LEDがその電圧降下より大きい供給電圧に接続されている場合はどうなりますか？

抵抗と電圧の私の理解は恐ろしいです。キルヒホッフの法則に従って（私の言葉で言えば、訂正してください）、回路で使用される電圧は供給される電圧と等しくなければならない、と聞きました。たとえば、9 Vのバッテリーを使用している場合、9 Vのバッテリーをすべて使用する必要があります。

典型的な順バイアス電圧が3.1 VのLEDがあるとします。これは、光を生成しているときに3.1 Vが失われることを意味します。9 Vを使用した場合、LEDは切れますか？

それはおそらく本当ですが、良い例は私の理解を本当に直感的にするでしょう。

これは、問題が分析にどれほど優れているか、どのような基本知識があるかではなく、わからないことがわからないという状況の1つです。これは常にエレクトロニクスへの第一歩を非常に高いものにします。

あなたの例の場合、あなたはバッテリーについて何を知らないのですか？

1. 理想的なバッテリーの端子電圧は決して変化しません（少なくともすべてのエネルギー貯蔵容量が使用されるまで）。したがって、端子電圧とその有用なエネルギー容量に影響を与える要因が存在する必要があります。クイックリストは、化学、材料の量、温度、およびアノード/カソードの設計です。
2. 実用的なバッテリーの容量は限られているため、端子電圧や潜在的な電流能力に影響を与えるその他の要因の多くは、「内部抵抗」と呼ばれるモデル要素に組み込むことができます。ほとんどのより大きなバッテリーのモデルでは、これはオームの数分の1になります。ただし、バッテリーには、状況をより複雑にするために、静電容量やインダクタンスなどの他の要素もあります。あなたはこのようなテキストでバッテリーモデルについて読むことから始めることができます。

内部抵抗が非常に小さい、より大きなバッテリーの良い例は、12 V車のバッテリーです。ここで、車を始動すると、モーターをターンオンするのに数百アンペア（kWの電力と電流）がかかり、端子電圧が13.8 V（完全に充電された鉛蓄電池）からクランキング時に10V。したがって、内部抵抗は（オームの法則を使用して）わずか6ミリオーム程度になる可能性があります。
この例の考え方を、単三電池、単四電池、C電池などのより小さな電池に拡大して、少なくとも電池の複雑さを理解し始めることができます。

今、あなたはLEDについて何を知らないのですか？

1. ダイオードの電気モデル（整流器とLEDのどちらでも）は非常に複雑です。しかし、ここでそれを簡略化して、最も簡単な方法として、直列抵抗を備えたバンドギャップ電圧でダイオードを表すことができると言うことができます。多くのSPICEパッケージとについて。StackExchangeに関するこのディスカッションは、良いキックオフポイントになる可能性があります。
2. すべての半導体デバイスには、消費できる電力量に実際的な制限があります。これは主にデバイスの物理的なサイズに関連しています。デバイスが大きいほど、通常消費できる電力が大きくなります。

これで、LEDを検討できます。まず、デバイスのデータシートを理解することから始めます。理解できない特性の多くはすでに（質問から）わかっている特性ですが、順方向電圧（Vf）と、電流制限と最大電力損失をデータシートで見つけることができます。
それらを装備すれば、LEDの電力損失制限を超えないように電流を制限するために必要な直列抵抗を把握できます。

キルヒホッフの電圧法則は、LEDの両端の電圧が約3.1 Vであるため（そして、データシートの電流曲線では9 Vを適用できないことを示しているため）、回路内に別の集中定数モデルコ​​ンポーネントが必要であるという大きなヒントを与えます。

^{この回路をシミュレーション –を使用して作成された回路図 CircuitLab}

注：上記の電池の内部インピーダンスは、計算を容易にするために単純に指定されています。バッテリーの種類（プライマリまたは充電式）に応じて、内部抵抗は変化します。バッテリーのデータシートを確認してください。

上記の未知の要素は、単なるワイヤー（要素なし）である可能性がありますか？
可能ですが、結果は簡単に計算できます。
2つの理想的な電圧要素（9 Vと3.1 V）の場合、抵抗の両端には5.9 Vが必要です（キルヒホフの電圧ループ）。したがって、電流は5.9 / 10.1 = 584 mAでなければなりません。
LEDで消費される電力は、（3.1 * 0.584）+（0.584 ^ 2 * 10）= 5.2ワットです。LEDの定格はおそらくわずか300 mW程度なので、LEDが劇的に加熱され、おそらく数秒以内に故障することがわかります。

未知の要素が単純な抵抗で、LEDを流れる電流を20 mAにしたい場合、値を計算するのに十分です。

バッテリーの端子電圧は（9-（0.02 * 0.1））= 8.998 VになりますLEDの端子電圧は（3.1 +（0.02 * 10））= 3.3 Vになります

したがって、未知の抵抗器の両端の電圧は5.698で、そこを流れる電流は20 mAです。したがって、抵抗は5.698 / 0.02 = 284.9オームです。

これらの条件下では、ループ電圧がバランスし、LEDは設計値の20 mAを通過します。したがって、その電力消費は（（3.3 * 0.02）+（0.02 ^ 2 * 10））= 70 mW ...うまくいけば、小さなLEDの能力の範囲内です。

