Подбор сопротивления для светодиода: Расчет и подбор сопротивления токоограничивающего резистора для светодиода

Содержание

Расчет резистора для светодиода | da Vinci

Всем привет.

Светодиоды плотно вошли в нашу жизнь. Разнообразие их уже не знает границ. Но есть у них одно общее, это то, что светодиоды очень чувствительны к протекающему через них току.

Чтобы светодиод работал долго и не перегорал быстро, необходимо сделать довольно простые действия. Это всего лишь правильно подобрать токоограничительный резистор к нему.

Я записал видео на эту тему и написал статью. Видео будет в конце статьи.

В этой статье я расскажу какими простыми формулами можно воспользоваться для расчета такого сопротивления.

Возьмем для наглядности простейшую схему подключения светодиода, она выглядит следующим образом. Источник питания, сопротивление и светодиод. Все они включены последовательно. Куда ставить резистор совершенно не важно. Поскольку ток в цепи будет везде одинаковый.

Схема включения светодиода в цепь.

Для расчетов нам необходимо знать напряжение источника питания, номинальный ток светодиода и падение напряжения на нем. А формула будет следующая:

R = (Uист – ΔUvd) / Ivd * k

где,

Uист – напряжение источника питания, В

ΔUvd – падение напряжения на светодиоде, В

Ivd – ток светодиода, А

k – коэффициент надежности. От 1 до 1,5.

В эту формулу также можно добавить, коэффициент надежности (k). Если через светодиод пропустить ток меньше, чем его номинальный, тогда такой светодиод проработает еще дольше. Обычно этот коэффициент можно брать от 1 до 1,5. Чем больше эта цифра тем менее ярче от номинала горит светодиод. Если например взять значение 1,25 глазу будет не заметна разница с 1. А ток при этом будет меньше на четверть.

Сопротивление резистора мы узнали. Однако у него есть еще один параметр. Это мощность рассеивания. Чем больше этот параметр, тем больший ток он сможет выдержать не перегреваясь. Давайте его посчитаем. Формула расчета будет такая:

P = (Uист – ΔUvd) * Ivd

где,

Uист – напряжение источника питания, В

ΔUvd – падение напряжения на светодиоде, В

Ivd – ток светодиода, А

Посчитаем несколько примеров.

Скажем имеется светодиод. Его номинальный ток 20мА. Падение напряжения на нем 2В. Источник питания возьмем на 12В.

Рассчитаем сопротивление.

R = (12 – 2) / 0,02 * 1 = 500 Ом.

Такого резистора нет, не считая прецизионных. Поэтому воспользуемся номинальным рядом сопротивлений и возьмем ближайший больший. Это будет 510 Ом.

Номинальные ряд сопротивлений. Это самый распространенный ряд.

А теперь посчитаем какая мощность на нем будет рассеиваться.

P = (12 – 2) * 0,02 = 0,2 Вт

Резисторы бывают разной мощности. Нам нужно взять такой, который сможет рассеивать на себе мощность большую, чем та, которую мы посчитали. Воспользуемся номинальным рядом мощности рассеивания резисторов. В нашем случае 0,125Вт будет маловато, поэтому возьму 0,25Вт.

Номинальный ряд мощности резистора и его обозначение на схеме

Получается, что нам нужен резистор номиналом 510 Ом и мощностью 0,25Вт для подключения нашего светодиода к источнику питания 12В.

Посчитаем другой пример.

Возьмем Li-Ion аккумулятор с напряжением 4,2В и индикаторный светодиод на 2,2В и током 20мА.

Тогда расчеты будут следующие.

R = (4,2 – 2,2) / 0,02 * 1 = 100 Ом.

P = (4,2 – 2,2) * 0,02 * 1 = 0,04 Вт

Тут получилось, что резистор нужен на 100 Ом мощностью 0,125Вт.

А теперь подключим этот же светодиод к источнику питания на 24В.

R = (24 – 2,2) / 0,02 * 1 = 1090 Ом.

P = (24 – 2,2) * 0,02 * 1 = 0,436 Вт.

Мощность резистора возьмем 0,5Вт. А вот сопротивления такого из стандартного ряда нет. Поэтому я возьму на 1,1кОм. С ним ток в цепи будет немного меньше но глазу будет совсем незаметна разница.

А теперь давайте попробуем один пример на практике и проверим расчеты. Я возьму светодиод и подключу его к источнику питания 12В.

Светодиод 3мм. Ток 20мА. Падение напряжения 2В.

Для этого мне потребуется резистор, как мы считали ранее номиналом 510 Ом и мощностью 0,25Вт.

Резистор номиналом 510Ом, мощность 0.25Вт.

Проверять я все буду на макетной плате. Она удобна тем, что не надо ничего паять.

Отверстия на ней соединены вот таким образом и можно представить их в виде проводов.

Узнать где у светодиода анод, а где катод можно несколькими способами:

Можно мысленно перечеркнуть ножки светодиода и там, где линия пересечет одну из ножек и будет плюс.

Анод справа

Также можно посмотреть на светодиод ближе. Большая контактная площадка внутри будет минусом. А маленькая соответственно плюс.

Катод слева

Еще катод можно определить по срезу на корпусе светодиода.

Ну и конечно же можно проверить мультиметром в режиме прозвонки диодов.

Соединяем все последовательно, согласно нашей схемы. И как мы видим все отлично работает. Падение напряжения на резисторе почти 10В, а на светодиоде 2В.

Падение напряжения на резисторе 10В

Падение напряжения на светодиоде 2В

Для того, чтобы измерить ток, протекающий в цепи, нужно амперметр включить последовательно в цепь. Ток в цепи составляет 20мА. Как мы видим все расчеты полностью совпали с реальностью. Резистор не перегревается, а светодиод в таком режиме прослужит долго и не сгорит.

Также довольно часто бывает, что нужно подключить несколько светодиодов к одному источнику питания.

Схемы включения нескольких светодиодов бывают разные. Например:

Можно подключить все светодиоды последовательно. Это самая экономичная схема. Ток в такой цепи протекает равный току 1 светодиода, а напряжение всех светодиодов суммируется. Если например на каждом светодиоде будет падать по 2,2В, а их всего 5. То согласно второму закону Кирхгофа на резисторе упадет всего 1В. Ток в цепи скажем будет 20мА. И получается, что на резисторе будет выделяться всего 0,02Вт. Минусы такой схемы в том, что если выйдет из строя 1 светодиод погаснут все остальные. А если он еще и замкнет тогда ток в цепи вырастет и могут выйти из строя все остальные светодиоды.

Последовательное подключение светодиодов

Параллельно. Резистор тут можно поставить один общий. Ток в такой цепи через резистор, согласно первому закону Кирхгофа, будет равен сумме токов 4х светодиодов. Например: I = 0,02 * 4 = 0,08 мА. А падение напряжения на резисторе составит ΔUr = 12 – 2,2 = 9,8 В. Отсюда следует, что резистор будет работать в качестве обогревателя и на нем выделится в виде тепла 0,784Вт.

Параллельное подключение светодиодов.

Или последовательно-параллельно. Причем резистор в этом случае можно поставить отдельно для каждой ветки цепи или один общий.

последовательно-параллельное подключение светодиодов.

Я разобрал все основные моменты по подключению светодиодов. В конце статьи я оставлю ссылку на калькулятор, который я сделал в excel. Он позволит быстро и точно посчитать все параметры автоматически, как я описывал выше. Также оставлю ссылки на все компоненты и инструменты из видео.

А в случае с подключением мощных светодиодов или светодиодных сборок нужно использовать специальные светодиодные драйверы. Об этом я расскажу уже совсем скоро. А чтобы не пропустить новые статьи и видео, подпишитесь на канал и ставьте лайк кому понравилось.

Ссылка на калькулятор резистора для светодиода.

Следующая статья: “Как подключить мощный светодиод?”

Компоненты и инструменты из видео:

* Мультиметр

* Токоизмерительные клещи

* Зажимы для мультиметра

* Мой паяльник

* Маленькие крокодильчики

* Простой вольтметр

* Светодиоды

* Провода-перемычки

* Макетная плата большая

* Макетная плата маленькая

* Резисторы по 100шт.

* Резисторы разные 2600шт.(по 20шт каждого номинала)

* LM317

Какой резистор нужен для светодиода на 3 вольта

Самая простая гирлянда из светодиодов на 3 вольта

Светодиоды разного цвета имеют свою рабочую зону напряжения. Если мы видим светодиод на 3 вольта, то он может давать белый, голубой или зеленый свет. Напрямую подключать его к источнику питания, который генерирует более 3 вольт нельзя.

Расчет сопротивления резистора

Чтобы понизить напряжение на светодиоде, в цепь перед ним последовательно включают резистор. Основная задача электрика или любителя будет заключаться в том, чтобы правильно подобрать сопротивление.

В этом нет особой сложности. Главное, знать электрические параметры светодиодной лампочки, вспомнить закон Ома и определение мощности тока.

R=Uна резисторе/Iсветодиода

Iсветодиода – это допустимый ток для светодиода. Он обязательно указывается в характеристиках прибора вместе с прямым падением напряжения. Нельзя, чтобы ток, проходящий по цепи, превысил допустимую величину. Это может вывести светодиодный прибор из строя.

Зачастую на готовых к использованию светодиодных приборах пишут мощность (Вт) и напряжение или ток. Но зная две из этих характеристик, всегда можно найти третью. Самые простые осветительные приборы потребляют мощность порядка 0,06 Вт.

При последовательном включении общее напряжение источника питания U складывается из Uна рез. и Uна светодиоде. Тогда Uна рез.=U-Uна светодиоде

Предположим, необходимо подключить светодиодную лампочку с прямым напряжением 3 вольта и током 20 мА к источнику питания 12 вольт. Получаем:

R=(12-3)/0,02=450 Ом.

Обычно, сопротивление берут с запасом. Для того ток умножают на коэффициент 0,75. Это равносильно умножению сопротивления на 1,33.

Следовательно, необходимо взять сопротивление 450*1,33=598,5=0,6 кОм или чуть больше.

Мощность резистора

Для определения мощности сопротивления применяется формула:

P=U²/ R= Iсветодиода*(U-Uна светодиоде)

В нашем случае: P=0,02*(12-3)=0,18 Вт

Такой мощности резисторы не выпускаются, поэтому необходимо брать ближайший к нему элемент с большим значением, а именно 0,25 ватта. Если у вас нет резистора мощность 0,25 Вт, то можно включить параллельно два сопротивления меньшей мощности.

Количество светодиодов в гирлянде

Аналогичным образом рассчитывается резистор, если в цепь последовательно включено несколько светодиодов на 3 вольта. В этом случае от общего напряжения вычитается сумма напряжений всех лампочек.

Все светодиоды для гирлянды из нескольких лампочек следует брать одинаковыми, чтобы через цепь проходил постоянный одинаковый ток.

Максимальное количество лампочек можно узнать, если разделить U сети на U одного светодиода и на коэффициент запаса 1,15.

N=12:3:1,15=3,48

К источнику в 12 вольт можно спокойно подключить 3 излучающих свет полупроводника с напряжением 3 вольта и получить яркое свечение каждого из них.

Мощность такой гирлянды довольно маленькая. В этом и заключается преимущество светодиодных лампочек. Даже большая гирлянда будет потреблять у вас минимум энергии. Этим с успехом пользуются дизайнеры, украшая интерьеры, делая подсветку мебели и техники.

На сегодняшний день выпускаются сверхяркие модели с напряжением 3 вольта и повышенным допустимым током. Мощность каждого из них достигает 1 Вт и более, и применение у таких моделей уже несколько иное. Светодиод, потребляющий 1-2 Вт, применяют в модулях для прожекторов, фонарей, фар и рабочего освещения помещений.

Примером может служить продукция компании CREE, которая предлагает светодиодные продукты мощностью 1 Вт, 3Вт и т. д. Они созданы по технологиям, которые открывают новые возможности в этой отрасли.

le-diod.ru

Расчет резистора для светодиода

Привет друзья! Сегодня мы с вами будем рассчитывать резистор для светодиода. Не буду лить много воды, а сразу перейду к делу и объясню алгоритм расчета. Все что нам понадобится, это закон Ома для участка цепи!

Задача. Имеем источник напряжения 12 Вольт, необходимо запитать светодиод напряжением 3 Вольта, чтобы последний не сгорел.

Схема подключения выглядит следующим образом:

Смысл тут прост. Если напряжение источника 12 Вольт, а напряжение светодиода 3 Вольта, то необходим такой резистор R1, чтобы на нем падало 9 Вольт.

Если был бы источник напряжения 36 Вольт, то необходим резистор R1 такого номинала, чтобы на нем падало 33 Вольта. Теперь давайте считать!

Источник напряжения 12 Вольт, светодиод питается 3 Вольтами, падение на резисторе R1 = 12-3=9 Вольт.
Ток, потребляемый 3 Вольтовым светодиодом в среднем 20 мА = 0,02 Ампер.
Далее вступает в бой закон Ома, I=U/R, отсюда следует, что R=U/I.
R1=9 Вольт/ 0,02 Ампер = 450 Ом. (на данном этапе нужно подставить в формулу не напряжение питания, а напряжение, которое должно упасть на резисторе R1).
Выбираем резистор из стандартного ряда, R1 = 470 Ом.
Далее мы рассчитаем минимальную мощность резистора. Напряжение, которое падает на резисторе 9 Вольт. Ток, текущий через резистор 0,02 Ампер.
Мощность находится по следующей формуле P=I*U, P= 9 Вольт*0,02 Ампер = 0,18 Вт.
Выбираем мощность резистора из стандартного ряда, P = 0,25 Вт.

Расчет окончен, наш резистор R1 = 470 Ом, 0,25 Вт.

Теперь давайте соберем схему и убедимся на практике в правильности нашего расчета. Резистор на 470 кОм я не нашел, но собрал из двух одни, на 480 кОм.

Напряжение на выходе источника напряжения 12 Вольт.

Напряжение, падающее на светодиоде равно 3,15 Вольт, остальное напряжение падает на резисторе (8,85 Вольт).

Ну и ток, протекающий через резистор и светодиод равен 18 мА.

В принципе расчет верен.

audio-cxem.ru

Расчет резистора для светодиода, калькулятор

Светодиод имеет очень небольшое внутреннее сопротивление, если его подключить напрямую к блоку питания, то сила тока будет достаточной высокой, чтобы он сгорел. Медные или золотые нити, которыми кристалл подключается к внешним выводам, могут выдерживать небольшие скачки, но при сильном превышении перегорают и питание прекращает поступать на кристалл. Онлайн расчёт резистора для светодиода производится на основе его номинальной рабочей силы тока.

