Как правильно подобрать резистор для светодиода. Какие параметры нужно учитывать при расчете. Почему нельзя подключать светодиод напрямую к источнику питания. Как рассчитать мощность резистора для светодиода.
Зачем нужен резистор для светодиода
Светодиоды являются одним из самых распространенных компонентов в электронике. Однако их нельзя просто напрямую подключать к источнику питания. Почему? Дело в том, что светодиоды очень чувствительны к протекающему через них току. При превышении максимально допустимого значения тока светодиод может выйти из строя.
Именно поэтому при подключении светодиода необходимо использовать токоограничивающий резистор. Он позволяет ограничить ток через светодиод до безопасного значения. Как же правильно рассчитать номинал такого резистора?
Основные параметры светодиода для расчета резистора
Для расчета токоограничивающего резистора нам понадобятся следующие параметры светодиода:
- Прямое напряжение (Vf) — напряжение, которое падает на светодиоде при протекании через него номинального тока. Обычно составляет от 1.8В до 3.3В в зависимости от цвета и типа светодиода.
- Прямой ток (If) — максимально допустимый постоянный ток через светодиод. Типичные значения 20-30 мА для обычных светодиодов.
Эти параметры можно найти в технической документации на конкретную модель светодиода. Также нам понадобится знать напряжение источника питания, к которому мы будем подключать светодиод.
Формула для расчета резистора светодиода
Для расчета сопротивления токоограничивающего резистора используется следующая формула:
R = (Vпит — Vf) / If
Где:
- R — сопротивление резистора (Ом)
- Vпит — напряжение источника питания (В)
- Vf — прямое напряжение светодиода (В)
- If — прямой ток светодиода (А)
Пример расчета резистора для светодиода
Рассмотрим пример расчета резистора для типичного красного светодиода:
- Напряжение питания: 5В
- Прямое напряжение светодиода: 2В
- Прямой ток: 20мА (0.02А)
Подставляем значения в формулу:
R = (5В — 2В) / 0.02А = 150 Ом
Получаем, что для данного светодиода нужен резистор сопротивлением 150 Ом. На практике можно взять ближайшее стандартное значение — 160 Ом.
Расчет мощности резистора для светодиода
Помимо сопротивления, важно правильно выбрать мощность резистора. Для этого используется формула:
P = (Vпит — Vf) * If
Для нашего примера:
P = (5В — 2В) * 0.02А = 0.06 Вт
Получаем, что мощность резистора должна быть не менее 0.06 Вт. На практике обычно берут резистор с запасом по мощности, например 0.125 Вт или 0.25 Вт.
Особенности расчета резистора для нескольких светодиодов
При подключении нескольких светодиодов есть два основных варианта:
Параллельное соединение
В этом случае для каждого светодиода нужен отдельный резистор, рассчитанный по приведенной выше формуле.
Последовательное соединение
При последовательном соединении используется один общий резистор. Формула расчета немного меняется:
R = (Vпит — N*Vf) / If
Где N — количество последовательно соединенных светодиодов.
Калькуляторы для расчета резистора светодиода
Для упрощения расчетов можно воспользоваться онлайн-калькуляторами. Они позволяют быстро подобрать нужный резистор, просто введя параметры светодиода и напряжение питания. Вот несколько полезных калькуляторов:
- LED Calculator — простой и удобный калькулятор
- Digi-Key LED Series Resistor Calculator — профессиональный калькулятор с дополнительными опциями
Практические рекомендации по выбору резистора для светодиода
Несколько полезных советов по выбору резистора:
- Всегда выбирайте резистор с небольшим запасом по мощности
- Используйте стандартные номиналы резисторов
- Для маломощных светодиодов подойдут резисторы на 0.125-0.25 Вт
- Для мощных светодиодов используйте резисторы на 0.5-1 Вт
- При последовательном соединении учитывайте суммарное падение напряжения на всех светодиодах
Типичные ошибки при подключении светодиодов
Вот несколько распространенных ошибок, которых следует избегать:
- Подключение светодиода напрямую к источнику питания без резистора
- Использование слишком маленького сопротивления резистора
- Превышение максимально допустимого тока светодиода
- Использование резистора недостаточной мощности
- Неправильная полярность подключения светодиода
Заключение
Правильный расчет и выбор токоограничивающего резистора — важный этап при работе со светодиодами. Это позволяет обеспечить оптимальный режим работы и долгий срок службы светодиода. Используя приведенные формулы и рекомендации, вы сможете быстро подобрать подходящий резистор для любого светодиода.
