題:
為什麼LED具有最大電流?
user3073
2015-01-04 11:16:08 UTC
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所以我知道LED的最大電流(例如20mA),但是從科學上講,這是為什麼呢?

使用水的類比,似乎高壓會導致混亂某種東西(我喜歡把它想像成吹出管道之類的巨大“壓力”)。為什麼一定數量的電子流會損壞某些東西?

@IgnacioVazquez-Abrams什麼?電壓與壓力一樣物理。實際上,這是一個很好的類比,因為它們都是物理勢(單位填充能量):可以以每立方米的焦耳為單位測量壓力,以每庫侖的焦耳為單位來測量電壓。
這是[魔術煙霧](http://en.wikipedia.org/wiki/Magic_smoke)具有足夠能量逃逸的最小電流。
堅持使用管道類比-水流速率如何導致管道磨損,側面磨損並最終導致斷裂-就像電熔絲一樣?
“為什麼** LED **具有最大電流?”使它們聽起來異常。幾乎所有東西都具有最大電流。(儘管更容易將隔離器描述為具有最大電壓)
一切都具有最大電流,電壓(...以及功率,dV / dt等),但是某些設備(或其元件)是“電壓設備”(例如微控制器,電容器,MOSFET柵極),而其他“電流設備”(例如,二極管,LED,BJT,MOSFET漏源)。用與設備相關的術語來表示最大值,而不是將它們“轉換”為其他值(例如Igs(max)?`:P`)要有更多信息。
電流越高,產生的熱量越多。
七 答案:
Phil Frost
2015-01-04 20:12:47 UTC
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很難給出一個類比,因為電氣系統的通常類比是流體系統。流體系統的一大優點是工作流體也能很好地冷卻物體,並且大多數人在流體系統上的實踐經驗都涉及加熱不是很重要的流速。

所以讓我們嘗試一個不同的類比:一根細繩穿過手指的阻力。您的手指就是LED,LED的電壓降類似於您手指兩側的弦的張力差。電流類似於拉弦的速率。

如果拉得太快,手指會受傷嗎?是的:我們稱之為“繩索燃燒”。即使您調整手指的電阻以保持繩索上的張力恆定(無論其速度如何)(類似於LED的恆定電壓降),也會發生這種情況。

原因是完成工作的速度以及由此產生的熱量是手指施加在繩索上的力與繩索在手指上移動的速率的乘積。太緊擠壓或太快移動繩子都可能燒傷繩子。

“工作速率”或“能量速率”稱為功率。對於機械系統,定義它的一種方法是力(\ $ F \ $)和速度(\ $ v \ $)的乘積:

$$ P = Fv $$

由於功率是能量的比率,因此應該以單位時間的能量為單位。以SI為單位,即每秒焦耳,也稱為 watt。因此,無論繩索移動得有多快,手指施加多大的力,您都以每秒幾焦耳的速度進行工作。這種能量不會消失:它會在繩子和手指中變熱。一旦超過身體將熱量從指尖轉移的能力,您的皮膚就會變得過熱而被燒傷。

電氣系統的類比是功率是電壓和電流的乘積:

