Caída de voltaje inferior a 0,7-0,6 V en diodos de silicio

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Estoy tratando de entender cómo ocurre la caída de voltaje. Por lo que sé, debería haber una caída de aproximadamente 0.7-0.6V en un diodo de silicio. Esto es exactamente lo que sucede cuando quito el LED de este circuito. Sin embargo, cuando el LED está conectado, cada diodo tiene una caída de aproximadamente 0,2 V. Y la corriente a través de los diodos es de 10,7 nA. Hice esto para ver cuál sería el voltaje en el nodo entre R1 y LED. Llamemos a este NODO-1.

Consideré 2 posibilidades, primero tenía 1,6 V en el NODO-1 (que es lo que sucedió) y sin caída de voltaje en cada diodo, lo que significa que no hay flujo de corriente en ellos ya que 1,6 V no es suficiente para polarizar hacia adelante cada diodo. La segunda posibilidad era tener alrededor de 6,3 V-5,4 V en el NODO-1, voltaje suficiente para suministrar una caída de voltaje de 0,7-0,6 para cada diodo. En este caso, dado que la caída en R1 es menor, lo que significa menos corriente, el LED sería más tenue.

Entonces, mi pregunta es, ¿por qué la fuente de alimentación solo "considera" la caída de 1,6 V en el LED y envía corriente en consecuencia, en lugar de "considerar" la caída de 6,3 V-5,4 V en los diodos? (que es lo que sucede cuando sacas el LED del circuito el circuito)

La caída de voltaje directo a través de los diodos varía según la corriente directa. Cuanto menor sea la corriente, menor será la caída de tensión.
Incluso cuando un diodo no está 'adecuadamente' polarizado hacia adelante, fluirá una pequeña cantidad de corriente (usted midió 10.7nA). Es por eso que está viendo una pequeña caída de voltaje en cada diodo.
Limpié tu idioma aquí. Esto es Ingeniería Eléctrica y como tal hay un cierto nivel de profesionalidad, que incluye ortografía, mayúsculas… es decir, idoneidad de expresión. Por la forma en que escribiste el resto de tus oraciones, está claro que eres más que capaz de hacerlo correctamente.
Además, no pensaríamos que estabas presumiendo si usaste párrafos para dividir el texto en secciones relacionadas lógicamente. No tienes ningún signo de interrogación en tu pregunta. Todo ayuda a la legibilidad.
Pido disculpas por hacer un pésimo trabajo al publicar esta pregunta. Tendré más cuidado la próxima vez.
Nunca ponga diodos en paralelo sin una resistencia limitadora de corriente o equivalente en serie con cada rama de diodo. La falta de coincidencia de diodos le causará mucho dolor al depurar circuitos más grandes.

Respuestas (4)

¿Por qué la fuente de alimentación solo "considera" la caída de 1,6 V en el LED y envía corriente en consecuencia?

Tenga en cuenta que las fuentes de alimentación no "envían corriente", sino que envían voltaje. Luego, la resistencia de carga "toma corriente" según la ley de Ohm (o para diodos, según la curva VI).

Creo que su confusión se debe al concepto de "resistencia no lineal". Los diodos en realidad no se encienden y apagan, sino que tienen un comportamiento de voltaje/corriente no lineal. Los diodos no se comportan como resistencias, sino que su corriente está determinada por el voltaje aplicado y descrita por (¡oh no!) una función exponencial. Debido a la resistencia no lineal del LED, incluso un LED simple con resistencia en serie no es perfectamente fácil de entender.

Su circuito será doblemente confuso porque está luchando contra dos "resistencias no lineales" entre sí: la curva no lineal del LED, versus la curva no lineal de toda la cadena de diodos. ¡Asqueroso!