какой резистор нужен для светодиода как рассчитать резистор для светодиода
Содержание
- 1 Расчет токоограничивающего резистора для светодиода
- 2 Подбор токоограничивающего резистора для светодиода
- 2.1 Первый способ.
- 2.2 Второй способ.
Светодиодное освещение прочно вошло в нашу жизнь. Основные достоинства – низкое энергопотребление, высокая яркость, минимальные размеры. Светодиод представляет собой полупроводниковый элемент с электронно-дырочной проводимостью. При пропускании через него электрического тока в прямом направлении он создает оптическое излучение в узком диапазоне. Собственное низкое сопротивление и чувствительность к величине силы тока, является основной причиной того что при включении данного элемента в электрическую цепь необходимо использовать токоограничивающий резистор. Как рассчитать и правильно подобрать данную деталь для конкретных условий применения рассмотрим более подробно.
Расчет токоограничивающего резистора для светодиода
В интернете можно встретить множество калькуляторов с помощью которого можно рассчитать необходимое сопротивление резистора для эффективной и длительной работы любого светодиода. Но не всегда компьютер может быть под рукой, а токоограничивающий резистор необходимо установить именно в данный момент. Вот для этого и нужно знание элементарных правил.
Светодиоды, как и все элементы могут быть включены в цепь параллельно или последовательно. Первый вариант не является надежным в принципе. Суть в следующем: при таком виде включения, напряжение на светодиодах будет одинаковым, но так как практически невозможно подобрать полупроводниковые приборы с идеальными идентичными характеристиками, сила тока на светодиодах может оказаться разной по величине. Один будет светить вполнакала, а второй может работать при удвоенной нагрузке и быстро выйдет из строя. Данное неудобство исключено при последовательном включении светодиодов (или его одиночной установке).
Подбор резистора для светодиода необходимо начинать с выяснения характеристик самого светодиода, а именно значение падения напряжения на светодиоде (U св) и номинальный ток (I св) при нормальной работе. Эти данные можно найти в соответствующей сопроводительной документации или в специальных каталогах. Также необходимо будет знать напряжение источника питания (U).
Расчет сопротивления (R) токоограничивающего резистора для конкретного светодиода производится по формуле: R = (U– Uсв)/ Iсв, что собственно следует из закона Ома.
Рассмотрим наглядно какой резистор нужен для светодиода КИПД06А-1К при напряжении источника питания 220 В. Из соответствующих справочников выясняем, что номинальный ток (I св) для данного источника света составляет 25 мА, а падение напряжения (U св) при этом равно 5,5 В.
Используя вышеприведенную формулу можем рассчитать сопротивление резистора (R) для обеспечения нормальной работы данного светодиода.
R = 220-5,5/0,025 = 8580 Ом = 8,58 кОм.
Далее, после получения необходимой величины сопротивления в омах, переходим к непосредственно к подбору резистора для светодиода соответствующей марки. Возвращаясь к параллельному соединению светодиодов нужно уточнить, что оно возможно, если в дополнение к каждому источнику света будет идти собственный токоограничивающий резистор.
Подбор токоограничивающего резистора для светодиода
После того как необходимое сопротивление резистора было вычислено, необходимо определиться с выбором соответствующей детали. Здесь могут возникнуть некоторые сложности. Дело в том, что не всегда можно подобрать резистор для светодиода, полностью соответствующий по вычисленным параметрам.
Проблема решается двумя способами:
Первый способ.
Необходимо подобрать резистор для светодиода, сопротивление которого будет выше необходимого.
При этом не стоит сильно завышать этот параметр. Дело в том, что при увеличении сопротивления, будет теряться световая мощность источника, т.е. он будет менее ярким, но при этом прослужит значительно дольше. Оптимальным является превышение необходимого значение в пределах 20-30%.
Второй способ.
Второй способ основан на законе Ома, согласно которому при последовательном соединении резисторов их собственное сопротивление суммируется. Таким образом, при невозможности подбора для светодиода токоограничивающего резистора сопротивлением 8,58 кОм (как в нашем случае), можно взять несколько деталей с необходимыми параметрами. Это в принципе является оптимальным вариантом, вследствие более точного результата. Естественно ограничением будет являться сама возможность установки нескольких резисторов в электрической цепи.
Также при подборе резистора необходимо обращать внимание на его мощность. Это обусловлено тем, что при работе выделяется тепло и при недостаточной мощности данная деталь может просто перегореть.
Это в свою очередь приведет к разрыву цепи и отключению светодиодных источников света.
