teniendo en cuenta la resistencia de los LED

Question

Estoy haciendo un laboratorio sencillo (soy un EE aficionado) para reforzar mis matemáticas de la ley de ohm y aprender un poco sobre cómo hacer mediciones adecuadas con un multímetro.

Tengo un circuito sencillo con una resistencia de 2,2 k ohmios conectada en serie con un LED. Todo funciona bien hasta el punto en que voy a calcular la caída de tensión a través de la resistencia y el LED.

Mis cálculos iniciales sólo tenían en cuenta la resistencia de 2,2 k ohmios. Como tal, obtuve el voltaje completo caído a través de la resistencia. Sin embargo, cuando medí el circuito de verdad, el resultado fue casi la mitad de la tensión de entrada, lo que me indica que

1. Mis cálculos están mal
2. Queda resistencia sin contar

Lo único que queda por contabilizar es el LED. ¿Cuál es el mejor método para determinar la resistencia de un simple LED? He intentado hacer lo que hago con las resistencias (acercarlo a las sondas con los dedos) pero no consigo una lectura adecuada. ¿Hay alguna técnica que se me escape?

Answer 1

Los LED no se modelan mejor como una resistencia pura. Como se ha señalado en otras respuestas, los LED reales tienen resistencia, pero a menudo no es la principal preocupación cuando se modela un diodo. Gráfico de la relación corriente/tensión de un LED:

Ahora bien, este comportamiento es bastante difícil de calcular a mano (especialmente para circuitos complicados), pero existe una buena "aproximación" que divide el diodo en 3 modos discretos de funcionamiento:

• Si la tensión a través del diodo es superior a Vd el diodo se comporta como una caída de tensión constante (es decir, dejará pasar la corriente que sea necesaria para mantener V = Vd ).

• Si la tensión es inferior a Vd pero mayor que la tensión de ruptura Vbr el diodo no conduce.

• Si la tensión de polarización inversa es superior a la tensión de ruptura Vbr el diodo vuelve a ser conductor y dejará pasar la corriente necesaria para mantener V = Vbr .

Supongamos que tenemos un circuito:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

En primer lugar, vamos a suponer que VS > Vd . Eso significa que el voltaje a través de R es VR = VS - Vd .

Usando la ley de Ohm, podemos decir que la corriente que fluye a través de R (y por lo tanto D) es:

\begin{equation} I = \frac{V_R}{R} \end{equation}

Hagamos algunas cuentas. Digamos VS = 5V , R= 2.2k , Vd=2V (un típico LED rojo).

\begin{equation} V_R = 5V - 2V = 3V\\ I = \frac{3V}{2.2k\Omega} = 1.36 mA \end{equation}

Vale, ¿y si VS = 1V , R = 2.2k y Vd = 2V ?

Esta vez, VS < Vd y el diodo no conduce. No hay corriente que fluye a través de R Así que VR = 0V . Es decir VD = VS = 1V (aquí, VD es la tensión real a través de D como Vd es la caída de tensión de saturación del diodo).

Answer 2

Contrariamente a otras respuestas, los LED do tienen resistencia. Es pequeña, pero no insignificante. La resistencia por sí sola no basta para caracterizar su comportamiento, pero decir que los LED tienen no la resistencia sólo es una simplificación válida a veces .

Véase, por ejemplo, este gráfico de la ficha técnica de LTL-307EE que elegí sin otra razón que la de ser el diodo por defecto en CircuitLab, y un LED indicador bastante típico:

¿Ves cómo la línea es esencialmente recta, y no vertical por encima de 5mA? Eso se debe a la resistencia interna del LED. Esta es la suma de la resistencia de los cables, los cables de enlace, y el silicio.

Un LED sin resistencia tiene una relación exponencial entre la corriente \$I\$ y tensión \$V_D\$ según el Ecuación del diodo de Schockley :

$$ I=I_S\left(e^{V_D/(nV_T)}-1\right) $$

No le aburriré con las definiciones de todos los términos: lea más en Wikipedia si quiere saberlo. Sólo tienes que saber que son constantes para un LED determinado. Fíjate en el \$I\$ y \$V_D\$ y ver cómo se relacionan exponencialmente. Para este ejemplo, he elegido \$V_T=25.85\cdot10^{-3}\$ , \$n=1\$ y \$i_s = 10^{-33}\$ .

Consideremos la relación corriente-voltaje para una resistencia, que viene dada por Ley de Ohm :

$$ I = \frac{V}{R} $$

Está claro que están relacionados linealmente. Si graficáramos esta relación corriente-voltaje para una resistencia como lo hace la hoja de datos anterior para el LED, obtendríamos una línea recta que pasa por \$0V, 0A\$ y la pendiente de esta línea es la resistencia \$R\$ .

