Це одна з тих ситуацій, коли ваша проблема полягає не в тому, наскільки ви хороші в аналізі або які базові знання у вас можуть бути, а просто в тому, що ви не маєте поняття, чого не знаєте. Це завжди робить перший крок в електроніці дуже високим.
Що стосується вашого прикладу, чого ви не знаєте про акумулятор?
- Кінцева напруга ідеальної батареї ніколи не зміниться (принаймні, поки не буде використана вся ємність накопичувача енергії). Тому повинні бути фактори, які впливають на напругу клеми та її корисну енергетичну ємність. Швидкий список - хімія, об'єм матеріалів, температура та конструкція анода / катода.
- Практичний акумулятор має обмежену ємність, і багато інших факторів, що впливають на клемну напругу та потенційну здатність струму, можна перетворити на елемент моделі, який називається "Внутрішній опір". У моделі для більшості великих акумуляторів це будуть частки ома. Однак акумулятор також має інші елементи, такі як ємність та індуктивність, щоб зробити ситуацію більш складною. Ви можете почати з читання про моделях акумуляторів з текстами , такі як це .
Чудовим прикладом більшої батареї з дуже малим внутрішнім опором є автомобільний акумулятор на 12 В. Тут, коли ви запускаєте автомобіль, на перемикання мотора потрібно сотні Ампер (кВт потужності та струму в діапазоні 600 А), і напруга на клемі може знизитися з 13,8 В (повністю заряджений свинцево-кислотний акумулятор) до лише 10 В при закручуванні. Тож внутрішній опір може бути (використовуючи Закон Ома) лише 6 мільйонів або близько того.
Ви можете масштабувати роздуми на цьому прикладі на менші батареї, такі як батареї типу AA, AAA і C і принаймні починати розуміти складність акумулятора.
Тепер, що ви не знаєте про світлодіод?
- Складність електричної моделі для діода (будь то випрямляч чи світлодіод) величезна. Але ми можемо спростити це тут і сказати, що в самому простому ви можете представити діод за допомогою напруги Bandgap із серійним резистором. Ви можете почати тут, почавши дізнаватися про багато пакетів SPICE, і ця дискусія на StackExchange може стати гарним моментом.
- Усі напівпровідникові пристрої мають практичне обмеження в кількості потужності, яку вони можуть розсіювати. Це пов’язано насамперед з фізичними розмірами пристрою. Чим більший пристрій, тим більше потужності він зазвичай може розсіювати.
Тепер ви можете розглянути свій світлодіод. Спершу слід спробувати зрозуміти таблицю даних для пристрою. Хоча багато характеристик, які ви не зрозумієте, ви вже знаєте одну (з вашого запитання), напругу вперед (Vf), і ви, ймовірно, можете знайти поточний ліміт та максимальне розсіювання потужності в таблиці.
Озброївшись тими, кому ви могли розібратися в серійному опорі, вам потрібно обмежити струм, щоб не перевищити межу розсіювання потужності світлодіода.
Закон про напругу Кірхгоффа дає вам великий натяк, що оскільки напруга на світлодіоді становить приблизно 3,1 В (а крива струму даних вказує на те, що ви ніколи не можете застосувати 9 В), вам знадобиться інша складова модель в ланцюзі.
імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab
Примітка: внутрішній опір акумулятора, показаний вище, просто задається для спрощення розрахунку. Залежно від типу акумулятора (основного або акумуляторного) внутрішній опір може змінюватися. Перевірте аркуш даних про акумулятор.
Чи може невідомий елемент вище бути просто дротом (жодного елемента)?
Це може .... але ми можемо легко обчислити результати.
З двома ідеальними елементами напруги (9 В і 3,1 В) резистори повинні мати поперек 5,9 В (контур напруги Кірхгофа). Тому струм струму повинен бути 5,9 / 10,1 = 584 мА.
Потужність, що розсіюється в світлодіоді, становить (3,1 * 0,584) + (0,584 ^ 2 * 10) = 5,2 Вт. Оскільки ваш світлодіод, ймовірно, має потужність лише 300 мВт або близько того, ви можете бачити, що він нагріється різко і, напевно, вийде з ладу протягом декількох секунд.
Тепер, якщо невідомий елемент - це простий резистор, і ми хочемо, щоб струм через світлодіод був, скажімо, 20 мА, нам достатньо для обчислення значення.
Кінцева напруга акумулятора буде (9 - (0,02 * 0,1)) = 8,998 В Кінцева напруга світлодіода буде (3,1 + (0,02 * 10)) = 3,3 В
Тож напруга на невідомому резисторі дорівнює 5.698, а струм через нього 20 мА. Отже, резистор 5,608 / 0,02 = 284,9 Ом.
За цих умов баланс напруг в контурі і світлодіод передає його проектне значення 20 мА. Тому його розсіювання потужності ((3,3 * 0,02) + (0,02 ^ 2 * 10)) = 70 мВт .... сподіваємось, добре в межах можливостей невеликого світлодіода.
Сподіваюсь, це допомагає.