболее распространенная схема называется Joule Thief .

ответил Alan Campbell 19 72017vEurope/Moscow11bEurope/MoscowSun, 19 Nov 2017 06:00:42 +0300 2017, 06:00:42
2

Их падение напряжения (~ 2 В V) выше, чем напряжение питания (1,5 В). Если напряжение питания ниже, чем падение напряжения, любой диод (включая светодиод) вообще не проводит.

ответил Chalky 19 72017vEurope/Moscow11bEurope/MoscowSun, 19 Nov 2017 10:41:29 +0300 2017, 10:41:29
1

В дополнение к ответам здесь также стоит отметить, что каждый светодиод отличается (даже по цвету). Все они имеют несколько разные «активационные» напряжения и пределы разрыва.

Правильный способ убедиться, что вы не собираетесь взорвать свой светодиод, а также убедитесь, что вы можете ожидать, что свет должен смотреть на лист данных для вашего светодиода.

Использование технического описания даст вам существенный опыт в

  1. Поиск указанных таблиц
  2. Чтение & понимая их

Чтобы начать работу, здесь случайный для белого светодиода сверху Google; что, возможно, немного сложнее большинства светодиодов, потому что «белый» не является цветом на светодиодной поверхности.

В них есть невероятное количество информации, и если вы не понимаете их, я предлагаю вам попробовать, а затем снова задать вопрос о конкретной части, которую вы не понимаете.

ответил UKMonkey 21 22017vEurope/Moscow11bEurope/MoscowTue, 21 Nov 2017 20:13:18 +0300 2017, 20:13:18

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132