Калькулятор светодиодов. Расчет ограничительных резисторов для одиночных светодиодов и светодиодных массивов • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Калькулятор нарисует принципиальную и монтажную схему одного светодиода с ограничительным резистором или светодиодного массива, состоящего из нескольких параллельных ветвей светодиодов, с последовательно включенным ограничительным резистором. Если вы только начинаете изучать электронику или учитесь в техническом университете, вы можете использовать этот калькулятор для изучения светодиодов. Если же вы не в первый раз разрабатываете массив светодиодов, воспользуйтесь им для проверки своих расчетов. И конечно, этот и другие калькуляторы на TranslatorsCafe.com пригодятся всем, кто хочет изучить технический английский, так как все они есть и в английской версии.
Пример: Рассчитать последовательно-параллельный массив, состоящий из 30 красных светодиодов с прямым напряжением 2 В и прямым током 20 мА для напряжения источника 12 В.
Входные данные
Напряжение источника питания
VsВ
Напряжение источника питания должно быть выше прямого напряжения светодиода и менее 250 В.
Прямой ток светодиода
IfмА
Для питания мощных светодиодов необходимо использовать стабилизаторы тока, а не ограничительные резисторы.
Выберите тип светодиода
Выберите тип светодиодаинфракрасныйкрасныйзелёныйжёлтыйоранжевый/янтарныйсинийбелыйдругой
или Прямое напряжение светодиода
VfВ
Количество светодиодов в массиве
Nt
Количество светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов с ограничительным резистором. Если этот параметр не задан, он будет рассчитан автоматически.
Ns
Число светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов не должно быть больше {0} для заданных напряжения источника питания и прямого напряжения светодиода.
Выходные данные
Такая схема имеет слишком низкий КПД из-за большой мощности, рассеиваемой на одном или нескольких ограничительных резисторах.
Массив {0} x {1}, всего светодиодов {2}
Число светодиодов в одной цепи {0}
Принципиальная схема
Монтажная схема
Номинал и максимальная рассеиваемая мощность резистора для последовательной цепи с максимальным для данного напряжения питания количеством светодиодов:
Общая мощность, рассеиваимая на всех ограничительных резисторах:
Общая мощность, рассеиваемая всеми светодиодами:
Общая мощность, потребляемая массивом светодиодов:
Ток, потребляемый от источника питания:
Количество светодиодов в матрице:
Количество последовательных ветвей, соединенных параллельно:
Количество светодиодов в последовательной ветви с макс. количеством светодиодов:
Количество светодиодов в дополнительной ветви с количеством светодиодов, меньшим максимального:
Определения и формулы для расчета
Одиночный светодиод
Светодиод (светоизлучающий диод) — полупроводниковый источник излучения в оптическом диапазоне с двумя или более выводами.
Монохромные светодиоды обычно имеют два вывода, двухцветные — два или три вывода, трехцветные снабжены четырьмя выводами. Светодиод излучает свет, если к его вывода приложено определенное прямое напряжение.
Обычный инфракрасный светодиод и его условное обозначение на принципиальных схемах (на российских принципиальных схемах светодиоды изображают без разрыва проводника). Квадратный кристалл светодиода установлен на отрицательном электроде (катоде). К положительному электроду (аноду) кристалл подключается с помощью тонкого проводника.
Для подключения светодиода к источнику питания можно использовать простую схему с последовательно включенным токоограничительным резистором. Резистор необходим в связи с тем, что падение напряжение на светодиоде является постоянным в относительно широком диапазоне рабочих токов.
| Цвета светодиодов, материал полупроводника, длина волны и падение напряжения | |||
|---|---|---|---|
| Цвет | Материал полупроводника | Длина волны | Падение напряжения |
| Инфракрасный | Арсенид галлия (GaAs) | 850-940 нм | |
| Красный | Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) | 620-700 нм | 1. 6—2.0 В |
| Оранжевый | Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) | 590-610 нм | 2.0—2.1 В |
| Желтый | Арсенид-фосфид галлия (GaAsP) | 580-590 нм | 2.1—2.2 В |
| Зеленый | Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) | 500-570 нм | 1.9—3.5 В |
| Синий | Нитрид индия-галлия (InGaN) | 440-505 нм | 2.48—3.6 В |
| Белый | Диоды с люминофором или трехцветные RGB | Широкий спектр | 2.8—4.0 В |
Поведение светодиодов и резисторов в схемах отличается. В соответствии с законом Ома, резисторы имеют линейную зависимость падения напряжения от протекающего через них тока:
Вольтамперные характеристики типичных светодиодов различных цветов
Если напряжение на резисторе увеличивается, ток также пропорционально увеличивается (здесь мы предполагаем, что величина сопротивления резистора остается постоянной). Светодиоды ведут себя не так. Их поведение соответствует поведению обычных диодов.
Вольтамперные характеристики светодиодов разного цвета приведены на рисунке. Они показывают, что ток через светодиод не прямо пропорционален падению напряжения на светодиоде. Видно, что имеется экспоненциальная зависимость тока от прямого напряжения. Это означает, что при небольшом изменении напряжения ток может измениться очень сильно.
Если прямое напряжение на светодиоде невелико, его сопротивление очень большое и светодиод не горит. При превышении указанного в технических характеристиках порогового уровня светодиод начинает светиться и его сопротивление быстро падает. Если приложенное напряжение превышает рекомендуемую величину прямого напряжения, которое может быть в пределах 1,5—4 В для светодиодов различных цветов, ток через светодиод резко растет, что может привести к выходу его из строя. Для ограничения этого тока, последовательно со светодиодом включают резистор, который ограничивает ток таким образом, что он не превышал рабочий ток, указанный в характеристиках светодиода.
Формулы для расчетов
Светодиод в прямоугольном корпусе с плоским верхом применяется, например, для индикаторов уровня
Ток через ограничительный резистор Rs можно рассчитать по формуле закона Ома, в которой из напряжения питания Vs вычитается прямое падение напряжения на светодиоде Vf:
Здесь Vs напряжение источника питания в вольтах (например, 5 В от шины USB), Vf прямое падение напряжения на светодиоде и I прямой ток через светодиод в амперах. Значения Vf и If приводятся в технических характеристиках светодиода. Типичные значения Vf показаны выше в таблице. Типичный ток индикаторных светодиодов 20 мА.
После расчета сопротивления резистора, из ряда номиналов сопротивлений выбирается ближайшее большее стандартное значение. Например, если расчет показывает, что нужен резистор Rs = 145 ом, мы (и калькулятор) выберем резистор Rs = 150 ом.
Токоограничительный резистор рассеивает определенную мощность, которая рассчитывается по формуле
Оранжевые светодиоды обычно используются в маршрутизаторах для указания скорости обмена 10/100 Мбит/с. Зеленые светодиоды горят при скорости 1000 Мбит/с
Для надежной работы резистора его мощность выбирается вдвое выше расчетой. Например, если по формуле получилось 0,06 Вт, мы выберем резистор на 0,125 Вт.
