Резистор обмежує струм чи напругу. Типові характеристики світлодіодів

У цій статті ми розглянемо резистор та його взаємодію з напругою та струмом, що проходить через нього. Ви дізнаєтесь, як розрахувати резистор за допомогою спеціальних формул. У статті також показано, як спеціальні резистори можуть бути використані як датчик світла та температури.

Уявлення про електрику

Новачок повинен бути в змозі уявити електричний струм. Навіть якщо ви зрозуміли, що електрика складається з електронів, що рухаються провідником, це все ще дуже важко чітко уявити собі. Ось чому я пропоную цю просту аналогію з водною системою, яку будь-хто може легко уявити і зрозуміти, не вникаючи в закони.

Зверніть увагу, як електричний струм схожий на потік води з повного резервуара (високої напруги) у порожній (низька напруга). У цій простій аналогії води з електричним струмом клапан аналогічний струмообмежувального резистори.
З цієї аналогії можна вивести деякі правила, які ви повинні запам'ятати назавжди:
- Скільки струму втікає у вузол, стільки з нього і витікає
- Для того, щоб протікав струм, на кінцях провідника мають бути різні потенціали.
- Кількість води у двох посудинах можна порівняти із зарядом батареї. Коли рівень води в різних судинах стане однаковим, вона перестане текти, і при розряді акумулятора різниці між електродами не буде і струм перестане текти.
- Електричний струм збільшуватиметься при зменшенні опору, як і швидкість потоку води збільшуватиметься зі зменшенням опору клапана.

Я міг би написати набагато більше міркувань на основі цієї простої аналогії, але вони описані в законі Ома нижче.

Резистор

Резистори можуть бути використані для контролю та обмеження струму, отже, основним параметром резистора є його опір, який вимірюється в Омах. Не слід забувати про потужність резистора, яка вимірюється у ватах (Вт), і показує, скільки енергії резистор може розсіяти без перегріву і вигоряння. Важливо також відзначити, що резистори використовуються не тільки для обмеження струму, вони також можуть бути використані як дільник напруги для отримання низької напруги з більшої. Деякі датчики ґрунтуються на тому, що опір варіюється залежно від освітленості, температури чи механічного впливу, про це докладно написано наприкінці статті.

Закон Ома

Зрозуміло, що ці 3 формули виведені з основної формули закону Ома, але їх треба вивчити для більш складних формул і схем. Ви повинні бути в змозі зрозуміти і уявити сенс будь-якої з цих формул. Наприклад, у другій формулі показано, що збільшення напруги без зміни опору призведе до зростання струму. Тим не менш, збільшення струму не збільшить напругу (хоча це математично вірно), тому що напруга - це різниця потенціалів, які будуть створювати електричний струм, а не навпаки (див. аналогію з 2 ємностями для води). Формула 3 може використовуватися для обчислення опору струмообмежувального резистора при відомій напрузі та струмі. Це лише приклади, що свідчать про важливість цього правила. Ви самі дізнаєтесь, як використовувати їх після прочитання статті.

Послідовне та паралельне з'єднання резисторів

Розуміння наслідків паралельного або послідовного підключення резисторів дуже важливе і допоможе вам зрозуміти та спростити схеми за допомогою цих простих формул для послідовного та паралельного опору:

У цьому прикладі схеми R1 і R2 з'єднані паралельно і можуть бути замінені одним резистором R3 відповідно до формули:

У випадку з двома паралельно з'єднаними резисторами, формулу можна записати так:

Крім того, що цю формулу можна використовувати для спрощення схем, вона може бути використана для створення резисторних номіналів, яких у вас немає.
Відзначимо також, що значення R3 буде завжди менше, ніж у 2 інших еквівалентних резисторів, оскільки додавання паралельних резисторів забезпечує додаткові шляхи
електричного струму, знижуючи загальний опір ланцюга.

Послідовно з'єднані резистори можуть бути замінені одним резистором, значення якого дорівнюватиме сумі цих двох, у зв'язку з тим, що це з'єднання забезпечує додатковий опір струму. Таким чином, еквівалентний опір R3 дуже просто обчислюється: R 3 =R 1 +R 2

В інтернеті є зручні он-лайн калькулятори для розрахунку та з'єднання резисторів.

Струмообмежуючий резистор

Найголовніша роль струмообмежувальних резисторів - це контроль струму, який протікатиме через пристрій або провідник. Для розуміння їх роботи, спочатку розберемо просту схему, де лампа безпосередньо підключена до 9В батареї. Лампа, як і будь-який інший пристрій, який споживає електроенергію для виконання певної задачі (наприклад, світловипромінювання) має внутрішній опір, який визначає його споживання. Таким чином, відтепер будь-який пристрій може бути замінений на еквівалентний опір.

