Расчет сопротивления для ограничения тока. Использование резисторов в электронике

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:

1. Выяснение прямого напряжения и тока светодиода.
2. Расчет падения напряжения на нужном резисторе.
3. Расчет сопротивления резистора.
4. Подбор сопротивления из стандартного ряда.
5. 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; }

Светодиод - прибор, который при прохождении через него тока излучает свет.

В зависимости от типа используемого материала для изготовления прибора, светодиоды могут излучать свет различного цвета. Эти миниатюрные, надежные, экономичные приборы используются в технике, для освещения и в рекламных целях.

Светодиод обладает такой же вольтамперной характеристикой, как и обычный полупроводниковый диод. При этом при повышении прямого напряжения на светодиоде проходящий через него ток резко возрастает.

В законе, который мы только что упоминали, следует отметить, что мы никогда не используем сопротивление как таковое и никогда не входим в уравнение. Теперь мы переходим к другому существенному закону: Закон Ома, который описывает функционирование сопротивления.

Существует более распространенная формула, которую вы увидите очень часто. Или два других метода формулировки для расчета интенсивности или сопротивления. Да, это немного раздражает, разве это не так, поскольку нет ни одного слова в текущем слове? К сожалению, на нас работает 100 лет, поэтому просто нести с собой. Возьмем резистор 3 Ом с током 0, 5 ампер. . Закон Ома имеет важное значение и заслуживает дальнейшего изучения. Мы предложим ряд новых сопротивлений, интенсивностей и напряженности, и мы будем использовать их для решения неизвестного.

Например, для зеленого светодиода типа WP710A10LGD компании Kingbright при изменении приложенного прямого напряжения от 1,9 В до 2 В ток меняется в 5 раз и достигает 10 мА. Поэтому при прямом подключении светодиода к источнику напряжения при небольшом изменении напряжения ток светодиода может возрасти до очень большого значения, что приведет к сгоранию p-n перехода и светодиода.

Если вы работаете парами с другом, спросите друг друга и проверьте свои ответы! Есть также онлайн-калькуляторы, против которых вы можете измерить себя. Наша диаграмма немного загружена, но мы почти закончили. Наконец, последний фрагмент головоломки. Поэтому есть веские причины, чтобы хотеть контролировать яркость, если у вас низкий заряд батареи, но вы хотите сохранить свет одновременно. Указанный выше технический лист показывает это. Вы видите самый правый столбец?

Очень важно использовать законы, которые вы только что узнали на практике, и именно поэтому мы будем реагировать на новую викторину. Решите проблемы, используя приведенные выше диаграммы. На самом деле есть онлайн-калькуляторы, которые могли бы вам помочь, только цель обучения электронике - выполнять вычисления даже на необитаемом острове.

Осуществлена с применением букв и цифр, с помощью которых можно определить качественные характеристики устройств.

Поэтому при параллельном включении светодиодов обычно к каждому прибору последовательно подключают свой ограничивающий резистор. Расчет сопротивления и мощности такого резистора ничем не отличается от ранее рассмотренного случая.

Вы не пострадали, не так ли? Какая интенсивность проходит через сопротивление 100 Ом? . Эта экспериментальная плата питалась от трех разных напряжений и использовала такое же сопротивление. Ответ заключается в использовании тока. Сопротивление не производит свет, а тепло. Эти напряжения и ток резистора теряются навсегда, как тепло, и бесполезны в нашей цепи. Поскольку бесполезно сжигать батарею, чтобы превратить ее в тепло, мы должны максимально уменьшить потребляемую энергию по сопротивлению и лучший способ добиться этого - поддерживать низкое напряжение.

При последовательном включении светодиодов необходимо включать приборы одного типа.

Кроме того, надо учитывать то, что напряжение источника должно быть не меньше суммарного рабочего напряжения всей группы светодиодов.

Расчет токоограничивающего резистора для светодиодов последовательного включения считаются также, как и раньше. Исключение состоит в том, что при вычислении вместо величины Uсв используется величина Uсв*N. В данном случае N - это количество включенных приборов.