А теперь рассчитаем эффективность работы нашей схемы (ее КПД), который покажет какой процент мощности, отдаваемой источником питания, потребляется светодиодом. На светодиоде рассеивается такая мощность:
Тогда общее потребление будет равно
КПД схемы включения светодиода с ограничительным резистором:
Для выбора источника питания необходимо рассчитать ток, который он должен отдавать в схему. Это делается по формуле:
Светодиодная лента со светодиодами типа 5050; цифры 50 и 50 означают длину и ширину микросхемы в миллиметрах; токоограничительные резисторы 150 ом уже установлены на ленте последовательно со светодиодами
Светодиодные массивы
Одиночный светодиод можно зажигать с помощью токоограничительного резистора.
Однако для питания светодиодных массивов, которые все чаще используются для освещения, подсветки в телевизорах и компьютерных мониторах, в рекламе и для других целей, необходимы специализированные источники питания. Мы все привыкли к источникам, выдающим стабилизированное напряжение питания. Однако, для питания светодиодов нужны источники, в которых стабилизируется ток, а не напряжение. Однако и с такими источниками ограничительные резисторы все равно устанавливают.
Если нужно изготовить светодиодный массив, используют несколько последовательных светодиодных цепей, соединенных параллельно. Для цепи из последовательных светодиодов необходим источник питания с напряжением, которое превышает сумму падений напряжений на отдельных светодиодах. Если его напряжение выше этой суммы, необходимо включить в цепь один токоограничительный резистор. Через все светодиоды течет одинаковый ток, что (до определенной степени) позволяет получить одинаковую яркость.
Однако если один из светодиодов в цепи откажет так, что он будет в обрыве (именно такой отказ чаще всего и происходит), вся цепочка светодиодов погаснет.
В некоторых схемах и конструкциях для предотвращения таких отказов вводят особый шунт, например, ставят стабилитрон параллельно каждому диоду. Когда диод сгорает, напряжение на стабилитроне становится достаточно высоким и он начинает проводить ток, обеспечивая работу исправных светодиодов. Этот подход хорош для маломощных светодиодов, однако в схемах, предназначенных для наружного освещения, нужны более сложные решения. Конечно, это приводит к увеличению стоимости и габаритов устройств. Сейчас (в 2018 году) можно наблюдать, что светодиодные фонари на улицах, при планируемом сроке службы в 10 лет служат не более года. То же относится и к бытовым светодиодным лампам, в том числе и производителей с известными именами.
Полоса светодиодов, используемая для подсветки телевизионного ЖК -дисплея. Такая полоска устанавливается с двух сторон панели дисплея. Данная конструкция позволяет делать очень тонкие дисплеи. Отметим, что телевизионные ЖК-дисплеи со светодиодной подсветкой, которые обычно продаются под названием LED TV, то есть «светодиодные телевизоры» таковыми на самом деле не являются.
В настоящих светодиодных телевизорах (OLED TV) используются светодиодные графические экраны на органических светодиодах и стоят они значительно дороже телевизоров с ЖК-дисплеем.
При расчете требуемого сопротивления токоограничительного резистора Rs, все падения напряжения на каждом светодиоде складываются. Например, если падение напряжения на каждом из пяти соединенных последовательно горящих светодиодов составляет 2 В, то полное падение напряжение на всех пяти будет 2 × 5 = 10 В.
Несколько идентичных светодиодов можно соединять и параллельно. У параллельно соединенных светодиодов прямые напряжения Vf должны быть одинаковыми — иначе в них не будут протекать одинаковые токи и их яркость будет различной. Если светодиоды соединяются параллельно, очень желательно ставить токоограничительный резистор последовательно с каждым из них. При параллельном соединении отказ одного светодиода, при котором он будет в обрыве, не приведет к выходу из строя всего массива — он будет работать нормально.
Другой проблемой параллельного соединения является выбор эффективного источника питания, обеспечивающего большой ток при низком напряжении. Такой источник питания будет стоить намного больше, чем источник той же мощности, но на высокое напряжение и меньший ток.
В этом обычном уличном фонаре 8 параллельных цепей из пяти последовательно соединенных мощных светодиодов питаются от источника питания со стабилизацией тока с высоким КПД. Отметим, что две цепи в этом фонаре (слева вверху и справа внизу), установленном всего несколько месяцев назад, уже сгорели, так как в каждой из них светодиоды соединены последовательно, а схемы для предотвращения отказов отсутствуют или не работают.
Расчет токоограничительных резисторов
Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как
Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как
Светодиоды типа 3014 (3,0 × 1,4 мм) для поверхностного монтажа, используемые для боковой подсветки ЖК-панели телевизора.
Количество цепей с максимальным количество светодиодов в цепи Nstrings:
Количество светодиодов в дополнительной цепи с остатком светодиодов Nremainder LEDs :
Если Nremainder LEDs = 0, то дополнительной цепи не будет.
Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с максимальным количеством светодиодов:
Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с количеством светодиодов меньше максимального:
Общая мощность PLED, рассеиваемая всеми светодиодами:
Мощность, потребляемая всеми резисторами:
Гибкие светодиодные дисплеи на железнодорожной станции; в таких дисплеях используются группы светодиодов в качестве отдельных пикселей. В связи с высокой яркостью светодиодов и их хорошей видимостью при ярком солнечном свете, такие дисплеи часто можно увидеть на наружной рекламных щитах и дорожных указателях маршрута.
Светодиодные дисплеи также можно использовать для освещения и в этой роли их часто используют в фонарях с регулируемой цветовой температурой для видео и фотосъемки.
Номинальная мощность резисторов определяется с учетом двойного запаса k = 2, который обеспечивает надежную работу резистора. Выбираем из ряда значений мощности : 0.125; 0.25; 0.5; 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 25, 50 W резистор с мощностью вдвое выше, чем расчетная.
Рассчитаем общую мощность, потребляемую всеми резисторами:
Рассчитаем общую мощность, потребляемую светодиодным массивом:
Рассчитаем ток, который должен обеспечить источник питания:
И наконец, рассчитаем КПД нашего массива:
Возможно, вас заинтересуют конвертеры Яркости, Силы света and Освещенности.
Расчет резистора для светодиодов: примеры, онлайн калькулятор
При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор. Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих драйверов.
Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.
Светодиод как нелинейный элемент
Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов:
Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему.
Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер. Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз.
Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т.н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.
На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА.
Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.
Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду, как показано на картинке справа:
Полная же ВАХ выглядит следующим образом:
Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя. Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит. Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы проверки led.
Как подобрать резистор для одиночного светодиода
Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:
Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:
где U пит — напряжение питания,
U пад- падение напряжения на светодиоде,
I — требуемый ток светодиода.
При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:
Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять
Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит
Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.
Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора.
На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:
Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это вызвано нелинейным характером его ВАХ, о чем говорилось в начале статьи.
Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.
Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов
Подключить несколько led можно двумя способами: последовательно и параллельно. Схемы включения показаны ниже. Не забудьте почитать более подробно про способы подключения светодиодов.
