我正在Tinkercad中進行一些仿真,並嘗試使用不同的電路來打開燈泡。
為什麼LED需要一些電阻而燈泡不需要?
我只使用麵包板和9V電池。
我正在Tinkercad中進行一些仿真,並嘗試使用不同的電路來打開燈泡。
為什麼LED需要一些電阻而燈泡不需要?
我只使用麵包板和9V電池。
對於LED,電壓的小幅增加將導致電流的大幅度增加。因此,很難獲得適當的電壓來保持LED處於適當的亮度。如果您將電壓調得太高,可能會損壞LED。
更難的是,隨著LED變熱,電流也會增加。自然地,當您加電時,它往往會變熱。結果,用電壓驅動LED太麻煩了。通常必須採取某種形式的限流措施。它不一定要是電阻,但這可能是最簡單的方法。
LED燈泡中集成了可克服所有這些問題的電路。
老式白熾燈泡(包括鹵素燈泡)有所不同。點亮的部分由細的鎢絲製成,鎢絲變熱時會發光。導線的電阻會自動限制電流。該電阻也是導致其發熱的原因。而且,錦上添花,電阻會隨溫度升高而上升,因此,當使用電壓源供電時,白熾燈泡確實很穩定。
LED(和每個二極管)的“問題”是,它的電阻(不是恆定的)是恆定的,而當施加到二極管的電壓增加時,“動態”的電阻卻減小了。因此,根據歐姆定律,電壓和電阻都會改變,但方向相反-I = Vinc / Rdec。結果,流過二極管的電流急劇增加...如果施加的電壓(此處為9 V)高於二極管閾值電壓(對於LED通常為2 V),則電流以及相應的功率將變為高得無法接受。為了解決這個問題,我們串聯一個電阻。該網絡的操作如圖1所示。
圖。 1. LED作為穩壓動態電阻器
當我們打開電源時,(輸入)電壓VIN從零增加到最大值。在圖形表示中,其IV曲線(包括電阻R)向右移動(平移)。同時,二極管開始降低其靜態電阻R ST,因此其IV曲線逆時針旋轉。結果,工作點A沿著二極管IV曲線的垂直部分向上滑動。電流變化很大,而二極管兩端的壓降VD(VF)不變-二極管差分電阻為零。
白熾燈也不具有恆定的電阻。但是,與LED相比,當施加在燈兩端的電壓增加時,其動態電阻會增加。現在,根據歐姆定律,電壓和電阻都會改變,但方向相同-I = Vinc / Rinc。結果,電流以及相應的功率會更緩慢地增加...並且不會變得過高。
當您說燈泡
時,我認為您是指白熾燈光源嗎?如果是這樣,9V電池的汁液就遠遠不足以對其燈絲造成任何損害,該燈絲通常由碳,鎢或鈦製成。燈絲的兩個要求是高電阻率和高熔點,這是使燈絲發光並發光的必要功能之一。您甚至可能會說,這是它自己的“電阻” ...
為什麼在麵包板中測試燈泡電路時不需要電阻?
燈泡是純電阻-它通過電流,變熱,變熱,以至於發光並發光。從本質上講,這是一種將電轉換為光的低效方法。它具有電壓和功率額定值,因此您施加正確的電壓會導致功耗分別為10瓦,20瓦,40瓦等。並且產生大量熱量。
LED還可以發光,其發光效率可能是普通燈泡的五到十倍,這是其最大的吸引力之一。
來自此處的圖形。
為什麼LED需要一些電阻而燈泡不需要?
缺點是LED帶有電源電壓限制,這意味著在向其施加電壓時要小心。當然,LED可以帶有一個內置電阻器,該電阻器使其可以與燈泡在相同的電壓源上使用,但是卻錯過了使用LED高效產生光功率的要點。
因此,如果您不需要高效光源,請使用帶有串聯電阻的LED。如果您要依靠LED的功率效率(因為需要),請小心,有效和高效地驅動它。
要添加到現有答案中,並附有實際站點的說明:
通常會為特定的電壓製造燈泡,然後將連接到電壓源。
另一方面,LED對電流敏感。電壓/電流曲線不僅隨顏色變化,而且隨製造公差而變化。它也非常陡峭,因此較小的過電壓會產生大電流並立即將其破壞。
通常,LED由恆流源驅動。在簡單電路中,這可以通過限制電流的串聯電阻來模擬。需要進行選擇,以便即使對於具有特別低的壓降電壓或溫度變化時可能發生的電阻減小的LED,電流也保持在規格範圍內。
因此,V drop sub>在3.2至3.4伏之間變化的LED無法使用串聯電阻在3.5V電源上可靠地驅動,因為電流會在允許的V 之間變化很大下降 sub>範圍。當使用9V電源時,即使使用V drop sub>高的UV LED,電阻器也有足夠大的壓降來穩定它,例如UV LED達到4.4VV drop (V drop sub>的增大與發出的光的波長大致成反比)。
但是,如上所述,在幾乎所有使用大功率LED(而不只是作為狀態LED)的工業應用中,它們都是電流驅動的。
燈泡和LED都是非線性元素,它們是不同的非線性。 (請參閱此處: http://physicsexperiments.eu/2097/light-bulb-current-voltage-characteristic和此處 https://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_8 .html用於I / V圖。)
特別是,當電壓或電流增加時,二極管的電阻會迅速下降,而白熾燈絲的電阻會略有上升。
為了獲得穩定的操作(因為任何參數的微小變化都不會帶來較大的變化,並且可能損害某些其他參數的變化),LED必須饋入或多或少的恆定電流,而燈泡必須饋入恆定的電流電壓。
不是說您不能以另一種方式進行回合。
您可以用3.09 +/- 1%的電壓為LED完美供電(3.09是藍色或白色LED的典型示例,確切的數字還取決於LED的溫度),以保持光輸出在+/- 50%限制。對於相同的LED,3.5伏會立即損壞,而2.8伏則完全沒有光。沒關係,是嗎?
與電流源而不是電壓源一起使用時,燈泡更寬容。它的啟動會相當緩慢(例如,大功率燈需要1-3秒),並且隨著老化而變得越來越亮,從而導致更快的老化。
LED的電阻只是一個簡單的電流源。您還可以使用其他(或多或少恆定)未明確包含電阻的電流源。電源LED與集成的開關模式電流源一起使用。您也可以使用一隻CR2032電池作為電流源,而沒有其他元件-它可以為4毫安電流的5毫米LED供電一兩天。