Вопрос по схемотехнике

[Emotion]

Есть простая схема. 3 батарейки, светодиод, резистор и потенциометр(переменный резистор).

Если потенциометр будет иметь максимальное сопротивление (скажем 10 КОм), то соответственно ток в цепи будет очень маленьким (меньше 1 мА).

Светодиод не будет вообще гореть или вообще самую малость (номинальный ток светодиода - 20 мА).

Вопрос: будет ли разница в потреблении энергии(токопотреблении) от источника питания при разных положениях потенциометра ?

[Олег А]

Так в чем конкретно вопрос ?

как будет работать светодиод или как будут разряжаться батарейки ?

кстати, светодиоды работают за счет напряжения, а не тока.... в отличии от лампочек.... :(

(выразился правда коряво, но надеюсь понятно) :)

Изменено 20 июня, 2007 пользователем Олег А

[Тролль]

Emotion:

Вопрос: будет ли разница в потреблении энергии(токопотреблении) от источника питания при разных положениях потенциометра ?

Естественно, будет. Сопротивление цепи увеличивается - ток уменьшается. Чем меньше ток, тем слабее будет светиться светодиод. Зависимость яркости свечения от тока пропорциональная, практически это означает, что, в отличие от обычной лампочки, во сколько раз меньше яркость, во столько же раз будет меньше энергопотребление.

Напряжение на стабилитроне не так сильно зависит от тока через него, как у резистора, светодиод по характеристикам напоминает плохой низковольтный стабилитрон (если ты знаком со стабилитронами, а то как-то я читал в мемуарах знаменитого африканского охотника Джона Хантера "хобот слона похож по вкусу на затылок буйвола", до сих пор гадаю, каков на вкус затылок буйвола ), но это уже тонкости, важные только для расчета цепи.

Изменено 20 июня, 2007 пользователем Тролль

[Old men]

кстати, светодиоды работают за счет напряжения, а не тока.... в отличии от лампочек....

Замечу, что "за счет напряжения" не работает ничего. Даже ЖК индикаторы потребляют ток, правда мизерный, а светодиоды довольно приличный, зависит от их КПД (т.е. какая часть потребляемой мощности преобразуется в световой поток)

[Emotion]

То есть если сопротивление большое, светодиод горит слабо - не теряется ли вся остальная энергия в виде тепла(рассеивается на резисторах)? То есть при разных сопротивлениях энергия потребляеться одинаково, но в одном случае она преобразуется в свет, а в другом просто рассеится в виде тепла?

[Тролль]

Emotion:

если сопротивление большое, светодиод горит слабо - не теряется ли вся остальная энергия в виде тепла(рассеивается на резисторах)?

Теряется. Всегда так, светодиод горит слабо или сильно - не превращенная в свет энергия рассеивается в виде тепла. Но потребляемая энергия (целиком) зависит от сопротивления - если сопротивление большое, то и вся потребляемая энергия меньше, и на свет тратится меньше, и на тепловые потери меньше. А КПД остается постоянным.

Твоя цепь преобразует в свет 10-15% (зависит от типа светодиода) получаемой от батареек энергии. И как ты не перемещай движок переменного сопротивления, эти проценты останутся неизменными. А сама потребляемая мощность будет меняться.

То есть при разных сопротивлениях энергия потребляеться одинаково, но в одном случае она преобразуется в свет, а в другом просто рассеится в виде тепла?

Не одинаково. Мощность, потребляемая твоим устройством, равна произведению напряжения источника питания (4,5 В) на ток в цепи. Чем больше сопротивление цепи, тем меньше ток через нее. Поэтому и потребляемая от источника питания мощность тоже будет соответственно меньше. И в той же степени меньше будут и мощность, уходящая на свечение светодиода, и мощность, уходящая на тепловые потери.

