전압에 따라 LED 밝기가 변합니까?

20

제가 어렸을 때 전기에 대해 배울 때, 전압 / 전류 / 저항을 이해하기위한 훌륭한 도구는 백열 전구였습니다 (제 경우에는 작은 3V 전구였습니다). 두 개의 배터리를 직렬로 연결하여 전압을 두 배로 늘리면 배터리가 4 배 밝게 빛나지 만 더 많이 가열되어 더 쉽게 소모됩니다. 두 개의 전구를 직렬로 놓으면 1/4만큼 밝게 빛납니다. 병렬로 넣으면 정상적으로 빛을 발하지만 배터리가 두 배 빠릅니다. 기타.

그러나 요즘 백열 전구가 나오고 있으며 LED는 몇 달마다 타지 않는 것처럼 좋은 이유 때문에 전구를 대체하고 있습니다. 그러나 LED는 다르고 다른 규칙을 따르므로 잘 이해하지 못합니다.

궁금합니다. LED를 같은 방식으로 사용할 수 있습니까? 고전적인 전구와 비슷한 방식으로 LED를 사용할 수 있으려면 저항과 직렬로 연결해야합니다. 그렇지 않으면 너무 많은 전류를 소비하여 소손합니다. 내장 저항이 내장 된 LED도 구입할 수 있다고 생각합니다. 그러나 그들은 같은 방식으로 작동합니까? 전압의 변화에 상응하는 밝기의 변화가 동반됩니까?

led

— Vilx-
소스

1

LED는 전류 구동 장치입니다. 전류 대 광 출력 정보를 제공하는 몇 가지 그래프가 있습니다.

— PlasmaHH

1

전압이 아닌 LED의 밝기를 결정하는 것은 순방향 전류입니다. LED 전류 대 광도의 경우, 선형은 2 배, 즉 전류는 2 배의 밝기이다.

— Doodle

1

LED의 밝기를 제어하려면 LED를 통해 흐르는 전류를 제어해야합니다. 전압은 LED의 순방향 정격 전압보다 약간 높아야합니다. 밝기를 제어하는 일반적인 방법은 PWM (Pulse Width Modulation)을 사용하는 것입니다. LED의 전압을 낮추는 대신 희미하게하기 위해 전체 전압을 주지만 반복적 인 버스트가 발생합니다. 듀티 사이클은 밝기를 결정합니다.

— Drunken Code Monkey

나는 이미 "전압으로 다이오드 밝기를 제어하는 방법"문제에 대해 이미 회상하고 (또한 네트워크 "핫 질문", AFAIR에 있음) 기억하는 것처럼 거의 99.99 % 확신합니다. 원래 하나를 찾기 위해?

— vaxquis

실제로는 그렇지 않습니다. 4 배나 밝지 않으며 1/4도 아닙니다. 백열 전구는 비선형 저항기입니다. 저항이 높아질수록 저항이 증가합니다. (V 제곱)이 4 배 더 크면 R도 더 큽니다. (I 제곱)이 1/4이면 R도 더 작습니다. 또한 백열 전구는 더 시원해질 때 색이 변합니다. 시원 할 때는 더 붉고 (노란색이 더워) 뜨거울 때는 더 푸른 (흰색이 더 큼)입니다.

— david

24

LED는 백열 전구에 비해 매우 다른 짐승입니다. LED는 비선형 장치 로 알려진 장치 클래스에 속합니다 . 이것들은 고전적인 의미에서 옴의 법칙을 따르지 않습니다 (그러나 옴의 법칙은 여전히 그들과 함께 사용됩니다).

LED는 (명확하게) 다이오드 형태입니다. 그것은 갖는 순방향 전압 다이오드 수행하기 시작하는 전압이다. 전압이 증가함에 따라 다이오드의 성능은 향상되지만 비선형 방식으로 작동합니다.

LED를 사용하면 LED를 통해 흐르는 전류의 양이 얼마나 밝아 지는지를 결정합니다. 전압을 높이면 전류가 증가하지만 전류가 너무 많이 걸리지 않는 영역은 매우 작습니다. 위의 빨간색 곡선에서 1.5V 정도의 작은 비트 일 수 있으며 2V에 도달하면 전류가 스케일에서 벗어나고 LED가 타 버립니다.

LED를 직렬로 연결하면 순방향 전압이 합산되므로 전도를 시작하기 위해 더 높은 전압을 제공해야하지만 제어 가능한 영역은 여전히 작습니다.