Тепер, коли лампа розглядатиметься як резистор, ми можемо використовувати закон Ома для розрахунку струму, що проходить через нього. Закон Ома говорить, що струм, що проходить через резистор дорівнює різниці напруги на ньому, поділений на опір резистора: I=V/R або точніше так:
I=(V 1 -V 2)/R
де (V 1 -V 2) є різницею напруги до і після резистора.

Тепер зверніть увагу на малюнок вище, де доданий резистор струмообмежувального. Він обмежуватиме струм, що йде до лампи, як це випливає з назви. Ви можете контролювати кількість струму, що протікає через лампу, просто вибравши правильне значення R1. Великий резистор сильно знижуватиме струм, а невеликий резистор менш сильно (так само, як у нашій аналогії з водою).

Математично це запишеться так:

З формули випливає, що струм зменшиться, якщо R1 збільшиться. Таким чином, додатковий опір може бути використаний для обмеження струму. Однак важливо відзначити, що це призводить до нагрівання резистора, і ви повинні правильно розрахувати його потужність, про що буде написано далі.

Ви можете скористатися он-лайн калькулятором для .

Резистори як дільник напруги

Як випливає з назви, резистори можуть бути використані як дільник напруги, іншими словами, вони можуть бути використані для зменшення напруги шляхом розподілу його. Формула:

Якщо обидва резистори мають однакове значення (R 1 =R 2 =R), формулу можна записати так:

Інший поширений тип дільника, коли один резистор підключений до землі (0В), як показано на малюнку 6B.
Замінивши Vb на 0 у формулі 6А, отримуємо:

Вузловий аналіз

Тепер, коли ви починаєте працювати з електронними схемами, важливо вміти їх аналізувати та розраховувати всі необхідні напруги, струми та опори. Є багато способів вивчення електронних схем, і одним з найбільш поширених методів є вузловий, де ви просто застосовуєте набір правил, і розраховуєте крок за кроком всі необхідні змінні.

Спрощені правила вузлового аналізу

Визначення вузла

Вузол – це будь-яка точка з'єднання ланцюга. Крапки, які пов'язані одна з одною, без інших компонентів між ними розглядаються як єдиний вузол. Таким чином, нескінченна кількість провідників в одну точку вважаються одним вузлом. Всі точки, які згруповані в один вузол мають однакову напругу.

Визначення гілки

Гілка являє собою набір з 1 і більше компонентів, послідовно з'єднаних, і всі компоненти, які приєднані послідовно до цього ланцюга, розглядаються як одна гілка.

Всі напруги зазвичай вимірюються щодо землі напруга на якій завжди дорівнює 0 вольт.

Струм завжди тече від вузла з вищою напругою на вузол з нижчим.

Напруга на вузлі може бути вирахована з напруги біля вузла, за допомогою формули:
V 1 -V 2 = I 1 * (R 1)
Перенесемо:
V 2 =V 1 -(I 1 *R 1)
Де V 2 є шуканою напругою, V 1 є опорною напругою, яке відомо, I струм 1, що протікає від вузла 1 до вузла 2 і R 1 являє собою опір між 2 вузлами.

Так само, як і в законі Ома, струм відгалуження можна визначити, якщо напруга 2х сусідніх вузлах і опір відомий:
I 1 =(V 1 -V 2)/R 1

Поточний вхідний струм вузла дорівнює поточному струму, таким чином, це можна записати так: I 1 + I 3 =I 2

Важливо, щоб ви могли розуміти зміст цих простих формул. Наприклад, на малюнку вище струм протікає від V1 до V2, і, отже, напруга V2 повинна бути меншою, ніж V1.
Використовуючи відповідні правила у потрібний момент, ви зможете швидко та легко проаналізувати схему та зрозуміти її. Це вміння досягається практикою та досвідом.

Розрахунок необхідної потужності резистора

При покупці резистора вам можуть поставити запитання: "Резистори якої потужності ви хочете?" або можуть просто дати 0.25Вт резистори, оскільки вони є найпопулярнішими.
Поки ви працюєте з опором більше 220 Ом і ваш блок живлення забезпечує 9В або менше, можна працювати з 0.125Вт або 0.25Вт резисторами. Але якщо напруга більше 10В або значення опору менше 220 Ом, ви повинні розрахувати потужність резистора або він може згоріти і зіпсувати прилад. Щоб обчислити необхідну потужність резистора, потрібно знати напругу через резистор (V) і струм, що протікає через нього (I):
P=I*V
де струм вимірюється в амперах (А), напруга у вольтах (В) і Р - розсіювана потужність у ватах (Вт)

На фото надані резистори різної потужності, переважно вони відрізняються розміром.