[kvazimoda]

Не так давно жил мужик один по фамилии Ом, он открыл одноименный закон Ома, который гласит, что ток прямо пропорционален напряжению и обратнопропорционален сопротивлению. В виде формулы это выглядит так:

I = U / R, где

I - ток

U - напряжение

R - сопротивление.

Соответственно чем больше сопротивление цепи, тем меньше ток через нее идет. А потребляемая мощность рассчитывается для цепей с постоянным током по формуле

P = U * I, где

P - потребляемая мощность

U - напряжение

I - ток.

Отсюда, чем меньше ток, тем меньше потребляемая мощность.

[Олег А]

Только в процессе не забывай, что для светодиода (как и для большинства полупроводников) Существует min. раб. напряжение (я об этом уже упоминал, но некоторые люди как минимум не поняли) и потребляемый ими ток - для них вторичен (в отличии от резисторов это НЕ линейная зависимость).

[kvazimoda]

Только в процессе не забывай, что для светодиода (как и для большинства полупроводников) Существует min. раб. напряжение (я об этом уже упоминал, но некоторые люди как минимум не поняли) и потребляемый ими ток - для них вторичен (в отличии от резисторов это НЕ линейная зависимость).

Это да, при напряжении меньше какого-то светодиод просто не откроется, а значит и не засветится. Но это на мой взгляд не так страшно, как то, что можно преысить максимальный ток, который у большинства светодиодов равен 20 милиамперам.

[Олег А]

kvazimoda

насколько я помню, вопрос был в УМЕНЬШЕНИИ потребляемой мощьности и соответственно тока и в 1 посте Emotion вообще заикался об 1 милиампере...

[kvazimoda]

kvazimoda

насколько я помню, вопрос был в УМЕНЬШЕНИИ потребляемой мощьности и соответственно тока и в 1 посте Emotion вообще заикался об 1 милиампере...

Это да, но я думаю Emotion сможет на глаз определить достаточное ли свечение у светодиода...

[Тролль]

Существует min. раб. напряжение (я об этом уже упоминал, но некоторые люди как минимум не поняли)

Минимальное рабочее напряжение есть и для лампочки. Оно существует и для светодиода, но границы межды минимальным и максимальным рабочим напряжением для светодиода очень узки и сильно зависят от конкретного экземпляра и температуры. Поэтому при использовании светодиодов поддерживают постоянным ток через светодиод, а не напряжение на нем. То есть питают светодиод током, а не напряжением.

Тем более что яркость и нагрев светодиода напрямую зависят именно от проходящего через него тока. По физике процесса, светодиод НЕ питается напряжением. Он питается, как и отметил Old men, током, точно так же, как и лампочка. Физически светодиод преобразует в свет энергию движущихся через него электронов, причем сила света зависит только от количества электронов, проходящих через светодиод - то есть, от тока через него. Если бы светодиод питался напряжением, а не током, батарейка бы вообще никогда не разряжалась (если пренебречь саморазрядом батарейки).

Вольтамперные характеристики светодиода очень нелинейны, как у всякого полупроводникового диода. Из-за этого, в отличие от лампочки (у нее нелинейность тоже есть, но намного меньше и в другую сторону), светодиод нельзя подключать к батарейкам или выпрямителю напрямую - ток через него будет очень сильно зависеть от напряжения источника, температуры, да и от разброса характеристик отдельных экземпляров светодиодов тоже. А пропорционально току меняются яркость и нагрев светодиода.

Поэтому для питания светодиодов используются схемы, обеспечивающее более или менее стабильный ток через светодиод независимо от величины падающего на нем напряжения. Батарейка с включенным последовательно со светодиодом резистором - как раз такая схема. Ток через светодиод определяется разницей напряжения батарейки и падения напряжения на светодиоде, деленной на величину стабилизирующего ток резистора. Поэтому напряжение батарейки должно быть выше, чем падение напряжения на светодиоде, а чтобы ток был достаточно стабильным при разных экземплярах светодиодов и при разной температуре - заметно выше.

