LED dan lampu secara seri - mengapa bohlam tidak menyala?

24

Putra saya yang berusia 6 tahun baru saja mulai bereksperimen dengan kit gaya Snap Circuits dan kami sudah memiliki pertanyaan yang sangat mendasar.

Jika kita mengatur LED dan lampu secara paralel ditenagai oleh baterai maka LED dan lampu menyala terang.

masukkan deskripsi gambar di sini

Namun, jika kita mengatur LED dan lampu secara seri maka hanya LED yang menyala.

masukkan deskripsi gambar di sini

Jelas saat ini sedang melewati lampu (jika saya membuka bohlam, LED mati).

Jadi mengapa bohlam tidak menyala?

Saya agak pelit jadi daripada membeli Snap Circuits yang tepat, saya membeli set generik serupa dari Cina di eBay (Lihat: Electronic Blocks Kit W-58 )

(Maaf jika ini terlalu mendasar untuk forum ini tapi saya belum menemukan jawabannya melalui Google)

Mark McLaren
sumber
1
Bisakah Anda memberi kami sedikit informasi latar belakang? Saya ingat bahwa Snapcircuits adalah semacam modul prefabrikasi yang dapat dilampirkan untuk bekerja bersama dan seharusnya ramah bagi pemula, tetapi mereka kemungkinan besar akan memiliki beberapa komponen tambahan yang mungkin penting untuk jawaban yang baik untuk pertanyaan ini. Jika Anda memiliki spesifikasi teknis modul apa saja (setidaknya modul mana yang Anda gunakan dengan tepat) atau foto terperinci dan terfokus, mereka bisa membantu.
AndrejaKo
3
LED adalah led merah dengan resistor 33 ohm tersembunyi secara seri, lampu diberi nilai 2.5V / 300mA. Apakah Anda menggunakan resistor seri (seperti 100 ohm) dengan LED?
Spehro Pefhany
Bukannya aku sadar.
Mark McLaren
1
@ Mark McLaren Tidak seperti lampu, yang kecerahannya dikendalikan oleh daya (produk dari tegangan dan arus) yang dihamburkan oleh kawat, kecerahan LED sebanding dengan arus yang melalui LED jika tegangan lebih tinggi dari level tertentu. Ini dijelaskan dalam jawaban Kaz, tapi ini sedikit lebih banyak data: Pertama, tegangan pada modul LED adalah 3 V - Vf - 33 * I = 0, ketika kita hanya memiliki LED yang sejajar dengan bohlam. Di sini, Vf adalah tegangan khusus LED yang perlu dihidupkan. (lanjutan)
AndrejaKo
1
Ketika kita memiliki LED dan bohlam secara seri, persamaan tegangan menjadi: 3 V - Vf - 33 * I -Rbulb * I = 0. Saya adalah arus yang melalui rangkaian. 33 adalah resistansi dari resistor yang disertakan pada modul LED. LED pada dasarnya adalah jenis perangkat yang akan menyala begitu ada arus melewatinya dan tegangan sumber lebih tinggi dari Vf, sementara di sisi lain bohlam tidak akan terlihat sampai daya yang dihabiskan mencapai tingkat yang diperlukan. Itulah salah satu alasan mengapa LED menggantikan lampu di banyak perangkat sebagai lampu indikator.
AndrejaKo

Jawaban:

19

Untuk LED dan lampu terhubung paralel, masing-masing memiliki seluruh tegangan baterai.

Ketika seri terhubung, tegangan di masing-masing harus berjumlah tegangan baterai.

Tanpa informasi lebih dari yang diberikan, jawaban yang paling mungkin adalah bahwa tegangan melintasi lampu, yang harus sama dengan tegangan baterai dikurangi tegangan di LED, tidak cukup untuk menghasilkan cahaya tampak.

Saat mengetik jawaban ini, saya melihat bahwa Anda telah menambahkan beberapa gambar. Tampaknya tegangan baterai total sekitar 3V. Mengingat bahwa banyak LED memiliki tegangan maju lebih dari 2V, ini menyebabkan kurang dari 1V melintasi bohlam.

Apakah Anda memiliki voltmeter dengan kit Anda? Jika demikian, ukur tegangan pada lampu untuk koneksi seri.

