Содержание

Расчет ограничивающего ток резистора для светодиода, формулы и калькулятор

Часто при изготовлении разнообразных устройств возникает необходимость использовать светодиоды и светодиодные индикаторы. Будем полагать что вы знаете что такое светодиод и какие они бывают.

Подключение светодиода к источнику питания выполняется, как правило, через ограничивающий ток резистор (гасящий резистор). Ниже описаны принципы и формулы для расчета гасящего резистора, а также небольшой калькулятор для быстрого подсчета.

Расчет гасящего резистора для светодиода

Первым делом разберемся как выполнить расчет сопротивления гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор для питания светодиода от источника питания.

Рис. 1. Схема подключения светодиода к источнику питания через резистор.

Как видим из схемы, ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL).

Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

Допустим что мы будем питать светодиод от батареи напряжением 5В, как правило такое питающее напряжение используется при питании микроконтроллерных схем и другой цифровой техники.

Вычислим значение напряжения на гасящем резисторе, для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде, это можно выяснить по справочнику для конкретного светодиода.

Примерные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и другие маломощные в подобном корпусе):

  • красный - 1,8...2В;
  • зеленый и желтый - 2...2,4В;
  • белые и синие - 3...3,5В.

Допустим что мы будем использовать синий светодиод, падение напряжения на нем - 3В.

Производим расчет напряжения на гасящем резисторе:

Uгрез = Uпит - Uсвет = 5В - 3В = 2В.

Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод.

Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.

Допустим что для нашего светодиода номинальный ток для его достаточно яркого свечения составляет 20мА (0,02А). Получается что на резисторе будет гаситься напряжение 2В и проходить ток 20мА. Выполним расчет по формуле закона Ома:

R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.

В большинстве случаев подойдет маломощный резистор с мощностью 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если же ток и напряжение падения на резисторе будет очень отличаться то не помешает произвести расчет мощности резистора:

P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.

Таким образом, 0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт).

Произведем расчет для красного светодиода (напряжение 2В, ток 15мА).

Uгрез = Uпит - Uсвет = 5В - 2В = 3В.

R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.

P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

Простой калькулятор для расчета гасящего резистора

Теперь вы знаете как по формулам рассчитать гасящий резистор для питания светодиода. Для облегчения расчетов написан несложный онлайн-калькулятор:

Форму прислал Михаил Иванов.

Заключение

При подключении светодиодов не нужно забывать что они имеют полярность. Для определения полярности светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или же омметр.

Использование гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов, при питании мощных светодиодов нужно использовать специальные LED-драйверы и стабилизаторы.

Расчет токоограничивающего резистора для светодиода

В данной статье речь пойдет о расчете токоограничивающего резистора для светодиода.

Расчет резистора для одного светодиода

Для питания одного светодиода нам понадобится источник питания, например две пальчиковые батарейки по 1,5В каждая.

Светодиод возьмем красного цвета, где прямое падение напряжения при рабочем токе 0,02 А (20мА) равно -2 В. Для обычных светодиодов максимально допустимый ток равен 0,02 А. Схема подключения светодиода представлена на рис.1.


Рис.1 – Схема подключения одного светодиода

Почему я использую термин «прямое падение напряжение», а не напряжение питания. А дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на светодиоде напряжение. Именно это значение нам нужно применять в расчетах.

Прямое падение напряжение для различных светодиодов в зависимости от длины волны представлено в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристики светодиодов

Цветовая характеристикаДлина волны, нМНапряжение, В
Инфракрасные
от 760до 1,9
Красные610 — 760от 1,6 до 2,03
Оранжевые590 — 610от 2,03 до 2,1
Желтые570 — 590от 2,1 до 2,2
Зеленые500 — 570от 2,2 до 3,5
Синие450 — 500от 2,5 до 3,7
Фиолетовые400 — 4502,8 до 4
Ультрафиолетовыедо 400от 3,1 до 4,4
Белыеширокий спектрот 3 до 3,7

Точное значение падения напряжения светодиода, можно узнать на упаковке к данному светодиоду или в справочной литературе.

Сопротивление резистора определяется по формуле:

R = (Uн.п – Uд)/Iд = (3В-2В)/0,02А = 50 Ом.

где:

  • Uн.п – напряжение питания, В;
  • Uд — прямое падение напряжения на светодиоде, В;
  • Iд – рабочий ток светодиода, А.

Поскольку такого сопротивления в стандартном ряду нет, выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 51 Ом.

Чтобы гарантировать долгую работу светодиода и исключить ошибку в расчетах, рекомендую при расчетах использовать не максимально допустимый ток – 20 мА, а немного меньше – 15 мА.

Данное уменьшение тока никак не скажется на яркости свечения светодиода для человеческого глаза. Чтобы мы заметили изменение яркости свечения светодиода например в 2 раза, нужно уменьшить ток в 5 раза (согласно закона Вебера — Фехнера).

В результате мы получим, расчетное сопротивление токоограничивающего резистора: R = 50 Ом и мощность рассеивания Р = 0,02 Вт (20мВт).

Расчет резистора при последовательном соединении светодиодов

В случае расчета резистора при последовательном соединении, все светодиоды должны быть одного типа. Схема подключения светодиодов при последовательном соединении представлена на рис.2.


Рис.2 – Схема подключения светодиодов при последовательном соединении

Например мы хотим подключить к блоку питания 9 В, три зеленых светодиода, каждый по 2,4 В, рабочий ток – 20 мА.

Сопротивление резистора определяется по формуле:

R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3)/Iд = (9В — 2,4В +2,4В +2,4В)/0,02А = 90 Ом.

где:

  • Uн.п – напряжение питания, В;
  • Uд1…Uд3 — прямое падение напряжения на светодиодах, В;
  • Iд – рабочий ток светодиода, А.

Выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 91 Ом.

Расчет резисторов при параллельно – последовательном соединении светодиодов

Часто на практике нам нужно подключить к источнику питания большое количество светодиодов, несколько десятков. Если все светодиоды подключить последовательно через один резистор, то в таком случае напряжения на источнике питания нам не хватит. Решением данной проблемы является параллельно-последовательное соединение светодиодов, как это показано на рис.3.

Исходя из напряжения источника питания, определяется максимальное количество светодиодов, которые можно соединить последовательно.


Рис.3 – Схема подключения светодиодов при параллельно — последовательном соединении

Например у нас имеется источник питания 12 В, исходя из напряжения источника питания максимальное количество светодиодов для одной цепи будет равно: 10В/2В = 5 шт, учитывая что на светодиоде (красного цвета) падение напряжения — 2 В.

Почему 10 В, а не 12 В мы взяли, связано это с тем, что на резисторе также будет падение напряжения и мы должны оставить, где то 2 В.

Сопротивление резистора для одной цепи, исходя из рабочего тока светодиодов определяется по формуле:

R = (Uн. п – Uд1 + Uд2 + Uд3+ Uд4+ Uд5)/Iд = (12В — 2В + 2В + 2В + 2В + 2В)/0,02А = 100 Ом.

Выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 110 Ом.

Количество таких цепочек из пяти светодиодов параллельно соединенных практически не ограничено!

Расчет резистора при параллельном соединении светодиодов

Данное подключение является не желательным и я его не рекомендую применять на практике. Связано это с тем что, у каждого светодиода присутствует технологическое падение напряжения и даже если все светодиоды из одной упаковке – это не является гарантией, что у них падение напряжение будет одинаково из-за технологии производства.

В результате у одного светодиода, ток будет больше чем у других и если он превысить максимально допустимый ток, он выйдет из строя. Следующий светодиод перегорит быстрее, так как через него уже будет проходить оставшийся ток, распределенный между другими светодиодами и так до тех пор, пока все светодиода не выйдут из строя.


Рис.4 – Схема подключения светодиодов при параллельном соединении

Решить данную проблему можно подключив к каждому светодиоду свой резистор, как это показано на рис.5.


Рис.5 – Схема подключения светодиодов и резисторов при параллельном соединении

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Как работают светодиоды и их виды, полярность и расчет резистора

Светодиоды – одни из самых популярных электронных компонентов, использующиеся практически в любой схеме. Словосочетание “помигать светодиодами” часто используется для обозначений первой задачи при проверке жизнеспособности схемы. В этой статье мы узнаем, как работают светодиода, сделаем краткий обзор их видов, а также разберемся с такими практическими вопросами как определение полярности и расчет резистора.

Устройство светодиода

Светодиоды — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

 

Светодиод состоит из нескольких частей: 

  • анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл; 
  • катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл; 
  • отражатель; 
  • кристалл полупроводника; 
  • рассеиватель.   

Эти элементы есть в любом светодиоде, вне зависимости от его модели.  

Светодиод является низковольтным прибором. Для индикаторных видов напряжение питания должно составлять 2-4 В при токе до 50 мА. Диоды для освещения потребляют такое же напряжение, но их ток выше – достигает 1 Ампер. В модуле суммарное напряжение диодов оказывается равным 12 или 24 В.  

Подключать светодиод нужно с соблюдением полярности, иначе он выйдет из строя.  

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают разных цветов. Получить нужный оттенок можно несколькими способами.  

Первый – покрытие линзы люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.  

