Расчет резистора для светодиода ⋆ diodov.net
Расчет резистора для светодиода выполняется довольно просто, быстро и не содержит ничего «военного», только закон Ома. Хотя во всемирной сети существует множество онлайн-калькуляторов, помогающие определить различные параметры, но, по моему личному мнению, лучше один раз разобраться самому и понять физику процесса, чем слепо пользоваться подобными калькуляторами.
Самый частый пример – это подключение светодиода к источнику питания с напряжением 5 В, например к USB порту компьютера. Второй пример – подключение к аккумуляторной батарее автомобиля, номинальное значение напряжения которой 12 В. Если к такому источнику питания напрямую подсоединить полупроводниковый прибор, то последний попросту выйдет из строя под действием протекающего тока, превышающего допустимое значение, ‑ произойдет тепловой пробой полупроводникового кристалла. Поэтому нужно ограничивать величину тока.
С целью лучшей наглядности возьмем два типа светодиодов с наиболее распространенными характеристиками:
напряжение:
UVD1 = 2,2 В;
UVD2 = 3,5 В;
ток:
IVD1 = 0,01 А;
IVD2 = 0,02 А.
Расчет резистора для светодиода
Определим сопротивление R1,5 для VD1
Для расчета величины сопротивления, согласно закону Ома нужно знать ток и напряжение:
R=U/I.
Величина тока, протекающего в цепи и в том числе через VD нам известна из заданного условия IVD1 = 0,01 А, поэтому следует определить падение напряжения на R1,5. Оно равно разности подведенного Uип = 5 В и падения напряжения на светодиоде UVD1 = 2,2 В:
Теперь находим R1,5
Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в сторону увеличения, поэтому принимаем R1,5 = 300 Ом.
Таким же образом выполним расчет R для VD2:
Произведем аналогичные вычисления при значении Uип = 12 В.
Принимаем R1,12 = 1000 Ом = 1 кОм.
Принимаем R2,12 = 430 Ом.
Для удобства выпишем полученные значения сопротивлений всех резисторов:
Следует заметить, что сопротивление, выбранное из стандартного ряда, превышает расчетное, поэтому ток в цепи будет насколько снижен. Однако этим снижением можно пренебречь в виде его малого значения.
Расчет мощности рассеивания
Определить сопротивление – это только полдела. Еще резистор характеризуется важным параметром, который называется мощность рассеивания P – это мощность, которую он способен выдержать длительное время, при этом, не перегреваясь выше определенной температуры. Она зависит ток в квадрате, так как последний протекая в цепи, вызывает нагрев ее элементов.
P = I2R.
Визуально резистор более высокой Р отличается большими размерами.
Выполним расчет P для всех 4-х резисторов:
Из стандартного ряда мощностей выбираем ближайшие номиналы в сторону увеличения: первые три сопротивления можно взять с мощностью рассеивания 0,125 Вт, а четвертый – с 0,250 Вт.
Запишем общий расчет резистора для светодиода. Следует определить всего три параметра:
1) падение напряжения
2) сопротивление
3) мощность рассеивания.
Как видно, понять и запомнить данный алгоритм достаточно просто. Теперь, в случае применения специальных калькулятор, вы будете понимать, что и как они считают. Кстати, алгоритмы многих подобных калькуляторов не учитывают стандартный ряд номинальных значений, поэтому будьте внимательны, а лучше считайте все сами – это очень полезно делать для приобретения ценного опыта.
Еще статьи по данной теме
Расчет резистора (сопротивления) для светодиода
Светодиод – это полупроводниковый элемент электрической схемы. Его особенностью является нелинейная вольт-амперная характеристика. Стабильность и срок службы прибора во многом обусловлены силой тока. Малейшие перегрузки приведут к ухудшению качества светодиода (деградации) или его поломке.
Зачем резистор перед светодиодом.
В идеале для работы диоды следует подключать к источнику постоянного тока. В этом случае элемент будет работать стабильно. Но на практике для подключения чаще всего используют более распространенные блоки питания с постоянным напряжением. При этом для ограничения силы тока, которая протекает через LED элемент, нужно включать в электрическую цепь дополнительное сопротивление − резистор. В статье рассмотрены методы расчета резистора для светодиода.
Когда следует подключать светодиод через резистор
Существует несколько случаев, когда такая электрическая схема уместна. Во-первых, токоограничивающий резистор стоит использовать, если эффективность схемы не первоочередная задача. В качестве примера можно привести применение светодиода в качестве индикатора в приборах. В таком случае важно самом свечение, а не его яркость.
Во-вторых, применение резистора оправдано в случаях, когда необходимо выяснить полярность и работоспособность LED элемента. Одним из методов является подключение прибора к блоку питания. В этом качестве часто используют аккумуляторы от мобильных телефонов или батарейки. Напряжение на них может достигать 12 В. Это очень высокая величина, и прямое подключение светодиода приведет к поломке. Для ограничения напряжения в цепь вставляют резистор.
В-третьих, резистор используют в исследовательских целях для изучения работы новых образцов светодиодов.
В других случаях можно воспользоваться драйвером – прибором, стабилизирующим ток.
Математический расчет.
Для подбора сопротивления придется вспомнить школьный курс физики.
На рисунке представлена простая последовательная электрическая схема соединения резистора и диода. На схеме применены следующие обозначения:
- U – входное напряжение блока питания;
- R – резистор с падением напряжения UR;
- LED – светодиод с падением напряжения ULED (паспортное значение) и дифференциальным сопротивлением RLED;
Поскольку элементы соединены последовательно, то сила тока I в них одинакова.
По второму закону Кирхгофа:
U = UR + ULED. (1)
Одновременно используем закон Ома:
U=I*R. (2)
Подставим формулу (2) в формулу (1) и получим:
U = I*R + I*RLED. (3)
Путем простых математических преобразований из формул (1) и (3) найдем искомое сопротивление резистора R:
R = (U – ULED) / I. (4)
Для более точного подбора можно рассчитать мощность рассеивания резистора Р.
Р = U*I. (5)
Примем напряжение блока питания U = 10 В.
Характеристики диода: ULED = 2В, I = 40 мА = 0,04A.
Подставим нужные цифры в формулу (4), получим: R = (10 – 2) / 0,04 = 200 (Ом).
Стоит учесть, что если полученной величины нет в стандартном ряду сопротивлений, то следует выбирать более высокоомный элемент.
Мощность рассеивания (5): составит Р = (10 – 2) * 0,04 = 0,32 (Вт).
Графический расчет.
При наличии вольт-амперной характеристики несложно определить сопротивление резистора графическим способом. Метод применяется редко, но полезно про него знать.
Для определения искомого сопротивления нужно знать ток нагрузки ILED и напряжение блока питания U. Далее следует перпендикуляр, соответствующий значению тока, до пересечения с вольт-амперной кривой. Затем через точку на графике и значению U провести прямую, которая покажет на оси тока максимальное его значение IMAX. Эти цифры подставляем в закон Ома (2) и вычисляем сопротивление резистора.
Например, ILED = 10 мА, а U = 5 В. По графику IMAX примерно равна 25 мА.
По закону Ома (2) R = U / IMAX = 5 / 0,025 = 200 (Ом).
Примеры вычислений сопротивления для светодиода.
Разберем некоторые наглядные случаи вычисления сопротивления элемента в конкретных схемах.
Вычисление токоограничивающего сопротивления при последовательном соединении нескольких светодиодов.
Из курса физики известно, что в такой схеме значение тока постоянное, а напряжение на LED элементах суммируется.