Содержание

1. Онлайн калькулятор
2. Основные параметры
3. Особенности дешёвых ЛЕД

Онлайн калькулятор

Предварительно составьте схему подключения, чтобы избежать ошибок в расчётах. Онлайн калькулятор покажет вам точное сопротивление в Омах. Как правило окажется, что резисторы с таким номиналом не выпускаются, и вам будет показан ближайший стандартный номинал. Если не удаётся сделать точный подбор сопротивления, то используйте больший номинал. Подходящий номинал можно сделать подключая сопротивление параллельно или последовательно. Расчет сопротивления для светодиода можно не делать, если использовать мощный переменный или подстроечный резистор. Наиболее распространены типа 3296 на 0,5W. При использовании питания на 12В, последовательно можно подключить до 3 LED.

Резисторы бывают разного класса точности, 10%, 5%, 1%. То есть их сопротивление может погрешность в этих пределах в положительную или отрицательную сторону.

Не забываем учитывать и мощность токоограничивающего резистора, это его способность рассеивать определенное количество тепла. Если она будет мала, то он перегреется и выйдет из строя, тем самым разорвав электрическую цепь.

Чтобы определить полярность можно подать небольшое напряжение или использовать функцию проверки диодов на мультиметре. Отличается от режима измерения сопротивления, обычно подаётся от 2В до 3В.

Основные параметры

Отличие характеристик кристаллов для дешевых ЛЕД

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно. Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В.

Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения:

цвета синий, красный, зелёный, желтый;
трёхцветный RGB;
четырёхцветный RGBW;
двухцветный, теплый и холодный белый.

Особенности дешёвых ЛЕД

Прежде чем подобрать резистор для светодиода на онлайн калькуляторе, следует убедится в параметрах диодов. Китайцы на Aliexpress продают множество led, выдавая их за фирменные. Наиболее популярны модели SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Всё самое плохое обычно делается под брендом Epistar.

Например, чаще всего китайцы обманывают на SMD5630 и SMD5730. Цифры в маркировке обозначают лишь размер корпуса 5,6мм на 3,0мм. В фирменных такой большой корпус используется для установки мощных кристаллов на 0,5W , поэтому у покупателей диодов СМД5630 напрямую ассоциируется с мощностью 0,5W. Хитрый китаец этим пользуется, и в корпус 5630 устанавливает дешевый и слабенький кристалл в среднем на 0,1W , при этом указывая потребление энергии 0,5W.

Китайские светодиодные лампы кукурузы

Наглядным примером будут автомобильные лампы и светодиодные кукурузы, в которых поставлено большое количество слабеньких и некачественных ЛЕД чипов. Обычный покупатель считает, чем больше светодиодов чем лучше светит и выше мощность.

Автомобильные лампы на самых слабых лед 0,1W

Чтобы сэкономить денежку, мои светодиодные коллеги ищут приличные ЛЕД на Aliexpress. Ищут хорошего продавца, который обещает определённые параметры, заказывают , ждут доставку месяц. После тестов оказывается, что китайский продавец обманул, продал барахло. Повезёт, если на седьмой раз придут приличные диоды, а не барахло. Обычно сделают 5 заказов, и не добившись результата и идут делать заказ в отечественный магазин, который может сделать обмен.

Download WordPress ThemesFree Download WordPress ThemesPremium WordPress Themes DownloadDownload Best WordPress Themes Free Downloadudemy paid course free downloadDownload WordPress Themesdownload udemy paid course for free

led-obzor.ru

Как подключить светодиод к батарейке: 1,5 и 3 Вольта, 9В Крона

Доступность и относительно невысокие цены на сверхъяркие светодиоды (LED) позволяют использовать их в различных любительских устройствах. Начинающие радиолюбители, впервые применяющие LED в своих конструкциях, часто задаются вопросом, как подключить светодиод к батарейке? Прочтя этот материал, читатель узнает, как зажечь светодиод практически от любой батарейки, какие схемы подключения LED можно использовать в том или ином случае, как выполнить расчет элементов схемы.

К каким батарейкам можно подключать светодиод?

В принципе, просто зажечь светодиод, можно от любой батарейки. Разработанные радиолюбителями и профессионалами электронные схемы позволяют успешно справиться с этой задачей. Другое дело, сколько времени будет непрерывно работать схема с конкретным светодиодом (светодиодами) и конкретной батарейкой или батарейками.

Для оценки этого времени следует знать, что одной из основных характеристик любых батарей, будь то химический элемент или аккумулятор, является емкость. Емкость батареи – С выражается в ампер-часах. Например, емкость распространенных пальчиковых батареек формата ААА, в зависимости от типа и производителя, может составлять от 0.5 до 2.5 ампер-часов. В свою очередь светоизлучающие диоды характеризуются рабочим током, который может составлять десятки и сотни миллиампер. Таким образом, приблизительно рассчитать, на сколько хватит батареи, можно по формуле:

T= (C*Uбат)/(Uраб.led*Iраб.led)

В данной формуле в числителе стоит работа, которую может совершить батарея, а в знаменателе мощность, которую потребляет светоизлучающий диод. Формула не учитывает КПД конкретно схемы и того факта, что полностью использовать всю емкость батареи крайне проблематично.

При конструировании приборов с батарейным питанием обычно стараются, чтобы их ток потребления не превышал 10 – 30% емкости батареи. Руководствуясь этим соображением и приведенной выше формулой можно оценить сколько нужно батареек данной емкости для питания того или иного светодиода.

Как подключить от пальчиковой батарейки АА 1,5В

К сожалению, не существует простого способа запитать светодиод от одной пальчиковой батарейки. Дело в том, что рабочее напряжение светоизлучающих диодов обычно превышает 1.5 В. Для сверхьярких светодиодов эта величина лежит в диапазоне 3.2 – 3.4В. Поэтому для питания светодиода от одной батарейки потребуется собрать преобразователь напряжения. Ниже приведена схема простого преобразователя напряжения на двух транзисторах с помощью которого можно питать 1 – 2 сверхъярких LED с рабочим током 20 миллиампер.

Данный преобразователь представляет собой блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2, трансформаторе Т1 и резисторе R1. Блокинг-генератор вырабатывает импульсы напряжения, которые в несколько раз превышают напряжение источника питания. Диод VD1 выпрямляет эти импульсы. Дроссель L1, конденсаторы C2 и С3 являются элементами сглаживающего фильтра.

Транзистор VT1, резистор R2 и стабилитрон VD2 являются элементами стабилизатора напряжения. Когда напряжение на конденсаторе С2 превысит 3.3 В, стабилитрон открывается и на резисторе R2 создается падение напряжения. Одновременно откроется первый транзистор и запирет VT2, блокинг-генератор прекратит работу. Тем самым достигается стабилизация выходного напряжения преобразователя на уровне 3.3 В.

В качестве VD1 лучше использовать диоды Шоттки, которые имеют малое падение напряжения в открытом состоянии.

Трансформатор Т1 можно намотать на кольце из феррита марки 2000НН. Диаметр кольца может быть 7 – 15 мм. В качестве сердечника можно использовать кольца от преобразователей энергосберегающих лампочек, катушек фильтров компьютерных блоков питания и т. д. Обмотки выполняют эмалированным проводом диаметром 0.3 мм по 25 витков каждая.

Данную схему можно безболезненно упростить, исключив элементы стабилизации. В принципе схема может обойтись и без дросселя и одного из конденсаторов С2 или С3 . Упрощенную схему может собрать своими руками даже начинающий радиолюбитель.

Cхема хороша еще тем, что будет непрерывно работать, пока напряжение источника питания не снизится до 0.8 В.

Как подключить от 3В батарейки

Подключить сверхъяркий светодиод к батарее 3 В можно не используя никаких дополнительных деталей. Так как рабочее напряжение светодиода несколько больше 3 В, то светодиод будет светить не в полную силу. Иногда это может быть даже полезным. Например, используя светодиод с выключателем и дисковый аккумулятор на 3 В (в народе называемая таблеткой), применяемый в материнских платах компьютера, можно сделать небольшой брелок-фонарик. Такой миниатюрный фонарик может пригодиться в разных ситуациях.

От такой батарейки — таблетки на 3 Вольта можно запитать светодиод

Используя пару батареек 1.5 В и покупной или самодельный преобразователь для питания одного или нескольких LED, можно изготовить более серьезную конструкцию. Схема одного из подобных преобразователей (бустеров) изображена на рисунке.

Бустер на основе микросхемы LM3410 и нескольких навесных элементов имеет следующие характеристики:

входное напряжение 2.7 – 5.5 В.
максимальный выходной ток до 2.4 А.
количество подключаемых LED от 1 до 5.
частота преобразования от 0.8 до 1.6 МГц.

Выходной ток преобразователя можно регулировать, изменяя сопротивление измерительного резистора R1. Несмотря на то, что из технической документации следует, что микросхема рассчитана на подключение 5-ти светодиодов, на самом деле к ней можно подключать и 6. Это обусловлено тем, что максимальное выходное напряжение чипа 24 В. Еще LM3410 позволяет регулировать яркость свечения светодиодов (диммирование). Для этих целей служит четвертый вывод микросхемы (DIMM). Диммирование можно осуществлять, изменяя входной ток этого вывода.

Как подключить от 9В батарейки Крона

«Крона» имеет относительно небольшую емкость и не очень подходит для питания мощных светодиодов. Максимальный ток такой батареи не должен превышать 30 – 40 мА. Поэтому к ней лучше подключить 3 последовательно соединенных светоизлучающих диода с рабочим током 20 мА. Они, как и в случае подключения к батарейке 3 вольта не будут светить в полную силу, но зато, батарея прослужит дольше.

Схема питания от батарейки крона

В одном материале трудно осветить все многообразие способов подключения светодиодов к батареям с различным напряжением и емкостью. Мы постарались рассказать о самых надежных и простых конструкциях. Надеемся, что этот материал будет полезен как начинающим, так и более опытным радиолюбителям.

ledno.ru

Расчет сопротивления резистора для блока питания. Калькулятор расчета сопротивления для светодиодов

Светодиод – это полупроводниковый элемент , который применяется для освещения. Применяется в фонарях, лампах, светильниках и других осветительных приборах. Принцип его работы заключается в том, что при протекании тока через светоизлучающий диод происходит высвобождение фотонов с поверхности материала полупроводника, и диод начинает светиться.

Надежная работа светодиода зависит от тока , протекающего через него. При заниженных значениях, он просто не будет светить, а при превышении значения тока – характеристики элемента ухудшатся, вплоть до его разрушения. При этом говорят – светодиод сгорел. Для того чтобы исключить возможность выхода из строя этого полупроводника необходимо подобрать в цепь с включенным в нее, резистором. Он будет ограничивать ток в цепи на оптимальных значениях.

Для работы радиоэлемента на него нужно подать питание. По закону Ома , чем больше сопротивление отрезка цепи, тем меньший ток по нему протекает. Опасная ситуация возникает, если в схеме течет больший ток, чем положено, так как каждый элемент не выдерживает большей токовой нагрузки.

Сопротивление светодиода является нелинейным. Это значит, что при изменении напряжения, подаваемого на этот элемент, ток, протекающий через него, будет меняться нелинейно. Убедиться в этом можно, если найти вольт – амперную характеристику любого диода, в том числе и светоизлучающего. При подаче питания ниже напряжения открытия p – n перехода, ток через светодиод низкий, и элемент не работает. Как только этот порог превышен, ток через элемент стремительно возрастает, и он начинает светиться.

Если источник питания соединять непосредственно со светодиодом, диод выйдет из строя, так как не рассчитан на такую нагрузку. Чтобы этого не произошло – нужно ограничить ток, протекающий через светодиод балластным сопротивлением, или произвести понижение напряжения на важном для нас полупроводнике.

Рассмотрим простейшую схему подключения (рисунок 1). Источник питания постоянного тока подключается последовательно через резистор к нужному светодиоду, характеристики которого нужно обязательно узнать. Сделать это можно в интернете, скачав описание (информационный лист) на конкретную модель, или найдя нужную модель в справочниках. Если найти описание не представляется возможным, можно приблизительно определить падение напряжения на светодиоде по его цвету:

Инфракрасный – до 1.9 В.
Красный – от 1.6 до 2.03 В.
Оранжевый – от 2.03 до 2.1 В.
Желтый – от 2.1 до 2.2 В.
Зеленый – от 2.2 до 3.5 В.
Синий – от 2.5 до 3.7 В.

Фиолетовый – 2.8 до 4 В.
Ультрафиолетовый – от 3.1 до 4.4 В.
Белый – от 3 до 3.7 В.

Рисунок 1 – схема подключения светодиода

Ток в схеме можно сравнить с движением жидкости по трубе. Если есть только один путь протекания, то сила тока (скорость течения) во всей цепи будет одинакова. Именно так происходит в схеме на рисунке 1. Согласно закону Кирхгоффа, сумма падений напряжения на всех элементах, включенных в цепь протекания одного тока, равно ЭДС этой цепи (на рисунке 1 обозначено буквой Е). Отсюда можно сделать вывод, что напряжение, падающее на токоограничивающем резисторе должно быть равным разности напряжения питания и падения его на светодиоде.

Так как ток в цепи должен быть одинаковым, то и через резистор, и через светодиод ток получается одним и тем же. Для стабильной работы полупроводникового элемента, увеличения его показателей надежности и долговечности, ток через него должен быть определенных значений, указанных в его описании. Если описание найти невозможно, можно принять приблизительное значение тока в цепи 10 миллиампер. После определения этих данных уже можно вычислить номинал сопротивления резистора для светодиода. Он определяется по закону Ома. Сопротивление резистора равно отношению падения напряжения на нем к току в цепи. Или в символьной форме:

R = U (R)/ I ,

где, U (R) – падение напряжения на резисторе

I – ток в цепи

Расчет U (R) на резисторе:

U (R) = E – U (Led)

где, U (Led) – падение напряжения на светодиодном элементе.

С помощью этих формул получится точное значение сопротивления резистора. Однако, промышленностью выпускаются только стандартные значения сопротивлений так называемые ряды номиналов. Поэтому после расчета придется сделать подбор существующего номинала сопротивления. Подобрать нужно чуть больший резистор, чем получилось в расчете, таким образом, получится защита от случайного превышения напряжения в сети. Если подобрать близкий по значению элемент сложно, можно попробовать соединить два резистора последовательно, или параллельно.

Если подобрать сопротивление меньшей мощности, чем нужно в схеме, оно просто выйдет из строя. Расчет мощности резистора довольно прост, нужно падение напряжения на нём умножить на ток, протекающий в этой цепи. После чего нужно выбрать сопротивление с мощностью, не меньшей рассчитанной.

Пример расчета

Имеем напряжение питания 12В, зеленый светодиод. Нужно рассчитать сопротивление и мощность токоограничивающего резистора. Падение напряжения на нужном нам зеленом светодиоде равно 2,4 В, номинальный ток 20 мА. Отсюда вычисляем напряжение, падающее на балластном резисторе.

U (R) = E – U (Led) = 12В – 2,4В = 9,6В.