[Васильевич]

Существует min. раб. напряжение (я об этом уже упоминал, но некоторые люди как минимум не поняли) и потребляемый ими ток - для них вторичен (в отличии от резисторов это НЕ линейная зависимость).

Существует и простая возможность расширить диапазон яркости и одновременно повысить экономичность - питать светодиод пульсирующим током или (что несколько сложнее) изменять скважность питающих импульсов. Нижний порог частоты обычно выбирают около 50 Гц.

[Old men]

Васильевич: Возможно, я не совсем понял ваше утверждение, но если светодиод работает как индикатор или осветительный элемент, то можно говорить только об интегральном потоке излучения (т.е. мощность светового потока за единицу времени). В этом случае яркость светодиода ограничена величиной рассеиваемой мощности (это конструктивный параметр, который зависит только от конструкции самого элемента). Как бы не менялась схема питания светодиода эту величину превысить нельзя, без риска разрушить сам элемент, а значит и интегральный световой поток не может превышать определенного максимума, что на постоянном токе, что на пульсирующем. Другое дело, если использовать светодиод для передачи информации, там где бОльшую роль играет мнгновенная мощность светового потока, там ваш вариант безусловно будет лучше

[Васильевич]

Васильевич: Возможно, я не совсем понял ваше утверждение, но если светодиод работает как индикатор или осветительный элемент, то можно говорить только об интегральном потоке излучения (т.е. мощность светового потока за единицу времени).

Абсолютно верно, как индикатор или осветительный элемент светодиод в импульсном режиме создает интегральный поток излучения, характеризуемый по восприятию законом Тальбота. Напомню - это закономерность, согласно которой видимая яркость источника прерывистого света при достижении частоты слияния световых мельканий (ЧССМ) становится равной яркости непрерывного света, имеющего те же значения светового потока. Предлагая частоту 100 Гц, мы заведомо выводим эту частоту за пределы восприятия ЧССМ.

В этом случае яркость светодиода ограничена величиной рассеиваемой мощности (это конструктивный параметр, который зависит только от конструкции самого элемента). Как бы не менялась схема питания светодиода эту величину превысить нельзя, без риска разрушить сам элемент, а значит и интегральный световой поток не может превышать определенного максимума, что на постоянном токе, что на пульсирующем. Другое дело, если использовать светодиод для передачи информации, там где бОльшую роль играет мнгновенная мощность светового потока, там ваш вариант безусловно будет лучше

Не понимаю, почему диод должен разрушаться в роли индикатора и выстоять "при передаче информации" :)

Однако... в справочных данных, например, на светодиод АЛС313А мы видим:

Средний прямой ток при включенный семи сегментах - 5 мА

и

Импульсный прямой ток (100 Гц) при включенный семи сегментах - 20 мА

То бишь, импульсный ток в четыре раза может быть больше, и никакого ущерба конструктиву...

При этом при скважности 2 из-за пульсирующего способа питания яркость упадет в два раза, но из-за возможности увеличить ток вырастет в 4 раза. Остаток - увеличение видимой яркости в 2 раза.

Не сомневаюсь, что Вы помните, что именно так питались светодиодные матрички в калькуляторах, да и не только...

[Old men]

То бишь, импульсный ток в четыре раза может быть больше, и никакого ущерба конструктиву...

Безусловно помню, но помню и то, что скважность два в этом режиме не допускается. Средний ток не имеет права превышать заданный параметр, иначе будет перегрев диода.

почему диод должен разрушаться в роли индикатора и выстоять "при передаче информации"

Потому что передачу информации можно вести пакетами, с сохранением среднего прямого тока в допустимых пределах, а вот во время передачи пакета яркость будет выше средней

[Тролль]

Я бы, со своей стороны, согласился с тем, что импульсный режим питания может принести значительную пользу, но частоту мигания предложил бы не 50 Гц, а порядка 2-3 Гц. Поскольку весьма маловероятно, чтобы светодиод даже на 20 мА использовался в качестве осветительного прибора, разве что за обеденным столом мухи :) , а при использовании светодиода в качестве индикатора яркие имульсы будут намного заметнее, чем постоянное тусклое свечение.

