Как выбрать резистор для светодиода: ограничительного, по току и напряжению

Содержание

Основы электроники. Урок №4: Расчет резистора для светодиода

Сегодня мы начнем с изучения нового элемента, а именно светодиода. Основные сведения о светодиоде собраны в отдельной статье здесь.

Светодиод, в основном, имеет 2 вывода: длинный вывод (анод) соединяется с плюсом питания, более короткий вывод (катод) с минусом. Светодиод, подключенный наоборот не будет светиться, и кроме того, при превышении определенного напряжения может даже сгореть.

Профессиональный цифровой осциллограф

Количество каналов: 1, размер экрана: 2,4 дюйма, разрешен...

С чего следует начать при работе со светодиодом? С просмотра технических параметров на конкретный светодиод! Иногда необходимые нам сведения можно также получить при покупке в магазине. Что же нам нужно знать? То, что мы ищем – это прямой ток (forward current) и прямое напряжение (forward voltage).

Для светодиода главное — это правильно подобранный ток, так как он напрямую влияет на срок службы светодиода. Поэтому мы говорим, что светодиод — это элемент, питаемый током (не напряжением!).

При изучении datasheet для одноцветных светодиодов размером 5мм вот что было обнаружено:

  • красный светодиод: 20 мА / 2,1 В
  • зеленый светодиод: 20 мА / 2,2 В
  • желтый светодиод: 20 мА / 2,2 В
  • оранжевый светодиод: 25 мА / 2,1 В
  • синий светодиодный индикатор: 20 мА / 3,2 В
  • светодиод белый: 25 мА / 3,4 В

(параметры светодиодов могут незначительно отличаться в зависимости от экземпляра и производителя светодиодов) 

Нашим источником питания, как и в предыдущих упражнениях, является кассета из 4 батареек, дающие напряжение около 6 вольт. Теперь встает вопрос: как подобрать резистор для ограничения тока красного светодиода, подключенного согласно следующей схеме:

Наша батарея обеспечивает напряжение порядка 6 вольт. Красному светодиоду необходим ток около 20мА. Плюс ко всему нужно учесть падение напряжения на этом светодиоде, т. е. 2,1 вольт:

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров...

UR1 = UB1 – UD1

UR1 = 6В – 2,1В

UR1 = 3,9В

 Теперь достаточно подставить наши данные в формулу:

R1 = UR1 / I

R1 = 3,9В / 20мА

R1 = 3,9В / 0,02А

R1 = 195 Ом

Таким вот простым способом мы рассчитали сопротивление резистора R1 для красного светодиода, который должен иметь сопротивление минимум 195 Ом. Но вы не сможете найти резистор такого номинала! Что же делать в таком случае? Надо взять из номинального ряда резистор большей величины, но с максимально близким сопротивлением.

См. Подбор сопротивления резистора по цветным полоскам

Ближайший в номинальном ряду резисторов находится резистор с сопротивлением 200 Ом, и именно такой мы должны использовать в нашей схеме. Почему? Конечно, ничто не мешает нам использовать резистор большего сопротивления, например, 470 Ом, 2,2 кОм… Но как это повлияет на свечение нашего светодиода? Давайте проверим!

На фото этого конечно не заметно, но светодиод светит очень ярко с резистором 200 Ом. Но что случится, если мы заменим резистор на другой, с большим сопротивлением, например, 470 Ом? Светодиод по-прежнему горит. Дальше будем последовательно увеличивать сопротивление: 2,2кОм, 3,9кОм, 4,7кОм… Обратите внимание, что светодиод с увеличением сопротивления резистора светит все слабее и слабее пока, наконец, вообще не перестает светиться.

Еще одно замечание по существу — необходимо использовать резисторы немного больше, чем это следует из расчетов (например, 210 Ом вместо 200 Ом). Почему? Наверно вы обратили внимание, что для расчетов мы взяли номинальное напряжение нашей батареи, в реальности свежие батарейки могут давать более высокое напряжение и поэтому сопротивление резистора может быть недостаточным. Ток на светодиоде будет выше необходимого, что в конечном счете скажется на сроке его службы.