RGB технология. Оттенок получается за счет применения в одном кристалле трех светодиодов красного, зеленого и синего цветов. Меняется интенсивность каждого из них, и получается нужное свечение.  

Применение примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны, и из них делается кристалл светодиода.   

Принцип работы светодиодов

Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.  

При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны. 

Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия: 

  • ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света; 
  • полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.   

Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.  

Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).  

Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.  

Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.  

Виды светодиодов, классификация

По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды.  Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.  

По типу исполнения выделяют: 

  • Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света. Dip светодиоды

     

  • Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике.  
  • Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам. Smd

     

  • Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров.   Cob
  • Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды.  Волоконные
  • Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп. Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно. Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий. Filament

     

  • Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев.  Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии.  Oled
  • В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.  

Светодиоды могут быть:

  • мигающими – используются для привлечения внимания;
  • многоцветными мигающими;
  • трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
  • RGB;
  • монохромными.

Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.  

Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К). 

По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.  

Полярность светодиодов

Полярность светодиодов

При неправильном включении светодиод может сломаться. Поэтому важно уметь определять полярность источника света.  Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении.  

Полярность моно определить несколькими способами: 

  • Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа  SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.  
  • При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.   
  • При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.  
  • По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.  

Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.   

Расчет сопротивления для светодиода

Диод имеет малое внутреннее сопротивление. При подключении его напрямую к блоку питания, элемент перегорит. Чтобы этого не случилось, светодиод подключается к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uled)/I, где R – сопротивление токоограничивающего резистора, U – питание источника; Uled – паспортное значение напряжения для светодиода, I – сила тока. По полученному значению и подбирается мощность резистора.  

Важно правильно рассчитать напряжение. Оно зависит от схемы подключения элементов.  

Можно не производить расчет сопротивления, если использовать в цепи мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разного класса точности. Есть изделия на 10%, 5% и 1 % – это значит, что погрешность варьируется в указанном диапазоне.  

Выбирая токоограничивающий резистор, нужно обратить внимание и на его мощность. почти всегда, если при малом рассеивании тепла устройство будет перегреваться и выйдет из строя. Это приведет к разрыву электрической цепи.  

Когда нужно использовать токоограничивающий резистор: 

  • когда вопрос эффективности схемы не является основным – например, индикация; 
  • лабораторные исследования. 

В остальных случаях лучше подключать светодиоды через стабилизатор – драйвер, что особенно это актуально в светодиодных лампах. 

Онлайн – сервисы и калькуляторы для расчета резистора:

Калькулятор светодиодов. Расчет ограничительных резисторов для одиночных светодиодов и светодиодных массивов • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Калькулятор нарисует принципиальную и монтажную схему одного светодиода с ограничительным резистором или светодиодного массива, состоящего из нескольких параллельных ветвей светодиодов, с последовательно включенным ограничительным резистором. Если вы только начинаете изучать электронику или учитесь в техническом университете, вы можете использовать этот калькулятор для изучения светодиодов. Если же вы не в первый раз разрабатываете массив светодиодов, воспользуйтесь им для проверки своих расчетов. И конечно, этот и другие калькуляторы на TranslatorsCafe.com пригодятся всем, кто хочет изучить технический английский, так как все они есть и в английской версии.

Пример: Рассчитать последовательно-параллельный массив, состоящий из 30 красных светодиодов с прямым напряжением 2 В и прямым током 20 мА для напряжения источника 12 В.

Входные данные

Напряжение источника питания

VsВ

Напряжение источника питания должно быть выше прямого напряжения светодиода и менее 250 В.

Прямой ток светодиода

IfмА

Для питания мощных светодиодов необходимо использовать стабилизаторы тока, а не ограничительные резисторы.

Выберите тип светодиода

Выберите тип светодиодаинфракрасныйкрасныйзелёныйжёлтыйоранжевый/янтарныйсинийбелыйдругой

или Прямое напряжение светодиода

VfВ

Количество светодиодов в массиве

Nt

Количество светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов с ограничительным резистором. Если этот параметр не задан, он будет рассчитан автоматически.

Ns

Число светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов не должно быть больше {0} для заданных напряжения источника питания и прямого напряжения светодиода.

Выходные данные

Такая схема имеет слишком низкий КПД из-за большой мощности, рассеиваемой на одном или нескольких ограничительных резисторах.

Массив {0} x {1}, всего светодиодов {2}

Число светодиодов в одной цепи {0}

Принципиальная схема

Монтажная схема

Номинал и максимальная рассеиваемая мощность резистора для последовательной цепи с максимальным для данного напряжения питания количеством светодиодов:

Общая мощность, рассеиваимая на всех ограничительных резисторах:

Общая мощность, рассеиваемая всеми светодиодами:

Общая мощность, потребляемая массивом светодиодов:

Ток, потребляемый от источника питания:

Количество светодиодов в матрице:

Количество последовательных ветвей, соединенных параллельно:

Количество светодиодов в последовательной ветви с макс. количеством светодиодов:

Количество светодиодов в дополнительной ветви с количеством светодиодов, меньшим максимального:

Определения и формулы для расчета

Одиночный светодиод

Светодиод (светоизлучающий диод) — полупроводниковый источник излучения в оптическом диапазоне с двумя или более выводами. Монохромные светодиоды обычно имеют два вывода, двухцветные — два или три вывода, трехцветные снабжены четырьмя выводами. Светодиод излучает свет, если к его вывода приложено определенное прямое напряжение.

Обычный инфракрасный светодиод и его условное обозначение на принципиальных схемах (на российских принципиальных схемах светодиоды изображают без разрыва проводника). Квадратный кристалл светодиода установлен на отрицательном электроде (катоде). К положительному электроду (аноду) кристалл подключается с помощью тонкого проводника.

Для подключения светодиода к источнику питания можно использовать простую схему с последовательно включенным токоограничительным резистором. Резистор необходим в связи с тем, что падение напряжение на светодиоде является постоянным в относительно широком диапазоне рабочих токов.

Цвета светодиодов, материал полупроводника, длина волны и падение напряжения
ЦветМатериал полупроводникаДлина волныПадение напряжения
ИнфракрасныйАрсенид галлия (GaAs)850-940 нм
КрасныйАрсенид-фосфид галлия (GaAsP)620-700 нм1.6—2.0 В
ОранжевыйАрсенид-фосфид галлия (GaAsP)590-610 нм2.0—2.1 В
ЖелтыйАрсенид-фосфид галлия (GaAsP)580-590 нм2.1—2.2 В
ЗеленыйФосфид алюминия-галлия (AlGaP)500-570 нм1.9—3.5 В
СинийНитрид индия-галлия (InGaN)440-505 нм2.48—3.6 В
БелыйДиоды с люминофором или трехцветные RGBШирокий спектр2. 8—4.0 В

Поведение светодиодов и резисторов в схемах отличается. В соответствии с законом Ома, резисторы имеют линейную зависимость падения напряжения от протекающего через них тока:

Вольтамперные характеристики типичных светодиодов различных цветов

Если напряжение на резисторе увеличивается, ток также пропорционально увеличивается (здесь мы предполагаем, что величина сопротивления резистора остается постоянной). Светодиоды ведут себя не так. Их поведение соответствует поведению обычных диодов. Вольтамперные характеристики светодиодов разного цвета приведены на рисунке. Они показывают, что ток через светодиод не прямо пропорционален падению напряжения на светодиоде. Видно, что имеется экспоненциальная зависимость тока от прямого напряжения. Это означает, что при небольшом изменении напряжения ток может измениться очень сильно.

Если прямое напряжение на светодиоде невелико, его сопротивление очень большое и светодиод не горит. При превышении указанного в технических характеристиках порогового уровня светодиод начинает светиться и его сопротивление быстро падает. Если приложенное напряжение превышает рекомендуемую величину прямого напряжения, которое может быть в пределах 1,5—4 В для светодиодов различных цветов, ток через светодиод резко растет, что может привести к выходу его из строя. Для ограничения этого тока, последовательно со светодиодом включают резистор, который ограничивает ток таким образом, что он не превышал рабочий ток, указанный в характеристиках светодиода.

Формулы для расчетов

Светодиод в прямоугольном корпусе с плоским верхом применяется, например, для индикаторов уровня

Ток через ограничительный резистор Rs можно рассчитать по формуле закона Ома, в которой из напряжения питания Vs вычитается прямое падение напряжения на светодиоде Vf:

Здесь Vs напряжение источника питания в вольтах (например, 5 В от шины USB), Vf прямое падение напряжения на светодиоде и I прямой ток через светодиод в амперах. Значения Vf и If приводятся в технических характеристиках светодиода. Типичные значения Vf показаны выше в таблице. Типичный ток индикаторных светодиодов 20 мА.

После расчета сопротивления резистора, из ряда номиналов сопротивлений выбирается ближайшее большее стандартное значение. Например, если расчет показывает, что нужен резистор Rs = 145 ом, мы (и калькулятор) выберем резистор Rs = 150 ом.

Токоограничительный резистор рассеивает определенную мощность, которая рассчитывается по формуле

Оранжевые светодиоды обычно используются в маршрутизаторах для указания скорости обмена 10/100 Мбит/с. Зеленые светодиоды горят при скорости 1000 Мбит/с

Для надежной работы резистора его мощность выбирается вдвое выше расчетой. Например, если по формуле получилось 0,06 Вт, мы выберем резистор на 0,125 Вт.

