Mengapa LED memiliki arus maksimum?

Jadi saya mengerti bahwa LED memiliki arus maksimum (seperti 20mA misalnya), tetapi secara ilmiah mengapa demikian?

Menggunakan analogi air, sepertinya tegangan tinggi adalah benda yang akan mengacaukan sesuatu (saya suka menganggapnya seperti "tekanan" besar yang meledakkan pipa atau sesuatu). Mengapa laju aliran elektron merusak sesuatu?

Sulit untuk memunculkan analogi karena analogi yang biasa untuk sistem kelistrikan adalah sistem fluida. Satu hal hebat tentang sistem fluida adalah fluida yang bekerja juga bagus dalam hal pendinginan, dan pengalaman praktis kebanyakan orang dengan sistem fluida melibatkan laju aliran di mana pemanasan tidak terlalu signifikan.

Jadi mari kita coba analogi yang berbeda: senar ditarik melalui perlawanan jari-jari Anda. Jari-jari Anda adalah LED, dan drop tegangan LED analog dengan perbedaan ketegangan tali di kedua sisi jari Anda. Arus analog dengan laju penarikan senar.

Apakah jari-jari Anda akan rusak jika tali ditarik terlalu cepat? Ya: kami menyebutnya "rope burn". Ini akan terjadi bahkan jika Anda menyesuaikan tahanan jari-jari Anda untuk mempertahankan perbedaan konstan pada tegangan pada tali terlepas dari kecepatannya (analog dengan penurunan tegangan LED yang konstan).

Alasannya adalah bahwa laju pekerjaan yang dilakukan, dan dengan demikian, panas yang dihasilkan, adalah produk dari gaya jari-jari Anda berlaku untuk tali dan tingkat di mana tali bergerak melalui jari-jari Anda. Anda bisa membakar tali dengan meremas terlalu keras, atau menggerakkan tali terlalu cepat.

"Tingkat kerja" atau "tingkat energi" disebut daya . Salah satu cara untuk mendefinisikannya, untuk sistem mekanis, adalah produk gaya ( ) dan kecepatan ( $F$$v$ ):

Karena daya adalah tingkat energi, ia harus dalam satuan energi per waktu. Dalam satuan SI, itu joule per detik, juga dikenal sebagai watt . Jadi, betapapun cepat tali itu bergerak, dan betapapun kuatnya jari-jari Anda menerapkannya, Anda melakukan pekerjaan dengan kecepatan beberapa joule per detik. Energi ini tidak bisa hilang: ia menjadi panas di tali dan jari-jari Anda. Setelah Anda melebihi kemampuan tubuh Anda untuk memindahkan panas dari ujung jari Anda, kulit Anda menjadi terlalu panas dan Anda terbakar.

Analogi untuk sistem kelistrikan adalah bahwa daya adalah produk dari tegangan dan arus:

$V$$I$

Ada penurunan tegangan maju beberapa volt melintasi LED. Penurunan Tegangan ini kali Arus adalah Daya dihamburkan dalam perangkat. Ini menciptakan cahaya, tetapi juga panas. Panaslah yang membunuh LED.

TL; DR: Arus yang mengalir menciptakan panas, dan untuk LED, panas membunuh bagian itu.

Setiap kali elektron mengalir melalui konduktor, pemanasan Joule terjadi. Ini sebagian karena apa sebenarnya panas itu, partikel-partikel yang membentuk objek yang bergerak di sekitar, dan memiliki elektron yang melewatinya menjamin bahwa beberapa elektron akan bertabrakan menjadi sesuatu dan energinya ditransfer ke dalam partikel itu, memanaskannya.

Ketika LED kelebihan beban pemanasan berlebihan akan menyebabkan ikatan rapuh dan mati itu sendiri berubah. Tak satu pun dari perubahan itu yang konstruktif dan akhirnya panas menghancurkan bagian itu. Untuk LED mereka terbakar dan mungkin meledak terpisah, untuk beberapa bagian lain mereka dapat terbakar.

Berikut cara lain untuk melihat apa yang dikatakan orang lain:

Konversi arus menjadi cahaya tidak 100% efisien, sehingga sisa energi yang tidak dikonversi menjadi cahaya adalah panas.

Setiap komponen elektronik memiliki sesuatu yang disebut "tahan panas" diukur dalam derajat Kelvin / Watt yang mengatakan betapa mudahnya "energi limbah" di atas keluar dari cetakan ke PCB (biasanya katoda untuk LED) sebagai panas. Ini ditentukan dalam lembar data.

Selain itu, setiap komponen elektronik memiliki suhu persimpangan maksimum, Tj di mana ia dapat beroperasi sesuai dengan sisa parameter yang ditentukan dalam lembar data.

Dengan informasi ini, mengingat ketahanan termal yang konstan, Rth, LED peringkat daya maksimum tetap, Pdiss_max, dan sumber daya yang terus meningkat menggerakkan LED, yang akan terjadi adalah Anda akan menggerakkan suhu persimpangan di atas peringkat maksimum dan kemungkinan de-solder ikatan kawat dari dalam chip, membuatnya tidak bisa dioperasikan.

Pertanyaan bagus!

Hanya ada jumlah tertentu yang bisa ditangani oleh ukuran material itu. Ambil filamen misalnya. Ukuran yang tepat untuk bersinar tetapi tidak terbakar. Itu sedang dibanjiri dengan listrik, hanya ada begitu banyak yang bisa ditangani sebelum terbakar. Sama dengan LED. Tergantung pada jumlah dan jenis bahan.

Semua jawaban yang bagus. Saya hanya ingin menambahkan bahwa jika tidak ada rekombinasi non-radiatif dalam LED, maka akan ada jauh lebih sedikit panas dan satu dapat mendorong lebih banyak arus sebelum memanas ... (Bayangkan LED efisiensi tinggi baru)

Sebenarnya saya menemukan analogi air cukup efektif. Sebuah pipa akan pecah jika sejumlah besar air akan mengalir ke dalamnya. Lebih khusus, itu akan meleleh karena cairan yang mengalir menghasilkan sejumlah kecil panas seperti bahan lainnya