Різновиди резисторів

Резистори можуть бути різними, починаючи від простих змінних резисторів (потенціометрів) до тих, що реагують на температуру, світло і тиск. Деякі з них обговорюватимуться у цьому розділі.

Змінний резистор (потенціометр)

На малюнку вище показано схематичне зображення змінного резистора. Він часто згадується як потенціометр, тому що він може бути використаний як дільник напруги.

Вони різняться за розміром та формою, але всі працюють однаково. Висновки праворуч і ліворуч еквівалентні фіксованій точці (наприклад, Va і Vb на малюнку вище ліворуч), а середній висновок є рухомою частиною потенціометра, а також використовується для зміни співвідношення опору на лівому та правому висновках. Отже, потенціометр відноситься до дільників напруги, яким можна виставити будь-яку напругу від Va до Vb.
Крім того, змінний резистор може бути використаний як обмежуючий струму шляхом з'єднання висновків Vout і Vb, як на малюнку вище (праворуч). Уявіть собі, як струм тектиме через опір від лівого виведення до правого, поки не досягне рухомої частини, і піде по ній, при цьому, на другу частину піде дуже мало струму. Таким чином, можна використовувати потенціометр для регулювання струму будь-яких електронних компонентів, наприклад лампи.

LDR (світлочутливі резистори) та термістори

Є багато датчиків, заснованих на резисторах, які реагують на світло, температуру або тиск. Більшість їх включаються як частина дільника напруги, яке змінюється залежно від опору резисторів, що змінюється під впливом зовнішніх чинників.

Фоторезистор (LDR)

Як ви можете бачити на малюнку 11A, фоторезистори відрізняються за розміром, але вони є резисторами, опір яких зменшується під впливом світла і збільшується в темряві. На жаль, фоторезистори досить повільно реагують на зміну рівня освітленості, мають досить низьку точність, але дуже прості у використанні та популярні. Як правило, опір фоторезисторів може змінюватись від 50 Ом при сонці, до більш ніж 10МОм в абсолютній темряві.

Як ми вже говорили, зміна опору змінює напругу з дільником. Вихідну напругу можна розрахувати за такою формулою:

Якщо припустити, що опір LDR змінюється від 10 МОм до 50 Ом, V out буде відповідно від 0.005В до 4.975В.

Термістор схожий на фоторезистор, проте, термістори мають набагато більше типів, ніж фоторезистори, наприклад, термістор може бути або з негативним температурним коефіцієнтом (NTC), опір якого зменшується з підвищенням температури, або позитивним температурним коефіцієнтом (PTC), опір якого буде збільшуватися із підвищенням температури. Зараз термістори реагують зміну параметрів середовища дуже швидко і точно.

Для визначення номіналу резистора використовуючи кольорове маркування можна почитати.

Світлодіод має дуже невеликий внутрішній опір, якщо його підключити безпосередньо до блока живлення, то сила струму буде достатньою, щоб він згорів. Мідні або золоті нитки, якими кристал підключається до зовнішніх висновків, можуть витримувати невеликі стрибки, але при сильному перевищенні перегорають і живлення припиняє надходити на кристал. Онлайн розрахунок резистора для світлодіода здійснюється на основі його номінальної робочої сили струму.

• 1. Онлайн калькулятор
• 2. Основні параметри
• 3. Особливості дешевих ЛІД

Онлайн калькулятор

Попередньо складіть схему підключення, щоб уникнути помилок у розрахунках. Онлайн калькулятор покаже вам точне опір Омах. Як правило, виявиться, що резистори з таким номіналом не випускаються, і вам буде показано найближчий стандартний номінал. Якщо не вдається зробити точний підбір опору, використовуйте більший номінал. Відповідний номінал можна зробити, включаючи опір паралельно або послідовно. Розрахунок опору для світлодіода можна не робити, якщо використовувати потужний змінний або підстроювальний резистор. Найбільш поширені типи 3296 на 0,5W. При використанні живлення на 12В послідовно можна підключити до 3 LED.

Резистори бувають різного класу точності, 10%, 5%, 1%. Тобто їх опір може похибка у межах в позитивну чи негативну сторону.