А теперь рассчитаем эффективность работы нашей схемы (ее КПД), который покажет какой процент мощности, отдаваемой источником питания, потребляется светодиодом. На светодиоде рассеивается такая мощность:

Тогда общее потребление будет равно

КПД схемы включения светодиода с ограничительным резистором:

Для выбора источника питания необходимо рассчитать ток, который он должен отдавать в схему. Это делается по формуле:

Светодиодная лента со светодиодами типа 5050; цифры 50 и 50 означают длину и ширину микросхемы в миллиметрах; токоограничительные резисторы 150 ом уже установлены на ленте последовательно со светодиодами

Светодиодные массивы

Одиночный светодиод можно зажигать с помощью токоограничительного резистора. Однако для питания светодиодных массивов, которые все чаще используются для освещения, подсветки в телевизорах и компьютерных мониторах, в рекламе и для других целей, необходимы специализированные источники питания. Мы все привыкли к источникам, выдающим стабилизированное напряжение питания. Однако, для питания светодиодов нужны источники, в которых стабилизируется ток, а не напряжение. Однако и с такими источниками ограничительные резисторы все равно устанавливают.

Если нужно изготовить светодиодный массив, используют несколько последовательных светодиодных цепей, соединенных параллельно. Для цепи из последовательных светодиодов необходим источник питания с напряжением, которое превышает сумму падений напряжений на отдельных светодиодах. Если его напряжение выше этой суммы, необходимо включить в цепь один токоограничительный резистор. Через все светодиоды течет одинаковый ток, что (до определенной степени) позволяет получить одинаковую яркость.

Однако если один из светодиодов в цепи откажет так, что он будет в обрыве (именно такой отказ чаще всего и происходит), вся цепочка светодиодов погаснет. В некоторых схемах и конструкциях для предотвращения таких отказов вводят особый шунт, например, ставят стабилитрон параллельно каждому диоду. Когда диод сгорает, напряжение на стабилитроне становится достаточно высоким и он начинает проводить ток, обеспечивая работу исправных светодиодов. Этот подход хорош для маломощных светодиодов, однако в схемах, предназначенных для наружного освещения, нужны более сложные решения. Конечно, это приводит к увеличению стоимости и габаритов устройств. Сейчас (в 2018 году) можно наблюдать, что светодиодные фонари на улицах, при планируемом сроке службы в 10 лет служат не более года. То же относится и к бытовым светодиодным лампам, в том числе и производителей с известными именами.

Полоса светодиодов, используемая для подсветки телевизионного ЖК -дисплея. Такая полоска устанавливается с двух сторон панели дисплея. Данная конструкция позволяет делать очень тонкие дисплеи. Отметим, что телевизионные ЖК-дисплеи со светодиодной подсветкой, которые обычно продаются под названием LED TV, то есть «светодиодные телевизоры» таковыми на самом деле не являются. В настоящих светодиодных телевизорах (OLED TV) используются светодиодные графические экраны на органических светодиодах и стоят они значительно дороже телевизоров с ЖК-дисплеем.

При расчете требуемого сопротивления токоограничительного резистора Rs, все падения напряжения на каждом светодиоде складываются. Например, если падение напряжения на каждом из пяти соединенных последовательно горящих светодиодов составляет 2 В, то полное падение напряжение на всех пяти будет 2 × 5 = 10 В.

Несколько идентичных светодиодов можно соединять и параллельно. У параллельно соединенных светодиодов прямые напряжения Vf должны быть одинаковыми — иначе в них не будут протекать одинаковые токи и их яркость будет различной. Если светодиоды соединяются параллельно, очень желательно ставить токоограничительный резистор последовательно с каждым из них. При параллельном соединении отказ одного светодиода, при котором он будет в обрыве, не приведет к выходу из строя всего массива — он будет работать нормально. Другой проблемой параллельного соединения является выбор эффективного источника питания, обеспечивающего большой ток при низком напряжении. Такой источник питания будет стоить намного больше, чем источник той же мощности, но на высокое напряжение и меньший ток.

В этом обычном уличном фонаре 8 параллельных цепей из пяти последовательно соединенных мощных светодиодов питаются от источника питания со стабилизацией тока с высоким КПД. Отметим, что две цепи в этом фонаре (слева вверху и справа внизу), установленном всего несколько месяцев назад, уже сгорели, так как в каждой из них светодиоды соединены последовательно, а схемы для предотвращения отказов отсутствуют или не работают.

Расчет токоограничительных резисторов

Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как

Если количество светодиодов в последовательной цепи NLEDs in string (обозначенное Ns в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов NLEDs in string max определяется как

Светодиоды типа 3014 (3,0 × 1,4 мм) для поверхностного монтажа, используемые для боковой подсветки ЖК-панели телевизора.

Количество цепей с максимальным количество светодиодов в цепи Nstrings:

Количество светодиодов в дополнительной цепи с остатком светодиодов Nremainder LEDs :

Если Nremainder LEDs = 0, то дополнительной цепи не будет.

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с максимальным количеством светодиодов:

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с количеством светодиодов меньше максимального:

Общая мощность PLED, рассеиваемая всеми светодиодами:

Мощность, потребляемая всеми резисторами:

Гибкие светодиодные дисплеи на железнодорожной станции; в таких дисплеях используются группы светодиодов в качестве отдельных пикселей. В связи с высокой яркостью светодиодов и их хорошей видимостью при ярком солнечном свете, такие дисплеи часто можно увидеть на наружной рекламных щитах и дорожных указателях маршрута. Светодиодные дисплеи также можно использовать для освещения и в этой роли их часто используют в фонарях с регулируемой цветовой температурой для видео и фотосъемки.

Номинальная мощность резисторов определяется с учетом двойного запаса k = 2, который обеспечивает надежную работу резистора. Выбираем из ряда значений мощности : 0.125; 0.25; 0.5; 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 25, 50 W резистор с мощностью вдвое выше, чем расчетная.

Рассчитаем общую мощность, потребляемую всеми резисторами:

Рассчитаем общую мощность, потребляемую светодиодным массивом:

Рассчитаем ток, который должен обеспечить источник питания:

И наконец, рассчитаем КПД нашего массива:

Возможно, вас заинтересуют конвертеры Яркости, Силы света and Освещенности.

Управление яркостью внешнего светодиода с помощью резисторов||Arduino-diy.com

На этом примере Вы научитесь изменять яркость светодиода, используя резисторы с различным сопротивлением.

Для данного примера вам понадобятся

1 светодиод диаметром 5 мм

1 резистор на 270 Ом (красный, фиолетовый, коричневый)

1 резистор на 470 Ом (желтый, фиолетовый, коричневый)

1 резистор на 2.2 кОм (красный, красный, красный)

1 резистор на 10 кОм (коричневый, черный, оранжевый)

Макетная плата

Arduino Uno R3

Проводники

Светодиоды - общие сведения

Светодиоды отлично служат в устройствах для разного рода индикации. Они потребляют мало электричества и при этом долговечны.

В данном примере мы используем самые распространенные светодиды диаметром 5 мм. Также распространены светодиоды диаметром 3 миллиметра, ну и большие светодиоды диаметром 10 мм.

Подключать светодиод напрямую к батарейке или источнику напряжения не рекомендуется. Во-первых, надо сначала разобраться, где именно у светодиода отрицательная и положительная ноги. Ну а во вторых, необходимо использовать токоограничивающие резисторы, иначе светодиод очень быстро перегорит.

Если вы не будете использовать резистор со светодиодом, последний очень быстро выйдет из строя, так как через него будет проходить слишком большое количество тока. В результате светодиод нагреется и контакт, генерирующий свет, разрушится.

Различить позитивную и негативную ноги светодиода можно двумя способами.

Первый – позитивная нога длиннее.

Второй – при входе в корпус самого диода на коннекторе негативной ноги есть плоская кромка.

Если вам попался светодиод, на котором плоская кромка на более длинной ноге, длинная нога все равно является позитивной.

Резисторы - общие сведения

Resist – сопротивление (англ.)

Из названия можно догадаться, что резисторы сопротивляются потоку электричества. Чем больше номинал (Ом) резистора, тем больше сопротивление и тем меньше тока пройдет по цепи, в которой он установлен. Мы будем использовать это свойство резисторов для регулирования тока, который проходит через светодиод и, таким образом, его яркость.

Но сначала погорим немного о резисторах.

Единицы, в которых измеряется сопротивление – Ом, которые во многих источниках обозначаются греческой буквой Ω – Омега Так как Ом – маленькое значение сопротивления (практически незаметное в цепи), мы часто будем оперировать такими единицами как кОм - килоом (1000 Ом) и МОм мегаом (1000000 Ом).

В данном примере мы будем использовать резисторы с четырьмя различными номиналами: 270 Ω, 470 Ω, 2.2 кΩ и 10 кΩ. Размеры этих резисторов одинаковы. Цвет тоже. Единственное, что их различает – цветные полоски. Именно по этим полоскам визуально определяется номинал резисторов.