Возьмем напряжение источника питания U = 12 В.
Характеристики диодов одинаковы: ULED = 2В, ILED = 10 мА.
Преобразуем формулу (4), учитывая три LED элемента.
R = (U – 3*ULED) / I.
R = (12 – 3* 2) / 0,01 = 600 (Ом).
Мощность рассеивания (5) составит: Р = (12 – 2 * 3) * 0,01 = 0,6 (Вт).
Вычисление сопротивления при параллельном соединении светодиодов.
В этом случае постоянным сохраняется напряжение, а силы тока складываются. Поэтому при тех же входных данных (напряжение источника питания U = 12 В, напряжение и ток на диодах ULED = 2В, ILED = 10 мА), расчет будет несколько другим.
Используем формулу (4), учитывая три LED элемента.
R = (U – ULED) /3* I.
R = (12 – 2) / 3*0,01 = 333,3 (Ом).
Мощность рассеивания (5) составит: Р = (12 – 2) * 3*0,01 = 0,3 (Вт).
Однако данное подключение не стоит применять на практике. Даже светодиоды из одной партии не гарантируют одинакового падения напряжений. Из-за этого ток на отдельном LED элементе может превысить допустимый, что может спровоцировать выход элементов из строя.
Для параллельного соединения светодиодов необходимо к каждому из них подключать свой резистор.
Вычисление сопротивления при параллельно-последовательном соединении LED элементов.
Для подключения большого количества светодиодов уместно использовать параллельно-последовательную электрическую схему. Поскольку в параллельных ветках напряжение одинаковое, то достаточно узнать сопротивление резистора в одной цепи. А количество веток не имеет значения.
Напряжение блока питания U = 12 В.
Характеристики диодов одинаковы: ULED = 2В, ILED = 10 мА.
Максимальное количество LED элементов n для одной ветки рассчитывается так:
n = (U – ULED) / ULED (6)
В нашем случае n = (12 – 2) / 2 = 5 (шт).
Сопротивление резистора для одной ветки:
R = (U – n* ULED) / ILED . (7)
Для трех светодиодов оно составит: R = (12 – 3*2)/ 0,01 = 600 (Ом).
Часто при изготовлении разнообразных устройств возникает необходимость использовать светодиоды и светодиодные индикаторы. 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.
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.
Автор Aluarius На чтение 9 мин. Просмотров 383 Опубликовано
Расчет резистора для светодиода
Светодиод – прибор, который преобразует проходящий через него ток в световое излучение. Их используют для освещения в прожекторах и лампах, для украшения в гирляндах, в фарах авто. В статье ниже вы узнаете, как правильно подключить светодиод и чем отличаются разные виды соединений. А также, зачем для подключения нужен резистор и как рассчитать, какой резистор вам нужен.
Особенности подключения светодиода
Главная особенность подключения светодиода к блоку питания — маленькое внутреннее сопротивление. То есть, при прямом подключении к сети, сила тока будет слишком высокой и светодиод может сгореть. Подключение кристалла светодиода происходит по медным или золотым нитям. Они выдерживают небольшие скачки тока, но, когда допустимое значение сильно превышается, они перегорают, прекращая питание элемента. Поэтому для их подключения используют резистор, ограничивающий поступление тока, так, чтобы он по номиналу подходил к заявленной у диода характеристике.
Также при подключении ограничителей тока необходимо помнить про соблюдение полярности и подключать отрицательный анод к отрицательному полю, а катод к положительному.
Особенности дешёвых LED
При подборе светодиода на рынке можно найти совершенно разные цены. Чем же отличаются дорогие диоды от дешёвых?
Светодиоды за разную стоимость отличаются не только внешними особенностями, но и техническими характеристиками. У дешёвых светодиодов параметры сильно отличаются друг от друга, в то время, как у дорогих они уменьшаются плавно при изменении тока или напряжения сети. Кроме того, дешёвые аналоги могут служить недолго и свет будет более тусклым или режущим глаза. На что нужно обратить внимание при покупке светодиодной лампы и как ее установить читайте тут.
Можно ли обойтись без резисторов
Если подсоединить светодиоды без резистора, то при небольшом изменении напряжения в сети, ток, подаваемый в диод, изменится в несколько раз. Даже если вы подключили несколько диодов, и они работают без резистора, нет гарантии, что напряжение сети не поднимется выше допустимого. Поэтому, если вы не хотите, чтобы диоды сгорели, нужно либо воспользоваться резистором, ограничивающим поток тока, либо использовать драйвер.
Справка! драйвер — блок питания для светодиодов, в нём стабильно поддерживается определённый ток на выходе. Драйверы часто используют в качестве источника питания для светодиода.
В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор
В некоторых случаях подключение светодиодов возможно не через драйвер, а токоограничительный резистор.
- Если свечение нужно в качестве индикатора, где не имеет значения, насколько ярко будет гореть диод, а важен сам факт свечения.
- Для проверки работоспособности диодов их подключают через резистор к аккумулятору с высоким напряжением, из-за которого ЛЕД элемент может сломаться. Резистор ограничивает поступающее на диод напряжение и можно проверить его работоспособность без риска поломки деталей.
- Для определения отрицательного и положительного полей светодиода.
- При исследовании, как будет работать новый светодиод, используют ограничительные резисторы, чтобы элемент не перегорел при тестировании.
Расчет резистора для светодиода при последовательно-параллельном соединении
Последовательно-параллельно светодиоды соединяют в осветительных приборах с высокой мощностью. Соединение универсально: используется и для постоянного, и для переменного тока.
В таком случае последовательно соединённые цепочки светодиодов соединяют параллельно.
Для успешного соединения в каждой цепочке должно быть одинаковое количество диодов.
Нагрузочный резистор должен быть выбран с учётом того, что во всех параллельных ветках будет одинаковое напряжение. Поэтому для вычисления нужно вычислить только сопротивление одного резистора в любой цепи:
R = (Un*ULED)/ ULED,
где n — число светодиодов на ветке.
Лимит по числу диодов на ветке находится по формуле: n = (U = ULED)/ULED.
После проведения необходимых расчётов можно соединить диоды гибридным способом.
Плюсы гибридного соединения:
- При выходе из строя одного диода, остальная часть схемы продолжит полноценно работать и не случится перенапряжения.
- Для работы нужно меньше резисторов, чем в других соединениях.
Вычисление сопротивления при параллельном соединении светодиодов
Параллельное соединение используют, если суммарное соединение диодов, которых нужно подсоединить к источнику питанию, больше, чем напряжение источника. То есть, если при последовательном соединении диодов питания не хватает, и они не работают.
При параллельном соединении несколько веток с диодами параллельно соединяют, на каждой из них установлен свой резистор.
В таком случае во всем устройстве будет одинаково меняться напряжение, а проходящий ток может быть разным на каждой из веток.
Расчёты проводят для каждой отдельно взятой ветки.
Сначала нужно рассчитать сопротивление резистора по закону Ома:
U=I*R,
I — допустимый ток для прибора, значение можно взять из характеристики прибора.
Теперь нужно рассчитать мощность резистора:
P = U2/R.
Можно сократить: P=I*U.
Преимущества параллельного соединения:
- Если один светодиод перегорит, то другие цепи продолжат работать;
- Можно добавить больше светодиодов, чем при последовательном;
- Можно использовать для двуцветного свечения лампочек. При этом цвет диодов меняется при изменении направления тока.
Если добавить импульсный модулятор к двум параллельно соединенным диодам, можно добиться широкого диапазона изменения цвета.