Значение сопротивления:

R = U (R)/ I = 9,6В/0,02А = 480 Ом.

Значение мощности:

P = U (R) ⋅ I = 9,6В ⋅ 0,02А = 0,192 Вт

Из ряда стандартных сопротивлений выбираем 487 Ом (ряд Е96), а мощность можно выбрать 0,25 Вт. Такой резистор нужно заказать.

В том случае, если нужно подключить несколько светодиодов последовательно, подключать их к источнику питания можно также с помощью только одного резистора, который будет гасить избыточное напряжение. Его расчет производится по указанным выше формулам, однако, вместо одного прямого напряжения U (Led) нужно взять сумму прямых напряжений нужных светодиодов.

Если требуется подключить несколько светоизлучающих элементов параллельно, то для каждого из них требуется рассчитать свой резистор, так как у каждого из полупроводников может быть свое прямое напряжение. Вычисления для каждой цепи в таком случае аналогичны расчету одного резистора, так как все они подключаются параллельно к одному источнику питания, и его значение для расчета каждой цепи одно и то же.

Этапы вычисления

Чтобы сделать правильные вычисления, необходимо выполнить следующее:

Выяснение прямого напряжения и тока светодиода.
Расчет падения напряжения на нужном резисторе.
Расчет сопротивления резистора.
Подбор сопротивления из стандартного ряда.
Вычисление и подбор мощности.

Этот несложный расчет можно сделать самому, но проще и эффективнее по времени воспользоваться калькулятором для расчета резистора для светодиода. Если ввести такой запрос в поисковик, найдется множество сайтов, предлагающих автоматизированный подсчет. Все необходимые формулы в этот инструмент уже встроены и работают мгновенно. Некоторые сервисы сразу предлагают также и подбор элементов. Нужно будет только выбрать наиболее подходящий калькулятор для расчета светодиодов, и, таким образом, сэкономить свое время.

Калькулятор светодиодов онлайн – не единственное средство для экономии времени в вычислениях. Расчет транзисторов, конденсаторов и других элементов для различных схем уже давно автоматизирован в интернете. Остается только грамотно воспользоваться поисковиком для решения этих задач.

Светодиоды – оптимальное решение для многих задач освещения дома, офиса и производства. Обратите внимание на светильники Ledz. Это лучшее соотношение цены и качества осветительной продукции, используя их, вам не придется самим делать расчеты и собирать светотехнику.

#s3gt_translate_tooltip_mini { display: none !important; }

В схемах со светодиодами обязательно используются 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 , 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.

При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор. Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих . 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 .

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

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. Например, 4 желтых светодиода BL-L513UYD фирмы Betlux Electronics с потреблением 20 мА каждый, потребуют от источника ток не менее 80 мА при параллельном включении. Здесь сопротивление и мощность резисторов для каждой пары «резистор – led» рассчитываются так же, как при подключении одиночного светодиода.

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:

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 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 распространенная на просторах интернета разработана Сергеем Войтевичем с портала ledz.org.

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.

Основным параметром, влияющим на долговечность светодиода, является электрический ток, величина которого строго нормируется для каждого типа LED-элемента. Одним из распространенных способов ограничения максимального тока является использование ограничительного резистора. Резистор для светодиода можно рассчитать без применения сложных вычислений на основании закона Ома, используя технические значения параметров диода и напряжение в цепи включения.

Особенности включения светодиода

Работая по одинаковому принципу с выпрямительными диодами, светоизлучающие элементы, тем не менее, имеют отличительные особенности. Наиболее важные из них:

Крайне отрицательная чувствительность к напряжению обратной полярности. Светодиод, включенный в цепь с нарушением правильной полярности, выходит из строя практически мгновенно.
Узкий диапазон допустимого рабочего тока через p-n переход.
Зависимость сопротивления перехода от температуры, что свойственно большинству полупроводниковых элементов.

На последнем пункте следует остановиться подробнее, поскольку он является основным для расчета гасящего резистора. В документации на излучающие элементы указывается допустимый диапазон номинального тока, при котором они сохраняют работоспособность и обеспечивают заданные характеристики излучения. Занижение величины не является фатальным, но приводит к некоторому снижению яркости. Начиная с некоторого предельного значения, прохождение тока через переход прекращается, и свечение будет отсутствовать.

Превышение тока сначала приводит к увеличению яркости свечения, но срок службы при этом резко сокращается. Дальнейшее повышение приводит к выходу элемента из строя. Таким образом, подбор резистора для светодиода преследует цель ограничить максимально допустимый ток в наихудших условиях.

Напряжение на полупроводниковом переходе ограничено физическими процессами на нем и находится в узком диапазоне около 1-2 В. Светоизлучающие диоды на 12 Вольт, часто устанавливаемые на автомобили, могут содержать цепочку последовательно соединенных элементов или ограничительную схему, включенную в конструкцию.

Зачем нужен резистор для светодиода

Использование ограничительных резисторов при включении светодиодов является пусть и не самым эффективным, зато самым простым и дешевым решением ограничить ток в допустимых пределах. Схемные решения, которые позволяют с высокой точностью стабилизировать ток в цепи излучателей достаточно сложны для повторения, а готовые имеют высокую стоимость.

Применение резисторов позволяет выполнять освещение и подсветку своими силами. Главное при этом – умение пользоваться измерительными приборами и минимальные навыки пайки. Грамотно рассчитанный ограничитель с учетом возможных допусков и колебаний температуры способен обеспечить нормальное функционирование светодиодов в течении всего заявленного срока службы при минимальных затратах.

Параллельное и последовательное включение светодиодов

С целью совмещения параметров цепей питания и характеристик светодиодов широко распространены последовательное и параллельное соединение нескольких элементов. У каждого типа соединений есть как достоинства, так и недостатки.

Параллельное включение

Достоинством такого соединения является использование всего одного ограничителя на всю цепь. Следует оговориться, что данное достоинство является единственным, поэтому параллельное соединение практически нигде не встречается, за исключением низкосортных промышленных изделий. Недостатки таковы:

Мощность рассеивания на ограничительном элементе растет пропорционально количеству параллельно включенных светодиодов.
Разброс параметров элементов приводит к неравномерности распределения токов.
Перегорание одного из излучателей ведет к лавинообразному выходу из строя всех остальных ввиду увеличения падения напряжения на параллельно включенной группе.

Несколько увеличивает эксплуатационные свойства соединение, где ток через каждый излучающий элемент ограничивается отдельным резистором. Точнее, это является параллельным соединением отдельных цепей, состоящих из светодиодов с ограничительными резисторами. Основное достоинство – большая надежность, поскольку выход из строя одного или нескольких элементов никаким образом не отражается на работе остальных.

Недостатком является тот факт, что из-за разброса параметров светодиодов и технологического допуска на номинал сопротивлений яркость свечения отдельных элементов может сильно различаться. Такая схема содержит большое количество радиоэлементов.

Параллельное соединение с индивидуальными ограничителями находит применение в цепях с низким напряжением, начиная с минимального, ограниченного падением напряжения на p-n переходе.

Последовательное включение

Последовательное включение излучающих элементов получило самое широкое распространение, поскольку несомненным достоинством последовательной цепи является абсолютное равенство тока, проходящего через каждый элемент. Поскольку ток через единственный ограничительный резистор и через диод одинаков, то и рассеиваемая мощность будет минимальной.

Существенный недостаток – выход из строя хотя бы одного из элементов приведет к неработоспособности всей цепочки. Для последовательного соединения требуется повышенное напряжение, минимальное значение которого растет пропорционально количеству включенных элементов.

Смешанное включение

Использование большого количества излучателей возможно при выполнении смешанного соединения, когда используют несколько параллельно включенных цепочек, и последовательного соединения одного ограничительного резистора и нескольких светодиодов.

Перегорание одного из элементов приведет к неработоспособности только одной цепи, в которой установлен данный элемент. Остальные будут функционировать исправно.

Формулы расчета резистора

Расчет сопротивления резистора для светодиодов базируется на законе Ома. Исходными параметрами для того, как рассчитать резистор для светодиода, являются:

напряжение цепи;
рабочий ток светодиода;
падение напряжения на излучающем диоде (напряжение питания светодиода).

Величина сопротивления определяется из выражения:

где U – падение напряжения на резисторе, а I – прямой ток через светодиод.

Падение напряжения светодиода определяют из выражения:

U = Uпит – Uсв,

где Uпит – напряжение цепи, а Uсв – паспортное падение напряжения на излучающем диоде.

Расчет светодиода для резистора дает значение сопротивления, которое не будет находиться в стандартном ряду значений. Брать нужно резистор с сопротивлением, ближайшим к вычисленному значению с большей стороны. Таким образом учитывается возможное увеличение напряжения. Лучше взять значение, следующее в ряду сопротивлений. Это несколько уменьшит ток через диод и снизит яркость свечения, но при этом нивелируется любое изменение величины питающего напряжения и сопротивления диода (например, при изменении температуры).

Перед тем как выбрать значение сопротивления, следует оценить возможное снижение тока и яркости по сравнению с заданным по формуле:

(R – Rст)R 100%

Если полученное значение составляет менее 5%, то нужно взять большее сопротивление, если от 5 до 10%, то можно ограничиться меньшим.

Не менее важный параметр, сказывающийся на надежности работы – рассеиваемая мощность токоограничительного элемента. Ток, проходящий через участок с сопротивлением, вызывает его нагрев. Для определения мощности, которая будет рассеиваться, используют формулу:

Используют ограничивающий резистор, чья допустимая мощность рассеивания будет превосходить расчетную величину.

Имеется светодиод с падением напряжения на нем 1.7 В с номинальным током 20 мА. Необходимо включить его в цепь с напряжением 12 В.

Падение напряжения на ограничительном резисторе составляет:

U = 12 – 1.7 = 10.3 В

Сопротивление резистора:

R = 10.3/0.02 = 515 Ом.

Ближайшее большее значение в стандартном ряду составляет 560 Ом. При таком значении уменьшение тока по сравнению с заданным составляет чуть менее 10%, поэтому большее значение брать нет необходимости.

Рассеиваемая мощность в ваттах:

P = 10.3 10.3/560 = 0.19 Вт

Таким образом, для данной цепи можно использовать элемент с допустимой мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Подключение светодиодной ленты

Светодиодные ленты выпускаются на различное напряжение питания. На ленте располагается цепь из последовательно включенных диодов. Количество диодов и сопротивление ограничительных резисторов зависят от напряжения питания ленты.

Наиболее распространенные типы светодиодных лент предназначены для подключения в цепь с напряжением 12 В. Использование для работы большего значения напряжения здесь также возможно. Для правильного расчета резисторов необходимо знать ток, идущий через единичный участок ленты.

Увеличение длины ленты вызывает пропорциональное увеличение тока, поскольку минимальные участки технологически соединены параллельно. Например, если минимальная длина отрезка составляет 50 см, то на ленту 5м из 10 таких отрезков придется возросший в 10 раз ток потребления.

Вот так светодиод выглядит в жизни:
А так обозначается на схеме:

Для чего служит светодиод?
Светодиоды излучают свет, когда через них проходит электрический ток.

Были изобретены в 70-е года прошлого века для смены электрических лампочек, которые часто перегорали и потребляли много энергии.

Подключение и пайка
Светодиоды должны быть подключены правильным образом, учитывая их полярность + для анода и к для катода Катод имеет короткий вывод, более короткую ножку. Если вы видите внутри светодиода его внутренности – катод имеет электрод большего размера (но это не официальные метод).

Светодиоды могут быть испорчены в результате воздействия тепла при пайке, но риск невелик, если вы паяете быстро. Никаких специальных мер предосторожности применять не надо для пайки большинства светодиодов, однако бывает полезно ухватиться за ножку светодиода пинцетом – для теплоотвода.

Проверка светодиодов
Никогда не подключайте светодиодов непосредственно батарее или источнику питания!
Светодиод перегорит практически моментально, поскольку слишком большой ток сожжет его. Светодиоды должны иметь ограничительный резистор.Для быстрого тестирования 1кОм резистор подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее. Не забывайте подключать светодиоды правильно, соблюдая полярность!

Цвета светодиодов
Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…

Многоцветные светодиоды
Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.

Расчет светодиодного резистора
Светодиод должен иметь резистор последовательно соединенный в его цепи, для ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он сгорит практически мгновенно…
Резистор R определяется по формуле:
R = (V S – V L ) / I

V S = напряжение питания
V L = прямое напряжение, расчётное для каждого типа диодов (как правилоот 2 до 4волт)
I = ток светодиода (например 20мA), это должно быть меньше максимально допустимого для Вашего диода
Если размер сопротивления не получается подобрать точно, тогда возьмите резистор большего номинала. На самом деле вы вряд-ли заметите разницу… совсем яркость свечения уменьшится совсем незначительно.
Например: Если напряжение питания V S = 9 В, и есть красный светодиод (V = 2V), требующие I = 20мA = 0.020A,
R = (- 9 В) / 0.02A = 350 Ом. При этом можно выбрать 390 Ом (ближайшее стандартное значение, которые больше).

Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома
Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где:
V = напряжение через резистор (V = S – V L в данном случае)
I = ток через резистор
Итак R = (V S – V L ) / I

Последовательное подключение светодиодов.
Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды.
Все светодиоды, которые соединены последовательно, долдны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечить соответствующее напряжение.

Пример расчета:
Красный, желтый и зеленый диоды – при последовательном соединении необходимо напряжение питания – не менее 8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником.
V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются).
Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A,
Резистором R = (V S – V L ) / I = (9 – 6) /0,015 = 200 Ом
Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).

Избегайте подключения светодиодов в параллели!
Подключение несколько светодиодов в параллели с помощью одного резистора не очень хорошая идея…

Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый.., что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

Мигающие светодиоды
Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек.

Цифробуквенные светодиодные индикаторы
Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны:)

Поиск подходящего резистора для вашей схемы | Родриго Соуза Коутиньо | Arduino Playground

Если вы подключите светодиод непосредственно к источнику питания 5 В на вашей Arduino, светодиод загорится… Это очень хорошо проиллюстрировано в этой симуляции с использованием EveryCircuit.

Несколько неудачная схема…

Чтобы светодиод не перегорел, нам нужно добавить резистор. Но какой резистор?

Первое, что нам нужно узнать, это характеристики светодиода. Стандартный красный светодиод имеет падение напряжения около 2 вольт и номинальный ток 20 миллиампер.Почему это важно? По закону Ома !

 В = RxI

Напряжение (В) равно сопротивлению (R), умноженному на ток (I). И что? Итак, у нас есть напряжение 5 В (это источник питания Arduino) и нам нужно 2 В (согласно спецификации светодиодов). Итак, нам нужно сбросить 5V-2V = 3V.