Для резисторов, у которых три цветные полоски и последняя золотистая, работают следующие соответствия:

Черный 0

Коричневый 1

Красный 2

Оранжевый 3

Желтый 4

Зеленый 5

Синий 6

Фиолетовый 7

Серый 8

Белый 9

Первые две полоски обозначают первые 2 числовых значения, так что красный, филетовый означает 2, 7. Следующая полоска – количество нулей, которые необходимо поставить после первых двух цифр. То есть, если третья полоска коричневая, как на фото выше, будет один нуль и номинал резистора равен 270 Ω.

Резистор с полосками коричневого, черного, оранжевого цветов: 10 и три нуля, так что 10000 Ω. То есть, 10 кΩ.

В отличии от светодиодов, у резисторов нет положительной и и отрицательной ног. Какой именно ногой подключать их к питанию/земле – неважно.

Схема подключения

Подключите в соответствии со схемой, приведенной ниже:

На Arduino есть пин на 5 В для питания периферийных устройств. Мы будем его использовать для питания светодиода и резистора. Больше вам от платы ничего не потребуется, только лишь подключить ее через USB к компьютеру.

С резистором на 270 Ω, светодиод должен гореть достаточно ярко. Если вы вместо резистора на 270 Ω установите резистор номиналом 470 Ω, светодиод будет гореть не так ярко. С резистором на 2.2 кΩ, светодиод должен еще немного затухнуть. В конце-концов, с резистором 10 кΩ, светодиод будет еле виден. Вполне вероятно, чтобы увидеть разницу на последнем этапе вам придется вытянуть красный переходник, использовав его в качестве переключателя. Тогда вы сможете увидеть разницу в яркости.

Кстати, можно провести этот опыт и при выключенном свете.

Разные варианты установки резистора

В момент, когда к одной ноге резистора подключено 5 В, вторая нога резистора подключается к позитивной ноге светодиода, а вторая нога светодиода подключена к земле. Если мы переместим резистор так, что он будет располагаться за светодиодом, как показано ниже, светодиод все равно будет гореть.

Мигание светодиодом

Мы можем подключить светодиод к выходу Arduino. Переместите красный провод от пина питания 5V к D13, как это показано ниже.

Теперь загрузите пример “Blink”, который мы рассматривали здесь. Обратите внимание, что оба светодиода – встроенный и установленный вами внешний начали мигать.

Давайте попробуем использовать другой пин на Arduino. Скажем, D7. Переместите коннектор с пина D13 на пин D7 и измените следующую строку вашего кода:

на

Загрузите измененный скетч на Arduino. Светодиод продолжит мигать, но на этот раз, используя питание от пина D7.

Расчет резистора для светодиодов: примеры, онлайн калькулятор

При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор.  Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих драйверов. Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов:

Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему.

Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер. Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз.

Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т.н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА. Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.

Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду, как показано на картинке справа:

Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя.  Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит. Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы проверки led.

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:

Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:

где U пит  — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять

Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.

Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора. На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:

Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это вызвано нелинейным характером его ВАХ, о чем говорилось в начале статьи.

Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.

Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов

Подключить несколько led можно двумя способами: последовательно и параллельно. Схемы включения показаны ниже. Не забудьте почитать более подробно про способы подключения светодиодов.

При последовательном соединении используется один резистор, задающий одинаковый ток всей цепочке led. При этом следует учитывать, что источник питания должен обеспечивать напряжение, превышающее общее падение напряжения на диодах. То есть при соединении 4 светодиодов с падением 2.5 В потребуется источник напряжением более 10 В. Ток при этом для всех будет одинаковым. Сопротивление резистора в этом случае можно рассчитать по формуле:

где  — напряжение питания,

— сумма падений напряжения на светодиодах,

— ток потребления.

Так, 4 зеленых светодиода Kingbright L-132XGD напряжением 2.5 В и током 10 мА при питании 12 В потребуют резистора сопротивлением

При этом он должен рассеивать мощность

При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом. 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:

http://cxem.net/calc/ledcalc.php

Он включает в себя небольшую базу данных самых распространенных светодиодов, поэтому необязательно вручную набирать значения падения напряжения и тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать из списка нужный светоизлучающий диод. Программа рассчитает сопротивление и мощность резисторов, а также нарисует схему подключения или принципиальную схему.

Например, с помощью этого калькулятора был рассчитан резистор для трех светодиодов CREE XLamp MX3 при напряжении питания 12 В:

Также программа обладает очень полезной функцией: она подскажет цветовую маркировку требуемого резистора.

Еще одна простая программа для расчета сопротивления распространенная на просторах интернета разработана Сергеем Войтевичем с портала ledz.org.

http://ru. e-neon.ru/prog/ledz.rar

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.

Калькулятор светодиодов

Я уже прочитал статью, сразу перейти к калькулятору.

Для устойчивой работы светодиоду необходим источник постоянного напряжения и стабилизированный ток, который не будет превышать величины, допустимые спецификой конкретного светодиода. Если необходимо подключить светодиоды индикаторные, рабочий ток которых не превышает 50-100мА, можно ограничить ток посредством резисторов. Если речь идет о питании мощных светодиодов с рабочими токами от сотен миллиампер до единиц ампер, то не обойтись без специальных устройств – драйверов (подробнее об этих устройствах читайте в статье "Драйвера для светодиодов", готовые модели драйверов можно увидеть здесь. ). Далее рассмотрим варианты, когда требуемый ток небольшой и обойтись резисторами все же можно.

Резисторы являются пассивными элементами – ток они просто ограничивают, но никак не стабилизируют. Сила тока будет меняться с изменением напряжения в соответствии с законом Ома. Ограничивается ток резистором банальным преобразованием «лишнего» электричества в тепло по формуле

P = I2R, где P - выделяемое тепло в ваттах, I - сила тока в цепи в амперах, R - сопротивление в омах.

Устройство при этом, естественно, греется. Способность резистора рассеивать тепло не безгранична и, при превышении допустимого тока, он сгорит. Допустимая рассеиваемая мощность определяется корпусом резистора. Это нужно учитывать при планировании подключения светодиодов и выбирать элементы с, как минимум, двойным запасом прочности.

Схема подключения одного светодиода

Если необходимо подключить один светодиод, то сопротивление резистора можно рассчитать, в соответствии с законом Ома, по простой формуле:

R = (U - UL) / I, где R - требуемое сопротивление в омах, U - напряжение источника питания, UL - падение напряжения на светодиоде в вольтах, I - нужный ток светодиода в амперах.

Очень часто нужно подключить не один, а несколько светодиодов. В этом случае возможно их последовательное или параллельное подключение.

Схема последовательного подключения светодиодов

Падение напряжения на последовательно соединенных светодиодах суммируется, через каждый из них протекает одинаковый ток. Напряжение источника питание должно быть больше, чем суммарное падение напряжения.

Рассчитывается сопротивление резистора по такому же принципу, как и в случае одного светодиода, только учитывается падение напряжения не на одном светляке, а суммарно для всей цепочки.

Последовательное подключение удобно тем, что требует минимум дополнительных деталей, кроме того, от источника питания не требуется большой ток. Но при большом количестве светодиодов может потребоваться существенное напряжение. Кроме того, если один из последовательной цепочки сгорит, то цепь оборвется и светить перестанут все светодиоды. Также при таком варианте подключения важно использовать совершенно одинаковые светодиоды, иначе их разные параметры будут служить источником дисбаланса. В итоге они могут либо светить неравномерно, либо значительно быстрее выходить из строя.

Схема параллельного подключения светодиодов

Параллельное подключение равносильно одновременному подключению отдельных светодиодов, которым совсем «не обязательно знать» о наличии других светодиодов. При этом напряжение источника питания должно превышать падение напряжения на одном светодиоде. Сила тока каждого светодиода может регулироваться индивидуально, выбором сопротивления подсоединенного к нему резистора. Важно, чтобы источник питания «знал», сколько светодиодов к нему подключено, поскольку общая сила тока, которую потребуется от него предоставить, равна сумме токов, протекающих через все светодиоды. Если один из светодиодов выйдет из строя, со свечением остальных ничего не произойдет, поскольку работают они индивидуально. Учтите, что это не относится к параллельным светодиодам, которые питаются от токоограничивающего драйвера! Драйвер стабилизирует ток, выход из строя одной из веток приведет к общему снижению тока. Это снижение драйвер немедленно компенсирует, что приведет к повышению тока на оставшихся ветках. А они могут это и не пережить. По аналогичной причине следует избегать подключения нескольких параллельных светодиодов через один токоограничивающий резистор.

Схема правильного и неправильного параллельного подключения светодиодов

Сопротивление каждого резистора при параллельном подключении светодиодов рассчитывается, повторюсь, так же, как и при подключении одного светодиода.

Параллельное подключение светодиодов не требует высокого напряжения питания, но при его использовании необходимо обеспечить достаточную силу тока. Требуется большее количество деталей, но можно одновременно подключить светодиоды с разными параметрами. Также большее количество токоограничивающих резисторов, которые будут выделять тепло, даст более низкий общий КПД схемы по сравнению с последовательным подключением.

Быстро рассчитать сопротивление резистора при подключении одного или нескольких одинаковых светодиодов поможет предложенная ниже форма онлайн-калькулятора светодиодов.