Недостатки:
- Увеличение нагрузки на остальные элементы, если один перестанет работать;
- Нужно много резисторов для соединения.
Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении
Диоды можно соединять последовательно в цепочку. Для этого нужно анод устройства соединить с катодом другого, и так продолжать цепочку, пока не достигнете нужного размера. Соединение происходит с помощью резистора, который ограничивает ток, поступающий на элементы, чтобы избежать их поломки.
Зная закон Ома, можно найти сопротивление включенного в схему резистора:
R=(U-ULED1+…+ULEDn)/ILED
Где U — напряжение сети;
ULED1– ULEDn — сумма напряжений включенных в цепь светодиодов.
ILED — ток, являющийся оптимальным для светодиодов.
Мощность резистора вычисляется по формуле:
P = I2*R
Лучше всего поставить резистор с мощностью, в два раза превышающую нужное значение, чтобы при перепаде напряжения устройства продолжало исправно работать.
Преимущества последовательного соединения:
- В цепочке один ток;
- Простое и быстрое соединение;
- Возможное количество светодиодов ограничено уровнем напряжения;
- При выходе из строя одного диода, перестаёт работать вся цепочка.
Как подключить светодиод к 220в через резистор
Светодиоды пропускают через себя ток в одном направлении. При переменном напряжении его направление меняется 2 раза за период, то есть в одном случае ток протекает через диод, а в ином — нет. Так как ток протекает в половине случаев, для определения среднего значения тока, который проходит через диод, нужно разделить U пополам.
Соответственно, U = 110В.
Допустим, собственное сопротивление у диода: 1,7 Ом.
Ток, проходящий через диод:
I=U/ ULED
110/1,7=65А.
Высокий ток, пройдя через полупроводник, сожжёт его, поэтому нужно использовать дополнительный прибор с сопротивлением, чтобы он, по принципу рассеивания, уменьшал количество тока, подаваемого на диод.
При высоком токе нельзя использовать параллельное соединение, так как если одна из цепей перестанет работать, значение тока в остальных увеличится и прибор сгорит.
- Можно использовать дополнительный LED-элемент для блокировки обратного напряжения.
- Использование встречно-параллельного соединения диодов с резистором:
Для того, чтобы прибор работал исправно, необходимо учитывать, что через все диоды должен проходить один ток, значит нужно подобрать элементы с одинаковыми характеристиками.
После соединения пересчитайте ёмкость конденсатора, потому что на светодиодах должно увеличиться напряжение.
Какой резистор нужен для светодиода на 12 вольт
12-вольтовая система — стандартная в автомобиле. В подключении LED-элемента к 12 вольтовой системе нет ничего сложного. Важно правильно провести расчёты сопротивления диода через токоограничивающий резистор.
Перед началом вычислений надо узнать характеристики имеющихся светодиодов: падение напряжения и требуемый им ток.
Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:
R = U/I
- 1 светодиод
ULED = 3.3 Вольт
ILED = 0,02А
При таком внутреннем сопротивлении диода, он будет отлично работать в системе, напряжение которой ограничивается значением 3,3 Вольт.
Возьмём напряжение с запасом, так как скачки бывают до максимального значения 14,5.
Максимально возможное напряжение отличается от допустимого для исправной работы светящегося элемента на 11,2 Вольта. Значит, перед включением диода, нужно снизить подаваемый ему ток на это значение.
Сперва нужно посчитать сопротивление, необходимое резистору:
R=U/I. R=560 Ом.
Для того, чтобы расчёты были более надёжными, надо вычислить мощность резистора:
P = U * I Мощность — 0,224Вт.
При выборе резистора, необходимо округлять значения в большую сторону и выбирать более мощный вариант.
- 2 и 3 светодиода
Рассчитывается аналогичным образом, светодиодное напряжение будет умножаться на количество светящихся элементов - От 4 светодиодов
При подключении больше трёх светодиодов к такой сети не нужен будет резистор, так как напряжение не будет сильно превышать допустимое и светодиоды будут работать исправно.
Резисторы вы можете установить и на положительном, и на отрицательном полюсе, это не имеет значения при использовании.
Теория
Для того, чтобы светодиоды не перегорели, важно правильно рассчитать ограничивающий резистор.
Математический расчёт
Необходимые вычисления можно сделать самостоятельно, при низких значениях вам не потребуется калькулятор. Либо при помощи специальной программы, проводящей подсчёты за вас.
При расчёте сопротивления гасящего резистора нужно знать закон Ома.
R = U-ULED /ILED
U — напряжение сети;
ULED — значение напряжения, оптимального для работы диода
I LED —ток, на который рассчитана работа элемента
Чтобы не произошёл перегрев резистора во время работы, необходимо дополнительно рассчитывать оптимальную мощность для такого напряжения.
P = (U-ULED)*ILED
В этой схеме резистор подключается к катоду светящегося элемента.
Графический расчёт
В большинстве случаев, пользуются математическими вычислениями, но графический способ более наглядный и в каких-то случаях его применять значительно удобнее.
Для построения графика нужно знать характеристики светящегося элемента: ток и напряжение.
Теперь можно узнать сопротивление резистора по графику:
На нём пунктирной линией показано вычисление для элемента, на работу которого нужно 20мА тока. Далее соединяем точку пересечения пунктирной линии с “кривой ЛЕД”, отмеченной голубым цветом, со значением напряжения диода. Линия пересекает шкалу максимального тока, где указано нужное значение.
После этого нужно провести расчёт сопротивления токоограничивающего резистора:
R=ULED/Imax
Его мощность: P=I2*R
Схемы подключений светодиодной ленты можно посмотреть здесь.
Светодиоды стали незаменимой частью нашей жизни, они стоят в качестве индикаторов на бытовой технике, в виде декоративных светодиодных лент и в составе оптопары в промышленности, а также в качестве более экологичного и экономного освещения. В использовании светодиодов нет ничего сложного, главное — не забывать использовать балластный резистор, благодаря которому ток будет ограниченно поступать на светящиеся элементы, и они не сломаются. Теперь вы знаете, как рассчитать нужное сопротивление резистора, разные способы соединения диодов и для чего их используют.
Сегодня мы начнем с изучения нового элемента, а именно светодиода. Основные сведения о светодиоде собраны в отдельной статье здесь.
Светодиод, в основном, имеет 2 вывода: длинный вывод (анод) соединяется с плюсом питания, более короткий вывод (катод) с минусом. Светодиод, подключенный наоборот не будет светиться, и кроме того, при превышении определенного напряжения может даже сгореть.
С чего следует начать при работе со светодиодом? С просмотра технических параметров на конкретный светодиод! Иногда необходимые нам сведения можно также получить при покупке в магазине. Что же нам нужно знать? То, что мы ищем – это прямой ток (forward current) и прямое напряжение (forward voltage).
Для светодиода главное — это правильно подобранный ток, так как он напрямую влияет на срок службы светодиода. Поэтому мы говорим, что светодиод — это элемент, питаемый током (не напряжением!).
