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

[Mechano]

Ten schemat jest inny niż poprzedni. Ja cały czas piszę od podlinkowanym przez Ciebie schemacie z kursu. Tam kondensator włączony jest równolegle do diody i baterii.

[kris2k]

Ten schemat jest inny niż poprzedni. Ja cały czas piszę od podlinkowanym przez Ciebie schemacie z kursu. Tam kondensator włączony jest równolegle do diody i baterii.

A no wlasnie... bo zgodnie z rada, wyguglalem conieco o stalej czasowej i wzorze jaki podales wczesniej i wlasnie schematy obwodu RC byly wszystkie tak jak teraz wstawilem.

Kondensator w szeregu a opornik rownolegle.

Rozumiem ze zly trop wyguglalem? (W sumie fajny, bo dowiedzialem sie jak wylaczyc diode na podpietym zasilaniu 😉 ...ale nie o to akurat chodzilo.)

[Mechano]

W tym konkretnym przypadku to kondensator musi być równolegle. Gdy kondensator jest szeregowo to mamy już konkretny filtr (gdy jest równolegle to też ale przy prądzie stałym jest to nam nie potrzebne bo i tak nie działa). Wiesz czym jest reaktancja? Jeżeli tak to przypomnij sobie wzór na reaktancję pojemnościową, jak nie wiesz co to to nie szukaj bo nie potrzeba tego, to tak w ramach ciekawostki.

Wracamy do schematu z kondensatorem równoległym i zastosuj się do instrukcji z rezystancją między kondensatorem a baterią. Oszacuj i oblicz a potem zrób to samo dla połączenia między kondensatorem a diodą z konkretną rezystancją.

[kris2k]

Dobra to od początku. Obwód RC to połączenie kondensatora i rezystora. W tym przypadku ten układ ma na celu "opóźnienie" włączenia diody. τ (tau) to stała czasowa czyli czas potrzebny do naładowania kondensatora do 63% lub rozładowania do 37% (od 0 lub odpowiednio od pełnego napięcia). Teraz jeszcze raz wzór:

τ=R*C

gdzie:

τ (tau) stała czasowa,
R=rezystancja w Ω,
C=pojemność w F,
Np. dla pojemności 100uF i rezystora 100Ω stała czasowa to 0.01s czyli 10ms. Teraz spójrz na swój układ i oszacuj rezystancję pomiędzy okładziną kondensatora a biegunem źródła zasilania (dla uproszczenia Rw pomijamy), podpowiem, że będzie to bardzo mała rezystancja. Podstaw do wzoru i policz. Następnie zrób to samo dla połączenia między kondensatorem i a diodą. Zamieść tu wyniki obliczeń i napisz co zauważyłeś. W razie pytań jestem do usług.

Uklad mam taki:

Przy diodzie wpisalem wyliczone napiecie, opor i prad jaki przez nia plynie.

Taki uklad ladnie sie zaswieca i ladnie gasnie.

Mamy stala czasowa dla RC rowna 1 sek. Ona dziala dla ladowania i rozladowania?

Nie bardzo rozumiem o co pytasz/co masz na mysli piszac:

Np. dla pojemności 100uF i rezystora 100Ω stała czasowa to 0.01s czyli 10ms. Teraz spójrz na swój układ i oszacuj rezystancję pomiędzy okładziną kondensatora a biegunem źródła zasilania (dla uproszczenia Rw pomijamy), podpowiem, że będzie to bardzo mała rezystancja. Podstaw do wzoru i policz. Następnie zrób to samo dla połączenia między kondensatorem i a diodą. Zamieść tu wyniki obliczeń i napisz co zauważyłeś.

Mowa o obwodzie pradu stalego:

Dlaczego rezystancja miedzy zrodlem a okladzina kondensatora bedzie bardzo mala?

Ja powiedzialbym tak:

Sam kondensator kiedy jest nienaladowany to nie ma rezystancji (prad plynie taki jaki tylko kondensator chce sobie pobrac) a kiedy jest naladowany na max, to ma nieskonczona rezystancje (bo prad w obwodzie przestaje plynac).