따라서 전압 대신 전류를 제어하고 순방향 전압을 고정 값으로 사용합니다. 공급 전압과 순방향 전압 사이의 갭을 채우기 위해 회로에 저항을 포함 시키거나 프로세스의 전류를 제한하거나 정전류 공급을 사용하여 LED를 통해 흐르는 전류를 설정할 수 있습니다. 따라서 밝기를 설정하십시오. 전류를 증가 시키지만 전압을 증가시키지 않으면 서 (또는 무시할만한 양, 그리고 순전히 우연히) 밝기를 증가시킵니다.

특정 전류에 사용할 저항을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

아르 자형 = \frac{V_{에스} - V_{에프}}{{나는}_{에프}}

$R = \frac{V_S - V_F}{I_F}$

여기서 공급 전압이고, 발광 다이오드의 순방향 전압이고, 원하는 LED 순방향 전류이다. $V_S$ $V_F$ $I_F$

— 마 젠코
소스

1

어떤 식 으로든 저항과 순방향 전압을 모두 두 배로 늘리면 보상하기 위해 전압을 높여야합니다. 예를 들어 5V 전원에서 2V 및 20mA의 LED 하나에 150Ω 저항이 있습니다. 4V 순방향 전압과 300Ω 저항을 두 배로 늘려서 동일한 전류가 흐르게하려면 10V 전원이 필요합니다. 그러나 이것이 LED에 대한 생각은 아닙니다. "이 LED에는 X 볼트 공급이 필요합니다"라고 생각하지 않지만 "Y mA를 공급해야합니다. 어떻게하면 가장 잘 달성 할 수 있습니까?" 그리고 예를

— 들어서 방금

1

아 맞아 음, 수학하세요. 10v-2v = 8V. 150Ω 저항에서 8V는 0.0533mA입니다. 전류를 두 배로 늘리지는 않지만 LED가 처리하기에는 너무 많습니다. 또한 밝기는 비선형 입니다. 일반적인 LED의 경우 15mA와 20mA 사이의 밝기 (인간의 눈에) 차이가 거의 없으므로 20mA LED의 53mA도 그다지 밝지 않습니다. 어쨌든 오랫동안은 아닙니다;)

— Majenko

1

순방향 전압은 LED의 고정 특성이므로 공급 전압에서 LED의 전압을 뺍니다. 내가 대답했듯이 LED는 옴의 법칙을 준수하지 않습니다. 비선형 장치입니다. 옴의 법칙은 저항과 같은 선형 장치에만 적용됩니다.

— Majenko

2

따로 참고로, 그리고 단지 pedantic :-) 전구는 비선형 장치입니다.

— Sredni Vashtar

2

@ SredniVashtar 그래, 나는 그것을 언급하는 것에 대해 생각하고 있었지만, 물을 훨씬 더 진흙으로 만들 것이라고 결정했다.

— Majenko

7

아니요, LED 자체 (저항 또는 기타 전자 장치 없음)는 전구와 크게 다르게 작동합니다.

무작위 LED 의이 데이터 시트 를 살펴보십시오 .

많은 그래프가있는 페이지로 스크롤하십시오. 세 번째 그래프는 LED를 통한 상대 강도 (빛)와 전류를 보여줍니다.

(출처 : 334-15 / T1C1-4WYA 데이터 시트)

이 곡선은 다소 선형 적이라는 것을 알 수 있습니다. 즉, 전류의 두 배가되면 거의 두 배의 빛이 나옵니다.

우리가 배운 것 : LED의 밝기는 흐르는 전류에 비례합니다.

그러나 어떤 전압에서 어떤 전류를 얻습니까?

그래프 2를보십시오 :

(출처 : 334-15 / T1C1-4WYA 데이터 시트)

순방향 전류 대 순방향 전압, 3V 이상의 전압에서 전류가 어떻게 빠르게 증가하는지 확인하십시오. 0.5V 만 더하면 전류의 4 배가됩니다! 이 곡선은 LED와 온도에 따라 변합니다.

따라서 전압 대신 전류를 LED에 공급하는 것이 더 좋습니다. LED에 전압을 공급하면 전류를 예측할 수 없으므로 밝기도 마찬가지입니다. 또한 LED에 공급되는 전력은 전력이 전압 x 전류 일 때 변합니다.

LED를 일정한 전류로 유지하는 것이 좋으므로 직렬 저항이 필요한 이유는 전류를 의도 한 값으로 제한합니다. 대부분의 목적을 위해 정확하지는 않지만 충분히 가깝습니다.

직렬 저항을 사용하면 LED (+ 저항)가 밝기 변화가 적용하는 전압에 더 비례한다는 점에서 전구와 다소 유사하게 작동합니다.