Не рекомендуется идти ниже этого порога, поскольку прямое напряжение может меняться, резисторы и батареи также, и все эти небольшие отклонения, составляющие около 0, 2 В, ожидаемая интенсивность. Мы закончим, узнав еще одну деталь, которая появится в вашем наборе. Ну, это было не так уж и фантастично, ведь это даже очень распространено. Потенциометры действуют как регулируемые резисторы одним нажатием кнопки. Мы подробно обсудим потенциометры в предстоящем учебнике, поэтому рассмотрим это как небольшое введение!

Потенциометры, как и резисторы, имеют значение в омах, например, этот потенциометр составляет 2 кома, потенциометры имеют три контакта, два снаружи и один по центру. Центральный контакт, контакт курсора, иногда называется «очистителем» на английском языке.

Выводы:

1. Светодиоды - широко распространенные приборы, используемые в технике, для освещения и рекламы.
2. Во избежание выхода из строя светодиодов из-за их чувствительности к изменениям напряжения для них часто используют ограничивающие резисторы.
3. Расчет значения сопротивления ограничивающего резистора делается на основе закона Ома.

Расчет резистора для подключения светодиодов на видео

Можно понять, почему при открытии потенциометра он буквально напоминает щетку стеклоочистителя! Пока контакт курсора перемещается от одного конца к другому, сопротивление между этим контактом и контактом слева или справа изменяется. Чем ближе контакт ползуна к боковому контакту, тем ниже сопротивление. Когда потенциометр повернут в крайнее левое положение, сопротивление между левым контактом и контактом курсора составляет 0 Ом, тогда как резистор между контактом курсора и правым контактом составляет 2 кома.

Когда потенциометр поворачивается в крайнее правое положение, происходит обратное. Сопротивление между двумя внешними контактами всегда одинаково. Сопротивление между контактом курсора и слева и справа меняется! Возьмем потенциометр 2 кома сверху, если кнопка центрирована, то какое сопротивление между контактом правого и левого? В центре это эквивалентно половине максимума, поэтому 1 коем.

(светоизлучающий диод) - излучает свет в тот момент, когда через него протекает электрический ток . Простейшая схема для питания светодиодов состоит из источника питания, светодиода и резистора, подключенного последовательно с ним.

Такой часто называют балластным или токоограничивающим резистором. Возникает вопрос: «А зачем светодиоду резистор?». Токоограничивающий резистор необходим для ограничения тока, протекающего через светодиод, с целью защиты его от сгорания. Если напряжение источника питания равно падению напряжения на светодиоде, то в таком резисторе нет необходимости.

Каково сопротивление между контактом ползунка и контактом справа? . Схематический символ потенциометра напоминает своеобразное сопротивление с центральной стрелкой, символизирующей контакт курсора. Маленькая стрелка влево указывает направление контакта курсора, когда потенциометр поворачивается по часовой стрелке показывает.

А если он расположен в центре? . Выберите текст, чтобы увидеть ответ. Но во-первых, откуда берутся эти 100 Ом? Можем ли мы не просто настроить потенциометр для достижения желаемого сопротивления? Поэтому у нас есть дополнительное сопротивление 100 Ом для его устранения. Это предотвращает падение сопротивления резистора ниже 100 Ом.

Расчет резистора для светодиода

Сопротивление балластного резистора легко рассчитать, используя закон Ома и правила Кирхгофа. Чтобы рассчитать необходимое сопротивление резистора, нам необходимо из напряжения источника питания вычесть номинальное напряжение светодиода, а затем эту разницу разделить на рабочий ток светодиода:

Прежде чем мы начнем, некоторые определения

Ваууу, это был курс интенсивной математики. Мы вернемся к программному обеспечению и этим маленьким мигающим диодам в будущих учебниках. Вывод: никогда не подключайте живое питание к непрерывной батарее или источнику питания!

Конкретный пример: расчет сопротивления

Возьмем в качестве примера красный светодиод, приводимый в действие автомобильной батареей напряжением 12 вольт.

Расчет мощности резистора

Сопротивление колеблется от нескольких десятков Ватт до нескольких сотен.

Что касается постоянного тока , диод добавляется параллельно и шпиндель относительно светодиода. В переменном токе напряжение является как положительным, так и отрицательным. Когда ток положительный, светодиод загорается, а когда он отрицательный, он отключается. Здесь диод может поджариваться, потому что он не поддерживает высокое обратное напряжение. Диод будет добавлен так, что ток пройдет через него. Обратите внимание: ток, протекающий через резистор, сильнее, чем при работе светодиода.