W schemacie mam pare, opornik+kondensator, wiec opor takiej pary jest w zasadzie oporem tylko opornika gdy sie kondensator laduje, a jak sie naladuje, to opor jest j.w. nieskonczony+opornik, co dalej jest rowne nieskonczonosci.

No i na koniec wymienilem opornik przy diodzie na mniejszy, byl 1kOhm a teraz dalem tylko 100 Ohm, bo tutaj jest jakby szereg z tym pierwszym opornikiem przy kondensatorze, wiec mamy w sumie niewielka zmiane bo bylo 1kOhm, a teraz mamy 1,1kOhm. (Bez tej zmiany byloby 2k Ohm i prad na diodzie bylby maly, slaboby swiecila oraz dlugo sie wygaszala).

Teraz w zasadzie tak samo szybko sie zaswieca jak i gasnie -> ale nie do konca wiem dlaczego 😖

Takie to dla mnie pogmatwane kiedy jedna galaz ukladu rozpatrujemy w szeregu(R2+LED), druga rownolegle © i ten pierwszy opornik (R1) ktory jest wspolny. Nie ogarniam a dziala 😥

[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

[Mechano]

Pierwsze wyliczenie się zgadza τ=1s. W poprzednim schemacie nie było rezystora 1k. Tamto połączenie było po protu zwarciem między dwoma punktami (kondensatorem i baterią). Dla prądu stałego przyjmuje się, że kondensator nie przewodzi prądu, dla zmiennego jest już nieco inaczej. Lepiej jest powiedzieć, że gdy kondensator jest nienaładowany to ma rezystancję równą 0, gdy jest naładowany to ma rezystancję dużą i prąd nie płynie (tylko dla napięcia DC, pamiętajmy o tym).

Nie wiem czy coś wytłumaczyłem. Musisz bardziej wyjaśnić swój problem, bo nie rozumiem.

[kris2k]

Nie wiem czy coś wytłumaczyłem. Musisz bardziej wyjaśnić swój problem, bo nie rozumiem.

Pomogles, pomogles.

Stala czasowa sie zgadza, to ze kondensator przy DC ma rezystancje 0 jak jest pusty i duza jak jest naladowany tez sie zgadza. Rozumiem, nie ma problemu 🙂

Nie rozumiem definicji polaczenia RC i tego w ktorym momencie dziala zjawisko stalej czasowej, a w ktorym nie?

Wyjasniajac... R i C mozna polaczyc na 4 sposoby:

- szereg R + C

- szereg C + R

- szereg C + rownolegle R

- szereg R + rownolegle C

Zjawisko stalej czasowej dziala we wszystkich czterech?

Czy tylko w ostatniej?

I czy to zjawisko jezeli juz dziala, to dziala od razu dla ladowania i rozladowania?

[marek1707]

"..kondensator przy DC ma rezystancje 0 jak jest pusty i duza jak jest naladowany.."

To chyba nie jest dobry pomysł, by tak to sobie tłumaczyć. Ta prosta teza kompletnie nie sprawdza się np. w sytuacji, gdy kondensator służy do filtrowania napięcia na wyjściu stabilizatora. Przecież jest naładowany do napięcia wyjściowego DC zasilacza, więc jak może zwierać (do masy) zakłócenia? Tak naprawdę kondensator ma impedancję zespoloną (reaktancję), ale nawet jeżeli nie jest to miejsce by to tłumaczyć (a warto gdzieś poczytać), to w eksperymentach "stałoprądowych" dobrze jest myśleć prądami i napięciami.

Wtedy ważne są drogi którymi płynie prąd i spadki napięć które ten prąd wywołują.

Z opornikami jest łatwo: spadek napięcia jest taki jak chwilowy prąd (razy pewna stała charakterystyczna dla danego opornika, którą nazywamy rezystancją): U=I*R.