— 비펠 렉키
소스

마지막 문장은 OPs 질문에 대한 답변입니다. LED 전압보다 합리적으로 높은 전압 (예 : 정격 전류의 경우 12V 이상)에 대해 LED 저항 조합을 사용하는 경우 밝기는 5V ~ 15V라고 말하면 실험 결과를 보려면 전압 범위를 조정해야합니다. LED와 저항의 동작은 빛에 가깝지만 부품을 별도로 고려하지 않으면 LED 동작에 대해 많이 설명하지 않습니다.

— KalleMP

1

LED 및 백열 전구는 특성 이 거의 반대 입니다.

전압이 상승하면 LED가 R에서 떨어집니다.
전원을 켜면 전구의 저항이 10 배 증가합니다. 이는 텅스텐 필라멘트의 큰 지수 열 PTC (+) 때문입니다. 한편, LED는 선형 NTC (-) 값이 작은 반대입니다.
- LED는 음의 전압을 처리 할 수 없습니다. 모두 @ -5V 절대 최대 정격입니다.
- 전구는 양방향 AC-DC로 쉽게 이동
LED는 "마이크론 얇은"초음파 Au 와이어 본드를 사용합니다.
전구 ... 2500 ° C에서 작동
- LED는 ESD 보호가 필요합니다.
- BULB는 문제없이 ESD를 흡수합니다.
LED는 무지개와 그 밖의 모든 색상으로 제공됩니다.
전구는 모두 흰색 음영으로 동일합니다.
- LED는 포토 다이오드와 같은 작은 출력 전류로 빛을 감지 할 수 있습니다.
- 전구는 빛을 감지 할 수 없습니다.
투명 기판에서도 LED는 단면입니다.
전구는 전 방향입니다.

따라서 모두 합치면 동일한 전력 환경에서 작동하도록 차이점을 이해해야합니다. 또는 사용하기 쉬운 엔지니어링 솔루션을 사용합니다.

— 토니 스튜어트 Sunnyskyguy EE75
소스

잠깐, LED를 납땜 할 수 없습니까? O_o

— Vilx-

그렇습니다, 그러나 그들은 제작에 없습니다. 납땜에 대한 엄격한 사양이 있습니다

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

1

당신이 내장 저항과 LED를 구입 한 경우 그들은 (거의) 일하는 것이 ~~정확히~~ 그런 식으로.

LED의 광 출력은 넓은 범위의 전류에 거의 비례합니다.

$(Vb >> Vf)$

$V_b$

$V_f$

$R_i$

$I=(V_b-V_f)/R_i$ $I=(V_b/R_i)$

$I=(V_b-2*V_f)/(2*R_i)$ 대략적으로 근사치 로 줄일 수 있습니다 .

$I=(V_b/(2*R_i))$

따라서 직렬 저항이 내장 된 2 개의 LED를 직렬로 연결하면 전류가 초기 전류의 절반으로 떨어집니다.

— 아리 저
소스

이것은 사실이지만 Vb> 2Vf, 즉 일반적인 사용 사례에서 저항에 소비되는 대부분의 전력에 의존합니다.

— pjc50

"reduced"를 "approximated"로 변경할 때까지는 올바르지 않습니다.

— Scott Seidman

@ pjc50 내가 쓴 이유

V_{b} >> V_{f}

$V_b >> V_f$ . 나는 그것을 n 개의 LED로 확장하고 싶지 않았다. :)

— Ariser

@ScottSeidman : 수정 해 주셔서 감사합니다. 더 나은 지금?

— Ariser

답변은 LED 순방향 전압에 가까운 결합 전압으로 작업하는 경우 텍스트에 너무 많은 일반화가 포함되어 있습니다. 3V LED + 저항 조합은 1.5V 또는 6V에서 잘 작동하지 않지만 15V LED + 저항 조합은 원하는 방식으로 5V ~ 15V에서 작동합니다. 나는 "(거의)"에 대한 공감대를 주었다.

— KalleMP

0

LED의 밝기는 주로 흐르는 전류에 따라 다릅니다.

기존의 백열 전구는 사실상 저항이며, 옴 법칙 V = I * R을 따릅니다. 관련 효과가 있지만 지금은 충분히 가깝습니다.

반면에 LED는 대부분의 다이오드와 마찬가지로 비교적 고정 된 순방향 바이어스 전압을 갖는 다이오드입니다. 이 전압 이하에서는 전류가 흐르지 않으며, 그 이상에서는 전류가 무제한이지만 바이어스 전압에 의해 전압이 감소합니다. (이것은 대규모 단순화이지만 대부분의 대략적인 계산에 충분합니다)

이 전압은 사용되는 재료에 따라 다르며 색상에 따라 다릅니다. 일반적으로 빨강, 노랑 또는 녹색의 경우 ~ 1.8-2V, 파랑, 흰색 또는 "진정한 녹색"의 경우 ~ 3V입니다. 이 전압 강하는 전류에 따라 증가하지만 0.1-0.2V 만 증가하므로 일반적 으로이 효과를 무시할 수 있습니다.