При последовательном соединении используется один резистор, задающий одинаковый ток всей цепочке led. При этом следует учитывать, что источник питания должен обеспечивать напряжение, превышающее общее падение напряжения на диодах. То есть при соединении 4 светодиодов с падением 2.5 В потребуется источник напряжением более 10 В. Ток при этом для всех будет одинаковым. Сопротивление резистора в этом случае можно рассчитать по формуле:
где — напряжение питания,
— сумма падений напряжения на светодиодах,
— ток потребления.
Так, 4 зеленых светодиода Kingbright L-132XGD напряжением 2.5 В и током 10 мА при питании 12 В потребуют резистора сопротивлением
При этом он должен рассеивать мощность
При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом.
Обратите внимание, что и при последовательном, и при параллельном соединении используются источники питания одинаковой мощности. Только в первом случае потребуется источник с большим напряжением, а во втором – с большим током.
Нельзя подключать параллельно несколько светодиодов к одному резистору, т.к. либо они все будут гореть очень тускло, либо один из них может открыться чуть раньше других, и через него пойдет очень большой ток, который выведет его из строя.
Программы для расчета сопротивления
При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным.
Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления. Очень удобным в этом плане является онлайн калькулятор на сайте cxem.net:
https://cxem.net/calc/ledcalc.php
Он включает в себя небольшую базу данных самых распространенных светодиодов, поэтому необязательно вручную набирать значения падения напряжения и тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать из списка нужный светоизлучающий диод. Программа рассчитает сопротивление и мощность резисторов, а также нарисует схему подключения или принципиальную схему.
Например, с помощью этого калькулятора был рассчитан резистор для трех светодиодов CREE XLamp MX3 при напряжении питания 12 В:
Также программа обладает очень полезной функцией: она подскажет цветовую маркировку требуемого резистора.
Еще одна простая программа для расчета сопротивления разработана Сергеем Войтевичем. Скачать программу можно по этой ссылке.
Здесь уже вручную выбирается способ подключения светодиодов, напряжение и ток.
Программа не требует установки, достаточно распаковать ее в любую директорию.
Заключение
Гасящий резистор – самый простой ограничитель тока для светодиодной цепи. От его подбора зависит ток, а значит, интенсивность свечения и долговечность led. Однако следует помнить, что при больших токах на резисторе будет выделяться значительная мощность, поэтому для питания мощных светодиодов лучше применять драйверы.
Расчет ограничивающего ток резистора для светодиода, формулы и калькулятор
Часто при изготовлении разнообразных устройств возникает необходимость использовать светодиоды и светодиодные индикаторы. Будем полагать что вы знаете что такое светодиод и какие они бывают.
Подключение светодиода к источнику питания выполняется, как правило, через ограничивающий ток резистор (гасящий резистор). Ниже описаны принципы и формулы для расчета гасящего резистора, а также небольшой калькулятор для быстрого подсчета.
Расчет гасящего резистора для светодиода
Первым делом разберемся как выполнить расчет сопротивления гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания.
Рис. 1. Схема подключения светодиода к источнику питания через резистор.
Как видим из схемы, ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.
Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники.
Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.
Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):
- красный — 1,8…2В;
- зеленый и желтый — 2…2,4В;
- белые и синие — 3.
..3,5В.
..3,5В.Допустим что мы будем использовать синий светодиод, падение напряжения на нем — 3В.
Производим расчет напряжения на гасящем резисторе:
Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 3В = 2В.
Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.
Допустим что для нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:
R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.
В большинстве случаев подойдет маломощный резистор с мощностью 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если же ток и напряжение падения на резисторе будет очень отличаться то не помешает произвести расчет мощности резистора:
P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.
Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт).
Произведем расчет для красного светодиода (напряжение 2В, ток 15мА).
Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 2В = 3В.
R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.
P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.
Простой калькулятор для расчета гасящего резистора
Теперь вы знаете как по формулам рассчитать гасящий резистор для питания светодиода. Для облегчения расчетов написан несложный онлайн-калькулятор:
Форму прислал Михаил Иванов.
Заключение
При подключении светодиодов не нужно забывать что они имеют полярность. Для определения полярности светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или же омметр.
Использование гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов, при питании мощных светодиодов нужно использовать специальные LED-драйверы и стабилизаторы.
Расчёт резистора для светодиода: формулы подбора сопротивления, онлайн-калькулятор
Работа светодиода основана на излучении квантов света, возникающих при протекании по нему тока.
В зависимости от этого меняется и яркость свечения элемента. При малом токе он светит тускло, а при большом — вспыхивает и сгорает. Для ограничения протекающего через него тока проще всего использовать сопротивление. Выполнить правильный расчёт резистора несложно, но при этом следует помнить, что он только ограничивает, но не стабилизирует ток.
Принцип работы и свойства
Светодиод — это прибор, обладающий способностью излучать свет. На печатных платах и схемах он обозначается латинскими буквами LED (Light Emitting Diode), что в переводе обозначает «светоизлучающий диод». Физически он представляет собой кристалл, помещённый в корпус. Классически им считается цилиндр, одна сторона которого имеет выпуклую округлую форму, являющуюся линзой-полусферой, а другая — плоское основание, и на ней располагаются выводы.
С развитием твердотельных технологий и уменьшения технологического процесса промышленность стала производить SMD-диоды, предназначенные для установки поверхностным монтажом.
Несмотря на это, физический принцип работы светодиода не изменился и одинаков как для любого вида, так и для цвета устройства.
Процесс изготовления прибора излучения можно описать следующим образом. На первом этапе выращивают кристалл. Происходит это путём помещения искусственно изготовленного сапфира в заполненную газообразной смесью камеру. В состав этого газа входят легирующие добавки и полупроводник. При нагреве камеры происходит осаждение образующегося вещества на пластину, при этом толщина такого слоя не превышает нескольких микрон. После окончания процесса осаждения методом напыления формируются контактные площадки и вся эта конструкция помещается в корпус.
Из-за особенностей производства одинаковых по параметрам и характеристикам светодиодов не бывает. Поэтому хотя производители и стараются отсортировывать близкие по значениям устройства, нередко в одной партии попадаются изделия, отличающиеся по цветовой температуре и рабочему току.
youtube.com/embed/jyfmcUiBPvg»/>
Устройство радиоэлемента
Светодиод или LED-диод представляет собой полупроводниковый радиоэлемент, в основе работы которого лежат свойства электронно-дырочного перехода. При прохождении через него тока в прямом направлении на границе соприкосновения двух материалов возникают процессы рекомбинации, сопровождающиеся излучением в видимом спектре.
Очень долго промышленность не могла изготовить синий светодиод, из-за чего нельзя было получить и излучатель белого свечения. Лишь только в 1990 году исследователи японской корпорации Nichia Chemical Industries изобрели технологию получения кристалла, излучающего свет в синем спектре. Это автоматически позволило путём смешения зелёного, красного и синего цвета получить белый.
В основе процесса излучение лежит освобождение энергии при рекомбинации зарядов в зоне электронно-дырочного перехода. Образовывается он путём контакта двух полупроводниковых материалов с разной проводимостью.