Alfred Centauri
sumber
8
Saya pikir poin yang lebih penting adalah fakta, yang disebutkan oleh Spehro dalam komentar, bahwa lampu pijar membutuhkan 300 mA, sedangkan LED biasanya menggunakan kurang dari 20 mA, sehingga LED membatasi arus dalam rangkaian dengan nilai rendah seperti itu. bahwa lampu tidak akan membuat cahaya tampak. Jika Anda menggunakan dua lamspps secara seri, alih-alih LED dan lampu, kedua lampu harus bercahaya redup, karena memiliki 150 mA atau lebih.
Peter Bennett
8
@ PeterBennett, arus LED dapat sangat bervariasi sementara tegangan LED kira-kira konstan jadi saya tidak berpikir alasan Anda di sini benar. LED (mengabaikan resistor bawaan), membatasi tegangan pada lampu dan tahanan lampu (yang bervariasi tergantung suhu) mengatur arus seri.
Alfred Centauri
@ Peter: LED bukan resistor dan tentu saja tidak "membatasi arus". Resistor ditempatkan secara seri untuk membatasi arus agar tidak membakar LED, tetapi arus semata-mata akan bergantung pada penurunan tegangan pada resistor, bukan pada LED. Seperti yang dijelaskan Alfred, LED memiliki penurunan voltase yang hampir konstan yang menghasilkan voltase sangat rendah pada lampu, tetapi tidak memberikan resistansi ohm linier seperti lampu. Lampu, di sisi lain, adalah beban resistif murni (sebagian besar), di mana arus secara linear tergantung pada tegangan yang diberikan.
Groo
3
@ Goo: Saya mungkin sedikit ceroboh dalam penjelasan saya. Spehro menyebutkan dalam komentarnya bahwa bagian yang dipimpin termasuk resistor 33 ohm. Karena rakitan LED bekerja tanpa merusak LED ketika terhubung langsung ke baterai 3 V, itu harus dirancang untuk menarik kurang dari 30 mA pada 3 V, dan karena itu akan membatasi arus menjadi kurang dari itu ketika dihubungkan secara seri dengan 300 mA lampu.
Peter Bennett
12

LED turun begitu banyak tegangan sehingga sangat sedikit yang tersisa untuk bola lampu.

Anda hanya memiliki dua baterai 1.5V, yang, secara seri, hampir tidak cukup untuk tegangan maju LED.

Lampu pijar dengan cepat menjadi redup ketika daya yang mereka hilangkan berkurang: daya adalah tegangan kuadrat, dibagi dengan hambatan.

Karena alasan ini, peredupan lampu pijar tidak menghemat banyak energi. Hanya sedikit penurunan kecil dalam watt yang hilang yang meredupkan bola lampu hampir sepanjang jalan.

Filamen menghasilkan sebagian besar panas, dan hanya sebagian kecil sebagai cahaya tampak. Ini sangat sensitif terhadap suhu, yang sangat sensitif terhadap daya yang hilang.

Coba lihat lampu di ruangan gelap; Anda mungkin bisa melihat cahaya merah redup. Selain itu, cahaya dari LED mungkin mencegah Anda melihat cahaya redup apa pun yang dipadamkan bohlam, bahkan di ruangan gelap. Tutupi LED juga.

Kaz
sumber
7

HARUS ada resistor secara seri dengan LED. LED adalah dioda, dan dioda dengan cepat meningkatkan arus yang dilewatinya ketika tegangan yang diberikan naik di atas titik tertentu, jauh di bawah 3V. Jadi tanpa resistor pembatas arus, LED akan melewatkan begitu banyak arus sehingga akan terbakar.

Jawaban sebelumnya yang mengatakan bahwa LED menjatuhkan voltase sudah benar, tetapi dropnya adalah kombinasi antara LED dan resistor tersembunyi. Bola lampu hanya menambah sedikit perlawanan, yang mengurangi arus sedikit tetapi hanya membuat LED sedikit lebih redup. Tetapi bola lampu dirampok dari tegangan minimum yang dibutuhkan untuk menyalakan.