Не забуваємо враховувати і потужність струмообмежувального резистора, це його здатність розсіювати певну кількість тепла. Якщо вона буде мала, то він перегріється і вийде з ладу, тим самим розірвавши електричний ланцюг.

Щоб визначити полярність, можна подати невелику напругу або використовувати функцію перевірки діодів на мультиметрі. Відрізняється від режиму вимірювання опору, зазвичай подається від 2 до 3В.

Основні параметри

Так само при розрахунках світлодіодів слід враховувати розкид параметрів, для дешевих вони будуть максимальні, для дорогих вони будуть більш однаковими. Щоб перевірити цей параметр, необхідно увімкнути їх у рівних умовах, тобто послідовно. Зменшення струму або напруга знизити яскравість до крапок, що злегка світяться. Візуально ви зможете оцінити, деякі світяться яскравіше, інші тьмяно. Чим рівномірніше вони горять, тим менший розкид. Калькулятор розрахунку резистора для світлодіода передбачає, що характеристики світлодіодних чіпів ідеальні, тобто відмінність дорівнює нулю.

Напруга падіння для поширених моделей малопотужних до 10W може бути від 2В до 12В. Зі зростанням потужності збільшується кількість кристалів у COB діоді, на кожному є падіння. Кристали включаються ланцюжками послідовно, потім вони поєднуються в паралельні ланцюги. На потужностях від 10W до 100W зниження зростає з 12В до 36В.

Цей параметр має бути вказаний у технічних характеристиках LED чіпа та залежить від призначення:

• кольори синій, червоний, зелений, жовтий;
• триколірний RGB;
• чотириколірний RGBW;
• двокольоровий, теплий та холодний білий.

Особливості дешевих ЛІД

Перш ніж підібрати резистор для світлодіода на онлайн калькуляторі, слід переконатись у параметрах діодів. Китайці на Aliexpress продають безліч led, видаючи їх за фірмові. Найбільш популярні моделі SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Все найгірше зазвичай робиться під брендом Epistar.

Наприклад, найчастіше китайці обманюють на SMD5630 та SMD5730. Цифри в маркуванні позначають лише розмір корпусу 5,6 мм на 3,0 мм. У фірмових такий великий корпус використовується для встановлення потужних кристалів на 0,5W, тому у покупців діодів СМД5630 безпосередньо асоціюється з потужністю 0,5W. Хитрий китаєць цим користується, і в корпус 5630 встановлює дешевий і слабкий кристал у середньому на 0,1W, при цьому вказуючи споживання енергії 0,5W.

Китайські світлодіодні лампи кукурудзи

Наочним прикладом будуть автомобільні лампи та світлодіодні кукурудзи, в яких поставлено велику кількість слабеньких та неякісних ЛІД чіпів. Звичайний покупець вважає, чим більше світлодіодів, чим краще світить і вища потужність.

Автомобільні лампи на найслабших лід 0,1W

Щоб заощадити гроші, мої світлодіодні колеги шукають пристойні ЛЕД на Aliexpress. Шукають хорошого продавця, який обіцяє певні параметри, замовляють, чекають на доставку місяць. Після тестів виявляється, що китайський продавець обдурив, продав барахло. Пощастить, якщо на сьоме прийдуть пристойні діоди, а не барахло. Зазвичай зроблять 5 замовлень, і не досягнувши результату та йдуть робити замовлення у вітчизняний магазин, який може зробити обмін.

Резистор - один із найпоширеніших компонентів в електроніці. Його призначення - просте: чинити опір течії струму, перетворюючи його частину в тепло.

Основною характеристикою резистора є опір. Одиниця виміру опору – Ом (Ohm, Ω). Чим більший опір, тим більша частина струму розсіюється в тепло. У схемах, що живляться невеликою напругою (5 - 12 В), найбільш поширені резистори номіналом від 100 Ом до 100 кОм.

Закон Ома

Закон Ома дозволяє на заданій ділянці ланцюга визначити одну із величин: силу струму I, напруга U, опір R, якщо відомі дві інші:

Для позначення напруги поряд із символом Uвикористовується V.

Розглянемо простий ланцюг

Розрахуємо силу струму, що проходить через резистор R1і, відповідно, потім через лампу L1. Для простоти будемо припускати, що сама лампа має нульовий власний опір.

Аналогічно, якби у нас було джерело живлення на 5 В та лампа, яка за документацією повинна працювати при струмі 20 мА, нам потрібно було вибрати резистор відповідного номіналу.

В даному випадку, різниця в 10 Ом між ідеальним і наявним номіналом не грає великого значення: можна сміливо брати стандартний номінал - 240 або 220 Ом.