В результате инжекции, перехода неосновных носителей заряда, образуется запирающий слой.
На стороне материала с n-проводимостью возникает барьер из дырок, а на стороне с p-проводимостью — из электронов. Наступает равновесие. При подаче напряжения в прямом смещении происходит массовое перемещение зарядов в запрещённую зону с обеих сторон. В результате они сталкиваются и выделяется энергия в виде излучения света.
Этот свет может быть как видимым человеческому глазу, так и нет. Зависит это от состава полупроводника, количества примесей, ширины запрещённой зоны. Поэтому видимый спектр достигается путём изготовления многослойных полупроводниковых структур.
Характеристики светодиодов
Цвет свечения зависит от типа полупроводника и степени его легирования, что определяет ширину запрещённой зоны p-n перехода. Срок службы светодиодов в первую очередь зависит от температурных режимов его работы.
Чем выше нагрев прибора, тем быстрее наступает его старение. А температура, в свою очередь, связана с проходящей через светодиод силой тока. Чем меньшей мощности источник света, тем дольше его срок службы. Старение выражается в виде уменьшения яркости прибора света. Поэтому так важно правильно подобрать сопротивление для светодиода.
К основным характеристикам LED-диодов относят:
- Потребление тока. Однокристальные светодиоды потребляют ток, равный 0,02 А. При этом прямо пропорционально с количеством кристаллов растёт и его значение. Так, диод с четырьмя кристаллами потребляет ток 0,08 А. Именно из-за этого параметра диода и ставится ограничительный резистор, чтобы он не сгорел при высокой силе тока.
- Величину падения напряжения. Эта характеристика указывает, какое количество энергии выделяется на светодиоде, то есть на сколько вольт уменьшится величина напряжения при параллельном его включении в цепь. Например, если падение составляет 3 вольта, а величина разности потенциалов на входе равна 9 вольтам, то при включении параллельно к источнику питания светодиода напряжение на выходе будет равно 6 вольтам.
- Светоотдачу. Эта характеристика показывает количество света, излучаемое устройством при потреблении мощности равной одному ватту.
- Цветовую температуру. Она зависит от управляющего тока, эффективности теплоотвода и температуры окружающей среды. Интенсивный поток света, связанный с потребляемой электрической мощностью, также увеличивает температуру. При этом следует отметить, что перепады температуры значительно снижают ресурс светодиода.
- Типоразмер. Его значение зависит от размера излучателя. Соответственно, чем больше размер светодиода, тем больше его яркость и мощность.
Способы подключения
Для беспроблемной работы светодиода очень важно значение рабочего тока. Неверное подключение источников излучения или существенный разброс их параметров при совместной работе приведёт к превышению протекающего через них тока и дальнейшему перегоранию приборов. Связано это с увеличением температуры, из-за которой кристалл светодиода просто деформируется, а p-n переход пробьётся.
Поэтому так важно ограничить подающуюся на источник света величину тока, то есть ограничить питающее напряжение.
Проще всего это выполнить, используя сопротивление, включённое последовательно в цепь излучателя. В этом качестве применяется обыкновенный резистор, но он должен иметь определённую величину. Его большое значение не сможет обеспечить нужную разность потенциалов для возникновения процесса рекомбинации, а меньшее — спалит. При этом нужно не только знать, как рассчитать сопротивление для светодиода, но и понимать, как правильно его поставить, особенно если схема насыщена радиоэлементами.
В электрической цепи может использоваться как один светодиод, так и несколько. При этом существует три схемы их включения:
- одиночная;
- последовательная;
- параллельная.
Одиночный элемент
Когда в электрической цепи используется только один светодиод, то последовательно с ним ставится одни резистор. В результате такого подключения общее напряжение, приложенное к этому контуру, будет равно сумме падений разности потенциалов на каждом элементе цепи.
Если обозначить эти потери на резисторе как Ur, а на светодиоде Us, то общее напряжение источника ЭДС будет равно: Uo = Ur + Us.
Перефразируя закон Ома для участка сети I = U / R, получается формула: U = I * R. Подставив полученное выражение в формулу для нахождения общего напряжения, получим:
Uo = IrRr + IsRs, где
- Ir — ток, протекающий через резистор, А.
- Rr — расчётное сопротивление резистора, Ом.
- Is — ток, проходящий через светодиод, А.
- Rs — внутренний импеданс светодиода, Ом.
Значение Rs изменяется в зависимости от условий работы источника излучения и его величина зависит от силы тока и разности потенциалов. Эту зависимость можно увидеть изучая вольт-амперную характеристику диода. На начальном этапе происходит плавное увеличение тока, а Rs имеет высокое значение. После импеданс резко падает и ток стремительно возрастает даже при незначительном росте напряжения.
com/embed/4jAnsqTsfNU»/>
Если соединить формулы, получится следующее выражение:
Rr = (Uo — Us) / Io, Ом
При этом учитывается, что сила тока, протекающего в последовательном контуре участка цепи, одинакова в любой его точке, то есть Io = Ir = Is. Это выражение подходит и для последовательного соединения светодиодов, ведь при нём для всей цепи используется также лишь один резистор.
Таким образом, для нахождения нужного сопротивления остаётся узнать величину Us. Значение падения напряжения на светодиоде является справочной величиной и для каждого радиоэлемента она своя. Для получения данных понадобится воспользоваться даташитом на устройство. Даташит — это набор информационных листов, которые содержат исчерпывающие сведения о параметрах, режимах эксплуатации, а также схемы включения радиоэлемента. Выпускает его производитель изделия.
Параллельная цепь
При параллельном соединение радиоэлементы контактируют между собой в двух точках — узлах.
Для такого типа цепи справедливы два правила: сила тока, входящая в узел, равна сумме сил токов, исходящих из узла, и разность потенциалов во всех точках узлов одинакова. Исходя из этих определений, можно сделать заключение, что в случае параллельного соединения светодиодов искомый резистор, располагающийся в начале узла, находится по формуле: Rr = Uo / Is1+In, Ом, где:
- Uo — приложенная к узлам разность потенциалов.
- Is1 — сила тока, протекающая через первый светодиод.
- In — ток, проходящий через n-й светодиод.
Но такая схема с общим сопротивлением, располагающимся перед параллельным соединением светодиодов, — не используется. Связанно это с тем, что в случае перегорания одного излучателя, согласно закону, сила тока, входящая в узел, останется неизменной. А это значит, она распределится между оставшимися рабочими элементами и при этом через них пойдёт больший ток. В результате возникнет цепная реакция и все полупроводниковые излучатели в конечном счёте сгорят.
Поэтому правильно будет использовать собственный резистор для каждой параллельной ветки со своим светодиодом и выполнить расчёт резистора для светодиода отдельно для каждого плеча. Такой подход ещё выгоден тем, что в схеме можно использовать радиоэлементы с разными характеристиками.
Расчёт сопротивления каждого плеча происходит аналогично одиночному включению: Rn = (Uo — Us) / In, Ом, где:
- Rn — искомое сопротивление n -ой ветки.