$$ P = VI $$

\ $ V \ $對於LED,但是如果您增加\ $ I \ $,則產生的熱量快於其輻射到周圍環境的速度。 LED太熱並損壞。

那麼,如果LED的電壓很高但電流很低,那麼LED可能會損壞嗎?
LED的電壓固定為幾伏。如果將電壓增加到該值以上,電流將增加以吸收您的電源能夠饋入的所有功率-直至其燃燒並成為絕緣體。
我猜想是@Mercfh,但是我不確定您怎麼能創造這樣的條件。在LED中,像電阻器(和許多其他組件)一樣,電壓是電流的函數。此函數是[單調的](http://en.wikipedia.org/wiki/Monotonic_function),也是[可逆的](http://en.wikipedia.org/wiki/Inverse_function),所以我們也可以說current是電流的函數。無論如何,對於LED兩端施加的任何“極高”電壓,物理學都認為電流一定是其他電流,並且不會“低”。(假設您可以在融化之前測量這些東西。)
@Mercfh與電阻器的電流和電壓相關的函數是[歐姆定律](http://en.wikipedia.org/wiki/Ohm%27s_law),並且有幾種[二極管模型](http://en.wikipedia.org / wiki / Diode_modelling),具體取決於您需要的準確性。
@PhilFrost Gotcha ...所以我們真的不能在低電流的情況下獲得高電壓.....我想這是有道理的(即使我們使用水比喻)。 我猜不過我在電壓降的意義上對LED的“使用”電壓感到困惑。例如,可能就像軟管上的“洞”一樣,壓力會減小。
如果您想堅持用水類比,那麼水車或水輪機就是一個很好的模型。水流過快會損壞軸承(它們會過熱)
+1。我以前從未聽說過弦/張力類比,並且非常喜歡!
-1
@Mercfh這是一個不好的類比,因為水從軟管的孔中漏出,但電荷很少從電子電路中漏出(CRT和真空管之類的東西除外)。一個更好的類比是一個簡單的止回閥:它需要一定的力來壓縮彈簧並打開閥:該力來自工作流體的壓力降低。半導體二極管幾乎是一回事,但不是壓縮彈簧,而是“壓縮” [帶隙](http://en.wikipedia.org/wiki/Band_gap)。
@ntoskrnl您可以考慮通過單個組件的電流或單個組件上的電壓。基爾霍夫定律進一步告訴我們這些單獨的電流和電壓必須如何與某些較大電路的電壓和電流相關。
@PhilFrost:反向電壓過高可能會損壞LED。我相信以低反向電壓偏置的LED也可能會被較大的正向電壓損壞,該正向電壓施加得足夠快(例如,來自實際或模擬的靜電放電),以便在電子“空穴”移動到足以移動之前找到替代路徑。允許傳導。
PkP
2015-01-04 11:29:21 UTC
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LED兩端的正向壓降為幾伏。該電壓降乘以電流即為設備中的功耗。它產生光,但也產生熱量。是熱量殺死了LED。

如果將標準LED放在頭上時將其跨過電壓源放置,則它有時會在死之前產生足夠的熱量以使其明顯變熱。請勿使用大功率LED進行此操作!
Maxthon Chan
2015-01-04 13:17:43 UTC
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TL; DR:流動的電流會產生熱量,對於LED來說,熱量會殺死部件。

每當電子流過導體時,焦耳加熱發生了。部分原因是由於真正的熱量,組成物體的粒子在周圍移動,並且電子被拉過,這保證了一些電子將碰撞成某種物體,並將其能量轉移到該粒子中,從而對其加熱。

當LED過載時,過度加熱將導致脆弱的鍵合以及管芯本身發生變化。這些變化都不具有建設性,最終熱量會破壞零件。對於LED而言,它們會燒壞甚至吹散,對於其他某些部分,它們可能會爆炸。

cowboydan
2015-01-05 03:22:23 UTC
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這裡是查看其他人所說的另一種方式:

電流到光的轉換不是100%有效的,因此未轉換為光的其餘能量是熱。

每個電子組件都有一個以“開爾文/瓦特”為單位測量的“熱阻”,表示上面的“浪費能量”從芯片出來到PCB(通常是LED的陰極)的難易程度作為熱量。這是在數據表中指定的。

此外,每個電子元件都有一個最高結溫Tj,可以根據數據表中其餘的指定參數進行操作。

有了這些信息,給定恆定的熱阻Rth,固定的最大額定功率LED Pdiss_max,以及不斷增加的驅動LED的電源,將會導致結溫升高到結溫以上最大額定值,並且可能從芯片內部拆解銲線,使其無法使用。

好問題!

Kenny Hawkins
2015-01-04 19:34:40 UTC
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這種尺寸的材料只能處理一定數量的東西。以燈絲為例。大小合適,可以發光但不會燃燒。它被電淹沒了,在燒毀之前只能處理的東西太多了。與LED相同。取決於材料的數量和類型。

儘管就目前而言是正確的,但我認為從規模上看並沒有幫助。標準3mm LED上的引線的熔斷電流可能為20-30安培。高功率的LED並沒有比標準的LED大得多。主要是,它具有更好的散熱片。大小僅與電流處理能力鬆散相關。
將燃盡的LED與白熾燈絲進行比較,就意味著它們可能具有共同的工作原理,而實際上它們卻盡可能地相反。在固定溫度下,二極管是非線性的,而燈絲(忽略任何寄生效應)則是線性的。此外,燈絲的熱係數為負,並且該負反饋允許在一定電壓範圍內穩定運行。相反,半導體通常具有正的熱係數,並且在提供過多能量時會表現出熱失控。
George Herold
2015-01-04 23:59:54 UTC
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所有不錯的答案。我只是想補充一點,如果LED中沒有非輻射複合,那麼熱量就會少得多,並且可以在加熱之前推動更多的電流通過...(想想新型的高效LED)

Gianluca Ghettini
2015-01-26 19:56:31 UTC
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實際上,我發現水比喻非常有效。如果大量的水進入管道,管道將破裂。更具體地說,當流體流動時,它會像其他任何材料一樣熔化少量熱量,從而熔化。



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