• V - напряжение источника питания
• V LED - напряжение падения на светодиоде
• I – рабочий ток светодиода

Ниже представлена таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета:

Компоненты и цветовые коды

Существует риск сцинтилляции. Сопротивление - это самый простой электронный компонент для измерения, понимания и интерпретации. Для некоторых это будет полный курс, чтобы открыть этот компонент, для других простых напоминаний. Из-за небольшого размера компонентов четкая маркировка на компоненте невозможна, цветовой код настроен, этот код связывает соответствующее цветное кольцо с каждой цифрой. кольцо может иметь различный смысл: число, множитель или допуски компонента.

Вот сводная таблица цветового кода. Вот пример сопротивления в наиболее распространенной форме. Чтение с использованием приведенной выше таблицы дает нам. Мы только что декодировали 4-кольцевой резистор, однако есть также резисторы с 5 или 6 кольцами, в этом случае кодирование выглядит следующим образом:. 5 колец: 3 значащие цифры, множитель, толерантность. 6 колец: 3 значащие цифры, множитель, допуски, температурный коэффициент.

Хотя эта простая схема широко используется в бытовой электронике, но все же она не очень эффективна, так как избыток энергии источника питания рассеивается на балластном резисторе в виде тепла. Поэтому, зачастую используются более сложные схемы () которые обладают большей эффективностью.

Давайте, на примере выполним расчет сопротивления резистора для светодиода.

Сочетание нескольких резисторов последовательно, параллельно

Цветовой код и фотографии резисторов, которые мы видели до сих пор радиальных компонентов, требующих восприятия. Эта технология все меньше и меньше используется для использования на поверхностных компонентах. Наверху сопротивление 10 000 Ом и сопротивление 10 Ом. Эта маркировка несколько неоднозначна, но она была определена таким образом. Они используются, потому что их легче настроить роботами, чем ремешок. Чтобы выбрать сопротивление, необходимо рассчитать его значение, но также мощность, которую он должен рассеять, тогда необходимо будет выбрать допуск в соответствии с приложением.

Мы имеем:

• источник питания: 12 вольт
• напряжение светодиода: 2 вольта
• рабочий ток светодиода: 30 мА

Рассчитаем токоограничивающий резистор, используя формулу:

Мне остается выбирать толерантность к этому сопротивлению. Наиболее распространенные резисторы имеют допуск 5%, какой диапазон допуска для сопротивления 180 Ом? В зависимости от приложения может потребоваться более высокий уровень допуска, чтобы ограничить отклонение. Тогда есть 2 решения: - выберите сопротивление с более низким допуском. - измерение и сортировка сопротивлений более высокого допуска.

Электролюминесцентный диод представляет собой электронный компонент, способный излучать свет, когда он проходит электрический ток.

• Они ничего не потребляют.
• У них отличная жизнь.
• Они очень нагреваются.
• Они ничего не стоят.

Существуют разные формы и цвета. Физический принцип относительно сложный.

Получается, что наш резистор должен иметь сопротивление 333 Ом. Если точное значение из подобрать не получается, то необходимо взять ближайшее большее сопротивление . В нашем случае это будет 360 Ом (ряд E24).

Последовательное соединение светодиодов

Часто несколько светодиодов подключают последовательно к одному источнику напряжения. При одинаковых светодиодов их общий ток потребления равняется рабочему току одного светодиода, а общее напряжение равно сумме напряжений падения всех светодиодов в цепи.

Ну, хватит блабла, чтобы попрактиковаться! Электроны находятся, например, в сваях. Не так быстро! Знаете, мы еще не подошли к перечитанной части, где 90% класса выпадает из физики в колледже: интенсивность и напряжение. Чтобы сделать его простым, мы будем использовать аналогию с водой. Большое напряжение немного похоже на водопад: склон очень сильный, и циркулирует много воды.

Интенсивность на этот раз эквивалентна ширине вашего канала. Если ваш канал имеет ширину один метр, циркуляции воды не будет, даже если наклон очень высок Если есть 100 метров между двумя берегами вашего канала, в вашей мельнице будет много воды: интенсивность велика.

Поэтому, в данном случае, нам достаточно использовать один резистор для всей последовательной цепочки светодиодов.

Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении.

В этом примере два светодиода соединены последовательно. Один красный светодиод с напряжением 2В и один ультрафиолетовый светодиод с напряжением 4,5В. Допустим, оба имеют номинальную силу тока 30 мА.

Вы видели маленькую синюю вспышку на видео? Она умеет выбрасывать. Сопротивление похоже на небольшую плотину, это позволит сохранить всю эту воду, каждое сопротивление имеет значение. Чтобы найти правильное сопротивление , вам нужно сделать расчет. в Интернете.

Либо вы смотрите на «спецификации» вашего светодиода, и он должен быть написан. В качестве индикатора: моя первая схема с плоской батареей загоралась нормально в течение 10 часов, затем все меньше и меньше. Вторая схема с батареей 9 В и резистором функционировала нормально в течение примерно 15 часов и отключилась через один день.

Из правила Кирхгофа следует, что сумма падений напряжения во всей цепи равна напряжению источника питания. Поэтому на резисторе напряжение должно быть равно напряжению источника питания минус сумма падения напряжений на светодиодах.

Если вы хотите больше статей, подобных этому, подождите! Эти ленты обеспечивают очень хорошие световые характеристики и, при условии правильного использования , практически не поддаются удачной эксплуатации. Будет видно, что использование при освещении автомобилей, например, должно учитывать определенное количество элементов, чтобы обеспечить безопасную работу для светодиодов и оборудования, которое их подает.

Между каждым блоком из 3 светодиодов находится конденсатор.

В типичной работе белый светодиод имеет пороговое напряжение 3 вольта при токе 20 мА. Для тех, кто интересуется расчетом, формула, используемая для определения значения сопротивления, такова. Поэтому мы имеем 3 светодиода последовательно, т.е. 9 вольт при 20 мА.

Используя закон Ома, вычисляем значение сопротивления ограничительного резистора:

Резистор должен иметь значение не менее 183,3 Ом.

Обратите внимание, что после вычитания падения напряжений у нас осталось еще 5,5 вольт. Это дает возможность подключить еще один светодиод (конечно же, предварительно пересчитав сопротивление резистора)

Параллельное соединение светодиодов

Так же можно подключить светодиоды и параллельно, но это создает больше проблем, чем при последовательном соединении.

Ограничивать ток параллельно соединенных светодиодов одним общим резистором не совсем хорошая идея, поскольку в этом случае все светодиоды должны иметь строго одинаковое рабочее напряжение. Если какой-либо светодиод будет иметь меньшее напряжение, то через него потечет больший ток, что в свою очередь может повредить его.

И даже если все светодиоды будут иметь одинаковую спецификацию, они могут иметь разную вольт-амперную характеристику из-за различий в процессе производства. Это так же приведет к тому, что через каждый светодиод будет течь разный ток. Чтобы свести к минимуму разницу в токе, светодиоды, подключенные в параллель, обычно имеют балластный резистор для каждого звена.

Онлайн калькулятор расчета резистора для светодиода

Этот онлайн калькулятор поможет вам найти нужный номинал резистора для светодиода, подключенного по следующей схеме:

примечание: разделителем десятых является точка, а не запятая

Формула расчета сопротивления резистора онлайн калькулятора

Сопротивление резистора = (U – U F )/ I F

• U – источник питания;
• U F – прямое напряжение светодиода;
• I F – ток светодиода (в миллиамперах).

Примечание: Слишком сложно найти резистор с сопротивлением, которое получилось при расчете. Как правило, резисторы выпускаются в стандартных значениях (номинальный ряд). Если вы не можете найти необходимый резистор, то выберите ближайшее бо́льшее значение сопротивления, которое вы рассчитали.

Например, если у вас получилось сопротивление 313,4 Ом, то возьмите ближайшее стандартное значение, которое составляет 330 Ом. Если ближайшее значение является недостаточно близким, то вы можете получить необходимое сопротивление путем или соединения нескольких резисторов.

Светодиод является полупроводниковым прибором с нелинейной вольт-амперная характеристикой (ВАХ). Его стабильная работа, в первую очередь, зависит от величины, протекающего через него тока. Любая, даже незначительная, перегрузка приводит к деградации светодиодного чипа и снижению его рабочего ресурса.

Чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод на нужном уровне, электрическую цепь необходимо дополнить стабилизатором. Простейшим, ограничивающим ток элементом, является резистор.

Важно! Резистор ограничивает, но не стабилизирует ток.

Расчет резистора для светодиода не является сложной задачей и производится по простой школьной формуле. А вот с физическими процессами, протекающими в p-n-переходе светодиода, рекомендуется познакомиться ближе.

Теория

Математический расчет

Ниже представлена принципиальная электрическая схема в самом простом варианте. В ней светодиод и резистор образуют последовательный контур, по которому протекает одинаковый ток (I). Питается схема от источника ЭДС напряжением (U). В рабочем режиме на элементах цепи происходит падение напряжения: на резисторе (U R) и на светодиоде (U LED). Используя второе правило Кирхгофа, получается следующее равенство: или его интерпретация

В приведенных формулах R – это сопротивление рассчитываемого резистора (Ом), R LED – дифференциальное сопротивление светодиода (Ом), U – напряжения (В).

Значение R LED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода. На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего R LED имеет большое значение. Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.

Путём несложного преобразования первых двух формул можно определить сопротивление токоограничивающего резистора: U LED является паспортной величиной для каждого отдельного типа светодиодов.

Графический расчет

Имея на руках ВАХ исследуемого светодиода, можно рассчитать резистор графическим способом. Конечно, такой способ не имеет широкого практического применения. Ведь зная ток нагрузки, из графика можно легко вычислить величину прямого напряжения. Для этого достаточно с оси ординат (I) провести прямую линию до пересечения с кривой, а затем опустить линию на ось абсцисс (U LED). В итоге все данные для расчета сопротивления получены.

Тем не менее, вариант с использованием графика уникален и заслуживает определенного внимания.

Рассчитаем резистор для светодиода с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5 В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5 В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (I max), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление: Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12 В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.

Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора

Чтобы помочь новичкам сориентироваться, приведем пару практических примеров расчета сопротивления для светодиодов.

Cree XM–L T6

В первом случае проведем вычисление резистора, необходимого для подключения мощного светодиода к источнику напряжения 5 В. Cree XM–L с бином T6 имеет такие параметры: типовое U LED = 2,9 В и максимальное U LED = 3,5 В при токе I LED =0,7 А. В расчёты следует подставлять типовое значение U LED , так как. оно чаще всего соответствует действительности. Рассчитанный номинал резистора присутствует в ряду Е24 и имеет допуск в 5%. Однако на практике часто приходится округлять полученные результаты к ближайшему значению из стандартного ряда. Получается, что с учетом округления и допуска в 5% реальное сопротивление изменяется и вслед за ним обратно пропорционально меняется ток. Поэтому, чтобы не превысить рабочий ток нагрузки, необходимо расчётное сопротивление округлять в сторону увеличения.

Используя наиболее распространённые резисторы из ряда Е24, не всегда удаётся подобрать нужный номинал. Решить эту проблему можно двумя способами. Первый подразумевает последовательное включение добавочного токоограничительного сопротивления, который должен компенсировать недостающие Омы. Его подбор должен сопровождаться контрольными измерениями тока.

Второй способ обеспечивает более высокую точность, так как предполагает установку прецизионного резистора. Это такой элемент, сопротивление которого не зависит от температуры и прочих внешних факторов и имеет отклонение не более 1% (ряд Е96). В любом случае лучше оставить реальный ток немного меньше от номинала. Это не сильно повлияет на яркость, зато обеспечит кристаллу щадящий режим работы.

Мощность, рассеиваемая резистором, составит:

Рассчитанную мощность резистора для светодиода обязательно следует увеличить на 20–30%.

Вычислим КПД собранного светильника:

Пример с LED SMD 5050

По аналогии с первым примером разберемся, какой нужен резистор для . Здесь нужно учесть конструкционные особенности светодиода, который состоит из трёх независимых кристаллов.

Если LED SMD 5050 одноцветный, то прямое напряжение в открытом состоянии на каждом кристалле будет отличаться не более, чем на 0,1 В. Значит, светодиод можно запитать от одного резистора, объединив 3 анода в одну группу, а три катода – в другую. Подберем резистор для подключения белого SMD 5050 с параметрами: типовое U LED =3,3 В при токе одного чипа I LED =0,02 А. Ближайшее стандартное значение – 30 Ом.

