40

Używana przeze mnie dioda LED wymaga wyższego napięcia do światła niż dostarczona, w wyniku czego w ogóle nie świeci.

Spodziewałbym się co najmniej słabego światła, ale światło nie jest generowane.

Dlaczego takie zachowanie „jeśli nie ma wymaganego poziomu napięcia, nie ma światła”? Co dzieje się wewnątrz diody LED?

led solid-state-devices

— Diego Alves
źródło

27

Spodziewałbym się co najmniej słabego światła. Dlaczego miałbyś się tego spodziewać? Proces generowania fotonów rozpoczyna się tylko powyżej pewnego napięcia / prądu. Jak więc można generować fotony, gdy nie są spełnione wymagane warunki? Czy rozumiesz, jak działa dioda LED? Jeśli nie: zbadaj to. Stanie się jasne, czego potrzeba, aby dioda LED wytwarzała światło.

— Bimpelrekkie

42

@ Bimpelrekkie Rozsądne jest założenie, że dioda LED działa jak żarówka, jeśli nigdy nie spotkałeś się z niczym, co by powiedziało inaczej.

— Todd Wilcox,

11

@ToddWilcox: Następnym krokiem po osiągnięciu tego punktu jest otwarcie książki i przeczytanie o tym, czym są diody LED i jak działają, na pewno? To jest „moje założenie jest najwyraźniej błędne” zarządzanie 101.

— Lekkość ściga się z Moniką

23

@LightnessRacesinOrbit To byłoby rozsądne podejście dla kogoś, kto nie jest kompletnym nowicjuszem w EE. Ponieważ na tej stronie zezwalamy na pytania początkujących i entuzjastów, czasami możesz natknąć się na pytania takie jak to, które są wyraźnie zamieszczane przez osoby, które nawet nie wiedzą, jak / od czego zacząć EE. W końcu jest nawet kilku producentów, którzy sprzedają swoje diody LED jako „LAMPĘ SOLID STATE” (ponieważ były kiedyś pewnego rodzaju żarówką) w arkuszu danych. W tym przypadku zamieszanie u początkującego jest zrozumiałe.

— Lorenzo Donati wspiera Monikę

6

@LightnessRacesinOrbit „ Następnym krokiem po osiągnięciu tego punktu jest otwarcie książki i przeczytanie o tym, czym są diody LED i jak one działają, na pewno? ” Myślę, że wersja 2017 tego procesu ma wejść na stronę electronics.stackexchange.com i zapytać, jak diody LED różnią się od żarówek. Właściwie umieściłem prawie wszystkie moje książki w magazynie, ponieważ dosłownie nigdy ich nie używam. Internet jest jednym z nowych „podstaw uczenia się”. To jest absolutnie właściwe miejsce na takie pytanie.

— Todd Wilcox,

114

Diody LED nie działają jak zwykłe (żarowe) żarówki.

Główne różnice (nieco uproszczone dla początkujących):

Mają biegunowość, dlatego muszą być zasilane prądem stałym z poszanowaniem tej polaryzacji. Odwróć polaryzację, a one nie będą działać. Możesz je również uszkodzić, jeśli przyłożysz więcej niż ~ 4 V-5 V w odwrotnym kierunku (są to bezpieczne wartości; dokładna maksymalna dopuszczalna wartość zależy od konkretnego urządzenia).
Emisja światła rozpoczyna się tylko wtedy, gdy osiągnięte zostanie określone napięcie (napięcie progowe), przy tym napięciu emisja jest znikoma. Dlatego jeśli masz akumulator, którego napięcie jest niższe niż napięcie progowe diody LED, nie masz szczęścia, chyba że użyjesz bardziej skomplikowanego obwodu (np. Złodzieja Joule'a lub przetwornicy podwyższającej napięcie DC-DC) do zasilania diody LED.
Po osiągnięciu napięcia progowego każdy bardzo niewielki wzrost napięcia powoduje, że dioda LED mocno przewodzi, tj. Absorbuje ogromny prąd . Dlatego potrzebujesz szeregowego rezystora, aby ograniczyć ten prąd do bezpiecznego limitu. Na tej stronie znajdują się inne pytania / odpowiedzi wyjaśniające, jak obliczyć wartość rezystora ograniczającego.
Po przewodzeniu emitowane natężenie światła jest w przybliżeniu proporcjonalne do prądu (nie napięcia), który płynie w diodzie (więc otrzymujesz jaśniejszą diodę LED, jeśli zmniejszysz wartość rezystora ograniczającego). To aż do maksymalnego limitu prądu diody LED. Po osiągnięciu tego limitu urządzenie przechodzi w tryb POOF !

