Caída de tensión inferior a 0,7-0,6V en los diodos de silicio

Question

Estoy tratando de entender cómo se produce la caída de tensión. Por lo que sé, debería haber una caída de entre 0,7 y 0,6 V a través de un diodo de silicio. Esto es exactamente lo que ocurre cuando quito el LED de este circuito. Sin embargo, cuando el LED está conectado, cada diodo tiene una caída de unos 0,2V. Y la corriente a través de los diodos es de 10,7nA. Hice esto para ver cuál sería el voltaje en el nodo entre R1 y el LED. Llamémoslo NODO-1.

Consideré 2 posibilidades, la primera era tener 1,6V en NODE-1 (que es lo que ocurrió) y ninguna caída de tensión en cada diodo, lo que significa que no fluye la corriente en ellos, ya que 1,6V no es suficiente para polarizar cada diodo. La segunda posibilidad era tener unos 6,3V-5,4V en NODE-1, tensión suficiente para suministrar una caída de tensión de 0,7-0,6 para cada diodo. En este caso, como la caída a través de R1 es menor, lo que significa menos corriente, el LED sería más tenue.

Así que mi pregunta es, ¿por qué la fuente de alimentación sólo "considera" la caída de 1,6V a través del LED y envía la corriente en consecuencia, en lugar de "considerar" la caída de 6,3V-5,4V a través de los diodos? (que es lo que sucede cuando se quita el LED del circuito el circuito)

Answer 1

Figura 1. Corriente en función de la tensión para varios LEDs de colores con la curva de nueve diodos en serie mostrada en negro.

El gráfico de la Figura 1 es un poco aproximado, pero debería servir para entender la idea. Con tu resistencia en serie de 2,7k la corriente máxima será de unos 3 mA. No podremos ver esto en el gráfico así que voy a discutir el caso cuando el LED se enciende con 20 mA.

• A 20 mA podemos ver que un LED rojo tendrá una caída de tensión hacia delante de unos 1,8 V. Esto significa que la tensión en la parte superior de la cadena de diodos caerá a 1,8 V.
• Si miramos a 1,8 V en la curva de diodos podemos ver que la corriente a través de los nueve diodos va a ser muy pequeña. Busqué gráficos de baja corriente/tensión para los diodos 1N4001 pero ninguno tenía gráficos para menos de 10 mA.

Figura 2. La página web 1N4148 La hoja de datos del diodo de señal pequeña baja a 0,1 mA.

• Incluso la hoja de datos del 1N4148 sólo baja a 0,1 mA. Si se extrapola el gráfico se puede ver que por cada 0,2 V más o menos la corriente se reduce en un factor de 10.

Así que mi pregunta es, ¿por qué la fuente de alimentación sólo "considera" la caída de 1,6V a través del LED y envía la corriente en consecuencia, en lugar de "considerar" la caída de 6,3V-5,4V a través de los diodos (que es lo que ocurre cuando sacas el LED del circuito el circuito)?

No es la fuente de alimentación considerando nada. El LED acapara la corriente y como se puede ver en el gráfico hará que el voltaje caiga a 1,8 V. Eso es todo lo que los nueve diodos tienen para polarizarlos hacia adelante y, como muestra el gráfico del 1N4148, no obtendrás mucha corriente a través de ellos a ese voltaje.

Answer 2

por qué la fuente de alimentación sólo "considera" la caída de 1,6V a través del LED y envía la corriente en consecuencia

Tenga en cuenta que las fuentes de alimentación no "envían corriente", sino que envían tensión. La resistencia de carga "toma corriente" según la ley de Ohm (o, en el caso de los diodos, según la curva V-I).

Creo que tu confusión se debe al concepto "resistencia no lineal". Los diodos no se encienden ni se apagan realmente, sino que tienen un comportamiento no lineal de tensión/corriente. Los diodos no se comportan como resistencias, sino que su corriente está determinada por la tensión aplicada, y descrita por (¡oh no!) una función exponencial. Debido a la resistencia no lineal del LED, incluso un simple LED con resistencia en serie no es perfectamente fácil de entender.