질문에 표시된 것처럼 LED는 일반적으로 전류를 제한하기 위해 직렬로 저항과 연결됩니다. 왜?

LED를 고정 전압 강하라고 생각하면 전류에 관계없이 고정 된 양의 전압을 사용합니다. 따라서 2V LED를 3V 소스에 직접 연결하면 나머지 회로에 1V가 남습니다. 이 경우 나머지 회로는 전원 공급 장치 및 전선의 내부 저항이됩니다. 이러한 저항은 일반적으로 상당히 낮으므로 (일반적으로 무시) 낮은 전류가 흐릅니다.

저항이 0.1 옴 영역에 있다고 가정하면 전류는 I = V / R = (3-2) / 0.1 = 10 amp가됩니다.

LED에서 소비되는 전력은 P = I * V = 10 * 2 = 20 와트입니다.

이것은 LED가 파괴되는 지점까지 매우 빠르게 가열됩니다. LED는 완벽한 제로 저항 고정 전압 강하가 아니라 최종 결과가 어느 쪽이든 동일하기 때문에 실제 세계는 조금 더 복잡합니다.

내부 저항 외에 100ohm의 직렬 저항을 추가하면 전류가 10mA로 감소하고 LED가 멋지게 빛납니다.

저항 값을 변경하면 밝기가 변경되며, 대부분의 작은 LED는 최대 약 20mA로 제한되며 1mA 미만으로 보이지 않습니다. 일반적으로 10mA를 훨씬 초과하는 것은 눈에 띄지 않습니다 (이것은 LED가 작동하는 방식보다 눈이 작동하는 방식 때문입니다). 또한 매우 빠르게 켜고 끄는 방법으로 밝기를 변경할 수 있습니다. 이는 디지털 시스템의 경우 더 간단하고 일반적으로 주어진인지 된 밝기 (LED보다 눈으로 인해 더 많이 나타남)에 대해 더 효율적이며 밝기를 변경할 수 있습니다. 하드웨어에는 고정 저항이 하나뿐입니다. 가변 저항을 사용하여 밝기를 설정하려는 경우 가변 저항을 0으로 설정하면 전류가 20mA로 제한되도록 작은 고정 값도 포함하는 것이 좋습니다.

두 개의 LED를 직렬로 추가하면 어떻게 될까요?

각 LED를 켜려면 2V가 필요합니다. 두 개의 LED는 4V를 의미합니다. 3V 소스의 경우 다이오드를 순방향 바이어스하기에 충분한 전압이 없으므로 모든 전류 흐름을 차단합니다. LED가 꺼집니다. 전압을 높이고 전류 제한 저항을 올바르게 설정하면 둘 다 켜집니다. 밝기는 LED를 통한 전류에 따라 다르며 둘 다 동일한 전류를 갖습니다 (동일한 유형의 LED에 대해).

병렬로 두 개의 LED를 추가하면 어떻게됩니까?

우리가 각각 자신의 저항으로 병렬로 두 개를 추가하면 효과적으로 별도의 회로입니다. 전원 공급 장치가 충분하다고 가정하면 각각 전원 공급 장치가 유일한 것처럼 작동합니다.

그들이 저항을 공유하면 상황이 더 흥미로워집니다. 이론적으로 이것은 잘 작동 할 것입니다. 저항 값을 절반으로 낮추어 LED 전류 당 동일하게 작동하지만 작동하지 않을 것으로 예상해야합니다. 불행히도 두 개의 LED가 동일하지 않은 경우, 모두 매우 약간 다른 바이어스 전압을 가지므로 더 많은 전류가 다른 것보다 흐를 것입니다. 우리가 일반적으로 무시하는 증가).

즉, 단일 저항과 병렬로 연결된 두 개의 LED는 거의 동일한 밝기가 아닙니다.

일반적으로 한 그룹의 LED (예 : 백라이트)를 구동해야하는 것은 긴 일련의 LED 체인을 사용하고 필요한 이유만큼 높은 전압을 높여서 모두 동일한 밝기가되도록합니다.

— 앤드류
소스

0

LED는 백열등과 같지 않지만 대답은 여전히 그렇습니다.

옴 법칙 계산의 유일한 차이점은 전원 공급 전압에서 LED 순방향 전압을 빼는 것입니다.

LED의 순방향 전압과 순방향 전류의 차이는 중요하지 않습니다.

200, 350 및 500mA에서 16 개의 빨간색 LED 스트링의 전압을 측정했습니다. 전압은 30.07, 31.20, 31.43이었다. 200에서 500mA로 1.02 % 변화

— 오해
소스