Расчет резистора для светодиода

Тип подключения:

Выбрано: Один светодиод

Общая потребляемая мощность:

Общий ток источника питания:

На резисторах рассеивается:

На светодиодах рассеивается:

КПД схемы:

Требуемая мощность резисторов - очень большая!!

Выбирайте резисторы с номиналом не меньше рассчитанного!

Основы

: Подбор резисторов для светодиодов

Итак ... вы просто хотите зажечь светодиод. Какой резистор использовать?

Может быть, вы знаете ответ, или, может быть, все уже считают, что вы должны знать, как добраться до ответа. В любом случае, это вопрос, который вызывает больше вопросов, прежде чем вы действительно сможете получить ответ: какой тип светодиода вы используете? Какой блок питания? Батарея? Плагин? Часть более крупной схемы? Ряд? Параллельно?

Игра со светодиодами должна доставлять удовольствие, и выяснение ответов на эти вопросы на самом деле является частью веселья.Есть простая формула, которую вы используете для выяснения этого - закон Ома. Эта формула: В = I × R , где В - напряжение, I - ток, а R - сопротивление. Но как узнать, какие числа использовать в этой формуле, чтобы получить правильное значение резистора?

Чтобы получить В, в нашей формуле, нам нужно знать две вещи: напряжение нашего источника питания и напряжение наших светодиодов.

Начнем с конкретного примера.Предположим, мы используем держатель для батареек 2 × AA (например, этот из нашего магазина), который обеспечит нас питанием 3 В (с двумя последовательно соединенными элементами AA 1,5 В; мы складываем напряжения), и мы планирую подключить желтый светодиод (как один из этих).

Светодиоды

имеют характеристику, называемую «прямым напряжением», которая часто обозначается в технических данных как Vf. Это прямое напряжение представляет собой величину напряжения, «потерянного» в светодиоде при работе с определенным опорным током, обычно определяемым как около 20 миллиампер (мА), т.е.е., 0,020 ампер (А). Vf зависит в первую очередь от цвета светодиода, но на самом деле немного отличается от светодиода к светодиоду, иногда даже в пределах одного пакета светодиодов. Стандартные красные, оранжевые, желтые и желто-зеленые светодиоды имеют Vf около 1,8 В, в то время как чисто зеленые, синие, белые и УФ-светодиоды имеют Vf около 3,3 В. Таким образом, падение напряжения на нашем желтом светодиоде будет около 1,8 В.

В в нашей формуле находится путем вычитания прямого напряжения светодиода из напряжения источника питания.

3 В (источник питания) - 1.8 В (падение напряжения на светодиодах) = 1,2 В

В этом случае у нас осталось 1,2 В, которые мы подключим к нашей формуле В = I × R .

Следующее, что нам нужно знать, это I , ток, на котором мы хотим управлять светодиодом. Светодиоды имеют максимальный номинальный непрерывный ток (часто обозначается как If или Imax в таблицах данных). Часто это около 25 или 30 мА. На самом деле это означает, что типичное значение тока, к которому нужно стремиться со стандартным светодиодом, составляет от 20 мА до 25 мА, что немного ниже максимального тока.

Помимо: Всегда можно дать светодиоду меньше тока . Работа светодиода, близкая к номинальному максимальному току, дает вам максимальную яркость за счет рассеивания мощности (тепла) и времени автономной работы (если, конечно, у вас разряжаются аккумуляторы). Если вы хотите, чтобы ваши аккумуляторы прослужили в десять раз дольше, обычно вы можете просто выбрать ток, который составляет лишь одну десятую номинального максимального тока.

Итак, 25 мА - это «желаемый» ток - то, что мы надеемся получить, когда выбираем резистор, а также I , который мы подключим к нашей формуле В = I × R .

1,2 В = 25 мА × R

или перефразируя:

1,2 В / 25 мА = R

и когда мы решаем это, получаем:

1,2 В / 25 мА = 1,2 В / 0,025 А = 48 Ом

Где «48 Ом» - 48 Ом. (Единицы измерения таковы, что 1 В / 1 А = 1 Ом; один вольт, разделенный на один ампер, равен одному ому. Если вы имеете дело с током в мА, преобразуйте его в А, разделив на 1000.)

Наша версия формулы теперь выглядит так:

(напряжение источника питания - напряжение светодиода) / ток (в амперах) = требуемое значение резистора (в омах)

Получаем сопротивление резистора 48 Ом.И это хорошее значение пускового резистора для использования с желтым светодиодом и источником 3 В.

Давайте на мгновение посмотрим на номиналы резисторов. Резисторы обычно доступны с такими значениями, как 10 Ом, 12 Ом, 15 Ом, 18 Ом, 22 Ом, 27 Ом, 33 Ом, 39 Ом, 47 Ом, 51 Ом, 56 Ом, 68 Ом, 75 Ом и 82 Ом. (и их кратные 510 Ом, 5,1 кОм, 51 кОм и т. д.), и (если вы не укажете более высокую точность при совершении покупок) имеют значение допуска около ± 5%.

Если вы занимаетесь большим количеством проектов в области электроники, у вас, скорее всего, будет валяться куча резисторов.Если вы только начинаете, возможно, вам захочется приобрести какой-нибудь ассортимент, чтобы было что-нибудь под рукой. Резисторы также рассчитаны на работу с различной мощностью - резисторы, рассчитанные на большую мощность (больше ватт), могут безопасно рассеивать больше тепла, выделяемого внутри резистора. Резисторы на 1/4 ватта, вероятно, являются наиболее распространенными и обычно подходят для простых светодиодных схем, подобных тем, которые мы здесь рассматриваем. (Мы обсуждали рассеяние мощности ранее - обратите внимание на это, когда вы начнете выходить за рамки этих основ.)

Итак, значение резистора, которое мы вычислили выше, было 48 Ом, что не является одним из наших обычных значений. Но это нормально, потому что мы будем использовать резистор с допуском ± 5%, так что в любом случае это значение не обязательно будет точно таким же. На всякий случай мы обычно выбираем следующее более высокое значение, которое у нас есть; 51 Ом в этом примере.

Давайте подключим:
батарейный блок на 3 В, резистор 51 Ом и желтый светодиод.

Это небольшая симпатичная светодиодная схема, но как мы можем сделать это с помощью большего количества светодиодов? Можем ли мы просто добавить еще один резистор и еще один светодиод? Ну да, в точку.Каждому светодиоду потребуется 25 мА, поэтому нам нужно выяснить, какой ток могут отдавать наши батареи.

Помимо : Немного покопавшись, можно найти полезный технический справочник (pdf) по щелочным батареям от Energizer. Оказывается, чем сильнее вы их водите, тем быстрее вы их истощаете. Часть этого очевидна: если вы постоянно потребляете 1000 мА из батареи, вы ожидаете, что батарея прослужит 1/10 того времени, как если бы вы потребляли 100 мА. Но на самом деле есть второй эффект, заключающийся в том, что общая выходная энергия батареи (измеряемая в ватт-часах) уменьшается, когда вы приближаетесь к пределу того, какой ток может выдавать батарея.На практике, с щелочными батареями AA, если вы разрядите их при токе 1000 мА, они прослужат только около 1/20 того времени, как если бы вы разрядили их при 100 мА.

Для нашего одиночного светодиода 25 мА элементы AA прослужат чертовски долго. Если мы запустим четыре светодиода параллельно, потребляя 100 мА, у нас все равно будет довольно приличное время автономной работы. Если ток превышает 500 мА, следует подумать о подключении к розетке. Итак, мы можем добавить несколько наших желтых светодиодов, каждый с собственным резистором 51 Ом, и успешно управлять ими с помощью держателя батареи 2xAA.

Хорошо, а как насчет батареи на 9 В? Давайте остановимся на желтых светодиодах. Если мы хотим отключить один светодиод от батареи 9 В, это означает, что мы должны потреблять колоссальные 7,2 В с нашим резистором, который должен составлять 288 Ом (или ближайшее удобное значение: 330 Ом, в моей мастерской). .

9 В (питание) - 1,8 В (желтый светодиод) = 7,2 В

7,2 В / 25 мА = 288 Ом (округлить до 330 Ом)

Использование резистора для падения напряжения любого размера рассеивает эту энергию в виде тепла.Это означает, что мы просто тратим эту энергию на тепло, вместо того, чтобы получать больше света от нашей светодиодной схемы. Итак, можем ли мы использовать несколько светодиодов, соединенных вместе? Да! Давайте соединим четыре светодиода 1,8 В последовательно, в сумме получим 7,2 В. Когда мы вычтем это из напряжения питания 9 В, у нас останется 1,8 В, для чего потребуется только резистор 72 Ом (или ближайшее значение. : 75 Ом).

9 В - (1,8 В × 4) = 9 В - 7,2 В = 1,8 В

1,8 В / 25 мА = 72 Ом (затем округляем до 75 Ом)

Наша обобщенная версия формулы с несколькими последовательно включенными светодиодами:

[Напряжение источника питания - (напряжение светодиода × количество светодиодов)] / ток = номинал резистора

Мы даже можем подключить пару цепочек из четырех светодиодов плюс резистор параллельно, чтобы получить больше светового потока, но чем больше мы добавляем, тем больше мы сокращаем срок службы батареи.