При изучении datasheet для одноцветных светодиодов размером 5мм вот что было обнаружено:
- красный светодиод: 20 мА / 2,1 В
- зеленый светодиод: 20 мА / 2,2 В
- желтый светодиод: 20 мА / 2,2 В
- оранжевый светодиод: 25 мА / 2,1 В
- синий светодиодный индикатор: 20 мА / 3,2 В
- светодиод белый: 25 мА / 3,4 В
(параметры светодиодов могут незначительно отличаться в зависимости от экземпляра и производителя светодиодов)
Нашим источником питания, как и в предыдущих упражнениях, является кассета из 4 батареек, дающие напряжение около 6 вольт. Теперь встает вопрос: как подобрать резистор для ограничения тока красного светодиода, подключенного согласно следующей схеме:
Наша батарея обеспечивает напряжение порядка 6 вольт. Красному светодиоду необходим ток около 20мА. Плюс ко всему нужно учесть падение напряжения на этом светодиоде, т. е. 2,1 вольт:
UR1 = UB1 – UD1
UR1 = 6В – 2,1В
UR1 = 3,9В
Теперь достаточно подставить наши данные в формулу:
R1 = UR1 / I
R1 = 3,9В / 20мА
R1 = 3,9В / 0,02А
R1 = 195 Ом
Таким вот простым способом мы рассчитали сопротивление резистора R1 для красного светодиода, который должен иметь сопротивление минимум 195 Ом. Но вы не сможете найти резистор такого номинала! Что же делать в таком случае? Надо взять из номинального ряда резистор большей величины, но с максимально близким сопротивлением.
См. Подбор сопротивления резистора по цветным полоскам
Ближайший в номинальном ряду резисторов находится резистор с сопротивлением 200 Ом, и именно такой мы должны использовать в нашей схеме. Почему? Конечно, ничто не мешает нам использовать резистор большего сопротивления, например, 470 Ом, 2,2 кОм… Но как это повлияет на свечение нашего светодиода? Давайте проверим!
На фото этого конечно не заметно, но светодиод светит очень ярко с резистором 200 Ом. Но что случится, если мы заменим резистор на другой, с большим сопротивлением, например, 470 Ом? Светодиод по-прежнему горит. Дальше будем последовательно увеличивать сопротивление: 2,2кОм, 3,9кОм, 4,7кОм… Обратите внимание, что светодиод с увеличением сопротивления резистора светит все слабее и слабее пока, наконец, вообще не перестает светиться.
Еще одно замечание по существу — необходимо использовать резисторы немного больше, чем это следует из расчетов (например, 210 Ом вместо 200 Ом). Почему? Наверно вы обратили внимание, что для расчетов мы взяли номинальное напряжение нашей батареи, в реальности свежие батарейки могут давать более высокое напряжение и поэтому сопротивление резистора может быть недостаточным. Ток на светодиоде будет выше необходимого, что в конечном счете скажется на сроке его службы.
Еще один пример, из жизни (вернее из частых вопросов). Как подобрать резистор для схемы (в автомобиль) , в которой последовательно соединены два красных светодиода (прямой ток 20 мА, прямое напряжение 2,1 В)?
Величину сопротивления резистора R1 рассчитываем аналогично, как в примере выше, с той лишь разницей, что от напряжения бортовой сети автомобиля (14В), необходимо вычесть падение напряжения на обоих диодах D1 и D2:
UR1 = UE1 – UD1 – UD2
UR1 = 14В – 2,1В – 2,1В
UR1 = 9,8В
Теперь подставим данные в формулу:
R1 = UR1 / I
R1 = 9,8В / 20мА
R1 = 9,8В / 0,02А
R1 = 490 Ом
Резистор R1, к которому подключены последовательно два красных светодиода, должен иметь сопротивление минимум 490 Ом. Ближайший в ряду является резистор номиналом 510 Ом. Если у вас нет резистора номиналом 510 Ом, помните, что вы можете соединить последовательно несколько резисторов, например, 5 резисторов по 100 Ом.
А можем ли мы в этой схеме последовательно подключить еще 5 светодиодов? Нет! На каждом из подключенных светодиодов возникает некоторое падение напряжения, другими словами каждый из них потребляет некоторое количество напряжения, например, каждому красному светодиоду нужно 2,1 вольт. Легко подсчитать, что наша батарея не в состоянии обеспечить такое напряжение:
14В < 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В+ 2,1В + 2,1В
14В < 14,7В
Приведенный выше пример касается схемы, установленной в автомобиле, где источник напряжения 14В.
Таким же образом вы можете рассчитать сопротивление резистора для аналогичной схемы с напряжением питания 6 вольт. Какое получится сопротивление резистора R1? По нашим расчетам следует, что 90 Ом.
Следующий пример будет касаться параллельного соединения светодиодов, так как показано на следующем рисунке:
На этот раз предположим, что светодиод — D1 красный (прямой ток 20 мА, прямое напряжение около 2,1 В), а светодиод D2 имеет белый цвет (прямой ток 25 мА, прямое напряжение 3,4 В).
Из первого закона Кирхгофа мы знаем, что:
I = I1 + I2
I = 20мА + 25мА
I =45 мА
Подключая светодиоды параллельно к источнику питания, следует помнить, что каждый светодиод должен иметь свой резистор! Теперь давайте посчитаем падение напряжения на каждом из резисторов:
UR1 = UB1 – UD1
UR1 = 6В – 2,1В
UR1 = 3,9В
UR2 = UB1 – UD2
UR2 = 6В – 3,4В
UR2 = 2,6В
Мы знаем, силу тока и напряжение, давайте посчитаем сопротивление:
R1 = UR1 / I1
R1 = 3,9В / 20мА
R1 = 3,9В / 0,02А
R1 = 195 Ом
R2 = UR2 / I2
R2 = 2,6В / 25мА
R2 = 2,6В / 0,025А
R2 = 104 Ом
Резистор R1 должен иметь сопротивление как минимум 195 Ом (ближайший в номинальном ряду резистор на 200 Ом), а резистор R2 должен иметь сопротивление не менее 104 Ом (ближайший в ряду будет на 120 Ом).
Как лучше соединять светодиоды: последовательно или параллельно? Ответ не простой, потому что оба варианта имеют свои плюсы и минусы:
Вид соединения светодиодов | |
последовательное | параллельное |
| для всех светодиодов достаточно одного резистор | каждый светодиод должен иметь свой собственный резистор |
| повреждение одного светодиода приводит к отключению всей цепочки светодиодов | при повреждении одного или несколько светодиодов, остальные светодиоды будут светятся |
| низкое значение тока | ток в цепи увеличивается с каждым последующим светодиодом (ток каждой ветви суммируется) |
| требуется более высокое напряжение источника питания с учетом падения напряжения на каждый из светодиодов | напряжение питания в схеме может быть низким |
Под конец урока рассмотрим еще один популярный вид – мощные светодиоды. Благодаря им, мы можем получить яркий свет. Мощные светодиоды используются, например, в автомобилях, поэтому следующий пример будет касаться именно проблемы установки мощных светодиодов в автомобиле.
Напряжение в сети автомобиля 14 вольт. Мощный светодиод имеет прямой ток 350 мА и падение напряжения 3,3 вольт. Рассчитаем сопротивление для мощного светодиода так, как мы это делали выше:
UR1 = UE1 – UD1
UR1 = 14В – 3,3В
UR1 = 10,7В
R1 = UR1 / I
R1 = 10,7В / 350мА
R1 = 31 Ом
Для нашего примера надо подобрать резистор минимум 31 Ом. Проблема в том, что мощный светодиод, как указывает само название, имеет большую мощность и здесь обычный резистор не достаточен. Помимо соответствующего сопротивления наш резистор должен иметь соответствующую номинальную мощность, т. е. допустимую мощность, которая выделяется на резисторе при его работе.
Помните, что основная задача резистора — это сопротивление току. При сопротивлении всегда будет выделяться тепло в той или иной степени. Слишком большая мощность может повредить резистор.
