Предположение о падении напряжения на диодах (светодиодах и т. д.)

Это допустимый подход только для общих случаев просто потому, что большинство светодиодов имеют прямое падение напряжения около этого значения.

Вот таблица из Википедии по падению напряжения на разных светодиодах:

Вы можете видеть, что для некоторых красных, оранжевых, желтых и некоторых зеленых цветов значение 2 В близко к значению. Я полагаю, что если бы вы делали схему с ультрафиолетовыми светодиодами, вы могли бы предположить 3,5 или 4 В. Теперь, если вы действительно знаете прямое падение напряжения на светодиодах, которые вы используете, было бы гораздо разумнее использовать это значение.

Исходя из того, что сказал Эхад, модель постоянного падения напряжения является самой простой и ускоряет анализ. В действительности падение напряжения на диодах имеет экспоненциальную зависимость.

Также существует несколько различных моделей для анализа цепей, содержащих диоды.

Взято из учебника, которым я пользуюсь в школе, «Микроэлектронные схемы, 6-е изд.» Седры и Смита :

Графический анализ экспоненциальной модели с использованием линии нагрузки

Модель постоянного падения напряжения

Теперь это для простых кремниевых диодов, но одна и та же математика верна для всех диодов, просто параметры немного отличаются, и падение для светодиодов получается разным в зависимости от того, как они изготовлены.

У диодов очень крутые выходные характеристики - тока ниже некоторого значения напряжения почти нет, а после достижения этого напряжения нарастание тока очень крутое:

Это резкое увеличение тока в$V_d$по сути означает, что независимо от того, какой ток вы пропустите через диод, напряжение не будет сильно отличаться от$V_d$.

Можно возразить, что при очень больших токах напряжение может увеличиться на значительную величину, но на практике этого не произойдет. Что произойдет, так это то, что когда ток превысит номинальный ток диода, диод будет необратимо поврежден (короткое замыкание, обрыв цепи или какой-либо другой плохой эффект).

По вышеуказанным причинам, если диод присутствует и проводит ток - падение напряжения на нем будет величиной$\approx V_d$через него.

Теперь вы можете спросить: «Но откуда мы априори знаем , что диод проводит?». Хороший вопрос. Мы действительно не можем знать это априори , но мы можем ПРЕДПОЛОЖИТЬ, что это так, и провести анализ схемы. После завершения анализа мы должны убедиться, что все напряжения и токи в нашей цепи согласованы. Если они есть - наше предположение было верным. Если же мы обнаружим, что падение напряжения (как следует из анализа) на диоде ниже его$V_d$, то это противоречие и наше предположение было неверным - диод находится в зоне отсечки и ведет себя как разомкнутая цепь.

Существует несколько способов моделирования прямых характеристик диода, одна из самых простых форм — модель постоянного падения напряжения .

Помимо этого, есть также

• Экспоненциальная модель
• Кусочно-линейная модель

Что делает модель постоянного падения напряжения полезной, так это то, что она позволяет ускорить анализ цепей. Однако вы обмениваете качество на время. Экспоненциальная модель дает вам наиболее точный ответ из этих трех моделей.

Это просто эмпирическое правило. Является ли приближение достаточно хорошим или нет, зависит от вопроса, который вы задаете, почему вы его задаете и насколько точным должен быть ответ. Например, часто при приближении для светодиодов это происходит потому, что вы пытаетесь ограничить ток, чтобы не повредить светодиод, и вы почти стреляете для оценки порядка величины (ну, немного лучше, чем это).

Действительно, если вам нужно лучше, вы можете параметризовать кривую ВАХ диодов или построить линию нагрузки, но это не обязательно числа, которые вы точно знаете (что-то вроде бета для транзистора, так что хорошие электронные схемы работают, даже если такие параметры могут существенно различаться.

Как указывали другие, эмпирическое падение напряжения различается для разных цветов.

Это правильное предположение из-за того, как или, точнее, из чего состоят светодиоды. Благодаря десятилетиям производства светодиодов обычным способом из общего материала, который мы полностью понимаем, упрощения и предположения о том, как они работают, достаточно хороши для большинства практических целей.

Средний красный светодиод имеет падение напряжения от 1,8 В до 2,0 В в зависимости от полупроводникового материала, из которого он изготовлен. Блюз, как правило, 3,2 В.

По той же причине используется закон Ома, хотя он не принимает во внимание шум Джонсона-Найквиста или температуру. Вот почему ньютоновская физика до сих пор используется, даже несмотря на то, что она немного ошибочна и в значительной степени вытеснена релятивистской и квантовой физикой.

Для большинства практических и простых применений приближения подходят. Использование диода или светодиода с падением напряжения 1,8 В при расчете падения напряжения 2,0 В не повлияет на большинство схем, если только разница в 0,2 В не является столь важной. По той же причине, по которой я наливаю 2,2 унции масла в смесь для блинов вместо ровно 2,0 унций, мои блины не превратятся в кашу. Это достаточно близко, чтобы небольшое изменение не имело значения.

Это правильное предположение, потому что оно достаточно близко к истине, так что во многих случаях разница незначительна. См., например, этот график от LTL-307EE :

Обратите внимание, что ось напряжения начинается с$1.2V$, а в типичном рабочем диапазоне диода напряжение изменяется примерно$0.6V$. В основном это связано с внутренним сопротивлением диода , которое в данном случае составляет около$13\Omega$. Если вы собираетесь включить этот диод последовательно с$4.7k\Omega \pm 1\%$резистор, то$13\Omega$сопротивление светодиода весьма незначительно по сравнению с резистором, который вы добавили, который может отклоняться$\pm47\Omega$от номинальной стоимости$4700\Omega$. Другими словами, это$13\Omega$сопротивления светодиода представляет собой$0.28\%$ошибка в ваших расчетах.