Но можем ли мы сделать пять последовательно с батареей 9 В? Что же, может быть. Значение 1,8 В, которое мы использовали, является всего лишь «типичным практическим правилом». Если вы уверены, что прямое напряжение равно 1,8 В, он будет работать. Но что, если это не совсем так? Если прямое напряжение ниже, вы можете перегрузить их при более высоком токе, что может сократить срок их службы (или полностью убить). Если прямое напряжение выше, светодиоды могут быть тусклыми или даже не гореть. В некоторых случаях вы можете подключить светодиоды последовательно без резистора, как в нашей схеме светодиодного обеденного стола, но в большинстве случаев предпочтительнее и безопаснее использовать резистор.

Давайте сделаем еще один пример, на этот раз с белым светодиодом (вы можете найти его здесь) и батарейным блоком 3xAA (например, этот). Напряжение источника питания составляет 4,5 В, а напряжение светодиода - 3,3 В. Мы по-прежнему стремимся к току 25 мА.

4,5 В - 3,3 В = 1,2 В

1,2 В / 25 мА = 48 Ом (округлить до 51 Ом)

Итак, вот примеры, которые мы рассмотрели, и еще несколько примеров с некоторыми другими распространенными типами источников питания:

Напряжение источника питания Цвет светодиода Светодиод Vf светодиодов в серии Желаемый ток Резистор (расчетный) Резистор (округлый)
3 В Красный, желтый или желто-зеленый 1.8 1 25 мА 48 Ом 51 Ом
4,5 В Красный, желтый или желто-зеленый 1,8 2 25 мА 36 Ом 39 Ом
4,5 В Синий, Зеленый, Белый или УФ 3,3 1 25 мА 48 Ом 51 Ом
5 В Синий, Зеленый, Белый или УФ 3,3 1 25 мА 68 Ом 68 Ом
5 В Красный, желтый или желто-зеленый 1.8 1 25 мА 128 Ом 150 Ом
5 В Красный, желтый или желто-зеленый 1,8 2 25 мА 56 Ом 56 Ом
9 В Красный, желтый или желто-зеленый 1,8 4 25 мА 72 Ом 75 Ом
9 В Синий, Зеленый, Белый или УФ 3,3 2 25 мА 96 Ом100 Ом

Все эти значения основаны на тех же предположениях о прямом напряжении и желаемом токе, которые мы использовали в первых примерах.Вы можете проработать их и проверить математику или просто использовать ее как удобную таблицу, если считаете, что наши предположения разумны. 😉

Так вот, в какой-то момент кто-то мог сказать вам: «Просто воспользуйтесь онлайн-калькулятором светодиодных резисторов». И действительно, такие вещи есть - даже у нас есть одна (ну, версия для печати из бумаги) - так зачем вообще работать над всем этим? Во-первых, гораздо лучше понять, что и почему этот калькулятор делает то, что он делает. Но также почти невозможно использовать эти калькуляторы, если вы не знаете, какие переменные вам нужно будет ввести.Надеюсь, теперь вы сможете вычислить значения, которые вам понадобятся (напряжение источника питания, напряжение светодиода и ток) для использования светодиодного калькулятора. Но что более важно (1) он вам на самом деле не нужен: вы можете сделать это сами и (2) если вы его используете, вы можете подвергнуть сомнению основные предположения, которые он может сделать от вашего имени.

Надеюсь, вы также увидели, что есть гораздо больше, чем просто один способ зажечь светодиод. И мы даже не добрались до таких вещей, как объединение светодиодов разного номинала в цепи! Теперь, можете ли вы вернуться к наклеиванию светодиодов на батареи CR2032, чтобы сделать светодиодные броски? Да, определенно можно.Но вы можете вернуться и прочитать о том, когда вам следует добавить резистор даже в эту маленькую схему!

Наконец, отметим, что в этой статье мы говорили о вашем основном сквозном маломощном (хотя, возможно, очень ярком) светодиодах. Специализированные типы, такие как светодиоды высокой мощности, могут иметь несколько другие характеристики и требования.

Обновление : исправлен список общих значений резисторов, чтобы включить более общие значения.

Калькулятор резисторов серии

LED

Вычислитель резисторов серии

LED

Для всех светодиодов требуется некоторая форма ограничения тока .Подключение светодиода напрямую к источнику питания сгорит в мгновение ока. Даже кратковременная перегрузка значительно сократит срок службы и светоотдачу.

К счастью, управление одним или цепочкой светодиодов с низким током (20-30 мА) - простая задача - добавление небольшого резистора в серию - самый простой и дешевый способ ограничить ток. Однако имейте в виду, что светодиоды с большим током (выше нескольких сотен мА) сложнее управлять, и, хотя они могут работать с последовательным резистором, для минимизации потерь мощности и обеспечения надежности рекомендуется использовать более дорогие переключатели регулятор тока .

Наш калькулятор светодиодов поможет вам определить номинал токоограничивающего последовательного резистора при подключении одного или нескольких слаботочных светодиодов. Для начала введите необходимые значения и нажмите кнопку «Рассчитать».

Программа нарисует небольшую схему, отобразит рассчитанное сопротивление и сообщит вам значение и цветовой код ближайшего стандартного резистора более низкого и высокого уровня. Он рассчитает мощность, рассеиваемую резистором и светодиодами, рекомендуемую мощность резистора, общую мощность, потребляемую схемой, и эффективность конструкции (мощность, потребляемая светодиодами / общая потребляемая мощность схемы) x 100. ).

Поля ввода

Напряжение питания : Введите напряжение, превышающее падение напряжения светодиода для одной цепи светодиода и параллельного подключения, или сумму всех падений напряжения при последовательном подключении нескольких светодиодов.

Ток светодиода : Введите ток одного светодиода в миллиамперах. Обычные светодиоды 3 мм и 5 мм обычно работают в диапазоне 10-30 мА, но силовые светодиоды, используемые в осветительных и автомобильных приложениях, могут иметь ток более 200 мА.Ток 20 мА обычно является безопасным значением, если у вас нет доступа к техническому описанию компонента.

Цвет светодиода и Падение напряжения : Выберите цвет светодиода. Падение напряжения Поле автоматически заполнится типичным значением для выбранного цвета (например, 2 В для стандартного красного светодиода; 3,6 В для белого светодиода, используемого для освещения, стробоскопа и т. Д .; 1,7 В для инфракрасного светодиода, используемого в пульты дистанционного управления и т. д.). Однако падение напряжения сильно различается между разными типами светодиодов, а также незначительно изменяется в зависимости от тока, поэтому, пожалуйста, измените его, если вы знаете правильное значение для вашего компонента.

Количество светодиодов : Выберите количество светодиодов, которое вы хотите использовать в своей цепи. Для нескольких светодиодов появится второе раскрывающееся меню, в котором вы можете выбрать соединение серии или параллельное соединение .

Примечание. Не следует подключать светодиоды параллельно с одним общим резистором. Идентичные светодиоды могут быть успешно подключены параллельно, но у каждого светодиода может быть немного разное падение напряжения, и яркость светодиодов будет отличаться.Если вы хотите подключить светодиоды параллельно, у каждого из них должен быть свой резистор. Рассчитайте значение для одного светодиода и подключите все пары светодиод-резистор параллельно.

Точность резистора : выберите желаемую стандартную точность резистора: 10% (E12), 5% (E24), 2% (E48) или 1% (E96). Воспользуйтесь нашим калькулятором цветового кода резистора, чтобы узнать цветовые полосы для различных (20%, 0,5% ...) прецизионных резисторов.

Как интерпретировать результаты

Простая схема генерируется при каждой загрузке страницы.На схеме показано только ближайшее значение стандартного резистора, и показаны только два подключения светодиодов, независимо от того, сколько светодиодов в цепи (но я уверен, что вы легко можете заполнить недостающие биты).

Справа показаны два резистора . Это ближайшие (верхние и нижние) стандартные значения, наиболее близкие к исходному рассчитанному сопротивлению. Вы должны использовать только один в своей схеме - лучше выбрать тот, который ближе (тот, который отмечен * после значения).

Рекомендуемая мощность резистора . Мощность рассчитана с небольшим запасом прочности, чтобы рассеиваемая мощность оставалась в пределах 60% от номинального значения.

Эффективность [%] покажет вам, какая часть общей мощности, потребляемой схемой, фактически используется светодиодами.

Как определить выводы светодиода

Светодиод имеет два вывода: положительный (анод) и отрицательный (катод). На схематических диаграммах его символ похож на простой диод, с двумя стрелками, направленными наружу.Анод (+) отмечен треугольником, а катод (-) - линией. Иногда встречаются дополнительные метки: A или + для анода и K или - для катода.

Есть несколько способов определить выводы светодиода:

  1. Катод (отрицательный) обычно маркируется сглаженной кромкой на нижней части корпуса светодиода.
  2. Большинство светодиодов изготавливаются с одной длинной ножкой, указывающей на плюс (анод).
  3. Загляните внутрь самого светодиода - меньшая металлическая деталь внутри светодиода подключается к положительному электроду, а большая - к отрицательному.