З'єднання резисторів

При послідовному з'єднанні резисторів їх опір підсумовується:

При паралельному з'єднанні підсумковий опір розраховується за формулою:

Якщо резистора всього два, то:

У окремому випадку двох однакових резисторів, підсумковий опір при паралельному з'єднанні дорівнює половині опору кожного з них.

Таким чином можна отримувати нові номінали з наявних.

Застосування на практиці

Серед ролей, які може виконувати резистор у схемі, можна виділити наступні:

Струмообмежуючий резистор (current-limiting resistor)

Стягуючий, підтягуючий резистор (pull-down/pull-up resistor)

Дільник напруги (voltage divider)

Струмообмежуючий резистор

Приклад, на якому розглядався Закон Ома є також прикладом струмообмежувального резистора: у нас є компонент, який розрахований на роботу при певному струмі - резистор знижує силу струму до потрібного рівня.

У випадку Ардуїно слід обмежувати струм, що надходить з вихідних контактів (output pins). Напруга, у стані, коли контакт увімкнений (high) становить 5 В. Виходячи з документації, струм не повинен перевищувати 40 мА. Таким чином, щоб безпечно відвести струм з контакту в землю, знадобиться резистор номіналом. R = U / I = 5 В / 0.04 А = 125 Омчи більше.

Стягуючі та підтягуючі резистори

Стягуючі (pull-down) та підтягуючі (pull-up) резистори використовуються в схемах поруч із вхіднимиконтактами логічних компонентів, яким важливий лише факт: подається нуль вольт (логічний нуль) чи нуль (логічна одиниця). Прикладом є цифрові входи Ардуїн. Резистори потрібні, щоб не залишити вхід у «підвішеному» стані. Візьмемо таку схему

Ми хочемо, щоб коли кнопка не натиснута (ланцюг розімкнена), вхід фіксував відсутність напруги. Але в даному випадку вхід перебуває в «ніякому» стані. Він може спрацьовувати і спрацьовувати хаотично, непередбачуваним чином. Причина - шуми, що утворюються навколо: проводи діють як маленькі антени і виробляють електрику з електромагнітних хвиль середовища. Щоб гарантувати відсутність напруги при розімкнутому ланцюгу, поряд з входом ставиться резистор, що стягує:

Тепер небажаний струм йтиме через резистор у землю. Для стягування використовуються резистори великих опорів (10 кОм і більше). У моменти, коли ланцюг замкнутий, великий опір резистора не дає більшій частині струму йти в землю: сигнал піде до вхідного контакту. Якби опір резистора було мало (одиниці Ом), при замкнутому ланцюзі відбулося б коротке замикання.

Аналогічно, підтягуючий резистор утримує вхід у стані логічної одиниці, поки зовнішній ланцюг розімкнуто:

Те саме: використовуються резистори великих номіналів (10 кОм і більше), щоб мінімізувати втрати енергії при замкнутому ланцюгу і запобігти короткому замиканню при розімкнутому.

Дільник напруги

Потужність резисторів

Резистори крім опору мають ще характеристику потужності. Вона визначає навантаження, яке здатне витримати резистор. Серед звичайних керамічних резисторів найбільш поширені показники 0.25 Вт, 0.5 Вт та 1 Вт. Для розрахунку навантаження, що діє на резистор, використовуйте формулу:

При перевищенні допустимого навантаження резистор буде грітися і його термін служби може сильно скоротитися. При сильному перевищенні – резистор може почати плавитися та викликати займання. Будьте обережні!

Звичайний маленький світлодіод виглядає як пластикова колбочка-лінза на ніжках, що проводять, всередині якої розташовані катод і анод. На схемі світлодіод зображується як звичайний діод, від якого стрілочками показаний світло, що випромінюється. Ось і служить світлодіод для отримання світла, коли електрони рухаються від катода до анода – випромінюється видиме світло.

Винахід світлодіода припадає на далекі 1970-і, коли для отримання світла на всю застосовували лампи розжарювання. Але саме сьогодні, на початку 21 століття, світлодіоди зайняли нарешті місце найефективніших джерел електричного світла.

Де світлодіод «плюс», а де «мінус»?

Щоб правильно підключити світлодіод до джерела живлення, необхідно насамперед дотриматися полярності. Анод світлодіода підключається до плюсу "+" джерела живлення, а катод - до мінусу "-". Катод, що підключається до мінуса, має висновок короткий, анод, відповідно - довгий - довгу ніжку світлодіода - на плюс «+» джерела живлення.

