Kurs elektroniki – #6 – diody krzemowe oraz świecące (LED)

[K4MIL]

Chyba coś poszlo nie tak, spaliłem sobie żółtą diodę przy ostatnim przykładzie, wszystkie były połączone równolegle przez rezystory 1k, pozostałe diody bez szwanku.

Wyjaśni mi ktoś co mogło tam zajść?

Edytowano Sierpień 21, 2020 przez K4MIL

[Gieneq]

@K4MIL witam na forum 🙂 

Możliwe że styknęły się nóżki diod. Cóż, zdarza się. Tak wygląda psucie diod i nauczka na przyszłość żeby dokładnie sprawdzać układ przed testem 😉 

[supermic_x]

Dzień dobry, na podstawie tego(i poprzedniego)rozdziału wykonałem coś takiego - sygnalizację świetlną z krótkim "podtrzymaniem światła" bez baterii.

Chcecie to zobaczyć? Link jest tutaj: https://photos.app.goo.gl/pQt7WUdGL1W4QGuq6

[Treker (Damian Szymański)]

@supermic_x oryginalny projekt, fajnie, że eksperymentujesz - powodzenia w dalszej nauce elektroniki!

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[supermic_x]

Dnia 1.11.2020 o 08:47, Treker napisał:

@supermic_x oryginalny projekt, fajnie, że eksperymentujesz - powodzenia w dalszej nauce elektroniki!

Dzięki😉

[TomekTarczynski]

Cześć,

Podczas wykonywania eksperymentów z diodą miałem na początku problem, iż nie świeciła. Dopiero po pewnym czasie zorientowałem się na czym polega problem - wpinałem w zły sposób diodę w płytkę stykową (ilustracja ze strony http://robotykadlapoczatkujacych.pl poniżej). Wydaje mi się, że warto byłoby dodać do kursu analogiczną ilustrację dotyczącą tego jak nie podłączać elementów na płytce stykowej (dotyczy to oczywiście nie tylko diod, a więc mogłoby równie dobrze być wspomniane w rozdziale o rezystorach), podniosłoby to jeszcze i tak wysoką jakość kursu.

Dodatkowo zastanawia mnie ułożenie rozdziałów w kursie. Bardziej logiczne wydaje mi się umieszczenie rozdziału 6 jako 4, poniżej argumentacja:

1. Jeden z eksperymentów w rozdziale 4 odwołuje się do rozdziału 6 co burzy 'chronologię' kursu
2. Jeden z eksperymentów w rozdziale 5 odwołuje się rozdziału 6 co burzy 'chronologię' kursu
3. Rozdział 6 w żadnym miejscu nie odwołuje się ani do rozdziału 4 ani do 5
4. Z punktu widzenia początkującego elektronika diody są łatwiejsze do zrozumienia i bardziej "namacalne", a więc powinny zostać umieszczone przed kondensatorami i cewkami.

Jeżeli istnieją jakieś obiektywne argumenty za obecną kolejnością to z chęcią bym ich wysłuchał.

Poza tym to bardzo dobra robota z tym kursem 🙂

[Treker (Damian Szymański)]

@TomekTarczynski witam na forum i dziękuję za sugestie 🙂

Jeśli chodzi o problem z wykorzystaniem płytki stykowej to m.in. z tego powodu przygotowaliśmy obszerny artykuł, który jest linkowany w treści kursu jako polecany dodatek. Mowa o tym tekście: Jak działa płytka stykowa? Zdjęcia, budowa, przykłady Znajdziesz tam zdjęcia, ilustracje, a nawet animacje tego jak "prąd biegnie wewnątrz płytki". Jeśli pojawi się więcej osób z tego typu problemami to na pewno rozszerzymy informacje pojawiające się w tym kursie.

11 godzin temu, TomekTarczynski napisał:

Jeżeli istnieją jakieś obiektywne argumenty za obecną kolejnością to z chęcią bym ich wysłuchał.

Jest to zaszłość historyczna. To co w tej chwili czytasz to kompletnie przebudowany kurs, jest to właściwie jego ~3 wersja. W związku z różnymi pytaniami dopisaliśmy kilka eksperymentów do poszczególnych części kursu, ale wymagało to taki drobnych przeskoków między częściami. Podczas robienia aktualizacji (z różnych względów) nie mogliśmy zamieniać kolejności poszczególnych części, więc wybraliśmy kompromis - dodatkowe informacje i ćwiczenia przy jednoczesnym przeskoku między częściami.