Pytasz również, dlaczego to wszystko się dzieje, ale odpowiedź jest dość złożona, ponieważ zależy to od fizycznej struktury kryształu półprzewodnika wewnątrz diody. Fizyczne wyjaśnienie polega na mechanice kwantowej i fizyce ciała stałego, naprawdę trudnych tematach.

Artykuł w Wikipedii na temat diod LED zeskrobuje jedynie powierzchnię wewnętrznego działania diod LED i nadal jest dość złożony.

— Lorenzo Donati wspiera Monikę
źródło

7

Tak. Interesujące jest to, że do momentu osiągnięcia napięcia progowego dioda LED jest faktycznie obwodem otwartym - bez prądu. Po przejściu jest to skutecznie zwarcie - co oznacza nieskończony prąd (oczywiście przy założeniu idealnych drutów). Dlatego układ wykorzystujący diody LED zawsze będzie miał rezystor połączony szeregowo z diodą LED. Rezystor określa prąd (napięcie / rezystancja), a prąd określa jasność diody LED. Zasadniczo zawsze używaj rezystora z diodą LED i używaj największego, który zapewni wymaganą jasność, aby zminimalizować zużycie energii.

— David C.

2

Nie nazwałbym tego „absorbowaniem ogromnego prądu”, pochłaniają dźwięki, jakby prąd zanikał w diodzie LED - czego nie robi, przechodzi przez niego.

— Arsenał

2

@Arsenal, proszę, przeczytaj ponownie mój post, (1) Wyraźnie zaznaczyłem moje punkty jako „uproszczone dla bardzo początkujących” ; (2) absorpcja prądu jest całkowicie poprawnym terminem inżynieryjnym, choć może nie tak powszechnym. Zobacz streszczenie tego artykułu IEEE .

— Lorenzo Donati wspiera Monikę

8

@Arsenal Oczywiście również „urządzenie przechodzi POOF”, a „emitowanie magicznego dymu” to standardowy żargon! :-)

— Lorenzo Donati wspiera Monikę

2

@LorenzoDonati wydaje się, że mamy różne pomysły na edukację ludzi. Lubię wprowadzać je w słowa, których faktycznie używamy, aby w przyszłości łatwiej było badać i wyrażać siebie, ale rozumiem również twój punkt widzenia. Prąd i napięcie są po prostu trudne do wyjaśnienia.

— Arsenał

54

Widzę, że Lorenzo odpowiedział już na twoje pytanie bezpośrednio (+1). Oto, co możesz zrobić, aby zapalić diodę LED i zobaczyć, co masz.

Diody LED są diodami, więc należy je prowadzić tylko w jednym kierunku. W przeciwieństwie do zwykłej żarówki, orientacja ma znaczenie. Jeśli dioda LED nie świeci w jedną stronę, odwróć ją i spróbuj ponownie.

Aby bezpiecznie eksperymentować z praktycznie dowolną diodą LED, użyj zasilacza 5 V o przynajmniej 180 Ω szeregowo. Użycie wyższej rezystancji działa, ale bardziej przyciemni diodę LED. Nawet przy 1 kΩ szeregowo nadal będzie można zobaczyć, jak każda dioda LED światła widzialnego zapala się w pomieszczeniu.

Powodem zastosowania zasilania 5 V jest ograniczenie napięcia wstecznego na diodzie LED, gdy jest ona podłączona do tyłu. Większość diod LED może na nich wytrzymać co najmniej 5 V wstecz.

Dioda LED światła widzialnego spadnie co najmniej 1,8 V. To pozostawia (5 V) - (1,8 V) = 3,2 V na oporniku. Prawie każda dioda LED może obsłużyć prąd przewodzenia 20 mA. Zgodnie z prawem Ohma (3,2 V) / (20 mA) = 160 Ω. Powiedziałem minimum 180 Ω dla małego marginesu i ponieważ jest to wspólna wartość.

