Caída de voltaje inferior a 0.7-0.6V en diodos sillicon

  

¿Por qué la fuente de alimentación solo "considera" la caída de 1,6 V en el LED y envía la corriente en consecuencia?

Tenga en cuenta que las fuentes de alimentación no "envían corriente", sino que envían voltaje. El resistor de carga luego "dibuja corriente" según la ley de Ohm (o para diodos, según la curva V-I).

Creo que su confusión está causada por el concepto "resistencia no lineal". Los diodos en realidad no se encienden y apagan, sino que tienen un comportamiento de voltaje / corriente no lineal. Los diodos no se comportan como resistencias, en cambio, su corriente está determinada por el voltaje aplicado y se describe mediante (¡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.

Su circuito será doblemente confuso porque está combatiendo dos "resistencias no lineales" entre sí: la curva no lineal del LED, frente a la curva no lineal para toda la cadena de diodos. ¡Desagradable!

:)

Aquí hay una forma de verlo. Supongamos que reducimos la velocidad agregando un condensador grande de NODE1 a GND, como 3,300uF. Luego, cuando de repente conectamos la batería, el voltaje en el capacitor comienza a aumentar. La tensión del condensador también se encuentra en el LED y los diodos. Eventualmente, el voltaje llegará a la parte de "rápido aumento" de uno de los gráficos de diodos. En este caso, el LED llega primero (es alrededor de 1.0V para los LED de color rojo, más alto para otros colores). La parte de rápido aumento del voltaje de la cadena de diodo es de alrededor de .4V para cada diodo, multiplicado por nueve, aproximadamente 3.6V. mucho más grande que los voltios de LED. A medida que aumenta la tensión del condensador, el LED "gana". El aumento de voltaje se estabilizará tan pronto como el comportamiento de la ley de Ohm de la resistencia ofrezca la misma corriente que la ecuación V-I para el LED.

En otras palabras, ¡la cadena de diodos no puede generar una corriente significativa hasta que el voltaje de su LED supere los 3.6V! Esto no sucederá con un LED rojo y una resistencia de 2.7K.

Sin embargo, si ha usado un LED blanco y una resistencia de 100 ohmios, la cadena de diodos tomará una corriente significativa. Si un LED blanco consume 30, 40, 50 mA, el voltaje puede subir muy por encima de los 3V habituales que se ven en los LED blancos.

¡Entonces, la respuesta a su pregunta es diferente para diferentes LED de color!

¿Ves? Desagradable.

Desafortunadamente, en casos como estos, la única forma de hacer predicciones completamente precisas es abandonar los modelos mentales simplificados. En su lugar, escribe y resuelve ecuaciones. (Esta tiene dos ecuaciones exponenciales, una para el LED y otra para la cadena de diodos). O bien, use un simulador de circuito o un programa Spice que resuelve de manera invisible las ecuaciones para usted en el fondo. Agregar un capacitor e imaginar condiciones que cambian lentamente puede llevarlo lejos en la comprensión de la electrónica no lineal. Pero a veces no es obvio dónde se debe colocar ese capacitor o qué componente no lineal dominará.

Figura1.CorrientefrenteavoltajeparavariosLEDdecoloresconcurvaparanuevediodosdeseriequesemuestranennegro.

ElgráficodelaFigura1esunpocoaproximado,perodeberíatransmitirlaidea.Consuresistenciadeseriede2.7k,lacorrientemáximaserádeaproximadamente3mA.Nopodremosverestoenelgráfico,asíquediscutiréelcasocuandoelLEDestéencendidocon20mA.

• A20mApodemosverqueunLEDrojotendráunacaídadetensióndirectadeaproximadamente1,8V.Estosignificaquelatensiónenlapartesuperiordelacadenadediodosbajaráa1,8V.
• Siobservamos1.8Venlacurvadediodo,podemosverquelacorrienteatravésdelosnuevediodosserámuypequeña.Echéunvistazoalosgráficosdebajacorriente/voltajeparalosdiodos1N4001,peroningunoteníagráficosparamenosde10mA.

Figura2.Lahojadedatosdeldiododeseñalpequeña 1N4148 baja a 0.1 mA.

• Incluso la hoja de datos del 1N4148 solo baja a 0.1 mA. Si extrapola el gráfico, puede ver que por cada 0.2 V, la corriente disminuirá en un factor de 10.

  

Entonces, mi pregunta es, ¿por qué la fuente de alimentación solo "considera" la caída de 1.6V en el LED y envía la corriente en consecuencia, en lugar de "considerar" la caída de 6.3V-5.4V en los diodos (que es lo que sucede cuando sacar el LED del circuito del 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 tienen los nueve diodos para desviarlos y, como muestra el gráfico 1N4148, no recibirá mucha corriente a través de ellos. a ese voltaje.

Porque el LED también es un diodo. Y se comporta como tal. Cuando lo coloca en paralelo a su cadena larga de diodos, a la corriente le resulta más sencillo pasar por el único LED (porque la caída de voltaje es más baja de esta manera) y los otros diodos ya no ven corriente (casi). Por lo tanto, no hay (casi) más caída de voltaje entre ellos.

Por construcción, el voltaje a través del único LED es igual al voltaje a lo largo de la cadena larga, ¿verdad? Entonces, debido a que el voltaje en el único LED no puede ser mayor que su caída de voltaje (la corriente está limitada por la resistencia), el voltaje en cada diodo de silicio termina siendo el voltaje del LED dividido por el número de diodos de silicio.

Ciertamente, puede obtener menos de 0.7V a través de un diodo de silicio. Si simplemente aplica 0.1V al diodo, entonces esa es su caída. Incluso puede aplicar un voltaje negativo, hasta la ruptura inversa. Si aplica -0.3V, entonces esa es la caída. Ambos de estos son menos de 0.7.

Por supuesto, muy poca corriente fluirá si el voltaje se encuentra entre la ruptura inversa y la polarización directa. Eso es lo que está pasando en tu simulación de circuito; no se aplica suficiente voltaje directo a los diodos para producir polarización directa.

Los diodos no son fuentes de voltaje. Ellos no producen mágicamente una constante de 0.7V cuando están conectados a un circuito. Ellos limitan a aproximadamente 0.7V; es difícil persuadirlos para que tengan una mayor caída hacia delante: se requiere tanta corriente para mantener una caída hacia delante significativamente mayor que 0.7 V que freirá el diodo.