Кроме того, из-за технических характеристик светодиода мы знаем, что нам нужно 20 мА. Следуя закону Ома, мы получаем 3 В = R x 20 мА, поэтому R = 3 В / 20 мА = 150 Ом . Если мы вставим этот резистор, мы получим исправную схему:

Ярко-красный свет!

Посмотрите, все значения напряжения и тока там, где они должны быть! Вы можете немного увеличить сопротивление, это нормально.Свет станет тусклее, вот и все.

Если вам нужно получить подробную информацию о вашем светодиоде, проверьте эту таблицу. Если вам нужна помощь в вычислениях, воспользуйтесь этим светодиодным калькулятором.

Светодиоды последовательно

Чтобы иметь более одного светодиода в вашей цепи, вы можете подключить их двумя способами: последовательно или параллельно.

Компоненты, соединенные последовательно, соединяются по единому пути, например:

Простая последовательная схема

Чтобы рассчитать резистор, который вам нужен, просто добавьте напряжение: нам нужно 4 В (2 В + 2 В), и у нас есть 5 В.Значит, нам нужно сбросить 1 В.

Для тока просто используйте 20 мА. В последовательной цепи сила тока одинакова для всей цепи.

Посчитав, мы получаем 1 В / 20 мА = 50 Ом . Посмотрите, какие хорошие значения на схеме!

Готовимся к Рождеству!

Светодиоды в параллельном соединении

Другой способ подключения светодиодов – использование параллельных цепей. Примерно так:

светодиодов параллельно

Здесь математика немного другая. Напряжение одинаково для разных цепей, поэтому нам нужно будет сбросить 3 В с нашего источника питания 5 В.А ток разделен, поэтому нам понадобится 40 мА. Опять же, используя закон Ома: R = 3 В / 40 мА = 75 Ом.

Параллельное чудо!

Смешиваем все вместе

Теперь все в порядке, если у вас одинаковое количество светодиодов и, следовательно, вы можете использовать одинаковое напряжение и ток с обеих сторон … Но что, если у вас 3 светодиода?

Для этого нужно рассматривать каждый путь как отдельную цепь. Используя те же значения для резисторов, которые мы рассчитали ранее, вы можете построить эту схему:

Не все схемы созданы равными

Теперь вы можете весело провести время, добавив больше светодиодов в вашу схему.Просто обязательно проверьте спецификации светодиодов и не превышайте 500 мА для одной цепи – это столько, сколько может выдержать ваш Arduino.

У меня к вам вопрос.

Токоограничивающие резисторы для светодиодов

Ограничение тока в светодиодах очень важно. Светодиод ведет себя совсем не так, как резистор в цепи. Резисторы ведут себя линейно по закону Ома: V = IR. Например, увеличивая напряжение на резисторе, ток будет увеличиваться пропорционально, пока номинал резистора остается неизменным.Достаточно просто. Светодиоды не ведут себя подобным образом. Они ведут себя как диод с характеристикой ВАХ, отличной от характеристики резистора.

Например, для диодов существует спецификация, называемая характеристическим (или рекомендуемым) прямым напряжением (обычно между 1,5–4 В для светодиодов). Вы должны достичь характеристического прямого напряжения, чтобы «включить» диод или светодиод, но при превышении характеристического прямого напряжения сопротивление светодиода быстро падает. Поэтому светодиод начнет тянуть пучок тока и в некоторых случаях перегорает.Резистор используется последовательно со светодиодом, чтобы поддерживать ток на определенном уровне, который называется характеристическим (или рекомендуемым) прямым током.

Используя приведенную выше схему, вам нужно знать три значения, чтобы определить значение резистора, ограничивающего ток.

i = прямой ток светодиода в амперах (см. Техническое описание светодиода)
Vf = прямое падение напряжения на светодиодах в вольтах (см. Техническое описание светодиода)
Vs = напряжение питания

После получения этих трех значений подставьте их в это уравнение, чтобы определить резистор ограничения тока:

Также помните об этих двух концепциях при обращении к схеме выше.

Ток i, выходящий из источника питания через резистор и светодиод и обратно на землю, одинаков. (KCL)
Падение напряжения на резисторе, помимо прямого падения напряжения светодиода, равно напряжению питания. (КВЛ)

Пример 1

Какой номинал токоограничивающего резистора следует использовать, если у вас есть один светодиод и вы хотите запитать его напряжением питания Vs = 3,8 В?

Чтобы рассчитать токоограничивающий резистор, вам сначала нужно посмотреть в таблице данных (всегда сначала RTFM!), Чтобы узнать рекомендуемые характеристики прямого напряжения и прямого тока светодиода.В этом примере они составляют 3,1 В и 30 мА соответственно. Не забудьте преобразовать все ваши единицы в вольты, амперы или омы! например 1 мА = 0,001 А

Если вы подставите значения в приведенное выше уравнение, вы получите:

23,3 Ом может быть нечетным значением для поиска, поэтому округлите его до следующего наибольшего общего значения.

Пример 2

Что, если вы хотите запитать светодиод высокой мощности? Какой должна быть номинальная мощность резистора?

Назначение резистора – ограничить ток и, таким образом, потреблять некоторую мощность.Вы должны быть уверены, что номинальная мощность (мощность) вашего резистора достаточна для используемой мощности. Уравнение мощности:

Допустим, вы используете приведенный выше светодиод с напряжением питания 12 В, прямым напряжением светодиода 3,9 В и общим прямым током 1400 мА. Какую мощность выбрать для резистора?

На резисторе происходит падение напряжения, как и на светодиоде. Итак, согласно Закону о напряжении Кирхгофа:

Если вы решите падение напряжения на резисторе, вы получите 8.1В. Теперь у нас достаточно информации, чтобы подставить числа в уравнение мощности (не забудьте преобразовать все единицы в амперы и вольты, например, 1400 мА = 1,4 А):

Расчетное значение составляет примерно 12 Вт . Как правило, номинальная мощность резистора должна быть почти вдвое больше расчетной. Таким образом, резистора в районе 20-25 Вт будет достаточно. Кроме того, имейте в виду, что резистор на 20-25 Вт будет чертовски большим!

Руководство по проектированию контроллера светодиодного освещения XC9401 (6/9)

6.Выбор внешних компонентов неизолированной цепи

Выбор внешних компонентов неизолированной цепи поясняется ниже на примере неизолированной цепи, показанной на рис. 23. В этой схеме используется серия XC9401 типа B при 100 В переменного тока.

Рис.23 Неизолированный понижающий резистор 100 В перем. Тока, типовая прикладная цепь типа B

6-1. Количество светодиодов серии

Сначала описываются критерии выбора количества серий светодиодов в этом приложении.

Способ подключения светодиодов, количество серий светодиодов и ток светодиода играют важную роль в эффективном светодиодном освещении. Общее соотношение между количеством серий светодиодов и током светодиода при фиксированной выходной мощности светодиода показано на рис. 24.

Видно, что увеличение количества серий светодиодов снижает ток светодиода. Когда ток светодиода уменьшается в неизолированной цепи, потери в периферийных компонентах силовой цепи уменьшаются, эффективность повышается, и могут использоваться меньшие компоненты.Это позволяет уменьшить площадь и стоимость монтажа. Фактически возможно снизить общую стоимость светодиодов и периферийных компонентов, выбрав оптимальное значение для количества серий светодиодов.

Рис.24 Общая зависимость между количеством серий светодиодов и током светодиода при фиксированной выходной мощности светодиода

Когда входное напряжение велико, а напряжение на светодиодах мало в неизолированной цепи, время включения может в некоторых случаях стать меньше минимального времени включения t _ONMIN.Когда время включения меньше минимального, управление током светодиода невозможно, и ток светодиода становится выше установленного значения.
По этой причине выберите напряжение светодиода, которое удовлетворяет уравнению (6), чтобы время включения не становилось меньше минимального времени включения.

т _ONMIN	Минимум по времени
V _{Светодиод}	Напряжение светодиода
VF	Прямое напряжение выпрямительного диода
В _{rms_max}	Максимальное входное среднеквадратичное напряжение
т _ВЫКЛ	Время выключения 6.0 мкс (тип.)

В этом примере внешние компоненты будут выбраны на основе 20 серий светодиодов и тока светодиода 110 мА.

6-2. Мостовой диод (BR)

Это мостовой диод для двухполупериодного выпрямления переменного тока на входе. Выберите мостовой диод с пиковым обратным напряжением и средним выпрямительным током, которые более чем достаточны для входного напряжения и тока.

В этом примере пиковое значение входного тока составляет около 500 мА, а максимальное напряжение, подаваемое на диод моста, составляет около 282 В, и, следовательно, продукт с номинальным током 0.Выбрано 8А и номинальное напряжение 400В.

6-3. Входной фильтр (L1, C1, C2)

C1 и L1 образуют схему фильтра, которая снижает шум от входа переменного тока и шум, который возвращается на вход переменного тока. В типичном примере схемы (рис. 23) сформирован фильтр, который ослабляет шум 20 кГц и выше, чтобы удалить частоту переключения (от 50 кГц до 150 кГц) и более высокий шум. Значение емкости C1 должно быть небольшим, чтобы ограничить бросковый ток от входа переменного тока, поэтому выберите конденсатор, который составляет около 0.1 мкФ.

Потребуется настроить постоянные входного фильтра и схему фильтра, чтобы они соответствовали действующим нормам и стандартам.

Напряжение после двухполупериодного выпрямления сглаживается C2. Мерцание светодиода уменьшается за счет использования более высокой емкости для C2. Когда сглаженное напряжение Vrec после двухполупериодного выпрямления падает ниже напряжения светодиода, переключение прекращается и ток светодиода падает (рис. 25). Чем дольше прекращается переключение, тем сильнее падает ток светодиода, а когда он падает ниже 5% от своего пикового значения, возникает мерцание.(Определение PSE используется для определения мерцания.)

Чтобы предотвратить мерцание, напряжение светодиода и значение емкости C2 должны быть выбраны так, чтобы удовлетворять уравнению (7). Однако обратите внимание, что коэффициент мощности уменьшается с увеличением значения емкости.

Рис.25 Различные формы сигналов при мерцании

P _IN	Входная мощность
f	Рабочая частота 50 Гц / 60 Гц
V _{rms_min}	Минимальное входное среднеквадратичное напряжение

Пример расчета приведен ниже.
V _LED = 60V, I _LED = 0.11A, f = 50Hz, V _{rms_min} = 90V, минимальное значение емкости C2 составляет

и мерцания можно предотвратить, используя емкость 7,15 мкФ или выше.

Результат вышеуказанного расчета является идеальным значением.
Фактическое значение емкости, которое будет использоваться, можно рассчитать из отдельного файла расчетов.

6-4. Электропитание на вывод VDD (R5, R6, C3, ZD1)

Эта схема подает питание на вывод питания (вывод V _DD) ИС.Существует два метода питания: метод, использующий стабилитрон, и метод, использующий вспомогательную катушку трансформатора. Метод, в котором используется трансформатор, подает питание на вывод VDD через вспомогательную катушку. Это снижает потери в RVDD и позволяет получить более высокий КПД, чем метод стабилитрона.

В этом примере используется метод стабилитрона, но также объясняется метод вспомогательной катушки трансформатора. Выбор компонентов для каждого метода описан ниже.

Метод с использованием стабилитрона

Схема питания VDD с использованием стабилитрона показана на рис.26.

Рис.26 Схема питания ВДД на стабилитроне

ZD1

Это стабилитрон, который определяет напряжение, приложенное к выводу V _DD.
Используйте стабилитрон, соответствующий стандарту
Минимальное напряжение VDD (9 В) <напряжение стабилитрона <максимальное напряжение VDD (15 В)
В этом примере был выбран продукт с напряжением стабилитрона 12 В.

С _VDD

Этот конденсатор стабилизирует напряжение на выводе V _DD.Используйте конденсатор емкостью 10 мкФ или выше.
Если будет использоваться керамический конденсатор, выберите продукт, в котором электростатическая емкость падает минимально при применении смещения постоянного тока типа B (стандарты JIS) или X7R / X5R (стандарты EIA).

R _VDD

Это сопротивление определяет ток на выводе V _DD и ZD1 из сглаженного напряжения после двухполупериодного выпрямления. Ток, протекающий через RVDD, представляет собой постоянный ток питания ИС плюс ток для зарядки затвора внешнего силового MOSFET для переключения.Установка слишком высокого значения для этого сопротивления снижает напряжение на контакте V _DD и может вызвать нестабильную работу. Установка слишком низкого значения увеличивает потери в R _VDD и снижает эффективность. Поэтому важно установить соответствующее значение.

В этом примере общее значение тока питания ИС и тока для зарядки затвора внешнего силового MOSFET предполагается равным 1 мА, а для RVDD выбрано 66 кОм (общее значение R5 и R6 на рис. 23).

Оптимальное значение сопротивления зависит от входного напряжения, емкости затвора полевого МОП-транзистора с внешним питанием, значения индуктивности катушки и других параметров.Чтобы рассчитать используемое фактическое значение сопротивления, обратитесь к отдельному файлу расчета.

Метод с использованием трансформатора

Схема питания VDD с использованием трансформатора показана на рис. 27.

Рис.27 Схема питания ВДД с использованием трансформатора

LT1: Ток подается на вывод VDD с помощью вспомогательной катушки LT1.
Для выбора трансформатора обратитесь к разделу 6-6.
Д _VDD: Это выпрямительный диод, который подает напряжение питания от LT1. Напряжение обратного смещения V _Dvdd, которое зависит от напряжения светодиода и коэффициента трансформации трансформатора, как показано в уравнении (8), применяется к DVDD. Выберите диод с номинальным напряжением, подходящим для этого напряжения обратного смещения.

N1	Число обмоток первичной обмотки трансформатора
N _AUX	Число обмоток вспомогательной катушки трансформатора
V _DD	Напряжение на выводе VDD
В _{rms_max}	Максимальное входное среднеквадратичное напряжение
V _шип	Пик напряжения, сопровождающий переключение (до 50 В)

Пример расчета показан ниже.
N1 = 150, N _AUX = 30, V _DD = 12V, V _{rms_max} = 110V, V _spike = 50V, напряжение обратного смещения V _Dvdd равно

Такой же расчет выполняется в отдельном файле расчета. Пожалуйста, используйте этот файл.

С _VDD

Этот конденсатор стабилизирует напряжение на выводе V _DD. Используйте конденсатор емкостью 10 мкФ или выше. Если будет использоваться керамический конденсатор, выберите продукт, в котором электростатическая емкость падает минимально при применении смещения постоянного тока типа B (стандарты JIS) или X7R / X5R (стандарты EIA).

R _VDD

Это сопротивление используется для подачи тока на вывод VDD при запуске. Когда подается входное напряжение и напряжение на контакте V _DD поднимается выше напряжения отпускания UVLO, запускается выход GATE и происходит нормальная работа. После запуска питание в основном подается на вывод V _DD через вспомогательную катушку трансформатора.