Z kondensatorami i cewkami jest trochę gorzej, bo te elementy mają "pamięć". Spadek napięcia na kondensatorze jest taki, jaki ładunek został w nim zgromadzony (podzielony przez pewną stałą charakterystyczną dla danego kondensatora, którą nazywamy pojemnością): U=Q/C. Ponieważ ładunek to prąd zsumowany po czasie Q=I*t, to tu właśnie mamy tę "pamięć". Jeżeli prąd będzie dopływał, zgromadzony ładunek będzie się zmieniał (rósł lub malał - w zależności od kierunku prądu), w związku z czym będzie się też zmieniało napięcie na kondensatorze. Tym szybciej im większy prąd i im mniejsza pojemność. Ponieważ zwykle pojemność danego elementu jest stała, to szybkość zmian napięcia zależy wprost od wielkości prądu. Operując na prądach i napięciach możemy poruszać się w obszarze znanych i prostych praw: Ohma i Kirchoffa 🙂

Weź dla przykładu klasyczny układ z szeregowo połączonym kondensatorem, opornikiem i źródłem napięcia stałego. Mamy kompletnie rozładowany kondensator i podłączamy baterię. Powstaje więc obwód (oczko) w którym prąd płynie od baterii, przez opornik, kondensator z powrotem do baterii. Jaki ten prąd jest? Zgodnie z powyższymi prawami wyłącznie zależy on od sumy napięć w oczku i sumy rezystancji. Kondensator (w chwili zero) nie zgromadził jeszcze żadnego ładunku: Q=0, więc Uc=0 (zgodnie ze wzorem U=Q/C). Jedyne napięcie w oczku to napięcie baterii, więc I=Ubat/R. W każdej chwili - poczynając od momentu zero - płynący prąd gromadzi na kondensatorze ładunek to powoduje wzrost napięcia Uc. Rosnące napięcie Uc powoduje to, że opornik (który jest jedyną rzeczywistą rezystancją w obwodzie) "widzi" na sobie coraz mniejsze napięcie (bo Uc odejmuje się od Ubat) i dlatego prąd spada: I = (Ubat-Uc)/R. Prąd spada coraz wolniej → napięcie na kondensatorze (chociaż jest coraz wyższe, bo jego ładunek rośnie) rośnie coraz wolniej → różnica Ubat-Uc spada coraz wolniej → prąd wyznaczony przez rezystancję R spada coraz wolniej itd..

Jeżeli gdzieś w obwodzie zachodzi proces "samoograniczający się" tak jak w powyższym przykładzie, to mamy do czynienia ze stałą czasową opisaną wzorami wykładniczymi ze słynną stałą e=2.7183 w podstawie. Wystarczy, że przeanalizujesz drogę przepływu prądu.

W przykładzie z baterią i szeregowym RC masz kilka wielkości które "działają ze stałą czasową":

- napięcie na kondensatorze: Uc, na początku zerowe i rośnie do Ubat,
- napięcie na oporniku: Ur, na początku równe Ubat i maleje do zera,
- prąd w oczku (taki sam w baterii, oporniku i kondensatorze): I, na początku równy Ubat/R maleje do zera.

Przemyśl to sobie.

Oczywiście wzory trzeba stosować sensownie i adekwatnie do sytuacji. Wszelkie odstępstwa od układu kanonicznego powodują także odejście od teoretycznych wzorów i wielkości. Zauważ, że dioda LED pobiera prąd i nie jest dobrym woltomierzem pokazującym napięcie na kondensatorze. Prąd płynący przez opornik dopływa nie tylko do kondensatora ale także część jego jest "podbierana" przez diodę więc kondensator nie naładuje się do pełnego napięcia Ubat (a do jakiego?). Przydałoby się użycie choćby prostego tranzystora jako wzmacniacza prądu by nie obciążać układu RC "kradzionym" prądem diody. Ale to chyba bajka na inny wieczór...