Мощность вычисляем по следующей формуле:
P = U x I
P = UR1 x I1
P = 10,7В x 350мА
P = 3,7 Вт
Номинальная мощность нашего резистора — это минимум 3,7 Вт. В связи с этим, наши стандартные резисторы мощностью 0,25 Вт быстро сгорят. В приведенном выше примере необходимо применить резистор на 5 Вт, но лучшим решением использование нескольких резисторов по 5 Вт, соединенных последовательно или параллельно. Почему? Причина в том, что резисторы плохо отводят тепло (хотя бы из-за их формы), а использование нескольких резисторов сразу увеличит общую площадь поверхности, через которую происходит отдача тепла.
При подборе резистора для мощного светодиода необходимо дополнительно учитывать значительное повышение температуры самого светодиода, что вызывает изменение прямого тока. Поэтому лучше взять резистор большего сопротивления, что обеспечит стабильную работу светодиода при увеличении прямого тока из-за его нагрева во время работы.
Но на практике для питания мощных светодиодов применяют стабилизаторы тока, которые будут обсуждаться в последующих уроках.
Общее правило при подборе резистора (резисторов) для светодиодов является использование чуть большего сопротивления, чем это следует из расчетов. Прямой ток и падение напряжения, протекающие через светодиод лучше измерить мультиметром, чтобы в расчетах учитывать реальные параметры конкретного светодиода.
какие формулы помогут вычислить сопротивление
В наше время светодиоды используются если не во всех, то в очень многих сферах деятельности. И несмотря на это, многие потребители едва ли понимают принципы работы светодиодов. Как и почему вообще работают светодиоды? И какую роль в этом процессе играют резисторы? Как произвести расчет резистора для светодиода? Постараемся разобраться.
Что такое резистор и сопротивление светодиода?
Резистором называется компонент электрической цепи, который характеризуется пассивностью и в лучшем случае обладает сопротивлением электрическому току. Другими словами, для такого устройства в любое время должен действовать закон Ома.
Главная функция резистора – энергичное сопротивление электротоку. Именно это качество делает резисторы необходимыми при создании систем искусственного освещения, в том числе и с применением светодиодов.
В каких случаях возможно подключение светодиода с помощью резистора?
Подключать светодиод с помощью резистора можно при условии, что эффективность схемы не является первостепенной целью. Самый простой пример – применение светодиода для индикации подсветки выключателя в электроприборе. В таком случае мощность потребления едва достигает 0.1 Вт, а яркость не ставится во главу угла. А вот при использовании светодиода с энергопотреблением более 1 Вт нужно обязательно убедиться, что блок питания обеспечивает стабилизированное напряжение. Если же напряжение схемы не стабилизировано, то все скачки и помехи будут негативно сказываться на работе светодиода.
Не менее актуальна схема питания через резистор в лабораторных условиях, когда есть задача тестирования новой модели светодиода.
Виды резисторов
Существует несколько классификаций резисторов, каждая из которых отличается признаков, по которому сравниваются разные виды устройств.
В зависимости от материала резистивного элемента выделяют следующие типы резисторов:
- Металлофольговые;
- Непроволочные;
- Проволочные.
По способы защиты резисторы бывают:
- Неизолированными;
- Изолированными;
- Вакуумными;
- Герметизированными.
Назначение резисторов группирует устройства следующим образом:
- Резисторы общего предназначения;
- Высокочастотные;
- Высокомегаомные;
- Высоковольтные.
Расчет резистора для светодиода
Осуществить расчет резисторов по силам не только специалистам. Достаточно базовых знаний и понимания физики процесса. Чтобы определить необходимое сопротивление резисторов, нужно учитывать следующие важные факторы:
- Маркировка на устройстве отображает так называемое напряжение падения, которое необходимо для расчета необходимого напряжения и для подбора резисторов.
- Числовое значение напряжения определяется в виде разницы между напряжением агрегата и напряжением питания светодиода;
- Чтобы рассчитать необходимое сопротивление, нужно разделить остаточное напряжение на величину тока, необходимую для бесперебойной работы системы.
Математический расчет сопротивления резистора
Согласно второму правилу Кирхгофа, можно составить равенство U = Ur + Uled, которое можно интерпретировать таким образом: U = I x R + I x Rled, где Rled – это дифференциальное сопротивление.
Значение Rled меняется вместе с изменением работы полупроводника. В данном случае соотношение переменных величин тока и напряжения определяет величину сопротивления.
Также есть смысл вывести формулу для вычисления сопротивления резистора: R = (U – Uled) / I, Ом. В данной формуле Uled – это паспортная величина для конкретного типа светодиода.
Как рассчитать резистор графическим способом?
При наличии ВАХ светодиода расчет резистора для светодиодов можно осуществить графическим методом, хотя такой способ и не очень распространен. Зная ток нагрузки, можно с помощью графика определить прямое напряжение. Необходимо с оси ординат (I) провести прямую до пересечения с кривой и опустить на ось абсцисс.
Особенности расчета
Каким бы ни было подключение резистора, всегда есть свои тонкости и нюансы. Постараемся разобраться, в чем особенности последовательного, параллельного и смешанного способов соединения.
Последовательное соединение
При последовательной схеме светодиоды расставляются друг за другом, и обычно достаточно одного резистора, если удастся корректно произвести расчет сопротивления. Это можно объяснить тем, что в электроцепи в каждом месте установки электроприбора имеется один и тот же ток, значение которого не изменяется.
Параллельное соединение
Часто бывает необходимость в подключении нескольких диодов к одному и тому же источнику. В теории можно использовать один токоограничивающий резистордля питания нескольких LED, соединенных параллельно.
Стоит отметить, что даже в «китайских» моделях производитель устанавливает отдельный ограничительный резистор. При общем балласте для нескольких LED значительно растет вероятность поломки диодов, излучающих свет.
Смешанное соединение
При выборе смешанного соединения схему следует рассчитывать отдельно для каждой последовательной цепи. Если количество и типы светодиодов одинаковы в каждой из последовательных цепей, расчет можно произвести единожды для любой группы диодов. Важно, чтобы все светодиоды были однотипными, как минимум, в пределах общей цепи.
Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора
Рассмотрим пример расчета сопротивления резистора LED SMD 5050, при работе с которой следует учитывать некоторые конструкционные особенности светодиода, который включает три независимых кристалла.
При условии, что LED SMD 5050 одноцветный, напряжение на кристалле будет отличаться максимум на 0.1 В. Таким образом, светодиод может быть запитан от одного резистора, а три анода можно объединить в одну группу, три катода – соответственно, в другую. Для подключения SMD 5050 с параметрами ULED=3,3 В и ILED=0,02 А.
R = (5 – 3.3) / (0.02 х 3) = 28.3 Ом. Ближайший стандартный показатель составляет 30 Ом. К установке принимаем резистор с сопротивлением 30 Ом и мощностью 0.25 Вт.
Для максимального удобства и скорости проведения расчетов можно использовать специальный онлайн калькулятор расчет резистора. Этот инструмент дает возможность произвести расчет резисторов в кратчайшие сроки с минимальными затратами времени и сил.
Как найти значение резистора для различных типов светодиодных цепей
Следующий пошаговый учебник поможет вам найти правильное значение резистора (или резисторы) для подключения одного или нескольких светодиодов и цепочек светодиодов к аккумулятору и источнику питания.
Если вы выберете эту тему, вы сможете:
- Рассчитать значение резисторов для разных схем светодиодов
- Рассчитать прямой ток светодиодов
- Рассчитать прямое напряжение для разных светодиодов Схемы
- Подключение светодиодов последовательно с аккумулятором
- Подключение светодиодов параллельно с аккумулятором
- Подключение светодиодов последовательно-параллельные схемы
Обновление: Вы также можете использовать этот светодиод Резисторный калькулятор для этой цели
Типичный символ светодиода, конструкция и идентификация выводов.
