由一道題引起的對發光二極管的瞭解

背景

   我在複習模電知識的時候,有一道習題是這樣的:能否將1.5V的乾電池以正向接法接到二極管兩端?爲什麼?

   課後習題答案我沒有....在網上搜到這樣一段話,感覺挺好的。如:電壓大於0.7V時二極管會導通,在一般的電子電路里,電路設計者只用到了二極管的單向導電性,二極管導通以後,流過二極管的電流由電路的其他部分決定。但是如果將電壓直接加在二極管兩端,情況就不同了。此時流過二極管兩端的電流由二極管的正向伏安特性所決定。電流是電壓的指數函數(具體公式可參考模電電子技術教材)。由此可知,當二極管導通後,電壓有微小升高,就會引起很大的電流變化,管子發熱量爲Q=I^2*R  (R爲二極管導通時的等效電阻)當管子兩端電壓爲1.5V時,電流就很大,二極管發熱量大,會燒燬二極管。所以答案是不能的。

   我感覺這個人說的有道理,仔細分析他說的話,其中提到了兩種情況,第一種是電路中除了二極管,還有其他分壓器件;第二種是電路中只有二極管。我先就這兩種情況,利用Multisim分析驗證一下。

實驗1

情況一:電路中有其他電子器件

    如下圖1中的情況1所示,我在電路中添加了1.5V的直流電源,1N4001整流二極管,1歐的電阻,其中1N4001的耐壓值爲50V,額定電流爲1A。通過仿真可以看出二極管1N4001兩端的電壓V3爲0.893V,電流I1爲0.607A,其中電壓遠低於耐壓值,電流盡管相對於1A來說差距不算太小,但終歸沒有超出極限值。

情況二:電路中只有一個二極管

   如圖1中的情況2所示,電路中只有一個1.5V直流電源和1個1N4001整流二極管,仿真可以看到,1N4001兩端的電壓爲1.5V,等於電源電壓,但是流過1N4001的電流值已經爲11.249A了,此時二極管肯定會燒壞的。(可惜Multisim不能仿真燒壞的情況,嘿嘿)

   

圖1

   經過上面的實驗,我想需要了解設計電路時需要考慮的二極管的重要的參數,但是二極管那麼多,我的模電也是小白,從哪裏開始搞起呢。想到了開發板的LED燈,既然LED是特殊的二極管,並且也常用,先了解一下它吧。

發光二極管LED概念

   發光二極管(簡稱LED),是一種將電能轉換成光能的半導體器件。發光二極管的結構與普通二極管一樣,由PN結組成,伏安特性曲線也類似,同樣具有單向導電性。但正向導通電壓比普通二極管的高,紅色的導通電壓在1.6V~1.8V範圍內,綠色的導通電壓爲2V左右。當LED加上正向電壓後,當電流加大到一定值(這裏是一定值)時開始發光,發光的亮度與正向電流成正比。電流越大,發光的亮度越強。但使用時應注意,不要超過其最大功耗以及最大正向電流和反向最大工作電壓,以免爲了追求發光二極管的亮度而忽略了安全性。

發光二極管一些重要參數

   從上面一段話中,大概也明白了一些參數的作用,這裏用表格的形式看

LED主要參數
名字 標識 意義 角色(我感覺)
最大工作電流  ICM 發光二極管長期工作時,所允許通過的最大電流 重要
正向電壓降 UF 通過額定的正向電流時,發光二極管兩端產生的正向電壓 重要
正常工作電流 IF 發光二極管兩端加上規定的正向電壓時,發光二極管內的正向電流 重要
反向電流 IR 發光二極管兩端加上規定的反向電壓時,發光二極管內的反向電流。該電流又稱爲反向
漏電流
Don't know
發光強度 IV 表示發光二極管亮度大小,其值爲通過規定的電流時,在管心垂直方向上單位面積所通過的光通量。 我不用
發光波長 λ 發光二極管在一定工作條件下,光的峯值(爲發光強度最大的一點)對應的波長,又稱爲峯值波長。由發光波長便可知發光二極管的發光顏色。 這麼一看還挺有用的

實驗2  

根據上面的參數知道了,一般LED直接接5V電壓(開發板一般都是5V)時,需要接一個上拉電阻或者下拉電阻,否則的話電源電壓可能超過LED可承受的電壓。下面還是用Multisim仿真一下。如下圖2,是我在Multisim中選擇的LED_red的參數報告,其中用紅線圈出的有一個 Vf = 1.83V,我認爲這個就是正向額定壓降,但是後面的20mA是什麼意思,我不太確定,因爲如圖3顯示的Led_red的有個參數Ion爲5mA,我認爲這個Ion是開啓電流,也就是點亮電流,那麼那個20mA是不是就是在正向壓降爲1.83V時,led的電流呢,應該是吧,這些都是我的猜想。


圖2


圖3

  如下圖4,當VCC爲1.1V時,流過led的電流爲0.127uA,這時LED沒有點亮


圖4 

  當VCC爲1.5V時,流過led的電流爲0.038mA,如圖5,增長幅度不小,這個也符合二極管的伏安特性曲線。


圖5

   當VCC爲1.7V時,流過led的電流爲1.767mA,此時Led沒有點亮,如圖6


圖6

  當VCC爲1.75V時,流過led的電流爲4.635mA,此時led的燈沒有亮,如圖7,但是估計快亮了,因爲Ion=5mA


圖7

  當VCC爲1.76V時,流過led的電流爲5.620mA,如圖8所示,led如期點亮,但是它兩端的電壓還沒有到達Vf = 1.83V,搞不清楚,也可能是仿真軟件的問題吧。


圖8

  到這裏就不打算繼續寫了,我自己心裏知道怎麼回事了,寫的文章也是學習筆記而已,好記性不如爛筆頭

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