Ken Jackson
sumber
1
Jawaban yang paling benar.
krs013
Mungkin perlu disebutkan bahwa resistor LED "tersembunyi" internal sebagian besar relevan untuk pengaturan OP pertama (sirkuit paralel), yang merupakan tempat LED pada dasarnya terhubung langsung ke 3V. 1V yang tersisa kemudian tersebar di kabel dan (untungnya) resistor internal yang membatasi arus untuk menghindari pembakaran LED. Di sirkuit kedua, itu tidak mengubah banyak situasi (anggap itu 33ohm vs lampu 300ohm).
Groo
4

Faktor tambahan dan menarik adalah bahwa ketahanan filamen lampu pijar saat dingin kira-kira 1/10 dari resistansi saat panas.

Alih-alih 10 ohm, lampu dingin yang tidak menyala mungkin lebih dekat ke 1 ohm.

P=saya2R

Seri lampu sedikit lebih dari sedikit keriting kawat melengkapi rangkaian lampu LED.

Di sisi lain, fitur koefisien suhu- positif dari lampu pijar dapat berguna; lihat osilator audio awal HP dan baca tentang osilator jembatan Wien .

SteveRay
sumber
Selamat datang di EE.SE! Karena ini bukan jawaban untuk pertanyaan Anda harus mempostingnya sebagai komentar daripada jawaban.
Joe Hass
Itu adalah jawaban. Ini menjelaskan bahwa pada apa yang kemungkinan arus operasi dari rangkaian, filamen lampu tidak pernah cukup dipanaskan ke cahaya. Lebih lanjut memperkenalkan konsep koefisien daya dan suhu, baik kontribusi unik dan relevan untuk pertanyaan.
Phil Frost
@ PhilFrost Maaf, tapi saya tidak melihat sesuatu seperti "panas tidak cukup untuk menyalakan" dalam jawabannya. Meskipun Anda mungkin menyimpulkan itu dari jawaban, saya tidak berpikir OP akan melakukannya. "Jawaban" ini bahkan tidak menyebutkan LED sama sekali.
Joe Hass
@ JoHass ya itu tidak: "Pada 20mA saat ini diperlukan untuk sepenuhnya menyalakan LED". Meskipun saya setuju bahwa masalahnya mungkin tidak jelas bagi anak berusia enam tahun atau ayahnya yang bereksperimen dengan SnapCircuits, itu memang mencoba menjawab pertanyaan itu. Tindakan yang tepat adalah menyarankan cara untuk perbaikan, bukan untuk menandainya untuk dihapus. Lihat "bukan jawaban" vs "bukan jawaban yang baik" , tetapi jawaban ini bahkan bukan "bukan jawaban yang baik", itu hanya sedikit singkat untuk tingkat pemahaman OP.
Phil Frost
1
Menjawab vs. berkomentar: Saya tidak diizinkan berkomentar dengan 0 poin rep. Saya mencari keseimbangan antara menyatakan kembali semua prinsip yang sudah jelas dibahas dan diterima oleh OP dan tidak cukupnya hanya menambahkan informasi baru. Menyatakan bahwa LED tidak disebutkan sama sekali tidak ada fakta bahwa LED disebutkan dua kali (mungkin tidak cukup detail?); jawabannya sengaja difokuskan pada lampu pijar yang tidak menyala; kata kegelapan lampu yang tak terduga menjadi sumber pertanyaan OP.
SteveRay
3

Pertanyaan bagus! Ini sirkuit paralel versus seri, seperti yang disebutkan. Secara paralel, baik lampu dan modul LED mendapatkan 3 Volt penuh. Secara seri, mereka harus berbagi 3 Volt, sehingga masing-masing mendapat beberapa. Jika 2 dari jenis bohlam yang sama, masing-masing akan mendapatkan 1/2 dari tegangan. Seri 3 bola lampu, masing-masing mendapat 1/3, dan sebagainya. Modul LED membuatnya lebih kompleks. Tapi mari kita lakukan masalah terbesar terlebih dahulu.

Esaya=R3V0,3SEBUAH=10Ω

VSEBUAH=R1V:VSEBUAHV=RVVV1SEBUAH=RVSEBUAH=VR10Ω+10Ω=20Ω3V20Ω=.150SEBUAHRSEBUAH=V10Ω×.15SEBUAH=1.5V

SEBUAH=3V-1.xV10+33Ω1.9V43Ω1.1V43Ω

Untuk tujuan diskusi, LED merah memiliki drop tegangan maju 1. (sesuatu) volt, hijau sekitar 2 Volts, biru bahkan lebih tinggi. Tentu saja mereka memiliki nilai resistansi yang terbatas, tetapi paling mudah untuk menganggapnya hanya dengan melepas tegangan tetap itu. Arus kemudian dapat dihitung sebagai tegangan yang tersisa melintasi resistor. Jika tidak ada resistor, perlu ada cara yang lebih rumit untuk membatasi arus.