[piotrino]

Jeśli chodzi o zadanie 6.2 to dla 6 i więcej diod czerwonych w ogóle one nie świecą, kombinacja 5 diod czerwonych z zieloną lub niebieską również nie dają jasności przy rezystorze 1kOm.

Witam. Mam mały problem z zadaniem 6.2 (zadanie z diodami połączonymi szeregowo przez jeden rezystor). Raczek ze schematami dużego problemu nie mam. Ale tu mam. Spałiły mi się trzy diody(od razu jak podłaczyłem zasilenie do układu) połączone szeregowo z jednym rezystorem. Dla trzech diód czerwonych połączonych szeregowo dałem rezystor według obliczeń: 560 Om (przy poborze prądu 15mA). Probowałem połączyć według tego schematu:

Zasilanie wejściowe 12V z zasilacza. W jaki sposób taki układ dać na płytce stykowej?? Wiem że to banalne pytanie przy tym schemacie, ale spaliłem już 5 diód.

P.S Mam mały problem z odróżnieniem z połączeniami szeregowymi i równoległymi na płytce stykowej. Trochę mi się myli. Według schematu odrózniam bez problemu te połączenia, ale problem z naniesieniem takiego układu na płytkę stykową. Miał ktos taki problem? O schematach czytałem oczywiście .

[Treker (Damian Szymański)]

piotrino, nie wiem jak faktycznie podłączyłeś diody na płytce, ale zapewne miałeś tam gdzieś błąd. Przenoszenie układu ze schematu na płytkę stykową w tym przypadku powinno być dość łatwe. Po prostu diody muszą być obok siebie + każda musi mieć kontakt z "sąsiednimi". Można to zrobić przykładowo tak:

Lub dla większej czytelności:

W przypadku dalszych wątpliwości postaraj się trochę dokładniej opisać z czym masz trudność, to będę mógł się skupić na wyjaśnieniu tego konkretnego fragmentu 😉

[piotrino]

piotrino, nie wiem jak faktycznie podłączyłeś diody na płytce, ale zapewne miałeś tam gdzieś błąd. Przenoszenie układu ze schematu na płytkę stykową w tym przypadku powinno być dość łatwe. Po prostu diody muszą być obok siebie + każda musi mieć kontakt z "sąsiednimi". Można to zrobić przykładowo tak:

Obrazek

Lub dla większej czytelności:

Obrazek

W przypadku dalszych wątpliwości postaraj się trochę dokładniej opisać z czym masz trudność, to będę mógł się skupić na wyjaśnieniu tego konkretnego fragmentu 😉

Bardzo Tobie dziękuję za odpowiedz i pomoc. Muszę tylko ogarnąć do końca przenoszenie ze schematów na płytkę stykową....

[gawroon7]

Hej, mam takie pytanie - w jaki sposób mogę policzyć napięcie wsteczne występujące na diodzie?

Rozumiecie - wpinam ją zaporowo, przed nią mam jakiś rezystor - ale jako, że ona nie przewodzi, nie wiem jaki popłynie prąd, a stąd nie wiem jakie napięcie odłoży się na oporniku.

W ogóle za bardzo nie wiem, skąd to wziąć. Ja wiem, że oprócz diody zenera, nie ma to zastosowania, a tam podawane jest napięcie przebicia i chyba prąd, stąd mogę dobrać opornik, ale....Niech mi ktoś rozjaśni. Z diodą zenera też w sumie nie wiem. No bo biorę podane napięcie przebicia, np 4V, stąd na oporniku przy zasilaniu 9V mam spadek 5V....i co dalej?

[Lukaszm]

Rozumiecie - wpinam ją zaporowo, przed nią mam jakiś rezystor - ale jako, że ona nie przewodzi, nie wiem jaki popłynie prąd, a stąd nie wiem jakie napięcie odłoży się na oporniku.

No skoro prąd nie płynie to znaczy że na rezystorze będzie spadek praktycznie równy 0V.

Z diodą zenera też w sumie nie wiem. No bo biorę podane napięcie przebicia, np 4V, stąd na oporniku przy zasilaniu 9V mam spadek 5V....i co dalej?