Когда R _VDD велик и ток через R _VDD меньше, чем ток, потребляемый в ИС, напряжение на выводе VDD не поднимается выше, чем напряжение отпускания UVLO, и запуск невозможен.По этой причине выберите значение сопротивления для R _VDD, которое удовлетворяет уравнению (9). (Рис.27)

И _СТБ	Ток в режиме ожидания 225 мкА (тип.)
В _УВЛОР	Выходное напряжение УВЛО 7,5 В (тип.)
V _{rms_min}	Минимальное входное среднеквадратичное напряжение

Пример расчета показан ниже.
I _STB = 225 мкА, В _UVLOR = 7,5 В, В _{среднеквадратичное_мин} = 90 В, R _VDD равно

, и ИС можно запустить в обычном режиме, используя сопротивление ниже 532 кОм.
Такой же расчет выполняется в отдельном файле расчета. Пожалуйста, воспользуйтесь этим.

R _VDD1: Для подачи тока на вывод V _DD, L _{X_VDD} генерирует колебания и подает напряжение на вывод V _DD (см. Рис.28). Однако на самом деле всплеск напряжения иногда возникает в L _{X_VDD} и заставляет напряжение на выводе V _DD подниматься выше целевого напряжения V _DD (= V _LED × N3 / N2). Мера противодействия этому повышению напряжения на выводе V _DD состоит в том, чтобы вставить сопротивление в R _VDD1, чтобы уменьшить ток, подаваемый на вывод V _DD.

Рис.28 Рабочие осциллограммы (схема питания VDD с использованием трансформатора)

6-5.Катушка (L2)

В серии XC9401 время выключения внешнего силового MOSFET фиксировано и составляет 6,0 мкс (типичное значение), а пиковый ток катушки контролируется. По этой причине рабочий режим, непрерывный режим или прерывистый режим, определяется сглаженным напряжением после двухполупериодного выпрямления и значением индуктивности катушки.

В непрерывном режиме управления, который имеет фиксированное время выключения, ток светодиода в идеале не колеблется из-за колебаний входного напряжения.Однако в прерывистом режиме ток светодиода колеблется в зависимости от колебаний входного напряжения. По этой причине выбирайте катушку со значением индуктивности, подходящим для работы в непрерывном режиме. Подробный метод описан ниже.

Сначала вычислите по уравнению (10) минимальное значение индуктивности, необходимое для перехода в непрерывный режим. В непрерывном режиме отклонения тока светодиода из-за отклонений индуктивности меньше, когда значение индуктивности больше, поэтому выбирайте как можно большее значение индуктивности.Использование продукта с хорошей точностью индуктивности также может уменьшить колебания тока светодиода.

Если значение индуктивности слишком велико, частота переключения может попасть в слышимый диапазон (от 20 до 20 кГц), поэтому убедитесь, что индуктивность удовлетворяет приведенным ниже уравнениям, чтобы предотвратить переход в слышимый диапазон.

После того, как вы выбрали значение индуктивности, выберите катушку с учетом пикового тока катушки и тепловыделения.

V _{Светодиод}	Напряжение светодиода
VF	Прямое напряжение выпрямительного диода
I _{Светодиод}	Светодиодный ток
т _ВЫКЛ	Время выключения 6.0 мкс (тип.)
л	Значение индуктивности катушки
ΔI _L	Амплитуда тока катушки
В _{rec_min_ave}	Среднее значение напряжения, сглаженное после двухполупериодного выпрямления при минимальном входном напряжении (Расчет сложен, поэтому проверьте файл расчета.)

Пример расчета показан ниже.
Когда V _LED = 60V, VF = 1.0V, I _LED = 0.15A, t _OFF = 6.0 мкс, минимальное значение индуктивности составляет

и индуктивность 1,66 мГн или выше. Поскольку желательно минимизировать отклонения в токе светодиода, здесь выбрана катушка 3,3 мГн.
Затем мы проверяем, находится ли частота переключения в пределах слышимого диапазона при использовании выбранной индуктивности.
Когда L = 3,3 мГн, V _{rec_min_ave} = 120 В, ΔI _L = 0.11A, поэтому уравнение (11) равно

и видно, что частота переключения находится вне слышимого диапазона.
Чтобы выбрать катушку, которая будет фактически установлена, обратитесь к отдельному файлу расчета.

6-6. Диод маховика (D1)

Диод маховика для разряда энергии, накопленной в индуктивности, когда полевой МОП-транзистор Q1 находится в выключенном состоянии. Используйте маховик с коротким временем обратного восстановления. Диод с большим временем обратного восстановления отрицательно скажется на эффективности.
Поскольку пиковый ток достигает 180 мА, в этом примере выбран продукт с номинальным током 0,7 А.

6-7. МОП-транзистор, резистор затвора (R7)

Power MOSFET для переключения и резистор затвора для регулировки времени переключения.
Вставка сопротивления затвора позволяет замедлить время переключения полевого МОП-транзистора и снизить уровень высокочастотных электромагнитных помех. Однако большее сопротивление затвора и более низкая скорость переключения увеличивают потери при переключении полевого МОП-транзистора, что приводит к снижению эффективности.Оптимальное значение зависит от используемого МОП-транзистора, но обычно следует выбирать сопротивление затвора от 5 до 50 Ом.

Метод выбора полевого МОП-транзистора зависит от метода источника питания VDD. Методы выбора объясняются ниже.

Источник питания к выводу VDD ： Метод с использованием стабилитрона

Когда выбран полевой МОП-транзистор с большой емкостью затвора, ток для зарядки затвора, подаваемый на вывод VDD, больше, что приводит к увеличению потерь в R5 и R6 и снижению эффективности.Большие потери в R5 и R6 означают, что необходимо выбирать резисторы с более высокими допустимыми потерями, что увеличивает площадь монтажа и приводит к более высокой стоимости.
По этой причине важно выбрать полевой МОП-транзистор с небольшой емкостью затвора и повысить эффективность всей схемы. В этом примере IPD60R3K3C6 (общий заряд затвора: 4,6 нКл при 10 В) выбран как полевой МОП-транзистор с небольшой емкостью затвора.

Электропитание на вывод VDD ： Метод с использованием трансформатора

В отличие от метода стабилитрона, питание с высокой эффективностью подается через трансформатор на вывод V _DD, когда используется метод трансформатора, и, таким образом, используется полевой МОП-транзистор с небольшим сопротивлением в открытом состоянии для уменьшения потерь МОП-транзистора, даже если емкость затвора большой приводит к высокой эффективности.
По этой причине выбирайте полевой МОП-транзистор с небольшим сопротивлением в открытом состоянии.

6-8. Регулировка тока светодиода (R3, R4)

Чувствительный резистор, который регулирует ток внешнего силового полевого МОП-транзистора для регулировки тока светодиода. Ток светодиода устанавливается путем регулировки сопротивления срабатывания.
В типе B, используемом в этом примере, напряжение I _SEN сравнивается с внутренним опорным напряжением, а пиковое значение тока MOSFET определяется сопротивлениями считывания R3 и R4, как указано в уравнении (12).(См. Рис. 29.)

IP	Пиковое значение тока MOSFET (такое же, как пиковое значение тока катушки, описанное выше)
V _ISEN	I _SEN Напряжение 0,343 В (тип.)

Ток полевого МОП-транзистора, ток катушки и ток светодиода в непрерывном режиме в неизолированной цепи показаны на рисунке 30. Ток светодиода представляет собой среднее значение тока катушки и, следовательно, с использованием значений сопротивления, рассчитанных по формуле ( 13) для измерительных резисторов R3 и R4 ток светодиода можно отрегулировать до заданного значения.

В _ISEN	I _SEN Напряжение 0,343 В (тип.)
I _{Светодиод}	Заданное значение тока светодиода
V _{Светодиод}	Напряжение светодиода
VF	Прямое напряжение диода маховика
л	Значение индуктивности катушки
т _ВЫКЛ	Время выключения 6.0 мкс (тип.)

Рис.29 Ток MOSFET и напряжение I _SEN

Рис.30 Ток MOSFET, катушка, ток светодиода

Пример расчета показан ниже.
Когда V _ISEN = 0,3400 В, I _LED = 0,15 A, V _LED = 60 В, VF = 1,0 В, L = 3,3 мГн, t _ВЫКЛ. = 6,0 мкс, ток светодиода может быть установлен на 0,11 A, используя значения сопротивления для чувствительных резисторов R3 и R4, которые удовлетворяют.

Фактические используемые значения сопротивления должны быть рассчитаны по формуле, которая включает такие параметры, как задержка цепи, поэтому рассчитайте их с помощью отдельного файла расчетов.

6-9. Выходной конденсатор (C4)

Конденсатор, ограничивающий пульсирующий ток светодиода и пульсирующее напряжение.
Как и в этом примере, если сглаженное напряжение после двухполупериодного выпрямления Vrec никогда не падает ниже напряжения светодиода, мерцания не происходит, и для выходной емкости C4 можно использовать меньшее значение емкости.По этой причине керамический конденсатор может использоваться в качестве выходной емкости вместо электролитического конденсатора, и это позволяет повысить надежность светодиодного освещения.

Значение выходной емкости определяется коэффициентом пульсации тока светодиода. Если коэффициент пульсаций тока должен быть ниже 0,8 (ток пульсаций: 110 мА × 0,8 = 88 мА) для ILED = 110 мА, сначала вычислите допустимое колебание напряжения на основе используемой характеристики IV светодиода.Здесь это 0,35 В × 20 = 7,0 В из рис.31.

Если используется керамический конденсатор, выберите конденсатор для выходной емкости с большим значением емкости, чем указано в уравнении (14), чтобы получить Vripple = 7,0 В. Смещение постоянного тока, изменения температуры и другие условия приведут к падению емкости керамического конденсатора ниже номинального значения, поэтому выберите продукт, эффективная емкость которого удовлетворяет уравнению (14), принимая во внимание такие условия, как смещение постоянного тока и температура. изменения.

Рис.31 Характеристика светодиода IV

С	Минимальное значение эффективной емкости выходной емкости C4
Vripple	Допустимая пульсация напряжения на светодиодах
т _ВКЛ	вовремя
т _ВЫКЛ	Время выключения 6,0 мкс (тип.)
ΔI _L	Амплитуда тока катушки

Пример расчета показан ниже.
Когда Vripple = 9,0 В, t _ВКЛ = 6,05 мкс, t _ВЫКЛ = 6,0 мкс, ΔI _L = 0,11 А, минимальное значение эффективной емкости выходного конденсатора C4 составляет

Путем выбора емкости 0,024 мкФ или выше для эффективной емкости во время работы коэффициент пульсации тока можно поддерживать на уровне 0,8 или меньше.

Такой же расчет выполняется в отдельном файле расчета. Пожалуйста, воспользуйтесь этим.
Фактические эффекты ESR конденсатора и характеристики светодиода IV нелинейны, и поэтому значение может отличаться в зависимости от фактического оборудования.Перед выбором значения емкости проверьте фактическое оборудование.

6-10. Схема улучшения линейного регулирования

В серии XC9401 ток светодиода может иногда колебаться из-за колебаний входного напряжения, вызванных временем задержки внутри схемы и другими факторами. Если наблюдаются колебания входного напряжения тока светодиода, линейное регулирование можно улучшить с помощью схемы, показанной на рис. 32.

Для резисторов выберите такие значения сопротивления, чтобы напряжение, приложенное к обоим концам RL2, было равно 0.1 В или меньше. Использование этой схемы в качестве меры противодействия вызывает более низкий ток светодиода, чем обычно. По этой причине для чувствительных сопротивлений должны использоваться более низкие значения сопротивления, чем те, которые рассчитываются в уравнении (13).

Эффективность улучшения варьируется в зависимости от входного напряжения, значения индуктивности катушки и значения сопротивления срабатывания, поэтому проверьте это с помощью таблицы расчетов и на реальном оборудовании.

Рис.32 Схема улучшения линейного регулирования

Товаров Torex в этом артикуле

Расчет минимального номинала резистора для светодиода

Вы когда-нибудь задумывались, почему мы обычно видим резисторы на 330 Ом, используемые при соединении светодиодов с цифровой электроникой? Давайте разберемся, почему это так.

Почему имеет значение минимальный размер резистора? Потому что, если сопротивление слишком мало, мы можем повредить светодиод или, что еще хуже, окружающие схемы. Это заставит нас либо тратить время на устранение неполадок, почему что-то не работает должным образом, либо, что еще хуже, вызвать небольшое облако дыма на нашем рабочем месте, вынуждающее нас покупать новые компоненты или целые платы для разработки.

Во-первых, нам нужно понять электрическую среду, в которой будет использоваться резистор. Это включает в себя знание максимальных и минимальных значений для различных напряжений, токов и т. Д.что встретит резистор.

Цифровая электроника обычно имеет напряжение питания V _s, которое находится в диапазоне от 4,5 до 5,5 В.

Прямое напряжение, V _f, светодиода часто падает где-то между 1,2 В и 4,0 В в зависимости от типа светодиода.

Опять же, в зависимости от типа светодиода, максимальный рекомендуемый прямой ток, I _f, обычно находится в диапазоне 15-80 мА.

И, наконец, допуски резистора T _r обычно составляют от 1% до 10%.Это означает, что резистор с заданным значением 330 Ом и допуском 10% на самом деле может иметь сопротивление от 297 Ом (330–10%) или до 363 (330 + 10%) Ом.

Суммируем:

Напряжение питания: В _с = 5 ± 0,5 В
Прямое напряжение светодиода: В _f = 1,2-4,0 В
Максимальный рекомендуемый прямой ток светодиода: I _f = 15-80 мА
Допуск резистора : T _r = 1-10%

Чтобы рассчитать значение сопротивления, необходимое для резистора, включенного последовательно со светодиодом, мы воспользуемся законом Ома

. \ (\ большой V = IR \)

, которое можно переписать как

\ (\ large R = \ frac {V} {I} \)

и введите напряжение на резисторе и ток через резистор для значений V и I.

Чтобы определить минимальное необходимое значение сопротивления, нам нужно знать максимально возможное падение напряжения на резисторе вместе с наименьшим максимальным током через резистор. Кроме того, мы хотим учитывать наименьшее возможное значение сопротивления на основе его допуска. Принимая во внимание все это, предыдущее уравнение принимает вид

. \ (\ large R = \ frac {V_ {s (max)} – V_ {f (min)}} {I_ {f (min)} (1-T_ {r (max)})} \)

Вводя фактические значения в уравнение, получаем

\ (\ большой R = \ frac {5.5-1.2} {0,015 (1-0,1)} \ Approx318.5 \ hspace {0,25em} \ Omega \)

Поскольку это нестандартный размер резистора, мы хотим округлить его до следующего наибольшего стандартного значения, которое дает 330 Ом.

