Tensión máxima vs corriente para LED

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Hay una falla básica en mi comprensión de cómo funcionan los LED o diodos en general, así que espero que alguien pueda ayudar y perdonar la simple pregunta.

Por lo general, cuando uno tiene un LED en serie con una resistencia, parece que el LED siempre tendrá una caída de voltaje correspondiente de aproximadamente 2 V (se puede leer un valor más exacto en la hoja de datos). Esto significa que la caída de voltaje a través de la resistencia será la caída de voltaje de la fuente menos los 2V, y la resistencia debe elegirse simplemente para limitar la corriente a, digamos, un máximo de 20 mA o lo que diga la hoja de datos. Pero el punto relevante aquí es que el tamaño de la resistencia no afectará la distribución de las caídas de voltaje (sobre la resistencia frente al LED). El LED tiene una caída de voltaje "cableada" y la resistencia se lleva el resto.

Entonces, ¿qué pasa si tenemos un escenario diferente, donde se utiliza un diodo Zener para convertir el voltaje? Entonces, en este caso, tengo un Zener y una resistencia en serie, conectados a la fuente de alimentación. Digamos que el diodo Zener es de 5V. Está conectado a "inverso" para aprovechar esta tensión de ruptura inversa. La resistencia es tal que la corriente máxima extraída puede ser de 20 mA para todo el circuito. El circuito se ve aquí:

La caída de voltaje en el Zener ahora debe ser de 5 V (suponiendo que la fuente de voltaje tiene un voltaje más alto que eso) y la resistencia limita la corriente.

Ahora la pregunta es: ¿Qué sucede si conecto un LED en paralelo con el Zener, sin ninguna resistencia? Una resistencia no debería ser necesaria para fines de limitación de corriente ya que la resistencia (en serie con el Zener) ya está limitando la corriente, por lo que sabemos que nunca hay un exceso de corriente. Pero como el LED está en paralelo con el Zener, la caída de voltaje a través de él será de 5 V, es decir, más alta que antes. Así que esto es diferente del caso anterior en el que el circuito aseguró que la caída de voltaje en el LED fue de 2V. Aquí parece que no puede hacer eso, porque solo hay un LED para tomar toda la caída de voltaje.

¿Esta configuración dañará el LED? ¿Qué valor debo buscar en la hoja de datos para averiguar qué caída máxima de voltaje puedo aplicar cuando no hay resistencia? En la hoja que tengo para un LED típico, tal voltaje no aparece en las clasificaciones absolutas máximas. Pero supongo que no podría poner una caída de 1000 V incluso si asegurara que la corriente era < 20 mA?

También estoy pensando si los cables comenzarán a actuar como (pequeños) resistores en serie con el LED y de alguna manera tomarán el exceso de voltaje.

    
pregunta Morty

3 respuestas

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El truco con los diodos es que tienen una característica exponencial I-V. Esto significa que la corriente que fluye a través tiene una dependencia exponencial del voltaje, y más allá de cierto punto, los cambios muy pequeños en el voltaje dan como resultado cambios muy grandes en la corriente. Básicamente, la resistencia sirve como retroalimentación, relacionando el voltaje y la corriente con una relación lineal de mejor comportamiento que es menos sensible a los cambios en el voltaje (lineal en lugar de exponencial). La característica exponencial de un diodo puede modelarse como corriente cero hasta que se alcanza un voltaje de tres vientos, y luego una caída de voltaje constante. Por debajo del umbral, el diodo se apaga ('en corte'), y por encima del umbral estará polarizado hacia adelante.

Si coloca un LED en paralelo con un diodo Zener, lo más probable es que no fluya corriente a través del diodo Zener (estará en corte) y toda la corriente fluirá a través del LED. Esto se debe a que si intenta colocar más de 2v a través de un LED (suponiendo que el voltaje directo es de 2v), obtendrá un flujo de corriente muy alto (amperios, no mA) que la resistencia limitará con una gran caída de voltaje. Así, el circuito terminará estabilizándose con 2 V tanto en el LED como en el zener, pero con poca corriente fluyendo a través del zener. No dañará el LED mientras la resistencia limite la corriente a algo que el LED pueda manejar, pero el zener no hará nada.

    
respondido por el alex.forencich
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En su circuito, si elige la resistencia para permitir 20 mA a través del Zener de 5 voltios, luego conecte un LED de 2 voltios en paralelo con el Zener, el LED mantendrá el voltaje a 2 voltios, pero la corriente será Mucho más que 20 mA, ya que la resistencia ahora tiene que bajar 3 voltios más que en el caso de no LED.

Con el LED allí, toda la corriente fluirá a través del LED, y ninguna corriente fluirá a través del Zener, ya que solo habrá 2 voltios a través de él.

La hoja de datos del LED mostrará el voltaje típico en el LED con cierta corriente especificada. A menudo, habrá un gráfico que muestra cómo varía el voltaje con la corriente.

    
respondido por el Peter Bennett
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El voltaje y la corriente en el diodo están relacionados de manera no lineal.

Podrías pensar en el diodo como una resistencia dependiente del voltaje.

Por ejemplo, Aquí hay un gráfico de voltaje directo frente a corriente para un LED:

Por otro lado, una resistencia daría una línea recta que comienza desde 0 con una pendiente de 1 / R.

Si pone otros diodos o resistencias en paralelo con el diodo, entonces tiene que resolver un sistema de ecuaciones no lineales para obtener la corriente real y la caída de voltaje.

Utilizar una caída de tensión directa fija para un diodo es solo una conveniencia. Este valor es la corriente a la que la tensión directa no cambia mucho con el aumento de la corriente (por ejemplo, en el gráfico anterior cuando la línea comienza a empinarse) o para los LED, la corriente recomendada para el brillo nominal. Por ejemplo, en el gráfico anterior, si la corriente requerida para el brillo nominal es de 20 mA, el voltaje directo se especificará como 2.0V.

    
respondido por el geometrikal

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