お役に立てれば。

はい、LEDが損傷している可能性があります。それは短編です。

実際には、大量の電流をクランクアウトするため、バッテリー電圧は少し低下します（バッテリーには、充電状態、放電履歴、温度、およびその他の要因によって変化する内部抵抗があります-新しい9Vバッテリーでは数オーム）。LEDの電圧が大きくなります（ワイヤの低下のビットを無視した場合）は、2つの正確に出会うまで（LEDが非線形な方法で電流と電圧を増加させます）。

バッテリー電圧が5Vに低下し、バッテリーが1.5Aを供給しているとしましょう。つまり、LEDの順方向電圧は5Vであり、5V * 1.5A = 7.5Wを消費しています。つまり、小さな3mmまたは5mmのインジケータLEDであると仮定すると、LEDは非常に急速にバーンアウトします。

一方、3.1V LEDがたまたまLEDダイの束であり、2Aを安全に処理できる場合（たとえば）、2Aの場合、バッテリー電圧は3.1Vのように低下​​します（バッテリーの内部抵抗により、上記と同じ）、LEDは約6Wの入力電力で点灯します。もちろん、バッテリーはすぐに消耗します（最高の状態では、非常に高温になり、爆発する可能性があります。NiCdバッテリーや特定の保護されていないリチウムバッテリーなど、一部のタイプは他のものよりも危険な場合があります。

ここで何が起こるかです：まず、1kΩの抵抗を使用して緑色のLEDを9 Vに適切に接続し、残留電圧をキャッチしました。

その後なし。

驚くべきことに、その後、再び抵抗器を使用しても、LEDは機能しますが、特に調光機能はありません。

家庭の子供たちにこれを試さないでください...例外ですが、なんでか... 科学です！

「グローアウト」する前に黄色/赤に短時間点灯するのはなぜか、わかりません。おそらく、結果はすべてのLEDタイプで異なります。

実際には、架空の例には気づいていない「隠れた」または寄生抵抗があります。まず、バッテリーには内部直列抵抗があります。また、LEDには回路内のすべての配線と同様に抵抗があります。これらすべての抵抗器の両端の電圧降下とLEDの固有の電圧降下は、合計でバッテリー電圧になります。

唯一の質問は次のとおりです。これは何時に発生しますか？それが十分に高い場合、LEDはクックして燃え尽きます。LEDと直列に接続された実際の抵抗の形で追加の抵抗を使用すると、この問題を回避できます。その抵抗器の値を決定することは、オームの法則を適用する機会です。

X軸がボルト、Y軸が電流のこの図は、2コンポーネント直列の分圧器の方程式をグラフィカルに「解く」ために使用されます。純粋な抵抗分割器、またはここではダイオードと抵抗で使用できます。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

電圧を共有するために、2番目のコンポーネントを直列に配置します。たとえば、LEDを3.1ボルトで安全に動作させ、不要な[9-3.1] = 5.9ボルトを使い切るように抵抗を用意するとします。10mA（1ボルトあたり100オームとして表示できます）では、100オーム/ボルト* 5.9ボルト= 590オームが必要です。一般的な値は560オームと620オームです。

ここに直列回路が必要です。9ボルトの電源、次にバッテリー電圧を共有する2つのコンポーネントです。

次に、ノモグラフと同じIVプロットを使用して、抵抗分圧器を解きます。

^{この回路をシミュレート}

タイトルの質問に対する答えは次のとおりです。LEDが点灯します。

但し書きは、あなたの電流が問題のLEDの最小値と最大値の範囲内にあることです。

低電流では薄暗くなり、定格電流では明るく燃え上がります。電流が多すぎると、LEDが溶断します。

回路に適切な抵抗を挿入することにより、電流を目的の値（多くの場合15〜20mA）に制限します。

オームの法則を使用してそれを解決します。R（オーム）= V（ボルト）/ I（アンペア）。

妥当な範囲内では、電圧はLEDとはかなり関係がなく、LEDを点灯させるのは電流です。もちろん、ローエンドのLEDの内部電圧降下を超えるのに十分な電圧が必要です。

すべての9 V電源が等しいわけではありません。いくつかはLEDを吹くでしょう、そしていくつかはそうしません。（短絡電流または内部抵抗に依存します。）

9 V-3.1 V = 5.9 Vは「欠落」しています。これは、9 V電源、ワイヤ、およびLEDの内部に配置されます。（これらは、電圧の損失または電圧降下を引き起こす抵抗です。）

熱なしで何かを吹き飛ばすことは非常に困難です（MOSの静電気の場合を除きます）。熱が蓄積する（そして煙を放出する）には時間がかかります。:-)