Какой резистор мне использовать со светодиодом? - Kitronik Ltd

Выбрать резистор для работы со светодиодом довольно просто, но для этого требуются некоторые знания о светодиодах и немного математики. Некоторые светодиоды, такие как светодиоды с изменяющимся цветом, мигающие светодиоды и светодиоды на 5 В, рассчитаны на работу от источника питания 5 В и поэтому не нуждаются в резисторе.Для всех остальных стандартных и ярких светодиодов потребуется резистор, ограничивающий ток. LED расшифровывается как Light Emitting Diode, и, как следует из названия, это диод, который излучает свет. Когда диод включен в цепь, на него падает 0,7 В. Точно так же на светодиодах падает напряжение, известное как прямое напряжение, хотя оно отличается для каждого светодиода. Для стандартного светодиода прямое напряжение обычно составляет 2 В, а для сверхяркого светодиода - около 3,5 В. Часть напряжения батареи падает на светодиод (прямое напряжение), а остальная часть напряжения падает на резистор.Это показано на диаграмме вверху справа. Поэтому мы можем записать это как:

Сопротивление можно рассчитать по закону Ома:

Светодиоды

обычно требуют от 10 до 20 мА, это подробно описано в спецификации светодиода вместе с прямым падением напряжения. Например, сверхяркий синий светодиод с батареей 9 В имеет прямое напряжение 3,2 В и типичный ток 20 мА.

Значит, резистор должен быть на 290 Ом или как можно ближе к нему.

Пусть ваш компьютер сделает всю работу

Мы добавили на веб-сайт Kitronik отличный инструмент, позволяющий упростить расчет резистора ограничения тока.Просто выберите, какой светодиод вы используете, из раскрывающегося списка. Введите напряжение аккумулятора, и он скажет вам, какой резистор использовать. Он даже сообщает вам, какие цветные полосы будут на резисторе. Нажмите здесь, чтобы перейти на страницу калькулятора

Подробнее об авторе подробнее »

© Kitronik Ltd - Вы можете распечатать эту страницу и ссылку на нее, но не должны копировать страницу или ее часть без предварительного письменного согласия Kitronik.

Закон

Ом - Зачем нужны резисторы в светодиоде

Светодиод - это диод, сделанный из полупроводникового материала, который генерирует фотоны света, когда через материал протекает ток.Чем больше ток через светодиод, тем больше света будет излучать светодиод, тем он будет ярче. Однако существует верхний предел - величина тока, достаточная для повреждения светодиода.

Светодиод оказывает небольшое сопротивление протекающему через него току. Большая часть небольшого сопротивления, которое он предлагает, происходит из-за потери энергии из-за излучаемого света, а генерация фотонов настолько эффективна, что сопротивление довольно незначительно. Однако по мере увеличения тока, увеличения количества света, светодиод в какой-то момент выйдет из строя, потому что количество тока, проходящего через светодиод, вызывает повреждение материала.При достаточно большом токе катастрофическое испарение материала может привести к небольшому взрыву внутри внешней оболочки светодиода. При более низких уровнях тока в цифровых схемах 3,3 В или 5 В наиболее вероятным результатом является отказ полупроводникового материала и прекращение проводимости, а светодиод больше не светится.

Как напряжение цепи влияет на потребление тока светодиодами? Поскольку светодиод - это тип диода, уравнение диода Шокли описывает ток, который диод допускает при различных уровнях напряжения.Уравнение показывает, что результаты функции Шокли для заданного диапазона напряжений следует экспоненциальной кривой. Это означает, что небольшие изменения напряжения могут привести к большим изменениям тока. Таким образом, использование светодиода в простой цепи, напряжение которой выше, чем прямое напряжение светодиода, может привести к тому, что светодиод будет потреблять на удивление больше тока, чем рекомендуемые уровни, что приведет к отказу светодиода.

См. Тему в Википедии «Схема светодиода», а также тему «Уравнение диода Шокли» в Википедии.

Итак, идея состоит в том, чтобы спроектировать схему светодиода так, чтобы ограничить количество тока, протекающего через светодиод.Мы хотим сбалансировать наличие достаточного тока, чтобы обеспечить желаемый уровень яркости, не имея такого большого значения, чтобы светодиодный материал выходил из строя. Самый распространенный метод ограничения тока - это добавление в схему резистора.

Светодиод должен иметь технический паспорт, в котором описаны электрические характеристики светодиода и допуски. Например, см. Этот технический паспорт Номер модели: YSL-R531R3D-D2.

Первые характеристики, которые нас интересуют, это (1) максимальный ток, который светодиод может выдержать до того, как возможен отказ материала, приводящий к отказу светодиода, и (2) каков рекомендуемый диапазон тока.Эти и другие максимальные значения для типичного стандартного красного светодиода (разные светодиоды будут иметь разные значения) приведены в таблице, дублированной ниже.

В таблице технических данных для этого стандартного красного светодиода мы видим, что максимальный ток составляет 20 мА, а рекомендуемый диапазон - от 16 мА до 18 мА. Этот рекомендуемый диапазон - это ток, при котором светодиоды должны быть максимально яркими, без риска повреждения материала. Мы также видим, что номинальная рассеиваемая мощность составляет 105 мВт. Мы хотим быть уверены в том, что при проектировании нашей схемы светодиодов мы придерживаемся этих рекомендуемых диапазонов.

В следующей таблице мы находим значение прямого напряжения для светодиода 2,2 В. Значение прямого напряжения - это падение напряжения при протекании тока через светодиод в прямом направлении от анода к катоду. См. Что такое «прямое» и «обратное» напряжение при работе с диодами ?.

Если бы мы использовали этот светодиод в цепи с напряжением 2,2 В и током 20 мА, тогда светодиод будет рассеивать 44 мВт, что находится в пределах нашей зоны безопасности по рассеянию мощности. Если ток изменится с 20 мА до 100 мА, рассеиваемая мощность будет в 5 раз больше или 220 мВт, что намного выше номинальной рассеиваемой мощности 105 мВт для светодиода, поэтому можно ожидать, что светодиод выйдет из строя.Посмотрите, что происходит с моим светодиодом, когда я подаю слишком большой ток ?.

Для уменьшения тока через светодиод до рекомендуемых уровней введем в схему резистор. Какой номинал резистора мы должны использовать?

Мы рассчитываем номинал резистора, используя закон Ома, В = I x R . Однако мы сделаем алгебраическое преобразование, потому что мы хотим найти сопротивление, а не напряжение, поэтому вместо этого мы используем формулу R = V / I .

Значение I, тока в амперах, довольно очевидно, давайте просто используем рекомендуемый минимум 16 мА или.016A из таблицы данных светодиода в преобразованной формуле. Но какое значение мы должны использовать для вольт, В?

Нам нужно использовать падение напряжения на резисторе, которое является вкладом резистора в общее падение напряжения во всей цепи. Таким образом, нам нужно будет вычесть вклад падения напряжения светодиода из общего напряжения цепи, чтобы определить вклад падения напряжения, необходимый для резистора. Падение напряжения светодиода - это значение прямого напряжения, падение напряжения в прямом направлении от анода к катоду, из таблицы выше.

Для стандартного проекта Raspberry Pi, использующего шину 3,3 В в качестве источника питания, расчет будет (3,3–2,2 В) / 0,016 А = 69 Ом (округление до 68,75 в большую сторону)

Итак, почему обычно используется сопротивление резистора, например 200 Ом, если в расчетах указано 69 Ом?

Легкий ответ заключается в том, что резистор на 200 Ом - это обычный резистор, включенный во многие экспериментальные наборы. Мы хотим использовать общий резистор, если свет, излучаемый светодиодом, не будет заметно уменьшаться.

Итак, если мы заменим резистор 69 Ом на резистор 200 Ом, как изменится ток? Опять же, на этот раз мы используем закон Ома для определения тока в цепи, I = V / R или 3,3 В / 200 Ом = 0,0165 A , и когда мы смотрим на лист данных светодиода, мы видим, что это значение находится в рекомендуемый диапазон от 16 мА до 18 мА, поэтому светодиод должен быть достаточно ярким.

Калькулятор светодиодных резисторов

Токоограничивающий резистор, иногда называемый нагрузочным резистором или последовательным резистором, подключается последовательно со светоизлучающим диодом (LED), чтобы на нем было правильное прямое падение напряжения.

Если вам интересно, «Какой резистор мне использовать с моим светодиодом?», Или если вам интересно, какой резистор вы должны использовать с питанием 12 В или 5 В, тогда эта статья поможет.

На схеме выше вы можете увидеть распиновку светодиода. Катод - отрицательный вывод. Он находится на плоской стороне диода, а вывод короче. Анод положительный и имеет более длинный вывод. Если вам всегда интересно, что является отрицательным или положительным, то приведенная выше анимация поможет тренировать мозг.Вы только посмотрите на него, надеюсь, он утонет ...


Калькулятор ограничивающего резистора

- Серия

прямое напряжение

Прямое падение напряжения обычно обозначается просто как прямое напряжение - это конкретное значение для каждого светодиода. Вы можете получить это из таблицы вашего компонента. Однако, если вы не можете найти спецификацию, вы всегда можете обратиться к таблице, приведенной ниже. Он показывает падение напряжения в прямом направлении для каждого обычно доступного светодиода по цвету.