[Old men]

при использовании светодиода в качестве индикатора яркие имульсы будут намного заметнее, чем постоянное тусклое свечение.[/quot]

Совершенно верно :)

[Valery]

Верно-то верно, но для того, что бы светодиод мигал, нужно сделать генератор, например на цифровой ИМС, которая в свою очередь тоже будет:

1. Потреблять электричество.

2. Усложнять схему.

Выход есть, - это мигающие светодиоды, которые мигают сами по себе, то есть, генератор у них внутри.

http://www.specelservis.ru/search?ext=127694

http://www.sergofspb.ru/index.php?razdel=o...at=fyl-3014xxbl

Которые кстати, сами по себе могут применяться в качестве задающего генератора, для всевозможных устройств бытовой или автомобильной электроники.

PS: В свое время, сделал такой светодиодный маячок, только светодиод работал так, - пару десятых долей секунды горел, и секунды 2 не горел, о чем и говорил Васильевич:

итать светодиод пульсирующим током или (что несколько сложнее) изменять скважность питающих импульсов.

"Плоской" батарейки хватило на.... 5 лет. :)

[Васильевич]

Мне кажется, что тема приобретает вид "я так думаю" и явно не соответствует титульному вопросу.

"Вот что бывает, - сказал крокодил - если неправильно сформулировано техническое задание" (с).

Old men:

Безусловно помню, но помню и то, что скважность два в этом режиме не допускается. Средний ток не имеет права превышать заданный параметр, иначе будет перегрев диода.

Будем считать, или Вы сами посмотрите в справочник?

Тролль:

Я бы, со своей стороны, согласился с тем, что импульсный режим питания может принести значительную пользу, но частоту мигания предложил бы не 50 Гц, а порядка 2-3 Гц. Поскольку весьма маловероятно, чтобы светодиод даже на 20 мА использовался в качестве осветительного прибора, разве что за обеденным столом мухи , а при использовании светодиода в качестве индикатора яркие имульсы будут намного заметнее, чем постоянное тусклое свечение.

Простите, я не предлагал импульсный режим свечения. При частоте 100 Гц свечение светодиода будет восприниматься как непрерывное.

Кстати, Вы не интересовались током через светодиоды псевдобелого свечения в осветительных устройствах? В моем офтальмоскопе диод, отдавая 50 кд, потребляет 22 мА (паспортные данные).

Valery:

Верно-то верно, но для того, что бы светодиод мигал, нужно сделать генератор, например на цифровой ИМС, которая в свою очередь тоже будет:

1. Потреблять электричество.

2. Усложнять схему.

Выход есть, - это мигающие светодиоды, которые мигают сами по себе, то есть, генератор у них внутри.

Повторюсь иными словами - в рекомендации я исходил из того, что надо создать впечатление непрерывного свечения. Видимый мигающий режим рекомендован для аварийных ситуаций.

Усложнение схемы - это два транзистора, два резистора, два конденсатора. Для торжественности можно и ИМС :D

Купить диод, мигающий с частотой 100 Гц, будет известной финансовой и политической проблемой. Хотя они есть - например, применяются в прицелах "Эмпойнт". Там срок службы литиевого элемента гарантируется 80 000 часами (около 10 лет)

[Old men]

Будем считать, или Вы сами посмотрите в справочник?

А что, простите, считать? В справочнике приведены именно те параметры, которые Вы и указали, и ничего более. Дело в том, что справочник не является нормативным документом, таким документом является ТУ на изделие. У меня его нет, поэтому я говорю по памяти. Вы просто неправильно поняли справочные данные: средний прямой ток 5 мА и импульсный прямой ток 20 мА означают то, что ток ни при каких условиях не может быть более 20 мА, но скважность должна быть такой, чтобы средний ток не превышал 5 мА. Элементарный расчет дает значение скважности не менее 4.