LEDを破壊する熱は、3.1 Vの電圧、LEDの内部抵抗、電流（V / R）および時間によるものです。（煙が発生する前の）熱の一部は環境に失われます。そのため、一部の回路ではヒートシンクを使用して煙を防止しています。

この簡単な説明が、Googleを使い始めるのに役立つことを願っています

最初の概算では、内部抵抗を無視すると、LEDには指数関数的なI / V順方向特性があります。実際には、これが順分極接合の特性です。実際のデバイスには、直列に内部抵抗があり、通常は数オームです。

LEDの「公称」電圧降下は、特性上の1点にすぎません。通常、20 mAに対応する電圧、または決定された公称順方向電流です。

LEDを電池の両極に置くと、9 Vの「理想的な」電圧源、LED、および電池の内部抵抗（たとえば、2オーム）を含む直列回路が作成されます

LEDの動作点は、順方向特性と、電源電圧（9V）およびバッテリーの内部抵抗によって決定される負荷ラインとの交点です。LEDの電圧降下は、公称3.1 Vよりもはるかに高くなります。

LEDが高電流デバイスでない限り、電流は公称値を超え、LEDは損傷またはブローします。

LED（およびダイオード一般）は少し奇妙です。電圧しきい値を下回る最初の概算として、電流は流れません。それ以上では、電流の流れに制限はありません。

それをダムと考えてください。水がダムの下にあるとき、それは完全にブロックされています。水位がダムの上部を超えると、その流れは制限されませんが、ダムの背後に保持されている量は失われます。

したがって、3.1Vのしきい値を持つLEDで、9Vを適用した場合、5.9Vがまだ使い果たされています。これは、オームの法則V = I * Rで説明されているように、回路内の抵抗によって使い果たされます。抵抗を追加していない場合、Rはバッテリーの内部抵抗とワイヤの抵抗です。これらの内部抵抗は通常、無視できるほど十分に小さいですが、この場合は、それだけです。小さな抵抗と固定電圧は、電流が非常に高くなることを意味します。LEDには、通常のLEDの場合、約20mAの最大電流が流れます。これを超えると、過熱して破壊されます。

最初に言ったように、これはLEDの近似にすぎません。実際には、電圧降下は電流とともに増加します。ただし、その増加はそれほど大きくありません。一般に、それを考慮する必要がある状況にある場合は、非常に敏感な処理、高出力の処理、またはコンポーネントの制限に近すぎて最初から実行していることのいずれかを行っています。確かに、この増加は、このシナリオの最終結果に影響を与えるのに十分ではありません。

すべてに抵抗があります。限目！

• これには、バッテリー（ESR）、ダイオード（Rs）、インダクター（DCR）コンデンサー（ESR）、さらには抵抗器（R）も含まれます;）
  • 「キルヒホフ電圧ループ（KVL）」は、その「レフトオーバー電圧」の使い方を教えています。
    • これは、すべての供給電圧が加算または減算された後です
    • 直列に接続されたすべてのパーツの合計で、それぞれに抵抗があります
  • したがって、KVLは、電流または電流の流量をアンペアまたは「アンペア」の単位で計算する方法を教えます= 1000ミリアンペア（mA）

• したがって、この「残りのV」は、ループ内のすべての部分Rの合計です。

  • それが良好な導線である場合、通常（常にではありません）、抵抗と電圧降下を無視します。

• したがって、残りの電圧後の各部品のI = V / Rと、比率として表されるループ抵抗の合計。

• 大量の電力を処理できるパーツは、Rが低くなければなりません（小学校の理論を除いて、理想的なバッテリーのRは0であると言います）

• すべてのダイオードの類似性は、定格順方向電圧Vfで、より大きな電力に対して定格されている場合、しきい値電圧Vtより上の抵抗が低くなります。

3V LEDには約2.8Vのしきい値があり、広い許容範囲ともちろん、電力に応じて3.1V +/- 10％になります。

 - for example
   -  a 300mA rated white LED (1W) has a bulk resistance less than 0.5 to 1 Ohm due to 50% MFG tolerances
   - a 9 V Alkaline battery actually has six (6) tiny 1.5V cells in series
   -  inside , each has about ESR= 1 Ohm (when new)
           - cheap carbon pile aka HEAVY DUTY cells are about 3 Ohms (new) so less powerful

したがって、1Wの白色LEDと1つのアルカリ9Vバッテリーで、「残り」の電圧とその結果生じる電流はどのくらいですか？

• その電流を制限するためにRをどのように選択しますか？
• 定格電力と温度上昇の選び方

（9V-2.8V）/（6x1 +（0.5 to 1）+ R）= 0.3A = 300 mA

Rを解く

ヒントR = 0の場合、LEDは明るくなりすぎて生き残ることができません

キャップにはESRがありますが、絶縁体=誘電体であるため、DCをブロックしますがACを伝導します。