Это наименьшее сопротивление резистора, которое можно безопасно использовать почти со всеми светодиодами без повреждения светодиода или цифровой схемы, к которой он подключен. Однако значение резистора может быть меньше, чтобы обеспечить достаточную мощность для некоторых из более экзотических типов светодиодов. Кроме того, вам может потребоваться меньшее сопротивление резистора, чтобы получить более яркий светодиод, но будьте осторожны, так как у многих цифровых электронных устройств максимальный ток составляет 20 мА.

Давайте посмотрим на несколько реальных примеров:

Для стандартного красного светодиода 5 мм:

\ (\ large R = \ frac {5.5-1.7} {0.018 (1-0.1)} \ приблизительно234.6 \ hspace {0.25em} (240) \ hspace {0.25em} \ Omega \)

Для сверхяркого белого светодиода 10 мм:

\ (\ large R = \ frac {5.5-3.0} {0.07 (1-0.1)} \ приблизительно39.7 \ hspace {0.25em} (43) \ hspace {0.25em} \ Omega \)

Эти значения относятся к определенным светодиодам и могут быть слишком маленькими для некоторых светодиодов. Также обратите внимание, что для сверхяркого белого светодиода требуется ток, намного превышающий максимальный ток 20 мА, упомянутый ранее.

Следовательно, именно поэтому мы обычно видим резисторы на 330 Ом, используемые при подключении светодиодов к широкому спектру цепей.

Как всегда, сверьтесь с техническими описаниями компонентов, используемых в вашем конкретном приложении, чтобы определить наилучшие значения резисторов, необходимых для вашей схемы.

L6: Светодиоды – Физические вычисления

Содержание

Что такое светодиоды?
Что такое диоды?
1. Напряжение «включено» или «вперед» диода
2. График ВА для диодов
3. Рассеиваемая мощность диода
4. Напряжение пробоя
5. Анализ диода в цепи
  1. Шаг 1: Определение узлов и падений напряжения
  2. Шаг 2 : Решить для \ (V_R \)
  3. Шаг 3: Решить для тока \ (I \)
  4. Шаг 4: Решить для мощности на резисторе и диоде
  5. Отражение нашего решения
Использование светодиодов
1. LED Детали
2. График IV для светодиодов
  1. Осторожное включение светодиодов разного цвета в параллель
  2. Экспериментирование с соотношением тока и напряжения светодиодов
Токоограничивающие резисторы
1. Решение проблемы токоограничивающего резистора
  1. Шаг 1: Определение узлов и падений напряжения
  2. Шаг 2: Решите для \ (V_R \)
  3. Шаг 3: Проконсультируйтесь с таблицей данных для \ (I_F \)
  4. Шаг 4: Решите для \ (R_1 \)
  5. Какой резистор использовать?
  6. Использовать правила эквивалентности резисторов
  7. Проверить работу с симулятором
  8. Проверить работу на практике
2. Имеет ли значение, на какой стороне светодиода я размещаю резистор?
3. Что будет, если вы забудете токоограничивающий резистор?
Все еще запутались?
Действие
Ресурсы
1. Видео
2. Текст

После резисторов светодиоды являются наиболее распространенными электрическими компонентами, используемыми в физических вычислениях.Светодиоды являются энергоэффективными источниками света , а не на основе резистивных свойств и, следовательно, являются неомическими устройствами. Они бывают разных форм и размеров (см. Изображение ниже). В этом уроке вы узнаете о диодах и о том, как они работают, прежде чем погрузиться в светодиоды, о важности токоограничивающих резисторов и о том, как их использовать.

Рисунок. светодиодов различаются по цвету, размеру и форме. Изображение из Википедии.

Что такое светодиоды?

Светодиоды представляют собой тип диода, который представляет собой электрический компонент, который позволяет току течь только в одном направлении – например, улица с односторонним движением или обратный клапан в водопроводе.В отличие от традиционных ламп (источников света накаливания), светодиоды имеют множество преимуществ, в том числе: более низкое энергопотребление, более длительный срок службы, улучшенную физическую надежность, меньший размер и более быстрое переключение (их можно очень быстро включать и выключать).

Например, лампа накаливания преобразует примерно 5% своей энергии в видимый свет, остальная часть уходит в тепло. В частности, типичная лампа накаливания на 120 В может выдавать 16 люмен на ватт против 60 лм / Вт для компактных люминесцентных ламп и 150 лм / Вт для белых светодиодных ламп (источник).Кроме того, срок службы обычной лампы накаливания составляет примерно 1000 часов по сравнению с 20 000–30 000 часов для светодиодов.

В то время как основа светодиодной технологии была открыта в 1927 году (Википедия), первые светодиоды видимого спектра (красные светодиоды) были продемонстрированы только в 1960-х годах и намного позже, пока они не стали коммерчески жизнеспособными. Невероятно, но синий светодиод не был изобретен до 1990-х гг., Благодаря чему соавторы Сюдзи Накамура, Хироши Амано и Исаму Акасаки были удостоены Нобелевской премии по физике 2014 г.г., в середине 2010-х было продемонстрировано высокоэффективных экспериментальных белых светодиода, производящих 303 люмен на ватт электроэнергии). Акасаки недавно скончался (в апреле 2021 года), и у New York Times есть хороший некролог с интересной историей изобретения синих светодиодов.

Итак, хотя светодиоды сейчас повсеместно распространены, это относительно новая технология с активными исследованиями.

Что такое диоды?

Чтобы лучше понять светодиоды, сначала полезно немного узнать об обычных диодах и о том, как их использовать.Как уже отмечалось, диоды представляют собой особый тип полупроводниковых устройств, которые в идеале проводят ток только в одном направлении . См. Анимацию ниже.

Видео. Диоды позволяют току течь только в одном направлении – например, гаишники направляют машины на улицу с односторонним движением. На видео выше мы показываем, как ток течет через диод от его анодного вывода к его катоду. Но если мы поменяем ориентацию, ток остановится! Здесь вы можете поиграть со схемой.

Подобно резистору, диод имеет два вывода (также называемых выводами или ножками).В отличие от резисторов, они неомичны и, следовательно, не подчиняются закону Ома. А диод – это компонент с поляризацией , что означает, что его ориентация имеет значение (как показано на видео выше). Схематический символ диода указывает на его направленное размещение: стрелка указывает направление тока (и, аналогично, вертикальная катодная линия, которая видна как на символе, так и на самом устройстве, должна указывать на - ).

Рисунок. Схематическое обозначение диода и изображение реального диода, популярного 1N4001.Изображение сделано в PowerPoint.

Напряжение «включено» или «вперед» на диоде

Чтобы использовать диод, необходимо подать минимальное напряжение , которое обычно называется «напряжение включения» (\ (V_ {on} \)) или «прямое напряжение». напряжение »(\ (V_ {f} \)). Снова используя аналогию с гидравликой, представьте диод как дверь с пружинным спуском в водопроводной трубе (см. Изображение ниже). Дверь откроется только тогда, когда напор воды превысит определенный порог (преодоление силы пружины). Дверца также предотвращает обратный поток, поскольку она может открываться только в одном направлении (таким образом, вода может течь только в одном направлении в трубе).Довольно круто!

Типичное значение для \ (V_ {f} \) составляет 0,6–0,7 В, поэтому установка «текущего» предохранителя обратного тока в вашу схему «стоит» всего ~ 0,7 В. Зачем тебе это нужно? Например, чтобы защитить вашу схему на случай, если вы неправильно вставите батарею.

Рисунок. Гидравлический аналог для диодов. Я не могу найти первоисточник для этого изображения. Первоначально он был взят с курса Бьорна Хартманна CS294 в Калифорнийском университете в Беркли (но этой веб-страницы уже давно нет!).

График ВАХ для диодов

В резисторах существует линейная зависимость между напряжением и током.Для диодов это соотношение тока и напряжения составляет нелинейное . Когда приложенное напряжение меньше \ (V_f \), диод аналогичен разомкнутой цепи (отключен). Когда приложенное напряжение \ (V_s \) превышает \ (V_f \), «клапан» открывается, вызывая падение напряжения на \ (V_ {D} = V_ {f} \) на компоненте, и ток течет с очень небольшим сопротивлением. (в идеале вроде замкнутый выключатель).

Рисунок. Примерный график вольт-амперной характеристики (или I-V) для резисторов и диодов.Обратите внимание, что после того, как приложенное напряжение \ (V \) превышает прямое напряжение \ (V_f \) диода, диод «включается», и ток течет (и течет, как если бы диод был просто замкнутым переключателем). Изображение сделано в PowerPoint.

Обычно, когда достигается \ (V_f \), мы предполагаем, что падение напряжения \ (V_D \) на диоде остается относительно постоянным (например, 0,7 В) независимо от тока через него. Но это не совсем так. Фактически, \ (V_D \) продолжает немного изменяться, однако это изменение настолько мало в широком диапазоне токов, что мы можем смоделировать \ (V_D \) как постоянную.И это приближение подходит для наших целей.

Рисунок. Отношение тока к напряжению диода часто упрощают, как на рисунке справа, хотя \ (V_D \) действительно немного изменяется при увеличении тока. Изображение справа от UIUC ECE110.

Рассеиваемая мощность диода

Диоды, как и резисторы с максимальной номинальной мощностью, тоже! Для резистора \ (R \) мы вычисляем рассеиваемую мощность, исходя из падения напряжения на нем \ (V \), умноженного на ток \ (I \) через него (так, \ (P = V * I \)).То же самое и с диодом!

Напряжение пробоя

В идеале диоды блокировали бы любой ток, протекающий в направлении , обратном ; однако, если приложено достаточно большое «обратное» напряжение (, например, от -50 В до -100 В), тогда «люк» будет подавлен, и ток начнет течь в обратном направлении (опять же, как замкнутый переключатель) . В технических характеристиках диода это называется «напряжением пробоя» или «номинальным обратным напряжением».

Как получить «обратное напряжение»? Ну, самый простой способ – подключить источник напряжения задом наперед.Как правило, для наших целей вам не нужно об этом беспокоиться. Подробнее см. Здесь.

Вот почему мы используем термины «прямое напряжение» и «прямой ток», чтобы различать случай пробоя (с «обратным напряжением» и «обратным током»).

Анализ диода в цепи

Давайте проанализируем диод общего назначения 1N4001 в простой цепи с батареей 9 В и резистором 100 Ом. Ключевым моментом здесь является осознание того, что как только подаваемое нами напряжение превышает «включено» напряжение нашего диода \ (V_f \), мы можем смоделировать диод как провод.Хотя это и несовершенно, для наших целей это разумное упрощение.

Итак, давайте решим для тока \ (I \) в следующей схеме.

Рисунок. В этой простой схеме у нас есть батарея на 9 В, резистор 100 Ом и диод 1N4001. Как мы можем найти текущий \ (I \)? Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Шаг 1. Определение узлов и падений напряжения

Как и раньше, когда мы впервые начинаем анализировать схему, мы идентифицируем то, что знаем. В этой схеме нет ответвлений.Таким образом, мы знаем, что ток \ (I \) распределяется повсюду. Мы также можем идентифицировать три отдельных узла с разными уровнями напряжения, Node A , который напрямую подключен к нашей батарее, и, таким образом, \ (9V \), Node C , который подключен к отрицательной клемме нашей батареи, так что \ (0V \) и Node B , который находится между резистором \ (R_1 \) и диодом \ (D_1 \), поэтому должно иметь напряжение где-то между Node A и Node C .

Рисунок. При анализе цепи первое, что нужно сделать, – это наблюдать и идентифицировать то, что мы знаем. Мне нравится маркировать свои отдельные узлы (здесь для ясности окрашены). Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Шаг 2: Найдите \ (V_R \)

Закон Кирхгофа по напряжению гласит, что для последовательного тракта с замкнутым контуром алгебраическая сумма всех напряжений равна нулю. Это связано с сохранением энергии – контур цепи является замкнутым проводящим путем, поэтому потеря энергии не происходит.

В этом случае напряжение питания 9 В плюс падение напряжения \ (V_R \) на резисторе \ (R_1 \) и падение напряжения \ (V_D \) на диоде \ (D_1 \) должны равняться нулю.Другой способ записать это:

\ [V_ {CC} = V_R + V_D \]

Мы знаем, что \ (V_ {CC} = 9V \). Мы также знаем, что «включено» напряжение для диода 1N4001 составляет 0,7 В (что-либо меньше, и диод имеет почти бесконечное сопротивление, поэтому ток не течет). Таким образом, мы можем заменить 0,7 В на \ (V_D \), что даст:

\ [V_R = V_ {CC} – V_D \\ V_R = 9V – 0,7V \ V_R = 8.3V \]

Таким образом, \ ( V_R \) равно 8,3 В.

Рисунок. Используя закон Кирхгофа о напряжении, мы знаем, что \ (V_ {CC} = V_R + V_D \).Подставляя известные значения для \ (V_ {CC} = 9V \) и \ (V_D = 0.7V \), давайте решим падение напряжения \ (V_R \) вокруг резистора \ (R_1 \), которое составляет 8,3 В. Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Шаг 3: Найдите ток \ (I \)

Теперь, когда мы знаем \ (V_R = 8.3V \), мы можем использовать закон Ома для определения тока \ (I \) в нашей цепи, что просто \ (I = \ frac {V_R} {R_1} = \ frac {8,3 В} {100 Ом} = 0,083 А = 83 мА \). Таким образом, по нашей цепи (через резистор и диод) протекает ток \ (83 мА \).

Рисунок. Используя закон Ома, мы можем найти ток \ (I \) в нашей цепи. Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Мы также можем использовать наш надежный инструмент CircuitJS, чтобы смоделировать эту схему и проверить наш ответ. Как показывает моделирование ниже, наш расчет \ (83 мА \) был точным (даже несмотря на то, что мы упростили истинную работу диода по току-напряжению).

Видео. В этом видео показано моделирование CircuitJS базовой схемы резистор-диод с батареей 9 В, резистором 100 Ом и диодом 1N4001.Здесь вы можете поиграть со схемой.

Шаг 4: Решите для мощности на резисторе и диоде

Последний шаг – проверить, каковы наши показатели рассеиваемой мощности для нашего резистора и диода. Это поможет нам выбрать подходящий резистор и диод, если мы действительно построим эту штуку.

Для резистора:

\ [P_R = V_R * I = 8,3 В * 0,083 А = 0,69 Вт \]

Для диода:

\ [P_D = V_D * I = 0,7 В * 0,083 А = 0,058 Вт \]

Рисунок. В качестве последнего шага давайте выясним потребности в мощности на каждом электрическом компоненте.Мы можем использовать уравнение мощности: \ (P = I * V \). Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Таким образом, для этой схемы нам понадобится более громоздкий резистор, чем резисторы на 0,25 Вт, которые мы вставляем в наши комплекты оборудования (вы можете получить пакет из 1000 резисторов мощностью 1 Вт на Amazon за 19,99 долларов США, что составляет около 2 цента за резистор). Однако из таблицы данных 1N4001 0,058 Вт находится в пределах максимальной мощности 3 Вт, поэтому 1N4001 вполне подойдет.

