Основы электроники. Урок 4: Расчет резистора для светодиода

Мы знаем ток и напряжение, поэтому давайте рассчитаем сопротивление:

Основы электроники. Урок №4: Расчет резистора для светодиода

Сегодня мы начнем с изучения нового компонента – светодиода. Основная информация о светодиодах собрана в отдельной статье здесь.

Светодиод в основном имеет 2 провода: длинный провод (анод) подключается к плюсу питания, короткий провод (катод) – к минусу. Светодиод, подключенный наоборот, не загорится и даже может перегореть при превышении определенного напряжения.

Основная информация о светодиодах

С чего начать работу со светодиодами? Изучив технические характеристики рассматриваемого светодиода! Иногда необходимую информацию можно получить и при покупке в магазине. Итак, что мы должны знать? Мы ищем ток и напряжение питания.

Самое важное для светодиода – правильно подобранный ток, так как он напрямую влияет на срок службы светодиода. Вот почему мы говорим, что светодиод – это элемент, приводимый в действиеток (не напряжение!).

Изучив технические характеристики одноцветных светодиодов диаметром 5 мм, вот что мы обнаружили:

  • 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 светодиод: 20 мА / 3,2 В
  • Белый светодиод: 25 мА / 3,4 В

(Параметры светодиода могут незначительно отличаться в зависимости от экземпляра и производителя светодиода)

Источником питания, как и в предыдущем упражнении, является кассета с 4 батарейками, дающими около 6 В. Теперь вопрос заключается в том, как выбрать резистор для ограничения тока красного светодиода, подключенного, как показано на схеме ниже:

Расчет резистора для светодиода

Наша батарея обеспечивает напряжение около 6 В. Для красного светодиода необходим ток около 20 мА. Для этого нам нужно учесть падение напряжения на этом светодиоде, которое составляет 2,1 В:

Теперь нам нужно просто подставить наши данные в формулу:

Таким простым способом мы рассчитали сопротивление резистора R1 для красного светодиода, который должен иметь сопротивление не менее 195 Ом. Но вы не сможете найти резистор с таким значением! Что вы делаете в этом случае? Вам нужно выбрать резистор из номинального ряда, который больше, но имеет максимально возможное сопротивление.

Ближайший резистор в номинальном диапазоне – это резистор 200 Ом, и именно его мы должны использовать в нашей схеме. Почему? Конечно, ничто не мешает вам использовать резистор с более высоким сопротивлением, например, 470 Ом, 2,2 кОм… Но как это повлияет на освещение нашего диода? Давайте проверим!

 Наши светодиоды светятся

На фотографии этого не видно, но диод светит очень ярко с резистором 200 Ом. Но что произойдет, если мы заменим этот резистор на другой, с более высоким сопротивлением, например, 470 Ом? Светодиод продолжает гореть. Затем мы последовательно увеличиваем сопротивление: 2,2 кОм, 3,9 кОм, 4,7 кОм… Обратите внимание, что диод светится все слабее и слабее по мере увеличения сопротивления резистора, пока, наконец, не перестанет светиться совсем.

Еще одно замечание – вам нужно использовать немного больший резистор, чем предполагают расчеты (например, 210 Ом вместо 200 Ом). Почему? Возможно, вы заметили, что для расчетов мы использовали номинальное напряжение нашей батареи, в действительности свежие батареи могут давать более высокое напряжение, поэтому сопротивление резистора может быть недостаточным. Ток, протекающий через светодиод, будет выше, чем необходимо, что в конечном итоге повлияет на срок службы светодиода.

Еще один пример из жизни (точнее, из часто задаваемых вопросов). Как выбрать резистор для схемы (в автомобиле), где два красных светодиода соединены последовательно (постоянный ток 20 мА, постоянное напряжение 2,1 В)?

Два красных светодиода, соединенных последовательно

Значение резистора R1 следует рассчитывать аналогично приведенному выше примеру, с той разницей, что из напряжения бортовой сети автомобиля (14 В) следует вычесть падение напряжения на обоих диодах D1 и D2:

UR1 = 14 В – 2,1 В

Теперь подставьте данные в формулу:

Резистор R1, к которому последовательно подключены два красных светодиода, должен иметь сопротивление не менее 490 Ом. Ближайшим последовательно включенным резистором является резистор 510 Ом. Если у вас нет резистора 510 Ом, помните, что вы можете соединить несколько резисторов последовательно, например, 5 резисторов по 100 Ом.