:)

Aquí hay una forma de verlo. Supongamos que disminuimos la velocidad al agregar un capacitor grande de NODE1 a GND, como 3,300uF. Luego, cuando conectamos repentinamente la batería, el voltaje en el capacitor comienza a aumentar. El voltaje del condensador también se encuentra en el LED y los diodos. Eventualmente, el voltaje llegará a la parte de "aumento rápido" de uno de los gráficos de diodo. En este caso, el LED llega primero (es alrededor de 1,0 V para LED de color rojo, más alto para otros colores). La parte de aumento rápido del voltaje de la cadena de diodos es de alrededor de 0,4 V para cada diodo, multiplicado por nueve, por lo que aproximadamente 3,6 V, mucho más grande que los voltios del LED. A medida que aumenta el voltaje del capacitor, el LED "gana". El aumento de voltaje se nivelará tan pronto como el comportamiento de la ley de Ohm de la resistencia proporcione la misma corriente que la ecuación VI para el LED.

En otras palabras, la cadena de diodos no puede consumir una corriente significativa hasta que el voltaje de su LED supere los 3,6 V. Esto no sucederá con un LED rojo y una resistencia de 2,7 K.

Sin embargo, si hubiera usado un LED blanco y una resistencia de 100 ohmios, la cadena de diodos consumirá una corriente significativa. Si un LED blanco consume 30, 40, 50 mA, el voltaje puede subir muy por encima de los 3 V habituales que se ven en los LED blancos.

Entonces, ¡la respuesta a su pregunta es diferente para LED de diferentes colores!

¿Ver? Asqueroso.

En casos como estos, la única forma de hacer predicciones completamente precisas es, lamentablemente, abandonar los modelos mentales simplificados. En cambio, escribe y resuelve ecuaciones. (Esta tiene dos ecuaciones exponenciales, una para el LED y otra para la cadena de diodos). O use un simulador de circuito o un programa Spice que está resolviendo ecuaciones de forma invisible para usted en segundo plano. Agregar un condensador e imaginar condiciones que cambian lentamente puede llevarlo lejos en la comprensión de la electrónica no lineal. Pero a veces no es obvio dónde se debe colocar ese capacitor, o qué componente no lineal dominará.

No creo que sea correcto decir que una fuente de alimentación 'envía voltaje'; un voltaje es un valor medido en un punto de un circuito (en relación con otro punto), y el voltaje en ese punto no 'va' ni 'fluye' a ninguna parte. Diría que una fuente de alimentación estándar regulada por voltaje envía corriente a su salida para tratar de mantener un voltaje objetivo allí.
> y el voltaje en ese punto no 'va' o 'fluye' a ninguna parte. EQUIVOCADO. Los voltajes se propagan a través de los circuitos. Ejemplo: condensador ancho (como una línea de transmisión de 2 hilos) cargado mediante la descarga de un condensador adyacente a un extremo. El voltaje se propaga a través de sus placas, dejando un voltaje constante en todo el par de placas. (Sí, estoy ignorando los reflejos de los límites). Existe una analogía similar para "cargar" una bobina en cortocircuito mediante el uso de un suministro de voltaje constante.
> "cargar" una bobina en cortocircuito usando un suministro de voltaje constante. EQUIVOCADO. :) Ups, no puedo editar. (Me refiero al suministro de I constante, arriba). El voltaje se propaga como campos electrónicos y, por supuesto, requiere un par de conductores, generalmente un nodo de circuito más un plano de tierra o un punto común. Las corrientes también se propagan, como flujos de carga y campos b asociados. Desde el punto de vista del flujo de energía, todo es una línea de transmisión, incluidos todos los bucles y nodos. Un suministro de V constante, propaga el voltaje de suministro a los rieles del circuito, y luego el circuito responde en la dirección opuesta de propagación, "dibujando" una corriente.

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Figura 1. Corriente versus voltaje para LED de varios colores con curva para nueve series de diodos que se muestran en negro.

El gráfico de la Figura 1 es un poco tosco, pero debería transmitir la idea. Con su resistencia de la serie 2.7k, la corriente máxima será de aproximadamente 3 mA. No podremos ver esto en el gráfico, así que voy a discutir el caso cuando el LED se enciende con 20 mA.

