Suposición de caída de voltaje en diodos (LED, etc.)

Es un enfoque válido solo para casos generales simplemente porque la mayoría de los LED tienen una caída de voltaje directo cercana a ese valor.

Aquí hay una tabla tomada de wikipedia sobre la caída de voltaje de diferentes LED:

Puede ver que para algunos rojos, naranjas, amarillos y algunos verdes, 2V está cerca del valor. Supongo que si estuviera haciendo un circuito con LED ultravioleta , podría asumir 3.5 o 4V. Ahora, si realmente conoce la caída de voltaje directo en los LED que está usando, tendría mucho más sentido usar ese valor.

Saliendo de lo que dijo echad, el modelo de caída de voltaje constante es el más simple y acelera el análisis. En realidad, la caída de voltaje en los diodos tiene una relación exponencial.

Además, existen varios modelos diferentes para analizar circuitos que contienen diodos.

Tomado de un libro de texto que uso en la escuela, Microelectronic Circuits 6th Ed, de Sedra y Smith :

Análisis Gráfico del Modelo Exponencial, usando una línea de carga

Modelo de caída de voltaje constante

Ahora bien, esto es para diodos de silicio simples, pero las mismas matemáticas son válidas para todos los diodos, solo que los parámetros son ligeramente diferentes y la caída de los LED es diferente en función de cómo se fabrican.

Los diodos tienen características de salida muy pronunciadas: casi no hay corriente por debajo de algún valor de voltaje, y después de que se alcanza este voltaje, el aumento de corriente es muy pronunciado:

Este fuerte aumento en la corriente en$V_d$esencialmente significa que no importa qué corriente forzarás a través del diodo, el voltaje no variará mucho de$V_d$.

Puede argumentar que para corrientes muy grandes, el voltaje puede aumentar en una cantidad significativa, pero en la práctica esto no sucederá. Lo que sucederá es que cuando la corriente aumente por encima de la corriente nominal de un diodo, el diodo se dañará permanentemente (cortocircuito, circuito abierto o algún otro efecto negativo).

Debido a las razones anteriores, si el diodo está presente y conduce, tendrá una caída de voltaje de magnitud$\approx V_d$a través de él.

Ahora, puede preguntarse: "Pero, ¿cómo sabemos a priori que el diodo está conduciendo?". Buena pregunta. Realmente no podemos saber esto a priori , pero podemos ASUMIR que este es el caso y realizar un análisis del circuito. Después de realizar el análisis, debemos asegurarnos de que todos los voltajes y las corrientes en nuestro circuito sean consistentes. Si lo son, nuestra suposición era correcta. Si, por el contrario, encontramos que la caída de tensión (como se desprende del análisis) en el diodo está por debajo de su$V_d$, entonces es una contradicción y nuestra suposición fue incorrecta: el diodo está en la región de corte de operación y se comporta como un circuito abierto.

Hay varias formas de modelar las características directas del diodo, una de las formas más simples es el modelo de caída de voltaje constante

Aparte de eso, también hay

• El modelo exponencial
• Modelo lineal por partes

Lo que hace que el modelo de caída de voltaje constante sea útil es que permite acelerar el análisis de circuitos. Sin embargo, estás intercambiando calidad por tiempo. El modelo exponencial te da la respuesta más precisa de estos tres modelos.

Es simplemente una regla general. Si la aproximación es lo suficientemente buena o no es una función de la pregunta que está haciendo, por qué la está haciendo y qué tan precisa necesita que sea la respuesta. Por ejemplo, a menudo, cuando se aproxima a los LED, es porque está tratando de limitar la corriente para no dañar el LED, y casi está buscando una estimación del orden de magnitud (bueno, un poco mejor que eso).

De hecho, si necesita algo mejor, puede parametrizar la curva IV de los diodos o hacer una línea de carga, pero estos no son necesariamente números que conozca con mucha precisión (algo así como beta para un transistor, por lo que los buenos diseños electrónicos funcionan incluso aunque tales los parámetros pueden variar sustancialmente.

Como han señalado otros, la caída de voltaje de la regla general difiere para diferentes colores.

Es una suposición válida debido a cómo, o más precisamente, de qué están compuestos los LED. A partir de décadas de fabricación de LED de manera común , con un material común del que tenemos pleno conocimiento, las simplificaciones y suposiciones de cómo funcionan son lo suficientemente buenas para la mayoría de los usos prácticos.

Su LED rojo promedio tiene una caída de 1,8 V a 2,0 V, según el material semiconductor utilizado para construirlo. Los azules tienden a ser de 3,2 V.

Esta es la misma razón por la que se usa la Ley de Ohm, aunque no tiene en cuenta el ruido o la temperatura de Johnson-Nyquist. Esta es la razón por la que todavía se usa la física newtoniana, a pesar de que tiene algunos defectos y es reemplazada en gran medida por la física relativista y cuántica.

Para la mayoría de los usos prácticos y simples, las aproximaciones están bien. El uso de un diodo o LED con una caída de 1,8 V cuando calcula una caída de 2,0 V no afectará a la mayoría de los circuitos, a menos que la diferencia de 0,2 V sea tan importante. La misma razón por la que vierto 2.2 oz de mantequilla para mi mezcla para panqueques en lugar de exactamente 2.0 oz no convertirá mis panqueques en papilla. Está lo suficientemente cerca como para que la ligera variación no importe.

Es una suposición válida porque está lo suficientemente cerca de la verdad como para que la diferencia sea insignificante en muchos casos. Vea por ejemplo este gráfico de LTL-307EE :

Observe que el eje de voltaje comienza en$1.2V$, y en el rango de operación típico del diodo, el voltaje solo varía alrededor$0.6V$. Esto se debe principalmente a la resistencia interna del diodo , que en este caso es de aproximadamente$13\Omega$. Si va a poner este diodo en serie con un$4.7k\Omega \pm 1\%$resistencia, entonces el$13\Omega$la resistencia del LED es bastante insignificante en comparación con la resistencia que ha agregado, que podría desviarse$\pm47\Omega$del valor nominal de$4700\Omega$. Dicho de otra manera, que$13\Omega$de resistencia del LED representa una$0.28\%$error en sus cálculos.