Расчет резистора для светодиода ⋆ diodov.net
HomeШкола электроникиРасчет резистора для светодиода
By Дмитрий Забарило Школа электроники 5 комментариев
Расчет резистора для светодиода выполняется довольно просто, быстро и не содержит ничего «военного», только закон Ома. Хотя во всемирной сети существует множество онлайн-калькуляторов, помогающие определить различные параметры, но, по моему личному мнению, лучше один раз разобраться самому и понять физику процесса, чем слепо пользоваться подобными калькуляторами.
Самый частый пример – это подключение светодиода к источнику питания с напряжением 5 В, например к USB порту компьютера. Второй пример – подключение к аккумуляторной батарее автомобиля, номинальное значение напряжения которой 12 В. Если к такому источнику питания напрямую подсоединить полупроводниковый прибор, то последний попросту выйдет из строя под действием протекающего тока, превышающего допустимое значение, ‑ произойдет тепловой пробой полупроводникового кристалла. Поэтому нужно ограничивать величину тока.
С целью лучшей наглядности возьмем два типа светодиодов с наиболее распространенными характеристиками:
напряжение:
UVD1 = 2,2 В;
UVD2 = 3,5 В;
ток:
IVD1 = 0,01 А;
IVD2 = 0,02 А.
Расчет резистора для светодиодаОпределим сопротивление R1,5 для VD1 при Uип = 5 В.
Для расчета величины сопротивления, согласно закону Ома нужно знать ток и напряжение:
R=U/I.
Величина тока, протекающего в цепи и в том числе через VD нам известна из заданного условия IVD1 = 0,01 А, поэтому следует определить падение напряжения на R1,5. Оно равно разности подведенного Uип = 5 В и падения напряжения на светодиоде UVD1 = 2,2 В:
Теперь находим R1,5
Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в сторону увеличения, поэтому принимаем R1,5 = 300 Ом.
Таким же образом выполним расчет R для VD2:
Произведем аналогичные вычисления при значении Uип = 12 В.
Принимаем R1,12 = 1000 Ом = 1 кОм.
Принимаем R2,12 = 430 Ом.
Для удобства выпишем полученные значения сопротивлений всех резисторов:
Следует заметить, что сопротивление, выбранное из стандартного ряда, превышает расчетное, поэтому ток в цепи будет насколько снижен.
Однако этим снижением можно пренебречь в виде его малого значения.
Определить сопротивление – это только полдела. Еще резистор характеризуется важным параметром, который называется мощность рассеивания P – это мощность, которую он способен выдержать длительное время, при этом, не перегреваясь выше определенной температуры. Она зависит ток в квадрате, так как последний протекая в цепи, вызывает нагрев ее элементов.
P = I2R.
Визуально резистор более высокой Р отличается большими размерами.
Выполним расчет P для всех 4-х резисторов:
Из стандартного ряда мощностей выбираем ближайшие номиналы в сторону увеличения: первые три сопротивления можно взять с мощностью рассеивания 0,125 Вт, а четвертый – с 0,250 Вт.
Запишем общий расчет резистора для светодиода. Следует определить всего три параметра:
1) падение напряжения
2) сопротивление
3) мощность рассеивания.
Как видно, понять и запомнить данный алгоритм достаточно просто. Теперь, в случае применения специальных калькулятор, вы будете понимать, что и как они считают. Кстати, алгоритмы многих подобных калькуляторов не учитывают стандартный ряд номинальных значений, поэтому будьте внимательны, а лучше считайте все сами – это очень полезно делать для приобретения ценного опыта.
Калькулятор светодиодного резистора| Need for Series Resistor
В этом уроке мы узнаем об одной из основных концепций, которая необходима для начинающих в электронике, а именно о калькуляторе резисторов для светодиодов. Вы увидите, почему выбор подходящего резистора для светодиода имеет решающее значение для его работы, а также факторы, которые необходимо учитывать при выборе конкретного резистора, чтобы светодиод не сгорел.
Схема
Введение
Если вы только начали заниматься электроникой, такой как самоделки или Arduino, то, вероятно, первым проектом или схемой, которую вы могли бы построить, было бы мигание светодиодом.
Преимущество Arduino в том, что он имеет встроенный светодиод, подключенный к контакту 13 цифрового ввода-вывода, и все, что вам нужно сделать, это просто подключить плату Arduino UNO к компьютеру и загрузить Blink Sketch . Светодиод начинает мигать.