Нажмите на изображение, чтобы его увеличить
Прежде чем мы углубимся в детали, мы попытаемся перейти на следующую простую схему, чтобы другие вычисления были проще для понимания.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
Это самая простая цепь светодиодных светильников серии .
Здесь напряжение питания составляет 6 В, прямое напряжение светодиодов (V F ) составляет 1,3 В, а прямой ток (I F ) составляет 10 мА.
Теперь значение резистора (который мы подключим последовательно со светодиодом) для этой цепи будет:
Значение резистора = (V , питание — V F) / I F = (6 — 1,3) / 10 мА = 470 Ом
Потребляемый ток = 20 мА
Формула номинальной мощности резистора для этой цепи
Номинальная мощность резистора = I F 2 x Значение резистора = (10 мА) 2 x 470 Ом = 0,047 Вт = 47 мВт
Но Это минимальное требуемое значение резистора, чтобы резистор не перегревался, поэтому рекомендуется удвоить номинальную мощность резистора, которую вы рассчитали, поэтому выберите 0.047 Вт x 2 = 0,094 Вт = резистор 94 мВт для этой цепи. Номинальная мощность резистора (значение удваивается) = 0,094 Вт = (94 мВт)
Также имейте в виду, что:
- Слишком сложно найти точный Номинальная мощность резисторов, которые вы рассчитали. Как правило, резисторы входят в 1/4 Вт, 1/2 Вт, 1 Вт, 2 Вт, 5 Вт и так далее. Поэтому выберите следующее более высокое значение номинальной мощности. Например, если рассчитанное вами значение номинальной мощности резистора равно 0,789 Вт = 789 мВт, вы должны выбрать 1 Вт резистор.
- Слишком сложно найти точное значение резисторов, которые вы рассчитали. Как правило, резисторы имеют стандартные значения. Если вы не можете найти точное значение резистора, которое вы рассчитали, а затем выберите следующее значение, которое вы рассчитали, например, если рассчитанное значение составляет 313,5 Ом, вы должны использовать ближайшее стандартное значение, что составляет 330 Ом. если ближайшее значение недостаточно близко, вы можете сделать это, подключив резисторы последовательно-параллельной конфигурации.
- I F = прямой ток светодиода: Это максимальный ток, который светодиод может принимать непрерывно. Рекомендуется обеспечить 80% номинальной мощности прямого тока светодиода для длительного срока службы и стабильности. Например, если номинальный ток светодиода 30 мА, то этот светодиод должен работать на 24 мА. Значение тока сверх этой величины сократит срок службы светодиода или может начать курить и гореть.
- Если вы по-прежнему не можете найти прямой ток светодиода, предположите, что он равен 20 мА, потому что типичный светодиод работает на 20 мА.
- В F = Прямое напряжение светодиода: Это прямое напряжение светодиода, то есть падение напряжения при подаче номинального прямого тока. Вы можете найти эти данные на пакетах светодиодов, но где-то между 1,3 В и 3,5 В в зависимости от типа, цвета и яркости. Если вы все еще не можете найти прямое напряжение, просто подключите светодиод через 200 Ом с аккумулятором 6 В. Теперь измерьте напряжение на светодиоде. Это будет 2 В, и это прямое напряжение.
Формула для определения значения резистора (ов) для последовательного подключения светодиодов:
Ниже приведена еще одна простая схема светодиодов (последовательно соединенных светодиодов).В этой схеме мы подключили 6 светодиодов последовательно. Напряжение питания составляет 18 В, прямое напряжение (V F ) светодиодов равно 2 В, а прямой ток (I F ) составляет 20 мА каждый.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
Значение резистора (последовательно соединенные светодиоды) = (V — питание — (V F x количество светодиодов)) / I F
Здесь, всего прямое напряжение (V F ) из 6 светодиодов = 2 x 6 = 12 В
и прямой ток (I F ) одинаковы (т.е.е. 20 мА)
( Примечание: это последовательная цепь, поэтому ток в последовательной цепи в каждой точке одинаков, а напряжения аддитивны). Теперь значение резистора (для последовательной цепи) будет:
= (В питание — (В F x количество светодиодов)) / I F = (18 — (2 x 6)) / 20 мА
= (18-12) / 20 мА = 300 Ом
Потребление полного тока = 20 мА
(Это последовательная цепь, поэтому токи одинаковы) Номинальная мощность резистора
= I F 2 x Значение резистора = (20 мА) 2 x 300 Ω = 0.12 = 120 мВт
Но Это минимальное требуемое значение резистора, чтобы резистор не перегревался, поэтому рекомендуется удвоить номинальную мощность резистора, которую вы рассчитали, поэтому выберите 0,12 Вт x 2 = 0,24 Вт = Резистор 240 мВт для этой цепи. Номинальная мощность резистора (значение удваивается) = 0,24 Вт = (240 мВт)
Формула для определения значения резистора (ов) для параллельного подключения светодиодов (с общим резистором):
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
В этой схеме мы подключили светодиоды параллельно с общим резистором.Напряжение питания составляет 18 В, прямое напряжение (V F ) светодиодов равно 2 В, а прямой ток (I F ) составляет 20 мА каждый.
Значение резистора (светодиоды параллельно с общим резистором) = (В питание — В F) / (I F х количество светодиодов)
Здесь, общий прямой ток (I F ) 4 светодиода = 20 мА х 4 = 0,08 А, и прямое напряжение (В F ) одинаково (т. Е. 2 В)
( Примечание: это параллельная цепь, поэтому напряжение параллельной цепи одинаково в каждой точке, а токи являются аддитивными).
Теперь значение резистора (для параллельной цепи с общим резистором) будет:
= (V питание — V F) / (I F x количество светодиодов)
= (18 — 2) / 0,08
= 200 Ом
Суммарное потребление тока = 20 мА х 4 = 80 мА
(Это параллельная цепь, поэтому токи являются аддитивными)
Номинальная мощность резистора = I F 2 x Значение резистора = (20 мА) 2 x 200Ω = 0.08 Вт = 80 мВт
Но Это минимальное требуемое значение резистора, чтобы резистор не перегревался, поэтому рекомендуется удвоить номинальную мощность резистора, которую вы рассчитали, поэтому выберите 1,28 Вт x 2 = 2,56 Вт. резистор для этой цепи. Номинальная мощность резистора (значение удвоено) = 2,56 Вт (280 мВт)
Формула для определения значения резистора (ов) для параллельного подключения светодиодов (с отдельным резистором)
Нажмите, чтобы увеличить
Это еще один способ параллельного подключения светодиодов к отдельным резисторам.В этой схеме мы подключили 4 светодиода параллельно с отдельными резисторами. Напряжение питания составляет 9 В, а прямое напряжение (V F ) светодиодов равно 2 В, а прямой ток (I F ) составляет 20 мА каждый.