Подивіться усередину світлодіода: великий електрод - це катод, його - до мінуса, маленький електрод, схожий просто на закінчення ніжки, - на плюс. А ще поруч із катодом лінза світлодіода має плоский зріз.

Паяльник довго на ніжці не тримати

Паяти висновки світлодіода слід акуратно і швидко, адже напівпровідниковий перехід дуже боїться зайвого тепла, тому потрібно короткими рухами паяльника торкатися його жалом до ніжки, що припаюється, і тут же паяльник відводити вбік. Краще в процесі паяння тримати ніжку світлодіода пінцетом, що припаюється, щоб забезпечити про всяк випадок відведення тепла від ніжки.

Резистор обов'язковий під час перевірки світлодіоду

Ми підійшли до найголовнішого – як підключити світлодіод до джерела живлення. Якщо ви хочете, то не варто безпосередньо приєднувати його до батареї або блока живлення. Якщо ваш блок живлення на 12 вольт, то використовуйте для підстрахування резистор на 1 ком послідовно з світлодіодом, що перевіряється.

Не забувайте про полярність – довгий висновок на плюс, висновок від великого внутрішнього електрода – до мінуса. Якщо не використовувати резистор, то світлодіод швидко перегорить, якщо ви випадково перевищите номінальну напругу, через p-n-перехід потече великий струм, і світлодіод майже відразу вийде з ладу.

Світлодіоди бувають різних кольорів, проте колір свічення не завжди визначається кольором лінзи світлодіода. Білий, червоний, синій, помаранчевий, зелений чи жовтий – лінза може бути прозорою, а включиш – виявиться червоним чи синім. Світлодіоди синього та білого світіння – найдорожчі. Взагалі, на колір світіння світлодіода впливає насамперед склад напівпровідника, і як вторинний фактор – колір лінзи.

Знаходимо номінал резистора для світлодіода

Резистор включається послідовно зі світлодіодом. Функція резистора - обмежити струм, зробити його близьким до номіналу світлодіода, щоб світлодіод миттєво не перегорів і працював би в нормальному номінальному режимі. Беремо до уваги наступні вихідні дані:

Vps – напруга джерела живлення;

Vdf – пряме падіння напруги на світлодіоді в нормальному режимі;

If – номінальний струм світлодіода при нормальному режимі свічення.

Тепер, перш ніж знаходити, відзначимо, що струм у послідовному ланцюзі у нас буде постійним, одним і тим же в кожному елементі: струм If через світлодіод дорівнюватиме струму Ir через обмежувальний резистор.

Отже Ir = If. Але Ir = Ur/R - за законом Ома. А Ur = Vps-Vdf. Отже, R = Ur/Ir = (Vps-Vdf)/If.

Тобто, знаючи напругу джерела живлення, падіння напруги на світлодіоді та його номінальний струм, можна легко підібрати відповідний обмежувальний резистор.

Якщо знайдене значення опору не вдається вибрати зі стандартного ряду номіналів резисторів, беруть резистор більшого номіналу, наприклад замість знайдених 460 Ом, беруть 470 Ом, які завжди легко знайти. Яскравість світіння світлодіода зменшиться дуже незначно.

Приклад підбору резистора:

Припустимо, є джерело живлення на 12 вольт і світлодіод, якому потрібно 1,5 вольта і 10 мА для нормального світіння. Підберемо резистор, що гасить. На резисторі має впасти 12-1,5 = 10,5 вольт, а струм у послідовному ланцюзі (джерело живлення, резистор, світлодіод) повинен вийти 10 мА, отже із Закону Ома: R = U/I = 10,5/0,010 = 1050 Ом. Вибираємо 1,1 ком.

Який потужності має бути резистор? Якщо R = 1100 Ом, а струм складе 0,01 А, то, за законом Джоуля-Ленца, на резисторі кожну секунду виділятиметься теплова енергія Q = I * I * R = 0,11 Дж, що еквівалентно 0,11 Вт. Резистор потужністю 0,125 Вт підійде навіть запас залишиться.

Послідовне з'єднання світлодіодів

Якщо маєте мета з'єднати кілька світлодіодів в єдине джерело світла, то найкраще з'єднання виконувати послідовно. Це потрібно для того, щоб до кожного світлодіода не чіпляти свій резистор, щоб уникнути зайвих втрат енергії. Найбільш підходять для послідовного з'єднання світлодіоди одного і того ж виду з однієї і тієї ж партії.