Принимаем к монтажу ограничительный резистор мощностью 0,25 Вт и сопротивлением в 30 Ом ±5%.

У RGB светодиода SMD 5050 различное прямое напряжение каждого кристалла. Поэтому управлять красным, зелёным и синим цветом, придётся тремя резисторами разного номинала.

Онлайн-калькулятор

Представленный ниже онлайн калькулятор для светодиодов – это удобное дополнение, которое произведет все расчеты самостоятельно. С его помощью не придётся ничего рисовать и вычислять вручную. Всё что нужно – это ввести два главных параметра светодиода, указать их количество и напряжение источника питания. Одним кликом мышки программа самостоятельно произведёт расчет сопротивления резистора, подберёт его номинал из стандартного ряда и укажет цветовую маркировку. Кроме этого, программа предложит уже готовую схему включения.

Многие пользователи при подключении диодной ленты или отдельного светодиода к источнику питания обнаруживают, что элемент отказывается гореть как положено или еще хуже – просто перегорает.

Дело все в том, что узел подключается к питанию без надлежащей защиты и предварительных расчетов.

Задача эта, как ни странно, решается очень легко. Существует множество онлайн-инструментов для автоматического произведения расчетов, но не всем таким результатам можно доверять. И лучше всего сначала разобраться в принципах, а затем посчитать для надежности все вручную, тем более, что операция эта достаточно простая.

Что нужно знать

Если вы вдруг не знаете трех законов (правил) Кирхгофа для электрических контуров, то успокойтесь, их знания вам и не понадобится. Единственная нужная формула описывается законом Ома для участка цепи.

Она выглядит так.

Читается так: сила тока участка цепи прямопропорциональна напряжению и обратнопропорциональна сопротивлению на нем же. Или так: сила тока равна напряжению, разделенному на сопротивление (самый упрощенный вариант).

Формула легко преобразуется в другие при необходимости.

В расчетах мы будем использовать последнюю.

В оригинале формула немного сложнее, так как учитывает внутренне сопротивление и ЭДС самого источника тока.

Но ими мы смело можем пренебречь в данных условиях задачи.

Таким образом, нам понадобятся следующие параметры:

1. Выходные характеристики тока и напряжения в месте подключения. Если это участок цепи, то значения лучше всего измерить амперметром и вольтметром. Если выполняется прямое подключение к источнику тока (это может быть выпрямитель, батарея питания или аккумулятор), то достаточно будет знать их номинальные значения, обозначенные в маркировке или сопроводительной документации.

2. Максимальные (предельно допустимые) и номинальные значения напряжения питания и силы тока для подключаемого светодиода. Узнать их можно чаще всего по маркировке радиодетали. Если это светодиодная лента, то в сопроводительной документации.

Расчет при последовательном подключении

На самом деле, последовательное включение светодиодов вкупе с ограничивающим сопротивлением – наиболее часто применяемая схема. Так, например, светодиодная лента представляет собой не что иное, как множество светодиодов, соединенных между собой последовательно.

Рис. 1. Светодиодная лента

Для наглядности принципиальная схема.

Рис. 2. Принципиальная схема

В этом случае резистор будет выступать как делитель напряжения и ограничитель тока.

Формула будет выглядеть следующим образом.

R огр = (U пит - U сд) / I сд

• R огр – это номинал ограничительного резистора;
• U пит - напряжение на источнике питания (или на участке цепи, куда подключается блок "диод-резистор");
• U сд - номинальное рабочее напряжение светодиода (см. в техдокументации);
• I сд - номинальное (рабочее) значение силы тока на светодиоде (см. в техдокументации к светодиоду).

Если необходимо подключить сразу несколько диодов, то формула будет выглядеть следующим образом.

R огр = (U пит - N·U сд) / I сд

Где N – это количество светодиодов, подключенных последовательно.

Для светодиодных лент необходимо оперировать параметрами не одного элемента (диода), а сразу всего участка (исходя из нормативов для 1 погонного метра, умноженных на количество реально используемых метров).

При таком расположении деталей допускается соединение только диодов, одинаковых по параметрам (они сами выступают в качестве делителей напряжения и потому кому-то просто не хватит питания).

