Siempre me he preguntado por qué es válido suponer una caída de voltaje (diferente de la caída de voltaje de la unión) en diodos o LEDs del encendido de un circuito. Simplifica el análisis, pero no me queda claro por qué es un enfoque válido.
Por ejemplo, en la pregunta Los condensadores se cargan en un circuito de CC , el supuesto es una caída de \ $ 2V \ $ a través del LED.
¿Cuál es la explicación?
Es un enfoque válido solo para casos generales simplemente porque la mayoría de los LED tienen una caída de voltaje directa cerca de ese valor.
Aquí hay una tabla de wikipedia sobre la caída de voltaje de diferentes LED:
Puedesverqueparaalgunosrojos,naranjas,amarillosyalgunosverdes,2Vestácercadelvalor.SupongoquesiestuvierashaciendouncircuitoconLEDultravioleta,podríasasumir3.5o4V.Ahora,sirealmenteconocelacaídadevoltajedirectoenlosLEDqueestáutilizando,tendríamuchomássentidoutilizaresevalor.
SaliendodeloquedijoEchad,elmodelodecaídadevoltajeconstanteeselmássimpleyaceleraelanálisis.Enrealidad,lacaídadevoltajeenlosdiodostieneunarelaciónexponencial.
Además,hayvariosmodelosdiferentesparaanalizarcircuitosquecontienendiodos.
Tomadodeunlibrodetextoqueusoenlaescuela,MicroelectronicCircuits6thEd,porSedraySmith:
Análisisgráficodelmodeloexponencial,utilizandounalíneadecarga
Modelo de caída de voltaje constante
Ahora esto es para diodos de silicio simples, pero la misma matemática es válida para todos los diodos, solo los parámetros son ligeramente diferentes y la caída de los LEDs sale diferente en función de cómo se fabrican.
Los diodos tienen características de salida muy pronunciadas: casi no hay corriente por debajo de algún valor de voltaje, y una vez que se alcanza este voltaje, el aumento de corriente es muy pronunciado:
Estefuerteaumentoenlacorrienteen\$V_d\$esencialmentesignificaquenoimportaquécorrienteforzaráeldiodo,elvoltajenovariarámuchode\$V_d\$.
Puedeargumentarqueparacorrientesmuygrandes,elvoltajepuedeaumentarenunacantidadsignificativa,peroenlaprácticaestonosucederá.Loquesucederáesquecuandolacorrienteaumentaconrespectoalacorrientenominaldeundiodo,eldiodosedañarápermanentemente(cortocircuito,circuitoabiertooalgúnotroefectonegativo).
Debidoalasrazonesanteriores,sieldiodoestápresenteyestáconduciendo,tendráunacaídadevoltajedemagnitud\$\aproximadamenteV_d\$atravésdeél.
Ahora,puedepreguntar:"¿Cómo sabemos a priori que el diodo está conduciendo?". Buena pregunta. Realmente no podemos saber esto a priori , pero podemos ASUMIR que este es el caso y realizar un análisis del circuito. Una vez realizado el análisis, debemos asegurarnos de que todos los voltajes y las corrientes en nuestro circuito sean consistentes. Si lo son, nuestra suposición era correcta. Si, por otro lado, encontramos que la caída de voltaje (como se desprende del análisis) en el diodo está por debajo de su \ $ V_d \ $, entonces es una contradicción y nuestra suposición era errónea: el diodo está en corte. Región de operación y se comporta como un circuito abierto.
Hay varias formas de modelar los caracteres de diodo directo, una de las formas más simples es el Modelo de caída de voltaje constante
Aparte de eso, también hay
Lo que hace que el modelo de caída de voltaje constante sea útil es que permite acelerar el análisis de los circuitos. Sin embargo, estás intercambiando calidad por tiempo. El modelo exponencial le proporciona la respuesta más precisa de estos tres modelos.
Es simplemente una regla de oro. Si la aproximación es lo suficientemente buena o no es una función de la pregunta que hace, por qué la pregunta y qué tan precisa necesita la respuesta. Por ejemplo, a menudo cuando se aproxima a los LED, es porque está tratando de limitar la corriente para no dañar el LED, y casi está disparando para un orden de magnitud estimado (bueno, un poco mejor que eso).
De hecho, si necesita algo mejor, puede parametrizar la curva de diodos IV, o hacer una línea de carga, pero estos no son necesariamente números que sepa con mucha precisión (algo así como beta para un transistor, por lo que los buenos diseños electrónicos funcionan a pesar de que dichos parámetros pueden variar sustancialmente.
Como han señalado otros, la caída de voltaje de la regla de oro difiere para diferentes colores.
Es una suposición válida por la forma o la composición más precisa de los LED. A partir de décadas de fabricación de LED de forma común , con un material común que entendemos perfectamente, las simplificaciones y suposiciones de cómo funcionan son lo suficientemente buenas para el uso más práctico.
Su led rojo promedio tiene una caída de 1.8V a 2.0V, basado en el material semiconductor utilizado para construirlo. Los azules tienden a ser 3.2V.
Esta es la misma razón por la que se usa la ley de Ohm, aunque no tenga en cuenta el ruido o la temperatura de Johnson-Nyquist. Esta es la razón por la que la Física Newtoniana todavía se usa, aunque tienen fallas leves y están ampliamente sustituidas por Relativistic y Quantum Physics.
Para los usos más prácticos y simples, las aproximaciones están bien. El uso de un diodo o led con una caída de 1.8v cuando se calcula la caída de 2.0v no afectará a la mayoría de los circuitos, a menos que la diferencia de 0.2v es tan importante La misma razón por la que vierta 2.2 oz de mantequilla para mi mezcla para panqueques en lugar de exactamente 2.0oz no hará que mis panqueques se conviertan en papilla. Es lo suficientemente cerca como para que la ligera variación no importe.
Es una suposición válida porque es lo suficientemente cerca como para decir que la diferencia es insignificante en muchos casos. Vea, por ejemplo, este gráfico en LTL-307EE :
Observequeelejedevoltajecomienzaen\$1.2V\$,yenelrangodeoperacióntípicodeldiodo,elvoltajesolovaríaalrededorde\$0.6V\$.Estoes
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