  • A 20 mA podemos ver que un LED rojo tendrá una caída de tensión directa de aproximadamente 1,8 V. Esto significa que la tensión en la parte superior de la cadena de diodos caerá a 1,8 V.
  • Si observamos 1,8 V en la curva del diodo, podemos ver que la corriente a través de los nueve diodos será muy pequeña. Busqué gráficos de baja corriente/voltaje para los diodos 1N4001, pero ninguno tenía gráficos de menos de 10 mA.

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Figura 2. La hoja de datos del diodo de señal pequeña 1N4148 se reduce a 0,1 mA.

  • Incluso la hoja de datos 1N4148 solo baja a 0,1 mA. Si extrapola el gráfico, puede ver que por cada 0,2 V aproximadamente, la corriente se reducirá en un factor de 10.

Entonces, mi pregunta es, ¿por qué la fuente de alimentación solo "considera" la caída de 1,6 V en el LED y envía corriente en consecuencia, en lugar de "considerar" la caída de 6,3 V-5,4 V en los diodos (que es lo que sucede cuando toma el LED fuera del circuito el circuito)?

No es la fuente de alimentación teniendo en cuenta nada. El LED acapara la corriente y, como se puede ver en el gráfico, hará que el voltaje caiga a 1,8 V. Eso es todo lo que los nueve diodos tienen para polarizarlos hacia adelante y, como muestra el gráfico 1N4148, no obtendrá mucha corriente a través de ellos. a ese voltaje.

Porque el LED también es un diodo. Y se comporta como tal. Cuando lo pones en paralelo a tu larga cadena de diodos, a la corriente le resulta más fácil pasar por el único LED (porque la caída de voltaje es menor de esta manera) y los otros diodos (casi) ya no ven corriente. Por lo tanto, (casi) no hay más caída de voltaje a través de ellos.

Por construcción, el voltaje en el único LED es igual al voltaje en la cadena larga, ¿verdad? Entonces, debido a que el voltaje en el LED individual no puede ser mayor que su caída de voltaje (la corriente está limitada por la resistencia), el voltaje en cada diodo de silicio termina siendo el voltaje del LED dividido por la cantidad de diodos de silicio.

¡Veo! Por eso, cuando elimino todos los diodos excepto uno, el voltaje cae a 600 mV. ¿Puedo simplemente decir que una caída de voltaje más pequeña siempre será el factor determinante en este tipo de problemas relacionados con diodos?
En una configuración en paralelo, cada rama equilibrará el flujo de corriente para terminar con el mismo voltaje. Si usa solo un diodo, la rama de resistencia más baja será el diodo y lo más probable es que no encienda el LED (dependiendo de los niveles de voltaje del LED). Para resolver esto, mire las leyes de circuito de Kirchhoff: en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff's_circuit_laws Necesitará curvas I/V para diodo y LED.
@Eclipse Sí, en la práctica, esa es una buena manera de analizar un circuito como este. Tenga en cuenta, sin embargo, que los diodos no se ponen muy a menudo en paralelo, porque los hace redundantes. Podría hacerlo para compartir corrientes altas y distribuir la disipación de energía, pero generalmente requiere cierta precaución para garantizar un buen equilibrio de corriente entre los diodos.

Ciertamente puede obtener menos de 0.7V a través de un diodo de silicio. Si simplemente aplica 0.1V al diodo, entonces esa es su caída. Incluso puede aplicar un voltaje negativo, hasta la ruptura inversa. Si aplica -0.3V, entonces esa es la caída. Ambos son inferiores a 0,7.

Por supuesto, fluirá muy poca corriente si el voltaje está entre la ruptura inversa y la polarización directa. Eso es lo que sucede en la simulación de su circuito; no se aplica suficiente voltaje directo a los diodos para producir polarización directa.

Los diodos no son fuentes de voltaje. No producen mágicamente una constante de 0,7 V cuando se conectan a un circuito. Se limitan a aproximadamente 0,7 V; es difícil persuadirlos para que tengan una mayor caída directa: se requiere tanta corriente para sostener una caída significativamente mayor que 0.7V que freirá el diodo.

Caída de voltaje inferior a 0,7-0,6 V en diodos de silicio
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