[Leander]

Kolejny ciekawy odcinek za mną, kolejne pytania. Rozłożę je na kawałki, a przed większą liczbą zabaw i pytań "ustrzegł" mnie taki oto fakt:

Nowy miernik! Zwyczajnie nim mierzyłem (a końcówka plastykowa nie jest chyba rozbieralna - wygląda na zalany/zaklejony element). Nawet nie wiem, czy to reklamować (uszkodzenie mechaniczne?).

No dobrze, ale do rzeczy. W ćwiczeniu z kilkoma diodami najmocniej z trzech (bo niebieskiej nie dostałem w zestawie 😉 ) świeciła... zielona. Inaczej niż u większości w tym wątku. W ramach zabaw czerwonej podmieniłem rezystor na 330, co ją "wyjaśniło".

W takim układzie (równolegle zestawy dioda+rezystor) spadki napięcia wyglądają następująco. Na nitce z zieloną rezystor 6,66 (szatańska sprawa 😉 ), dioda 2,64 (suma 9,3). Na żółtej 7,27 i 1,99 (=9,26). Na czerwonej 7,34 i 1,91 (=9,25).

Pomiar natężenia. Między opornikiem, a zieloną 6,64mA, między opornikiem a czerwoną 7,37mA. Czy nie jest tak, że - skoro w zielonej nitce jest zmierzone napięcie (spadek) 9,3V, a natężenie jest w niej stałe, to z prawa Ohma, przy rezystorze 1K natężenie powinno wyjść inne (wyższe)? Czy dioda dokłada swój opór? Gdzieś w tym wątku przeczytałem, że nie można tak o diodzie powiedzieć. OK, może powinienem znać na to pytanie odpowiedź na tym etapie, ale... Tu jeszcze mam wątpliwości związane z pierwszym prawem Kirchoffa (co jest w takim układzie węzłem, gdzie tu się sumują natężenia).

Po usunięciu z obwodu zielonej natężenie na nitce z czerwoną jest 7,42mA. Natomiast gdy czerwona została sama w układzie, to pomiar daje 7,52mA. I tu też pytanie - skoro na podzespołach połączonych równolegle zawsze jest to samo napięcie (czyli w każdej nitce rezystor-dioda jest takie samo), to dlaczego prąd się zmienia po zmianie liczby podzespołów (nitek z diodą i rezystorem)? Do tej pory rozumiałem to tak, że dużo równoległych czy mało, to napięcie w każdej jest takie samo, natężenie zależy od oporu w danej nitce. I im więcej tych nitek/podzespołów, tym szybciej rozładowujemy baterię. Czy może te wartości podane w dwóch ostatnich akapitach mieszczą się w granicy błędu pomiarowego?

[marek1707]

Spróbuję się z tym zmierzyć:

24 minuty temu, Leander napisał:

W takim układzie (równolegle zestawy dioda+rezystor) spadki napięcia wyglądają następująco. Na nitce z zieloną rezystor 6,66 (szatańska sprawa 😉 ), dioda 2,64 (suma 9,3). Na żółtej 7,27 i 1,99 (=9,26). Na czerwonej 7,34 i 1,91 (=9,25).

Wszystko się zgadza z dokładnością do.. czasu. Sumy napięć powinny być jednakowe i oczywiście można to zwalić na błędy pomiarów, ale ja podejrzewam zwykłe rozładowanie baterii. Kiedy zacząłeś zabawę, bateria (bo to jej napięcie jest tutaj "sumą") miała napięcie trochę wyższe, po minucie zostało kilkadziesiąt mV mniej. To normalne. Jutro będzie jeszcze mniej, bo każdy kwant światła z LED i każdy dżul ciepła z oporników kosztują energię, powoli rozładowują baterię i jej napiecie spada. W poniższym dokumencie masz dane katalogowe baterii 9V. Popatrz na wykresy na ostatniej stronie na dole, pod kreską. To jest właśnie rozładowanie w kilku różnych przypadkach. Producenci stosują kilka typowych "obciążeń" żeby pokazać jak ich baterie zachowują się w takich sytuacjach. W małym radiu grającym 2 godziny dziennie masz szansę na 40-50h, w zabawce drenującej baterię bez skrupułów jest już tylko 18h za to w czujniku dymu ta sama bateria pożyje prawie miesiąc, ale tak czy tak napięcie powoli spada i jako granicę sensowności dla 6F22 przyjmuje się 5-6V. Potem wyrzucasz do oznaczonego pojemnika.