Допустимо, необхідно послідовно об'єднати 8 світлодіодів по 1,4 вольта зі струмом по 0,02 А для підключення до джерела живлення 12 вольт. Очевидно, загальний струм становитиме 0,02 А, але загальна напруга складе 11,2 вольта, отже 0,8 вольт при струмі 0,02 А повинні розсіятися на резисторі. R = U/I = 0,8/0,02 = 40 Ом. Вибираємо резистор на 43 Ом мінімальної потужності.

Паралельне з'єднання ланцюжків світлодіодів - не найкращий варіант

Якщо є вибір, то світлодіоди найкраще з'єднувати послідовно, а чи не паралельно. Якщо з'єднати кілька світлодіодів паралельно через один загальний резистор, то через розкид параметрів світлодіодів, кожен з них буде не в рівних умовах з іншими, якийсь світитиметься яскравіше, приймаючи більше струму, а якийсь навпаки тьмяніше. В результаті, якийсь із світлодіодів згорить раніше через швидку деградацію кристала. Краще для паралельного з'єднання світлодіодів, якщо альтернативи немає, застосувати до кожного ланцюжка свій обмежувальний резистор.

Світлодіод – це напівпровідниковий елементякий застосовується для освітлення. Застосовується у ліхтарях, лампах, світильниках та інших освітлювальних приладах. Принцип його полягає в тому, що при протіканні струму через світловипромінюючий діод відбувається вивільнення фотонів з поверхні матеріалу напівпровідника, і діод починає світитися.

Надійна робота світлодіода залежить від струму, що протікає через нього. При занижених значеннях він просто не світитиме, а при перевищенні значення струму – характеристики елемента погіршаться, аж до його руйнування. При цьому кажуть – світлодіод згорів. Для того, щоб виключити можливість виходу з ладу цього напівпровідника, необхідно підібрати в ланцюг з включеним до нього резистором. Він обмежуватиме струм у ланцюгу на оптимальних значеннях.

Для роботи радіоелемента на нього потрібно подати живлення. За законом Омачим більше опір відрізка ланцюга, тим менший струм по ньому протікає. Небезпечна ситуація виникає, якщо у схемі тече більший струм, ніж належить, оскільки кожен елемент не витримує більшого струмового навантаження.

Опір світлодіодує нелінійним. Це означає, що при зміні напруги, що подається на цей елемент, струм, що протікає через нього, змінюватиметься нелінійно. Переконатися в цьому можна, якщо знайти вольт - амперну характеристику будь-якого діода, у тому числі світловипромінюючого. При подачі живлення нижче напруги відкриття p - n переходу, струм через світлодіод низький і елемент не працює. Щойно цей поріг перевищено, струм через елемент стрімко зростає, і він починає світитися.

Якщо джерело живленняз'єднувати безпосередньо зі світлодіодом, діод вийде з ладу, тому що не розрахований на таке навантаження. Щоб цього не сталося - потрібно обмежити струм, що протікає через світлодіод баластним опором, або зменшити напругу на важливому для нас напівпровіднику.

Розглянемо найпростішу схему підключення (рисунок 1). Джерело живлення постійного струму послідовно підключається через резистор до потрібного світлодіоду, характеристики якого потрібно обов'язково дізнатися. Зробити це можна в інтернеті, завантаживши опис (інформаційний лист) на конкретну модель, або знайшовши потрібну модель у довідниках. Якщо знайти опис неможливо, можна приблизно визначити падіння напруги на світлодіоді за його кольором:

• Інфрачервоний – до 1.9 Ст.
• Червоний – від 1.6 до 2.03 ст.
• Помаранчевий – від 2.03 до 2.1 ст.
• Жовтий – від 2.1 до 2.2 ст.
• Зелений – від 2.2 до 3.5 ст.
• Синій – від 2.5 до 3.7 ст.
• Фіолетовий – 2.8 до 4 ст.
• Ультрафіолетовий – від 3.1 до 4.4 ст.
• Білий – від 3 до 3.7 ст.

Малюнок 1 – схема підключення світлодіода

Струм у схемі можна порівняти з рухом рідини по трубі. Якщо є лише один шлях протікання, то сила струму (швидкість течії) у всьому ланцюзі буде однакова. Саме так відбувається у схемі на малюнку 1. Відповідно до закону Кірхгоффа, сума падінь напруги на всіх елементах, включених у ланцюг протікання одного струму, дорівнює ЕРС цього ланцюга (на малюнку 1 позначено буквою Е). Звідси можна дійти невтішного висновку, що напруга, падаюче на токоограничивающем резисторі має дорівнювати різниці напруги харчування і падіння його світлодіоді.