Можно ли в этой схеме соединить последовательно еще 5 светодиодов? Нет! На каждом из подключенных светодиодов имеется падение напряжения, другими словами, каждый светодиод потребляет определенное количество напряжения, например, каждому красному светодиоду требуется 2,1 вольта. Легко подсчитать, что наша батарея не может обеспечить такое напряжение:

14V < 2.1V + 2.1V + 2.1V + 2.1V + 2.1V + 2.1V + 2.1V + 2.1V + 2.1V

Приведенный выше пример относится к схеме, установленной в автомобиле с источником напряжения 14 В.

Таким же образом можно рассчитать сопротивление резистора для аналогичной схемы с питанием 6 В. Каково сопротивление резистора R1? Наши расчеты показывают, что это 90 Ом.

Сопротивление резистора для последовательно соединенных светодиодов

В следующем примере мы рассмотрим параллельное подключение светодиодов, как показано на рисунке ниже:

Параллельное подключение светодиодов

На этот раз предположим, что светодиод – D1 красный (постоянный ток 20 мА, постоянное напряжение около 2,1 В), а светодиод – D2 белый (постоянный ток 25 мА, постоянное напряжение 3,4 В).

Из первого закона Кирхгофа мы знаем, что:

При параллельном подключении светодиодов к источнику питания помните, что каждый светодиод должен иметь свой собственный резистор! Теперь рассчитаем падение напряжения на каждом резисторе:

Мы знаем ток и напряжение, поэтому давайте рассчитаем сопротивление:

Резистор R1 должен иметь сопротивление не менее 195 Ом (ближайший в номинальном ряду – 200-омный резистор), а резистор R2 должен иметь сопротивление не менее 104 Ом (ближайший в ряду будет 120 Ом).

osnovy-electroniki-urok-4-raschet-rezistora-dlya-svetodioda-7

Как лучше подключить светодиоды: последовательно или параллельно? Ответить на этот вопрос непросто, поскольку оба варианта имеют свои плюсы и минусы:

Тип подключения светодиода

В конце урока рассмотрим еще один популярный тип – мощные светодиоды. С их помощью мы можем добиться яркого света. Мощные светодиоды используются, например, в автомобилях, поэтому в следующем примере мы просто рассмотрим проблему установки мощных светодиодов в автомобиль.

мощные светодиоды в автомобилях

Напряжение сети в автомобиле составляет 14 В. Мощный светодиод имеет ток проводимости 350 мА и падение напряжения 3,3 В. Рассчитайте сопротивление для мощного светодиода, как мы делали это выше:

R1 = UR1 / I
R1 = 10,7 В / 350 мА
R1 = 31 Ом

Для нашего примера нам нужен резистор не менее 31 Ом. Проблема в том, что мощный светодиод, как следует из названия, обладает высокой мощностью, и простого резистора здесь недостаточно. Помимо правильного сопротивления, наш резистор должен иметь правильный номинал мощности, то есть допустимую мощность, отдаваемую резистором при работе.

Помните, что основная задача резистора – обеспечить сопротивление току. Сопротивление всегда будет выделять тепло в той или иной степени. Слишком большая мощность может повредить резистор.
Рассчитайте мощность по следующей формуле:

P = 10,7 В x 350 мА

Номинальная мощность нашего резистора составляет не менее 3,7 Вт. По этой причине наши стандартные резисторы мощностью 0,25 Вт быстро перегорают. В приведенном выше примере используется резистор мощностью 5 Вт, но лучшим решением будет использование нескольких резисторов мощностью 5 Вт, соединенных последовательно или параллельно. Почему? Причина в том, что резисторы плохо рассеивают тепло (по крайней мере, из-за своей формы), а использование нескольких резисторов сразу же увеличит общую площадь, через которую рассеивается тепло.

Высокомощные резисторы

При выборе резистора для мощного светодиода дополнительно необходимо учитывать значительное повышение температуры самого светодиода, что вызывает изменение прямого тока. Поэтому лучше использовать больший резистор, который обеспечивает стабильную работу светодиода при увеличении прямого тока из-за нагрева во время работы.

На практике, однако, регуляторы тока используются для управления мощными светодиодами, которые будут рассмотрены в следующих уроках.

Общее эмпирическое правило при выборе резисторов для светодиодов – использовать сопротивление немного выше расчетного. Лучше измерить постоянный ток и падение напряжения на светодиоде с помощью мультиметра, чтобы в расчетах учитывались реальные параметры светодиода.