Мне не совсем ясно, почему Вы для примера выбрали семисегментный индикатор, но в прилагаемом снимке я привел типовые характеристики зависимости скважности от импульсного тока, правда для ИК-светодиода, но это ничего не меняет, это именно типовые характеристики.

Я бы не вмешивался в это обсуждение, но Вы посоветовали режим работы, при котором элемент имеет право выйти из строя, простите, не удержался.

[Васильевич]

Old men:

Вы не оставляете мне выхода. Справочнику Вы не верите, хотя сами на него ссылаетесь, а ТУ у Вас нет.

Прежде всего - я предложил в качестве примера АЛ305, потому что это типичный представитель класса светодиодов видимого излучения. Это арсенид-фосфид-галлиевый диод, а не арсенид-галлиевый. Но бог с ним, рассмотрим Ваш пример. Вот на той самой страничке 667 того самого справочника Вы приведен график. Из него следует, что при скважности 2 максимальный ток, по крайней мере, удваивается. Зависимость яркости свечения от тока приближенно можно полагать линейной. Действительно, можно и не считать.

[Тролль]

Васильевич,

за то, что от импульсного питания больше света от светодиода не получишь, по-моему, еще и здравый смысл. У светодиода есть предельно допустимая мощность, выше которой он перегревается. За счет тепловой инерции можно на короткое время ее превышать, если потом давать светодиоду охладиться.

Поэтому никакие импульсы не помогут увеличить средний световой поток от светодиода. Во сколько раз мы увеличим ток в импульсе, во столько же раз мы должны изменить и скважность - иначе рассеиваемая на светодиоде мощность станет больше и диод перегреется. Если бы ток через светодиод не ограничивался перегревом, что могло бы помешать нам вместо использования бОльшего тока импульсами использовать такой же ток постоянно?

Нельзя увеличить ток в 4 раза, а скважность сделать равной 2 - мощность, рассеиваемая на светодиоде, возрастет в два раза. Если он все же выдерживает такую мощность - давайте просто увеличим ток через него в два раза постоянно, без всяких импульсов, получим то же самое. Светодиоду будет даже лучше - он будет работать дальше от предельного тока.

Зависимость яркости свечения от тока приближенно можно полагать линейной.

Полностью согласен. Но если светодиод во время импульса светит вдвое ярче, а потом столько же времени вообще не светит, средняя яркость такая же, как и была без всяких импульсов. Максимальный ток - это ток во время импульса, а не средний ток.

Проверим работу здравого смысла данными из литературных источников, точнее, Интернета, поскольку у меня под рукой больше ничего нет.

На графике на приведенной Old Men 667 странице я ясно вижу, что при скважности 2, когда ток течет через светодиод только половину времени, ток в импульсе увеличивается с 0,1 А до 0,2 А, то есть средний ток через светодиод остается неизменным. А при скважности 20 ток в импульсе можно поднять до 0,8 А, то есть средняя сила тока упадет в 2,5 раза, а вместе с ней - и световой поток примерно во столько же раз.

Для АЛС313 в Интернете никаких данных не откопал, действительно, ТУ надо поднимать, но вот, например, для АЛС320: в импульсе допускается повышение тока в 5 раз при скважности импульсов 12, то есть средний световой поток уменьшится больше чем вдвое. Для 3ЛС339 - в 12 раз при скважности 12, то есть тут остаемся хотя бы при прежней средней яркости.

Насчет кандел - охотно соглашаюсь. У меня светодиодный фонарик, если в глаза посветить, начисто ослепляет. Если световой поток сфокусирован в тонкий лучик - то светодиод может пылать не хуже солнца. Сила света равна световому потоку, деленному на объемный угол излучения. Гиперболоид инженера Гарина на том и стоял. Силе света помочь легко. А вот со световым потоком чудо сотворить трудно.