Untuk lebih menyenangkan, masukkan motor listrik ukuran yang sesuai secara seri dengan bohlam, catat seberapa terang bohlam itu, kemudian letakkan semacam beban pada motor - jari menekan dengan lembut, bilah kipas atau dayung untuk menggerakkan udara, dll. Lihat ada perubahan?

RUU IV
sumber
Jawaban yang bagus! Anak saya membuat salah satu rangkaian snap ini, dan saya menemukan perilaku bola lampu dengan peningkatan resistensi menjadi kontra intuitif. Penjelasan ini memperjelas bahwa peningkatan resistansi mengubah berapa banyak arus yang dikonsumsi motor, meninggalkan lebih sedikit arus yang tersedia di sirkuit. Matematika sangat keren!
Pasang kembali
@resplin, terima kasih! Hukum Ohm bermanfaat, elegan, dan menunjukkan mengapa penting untuk mempelajari aljabar. Matematika adalah cara, cara, keren!
Bill IV
2

Salah satu cara untuk memvisualisasikan, dan oleh karena itu memahami apa yang terjadi di sirkuit, ini menjadi penjelasan atau analogi yang sangat disederhanakan, akan dengan berpikir bahwa LED tidak melewatkan arus yang cukup untuk menyalakan lampu. Sederhananya, itu memiliki lebih banyak perlawanan daripada lampu pada intinya. Jika Anda menempatkan dua jenis lampu identik dalam seri, keduanya harus sama-sama bersinar terang, seterang arus yang diberikan oleh catu daya yang diizinkan, Sebagai analogi yang sangat sederhana, dua lampu AC 115 volt dengan watt yang sama yang ditempatkan dalam seri membutuhkan + - 230 Volt untuk menerangi sepenuhnya.

Namun LED itu memiliki ketahanan yang jauh lebih besar daripada lampu, atau lebih tepatnya itu adalah semikonduktor dan memiliki penurunan tegangan maju.

Sederhana: Penurunan tegangan maju pada LED kira-kira 2 volt pada arus undian 20mA, (saya tidak dapat mengingat angka pastinya sekarang) dan yang terlihat seperti konfigurasi baterai 3 volt, yang hanya menyisakan sekitar satu volt untuk lampu. Juga LED tidak akan melewati arus yang cukup untuk memanaskan filamen (yang diklasifikasikan sebagai induktor dan LED semikonduktor, jadi analogi saya tidak tepat), tetapi lampu mungkin tidak akan sepenuhnya menyala meskipun tegangan yang disediakan lebih tinggi untuk mengkompensasi untuk penurunan tegangan maju LED.

Saya harap itu masuk akal. Saya minta maaf jika tidak, tetapi saya tergesa-gesa dan hanya melihat ini karena saya harus keluar jalur dan melakukan sesuatu yang lain.

StansSong
sumber
Mengatakan bahwa LED tidak "melewati arus yang cukup" adalah menyesatkan. LED tidak membatasi arus dengan cara apa pun, itu hanya memberikan penurunan tegangan yang hampir konstan, yang pada gilirannya mempengaruhi sisa rangkaian. Lepaskan semua resistor dari rangkaian, dan LED akan melewatkan arus apa pun yang dapat dibayangkan hingga melepaskan asap ajaib .
Groo
2

Pertanyaan Anda mengingatkan saya pada percobaan serupa di mana dua watt tidak sama tetapi lampu tegangan identik dihubungkan secara seri. Tegangan dua kali ukuran salah satu lampu tiba-tiba diterapkan pada pengaturan - lihat saja apa yang terjadi. Dalam memilih voltase, harap perhatikan keamanan kelistrikan. Lampu dengan nilai 6 volt akan bekerja dengan baik. Sarankan lampu stop / sidelight mobil pada 6 volt akan baik-baik saja. Eksperimen ini digunakan dalam ujian praktik Fisika GCE "A" sekitar 30 tahun yang lalu!