Napięcie przewodzenia diody LED zależy od koloru. Typowe zielone diody LED na przykład spadają o około 2,1 V. „Białe” diody LED są zwykle tak naprawdę diodami UV z luminoforami, które ponownie emitują w widmie widzialnym. Mogą spaść około 3,5 V.

Dzięki rezystorowi 200 Ω i diodzie LED 3,5 V otrzymujesz (1,5 V) / (200 Ω) = 7,5 mA. Taka dioda LED będzie nadal świeciła dość wyraźnie przy 7,5 mA, nawet gdyby mogła obsłużyć 20 mA lub więcej.

Gdy zaświecisz diodę LED, możesz zmierzyć jej napięcie przewodzące, a następnie wyregulować rezystor, aby pozwolić na maksymalny prąd przy tym napięciu przewodzącym. Załóżmy, że maksymalna wartość to 20 mA, chyba że masz arkusz danych i jest inaczej.

— Olin Lathrop
źródło

6

Uwielbiam tę odpowiedź. Lorenzo odpowiedział jak naukowiec , ale przybiłeś go jak inżynier !

— polfosol,

1

Komentarze nie są przeznaczone do rozszerzonej dyskusji; ta rozmowa została przeniesiona do czatu . A może rozpocznij dyskusję Meta

— clabacchio

Warto pamiętać, że frazy takie jak „z co najmniej 180 Ω szeregowo” mogą być bardzo mylące dla początkujących, którzy mogą nie mieć pewności, czy masz na myśli coś zaawansowanego, o czym oni nie mówią, czy też chcesz dosłownie wbić rezystor 180 Ω w obwód.

— Clonkex,

Chciałbym, żeby zaczęły od 330 Ohm. Po co wysadzać diodę LED tak dużym prądem?

— Jeff Wahaus,

35

Wyjaśnienie fizyki

Żarówki

Światło żarowe nie jest tak naprawdę źródłem światła, jak elementem grzewczym . Prąd przewodzący przez drut rozgrzewa go nieco ; gdy drut przekroczy temperaturę pokojową, emituje energię netto poprzez promieniowanie ciała czarnego . Szybkość emisji tej energii zależy od czwartej mocy temperatury , tj. Im wyższa temperatura, tym jaśniejsza ^† . Im więcej prądu (lub równoważnie ^‡ większe napięcie), tym wyższa temperatura drutu.

$2.6\times10^{-19}$

Diody LED

$2.6\ldots3.2\times10^{-19}$

$1.6\times10^{-19}\:\mathrm{J}$ $U$ $U\times1\:\mathrm{eV}$

_$T^4$

^‡_{Podobnie, prawo Ohma nie jest tutaj całkowicie poprawne, ponieważ rezystywność zależy od temperatury. Ale zależność jakościowa wyższe napięcie ⇒ wyższa moc elektryczna nadal obowiązuje.}

— po lewej stronie
źródło

15

Właśnie dostałeś lekcję obiektową o tym, jak diody LED są nieliniowe .

Żarówki są liniowe po zapaleniu . Liniowy oznacza, że działa jak rezystor: pobór prądu jest proporcjonalny do napięcia: połowa napięcia, połowa prądu, 1/4 mocy. Żarowe światło spełni Twoje oczekiwania.

Diody LED mają bardzo stromą krzywą napięcie-prąd: niewielka zmiana napięcia powoduje dużą zmianę poboru prądu. Jesteś poza dolną częścią tego wykresu, więc nie ma światła.

Stroma krzywa powoduje, że dioda LED jest bardzo nerwowa, niewielkie zmiany napięcia powodują duże (i niszczące) zmiany prądu. Co gorsza, krzywa zmienia się w zależności od temperatury, binowania i wieku. Tak więc diody LED są oceniane przy określonym prądzie, a nie napięciu. W przypadku wskaźników można ograniczyć prąd za pomocą rezystorów. Do oświetlenia, w którym potrzebujesz najwyższej wydajności, najlepiej jest użyć aktywnego obwodu sterownika, aby regulować prąd zgodnie ze specyfikacją.

Takie obwody mogą również zwiększać lub zmniejszać napięcie zasilania, aby dopasować je do diody LED. Joule Thief to prosty obwód, który rozwiązuje problem napędzania oświetleniowej diody LED pojedynczym akumulatorem 1,5 V.