A continuación se muestra un gráfico de este tipo con una resistencia, un diodo "ideal" según la ecuación del diodo de Schockley y sin resistencia, y un modelo más realista de un LED que incluye cierta resistencia:

Puedes ver que para valores de corriente > 5 mA, el diodo ideal se parece a una línea vertical. En realidad es muy empinada, pero a esta escala, parece vertical. Pero los LED reales no hacen esto, ni siquiera cerca. Si te fijas en la pendiente de la línea en la hoja de datos anterior, parece una línea recta a través de (1,8 V, 5 mA) a (2,4 V, 50 mA). La pendiente de esa línea es:

$$ \frac {2.4\:\mathrm V - 1.8\:\mathrm V} {50\:\mathrm{mA}-5\:\mathrm{mA}} = \frac{0.6\:\mathrm V}{45\:\mathrm{mA}} = 13\:\Omega $$

Así, la resistencia interna del LED es de 13 Ω.

Por supuesto, también debe incluir en sus cálculos la caída de tensión directa del LED, que es responsable del desplazamiento a la derecha entre los valores de resistencia y el LED real líneas. Pero, otros ya han hecho un buen trabajo explicándolo.

Al fin y al cabo, sólo es necesario modelar aquellos aspectos de un LED que son significativos para su aplicación. 13 Ω de resistencia no son significativos si vas a añadir otros 1000 Ω. El ángulo en la curva corriente-voltaje no es significativo si el LED sólo va a ser en o fuera de . Pero, en aras de entender qué suposiciones simplificadoras estás haciendo, y cuándo esas suposiciones simplificadoras ya no son válidas, quería explicar: un LED hace tienen resistencia.

Answer 3

Los diodos, en general, no tienen resistencia (aparte de la pequeña cantidad de los conductores dentro del paquete), tienen, sin embargo, una caída de tensión a través de ellos, cuya cantidad depende del material semiconductor utilizado en su construcción. En el caso de los LED típicos, esta caída de tensión es de ~1,5 V. La caída de tensión está relacionada con la brecha de banda del semiconductor (la diferencia de energía entre el estado más alto de electrones ligados y la "banda de conducción"). Esta caída de tensión depende ligeramente de la temperatura y de la corriente, pero no significativamente para una simple aplicación LED.

Para ilustrarlo, he aquí la curva I-V de un diodo típico, obsérvese que la corriente aumenta asintóticamente una vez alcanzada cierta tensión umbral. Observe que, a diferencia de una resistencia, la curva I-V es muy no lineal.

Si conectas el diodo directamente a tu batería sin una resistencia, la corriente en el diodo está determinada sólo por la (muy pequeña) resistencia en el cableado y la resistencia interna de la batería, por lo tanto la corriente en el diodo será enorme y (muy probablemente) se quemará, porque el diodo por sí mismo no ofrece resistencia pero conduce corriente.

Para responder a tu pregunta, para calcular la corriente que circula por el diodo tienes que determinar la tensión de alimentación, restar la caída de tensión del diodo y utilizar esta nueva tensión más baja para calcular la corriente utilizando tu resistencia limitadora.

Answer 4

El LED tiene una caída de tensión incorporada (debido a la naturaleza de un LED). Usted puede mirar la hoja de especificaciones del LED que compró para determinar la caída. El color del LED por lo general afecta a la caída de tensión a través de él.

Para una explicación más detallada:

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

Answer 5

La noción de "resistencia" tiene un par de significados relacionados. El significado más sencillo es simplemente decir que, en cualquier momento, la resistencia de un camino entre dos puntos se define como la relación entre la tensión entre esos puntos y la cantidad de corriente que fluye por ese camino. La razón por la que esta definición se considera una "ley" es que para los caminos construidos con muchos materiales, especialmente los que se conocían cuando Geor Ohm acuñó la definición, la relación entre la tensión y la corriente permanecerá aproximadamente constante a medida que varíen la tensión y la corriente. Por lo tanto, si se sabe cuánta corriente circula por un camino con una tensión determinada, se puede utilizar la cantidad derivada "resistencia" para predecir cuánta corriente circularía con otras tensiones, o cuánta tensión se necesitaría para hacer circular otra cantidad de corriente.

La Ley de Ohm describe bien la relación entre la tensión y la corriente en muchos materiales, pero en otros la relación entre la tensión y la corriente no es constante. Sin embargo, incluso con muchos de ellos, si se trazara un gráfico de tensión frente a corriente, habría regiones del gráfico en las que la línea es razonablemente recta. Cuando el voltaje y la corriente estuvieran en una región así, podría ser útil modelar el dispositivo como una fuente de voltaje ideal en serie con una resistencia ideal. Un LED hipotético podría comportarse como una resistencia casi infinita cuando la tensión a través de él está en el rango de +0 a +1,5 (lo que significa que casi no fluiría corriente), pero como una resistencia de 100 ohmios en serie con una fuente de corriente de 1,7 voltios cuando la tensión es superior a 2,0 voltios. Si trazáramos estos comportamientos en un gráfico, obtendríamos dos segmentos de línea disjuntos con un espacio entre ellos. El comportamiento del LED sería alguna curva que conectara esas dos líneas, aunque la Ley de Ohm no sería realmente adecuada para intentar predecir cuál sería esa curva en esa región.