Пример расчета

Пусть U пит = 24 В, U сд = 1,8 В (в большинстве светодиодов это диапазон 1,5 - 2В), I сд = 10 мА (или 0,01 А, что также соответствует нормальным значениям широко используемых моделей диодов). Тогда подставив в формулу получаем:

R огр = (24 - 1,8) / 0,01 = 22,2 / 0,01 = 2220 (Ом)

Или 2,22 кОм (килоом).

Если диодов будет 5, то результат будет следующим:

R огр = (24 - 1,8 · 5) / 0,01 = 15 / 0,01 = 1500 (Ом)

Резисторы выпускаются только фиксированных значений. Получить требуемое можно соединив несколько различных сопротивлений последовательно (тогда их номинал будет складываться) или параллельно (формула расчёта ниже).

Перед монтажом лучше всего измерить показатель омметром.

Включение в схему может выполняться так, как указано ниже.

Рис. 3. Параллельное подключение светодиодов

В этом случае напряжение на каждом участке "резистор-светодиод" одинаково (при параллельном подключении изменяется только сила тока), а значит, расчёт будет вестись как и в примерах выше.

Расчет рассеиваемой мощности на резисторе

Ввиду того, что чем большее сопротивление оказывает элемент проходящему через него току, тем большую работу совершает последний. А работа всегда сопровождается выделением энергии, значит и резистор, как блокирующий элемент, будет неизбежно греться.

Чтобы сопротивление не вышло из строя раньше, чем это нужно, следует правильно рассчитать получаемую энергию и обеспечить равномерное ее рассеивание.

Так как резистор включен в цепь последовательно, то на участке "диод-резистор" сила тока везде одинаковая и не превышает номинальный показатель, который мы использовали в расчетах, то есть I сд (собственным сопротивлением диода в данном случае можно пренебречь, так как оно ничтожно мало, получается, что сопротивление участка цепи очень близко к номиналу ограничивающего резистора).

P (Вт) = I 2 (А) · R (Ом)

В качестве примера.

Для сопротивления 2220 Ом при силе тока на участке цепи 0,01 А

Статью? Если да, то это очень хорошо, если нет, срочно читайте, иначе не поймёте о чем речь в этой статье.

Для чего ставят резистор в базу

Итак, у некоторых возникли непонятки с резистором, который цепляется к базе транзистора. Вроде бы понятно, что он ограничивает силу тока, но непонятно зачем. Давайте вспомним нашу картинку с предыдущей статьи:

Видите резистор на 500 Ом? Что он там делает и для чего нужен, мы с вами разберем в этой статье.

Итак, у нас есть всеми нами любимый и знакомый транзистор КТ815Б – классика Советского Союза;-)

Вспоминаем его цоколевку (расположение выводов):

Включение транзистора в схему с ОЭ (О бщим Э миттером) будет выглядеть приблизительно вот так:

Как вы видите, в этой схеме мы подключали также лампочку и источник тока к коллектору-эмиттеру.

Откинем пока что лампу и источник Bat2 и просто цепляемся крокодилами от Блока питания на выводы базы и эмиттера:

Плюс от блока питания на базу, а минус на эмиттер.

Теперь давайте будем увеличивать напряжение от нуля и до какого-то значения. Итак, кручу крутилку до 0,6 В и только тогда амперметр на блоке питания показал 10 мА:

Дальше добавлять напряжение страшновато, так как транзистор становится горячим. Кстати, первый подопытный транзистор скончался, испустив белый дым, под напряжением в 1,5 В. Слишком резко крутанул крутилку).

Давайте построим график по нашим точкам, или как говорится в народе, Вольт амперную характеристику (ВАХ) :

Чуток коряво конечно, но смысл уловить можно.

Среди профи-электронщиков этот график называется входной характеристикой биполярного транзистора, при нулевом напряжении на коллектор-эмиттере.

Как вы помните, транзистор можно схематически представить, как два диода, соединенные или анодами, или катодами (кто не помнит, читаем статью). В нашем случае транзистор КТ815Б является транзистором NPN, следовательно, его можно представить вот так:

Так что это получается? Мы подавали напряжение на диод? Ну да, все верно)

Так вот, для диода будет выглядеть как-то вот так:

Что тут можно увидеть? Подавая напряжение на диод в прямом включении (на анод плюс, на катод – минус), мы видим, что через диод ток начинает течь только тогда, когда напряжение становится больше, чем 0,5 В. Далее подавая напряжение на диод чуточку больше, сила тока через диод возрастает непропорционально. Напряжения добавили чуть-чуть, а сила тока стала в разы больше.