https://data.energizer.com/PDFs/MAX-EU-9V.pdf

27 minut temu, Leander napisał:

Pomiar natężenia. Między opornikiem, a zieloną 6,64mA, między opornikiem a czerwoną 7,37mA. Czy nie jest tak, że - skoro w zielonej nitce jest zmierzone napięcie (spadek) 9,3V, a natężenie jest w niej stałe, to z prawa Ohma, przy rezystorze 1K natężenie powinno wyjść inne (wyższe)? Czy dioda dokłada swój opór? Gdzieś w tym wątku przeczytałem, że nie można tak o diodzie powiedzieć. OK, może powinienem znać na to pytanie odpowiedź na tym etapie, ale... Tu jeszcze mam wątpliwości związane z pierwszym prawem Kirchoffa (co jest w takim układzie węzłem, gdzie tu się sumują natężenia)

Na "nitce" panuje napięcie będące "sumą" z poprzedniego doświadczenia i te sumy - jak to w połączeniu równoległym - są jednakowe. Ale już w każdej nitce masz inny obwód. Raz jest to (jak rozumiem) opornik 1k i zielony LED a innym razem opornik i LED czerwony. Rzeczywiście, LEDy (jak podejrzewasz) nie są opornikami i trzeba trochę odwrócić swoje myślenie. One "zabierają" z obwodu szeregowego pewne swoje ulubione napięcie: czerwona trochę mniejsze, zielona trochę większe a reszta odkłada się na oporniku tak by suma na końcach była taka, jakie napięcie tam przyłożyłeś z zasilania. Jeżeli dla opornika zostanie trochę mniej (bo LED zabrał więcej) to prąd w danej nitce płynie mniejszy. Natężenia sumują się w miejscach, gdzie prąd ze wszystkich nitek spływa do jednego kabelka. I po przeciwnej stronie, gdzie prąd z baterii rozpływa się na poszczególne nitki.

36 minut temu, Leander napisał:

Po usunięciu z obwodu zielonej natężenie na nitce z czerwoną jest 7,42mA. Natomiast gdy czerwona została sama w układzie, to pomiar daje 7,52mA. I tu też pytanie - skoro na podzespołach połączonych równolegle zawsze jest to samo napięcie (czyli w każdej nitce rezystor-dioda jest takie samo), to dlaczego prąd się zmienia po zmianie liczby podzespołów (nitek z diodą i rezystorem)?

Wciąż pamiętaj, że nie dysponujesz idealnym źródłem zasilania, mającym stałe napięcie. Bateria zasilająca obie właczone nitki (czerwoną i zieloną) daje trochę mniejsze napięcie niż gdy odepniesz jedną diodę i zostanie tylko ta druga. Wtedy zmniejszasz prąd pobierany ze źródła, napięcie baterii trochę "podskakuje" i stąd wzrost prądu w nitce która utrzymałeś przy życiu.

39 minut temu, Leander napisał:

Do tej pory rozumiałem to tak, że dużo równoległych czy mało, to napięcie w każdej jest takie samo, natężenie zależy od oporu w danej nitce. I im więcej tych nitek/podzespołów, tym szybciej rozładowujemy baterię. Czy może te wartości podane w dwóch ostatnich akapitach mieszczą się w granicy błędu pomiarowego?

Napięcie na wielu nitkach połączonych równolegle jest takie samo w danej chwili w danym układzie. Gdy zmieniasz układ np. liczbę nitek lub ich konfigurację i zmienia się sumaryczny prąd pobierany z baterii to zmienia się też napięcie zasilania. Jeśli będziesz je mierzył za każdym razem od nowa, wszystko powinno się zgadzać co do mV. Wyjściem jest używanie jakiegoś stabilizowanego zasilacza. Wtedy przynajmniej odpada problem "płynięcia" napięcia tak w czasie (powolne rozładowanie) jak i szybkich zmian od zmian prądu obciążenia.

[Leander]

Dziękuję! Kilka rzeczy było dla mnie jasnych (np. spadki napięcia), ale kwestia z diodami nieco mniej. To ciekawe, trzeba zatem wiedzieć, jak zachowuje się dany element - czy dokłada swój opór, czy np., jak dioda, "zjada" to napięcie i już.