Znasz napięcie na rezystorze, znasz jego rezystancję, to potrafisz też policzyć prąd. Jak już wiesz jaki prąd płynie to na charakterystyce diody sprawdzasz czy przyjąłeś odpowiedni spadek napięcia na diodzie Zenera, jak jest duża różnica dla obliczonego prądu to liczysz jeszcze raz, przyjmując za spadek na diodzie Zenera to to co odczytasz z charakterystyki dla obliczonego prądu.

[gawroon7]

Trochę kiepsko się wyraziłem w sumie - rozumiem, że dioda zenera służy do np. zwierania obwodu do masy, jeżeli NAPIĘCIE ZASILAJĄCE przekroczy pewien próg, natomiast mało ją obchodzi prąd na gałęzi, czy tak? Stąd wniosek, że rezystora nawet mógłbym nie mieć w gałęzi "Zwarciowej" z diodą zenera, tak?

[marek1707]

Nie. Dioda Zenera w kierunku zaporowym (czyli plus na katodzie) zachowuje się jak rozwarcie dopóki napięcie nie przekroczy napięcia Zenera, czyli własnie tego co ma napisane (czasem) na obudowie. Wtedy prąd zaczyna płynąć i wraz ze zwiększaniem się napięcia rośnie bardzo szybko. Np. dla diody 4V7 (tak są oznaczane) po przyłożeniu 4V nie płynie praktycznie nic, dla 4.5V też jeszcze prawie nic, przy 4.7V już kilka mA, dla 4.9V to może być już 100mA a dla 5V osiągamy 1A i dioda się pali (bo 5V*1A=5W). Ona niczego nie zwiera, raczej nie dopuszcza do wzrostu napięcia powyżej tego "swojego", pochłaniając coraz większy prąd. Jeżeli nie dasz opornika w szereg, bardzo szybko ją spalisz (jeśli źródło prądu ma tyle mocy), chyba że impuls będzie bardzo krótki. Tak działają diody zabezpieczające tzw. transile. Włącza się je np. w szyny zasilania bez żadnych oporników i przepięcia w postaci wysokich, ale bardzo krótkich szpilek są wycinane do poziomu napięcia Zenera. Oczywiście napięcie Zenera takiej diody powinno być wyższe niż najwyższe spodziewane napięcie normalnej pracy, np. dla wejścia z akumulatora 12V wystarczy dioda 18-24V. A wracając do "zwykłych" zastosowań: w typowej aplikacji raczej musisz mieć szeregowy opornik. To na nim właśnie "zostaje" reszta napięcia. Tworzy się wtedy dzielnik w którym na diodzie Zenera jest zawsze napięcie Zenera a reszta napięcia (różnica między zasilaniem a napięciem diody) odkłada się właśnie na oporniku. Im więcej napięcia przyłożysz tym większy płynie prąd, ale dzięki własności diody Zenera napięcie na niej jest prawie niezależne od prądu - talk działa najprostszy stabilizator napięcia.

[Wojciech_M]

Może dla wielu moje pytanie wyda się oczywiste, ale nie mogę czegoś zrozumieć...

Łączę szeregowo 6 LED'ów, podłączam do baterii 9V (zamykając tym samym obów). Wszystko jest podłączone prawidłowo i tu pojawia się (jak dla mnie) paradoks.

Gdy dodam szeregowo rezystor 1k ohm między anodą, a LED'ami wszystko ładnie świeci, lecz gdy usunę rezystor i połączę LEDy bezpośrednio nic się nie świeci...

Czy to nie paradoks, że gdy rezystor zmnieszy potencjał to LEDy świecą, a gdy jest niższy to nie ??? Z góry dziękuję za odpowiedź. I czy mógłby ktoś wytłumaczyć jaki prąd przepływa przez LEDy bez rezystora w układzie przy baterii 9V i jak to obliczyć jeżeli nie znam ich oporu?