- Uo — Us — разность падений напряжений.
- In — сила тока через n-й светодиод.
Пример расчёта
Пускай на электрическую схему поступает питание от источника постоянного напряжения, равного 32 вольтам. В этой схеме стоят два параллельно включённых друг другу светодиода марки: Cree C503B-RAS и Cree XM—L T6. Для расчёта требуемого импеданса понадобится узнать из даташита типовое значение падения напряжения на этих светодиодах. Так, для первого оно составляет 2.1 В при токе 0,2, а второго — 2,9 В при той же величине силы тока.
Подставив данные значения в формулу для последовательной цепи, получится следующий результат:
- R1 =(U0-Us1)/ I=(32−2,1)/0,2 = 21,5 Ом.
- R2 = (U0-Us2)/ I=(32−2,9)/0,2 = 17,5 Ом.
Из стандартного ряда подбирают ближайшие значения. Ими будут: R1 = 22 Ома и R2 = 18 Ом. При желании можно рассчитать и мощность, рассеиваемую на резисторах по формуле: P = I*I*U. Для найденных резисторов она составит P= 0,001 Вт.
Браузерные онлайн-калькуляторы
При большом количестве светодиодов в схеме рассчитывать для каждого сопротивление — процесс довольно утомительный, тем более что при этом можно допустить ошибку. Поэтому проще всего для расчётов использовать онлайн-калькуляторы.
Представляют они собой программу, написанную для работы в браузере. В интернете можно встретить много таких калькуляторов для светодиодов, но принцип работы у них одинаков. Понадобится ввести справочные данные в предложенных формах, выбрать схему подключения и нажать кнопку «Результат» или «Расчёт».
После чего останется только дождаться ответа.
Пересчитав вручную, его можно проверить, но особого смысла в этом не будет, так как при вычислении программы используют аналогичные формулы.
SMD светодиоды – характеристики, даташиты, онлайн калькулятор
Воспользовавшись справочными данными из нижеприведенной таблицы с техническими характеристиками наиболее популярных SMD светодиодов, Вы сможете при самостоятельном изготовлении подсветок и светильников, или, покупая готовые источники света, рассчитать и оценить их светотехнические возможности. С помощью данных из таблицы сможете определить параметры светодиодной ленты в случае отсутствия на ней маркировки.
Кликнув по надписи синего цвета, обозначающей типа светодиода, Вы можете ознакомиться с даташитом от производителя, хранящегося непосредственно на сайте. В даташитах приведены более подробные технические характеристики обыкновенных и сверхярких светодиодов с учетом величины протекающего через них тока и температуры окружающей среды.
Электрическая схема расположения кристаллов в светодиоде LED-RGB-SMD5050 и схема его включения в светодиодной ленте приведена в статье сайта Подключение RGB светодиодных лент.
В настоящее время подавляющее число ламп, светильников, светодиодных лент и модулей изготовлены с использованием одного из типов светодиодов, приведенных в таблице. Срок службы SMD светодиодов по заявлению производителей составляет не менее 80000 часов.
Калькулятор для расчета
параметров токоограничивающего резистора для LED
При самостоятельном изготовлении светодиодных источников света и светильников необходимо рассчитать номинал и мощность токоограничивающего резистора. Для упрощения этой задачи представляю в помощь специальный онлайн калькулятор, с помощью которого Вы сможете рассчитать сопротивление и мощность требуемого резистора в зависимости от типа светодиода, их количества и напряжения источника питания. Параметр «Напряжение падения на одном LED» берется наибольшее значение из последней колонки таблицы, «Максимально допустимый ток через LED» из предпоследней колонки.
Если в наличии нет резистора нужной мощности, то его можно заменить несколькими резисторами одинакового номинала меньшей мощности, включив их последовательно или параллельно. При этом мощность, рассеиваемая на одном резисторе, будет равна расчетной мощности, деленной на количество резисторов. Величина резисторов при последовательном включении уменьшится и будет равна расчетной величине, деленной на количество резисторов. При параллельном включении нужно брать резисторы, номиналом, равным требуемому умноженному на количество резисторов.
Например, в результате расчета необходим резистор мощностью 1 ватт и номиналом 200 Ом. Этот резистор можно заменить четырьмя включенными последовательно резисторами мощностью 0,25 ватт номиналом по 50 Ом. При этом если светодиодов, например, пять, то впаять резисторы можно по одному между диодами.
Подключать непосредственно к источнику питания, батарейке или аккумулятору один или несколько соединенных последовательно светодиодов без токоограничивающего резистора недопустимо, так как это приведет к выходу их из строя.
При питании светодиодов от аккумулятора (батарейки), необходимо учесть, что во время работы светодиодов происходит, в зависимости от степени разряда и емкости аккумулятора, снижение напряжения на его выводах до 20%. Если напряжение холостого хода аккумулятора будет близко к напряжению падения на светодиоде, то он будет светить с пониженной яркостью.
Онлайн калькуляторы для определения номинала резисторов
по цветовой маркировке
Если номинал резистора на корпусе обозначен в виде четырех или пяти цветных колец, то величину его можно определить с помощью одного из нижеприведенного онлайн калькулятора.
Онлайн калькулятор для определения сопротивления резисторов
маркированных 4 цветными кольцами
Онлайн калькулятор для определения сопротивления резисторов маркированных
5 цветными кольцами
Игорь 06.03.2017
Александр, здравствуй!
Подскажи, будь добр, 12 светодиодов мощностью 3 вата будет 36 ватт. А начинаешь считать по формуле получается другое, 12×3,4В=40,8В×0,7А=28,56 вата.
И ещё, рекомендуют драйвер на 0,6 А, а прислали на ток 0,5 А, говорят пойдёт. Так, то всё работает, но почему драйвер не перегорает?
И ещё, советуют драйвер брать на 20-30% мощнее, то получается что который прислали подходит?
Здравствуйте, Игорь.
3 ватта – это паспортная потребляемая мощность светодиода. Расчетная – это реальная. При этом надо учесть, что 3,4 В это тоже справочное значение напряжения и может на практике отличаться, быть от 3,2 до 3,8. Так что рассчитываете вы все правильно.
Чем на меньший ток рассчитан драйвер, тем слабее будут светить светодиоды, так как падение напряжения на них будет прежним.
Драйвер должен быть рассчитан не только на ток, но и иметь запас по напряжению. Для вашего случая напряжение должно быть около 55 В, если меньше 40 вольт, то светодиоды могут и не засветить. Если напряжения недостаточно, то нужно уменьшить количество последовательно соединенных светодиодов, например, до 8. Тогда заработают.
Драйвер, рассчитанный на меньший ток, чем номинальный для светодиодов брать можно, просто яркость свечения светодиодов будут немного меньше. Это как раз Ваш случай. А вот на больший ток недопустимо, так как от перегрева кристалла светодиоды быстро выйдут из строя.
Запас по мощности рекомендуется для блоков питания, для драйверов мощность должна быть равна расчетной.