To skoro w nitce z zieloną diodą opornik dawał spadek 6,66V, a diody nie należy brać do obliczeń napięcia, to przy oporniku 1K natężenie wychodzi w teorii 6,66mA. Zmierzyłem 6,64mA. I teraz to ma sens, dziękuję za wyjaśnienie. Chyba już dobrze myślę.

Z tymi węzłami też rozumiem zasadę, tylko... Może schemat.

W ćwiczeniu jest mniej więcej coś takiego, dla 4 zestawów dioda+opornik. Dobrze rozumiem? Równolegle. To skoro ja na jednej nitce mierze 6,64mA, a na drugiej 7,37mA to "przed/za" węzłami, które rozdzielają podzespoły (czyli przy baterii), natężenie jest sumą i wynosi ok. 14mA (nie mogę zmierzyć, bo mi się miernik urwał, jak pokazywałem 🙂 ). I albo ja źle rozumuję, albo to jest dobrze, tylko zaskakująco dużo. Czyli dokładając kolejne takie równoległe podzespoły zmuszam baterię do produkowania większego prądu, aż nie da rady. Zgadza się?

[Treker (Damian Szymański)]

3 godziny temu, Leander napisał:

Nowy miernik! Zwyczajnie nim mierzyłem (a końcówka plastykowa nie jest chyba rozbieralna - wygląda na zalany/zaklejony element). Nawet nie wiem, czy to reklamować (uszkodzenie mechaniczne?).

@Leander zgłoś reklamację i wyślij zdjęcie do Botlandu, na pewno wymienią miernik lub przewody. Na razie, do testów, możesz też zwyczajnie wetknąć głęboko ten przewód do sondy - powinno działać (taka tymczasowa prowizorka) 😉

[Leander]

Już tak zrobiłem - napisałem i wetknąłem :). Coś tam mierzy, ale wiadomo...

[marek1707]

Tak, kolejne nitki dokładają swój prąd do kabelka gdzie płynie ich suma. To tak jak z kolejnymi mieszkaniami podłączanymi do transformatora na skraju wsi. Wszystkie wciąż widzą ok. 230V, ale im więcej podepniesz tym sumaryczny prąd jest większy. Przykład z baterią jest o tyle "łagodniejszy", że zwiększając prąd obciążenia jej napięcie coraz bardziej przysiada i pozostałym nitkom prąd po troszeczku się zmniejsza. To jak bardzo bateria kapcanieje pod wpłwywem zwiększającego się obciążenia mówi o jej wydajności prądowej. Mała bateria, o małej objętości i małej masie zawartych wewnątrz chemikaliów będzie miała mała wydajność i choć "na starcie" ma 9V, to po dołączeniu 20 LEDów lub jednego silniczka robi się na niej 7V albo 5V albo 3V i tyle. To oczywiście wada, ale tak słaba bateria jest też w pewnym sensie dla siebie i innych bezpieczna. Nawet krókotrwałe jej zwarcie powoduje przepływ na tyle małego prądu, że co prawda robi jej się ciepło, ale nic się nie pali, nie wybucha itp. A teraz wyobraź sobie, że masz w przybliżeniu podobne napięcie, np. 12V ale ze źródła o dużo większej wydajności, np akumulatora samochodowego. Można do niego podłączyć światła drogowe pobierające 20A i nadal masz 11-12V. Taki akumulator jest w układzie dużo lepszym źródłem a Twoich LEDów nawet by nie poczuł, ale gdyby niechcący coś poszło nie tak, to jest on w stanie dostarczyć np. 500A prądu zwarciowego a to zamienia w parę każdy kabelek i wiele śrubokrętów. Na pewno należy rozumieć zachowanie baterii, bo jeśli robisz tak precyzyjne pomiary i szukasz dziur w całym (bardzo słusznie, trzeba wreszcie ten cały prąd kiedyś zrozumieć) to jej "fochy" mogą być przyczyną wielu zagadkowych wyników. Dlatego jednym z najważniejszych sprzętów w pracowni elektornika jest regulowany zasilacz i na to, zaraz po multimetrze trzeba wydać swoje pierwsze pieniądze.

[Leander]

Super, dziękuję. Szukam dziur w całym pamiętając, że to jest matematyka, ale z wieloma czynnikami zewnętrznymi :). Teraz wszystko jasne, zatem kolejne sprawy. Diody szeregowo i - na deser - potencjometr plus diody.

