Здравствуйте, Carl Friedrich Gauss!
Условие : Выходное напряжение БП : U = 9 В ; Номинальный ток светодиода Iн = 20 мА.
Коэффициент нестабильности БП-напряжения : Ku = 0.05 (5%) . Дан график ВАХ светодиода.
Вычислить коэффициент нестабильности Ki тока свето-диода.
Решение : Задача поначалу кажется сложной изза кусочно-ломаной ВАХ - ВольтАмперной характеристики светодиода. Однако, искусство инженера состоит в упрощении технических задач, и оно (это искусство) поддаётся тренировке.
В текущей задаче можно заметить, что наиболее вероятной рабочей областью является восходящий отрезок ВАХ с напряжением на св-диоде U >= 3 В . Значит, можно попытаться упростить условие и заменить ломаную ВАХ на одиночную линейно-восходящую, как будто участок с диапазоном 0 <= U < 3 В и нулевым током не существует. При этом запомним свой факт упрощения, чтоб в конце решения убедиться в допустимости этого упрощения.
На графике отчётливо видны 2 точки координатной сетки, которые пересекает восходящая прямая: (3.0 ; 0) и (3.5 ; 50) . Из школьного курса математики вспоминаем, как создать формулу прямой, проходящей ч-з 2 заданные точки (x1 ; y1) и (x2 ; y2) . Угловой коэффициент прямой :
k = (y2 - y1) / (x2 - x1) = (0.05 - 0) / (3.5 - 3) = 0.1 А / В (тут я заменил y2 = 50 мА на 0,05 А для единообразия системы единиц измерения)
Смещение b = y1 - k·x1 = -0.3 А
Мы получили формулу
Iсв(Uсв) = 0.1·Uсв - 0.3 зависимости тока Iсв светодиода от приложенного к нему напряжения Uсв при условии Uсв >= 3 В - оцифрованная ВАХ .
Вы можете проверить эту формулу подстановкой "удобных" аргументов и убедиться, что
Iсв(3) = 0 ; Iсв(3,5) = 0.05 .
Из этой формулы можно узнать номинальное напряжение Uн на свето-диоде, соответствующее его номинальному току:
Iсв(Uн) = Iн
0.1·Uн - 0.3 = Iн . Решением этого уравнения будет Uн = 3,2 В .
Теперь мы можем возомнить себя разработчиками и рассчитать сопротивление токо-ограничивающего резистора R для обеспечения номинального тока Iн светодиода.
Чертим простенькую эл-схему (прилагаю её ниже) и составляем уравнение Кирхгофа:
U = Iн·R + Uн
откуда R = (U - Uн) / Iн = (9 - 3,2) / 0.02 = 290 Ом.
Вы снова можете проверить и сложить напряжения на светодиоде и на резисторе, при этом Вы получите U источника.
Для вычисления коэффициентов нестабильности токов воспользуемся простотой ВАХ-формулы и вывернем её наоборот :
Uсв(i) = 10·i + 3 - это АВХ - АмперВольтовая характеристика СветоДиода.
Вычислим ток Ip свето-диода при повышении напряжения на выходе БП (Блока питания) на 5 % . Составим уравнение Кирхгофа :
U·(1 + Ku) = Ip·R + Uсв(Ip)
Решаем его : U·1.05 = Ip·R + 10·Ip + 3
Ip = 0.0215 А
Кратность тока свето-диода при повышении напряжения
Kp = Ip·100 / Iн = 107.5 %
Аналогично вычислим ток Im свето-диода при понижении напряжения на выходе БП на 5 % :
U·(1 - Ku) = Im·R + Uсв(Im)
U·0.95 = Im·R + 10·Im + 3
Im = 0.0185 А
Кратность тока свето-диода при понижении напряжения
Km = Im·100 / Iн = 92.5 %
В обоих случаях Коэффициент нестабильности Ki = 107.5 - 100 = 100 - 92.5 = 7.5 %.
Ответ : при 5%-ном скачке напряжения БП ток через светодиод изменяется на 7.5 %.
Чтобы убедиться в допустимости упрощения ВАХ достаточно обозреть все значения, использованные в выше-решении. Поскольку нигде не упомянуты недопустимые области Uсв < 3 В или Iсв <= 0 , значит упрощение легитимно.