Hal lain yang bisa Anda coba adalah menghubungkan lampu filamen 240 volt yang berbeda dengan cangkang kaca bening ke 12 volt - jika saya ingat dengan benar lampu 25 watt bekerja dengan baik dan akan memberikan cahaya filamen lembut yang sangat menyenangkan untuk dilihat. Sekali lagi harap perhatikan keamanan kelistrikan.

Nyge
sumber
1

Saya hanya akan mengabaikan penurunan tegangan sejenak, dan menjelaskannya dalam hal arus.

Ketika ditempatkan secara seri dengan LED, arus yang melewati LED juga melewati bohlam, tetapi panas yang masuk ke filamen (kuadrat saat ini, dikalikan dengan resistensi bohlam) tidak cukup untuk filamen menjadi cukup panas untuk menghasilkan cahaya yang terlihat. .

Lampu dari LED kira-kira sebanding dengan arus yang melewatinya, sedangkan kecerahan bohlam (untuk bohlam redup / kurang bertenaga!) Memiliki proporsionalitas yang lebih dekat ke kubus arus input. Jika Anda menaruh lampu "butiran gandum" (20mA), secara seri dengan LED, dan menyesuaikan arus, ini akan menjadi jelas.

Sekarang untuk beberapa fisika: Baterai mewakili sumber tegangan yang hampir ideal, ini karena di dalam baterai terdapat reaksi kimia yang memindahkan elektron dari katoda (+) ke anoda (-) hingga perbedaan potensial antara kedua terminal mencapai ruang terbuka. Tegangan sirkuit. Saya akan memanggil Vbatt ini.

Ketika koneksi listrik dibuat antara dua terminal, elektron mengalir di koneksi eksternal dari (-) ke (+) terminal karena perbedaan potensial ini, menciptakan "sirkuit" elektron. Aliran elektron ini mengurangi perbedaan potensial antara terminal, menyebabkan reaksi mempercepat dan memasok lebih banyak elektron, dan arus meningkat. Ketika hal itu terjadi, ia menciptakan peningkatan tegangan pada beban karena hambatan. Perbedaan arus dan potensial di terminal naik sampai cukup untuk menghentikan laju reaksi meningkat. Matematika, I1 * R1 = Vbatt.

pengatur elektron profesional
sumber
-1

@Mark McLaren Pertanyaan yang menarik .... tetapi jika Anda dapat menukar posisi led dan bulb tanpa mengubah polaritas (sebagaimana adanya) di rangkaian seri, maka bola lampu akan menyala jika logika saya benar .... Tidak perlu dikatakan bahwa tegangan jatuh melewati LED terlebih dahulu dan tegangan yang tersisa (3 volt tegangan MINUS digunakan oleh LED) tidak cukup untuk bohlam.Namun itu memiliki arus yang cukup karena seri. Elektron mengalir dari - polaritas baterai ke arah led pertama dan mungkin itu sebabnya voltase pertama jatuh di led dan sisanya melintasi lampu .... silakan coba menukar posisi led dan lampu dan lihat apakah lampu menyala. ..mungkin bahkan LED akan menyala karena led membutuhkan tegangan rendah dan tegangan yang tersisa akan cukup untuk led. saya penasaran

Amit Thakor
sumber
1
Jawaban ini membutuhkan format yang lebih baik, terlambat satu tahun dan tidak menambah jawaban yang ada. Anda mungkin ingin mengeditnya untuk menghapus "bcoz" dan menggunakan kalimat yang tepat.
David
Saya tidak yakin apa yang Anda maksud tentang mengubah polaritas tapi saya sudah mencoba bertukar posisi LED dan bohlam secara seri dan selalu LED yang menyala dan tidak pernah bohlam.
Mark McLaren
Maaf tapi tidak. Urutan bohlam dan modul LED tidak berpengaruh. Cobalah sendiri. Secara seri, semua arus melalui bohlam harus mengalir melalui modul LED. Polaritas LED dan baterai harus benar - katoda LED harus pergi ke terminal + baterai dan anoda ke terminal -, untuk aliran arus maju. (katoda - |> | - anoda) segitiga dalam simbol menunjuk dari katoda ke anoda. Dioda Zener bekerja maju DAN mundur, tetapi jangan memancarkan cahaya ...
Bill IV