Рисунок. Скриншот таблицы 1N4001.

Размышляя о нашем решении

В нашем решении мы предположили, что падение напряжения на диоде (\ (V_D \)) постоянно при \ (0.\ frac {q * V_D} {k * T} -1) \)

Где \ (I_S \) – ток насыщения, \ (V_D \) – напряжение на диоде, \ (q \) – заряд на электроне (в кулонах), \ (k \) – постоянная Больцмана, а \ (T \) – температура (в кельвинах). Мне никогда не приходилось использовать это уравнение, но я включил его здесь для полноты. Если вы хотите узнать больше, прочтите эту статью Khan Academy.

Используя светодиоды

Уф, мы наконец вернулись к светодиодам, которые являются удивительно гибкими, интересными и элегантными электронными компонентами (см. Изображение ниже).Светодиоды необходимы для физических вычислений, и мы полагаемся на них во многих наших уроках Введение в Arduino. Поэтому важно понимать, как их использовать.

Рисунок. Разнообразные относительно простые светодиодные проекты. Проекты верхнего ряда построены только на светодиодах, резисторах и батарее. Нижний ряд построен с микроконтроллерами. Слева вверху: (а) Светодиодная лампа «Цветок», изготовленная Wemyour из пластиковых ложек; (б и в) бумажные ночники и звездная бутылка с водой, созданная I Love Creativity; (d) светодиодный куб 8x8x8, построенный Гарри Ле на Arduino Uno; (д) висящее светодиодное облако Ричарда Кларксона; (е) воздушные шары для контроля качества воздуха Стейси Кузнецова и его коллеги (статья UbiComp’11, Instructables)

Опираясь на наши знания о диодах, мы теперь готовы понять, как работают светодиоды, как их использовать и зачем нам нужны токоограничивающие резисторы. .Пойдем!

Детали светодиода

Светодиоды похожи на супердиоды – они работают аналогично, но обладают волшебным свойством излучения света.

Как и другие диоды, светодиод имеет две ножки и является поляризованным компонентом – он работает только в одном направлении. Анод + обозначен более длинной ножкой светодиода, а катод - тонко обозначен плоской стороной корпуса светодиода (см. Изображение ниже). Анод должен быть обращен к части вашей цепи с более высоким электрическим потенциалом, и ток течет от анода к катоду.

Рисунок. Схематический символ и обозначенные части светодиода (LED). Есть два основных способа определить ориентацию светодиода. Во-первых, ищем длинную ногу, которая является анодом. Если ножки (или выводы) светодиода обрезаны или не видны иным образом, вы также можете посмотреть на форму эпоксидного кожуха, у которого есть тонкая плоская сторона . Эта плоская сторона обращена к катодной ножке. Изображение сделано в PowerPoint. Я не знаю источник светодиодного изображения.

Светодиоды – это полупроводниковые устройства, которые используют электролюминесценцию для излучения света в ответ на ток. В частности, когда электроны проходят через светодиод, они выделяют энергию в виде фотонов. Если вам интересно узнать больше, посмотрите это видео от Today I Found Out.

Рисунок. Невероятно крутой внутренний вид функционирующего светодиода от TubeTimeUS в Twitter. Небольшие изменения в аннотациях Джона Э. Фрёлиха.

График ВАХ для светодиодов

Ранее мы показали простой график ВАХ (ВАХ или ВАХ) для резисторов, который следует закону Ома, \ (I = \ frac {V} {R} \), и диоды, чего нет.

Мы можем расширить наш график ВАХ для резисторов, чтобы показать, как ток линейно увеличивается с разной скоростью в зависимости от основного сопротивления (буквально просто построение графика \ (I = \ frac {V} {R} \) для разных значений \ (R \) )). См. График слева внизу.

Мы также можем построить график ВАХ для светодиодов, который снова демонстрирует нелинейность (помните, что диоды неомичны). Некоторые важные моменты, на которые следует обратить внимание:

Во-первых, как и диоды, через светодиод проходит очень небольшой ток, пока не будет достигнуто его «включено» или «прямое» напряжение \ (V_f \).
Во-вторых, прямое напряжение \ (V_f \) отличается цветом светодиода. Например, обратите внимание, как синий (B) и белый (W) светодиоды требуют больше \ (V_f \), чем красный (R) и оранжевый (O) на графике ниже.

Рисунок. На этом рисунке показана ВАХ для различных значений резистора (после \ (I = \ frac {V} {R} \)) и для различных значений светодиодов (справа). Обратите внимание, как прямое напряжение \ (V_f \) отличается в зависимости от цвета светодиода. Изображение с сайта LEDnique.com.

Осторожное включение светодиодов разного цвета в параллель

Поскольку светодиоды разного цвета имеют уникальное «включено» напряжение \ (V_f \), вам нужно быть особенно осторожным с конфигурациями схем светодиодов смешанного цвета, особенно если вы подключаете их параллельно.Вам нужно будет учесть разницу в \ (V_f \) и выбрать соответствующий токоограничивающий резистор для каждой параллельной ветви (см. LEDnique.com).

Для светодиодов, используемых для построения графиков ВАХ, красный светодиод потребляет 40 мА при 2 В, а зеленый и синий светодиоды потребляют только 12 мА и 3 мА соответственно.

Рисунок. Изображение основано на LEDnique.com.

Эксперименты с соотношением тока и напряжения светодиодов

Чтобы оценить кривую вольт-амперной характеристики светодиодов в наших аппаратных комплектах (светодиодный блок Adafruit 5 мм), я провел собственные измерительные эксперименты с использованием настольного источника переменного тока постоянного тока (у меня есть Siglent SPD3303X-E) и мой верный мультиметр.

Я провел два небольших эксперимента. Сначала, используя красный и синий светодиод, я выдает фиксированное напряжение, начиная с 0 В и увеличивая на 0,1 В (заканчивая 3,2 В для красного светодиода и 5 В для синего светодиода). Для каждого шага я измерял ток \ (I_F \) через светодиод с помощью мультиметра (с настройкой амперметра). Результаты показаны ниже (левый график). Для второго эксперимента я использовал только красный светодиод. На этот раз я начал с 1,6 В и увеличил на 0,01 В (заканчивая 2,4 В) – снова измерял потребляемый ток.Результаты показаны на правом графике ниже.

Рисунок. графиков IV из моих собственных экспериментов с 5-миллиметровым светодиодным блоком Adafruit.

Примечательно, что кривая IV в целом соответствует LEDnique.com. У красного светодиода \ (V_f \) намного меньше, чем у синего светодиода, и потребление тока после порога \ (V_f \) экспоненциально. Однако, в отличие от графиков LEDnique.com, при \ (V_f = 2V \) красный светодиод потреблял только \ (5,2 мА \) тока, а синий светодиод был полностью выключен (\ (0 мА \) тока).

Чтобы показать, как яркость светодиода изменяется в зависимости от тока, я изменил график результатов второго эксперимента и наложил соответствующие изображения моей экспериментальной установки плюс красный световой сигнал светодиода. При \ (V_f = 1,6 В \) красный светодиод потреблял \ (4 мкА \) тока, но не светился. При \ (V_f = 1,8 В \) красный светодиод потреблял \ (0,57 мА \) тока и загорался. К \ (V_f = 2V \) и позже красный светодиод загорелся очень ярким, и началась экспоненциальная кривая!

Рисунок. Второй эксперимент с наложенными изображениями.

Токоограничивающие резисторы

Как показывают наши графики IV, после превышения \ (V_f \) потребление тока светодиодами увеличивается экспоненциально. Без токоограничивающего резистора светодиоды будут потреблять столько тока, сколько они могут, и разрушать себя! Ой!

Нам нужен резистор для ограничения тока в цепи. Но как определить, какой резистор использовать? Используя тот же процесс, что и для диодов.

ПРИМЕЧАНИЕ:

В качестве важного момента, когда вы привыкнете к прототипированию схем и работе со светодиодами, вы часто просто выбираете резистор 330 Ом или 470 Ом (при напряжении питания 9 В) или резистор 220 Ом (при напряжении питания 9 В). Питание 5В) и приступаем к сборке.Если светодиод слишком яркий, возьмите резистор побольше. Слишком тусклый, резистор меньшего размера.

Вам не придется подробно описывать процесс выбора идеального резистора, если он не критичен для вашей конструкции (а светодиоды играют ключевую роль). Но мы хотим показать вам, как это сделать правильно, так что читайте дальше!

Решение для токоограничивающего резистора

Чтобы определить токоограничивающий резистор, вам сначала нужно свериться с техническим описанием вашего светодиода. На странице продукта Adafruit для рассеянных 5-миллиметровых светодиодов есть ссылки на пять таблиц данных – по одному для каждого цвета в упаковке.В этом примере давайте перейдем к таблице данных с красными светодиодами, которую мы на всякий случай скопировали локально.

В таблице данных указано, что прямое напряжение \ (V_f \) для красного светодиода находится между \ (1.9V \) и \ (2.1V \) с типичным значением \ (2.0V \). В таблице данных также указано, что в этом диапазоне прямой ток \ (I_f \) равен \ (20 мА \). Все характеристики указаны для 25 ℃.

Рисунок. Скриншот таблицы данных красных светодиодов для светодиодов, приобретенных у Adafruit.

Отлично, мы можем использовать эту информацию, чтобы найти резистор!

Давайте построим простую светодиодную схему с батареей 9 В, красным светодиодом и резистором, который еще предстоит определить.

Рисунок. Чтобы ограничить ток в нашей схеме на основе светодиодов, нам нужно добавить ограничивающий ток резистор. Но какое сопротивление нам нужно? Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Шаг 1. Идентификация узлов и падений напряжения

Как обычно, наш первый шаг – проанализировать то, что мы знаем о нашей схеме, и идентифицировать узлы. Это поможет нам решить любые открытые вопросы. Есть два ключевых момента, которые представляют интерес: каково падение напряжения \ (V_R \) на резисторе \ (R_1 \) и какое значение сопротивления должно быть \ (R_1 \)?

Рисунок. Первым шагом в любом анализе схемы является определение и маркировка ваших знаний. Расположитесь! Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Шаг 2: Решите для \ (V_R \)

Так же, как мы сделали с нашей обычной схемой диода выше, мы можем заметить, что \ (V_R \) плюс \ (V_D \) должен равняться \ (V_ {CC} \) из-за закона напряжения Кирхгофа. Из таблицы мы знаем, что \ (V_F = 2V \). Итак, \ (V_D = V_F = 2V \). Таким образом, довольно легко решить для \ (V_R \), что просто \ (V_ {CC} -V_D = 9V – 2V = 7V \).

Рисунок. Мы можем решить для \ (V_R \), используя значение светодиода для \ (V_F \) и закон напряжения Кирхгофа. Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Шаг 3: Обратитесь к таблице данных для \ (I_F \)

Теперь нам нужно снова обратиться к таблице данных светодиодов, чтобы получить прямой ток \ (I_F \) при \ (V_F = 2V \). В таблице данных указано, что \ (I_F = 20 мА = 0,02 А \). Итак, мы хотим, чтобы по нашей цепи протекало \ (20 мА \).

Рисунок. Снова посмотрев на таблицу светодиодов для текущего \ (I_F \) при \ (V_F = 2V \), мы увидим, что \ (I_F = 20mA \).Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Шаг 4. Решите для \ (R_1 \)

Наконец, у нас есть вся информация, необходимая для решения \ (R_1 \) с использованием закона Ома. Более конкретно, мы можем переставить \ (V_R = IR \), чтобы найти сопротивление \ (R = \ frac {V_R} {I} = \ frac {7V} {0.02A} = 350Ω \).

Рисунок. Используя все, что мы знаем, мы можем найти значение сопротивления \ (R_1 \), используя закон Ома. В частности, сопротивление \ (R_1 \) должно быть равно падению напряжения на резисторе, деленному на ток: \ (R = \ frac {V_R} {I} \).Изображение выполнено в форматах Fritzing и PowerPoint.

Какой резистор использовать?

Но есть только одна проблема: сопротивление резистора 350 Ом необычное, и его нет в ваших наборах. У вас есть резистор 330 Ом и резистор 470 Ом. Итак, какой из них вы должны использовать?

Что ж, снова мы можем использовать закон Ома, чтобы ответить на этот вопрос. В этом случае у нас есть известное падение напряжения \ (V_R \) на нашем резисторе (то есть 7 В и не меняется независимо от значения сопротивления). Мы также знаем \ (R \) – это либо 330 Ом, либо 470 Ом.Итак, давайте решим оба случая и посмотрим, какой ток мы получим.