Co do tego jest warte, jest jeszcze gorzej z trzecim rodzajem światła, oświetleniem wyładowczym: świetlówkowym, neonowym, halogenkiem metalu, parami rtęci i sodem o wysokim / niskim ciśnieniu. Są izolatorami do pewnego napięcia, gdy łuk uderza ... Po czym są prawie całkowicie zwarte. Ograniczenie prądu jest obowiązkowe.

— Harper - Przywróć Monikę
źródło

2

Nauczono mnie, że żarówka z żarnikiem stanowi rozsądne obciążenie prądem stałym, im cieplejsze się pali, tym wyższy opór. Może to właśnie rozumiesz przez „gdy się zaświecą”.

— Sean Houlihane,

2

@SeanHoulihane Tak, dopóki żarnik nie zapali się, jest prawie martwy i nadal ma znaczny „prąd rozruchowy”, dopóki nie osiągnie pełnej mocy. Jeśli używasz żarówki w trybie ograniczonym prądem, możesz zrobić wiele takich rzeczy. W przypadku chichotów, włóż żarowe źródło zasilania CC i obserwuj, jak powoli się rozgrzewa.

— Harper - Przywróć Monikę

7

Małe tło na temat półprzewodników ...

Czysty krzem (lub german) jest izolatorem. Zanieczyszczenia są dodawane w celu utworzenia materiału typu „P” lub „N”. Gdy są one obok siebie (w diodzie PN lub LED), zanieczyszczenia skutecznie się znoszą , pozostawiając małą „ czystą ” warstwę - która działa jak izolator.

Jeśli podłączysz zasilanie w niewłaściwy sposób, warstwa staje się grubsza i mocniejsza - aż do uszkodzenia urządzenia. (Varicaps wykorzystują tę zasadę do tworzenia kondensatora zmiennego - grubość izolacji działa jak odległość między płytami kondensatora)

Po podłączeniu zasilania we właściwy sposób warstwa staje się cieńsza, aż urządzenie w końcu przejdzie prąd. Kiedy to się wreszcie stanie, dioda LED zacznie świecić.

Ostatnia uwaga: możliwe jest zaświecenie diody LED tylko za pomocą źródła 1,5 V: użyj obwodu podwyższającego napięcie. Najczęstszy obwód nazywa się Złodziejem Dżuli .

— Alan Campbell
źródło

2

Ich spadek napięcia (~ 2 V) jest wyższy niż napięcie zasilania (1,5 V). Jeśli napięcie zasilania jest niższe niż spadek napięcia, żadna dioda (w tym LED) w ogóle nie przewodzi.

— Kredowy
źródło

3

To nie odpowiada na pytanie w sposób, który jest przydatny. Dlaczego w tym przypadku nie ma światła? OP oczekuje scenariusza podobnego do żarówki, a ta odpowiedź nic nie wyjaśnia, dlaczego to oczekiwanie jest błędne.

— Phil,

1

Oprócz odpowiedzi tutaj warto również zauważyć, że każda dioda LED jest inna (nawet kolorem). Wszystkie mają nieco inne napięcia „aktywacyjne” i graniczne.

Prawidłowym sposobem upewnienia się, że nie zamierzasz wysadzić swojej diody LED, a jednocześnie upewnienia się, że możesz spodziewać się światła, jest zajrzenie do karty danych LED.

Korzystanie z arkusza danych zapewni niezbędne doświadczenie

Lokalizowanie wspomnianych arkuszy danych
Czytanie i rozumienie ich

Na początek jest losowy dla białej diody LED z góry Google; co jest być może nieco bardziej skomplikowane niż większość diod LED, ponieważ „biały” nie jest kolorem w diodach LED.

Jest w nich niesamowita ilość informacji, a jeśli ich nie rozumiesz, sugeruję spróbować, a następnie ponownie zadaj pytanie, pytając o konkretną część, której nie rozumiesz.

— UKMonkey
źródło

Nie tylko różne diody LED w różnych kolorach są różne (czerwone mają często wartość około 2 V, podczas gdy białe i niebieskie diody LED zwykle działają przy 3 + V), ale nawet w obrębie koloru, a czasem nawet w partii, mogą się różnić. Właśnie dlatego arkusze danych często pokazują wartości „Min [imum]”, „Typ [ical]” i „Max [imum]” V f .

— Doktor J

Dlaczego nie mogę zapalić diody LED za pomocą akumulatora 1,5 V.

Wyjaśnienie fizyki

Żarówki

Diody LED