Tu circuito será doblemente confuso porque estás luchando contra dos "resistencias no lineales": la curva no lineal del LED, frente a la curva no lineal de toda la cadena de diodos. ¡Qué mal!

)

Esta es una forma de verlo. Supongamos que retrasamos las cosas añadiendo un gran condensador de NODE1 a GND, como 3.300uF. Luego, cuando conectamos de repente la batería, el voltaje en el condensador empieza a subir. El voltaje del condensador está también a través del LED y los diodos. Finalmente el voltaje llegará a la parte de "subida rápida" de uno de los gráficos de los diodos. En este caso el LED llega primero (es alrededor de 1.0V para los LEDs de color rojo, más alto para otros colores.) La parte de subida rápida del voltaje de la cadena de diodos es alrededor de 0.4V para cada diodo, multiplicado por nueve, así que aproximadamente 3.6V, mucho más grande que los voltios del LED. A medida que el voltaje del condensador aumenta, el LED "gana". El voltaje creciente se nivelará tan pronto como el comportamiento de la ley de Ohm de la resistencia dé la misma corriente que la ecuación V-I para el LED.

En otras palabras, la cadena de diodos no puede atraer significativo ¡¡hasta que el voltaje de su LED suba a más de 3.6V!! Esto no ocurrirá con un LED rojo y una resistencia de 2,7K.

Sin embargo, si hubieras utilizado un LED blanco y una resistencia de 100 ohmios, la cadena de diodos consumiría una corriente importante. Si un LED blanco consume 30, 40, 50mA, el voltaje puede subir muy por encima de los 3V habituales en los LEDs blancos.

Por lo tanto, la respuesta a su pregunta es diferente para los diferentes colores de LED.

¿Ves? Desagradable.

En casos como éste, la única manera de hacer predicciones completamente precisas es, por desgracia, abandonar los modelos mentales simplificados. En su lugar, hay que escribir y resolver ecuaciones. (Este tiene dos ecuaciones exponenciales, una para el LED y otra para la cadena de diodos). O bien, utiliza un simulador de circuitos o un programa Spice que, de forma invisible, resuelva las ecuaciones por ti en segundo plano. Añadir un condensador e imaginar condiciones que cambian lentamente puede llevarte lejos en la comprensión de la electrónica no lineal. Pero a veces no es obvio dónde debe colocarse ese condensador, o qué componente no lineal dominará.

Answer 3

Porque el LED también es un diodo. Y se comporta como tal. Cuando lo pones en paralelo con tu larga cadena de diodos, la corriente encuentra más sencillo pasar por el único LED (porque la caída de tensión es menor de esta manera) y los otros diodos ya no ven (casi) ninguna corriente. Por lo tanto, no hay (casi) más caída de tensión a través de ellos.

Por construcción, el voltaje a través de un solo LED es igual al voltaje a través de la cadena larga, ¿verdad? Entonces, como el voltaje a través de un solo LED no puede sea mayor que su caída de tensión (la corriente está limitada por la resistencia), la tensión a través de cada diodo de silicio acaba siendo la tensión del LED dividida por el número de diodos de silicio.

Answer 4

Ciertamente, puedes obtener menos de 0,7V a través de un diodo de silicio. Si simplemente aplicas 0,1V al diodo, esa es tu caída. Incluso puedes aplicar una tensión negativa, hasta la ruptura inversa. Si aplicas -0,3V, entonces esa es la caída. Ambas son inferiores a 0,7.

Por supuesto, fluirá muy poca corriente si el voltaje está entre la ruptura inversa y la polarización hacia adelante. Eso es lo que ocurre en la simulación de tu circuito; no se aplica suficiente tensión hacia delante a los diodos para producir una polarización hacia delante.

Los diodos no son fuentes de tensión. No producen mágicamente 0,7V constantes cuando se conectan a un circuito. Son limitar a aproximadamente 0,7V; es difícil convencerlos de que tengan una caída hacia delante mayor: se necesita tanta corriente para mantener una caída hacia delante significativamente mayor que 0,7V que freirá el diodo.