0

Калькулятор расчета светодиодов

Внимание! Обратите внимание на полярность при подключении светодиодов. Чтобы узнать, какую полярность следует использовать, щелкните здесь и здесь.

Мощные светодиоды должны питаться от светодиодного драйвера. Прочитайте форум о питании светодиодов и источников света.

Комментарии (141) | подписаться

0

-1

-1

0 0

0

0

0

0

0

0

0

0 0

0

0

0

0

0

0

0

0

0 0

0

0 0

0 0

0 +1 0 0

0

0

0

0

600-700 мАч.
Я хочу подавать питание через блок питания ноутбука или любой другой. Я предполагаю, что приведенные данные являются пиковыми, например, 4.6mAh при 95W, где напряжение составляет

19,5 (в зависимости от устройства).
Возможно ли это вообще? Или мне все же нужно припаять резистор на каждую линию?
Я хочу взять блок питания с запасом, конечно. Не будут ли резисторы пытаться взять на себя оставшийся “резерв” от источника питания? Или они будут просто регулировать потребляемый ток каждой линии диодов, соединенных последовательно?
Правильно ли я понял и можно ли взять резистор “с запасом”? Я так понимаю, что резерв заключается в его мощности?

0

0 Таким образом, 0,04 Вт явно меньше, чем номинальная мощность даже самого маленького резистора MLT-0,125 (0,125 Вт). Давайте рассчитаем это для красного светодиода (напряжение 2 В, ток 15 мА).

Расчет светодиодного резистора с использованием закона Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где V = напряжение на резисторе (V = S – V L в данном случае), I = ток через резистор. Таким образом, R = (V S – V L) / I. Если вы хотите подключить несколько светодиодов одновременно – вы можете сделать это последовательно. Это снижает потребление тока и позволяет подключать одновременно большое количество светодиодов, например, в виде своеобразной гирлянды. Все последовательно соединенные светодиоды должны быть одного типа. Источник питания должен быть достаточно мощным и обеспечивать соответствующее напряжение.

Пример расчета: красный, желтый и зеленый светодиоды – при последовательном соединении требуется напряжение питания не менее 8 В, поэтому практически идеальным вариантом является батарея 9 В. V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения складываются). Если напряжение питания V S равно 9 В, а ток диода = 0,015 А, то R = (V S – V L) / I = (9 – 6) / 0,015 = 200 Ом. Возьмите резистор со значением 220 Ом (ближайшее стандартное значение, которое больше).

Резистор для одного светодиода используется только для мощностей до 50-100 мВт. При более высоких мощностях эффективность схемы питания значительно падает.

Онлайн-калькулятор для расчета светодиодов

Для автоматического расчета необходимы следующие данные:

  • источник питания или напряжение, В;
  • Номинальное напряжение постоянного тока устройства, В;
  • прямой номинальный рабочий ток, мА;
  • Количество светодиодов в цепочке или соединенных параллельно; (s).

Исходные данные можно взять из технического паспорта диода.

После их ввода в соответствующие окна калькулятора нажмите на кнопку “Рассчитать”, и вы получите номинальное значение резистора и его мощность.

Пример расчета :

Калькулятор резисторов для светодиодов

img_1

Светодиоды излучают свет, когда через них проходит электрический ток.

3_5145leds

Они были изобретены в 1970-х годах. для замены электрических ламп, которые часто перегорали и потребляли много энергии.
Проводка и пайка

Светодиоды должны быть подключены правильным образом, с учетом их полярности + для анода и к для катода У катода короткий провод, более короткая ножка. Если вы видите внутреннюю часть светодиода изнутри – катод имеет больший электрод (но это не официальный метод).

3_30875

Светодиоды могут быть повреждены теплом при пайке, но риск невелик, если паять быстро. Для пайки большинства светодиодов не требуется особых мер предосторожности, но может быть полезно захватить ножку светодиода пинцетом – для отвода тепла.

Проверка светодиодов

Никогда не подключайте светодиоды непосредственно к батарее или источнику питания!
Светодиод перегорит почти сразу, так как слишком большой ток приведет к его перегоранию. Светодиоды должны иметь ограничивающий резистор. Для быстрого теста резистор 1 кОм подходит для большинства светодиодов, если напряжение составляет 12 В или меньше. Не забудьте правильно подключить светодиоды, соблюдая полярность!