Еще один пример, из жизни (вернее из частых вопросов). Как подобрать резистор для схемы (в автомобиль) , в которой последовательно соединены два красных светодиода (прямой ток 20 мА, прямое напряжение 2,1 В)?

Величину сопротивления резистора R1 рассчитываем аналогично, как в примере выше, с той лишь разницей, что от напряжения бортовой сети автомобиля (14В), необходимо вычесть падение напряжения на обоих диодах D1 и D2:

UR1 = UE1 – UD1 – UD2

UR1 = 14В – 2,1В – 2,1В

UR1 = 9,8В

Теперь подставим данные в формулу:

R1 = UR1 / I

R1 = 9,8В / 20мА

R1 = 9,8В / 0,02А

R1 = 490 Ом

Резистор R1, к которому подключены последовательно два красных светодиода, должен иметь сопротивление минимум 490 Ом. Ближайший в ряду является резистор номиналом 510 Ом. Если у вас нет резистора номиналом 510 Ом, помните, что вы можете соединить последовательно несколько резисторов, например, 5 резисторов по 100 Ом.

А можем ли мы в этой схеме последовательно подключить еще 5 светодиодов? Нет! На каждом из подключенных светодиодов возникает некоторое падение напряжения, другими словами каждый из них потребляет некоторое количество напряжения, например, каждому красному светодиоду нужно 2,1 вольт. Легко подсчитать, что наша батарея не в состоянии обеспечить такое напряжение:

14В < 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В+ 2,1В + 2,1В

14В < 14,7В

Приведенный выше пример касается схемы, установленной в автомобиле, где источник напряжения 14В.

Таким же образом вы можете рассчитать сопротивление резистора для аналогичной схемы с напряжением питания 6 вольт. Какое получится сопротивление резистора R1? По нашим расчетам следует, что 90 Ом.

Следующий пример будет касаться параллельного соединения светодиодов, так как показано на следующем рисунке:

На этот раз предположим, что светодиод — D1 красный (прямой ток 20 мА, прямое напряжение около 2,1 В), а светодиод D2 имеет белый цвет (прямой ток 25 мА, прямое напряжение 3,4 В).

Из первого закона Кирхгофа мы знаем, что:

I = I1 + I2

I = 20мА + 25мА

I =45 мА

Подключая светодиоды параллельно к источнику питания, следует помнить, что каждый светодиод должен иметь свой резистор! Теперь давайте посчитаем падение напряжения на каждом из резисторов:

UR1 = UB1 – UD1

UR1 = 6В – 2,1В

UR1 = 3,9В

UR2 = UB1 – UD2

UR2 = 6В – 3,4В

UR2 = 2,6В

Мы знаем, силу тока и напряжение, давайте посчитаем сопротивление:

R1 = UR1 / I1

R1 = 3,9В / 20мА

R1 = 3,9В / 0,02А

R1 = 195 Ом

R2 = UR2 / I2

R2 = 2,6В / 25мА

R2 = 2,6В / 0,025А

R2 = 104 Ом

Резистор R1 должен иметь сопротивление как минимум 195 Ом (ближайший в номинальном ряду резистор на 200 Ом), а резистор R2 должен иметь сопротивление не менее 104 Ом (ближайший в ряду будет на 120 Ом).

Как лучше соединять светодиоды: последовательно или параллельно? Ответ не простой, потому что оба варианта имеют свои плюсы и минусы:

Вид соединения светодиодов

последовательное

параллельное

для всех светодиодов достаточно одного
резистор
каждый светодиод должен иметь свой собственный резистор
повреждение одного светодиода приводит к
отключению всей цепочки светодиодов
при повреждении одного или несколько светодиодов, остальные светодиоды будут светятся
низкое значение тока ток в цепи увеличивается с каждым последующим светодиодом (ток
каждой ветви суммируется)
требуется более высокое напряжение источника питания
с учетом падения напряжения на
каждый из светодиодов
напряжение питания в схеме может быть
низким

Под конец урока рассмотрим еще один популярный вид – мощные светодиоды. Благодаря им, мы можем получить яркий свет. Мощные светодиоды используются, например, в автомобилях, поэтому следующий пример будет касаться именно проблемы установки мощных светодиодов в автомобиле.