Вы также можете измерить его с помощью цифрового измерителя. Практически любой дешевый счетчик имеет эту менее известную возможность.

Как измерить прямое напряжение Vf

Если у вас есть цифровой мультиметр, то вы также можете измерить прямое падение напряжения. У вашего измерителя будет символ диода на переднем циферблате, поэтому просто переместите селекторный переключатель на него и измерьте его! Большинство инженеров не знают об этой функции, поэтому держите это в секрете!

Красный зонд измерителя подключается к аноду, а черный зонд подключается к катодному выводу, который является более коротким проводом.Ваш цифровой измеритель должен предоставлять вам хорошее точное значение, которое вы можете использовать.

Диаграмма по цвету

Цвет светодиода Прямое напряжение Vf Прямой ток Если
Белый от 3,2 В до 3,8 В от 20 мА до 30 мА
Теплый белый от 3,2 В до 3,8 В 20 от мА до 30 мА
Синий от 3,2 В до 3,8 В от 20 мА до 30 мА
Красный 1.От 8 В до 2,2 В от 20 мА до 30 мА
Зеленый от 3,2 В до 3,8 В от 20 мА до 30 мА
Желтый от 1,8 В до 2,2 В от 20 мА до 30 мА
Оранжевый от 1,8 В до 2,2 В от 20 мА до 30 мА
Розовый от 3,2 В до 3,8 В от 20 мА до 30 мА
UV от 3,2 В до 3,8 В от 20 мА до 30 мА

Вот диаграмма, показывающая прямое напряжение по цвету для широко доступных светодиодов на eBay.Сейчас они очень дешевы, и вы можете получить сумку светодиодов высокой яркости практически за копейки. Все они доступны в размерах 3 мм, 5 мм и 10 мм. Катодный вывод обычно имеет длину 17 мм, а длину анода - 19 мм.

Из-за нелинейного характера кривой характеристики диода светодиод работает в очень узком диапазоне параметров прямого напряжения и прямого тока.

Например, красный светодиод имеет типичное прямое напряжение 1,8 В и максимальное прямое напряжение 2.2 В. Он имеет типичный прямой ток 20 мА и максимальный прямой ток 30 мА. Инженеры-электронщики обычно используют типичные рабочие параметры.

Самое замечательное в этих светодиодах то, что все они имеют типичный прямой ток около 20 мА, что означает, что вы можете применить закон Ома для определения номинала последовательного резистора.

Выбор резистора для использования со светодиодами

901 9015 360 Ом
Напряжение питания Vs Vf = 1.8 В Vf = 3,2 В
3,3 В 75 Ом 5 Ом
5 В 160 Ом 9014 290 Ом
12 В 510 Ом 440 Ом

Как видно из диаграммы выше, обычно используются два прямых напряжения. Красный, желтый и оранжевый светодиоды попадают в 1.Категория 8 В, а белый, синий, зеленый, розовый, УФ, попадают в категорию 3,2 В.

Таким образом, я составил другую диаграмму, показывающую значения последовательного резистора, необходимые для этих двух категорий падения напряжения. На диаграмме показаны расчетные значения при напряжении питания 3,3 В, 5 В, 9 В и 12 В. Это типичные напряжения, используемые любителями в своих проектах. Просто воспользуйтесь таблицей значений стандартных резисторов, чтобы найти ближайшее из возможных значений.

Пример 1: Синий светодиод имеет типичное прямое падение напряжения, равное 3.2 В, поэтому при напряжении питания 3,3 В требуется резистор 5 Ом. Однако, если вы используете напряжение питания 5 В, то потребуется резистор на 90 Ом. Как видите, номинал резистора увеличивается с увеличением напряжения питания.

Пример 2: Если вы используете желтый светодиод, то он имеет типичное прямое напряжение 1,8 В. Следовательно, значения резистора 75 Ом, 160 Ом, 360 Ом и 510 Ом могут использоваться, когда напряжение питания составляет 3,3 В, 5 В, 9 В и 12 В соответственно.

Формула для расчета номиналов резисторов

Напряжение на шине Vs равно сумме напряжений на светодиоде и резисторе.

Учитывая прямое напряжение диода Vf, напряжение на резисторе равно Vs –Vf.

Учитывая прямой ток, мы знаем, что этот же ток течет и по цепи в резисторе. Следовательно, у нас есть вся информация, чтобы использовать закон Ома для расчета номинала последовательного резистора.

Цепь с несколькими светодиодами

- Серия

Несколько светодиодов можно подключать последовательно, однако напряжение питания ограничивает количество светодиодов, которые вы можете установить. Как видите, полное прямое напряжение - это сумма всех прямых напряжений, представленных каждым светодиодом.Очевидно, что суммарное прямое напряжение должно быть меньше напряжения питания. Если вы используете источник питания 12 В, у вас может быть до семи светодиодов последовательно.


Цепь с несколькими светодиодами - параллельная

Вот такой правильный способ подключения нескольких светодиодов параллельно. У каждого светодиода есть собственный резистор ограничения тока.

В этой конфигурации у вас может быть много светодиодов; однако ограничивающим фактором является сила тока, которую может обеспечить источник питания. Полный ток - это сумма всех индивидуальных прямых токов каждого светодиода.

Калькулятор светодиодного резистора

Используйте этот калькулятор светодиодного резистора, чтобы определить подходящее сопротивление для вашей светодиодной цепи, состоящей из одного или нескольких светодиодов.


Расчет светодиодного резистора

Каждый светодиод имеет определенный диапазон рабочего тока, превышающий номинальный уровень тока, который он может повредить. Для защиты или ограничения тока мы просто используем последовательно включенный резистор.

Этот калькулятор резисторов для светодиодов поможет вам подобрать правильное значение резистора для светодиода в вашей цепи светодиода, вам просто нужно ввести значения Напряжение источника (V s ), Прямой ток светодиода (I f ) и Светодиод прямого напряжения (V f ).

Прямое напряжение или падение напряжения на светодиоде заранее определено (показано в таблице ниже), поскольку оно зависит от цвета, излучаемого светодиодом, типичное значение падения напряжения составляет 2 В.

Цвет

Падение напряжения (Vf)

Красный

2

Зеленый

2.1

Синий

3,6

Белый

3,6

Желтый

2,1

Оранжевый

2,2

Янтарь

2.1

Инфракрасный

1,7

Уравнение

Чтобы найти значение математически, вы можете использовать следующее уравнение:

Где,

В с = Напряжение источника измеряется в вольтах.

В f = прямое напряжение светодиода или падение напряжения, если вы не знаете падение напряжения на светодиоде, вы можете использовать 2 В, поскольку это типичное значение для падения напряжения светодиода.

I f = прямой ток светодиода, если вы не знаете прямой ток светодиода вашего светодиода, вы можете использовать 20 мА, поскольку это типичное значение для прямого тока светодиода.

N = количество светодиодов, подключаемых последовательно.

Калькулятор светодиодного резистора

- Дюймовый калькулятор

Рассчитайте резистор для использования в цепи со светодиодом, указав ниже напряжение питания, прямое напряжение и прямой ток. При необходимости рассчитайте резистор для подключения нескольких последовательно соединенных светодиодов.

Результатов:

Рекомендация по мощности резистора



Как рассчитать размер резистора для использования со светодиодом

Светоизлучающие диоды или светодиоды, используемые в электрических цепях, должны быть соединены с резистором для регулирования тока.Это необходимо для предотвращения потребления тока, превышающего номинальный для светодиода, что может привести к повреждению компонента.

Чтобы определить правильное значение резистора, закон Ома используется для вывода формулы для резистора.

Формула для расчета светодиодного резистора

R (Ом) = V с - (V f × N) I f

Требуемое сопротивление равно напряжению питания минус прямое напряжение, умноженное на количество светодиодов, деленное на прямой ток.

В с - или напряжение питания - равно напряжению, подаваемому в цепь.

В f - или прямое напряжение - равно падению напряжения светодиода. Это значение различается для светодиодов разного цвета, см. Таблицу ниже, где показано падение напряжения для светодиодов разных цветов.

I f - или прямой ток - равен току, потребляемому светодиодами. Большинство светодиодов рассчитаны на ток 20-30 мА.

N - количество последовательно включенных светодиодов.

Схема, показывающая схему со светодиодом и необходимым резистором.

Например, найдет резистор, который будет использоваться для светодиода с прямым напряжением 2 вольта и током 20 миллиампер при напряжении питания 5 В.

R = 5 В - 2 В 0,02 A
R = 3 В 0,02 A
R = 150 Ом

Падение напряжения и рекомендуемый размер резистора для светодиодов разного цвета

Диаграмма, показывающая падение напряжения или прямое напряжение для светодиодов разных цветов, а также рекомендуемый размер резистора для данного прямого тока и напряжения питания.
Цвет Типичное прямое напряжение (Vf) Напряжение питания (Вс) прямой ток (если) Рекомендуемый размер резистора Рекомендуемая номинальная мощность резистора
Красный 2 В 5 В 20 мА 150 Ом 0,06 Вт
Зеленый 2,1 В 5 В 20 мА145 Ом 0.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *