了解为什么不对多个 LED 使用电阻器

电器工程 引领 当前的 反抗
2022-01-25 13:07:46

我正在研究使用一个电阻来控制 7 段显示器。不是因为我想这样做(可以节省一些时间),而是为了理解概念。

有人说每个 LED 之间的微小差异会导致非常不均匀的照明,这是有道理的,但同时他们说这可能会造成损坏。

我不明白这一点:在 LED 电压 - 电流图上,LED 是否像具有电阻一样“拉动”某个电流?

如果我在并联电路中有 2 个 LED,则两个并联都必须下降 2V,但一个 LED 在 5mA 时为 2V,另一个在 10mA 时为 2V,这对我来说没有意义。我在电路之前有一个电阻器,比如说来自 Arduino 5V,它在 15mA 时会下降 3V(为 LED 提供 2V),所以 200 欧姆。这是我不明白的:电流不会在两者之间共享,给每个 7.5mA 吗?“电压与电流”图的用途是什么?我的猜测是显示相等的照明需要什么。

希望有人能解释我的理解哪里出了问题,我没有考虑 LED 电阻,还是他们遵循奇怪的规则?

4个回答

LED 的正向压降因设备而异,而且超出您的想象。这会给用户带来一些问题。

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图 1. Lite-On LTST-C170TBKT。图片来源:建兴。

例如,Lite-On LTST-C170TBKT InGaN 蓝色 LED 数据表显示正向电压在 20 mA 时在 2.8 V 和 3.8 V 之间变化。这是一个很大的变化。较低的值将允许在 3.3 V 下使用低值串联电阻器运行,而 3.8 V 样本可能不会非常明亮地打开。在更高的电压下,串联电阻对电流的控制会因不同的 LED 而异。

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图 2. LTST-C170TBKT-Vf 变体相当广泛。图片来源:V f和 binning的变化。

请注意,如果我们将 3 V 施加到一组这些 LED 上,一些 LED 会消耗 1 毫安电流,而其他 LED 会消耗 50 mA。

我不明白这一点:在 LED 电压 - 电流图上,LED 是否像具有电阻一样“拉动”某个电流?

电阻器不会“拉”电流。它们允许一定量通过,量 ( I ) 与电压 ( V )成正比

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图 3. 您可以将任何二极管视为有点像带弹簧的止回阀。图片来源:什么是LED?.

您可以想象,如果您将一组带有各种弹簧压力的止回阀并联起来,当您提高水压时,阻力最小的阀门将首先打开并占用所有电流。弹簧压力较高的只会打开裂缝。第一个打开的将决定整个批次的压降。以同样的方式,具有最低正向电压的二极管V f将首先导通,它将确定施加在并联组上的电压。

如果我在并联电路中有 2 个 LED,则两个并联都必须下降 2V,但一个 LED 在 5mA 时为 2V,另一个在 10mA 时为 2V,这对我来说没有意义。

希望现在可以。

我在电路之前有一个电阻器,比如说来自 Arduino 5V,它在 15mA 时下降 3V(为 LED 提供 2V),所以 200 欧姆 [小 'o']。这是我不明白的:电流不会在两者之间共享,给每个 7.5mA 吗?

不会。由于V f的差异,一个会比另一个传导更多。

“电压与电流”图的用途是什么?我的猜测是显示相等的照明需要什么。

它显示了该类型典型 LED 的电流和电压之间的关系。图 2 可能更有用。

阅读我的链接文章。他们可能会有所帮助。


从评论:

“其他人可以消耗 50 mA”,我认为是电阻而不是 LED 允许电流通过,但是?

在我的 3 V LED 讨论中,我将 3 V 直接施加到 LED,而不是通过电阻器。

此外,具有不同的正向电压与我对每个并联分支如何降低相同电压的理解不符。

如图 2 的蓝线标称曲线所示,V f不是一个常数。一旦它进入线性区域,它就会稍微偏离垂直方向,因此施加电压的微小变化会导致电流发生很大变化。现在想象一堆蓝线都略微偏移到所绘制的左侧和右侧,您应该能够看到从 V 轴上的任何点绘制的垂直线(代表施加到并联 LED 的公共电压)将导致每个并联 LED 中的电流不同。

由于电线必须降低电压,通过一个分支的电流是否会增加?

一般不会。这是因为每个 LED 的曲线都会略有不同。由于内部连接线,会有微小的差异,但这些是金属的,而不是半导体。

如果您打开几乎所有提供电压和电流规格的 LED 数据表,您会发现 LED 并不是完美的器件,它们存在公差。

因此,如果您购买一袋假想的红色 LED,并通过从恒定电流源通过它们中的每一个精确驱动 20mA 来测试它们,您会看到 LED 电压的一些变化。

即使说 20mA 时的典型 LED 电压为 2.0V,您也可能具有 1.8V 的最低电压和 2.2V 的最高电压。

如果您将两个电压特性非常不同的 LED 并联连接,例如 1.8V 和 2.2V LED,使用单个电阻器,并尝试为两个 LED 提供总共 40mA 的电流,大部分电流将通过1.8V LED 可能会因过电流而损坏,2.2V LED 甚至可能根本不亮。

因此,只有在制造商的数据表中保证 LED 足够相同时,所有 LED 相同并且可以相同地共享可用电流的假设才有效。

我不明白这一点:在 LED 电压 - 电流图上,LED 是否像具有电阻一样“拉动”某个电流?

是的,要直观地理解这种称为“电流转向”的现象,您可以将 LED 视为电阻器……但具有非线性电阻,具有保持其上电压恒定的特性。有趣的是,它是如何做到这一点的。这是一个简单但非常直观的解释。

如果 LED 是普通(欧姆)电阻器,则其两端的电压将为 V = IR 但它的行为类似于“动态”电阻器,当电流 I 增​​加时其电阻 R 减小,vv 因此它们的乘积 - 电压 V 确实没变。

当您将两个这样的稳压元件并联时,它们会形成一个动态分流器他们每个人都试图在这个网络上设置它的电压......如果他们的电压阈值之间至少有一个小的差异,他们就会大力改变他们的电阻来转移电流(“拉动”某个电流”)。

这种简单解释的优点是您可以通过两个并联的可变电阻器(变阻器)来模拟这种布置。


编辑 - 在下面的评论中回答 OP 的问题

不是因为我想这样做(可以节省一些时间),而是为了理解概念

正是……我们需要理解的所有概念……“只见树木不见森林”。通过这种方式,我们可以在看似不同的电路现象之间建立联系。

你认为你可以解释另一种情况吗?如果我有一个 300 欧姆电阻的 5V 电压,并且在它分成并联后,每一侧都有一个 LED。一个数据表显示 12mA 时为 1.9V,另一个 30mA 时为 1.9V(差异很大)。这似乎会“拉” 42mA,但电阻器只允许 10.3mA 通过。

首先,我们必须创建一个关于非线性电阻的概念。大多数人并不觉得有必要这样做;他们只是接受这是它的 IV 曲线所代表的……他们认为这是理所当然的。但我们都与他们不同,我们需要更深入的解释。我们不仅想知道曲线是这样的(非线性),而且还想知道原则上如何获得这样的形状。

1. 将红色 LED1 呈现为“动态电阻”。回答这个问题的最自然、最直观的方法是将 LED 想象成一个可变电阻器(变阻器),它会改变其自身的电阻。图 1 中的图形解释说明了这一点,其中电源电压在 0-5 V 范围内变化。电阻器 R 可被视为该实际电源的内部电阻。随着电压的增加,其 IV 曲线向右移动(平移)。同时,非线性“电阻器”(LED1)的静态电阻 R1 的 IV 曲线并没有保持不动,而是逆时针旋转。结果,交点(操作)点 OP1 向上移动并描绘出 LED1 的非线性特性。所以,这个想法是动态改变元件的电流电阻

LED 作为动态电阻

图 1. LED 作为动态电阻器(图形表示:顶部 - 红色 LED1;底部 - 绿色 LED2

2. 将绿色 LED2 呈现为“动态电阻”。

以类似的方式,我们可以解释第二个“电阻”(绿色 LED2)的非线性 IV 曲线是如何获得的。唯一的区别是它更倾斜。

是不是我可以将两个 LED 都算作电阻,然后求解每个 LED 的确切电流?

正是……这就是我将用下图展示的……

3. 通过等效的“动态电阻器”将两个 LED 并联。我完全接受您将两个非线性电阻器(红色和绿色 LED)的组合替换为仅一个“动态电阻器”(由蓝色 IV 曲线表示)的想法。

LED 并联作为等效电阻

图 2. LED 作为等效电阻并联:顶部 - 标称 R(74 欧姆);底部 - 较高的 R(300 欧姆)

如果我们通过标称值为 74 ohm (3.1V/42 mA) 的电阻器 R 为 LED 网络供电 - 上图 2a,一切都会好起来的,并且与数据表相对应。但是,如果您通过 R = 300 ohm 供电 - 图 2b 的下部,实际电压源(又称“负载线”)的 IV 曲线将显着倾斜......并且电压和公共电流都会降低。

是否有一些我没有考虑到的阻力?

不,没有其他阻力;只有 LED 增加了它们的静态电阻。

如果您将一个电阻器用于 7 段(例如共阳极)LED 显示屏,当所有 7 段都被点亮时,显示段(所有其他条件相同)将彻底变暗,而当一个被点亮时。这与它们共享电流的能力无关,这也是一个问题,尤其是在 LED 电流相对较低的情况下。

您可以通过将时间分成 7 或 8 个切片并一次为一个段供电来驱动带有单个电阻器(例如在阳极电路中)的单个七段显示器。当然,您会以如此快的速度(通常为数百赫兹)执行此操作,以至于这些段似乎被连续照亮。电阻器必须约为将分段静态驱动到相同亮度所需的电阻器的 1/7 或 1/8。峰值段电流也将高出 7 或 8 倍。

这种方法在段数较多的情况下很快就会失去动力,但对于一位或两位数来说是可行的。