Расчет сопротивления резистора для светодиода
Светоизлучающие диоды, характеризуются рядом эксплуатационных параметров:
- Номинальный (рабочий) ток – Iн;
- падение напряжения при номинальном токе – Uн;
- максимальная рассеиваемая мощность – Pmax;
- максимально допустимое обратное напряжение – Uобр.
Самым важным из перечисленных параметров является рабочий ток.
При протекании через светодиод номинального рабочего тока – номинальный световой поток, рабочее напряжение и номинальная рассеиваемая мощность устанавливаются автоматически. Для того чтобы задать рабочий режим LED, достаточно задать номинальный ток светодиода.
В теории светодиоды нужно подключать к источникам постоянного тока. Однако, на практике, LED подключают к источникам постоянного напряжения: батарейки, трансформаторы с выпрямителями или электронные преобразователи напряжения (драйверы).
Для задания рабочего режима светодиода, применяют простейшее решение – последовательно с LED включают токоограничивающий резистор. Их еще называют гасящими или балластными сопротивлениями.
Рассмотрим, как выполняется расчет сопротивления резистора для светодиода.
Расчет резистора светодиода (по формулам)
При расчете вычисляют две величины:
- Сопротивление (номинал) резистора;
- рассеиваемую им мощность P.
Источники напряжения, питающие LED, имеют разное выходное напряжение. Для того чтобы выполнить подбор резистора для светодиода нужно знать напряжение источника (Uист), рабочее падение напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула для расчета выглядит следующим образом:
R = (Uист — Uн) / Iн
При вычитании из напряжения источника номинальное падение напряжения на светодиоде – мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив получившееся значение на ток мы, по закону Ома, получаем номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, ток – в амперах и получаем номинал, выраженный в омах.
Электрическую мощность, рассеиваемую на гасящем сопротивлении, вычисляют по следующей формуле:
P = (Iн)2 ⋅ R
Исходя из полученного значения, выбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства она должна быть выше расчетного значения. Разберем пример расчета.
Пример расчета резистора для светодиода 12 В
Рассчитаем сопротивление для LED, питающегося от источника постоянного напряжения 12В.
Допустим в нашем распоряжении имеется популярный сверхяркий SMD 2835 (2.8мм x 3.5мм) с рабочим током 150мА и падением напряжения 3,2В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 ватта. Подставим исходные значения в формулу.
R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60
Получаем, что подойдет гасящий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение из стандартного ряда Е24 – 62 ома. Таким образом, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62Ом.
Теперь вычислим рассеиваемую мощность на сопротивлении.
P = (0,15)2 ⋅ 62 ≈ 1,4
На выбранном нами сопротивлении будет рассеиваться почти полтора ватта электрической мощности. Значит, для наших целей можно применить резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2Вт.
Осталось купить резистор с подходящим номиналом. Если же у вас есть старые платы, с которх можно выпаять детали, то по цветовой маркировке можно выполнить подбор резистора. Воспользуйтесь формой ниже.
На заметку! В приведенном выше примере на токоограничительном сопротивлении рассеивается почти в три раза больше энергии, чем на светодиоде. Это означает, что с учетом световой отдачи LED, КПД нашей конструкции меньше 25%.
Чтобы снизить потери энергии лучше применить источник с более низким напряжением. Например, для питания можно применить преобразователь постоянного напряжения AC/AC 12/5 вольт. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно меньше.
Параллельное соединение
Довольно часто требуется подключить несколько диодов к одному источнику. Теоретически, для питания нескольких параллельно соединенных LED, можно применить один токоограничивающий резистор. При этом формулы будут иметь следующий вид:
R = (Uист — Uн) / (n ⋅ Iн)
P = (n ⋅ Iн)2 ⋅ R
Где n – количество параллельно включенных ЛЕДов.
Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов
Даже в «китайских» изделиях производители для каждого светодиода устанавливают отдельный токоограничивающий резистор. Дело в том, что в случае общего балласта для нескольких LED многократно возрастает вероятность выхода из строя светоизлучающих диодов.
В случае обрыва одного из полупроводников, его ток перераспределится через оставшиеся LED. Рассеиваемая на них мощность увеличится и они начнут интенсивно нагреваться. Вследствие перегрева следующий диод выйдет из строя и дальше процесс примет лавинообразный характер.
Пример правильного подключения резистораСовет. Если по какой-то причине нужно обойтись одним гасящим сопротивлением, увеличьте его номинал на 20-25%. Это обеспечит большую надежность конструкции.
Можно ли обойтись без резисторов?
Действительно, в некоторых случаях можно не использовать токоограничивающий резистор. Рассмотренный нами светодиод можно напрямую запитать от двух батареек 1,5В. Так как его рабочее напряжение составляет 3,2В, то протекающий через него ток будет меньше номинального и балласт ему не потребуется. Конечно, при таком питании светодиод не будет выдавать полный световой поток.
Иногда в цепях переменного тока в качестве токоограничивающих элементов вместо резисторов применяют конденсаторы (подробнее про расчет конденсатора). В качестве примера можно привести выключатели с подсветкой, в которых конденсаторы являются «безваттными» сопротивлениями.
Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)
Материалы по теме:
Онлайн калькулятор расчета сопротивления для светодиодов
Рассчитать онлан сопротивления для светодиодов
В схемах со светодиодами обязательно используются резисторы для ограничения. Они защищают от перегорания и преждевременного выхода из строя светодиодных элементов. Основная проблема заключается в точном подборе необходимых параметров, поэтому у специалистов широкой популярностью пользуется калькулятор расчета сопротивления для светодиодов. Для получения максимально точных результатов потребуются данные о напряжении источника питания, о прямом напряжении самого светодиода и его расчетном токе, а также схема подключения и количество элементов.
Как рассчитать сопротивление токоограничивающих резисторов
В самом простом случае, когда отсутствуют необходимые исходные данные, величину прямого напряжения светодиодов можно с высокой точностью установить по цвету свечения. Типовые данные об этом физическом явлении сведены в таблицу.
Многие светодиоды имеют расчетный ток 20 мА. Существуют и другие виды элементов, у которых этот параметр может достигать значения 150 мА и выше. Поэтому для того чтобы точно определить номинальный ток, понадобятся данные о технических характеристиках светодиода. Если же нужная информация полностью отсутствует, номинальный ток элемента условно принимается за 10 мА, а прямое напряжение – 1,5-2 вольта.
Количество токоограничивающих резисторов напрямую зависит от схемы подключения полупроводниковых элементов. Например, если используется последовательное соединение, можно вполне обойтись одним резистором, поскольку сила тока во всех точках будет одинаковой.
В случае параллельного соединения одного гасящего резистора будет уже недостаточно. Это связано с тем, что характеристики светодиодов не могут быть абсолютно одинаковыми. Все они обладают собственными сопротивлениями и такими же разными потребляемыми токами. То есть, элемент с минимальным сопротивлением потребляет большее количество тока и может преждевременно выйти из строя.