Так как переход база-эмиттер – это что ни на есть самый простой диод, то следовательно, малое изменение напряжения в плюс вызовет большое изменение силы тока. Настолько большое, что транзистор можно сгореть! Для нашего подопечного максимально допустимый постоянный ток базы составляет 0,5 А. Я же выжал 0,7 А, но транзистор за эти пару секунд чуть не вскипел.

Что же это получается? Если напряжение изменится в плюс даже на каких-то десятки Вольт, то транзистор сгорит? Да, все именно так. Но как нам теперь быть? Неужели придется использовать высокостабильный блок питания?

Но выход есть проще некуда, и называется он токоограничивающий резистор.

Давайте проведем два небольших опыта. Для этого к базе цепляем резистор на 10 Ом:

Смотрим теперь на показания блока питания (слево-направо):

Строим график по полученным точкам:

Сравниваем с графиком без резистора:

Обратите внимание на вертикальную шкалу силы тока базы (I базы). При одном вольте на графике без резистора базовый ток был уже почти 0,7 А! А с резистором на 10 Ом базовый при 1 В уже был каких-то 0,02 А. Чувствуете разницу?

Почему же так все получилось? Дело в том, что на резисторе “осело” лишнее напряжение. Досконально это схема будет выглядеть вот таким образом:

По цепи, которую я отметил красными проводками, течёт электрический ток. Нагрузкой для электрического тока является резистор и диод транзистора. А так как они соединены последовательно, то вспоминая статью Делитель напряжения можно сказать, что и на диоде транзистора и на резисторе R падает напряжение. А сумма этих напряжений равняется напряжению батареи Bat. В данном случае вместо батареи я использовал блок питания. То есть можно записать, что

U Bat = U R + U база-эмиттер

Проверяем, так ли оно на самом деле?

В нашем случае используем тот же самый резистор на 10 Ом. Выставляем на блоке питания напряжение 1 В.

Видим, что сила тока, протекающая по цепи равна 20 мА.

Итак, замеряем падение напряжения на резисторе:

А теперь падение напряжения на базе-эмиттере:

Итого: 0,32 + 0,74 = 1,06 В

0,06 В спишем на погрешность вольтметра блока питания).

Ну как, теперь понятно, почему всё так происходит?

Небольшое лирическое отступление. Так как резистор рассчитан на определенную мощность, нужно таким образом подбирать резистор, чтобы он не колыхнул ярким пламенем. Какая же мощность сейчас в данный момент рассеивается на резисторе? Так как в нашем случае нагрузки подцеплены последовательно (резистор и диод транзистора), сила тока, проходящая через каждую нагрузку везде будет одинаковой. Значит, резистор в данный момент рассеивает мощность, равную

P = IU = 0,02х0,32 = 0,0064 Вт.

Мой резистор рассчитан максимум на 0,25 Вт, значит все гуд. Если на резисторе будет рассеиваться мощность больше, чем 0,25 Вт, то резистор сгорит. Имейте это ввиду, когда будете проектировать свои электронные поделки.

А что будет, если взять резистор еще больше по номиналу? Давайте попробуем. Возьмем резистор на 100 Ом:

И проводим аналогичный опыт. Вот наши показания (слева-направо):

Строим по ним график:

Заключение

Из всего выше сказанного, показанного и написанного делаем простые и не очень выводы:

1) Резистор в базе используется для того, чтобы плавно регулировать силу тока в базе, а также для ограничения силы тока, которая может спалить транзистор. Для чего нам плавно регулировать ток базы, мы с вами еще обсудим.

2) Чем больше номинал резистора, тем больше станет диапазон напряжения для регулировки силы тока в базе, тем самым можно плавнее регулировать этот самый ток.

На рисунке (художник из меня так себе) мы видим резистор, который качается на качелях, прикрепленных к графику входной характеристики транзистора ну и следовательно, чем больше его номинал, тем больше он прогибает график))).