Trzy diody wpięte szeregowo: czerwona, żółta i zielona. Zatem  U(diody) to mniej więcej 1,6+2+2=5,6V, a U(baterii) to ok. 9. Z wzoru (9-5,6/0,01), czyli rezystor 340. 330 byłby na granicy? Akceptowalny? Wstawiłem opornik 1K i zmierzyłem spadki napięć (na diodach podobne do opisanych wyżej przy równoległym, na rezystorze 3,28) oraz natężenie, które wyniosło 3,3mA. I teraz rozumiem, że z prawa Ohma natężenie odnoszę do oporu tylko rezystora i spadku napięcia wykazanego tylko na rezystorze (bo diod nie liczę). I wychodzi 3,28V/1000=0.00328A czyli zgadza się ze zmierzonym 3,3mA.

Tu właściwie nie mam pytań, cieszę się, że wychodzi coś, co (chyba) rozumiem :).

[marek1707]

2 godziny temu, Leander napisał:

I teraz rozumiem, że z prawa Ohma natężenie odnoszę do oporu tylko rezystora i spadku napięcia wykazanego tylko na rezystorze (bo diod nie liczę).

Prawo Ohma odnosi się do każdego elementu. Problem w tym, że nie każdy element ma stałą rezystancję. W przypadku oporników jest łatwo. Jeśli na jego końcach masz 2V i płyną 2mA to opornik ma 1k. I będzie tak zawsze dopóki mu nie zrobisz jakiejś krzywdy (i pomijając wpływy temperatury, wilgotności itp zjawiska drugiego rzędu). Gdy wyjmiesz go z układu i zmierzysz miernikiem (który przecież pracuje przy innym napięciu i przepuszcza jakiś inny prąd przez mierzony element) to także wyjdzie 1k. Pozwala to przewidywać, że gdy podłączysz ten sam opornik do baterii 9V to popłynie ok. 8.8mA (bo przecież obciążył baterię, ta trochę przysiadła i zrobiło się 8.8V 🙂 ). Na diodach prawo Ohma też działa, ale diody nie mają stałej rezystancji więc konkretna dioda dla konkretnego prądu i konkretnego napięcia między jej anodą i katodą będzie miała w każdym układzie tyle samo Omów (Ohmów?), ale w innych warunkach będzie inaczej. Jeżeli przez LED płynie 10mA i jest na niej 2.2V (zmyślam, ale to tylko przykład) to można powiedzieć, że w danych warunkach ma 220R. Gdy prąd zwiększysz do 20mA na diodzie zrobi się 2.3V i wtedy ten sam element ma już tylko 115R. A gdy przy malutkim prądzie, np. 1mA dioda ledwo świeci i spada na niej 1.9V to jej rezystancja wynosi już 1.9k. Także w danej sytuacji prawo Ohma działa dla danego elementu zawsze, ale parametr zwany rezystancją zmienia się (w tym przypadku) w zależności od płynącego prądu. A ponieważ w przypadku złącz półprzewodnikowych dużo wygodniej tłumaczyć to sobie stałym (w miarę) spadkiem napięcia, to zwykle przyjmujemy te 0.6-0.7V dla zwykłej diody krzemowej, ok. 2V dla czerwonego LEDa, więcej dla zielonego czy niebieskiego i jeszcze więcej dla białego. Po prostu złącza tego typu mają pewne napięcie progowe od którego zaczynają przewodzić prąd. A gdy już zaczną, to prawie niezależnie od wartości tego prądu spadek napięcia jest wciąż taki sam. Oczywiście napięcie jakoś tam powoli rośnie, a jeśli chcesz zobaczyć jak, wystarczy zajrzeć do danych katalogowych konkretnej diody lub rodziny:

https://www.tme.eu/Document/1a7cf6b357c19a258339f4365fe36177/MSL0104RGBU1.pdf

To dioda RGB więc trzy struktury w jednej obudowie. Popatrz na Fig.1 - charakterystykę prądu przewodzenia w funkcji napięcia (str. 2/9). Dla czerwonej wystarczy przekroczenie 1.8V by prąd wystrzelił w kosmos. Niebieska potrzebuje ok. 2.6V a zielona nawet trochę więcej. A ponieważ w Twoich układach to rezystor szeregowy jest odpowiedzialny za prąd (bo to na nim spada większość napięcia baterii), to w szerokich granicach tego prądu (i oporu rezystora) można przyjąć, że napięcie na diodzie jest prawie stałe. Natomiast prawo Ohma wciąż działa.

Edytowano Grudzień 11, 2020 przez marek1707