Следовательно, если выйдет из строя хотя-бы один светодиод из подключенных параллельно, это приведет к возникновению повышенного напряжения, на которое остальные элементы не рассчитаны. В результате, они тоже перестанут работать. Поэтому при параллельном соединении для каждого светодиода предусматривается собственный резистор.
Все эти особенности учтены в онлайн-калькуляторе. В основе расчетов лежит формула определения сопротивления: R = Uгасящее/Iсветодиода. В свою очередь Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода.
| |||||||||||||||||||||||||||||
Калькулятор диодов Шокли
Калькулятор диодов Шокли позволяет рассчитать падение напряжения или ток, протекающий через настоящий диод, зная другое значение.Он позволяет рассчитывать значения I-V и помогает понять, как работает транзистор при прямом или обратном смещении. Калькулятор диодов Шокли может получить значения как для реального (несовершенного), так и для идеального диода, используя уравнение диода Шокли (также называемое диодным законом).
Какие бывают настоящие и идеальные диоды
Проще говоря, диод — это электронный компонент, который позволяет электрическому току течь только в одном направлении. Он изготавливается путем соприкосновения полупроводникового кристалла типа n и полупроводника типа p .Физика, лежащая в основе поведения перехода p-n , сложна, но полученный диод может почти полностью блокировать ток, текущий в одном направлении электрической цепи, позволяя ему нормально течь в другом. Калькулятор диодов Шокли поможет вам рассчитать отношение тока к напряжению (I-V) в обоих случаях.
Как это принято в науке, есть недостатки, возникающие из-за производственных процессов и несовершенной технологии, находящейся в нашем распоряжении; эти дефекты параметризуются коэффициентом излучения ( n ), который обычно находится в диапазоне от 1 до 2 (1 — идеальный диод).Идеальный диод, как следует из названия, представляет собой идеализацию, в которой предполагается, что диод не имеет дефектов.
В большинстве случаев можно предположить, что настоящий диод ведет себя как идеальный диод без большой потери точности, но для очень точных расчетов пользователь может изменить коэффициент излучения с идеального диода (1) на коэффициент излучения идеального диода (1). диод, с которым они работают. Этот коэффициент излучения является параметром диода и должен указываться в его технических характеристиках.
Уравнение диода Шокли и принцип работы калькулятора
В калькуляторе диодов Шокли используется уравнение диода Шокли (показано ниже), которое имеет 5 различных параметров, 4 из которых должны вводиться пользователем.
I = Is * (exp (Vd / n * Vt) - 1)
Три из этих пяти параметров — это то, что вы могли бы назвать « спецификациями диода », что означает внутренний параметр конкретного диода:
-
nКоэффициент излучения , является параметризацией дефектов диода.Обычно варьируется от 1 (идеальный диод) до 2. По умолчанию в калькуляторе диодов Шокли установлено значение 1. -
Is(обратный) Ток насыщения — это собственный ток, присутствующий во всех диодах (включая идеальный диод), и он почти зависит только от температуры. Для более подробного объяснения мы рекомендуем статью в Википедии о токе обратного насыщения. -
ВтТепловое напряжение — это внутреннее напряжение в диоде при отключении от цепи.Это вызвано температурой и свойствами перехода p-n внутри диода.
Остальные 2 — экспериментальные переменные, которые обычно меняются во время лабораторного эксперимента.
-
VdПадение напряжения — это разница напряжений между подключениями диода к цепи. -
IТок , протекающий через диод.
Как пользоваться калькулятором диодов Шокли
Калькулятор диодов Шокли — это простой инструмент, который позволяет получить информацию о реальном / идеальном диоде.Типичным вариантом использования было бы получение ВАХ конкретного диода из его технических характеристик, но при использовании вместе с другими калькуляторами возможности значительно увеличиваются.
Например, используя этот калькулятор диодов Шокли в сочетании с калькулятором закона Ома, вы можете получить значения сопротивления и потребляемой мощности реального / идеального диода для любого значения тока или напряжения. Это особенно полезно, поскольку диод не следует линейной зависимости между током, протекающим через него, и падением напряжения, поскольку его сопротивление не является постоянным, а зависит от приложенного напряжения / тока и температуры.
Другие применения могут включать быстрое моделирование простых схем и их свойств. Это правда, что по мере роста сложности моделируемой электрической схемы становится более эффективным использование специального программного обеспечения (такого как LabView, LTspice …) для такой задачи. Тем не менее, в случае однократного моделирования основных схем этот калькулятор диодов Шокли — вместе с калькулятором резисторов светодиодов и калькулятором падения напряжения — обеспечивает простой способ выполнить точное моделирование цепей с диодами (включая несколько светодиодов) и учитывать влияние проводки / сопротивления, присутствующих в них.
Калькулятор стабилитрона и стабилитрона
Калькулятор стабилитрона и стабилитрона Формулы и уравнения для калькулятора стабилитрона и стабилизатора напряжения SСерия 8 I
6 = V IN — V Z / R S … .. (снова закон Ома)Напряжение нагрузки
V L = V Z
Изменение нагрузки Напряжение
∆V L = I Z x R Z
Выход (регулируемый) Напряжение
V OUT = V IN — IR = V IN — (I Z + I L ) / R S = (V IN — I S ) / R S
Нагрузка Curren t
I L = V L / R L
Ток стабилитрона
I Z = I S — I L
Выходная пульсация
V R (ВЫХОД) ≈ V R (IN) x (R Z / R S )
Максимальное последовательное сопротивление
R S (MAX) = R L (MIN) x [(V IN (MIN) / V Z ) -1]
Максимальное последовательное сопротивление
R S (MAX) = R L (MIN) x [(V IN (MIN) — V Z ) / I L (MAX) ]
Или последовательное сопротивление
R S = (V L — V из ) / (I Z + I L ) = (V L — V out ) / (I S )
Значение резистора
R = [(V IN (MIN) — V OUT ) / (I L + 10)]
Мощность резистора
R P = (V IN (макс.) — V out ) 2 / R
Power стабилитрона
Z P = (V IN (MIN) — V OUT ) / R) x V OUT
Введите значение и нажмите кнопку «Рассчитать».Результат будет отображен.
Связанные электрические калькуляторы:
Вывод уравнения тока диода, калькулятор и пример
Диод — это нелинейный компонент электрической цепи. Это позволяет току при прямом смещении и току блокировки при обратном смещении. Поведение диода можно определить по характеристикам VI. Ток диода зависит от напряжения на диоде. Ток диода может быть выражен в виде уравнения тока диода .В этой статье мы узнаем, каково уравнение для тока диода?
Вывод уравнения диода
Уравнение тока диода связывает ток с напряжением на диоде. Предположим, что через диод протекает напряжение $ V $ и ток $ I $. Текущее значение $ I $ может быть выражено как
- 10 светодиодных проектов по освещению Идеи для развлечений и развлечений
- 2 способа тестирования конденсатора переменного тока с помощью мультиметра и вольтметра
$ I = I_ {o} \ lbrack e ^ { \ frac {V} {\ eta V_ {T}}} — 1 \ rbrack \ ldots (1) $
Где
$ I $ — ток диода
$ I_ {o} $ — ток обратного насыщения диода в комнате температура
$ V $ — Внешнее напряжение, приложенное к диоду
$ \ eta $ — Константа, две для кремния и одна для германия
$ V_ {T} $ = $ \ frac {kT} {q} = \ frac {T} {11600} $ Вольт-эквивалент температуры, теплового напряжения
Подставив значение $ V_ {T} $, мы можем получить следующее уравнение:
$ I = I_ {o} \ lbrack e ^ { \ frac {qV} {\ eta kT}} — 1 \ rbrack $
Где
$ k $ — постоянная Больцмана, $ 1.{- \ frac {V} {\ eta V_ {T}}} \ ll 1 $. Итак, $ I \ приблизительно I_ {o} $ действительно до тех пор, пока внешнее напряжение не станет ниже напряжения пробоя. Ток обратного насыщения диода также называется током темнового насыщения. Это зависит от скорости рекомбинации и качества материала. Также следует отметить, что темновой ток увеличивается с повышением температуры. И она уменьшается с повышением качества материала.
Уравнение тока диода Пример:
Обратное смещение приложено к германиевому диоду с PN переходом.И отметил обратный ток насыщения $ 0,3 мкА при комнатной температуре. Каким будет ток при комнатной температуре, когда прямое смещение составляет 0,15 В $.
- Тестирование транзисторов в схемах с помощью мультиметров, омметра и измерителя кривой
- Что такое полевой транзистор? Основы полевого транзистора, конструкция, символы, характеристики, кривые и типы
Пример решения:
Как рассчитать ток диода с данными в примере
$ I_ {0} = 0,3 \ times 10 ^ {- 6} A $
$ V = 0.{40 \ times 0,15} -1) $
$ I = 120,73 \ mu A $
Выше будет ток прямого смещения диода для данной ситуации.
Могу ли я использовать уравнение идеального диода Шокли для обратного тока?
Для обратного тока диод показывает постоянный обратный ток, который очень мал и пренебрежимо мал. Обратный ток диода не описывается уравнением идеального диода Шокли.
Калькулятор диодного уравнения:Калькулятор диодного уравнения вычисляет ток в диоде.Задайте внешнее напряжение, температуру тока насыщения и тип материала, чтобы рассчитать ток диода.
Расчет потерь мощности диода — Силовая электроника от А до Я
Как рассчитать рассеиваемую мощность диода?
Введение:
Прежде чем продолжить, просто запомните следующие моменты о диоде:
- Когда диод смещен в прямом направлении (анод положительный относительно катода), он пропускает ток через него.
- Когда диод смещен в обратном направлении (вывод катода положительный по отношению к выводу анода), он блокирует прохождение тока.
Когда ток течет через диод, некоторая часть тока уходит в виде тепловой энергии. Это известно как потеря мощности.
В этом коротком посте давайте посмотрим, как рассчитать потерю мощности диода…
Мощность — Определение:
Скорость, с которой выполняется работа в электрической цепи, называется электрической мощностью.
P = VI ватт
Из приведенного выше определения
Скорость, с которой выполняется работа по перемещению электронов в диоде, зависит от,
- Сколько электронов нужно переместить (что определяется приложенным прямым напряжением )
- Скорость, с которой должны перемещаться электроны (которая определяется прямым током, протекающим через цепь)
Формула для расчета рассеиваемой мощности на диодах:
Рассеиваемая мощность = В f x I f Вт
Где,
В f = Прямое падение напряжения на диоде
I f = Прямой ток течет через диод
Пример расчета потерь диода:
Для правильного понимания рассмотрим приведенную выше простую схему.
Прямой ток (I f ) должен быть рассчитан по формуле I = V / R. [Помните, что закон Ома V = IR]
Прямое падение напряжения, соответствующее прямому току, будет доступно в таблице данных диода. Эта информация доступна на графике V f vs I f .
Расчет рассеиваемой мощности стабилитрона:
Мы знаем, что стабилитрон будет подключен с обратным смещением, как показано на следующей схеме.
Рассмотрим схему, приведенную выше. Для расчета потерь мощности, возникших в стабилитроне, мы не можем использовать ранее упомянутую формулу.
Для этого потеря мощности составляет
P = V Z x I R
Где,
Vz = напряжение стабилитрона
I R = обратный ток утечки
Запомните:
Для того же прямого тока (I f ) прямое падение напряжения ( В, f) будет меньше в диоде Шоттки, чем в обычном диоде с PN переходом.Следовательно, потери мощности в диоде Шоттки будут меньше.
Подробнее:
Учебное пособие по схеме диодного моста выпрямителя
Основы силового диода
Как стабилитрон работает как регулятор напряжения?
Спасибо, что прочитали о расчете потерь мощности диодов … Пожалуйста, поставьте нам лайк в Facebook …
Мы пропустили какие-то моменты ??? Пожалуйста, поделитесь в комментариях…
Калькулятор резисторов серии стабилитронов и формулы
Калькулятор серийных резисторов на стабилитронах для цепей с фиксированным током нагрузки
Расчетный резистор серии
Этот калькулятор рассчитывает последовательное сопротивление стабилитрона.
Сопротивление должно быть рассчитано таким образом, чтобы общий ток не снижал выходное напряжение.
Чтобы стабилизация работала, через стабилитрон должен проходить минимальный ток. В качестве ориентировочного значения можно принять 10% тока нагрузки или 10 мА. Автоматически устанавливается значение 10 мА; его можно перезаписать, если предпочтительнее другое значение.
Калькулятор резисторов серии |
Формулы и описание
Полный ток цепи определяется последовательным резистором и всегда постоянен.Когда ток нагрузки уменьшается, ток через стабилитрон соответственно увеличивается.
Если ток нагрузки колеблется между максимальным и нулевым значениями, стабилитрон должен быть рассчитан таким образом, чтобы что он может поглощать максимальный ток и мощность.
Калькулятор выше предполагает постоянный ток нагрузки.Если ток нагрузки непостоянен и падает ниже него, стабилитрон может перегреться и выйти из строя.
Для цепей с переменной нагрузкой используйте калькулятор переменного тока.
| Общий ток | \ (\ Displaystyle I_ {ges} = I_ {Z \ space min} + I_ {L} \) | |
| Диодный ток | \ (\ Displaystyle I_ {D} = I_ {L} · 0.1 \) | |
| Последовательный резистор | \ (\ Displaystyle R_v = \ гидроразрыва {U_ {ges} — U_Z} {I_ {ges}} \) | |
| Мощность последовательного резистора | \ (\ Displaystyle P_v = (U_ {ges} — U_Z) · I_ {ges} \) | |
| Мощность диода (переменный ток нагрузки) | \ (\ Displaystyle P_D = U_Z · (I_ {макс} — I_ {мин} + I_D) \) | |
| Мощность диода (фиксированный ток нагрузки) | \ (\ Displaystyle P_D = U_Z · I_D \) |
|
|
|