Так як струм у ланцюгу повинен бути однаковим, то і через резистор, і через світлодіод струм виходить одним і тим же. Для стабільної роботи напівпровідникового елемента, збільшення його показників надійності та довговічності струм через нього повинен бути певних значень, зазначених у його описі. Якщо опис знайти неможливо, можна прийняти приблизне значення струму ланцюга 10 міліампер. Після визначення цих даних можна обчислити номінал опору резистора для світлодіода. Він визначається згідно із законом Ома. Опір резистора дорівнює відношенню падіння напруги на ньому до струму в ланцюзі. Або у символьній формі:

R = U(R)/I,

де, U(R) - падіння напруги на резисторі

I – струм у ланцюгу

Розрахунок U(R) на резисторі:

U(R) = E – U(Led)

де U (Led) - падіння напруги на світлодіодному елементі.

З допомогою цих формул вийде точне значення опору резистора. Проте, промисловістю випускаються лише стандартні значення опорів звані ряди номіналів. Тому після розрахунку доведеться зробити добір існуючого номіналу опору. Підібрати потрібно трохи більший резистор, ніж вийшло в розрахунку, в такий спосіб вийде захист від випадкового перевищення напруги в мережі. Якщо підібрати близький за значенням елемент складно, можна спробувати з'єднати два резистори послідовно або паралельно.

Якщо підібрати опір меншої потужності, ніж потрібно у схемі, він просто вийде з ладу. Розрахунок потужності резистора досить простий, потрібно падіння напруги на ньому помножити на струм, що протікає в цьому ланцюзі. Після чого потрібно вибрати опір з потужністю, не меншою за розраховану.

Приклад розрахунку

Маємо напругу живлення 12В, зелений світлодіод. Потрібно розрахувати опір і потужність струмообмежувального резистора. Падіння напруги на потрібному зеленому світлодіоді дорівнює 2,4 В, номінальний струм 20 мА. Звідси обчислюємо напругу, що падає на баластному резистори.

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

Значення опору:

R = U (R) / I = 9,6 В/0,02 А = 480 Ом.

Значення потужності:

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

З ряду стандартних опорів вибираємо 487 Ом (ряд Е96), а потужність можна вибрати 0,25 Вт. Такий резистор потрібно замовити.

У тому випадку, якщо потрібно підключити кілька світлодіодів послідовно, підключати їх до джерела живлення можна також за допомогою лише одного резистора, який гаситиме надмірну напругу. Його розрахунок проводиться за вказаними вище формулами, проте замість однієї прямої напруги U (Led) потрібно взяти суму прямих напруг потрібних світлодіодів.

Якщо потрібно підключити кілька світловипромінюючих елементів паралельно, то для кожного з них потрібно розрахувати свій резистор, так як у кожного з напівпровідників може бути пряма напруга. Обчислення для кожного ланцюга в такому випадку аналогічні розрахунку одного резистора, так як всі вони підключаються паралельно до одного джерела живлення, і його значення для розрахунку кожного ланцюга те саме.

Етапи обчислення

Щоб зробити правильні обчислення, необхідно виконати таке:

1. З'ясування прямої напруги та струму світлодіода.
2. Розрахунок падіння напруги на потрібному резисторі.
3. Розрахунок опору резистора.
4. Підбір опору із стандартного ряду.
5. Обчислення та підбір потужності.

Цей нескладний розрахунок можна зробити самому, але простіше та ефективніше за часом скористатися калькулятором для розрахунку резистора для світлодіода. Якщо ввести такий запит до пошукової системи, знайдеться безліч сайтів, що пропонують автоматизований підрахунок. Усі необхідні формули в цей інструмент уже вбудовані та працюють миттєво. Деякі послуги відразу пропонують також і підбір елементів. Потрібно буде тільки вибрати найбільш підходящий калькулятор для розрахунку світлодіодів, і таким чином заощадити свій час.

Калькулятор світлодіодів онлайн - не єдиний засіб для економії часу в обчисленнях. Розрахунок транзисторів, конденсаторів та інших елементів для різних схем вже давно автоматизовано в інтернеті. Залишається тільки грамотно скористатися пошуковою системою для вирішення цих завдань.

Світлодіоди – оптимальне рішення для багатьох завдань освітлення будинку, офісу та виробництва. Зверніть увагу на світильники Ledz. Це найкраще співвідношення ціни та якості освітлювальної продукції, використовуючи їх, вам не доведеться самим робити розрахунки та збирати світлотехніку.

#s3gt_translate_tooltip_mini ( display: none !important; )