Но если вы остановитесь на этом, то не поймете «аппаратную» часть проекта. Если вы посмотрите на схему Arduino Uno Rev 3, то заметите, что светодиод не подключен напрямую к выводу ввода-вывода микроконтроллера ATmega328P (точнее, к выводу 5 порта B). Но скорее он подключен через резистор 1 кОм последовательно с ним.
Этот резистор представляет интерес для дальнейшего обсуждения этого урока. Но для получения некоторой базовой информации о светоизлучающих диодах (LED) вы можете обратиться к следующему сообщению.
«Светоизлучающие диоды (СИД)»
Для чего нужен светодиодный резистор?
Если вы читали упомянутое выше руководство по светодиодам, то, возможно, поняли, что любой светодиод имеет две основные характеристики, определяющие работу светодиода.
Это прямой ток и прямое напряжение.
Все светодиоды, независимо от формы, размера или форм-фактора, имеют предопределенное значение рабочего тока, которое они могут пропускать. Этот ток обычно определяется в спецификациях как непрерывный прямой ток.
Это абсолютный максимальный ток, которым можно питать светодиод без каких-либо повреждений. Например, 5-миллиметровый белый светодиод имеет абсолютный максимальный прямой ток 30 мА.
Таким образом, абсолютно необходимо контролировать величину тока, протекающего через светодиод, и самый простой способ ограничить ток — использовать последовательный резистор.
Другой важной характеристикой светодиода является прямое напряжение. Мы увидим его влияние при понимании формулы расчета резисторов для светодиодов, а также при выборе последовательного резистора.
Уравнение для расчета резисторов для светодиодов
Давайте теперь перейдем к важному аспекту руководства, а именно к уравнению для расчета резисторов для светодиодов.
Для простоты рассмотрим простую схему, состоящую из одного светодиода, одного последовательного резистора и источника питания.
На следующем рисунке показана простая светодиодная схема, состоящая из светодиода, резистора R S и источника питания V S .
Используя простую теорию цепей, вы получите следующее уравнение:
В S = R S * I R + V LED , где
S В напряжение питания, ВR S — номинал последовательного резистора,
I R — ток через последовательный резистор,
V LED — прямое напряжение или падение напряжения на светодиоде (обычно обозначается как V F ).
Поскольку последовательный резистор R S и светодиод соединены последовательно, ток, протекающий через них, будет одинаковым, и, согласно нашим предыдущим обсуждениям, этот ток должен быть прямым током светодиода (I LED или просто I F ).
Таким образом, мы можем переписать приведенное выше уравнение следующим образом:
R S = (V S – V F ) / I F
Это уравнение для расчета резистора светодиода. Здесь важно отметить, что значение последовательного резистора зависит как от прямого тока светодиода, так и от прямого напряжения светодиода. Следовательно, важно следить за обоими этими значениями светодиода из его таблицы данных.
Различные цвета и типы светодиодов имеют разные значения прямого тока и прямого напряжения. Например, в следующей таблице приведены значения прямого тока и прямого напряжения некоторых широко используемых 5-мм светодиодов.
ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие значения зависят от производителя и не могут быть обобщены. Для получения точных значений вам обязательно следует ознакомиться с таблицей данных, предоставленной вашим производителем.
| Цвет светодиода | Прямой ток (I F ) | Прямое напряжение (В F ) |
Белый | 30 мА | 3,6 В |
Красный | 20 мА | 2 В |
Синий | 20 мА | 3,9 В |
Зеленый | 20 мА | 2,4 В |
Желтый | 20 мА | 2 В |
| Янтарный | 20 мА | 2,4 В |
Оранжевый | 50 мА | 2,1 В |
Инфракрасный | 100 мА | 1,4 В |
Если два светодиода соединены последовательно, то уравнение для расчета последовательного резистора будет следующим:
R S = (V S – V F * 2) / I F
На самом деле, если имеется N одинаковых светодиодов, соединенных последовательно, то формула расчета резисторов для светодиодов может быть записана следующим образом:
R S = (V S – V F * N) / I F
Пример
Теперь рассмотрим простую схему и рассчитаем значение последовательного резистора.
чтобы светодиод работал правильно и не взрывался.
На изображении выше видно, что напряжение питания V S составляет 5 В, используется белый светодиод диаметром 5 мм. Из приведенной выше таблицы типичный 5-миллиметровый белый светодиод имеет следующие характеристики:
Прямой ток I F = 30 мА и
Прямое напряжение V F = 3,6 В.
Подставляя эти значения в приведенное выше уравнение, мы получаем следующее:
R S = (5 В – 3,6 В) / 30 мА
R S = 46,6 Ом.