Значение резистора (светодиоды параллельно с отдельным резистором) = (напряжение питания V — V F ) / I F Здесь, общее прямое напряжение (V F ) светодиодов = 2 и ток в прямом направлении ( I F ) 20 мА (т.е. 20 мА)
( Примечание: это параллельная цепь, но мы находим значение резистора для каждой секции, а не для всей цепи.Таким образом, в каждом разделе схема становится в последовательном положении (см. Формулу последовательной цепи или описанную выше простую схему 1 st , вы обнаружите, что они одинаковы)
Теперь значение резистора (для параллельной цепи с отдельным резисторы) будет:
= (В питания — В F ) / I F = (9 — 2) / 20 мА = 350 Ом
Потребляемый ток = 20 мА х 4 = 80 мА (Это является параллельной цепью, поэтому токи аддитивны)
Номинальная мощность резистора = I F 2 x Значение резистора = (20 мА) 2 x 350 Ом = 0.14 = 140мВт 0,28 Вт = 280 мВт резистор для этой цепи. Номинальная мощность резистора (значение удвоено) = 0,28 Вт (280 мВт)
Существует другой способ (последовательно-параллельное сочетание) для подключения светодиодов с батареей; Если вы поняли этот простой расчет, то я уверен, что вы также можете легко рассчитать значение резисторов для схемы подключения светодиодов с последовательным параллельным соединением.
Похожие сообщения:
.Следуя этим шагам, мы получим значение резистора для светодиодов, питаемых от 12 В постоянного тока:
- Определите напряжение и ток, необходимые для вашего светодиода.
- Мы будем использовать следующую формулу для определения значения резистора: Резистор = (напряжение батареи — напряжение светодиода) / требуемый ток светодиода.
- Для типичного белого светодиода, которому требуется 10 мА, питание от 12 В, значения: (12-3,4) /. 010 = 860 Ом.
- Чтобы использовать несколько светодиодов параллельно, суммируйте текущие значения.Из приведенного выше примера, если мы используем 5 белых светодиодов, текущее требование составляет 10 мА х 5 = 50 мА. Итак (12-3,4) /. 050 = 172 Ом.
становятся все более популярными для различных проектов освещения и потребностей. Это связано с отличной энергоэффективностью и увеличенным сроком службы светодиодов по сравнению с лампами накаливания. Кроме того, по мере совершенствования технологии и увеличения производства стоимость продолжает снижаться.
LED является аббревиатурой от светоизлучающего диода. Это означает, что светодиод имеет особую полярность, которую необходимо применять, чтобы он излучал свет.Несоблюдение этого требования полярности приведет к тому, что светодиод не загорится и может привести к катастрофическому повреждению светодиода. Это связано с тем, что светодиод имеет относительно низкое значение напряжения обратной полярности, которое допускается (обычно около 5 вольт). Поскольку светодиод по сути является диодом, он имеет максимальное значение тока, которое нельзя превышать в течение какого-либо периода времени.
С учетом этого мы рассмотрим требования к ограничивающему резистору, который должен использоваться в светодиодной цепи. Поскольку светодиоды доступны в различных цветах, требуемое значение сопротивления будет варьироваться в зависимости от цвета светодиода.Это связано с тем, что цвет светодиода определяется материалами, из которых он изготовлен, и эти разные материалы имеют разные характеристики напряжения. Значение прямого напряжения — это напряжение, необходимое для того, чтобы светодиод загорелся. Типичные красные, зеленые, оранжевые и желтые светодиоды имеют прямое напряжение около 2,0 вольт; но белый и синий светодиоды имеют прямое значение напряжения 3,4 вольт. Из-за этого изменения значение резистора будет меняться в зависимости от цвета светодиода. Процедура состоит в том, чтобы выбрать значение резистора, которое будет генерировать правильную величину тока, протекающего в светодиоде, на основе этого значения прямого напряжения и значения источника питания, который питает цепь.Поскольку автомобильные приложения являются одним из самых популярных видов использования светодиодов, я приведу пример проекта светодиодного освещения, в котором в качестве источника питания используется 12 вольт. Требуемая формула — это закон Ома, который гласит, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток. Важная особенность, которую следует здесь отметить, состоит в том, что значение напряжения, используемое в расчете, представляет собой разницу между напряжением источника питания (батареи) и значением прямого напряжения светодиода. Это потому, что мы хотим, чтобы резистор «сбрасывал» напряжение от источника питания до прямого значения напряжения светодиода.Таким образом, формула становится
Резистор = (напряжение аккумулятора — напряжение светодиода) / требуемый ток светодиода. Таким образом, предположим, что источник питания 12 В и белый светодиод с желаемым током 10 мА; Формула становится Resistor = (12-3,4) /. 010, что составляет 860 Ом. Поскольку это не стандартное значение, я бы использовал резистор 820 Ом. Нам также необходимо определить номинальную мощность (ватт) необходимого резистора. Это рассчитывается путем умножения значения напряжения, падающего на резистор, на текущее значение тока, протекающего в нем.В приведенном выше примере (12-3,4) X .010 = 0,086, поэтому мы можем безопасно использовать резистор ¼ Вт в этом приложении, поскольку нам следует использовать следующий наивысший стандарт мощности.
Если требуется более одного светодиода, несколько светодиодов (одного цвета) могут быть подключены параллельно. Это будет поддерживать то же требование напряжения, но текущее значение будет увеличиваться прямо пропорционально количеству светодиодов. Номинальная мощность резистора также может увеличиться. В качестве примера мы будем использовать тот же белый светодиод, но параллельно подключим 5 светодиодов.Следовательно, требуемое значение тока будет 10 мА, умноженное на 5 (.010 X 5 = .050). Используя это в нашей формуле; (12-3,4) /. 050 = 172 Ом. Используйте стандартное значение 180 Ом. Номинальная мощность теперь будет выше (12-3,4) X .050 = .43, поэтому в этом случае нам необходимо использовать резистор не менее ½ Вт.
Два примера будут повторены для красных светодиодов. Для одного красного светодиода: (12-2.0) /. 010 = 1000 Ом, что составляет 1 кОм, а номинальная мощность равна (12-2.0) X (.010) = .100, поэтому достаточно ¼ Вт. Для 5 красных светодиодов параллельно: (12-2.0) /. 05 = 200 Ом, что является стандартным значением, а номинальная мощность равна (12-2,0) X .050 = .5, поэтому я бы использовал резистор 1 Вт, чтобы дать нам некоторый допуск для компенсации колебаний напряжения питания и т. Д.
Как мы видим, определить значение резистора для светодиодов освещения просто и понятно, но мы должны принять во внимание цвет светодиода, а также номинальную мощность требуемого резистора и количество светодиодов в цепи.
,светодиодный калькулятор
Как работает этот светодиодный калькулятор?
Это полезный инструмент при работе со значениями светодиодного резистора, для отдельных случаев, последовательных или параллельных конструкций. Светодиодный калькулятор может обрабатывать светодиодные резисторы для различных типов и массивов, поэтому он требует ввода определенных полей в зависимости от того, что вам нужно оценить. Просто выберите расчет, который вы хотите выполнить, нажмите кнопку «Рассчитать», и инструмент выполнит математику. Приведенная выше форма основана на следующих формулах светодиодных резисторов в зависимости от выполненных расчетов:
Для вашего удобства в формулах будет использоваться следующая легенда:
Напряжение питания = Св
Падение напряжения на светодиодах = Vd
Требуемый ток для светодиода = Dc
Расчетный ограничивающий резистор = ELR
Расчетная мощность резистора = ВПВ
Безопасный выбор = SP
Одиночный светодиодный расчет
- ELR = (Зв — Vd) / (Постоянный ток / 1000).
- ВПВ = (Зв — Вд) * (постоянный ток / 1000).