Для 330 Ом :

\ [I = \ frac {V_R} {I} = \ frac {7V} {330Ω} = 21,2 мА \]
Для 470 Ом :
\ [I = \ frac {V_R} {I} = \ frac {7V} {470Ω} = 14.9mA \]
Таблица данных светодиода предполагает, что максимальный прямой ток \ (I_F \) составляет 20 мА, хотя светодиод может поддерживать до 100 мА очень короткими импульсами. В других таблицах данных, которые я видел для красных светодиодов, указано, что максимальный прямой ток составляет \ (30 мА \).
Итак, в этом случае, вероятно, подойдет или 330 Ом, или 470 Ом (470 Ом, конечно, более безопасный выбор для защиты от износа светодиода).
В качестве заключительной части анализа нам необходимо убедиться, что мы находимся в пределах рассеиваемой мощности как резисторов, так и светодиодов. Напомним, что \ (P = IV \).
Для 330 Ом :
\ [P_R = 0,0212 А * 7 В = 0,15 Вт \\ P_D = 0,0212 А * 2 В = 0,04 Вт \]
Для 470 Ом :
\ [P_R = 0,0149 А * 7 В = 0,10 Вт \\ P_D = 0,0149A * 2V = 0,03Вт \]
В наших наборах у нас есть резисторы на 0,25 Вт, которые могут выдерживать либо 0,15 Вт (для цепи 330 Ом), либо 0,10 Вт (для цепи 470 Ом).И в таблице данных светодиодов указано, что эти светодиоды могут рассеивать до 100 мВт (или 0,1 Вт), что находится в пределах от 0,04 Вт до 0,03 Вт.
Используйте правила эквивалентности резисторов
Мы, конечно, могли бы также использовать наши правила эквивалентности резисторов для объединения цепи резисторов (последовательно и / или параллельно) для получения точного значения 350 Ом. В данном случае это довольно просто, потому что мы можем добавить два 10 Ом к резистору 330 Ом.
Проверить работу с помощью симулятора
Мы также можем проверить нашу работу в симуляторе схем, таком как CircuitJS, что в целом является хорошей практикой, прежде чем тратить время на физическое построение чего-либо.
Видео. Это экранная запись моделирования CircuitJS цепей на основе светодиодов 330 Ом, 350 Ом и 470 Ом. Поиграйте со схемой здесь, в CircuitJS.
Проверить работу на практике
Когда мы будем удовлетворены нашими прогнозами (и / или моделированием), мы можем построить саму схему светодиода и измерить ее производительность (если мы так склонны). Ниже я построил каждую из трех схем на основе светодиодов: 330 Ом, 350 Ом и 470 Ом с одним и тем же красным светодиодом и измерил общее напряжение, подаваемое нашей батареей 9 В, а также общий ток \ (I \).Для схемы 350 Ом я использовал последовательно два резистора 10 Ом и 330 Ом, чтобы получить 350 Ом.
Для теоретических предсказаний с использованием закона Ома я подключил измеренные значения для резисторов и батареи 9 В (которая была свежей батареей, питающей более 9 В).
Рисунок. Я построил каждую из трех схем на основе светодиодов (330 Ом, 350 Ом и 470 Ом) на своей макетной плате и измерил общее падение напряжения в нашей цепи (желтый мультиметр), а также общий ток \ (I \) (показан красный мультиметр. в миллиамперах).Вы можете щелкнуть это изображение правой кнопкой мыши и «открыть изображение в новой вкладке», чтобы развернуть его.
Как видите, наши теоретические прогнозы были довольно близки к реальной производительности. Ура!
Имеет ли значение, на какой стороне светодиода я размещаю резистор?
Нет. Резистор ограничивает ток в контуре цепи. Мы знаем это из закона Ома и законов Кирхгофа.
Не верите? Попробуйте выполнить тот же анализ схемы, который мы проделали выше, но со светодиодом перед резистором.Что меняется? Ничего, правда? \ (V_f \) по-прежнему 2 В, и, следовательно, \ (V_R \) по-прежнему 7 В. Вот симуляция, демонстрирующая, что ничего не меняется!
Видео. CircuitJS – имитация схемы на основе светодиода с токоограничивающим резистором 350 Ом до или после светодиода. Вы наблюдаете какие-то различия? Поиграйте с схемой здесь.
Что будет, если вы забудете токоограничивающий резистор?
Вкратце: Тепло. Возможна искра или небольшой пожар. Выгореть. Разомкнутая цепь.
На YouTube есть много забавных видеороликов о подаче слишком большого тока на светодиоды и наблюдении за эффектом. Вот отрывок хорошего от Afrotechmods.
Видео. Это видео показывает, что происходит, когда приложенное напряжение значительно превышает прямое напряжение светодиода \ (V_f \) без токоограничивающего резистора. Видео с сайта Афротехмодс.
Все еще не уверены?
Все еще немного запутались? Попробуйте посмотреть это видео Джеффа Феддерсена из NYU ITP или посмотрите ссылки на ресурсы внизу.

Activity
Для ваших журналов по прототипированию спроектируйте и соберите двух различных схем на основе светодиодов с соответствующими токоограничивающими резисторами. Для этого задания , а не , используйте макетную плату (даже если вы уже знаете, как это сделать). Вместо этого просто подключайте устройства напрямую, используя зажимы из крокодиловой кожи и / или «обматывая провода». Учитывая, что мы не используем макетные платы, вы можете сделать эту схему относительно простой. Если вы хотите подключить несколько светодиодов, см. Это руководство от LEDnique.
Для каждой схемы сначала набросайте идею на бумаге, используя схематическое представление схемы (некоторые из вас используют приложения для создания эскизов на своих сенсорных экранах; это тоже нормально). Затем постройте схему в CircuitJS и, наконец, физически соберите ее из ваших реальных аппаратных компонентов. Включите изображение вашего эскиза, снимок экрана моделирования CircuitJS с прямой ссылкой и изображение вашего физического сооружения.
Чтобы обмотать компоненты проволокой, просто скрутите ножки вместе следующим образом:
Видео. Пример обмотки проволоки.
Вот пример изображения простой светодиодной схемы с зажимами из крокодиловой кожи и обмоткой проводов:
Рисунок. Пример простой схемы светодиода с одним резистором (для ограничения тока) и несколькими последовательно включенными светодиодами. Эта схема потребляет ~ 10 мА. Обратите внимание на яркость красного светодиода при такой силе тока.
Мы также хотели бы, чтобы вы начали экспериментировать с рассеиванием света и идеями для ограждений. Для одной из ваших светодиодных конструкций быстро создайте прототип рассеивающей крышки или корпуса.В качестве примера, вот простые световые мечи, которые мы с детьми сделали из рулонов туалетной бумаги (для рукояти), бумаги (для лезвия «плазменной энергии»), батареи на 9 В, резистора и некоторых светодиодов.
Видео. Пример световых мечей, сделанных из картонных рулонов туалетной бумаги, бумаги и простой светодиодной схемы.
Ресурсы
Видео
Текст
Учебное пособие по светодиодам Adafruit
Учебное пособие по светодиодам Sparkfun
Глава 3: Светодиоды в Monk, Взлом электроники: иллюстрированное руководство для производителей и любителей Хилл, 2013.
Глава 22: Светодиоды в Platt, Марка: Энциклопедия электронных компонентов Том 2: Светодиоды, ЖК-дисплеи, аудио, тиристоры, цифровая логика и усиление , O’Reilly, 2015.
Диоды и инструкции Use Them in Bartlett, Electronics for Beginners , Apress, 2020
Diodes, UIUC ECE 110
Все материалы с открытым исходным кодом созданы лабораторией Makeability Lab и профессором Джоном Э.Froehlich. Нашли ошибку? Отправьте сообщение о проблеме на GitHub.
Токоограничивающий резистор – обзор
4.2 Выходы дисплея
Простейшим выходом дисплея является светодиод (LED). Теперь они доступны не только для индикаторов состояния, но и для широкого круга приложений. Изменение выходной частоты (цвета) светового потока охватывает не только все видимые длины волн, но также инфракрасные (ИК) и ультрафиолетовые (УФ) лучи. IRLED используются в пультах дистанционного управления, поэтому на приемник не влияет окружающий свет.Лазерные светодиоды, которые производят одночастотный когерентный световой поток, используются в системах связи в качестве передатчиков данных в волоконно-оптических системах.
Светодиоды
могут модулироваться (включаться и выключаться) на высокой частоте для обеспечения широкополосной связи с несколькими одновременными потоками данных, отсюда преимущество оптического волокна над медью для доступа в Интернет. Мощные светодиоды белого света (полный спектр видимых частот) сейчас достаточно дешевы, чтобы использовать их в качестве высокоэффективных источников освещения.Выбор компонентов на основе светодиодов показан на рисунке 4.5.
Рисунок 4.5. Светодиодные компоненты.
4.2.1 Схема вывода светодиода
Базовая схема вывода светодиода очень проста (рисунок 1.6). Единственный другой требуемый компонент – это резистор, ограничивающий ток, который рассчитывается в соответствии с напряжением питания. Типичный индикаторный светодиод требует прямого тока около 15 мА для включения и вызывает падение прямого напряжения около 2 В (в зависимости от типа светодиода). Мы можем использовать простую формулу для оценки требуемого сопротивления резистора:
Значение резистора = (Vs – 2) / 15 × 10 ⁻³
Итак, если напряжение питания 5 В, резистор Требуемое значение составляет 200 Ом.Маломощные или высокоэффективные светодиоды могут использовать более высокое значение, тем самым экономя электроэнергию. Выход PIC может потреблять или передавать максимальный ток около 25 мА, поэтому светодиоды могут быть подключены непосредственно к выходам. Светодиод может также легко использоваться для индикации активного переменного тока. питания, так как он действует как выпрямительный диод. Ток рассчитывается как среднее значение полуволнового выпрямленного синусоидального сигнала, отсюда и требуемое значение резистора ограничения тока.
4.2.2 Светодиодный оптоизолятор и детектор
Иногда входной сигнал необходимо электрически изолировать от входа микроконтроллера, чтобы защитить его от высокого напряжения и электрических помех, которые часто встречаются в промышленных условиях.Напряжение питания, используемое во многих промышленных контроллерах, составляет 24 В постоянного тока, поэтому оптоизолятор может обеспечить переключение уровня до 5 В, а также безопасную работу.
Оптоизолятор (или оптопара) включает в себя светодиод и фототранзистор в одном корпусе. Этот компонент можно увидеть на рисунке 8.4, который используется в качестве выходного изолятора с симистором, который регулирует ток до 240 В _{переменного тока.} нагрузка. Аналогичная схема установлена внутри на входах ПЛК (программируемых контроллеров), которые используются в производственных системах.
При включении через подходящий токоограничивающий резистор светодиод в оптоизоляторе освещает базу фототранзистора, заставляя его проводить. Транзистор должен быть насыщен (полностью включен), создавая минимальное прямое падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер. Нагрузочный резистор в коллекторе транзистора, подключенного к цифровому источнику питания, создает логический выход. Типичный оптоизолятор инвертирует логический уровень.
Из этих же компонентов можно сделать оптоискатель.Светодиод и фотодетектор устанавливаются рядом друг с другом для обнаружения отражающего объекта перед датчиком или по обе стороны от щели, так что световой луч прерывается движущимся объектом. Часто металлический или пластиковый диск с прорезями или градуированная полоса используется для формирования датчика положения или скорости. Типичные применения этого типа включают позиционирование печатающей головки в струйном принтере и измерение скорости вала двигателя. На рисунке 4.6 показана схема оптоизоляции или фотоопределения. Применение оптопар и детекторов обсуждается далее в следующих главах.
Рисунок 4.6. Оптоизолятор или детекторная схема.
4.2.3 7-сегментный светодиодный дисплей
Стандартный 7-сегментный светодиодный дисплей состоит из подсвечиваемых сегментов, на которых отображаются числовые символы при включении в соответствующей комбинации. Каждый сегмент управляется отдельно от выходного порта через токоограничивающий резистор. Могут отображаться числа 0–9, но для полного диапазона буквенно-цифровых символов доступны дисплеи с большим количеством сегментов или точечная матрица. 7-сегментный светодиодный дисплей можно увидеть на прототипе оборудования на рисунке 4.1. Это активный высокий дисплей с общим катодом и отдельными анодами, для которого требуется логическая 1 и ток, достаточный для его включения. Активный низкий тип, требующий логического 0 на каждом катоде, будет иметь общий анод.
7-сегментные коды для 0–9, * и # показаны в таблице 4.1. Сегменты помечены a – g и предполагается, что они работают с активным высоким уровнем (1 = ВКЛ). Затем необходимо разработать требуемый двоичный код для каждого отображаемого символа в зависимости от порядка, в котором выходы подключены к сегментам.В этом случае бит 1 = a до бита 7 = g, при этом бит 0 не используется. Хеш отображается как «H» и звездочка в виде трех горизонтальных полос. Поскольку необходимо всего 7 бит, LSB (младший значащий бит) предполагается равным 0 при преобразовании в шестнадцатеричный формат. В любом случае желательно поместить двоичный код в программу. Коды для других типов дисплея или соединений могут быть разработаны таким же образом.
Таблица 4.1. 7-сегментные коды.
0157 0157 0157 0157 0158 0157 0 0 0 0 1 1 1 0 # 1 1 1 0 1 1 0 0 9 0157 7E
Шпонка Сегмент Шестигранник
gfedcba – LSB = 0
2 1 0 1 1 0 1 1 0 B6
3 1 0 0 1 1 1 0 9E
4 1 1 0 0 1 1 0 0 CC
5 1 1 0 1 1 0 1 0 DA
6 1 1 1 1 1 0 1 0 FA
7 0E
8 1 1 1 1 1 1 1 0 FE
9 1 1 0 0 1 1 1 0 CE
# EC
0 0 1 1 1 1 1 1 0
* 1 0 0 1 0 0 1 0 92
Альтернативой простому 7-сегментному дисплею является модуль BCD.Он получает входной двоично-десятичный (BCD) ввод и отображает соответствующее число с использованием внутреннего декодера. В BCD 0 = 0000 ₂, 1 = 0001 ₂ и так далее до 9 = 1001 ₂. Таким образом, ему нужно всего четыре входа (плюс общий терминал), и он отображает двоичные числа от 0 до 9 без кодирования.
Как выбрать значение сопротивления и конденсатора в цепи?
В этом уроке мы узнаем о выборе компонентов в схеме.
Сопротивление – это мера противостояния протекание тока в цепи.
Первая берем пример сопротивления
Лучшее способ подбора сопротивления по формуле закона Ома V = I / R
Берем простую светодиодную схему номинала резистора для светодиода. Освещение 12В.
Ниже приведены шаги, необходимые для расчета значения сопротивления. в светодиодной цепи.
Сначала нужны напряжение и сила тока для светодиода.
Теперь возьмем формулу для Resistor = (Напряжение батареи – напряжение светодиода) / ток светодиода
Предположим, что ток светодиода составляет 10 мА, питание от 12 В, а здесь напряжение на светодиодах равно 3.4, то значения следующие: (12-3,4) /. 010 = 860 Ом.
Если использовать несколько светодиодов параллельно, то сумма текущие значения. Если мы возьмем такие же светодиоды, то потребляемый ток составляет 10 мА. х 5 = 50 мА. Таким образом, значение сопротивления составляет (12–3,4) /. 050 = 172 Ом.
Конденсатор – Это используется для хранения электрического заряда в электрическом поле.
Вот пример конденсатора.
Конденсатор значение зависит от приложения, Предположим, что приложение нужно фильтровать выпрямленное напряжение, затем требуется большая емкость, например, сотня микрофарады.Ниже приведен пример моста и полной волны. выпрямитель.
Вот формула для Cmin = Load Ток / (пульсация напряжения X частота)
Здесь Cmin – минимально необходимый значение емкости для цепи, которая зависит от приложения и емкость входного и выходного напряжения.
В цепи есть много типов конденсаторов вот пример электролитического конденсатора, который используется во всех типах источник питания и SMPS, значение которых зависит от тока нагрузки, напряжения пульсации & частота.
Ток нагрузки – это просто выпрямительная нагрузка
Напряжение пульсации – это пиковое значение к пиковым колебаниям напряжения при измерении на выходе выпрямителя
Частота – вот для моста и двухполупериодный выпрямитель – это в два раза больше частоты сети.
Пример:
Мы берем цепь – это мост выпрямитель, который имеет входное значение 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц, и предположим, что нагрузка ток 2А и требование пульсации напряжения 43В от пика до пика.Тогда мы рассчитает минимальную емкость, необходимую для C1.
Cmin = ток нагрузки / (пульсация Напряжение X Частота)
Cmin = Согласно формуле 2A / (43 В X 2 X 60 Гц) = 387 мкФ
Ниже приведены схемы цепи постоянного и постоянного тока, где указано значение конденсатора, в зависимости от значения напряжения, можно увидеть, какие схемы очень просты для обучения.