Ближайшее значение — резистор 47 Ом. Но если вы хотите быть в безопасности, я бы посоветовал вам использовать следующее большое значение, и в этом случае это будет резистор 56 Ом.
Рассеиваемая мощность резистора
Одной из важных характеристик последовательно включенного резистора для светодиода, которой часто пренебрегают или игнорируют, является рассеиваемая мощность резистора.
Если падение напряжения на светодиоде V F , то падение напряжения на резисторе равно V S – V F .
Это означает, что в процессе ограничения тока через светодиод до значения I F резистору приходится рассеивать оставшуюся мощность, которая составляет (V S – V F ) * I F . Если номинальная мощность резистора не соответствует этому значению, то резистор сгорит и вы увидите волшебный дым.
Если мы рассмотрим приведенный выше пример источника питания 5 В с белым светодиодом диаметром 5 мм, мы рассчитали, что значение резистора составляет 47 Ом. В этом случае фактическая мощность, рассеиваемая резистором, составляет (5–3,6 В) * 30 мА. Это равно 42 мВт. Таким образом, резистора на ¼ Вт будет достаточно.
Это может показаться небольшим числом, но это всего лишь пример, и оно может сильно нагреться при проектировании и создании сложных и мощных светодиодных схем.
Не сгореть! Расчет токоограничивающего резистора светодиода
Светоизлучающие диоды (СИД) — одно из основных устройств вывода, используемых в проектах с открытым исходным кодом.
Они предоставляют вам простой способ предоставить пользователю обратную связь о состоянии того, что происходит в цепи. Популярным использованием является индикатор питания, чтобы пользователь знал, включено ли устройство.
Но подключение светодиода напрямую к источнику питания может привести к перегоранию светодиода. Вы должны использовать токоограничивающий резистор последовательно со светодиодом для защиты.
Для расчета номинала резистора потребуется собрать несколько битов информации о вашем светодиоде из его паспорта. В частности, нам нужно будет определить прямое напряжение светодиода (Vf) и его максимальный номинальный ток (Imax). Vf говорит нам, какое напряжение требуется для включения светодиода. Imax говорит нам о максимальном токе, который может выдержать светодиод. Нам также необходимо знать напряжение источника питания, который будет питать светодиод. Имея эту информацию на руках, мы можем применить следующую формулу:
Предположим следующее:
Vпит = 5В
Vf = 1,7 В
Iмакс = 20 мА
Теперь применим эти переменные к формуле и получим следующее:
Вы можете спросить себя, почему вы округляете до 220 Ом, когда расчет выходит до 165 Ом? Проще говоря, именно здесь академическое отделяется от реального мира.
Когда дело доходит до производства компонентов, резисторы на 165 Ом не производятся. Таким образом, вам придется довольствоваться скрытой стоимостью, которую вы действительно можете приобрести из таких источников, как Mouser Electronics.
Так это все? Ну, не совсем. Помните, что еще одной важной характеристикой резистора является его номинальная мощность, измеряемая в ваттах. Чтобы рассчитать номинальную мощность резистора, мы должны использовать степенной закон Джоуля:
Исходя из расчетов, резистор на 1/8 Вт будет работать нормально, хотя достать резистор на 1/4 Вт может быть проще. Подойдет резистор любой номинальной мощности.
Предостережение при питании нескольких светодиодов. У вас может возникнуть соблазн сэкономить место на плате или количество резисторов, используя один резистор для нескольких светодиодов. Не делай это. Светодиоды, как и большинство электронных компонентов, не идеальны. Некоторые светодиоды могут иметь меньшее падение напряжения, чем другие, это приведет к тому, что через них будет протекать больший ток, что может привести к разрушению светодиодов.
Всегда используйте один резистор для каждого светодиода, чтобы компенсировать переменное прямое напряжение. Если вам нужно сэкономить место на плате, рассмотрите сети резисторов, которые предлагают несколько резисторов в одном крошечном корпусе и используют один общий вывод. См. пример на рис. 2.
Вот и все, что вам нужно знать, чтобы правильно выбрать токоограничивающий резистор. Вы будете использовать токоограничивающие резисторы во многих приложениях, а не только для питания светодиодов. Надеюсь, это дало вам достаточно информации, чтобы начать создавать свои собственные светодиодные проекты.
« Назад
Майкл Паркс, ЧП является соучредителем Green Shoe Garage, студии дизайна электроники на заказ и фирмы, занимающейся исследованиями встроенной безопасности, расположенной в Западном Мэриленде. Он выпускает подкаст Gears of Resistance, чтобы повысить осведомленность общественности о технических и научных вопросах.