- SP = (ВПВ * 100/60)
Пример в случае одиночного светодиода с напряжением питания 20 вольт при падении на светодиодах 5 вольт и желаемым током 12 мА. Результат:
— Ограничительный резистор = 1250 Ом
— Мощность резистора = 0,18 Вт
— Безопасный выбор (номинальная мощность резистора) = 0,3 Вт
— Ближайший наибольший резистор 10% = 1,5 кОм
Светодиоды в последовательном расчете
- ELR = (Зв — Вд * Нет.светодиодов в серии) / (Dc / 1000).
- ВПВ = (Зв — Вд * Количество светодиодов в серии) * (Постоянный ток / 1000).
- SP = (ВПВ * 100/60)
Пример для 5 последовательных светодиодов с питанием 40 вольт и падением напряжения 10 вольт с требуемым током 25 миллиампер на светодиод. Результат: «Обратите внимание, что вашим светодиодам нужно больше напряжения, чем может выдержать питание. Вам нужно либо уменьшить количество светодиодов, либо проверить заданное напряжение питания! » Поэтому нам нужно увеличить предложение.Давайте попробуем тот же случай при напряжении питания 200 вольт:
— Ограничительный резистор = 6000 Ом
— Мощность резистора = 3,75 Вт
— Безопасный выбор (номинальная мощность резистора) = 6,25 Вт
— Ближайший наибольший резистор 10% = 6,8 кОм
Светодиоды в параллельном расчете
ELR = (Зв — Вд) / (Dc * Количество светодиодов параллельно / 1000).
ВПВ = (Зв — Вд) * (Dc * Количество параллельных светодиодов / 1000).
SP = (ВПВ * 100/60)
Пример: Возьмем случай, когда 4 светодиода соединены параллельно, с напряжением питания 120 вольт, при падении напряжения на 30 вольт.Требуется ток 50 миллиампер на светодиод. Результат:
— Ограничительный резистор = 450 Ом
— Мощность резистора = 18 Вт
— Безопасный выбор (номинальная мощность резистора) = 30 Вт
— Расчетный ближайший наибольший 10% резистор = 470 Ом
26 марта 2015 г.Резистор для светодиода »Resistor Guide
Резисторы в цепях светодиодных (LED)
Светодиод (светоизлучающий диод) излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Простейшая схема для питания светодиода — это источник напряжения с резистором и светодиодом последовательно. Такой резистор часто называют балластным резистором. Балластный резистор используется для ограничения тока через светодиод и предотвращения его возгорания. Если источник напряжения равен падению напряжения светодиода, резистор не требуется.Сопротивление балластного резистора легко рассчитать по закону Ома и законам цепи Кирхгофа. Номинальное напряжение светодиода вычитается из источника напряжения, а затем делится на требуемый рабочий ток светодиода:
Где V — источник напряжения, V LED — напряжение светодиода, а I — ток светодиода. Таким образом, вы можете найти правильный резистор для светодиодов.
Светодиодытакже доступны в интегрированном корпусе с подходящим резистором для работы светодиодов.Эта простая схема может использоваться в качестве индикатора включения питания для DVD-плеера или монитора компьютера. Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, она не очень эффективна, поскольку избыток энергии источника напряжения рассеивается балластным резистором. Поэтому иногда применяются более сложные схемы с лучшей энергоэффективностью.
Пример простой светодиодной схемы
В следующем примере светодиод с напряжением 2 вольт и силой тока в 20 миллиампер должен быть подключен к источнику питания 12 вольт.Балластный резистор можно рассчитать по формуле:
Резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение недоступно, выберите следующее значение, которое выше.
Светодиод в последовательной цепи
Часто несколько светодиодов подключены к одному источнику напряжения с последовательным соединением. Таким образом, несколько резисторов могут использовать один и тот же ток. Поскольку ток, проходящий через все светодиоды последовательно, одинаков, они должны быть одного типа.Обратите внимание, что освещение одного светодиода в этой цепи потребляет столько же энергии, сколько несколько светодиодов в серии. Источник напряжения должен обеспечивать достаточно большое напряжение для суммы падений напряжения светодиодов и резистора. Обычно источник напряжения на 50 процентов выше суммы напряжений светодиодов. В противовес, иногда выбирается источник более низкого напряжения. В этой стратегии более низкая яркость компенсируется большим количеством светодиодов. Кроме того, тепловые потери меньше, а срок службы светодиодов выше благодаря более низкой нагрузке.
Пример светодиодов в серии
В этом примере два светодиода соединены последовательно. Один красный светодиод с напряжением 2 В и синий светодиод с 4,5 Вольт. Оба имеют номинальную силу тока 30 мА. Законы схемы Кирхгофа говорят, что сумма падений напряжения на цепи равна нулю. Поэтому напряжение резистора должно быть равно напряжению источника минус сумма падений напряжения на светодиодах. По закону Ома мы рассчитываем значение сопротивления балластного резистора:
Резистор должен иметь значение не менее 183.3 Ом Обратите внимание, что падение напряжения составляет 5,5 вольт. Было бы возможно подключить дополнительные светодиоды в цепи.
Светодиод в параллельной цепи
Возможно подключить светодиоды параллельно, но это создает больше проблем, чем последовательных цепей. Прямое напряжение светодиодов должно совпадать, в противном случае загорается только светодиод самого низкого напряжения и, возможно, сгорает при большем токе. Даже если светодиоды имеют одинаковую спецификацию, они могут иметь плохо соответствующие характеристики ВАХ из-за различий в производственном процессе.Это заставляет светодиоды пропускать другой ток. Чтобы минимизировать разницу в токе, параллельные светодиоды обычно имеют балластный резистор для каждой ветви.
Как работает светодиод?
Светодиод (Светоизлучающий диод) является полупроводниковым прибором; это, по сути, соединение P-N со свинцом, прикрепленным к каждой стороне. Идеальный диод имеет нулевое сопротивление при прямом смещении и бесконечное сопротивление при обратном смещении. В реальных диодах, однако, небольшое напряжение должно присутствовать на диоде, чтобы он проводил.Это напряжение наряду с другими характеристиками определяется материалами и конструкцией диода. Когда прямое напряжение смещения становится достаточно большим, избыточные электроны с одной стороны соединения начинают объединяться с отверстиями с другой стороны. Когда это происходит, электроны переходят в менее энергичное состояние и выделяют энергию. В светодиодах эта энергия выделяется в виде фотонов. Материалы, из которых сделан светодиод, определяют длину волны и, следовательно, цвет излучаемого света.Первые светодиоды были сделаны из арсенида галлия и излучали красный свет. Сегодня светодиод может быть изготовлен из различных материалов и может излучать различные цвета. Напряжения варьируются от около 1,6 В для красных светодиодов до около 4,4 В для ультрафиолетовых. Знание правильного напряжения важно, потому что подача слишком большого напряжения на диод может вызвать больший ток, чем светодиод может безопасно выдержать.
светодиодов сегодня доступны в малой и высокой мощности. Светодиоды обычно выделяют меньше тепла и потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания одинаковой яркости.Они служат дольше, чем эквивалентные лампочки. Светодиоды используются в широком спектре освещения и светочувствительных применений.
Использование светодиодов в качестве фотодиодов
В качестве фотодиодов могут использоваться светодиоды. Фотодиоды — это полупроводники, которые ведут себя в отличие от светодиодов. Принимая во внимание, что светодиод будет излучать свет, когда он проводит, фотодиод будет генерировать ток при воздействии правильной длины волны света. Светодиод будет демонстрировать эту характеристику при воздействии света на длине волны ниже его нормальной рабочей длины волны.Это позволяет использовать светодиоды в таких цепях, как датчики света и оптоволоконные коммуникационные цепи.