3_184311

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают практически всех цветов: красные, оранжевые, желтые, зеленые, синие и белые. Синие и белые светодиоды немного дороже, чем светодиоды других цветов.
Цвет светодиода зависит от типа полупроводникового материала, из которого он изготовлен, а не от цвета пластика, из которого сделан его корпус. Все цвета светодиодов поставляются в прозрачном корпусе, где цвет можно распознать только при включении…

3_27676

Многоцветные светодиоды

Конструкция многоцветного светодиода проста, обычно красный и зеленый цвета объединены в одном корпусе с тремя ножками. Изменяя яркость или количество импульсов на каждом кристалле, можно добиться различных цветов света.

3_539413

Расчет резистора светодиода

Светодиод должен иметь последовательно включенный в цепь резистор для ограничения тока, протекающего через светодиод, иначе он перегорит почти сразу…
Резистор R задается формулой :

R = (V S – V L ) / I

3_79469

V S = напряжение питания
V L = напряжение пробоя, рассчитанное для каждого типа диода (обычно от 2 до 4 В)
I = ток диода (например, 20 мА), это значение должно быть меньше максимально допустимого для вашего диода.

Если вы не можете найти резистор подходящего размера, используйте резистор большего размера. Вы не заметите разницы… яркость будет снижена лишь незначительно.

Например: Если у вас есть напряжение питания V S = 9 В и красный светодиод (V = 2 В), для которого требуется I = 20 мА = 0,020 А,
R = (- 9В) / 0,02А = 350 Ом. В этом случае вы можете выбрать 390 Ом (ближайшее стандартное значение, которые выше).
Расчет резистора светодиода с использованием закона Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора равно R = V / I, где
V = напряжение на резисторе (в данном случае V = S – V L)
I = ток через резистор
Так что R = (V S – V L ) / I
Последовательное подключение светодиодов.

Если мы хотим подключить несколько светодиодов одновременно – это можно сделать последовательно. Это снижает потребление тока и позволяет подключать одновременно большое количество светодиодов, например, в виде своеобразной гирлянды. Все светодиоды, подключенные последовательно, должны быть одного типа. Источник питания должен иметь достаточную мощность и обеспечивать соответствующее напряжение.

3_757114

Пример расчета :

Красный, желтый и зеленый светодиоды, соединенные последовательно, нуждаются в напряжении питания – не менее 8 В, поэтому батарея 9 В будет почти идеальным источником.

V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения складываются).

Если напряжение питания V S равно 9 В, а ток диода = 0,015 А,
Резистор R = (V S – V L ) / I = (9 – 6) / 0,015 = 200 Ом
Возьмите резистор со значением 220 Ом (ближайшее стандартное значение, которое больше).

Избегайте параллельного подключения светодиодов!

Подключение нескольких светодиодов параллельно с одним резистором – не самая лучшая идея…

3_52527

Как правило, светодиоды имеют разные параметры, требуя немного разного напряжения каждый. что делает такое соединение практически не функциональным. Один светодиод будет светиться ярче и потреблять больше тока, пока не выйдет из строя. Такое соединение многократно ускоряет естественную деградацию светодиодного кристалла. Если светодиоды подключены параллельно, каждый светодиод должен иметь свой ограничивающий резистор.

Мигающие светодиоды

Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды и могут мигать сами по себе, поскольку имеют встроенную схему. Светодиод мигает с низкой частотой, обычно 2-3 вспышки в секунду. Такие мелочи производятся для автомобильных сигнализаций, различных индикаторов или детских игрушек.

Светодиод – это полупроводник, кристалл кремния, который способен проводить напряжение и ток только в одном направлении. Лед-лампа (как и диод) имеет две клеммы – анод (“+”) и катод (“-“), важно соблюдать полярность – ток должен течь от анода к катоду. Анод должен быть положительным, а катод – отрицательным.

Основные выводы

Приведенные выше формулы необходимо корректировать на практике. Даже в одной и той же партии светодиоды имеют разную стоимость. Для получения точных результатов рекомендуется ввести в формулы цифры, полученные при тестировании ледяных луковиц.

Следует также учитывать температуру окружающей среды. Это означает, что для внутреннего применения расчеты не такие же, как для наружного применения. Если в цепи есть предохранители, их сопротивление также учитывается. В конце концов, они есть у каждого электрического устройства.

Читайте далее:
Сохранить статью?