[Васильевич]

Тролль:

Мне очень жаль, но Вы в данном случае настаиваете на чисто умозрительном подходе к вопросу.

Напомню, с чего я начал -

Абсолютно верно, как индикатор или осветительный элемент светодиод в импульсном режиме создает интегральный поток излучения, характеризуемый по восприятию законом Тальбота. Напомню - это закономерность, согласно которой видимая яркость источника прерывистого света при достижении частоты слияния световых мельканий (ЧССМ) становится равной яркости непрерывного света, имеющего те же значения светового потока. Предлагая частоту 100 Гц, мы заведомо выводим эту частоту за пределы восприятия ЧССМ.

Позвольте перевести это с языка физиологов на язык форума. Если светодиод мигает чаще, чем мы можем понять, что это мигание - то воспринимаемая глазом яркость будет равна той, которая достигнута в момент вспышки. Иначе говоря, если мигающий диод в момент импульса питается током 1000 А (к примеру), то и воспринимаемая яркость будет равна яркости при постоянном свечении при токе 1000 А.

И ничего не попишешь. Закон Тальбота так же верно описывает особенности нашего зрения, как закон Ома - ток в участке цепи.

Правда, надо заметить, что повышение тока в "разы" не приведет в повышению видимой яркости в те же "разы" - у глаза чувствительность определяется логарифмической зависимостью.

Теперь о диодах. Аппелировать данными, касающимися инфракрасных излучателей в данном случае нельзя. На то две причины.

Первая - это диоды самые экономичные, с самым большим КПД и т.д. Короче, из них было выжато все, поскольку у них электроны "слетают" только с одного уровня. Соответственно, имеется только одим максимум излучения шириной около 0,1 мкм. Вторая - эти диоды специально разрабатывались для импульсной техники. От этого материала взято все, И резерва у них практически нет. Вспомните - это единственная серия, в которой встречаются диоды, специально рассчитанные под теплоотвод. А вот диоды видимого излучения - это нечто другое. И токовый резерв у них есть.

Цитата -

Первый шаг к созданию высокоэффективных светодиодов, пригодных для использования в светосигнальных приборах и приборах дистанционного управления был сделан в результате разработки Ж.И.Алферовым с сотрудниками концепции многопроходных двойных гетероструктур в системе GaAlAs [9, 10], получаемых методом жидкостной эпитаксии. В ближнем инфракрасном диапазоне энергий 1,33... 1,54 эВ (lmax=805...930 нм) был достигнут hвн =23...35%. При этом, как показано в работе [9], внутренний квантовый выход излучения приближается к 100%. В красном диапазоне энергий 1,8...1,91 эВ (lmax =650…680 нм) hвн промышленных образцов достигает 10...12% [11], что позволяет получить световую отдачу до 10 лм/Вт и значительно превысить световую отдачу ламп накаливания (ЛН) с красным светофильтром. Внешний квантовый выход излучения лабораторных образцов светодиодов из GaAlAs достигает 18%. При дальнейшем повышении энергии излучения в данной системе квантовый выход излучения снижается вследствие приближения состава к непрямозонному.

Л. Коган

P.S. Что касается здравого смысла. Не знаю, можно ли считать доказательством того, что он таки есть в моих высказываниях, некий факт. Факт заключается в том, что именно за прибор, подтверждающий все выше сказанное, я в 1990 году получил Золотую медаль ВДНХ и пару патентов.

[Old men]

Нельзя доказать верующему, что бога нет.

А что касается Вашего P.S., то простите, я около двадцати лет проработал разработчиком РЭА, тоже имею дипломы ВДНХ (правда не медали) и несколько авторских свидетельств. Ни Ваша медаль, ни мои дипломы в споре не аргумент