Напряжение в сети автомобиля 14 вольт. Мощный светодиод имеет прямой ток 350 мА и падение напряжения 3,3 вольт. Рассчитаем сопротивление для мощного светодиода так, как мы это делали выше:

UR1 = UE1 – UD1

UR1 = 14В – 3,3В

UR1 = 10,7В

R1 = UR1 / I
R1 = 10,7В / 350мА
R1 = 31 Ом

Для нашего примера надо подобрать резистор минимум 31 Ом. Проблема в том, что мощный светодиод, как указывает само название, имеет большую мощность и здесь обычный резистор не достаточен. Помимо соответствующего сопротивления наш резистор должен иметь соответствующую номинальную мощность, т. е. допустимую мощность, которая выделяется на резисторе при его работе.

Помните, что основная задача резистора — это сопротивление току. При сопротивлении всегда будет выделяться тепло в той или иной степени. Слишком большая мощность может повредить резистор.
Мощность вычисляем по следующей формуле:

P = U x I

P = UR1 x I1

P = 10,7В x 350мА

P = 3,7 Вт

Номинальная мощность нашего резистора — это минимум 3,7 Вт. В связи с этим, наши стандартные резисторы мощностью 0,25 Вт быстро сгорят. В приведенном выше примере необходимо применить резистор на 5 Вт, но лучшим решением использование нескольких резисторов по 5 Вт, соединенных последовательно или параллельно. Почему? Причина в том, что резисторы плохо отводят тепло (хотя бы из-за их формы), а использование нескольких резисторов сразу увеличит общую площадь поверхности, через которую происходит отдача тепла.

При подборе резистора для мощного светодиода необходимо дополнительно учитывать значительное повышение температуры самого светодиода, что вызывает изменение прямого тока. Поэтому лучше взять резистор большего сопротивления, что обеспечит стабильную работу светодиода при увеличении прямого тока из-за его нагрева во время работы.

Но на практике для питания мощных светодиодов применяют стабилизаторы тока, которые будут обсуждаться в последующих уроках.

Общее правило при подборе резистора (резисторов) для светодиодов является использование чуть большего сопротивления, чем это следует из расчетов. Прямой ток и падение напряжения, протекающие через светодиод лучше измерить мультиметром, чтобы в расчетах учитывать реальные параметры конкретного светодиода.

Как рассчитать и выбрать токоограничивающий резистор для светодиодов

Автор Aluarius На чтение 9 мин. Просмотров 1.8k. Опубликовано

Расчет резистора для светодиода

Светодиод – прибор, который преобразует проходящий через него ток в световое излучение. Их используют для освещения в прожекторах и лампах, для украшения в гирляндах, в фарах авто. В статье ниже вы узнаете, как правильно подключить светодиод и чем отличаются разные виды соединений. А также, зачем для подключения нужен резистор и как рассчитать, какой резистор вам нужен.


Особенности подключения светодиода

Главная особенность подключения светодиода к блоку питания — маленькое внутреннее сопротивление. То есть, при прямом подключении к сети, сила тока будет слишком высокой и светодиод может сгореть. Подключение кристалла светодиода происходит по медным или золотым нитям. Они выдерживают небольшие скачки тока, но, когда допустимое значение сильно превышается, они перегорают, прекращая питание элемента. Поэтому для их подключения используют резистор, ограничивающий поступление тока, так, чтобы он по номиналу подходил к заявленной у диода характеристике.

Также при подключении ограничителей тока необходимо помнить про соблюдение полярности и подключать отрицательный анод к отрицательному полю, а катод к положительному.

Особенности дешёвых LED

При подборе светодиода на рынке можно найти совершенно разные цены. Чем же отличаются дорогие диоды от дешёвых?
Светодиоды за разную стоимость отличаются не только внешними особенностями, но и техническими характеристиками. У дешёвых светодиодов параметры сильно отличаются друг от друга, в то время, как у дорогих они уменьшаются плавно при изменении тока или напряжения сети. Кроме того, дешёвые аналоги могут служить недолго и свет будет более тусклым или режущим глаза. На что нужно обратить внимание при покупке светодиодной лампы и как ее установить читайте тут.

Можно ли обойтись без резисторов

Если подсоединить светодиоды без резистора, то при небольшом изменении напряжения в сети, ток, подаваемый в диод, изменится в несколько раз. Даже если вы подключили несколько диодов, и они работают без резистора, нет гарантии, что напряжение сети не поднимется выше допустимого. Поэтому, если вы не хотите, чтобы диоды сгорели, нужно либо воспользоваться резистором, ограничивающим поток тока, либо использовать драйвер.

Справка! драйвер — блок питания для светодиодов, в нём стабильно поддерживается определённый ток на выходе. Драйверы часто используют в качестве источника питания для светодиода.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор

В некоторых случаях подключение светодиодов возможно не через драйвер, а токоограничительный резистор.

  • Если свечение нужно в качестве индикатора, где не имеет значения, насколько ярко будет гореть диод, а важен сам факт свечения.
  • Для проверки работоспособности диодов их подключают через резистор к аккумулятору с высоким напряжением, из-за которого ЛЕД элемент может сломаться. Резистор ограничивает поступающее на диод напряжение и можно проверить его работоспособность без риска поломки деталей.
  • Для определения отрицательного и положительного полей светодиода.
  • При исследовании, как будет работать новый светодиод, используют ограничительные резисторы, чтобы элемент не перегорел при тестировании.

Расчет резистора для светодиода при последовательно-параллельном соединении

Последовательно-параллельно светодиоды соединяют в осветительных приборах с высокой мощностью. Соединение универсально: используется и для постоянного, и для переменного тока.
В таком случае последовательно соединённые цепочки светодиодов соединяют параллельно.

Для успешного соединения в каждой цепочке должно быть одинаковое количество диодов.

Нагрузочный резистор должен быть выбран с учётом того, что во всех параллельных ветках будет одинаковое напряжение. Поэтому для вычисления нужно вычислить только сопротивление одного резистора в любой цепи:
R = (Un*ULED)/ ULED,
где n — число светодиодов на ветке.
Лимит по числу диодов на ветке находится по формуле: n = (U = ULED)/ULED.
После проведения необходимых расчётов можно соединить диоды гибридным способом.

Плюсы гибридного соединения:

  • При выходе из строя одного диода, остальная часть схемы продолжит полноценно работать и не случится перенапряжения.
  • Для работы нужно меньше резисторов, чем в других соединениях.

Вычисление сопротивления при параллельном соединении светодиодов

Параллельное соединение используют, если суммарное соединение диодов, которых нужно подсоединить к источнику питанию, больше, чем напряжение источника. То есть, если при последовательном соединении диодов питания не хватает, и они не работают.
При параллельном соединении несколько веток с диодами параллельно соединяют, на каждой из них установлен свой резистор.

В таком случае во всем устройстве будет одинаково меняться напряжение, а проходящий ток может быть разным на каждой из веток.

Расчёты проводят для каждой отдельно взятой ветки.
Сначала нужно рассчитать сопротивление резистора по закону Ома:
U=I*R,
I — допустимый ток для прибора, значение можно взять из характеристики прибора.
Теперь нужно рассчитать мощность резистора:
P = U2/R.
Можно сократить: P=I*U.

Преимущества параллельного соединения:

  • Если один светодиод перегорит, то другие цепи продолжат работать;
  • Можно добавить больше светодиодов, чем при последовательном;
  • Можно использовать для двуцветного свечения лампочек. При этом цвет диодов меняется при изменении направления тока.

    Если добавить импульсный модулятор к двум параллельно соединенным диодам, можно добиться широкого диапазона изменения цвета.

Недостатки:

  • Увеличение нагрузки на остальные элементы, если один перестанет работать;
  • Нужно много резисторов для соединения.

Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении

Диоды можно соединять последовательно в цепочку. Для этого нужно анод устройства соединить с катодом другого, и так продолжать цепочку, пока не достигнете нужного размера. Соединение происходит с помощью резистора, который ограничивает ток, поступающий на элементы, чтобы избежать их поломки.
Зная закон Ома, можно найти сопротивление включенного в схему резистора:
R=(U-ULED1+…+ULEDn)/ILED
Где U — напряжение сети;
ULED1– ULEDn — сумма напряжений включенных в цепь светодиодов.
ILED — ток, являющийся оптимальным для светодиодов.
Мощность резистора вычисляется по формуле:
P = I2*R

Лучше всего поставить резистор с мощностью, в два раза превышающую нужное значение, чтобы при перепаде напряжения устройства продолжало исправно работать.

 

Преимущества последовательного соединения:

  • В цепочке один ток;
  • Простое и быстрое соединение;
  • Возможное количество светодиодов ограничено уровнем напряжения;
  • При выходе из строя одного диода, перестаёт работать вся цепочка.

Как подключить светодиод к 220в через резистор

Светодиоды пропускают через себя ток в одном направлении. При переменном напряжении его направление меняется 2 раза за период, то есть в одном случае ток протекает через диод, а в ином — нет. Так как ток протекает в половине случаев, для определения среднего значения тока, который проходит через диод, нужно разделить U пополам.
Соответственно, U = 110В.
Допустим, собственное сопротивление у диода: 1,7 Ом.

Ток, проходящий через диод:
I=U/ ULED
110/1,7=65А.

Высокий ток, пройдя через полупроводник, сожжёт его, поэтому нужно использовать дополнительный прибор с сопротивлением, чтобы он, по принципу рассеивания, уменьшал количество тока, подаваемого на диод.

При высоком токе нельзя использовать параллельное соединение, так как если одна из цепей перестанет работать, значение тока в остальных увеличится и прибор сгорит.

  • Можно использовать дополнительный LED-элемент для блокировки обратного напряжения.

  • Использование встречно-параллельного соединения диодов с резистором:

Для того, чтобы прибор работал исправно, необходимо учитывать, что через все диоды должен проходить один ток, значит нужно подобрать элементы с одинаковыми характеристиками.

После соединения пересчитайте ёмкость конденсатора, потому что на светодиодах должно увеличиться напряжение.

Какой резистор нужен для светодиода на 12 вольт

12-вольтовая система — стандартная в автомобиле. В подключении LED-элемента к 12 вольтовой системе нет ничего сложного. Важно правильно провести расчёты сопротивления диода через токоограничивающий резистор.
Перед началом вычислений надо узнать характеристики имеющихся светодиодов: падение напряжения и требуемый им ток.
Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:
R = U/I

  • 1 светодиод
    ULED = 3.3 Вольт
    ILED = 0,02А
    При таком внутреннем сопротивлении диода, он будет отлично работать в системе, напряжение которой ограничивается значением 3,3 Вольт.
    Возьмём напряжение с запасом, так как скачки бывают до максимального значения 14,5.
    Максимально возможное напряжение отличается от допустимого для исправной работы светящегося элемента на 11,2 Вольта. Значит, перед включением диода, нужно снизить подаваемый ему ток на это значение.

Сперва нужно посчитать сопротивление, необходимое резистору:
R=U/I. R=560 Ом.
Для того, чтобы расчёты были более надёжными, надо вычислить мощность резистора:
P = U * I Мощность — 0,224Вт.
При выборе резистора, необходимо округлять значения в большую сторону и выбирать более мощный вариант.

  • 2 и 3 светодиода
    Рассчитывается аналогичным образом, светодиодное напряжение будет умножаться на количество светящихся элементов
  • От 4 светодиодов
    При подключении больше трёх светодиодов к такой сети не нужен будет резистор, так как напряжение не будет сильно превышать допустимое и светодиоды будут работать исправно.

Резисторы вы можете установить и на положительном, и на отрицательном полюсе, это не имеет значения при использовании.

Теория

Для того, чтобы светодиоды не перегорели, важно правильно рассчитать ограничивающий резистор.

Математический расчёт

Необходимые вычисления можно сделать самостоятельно, при низких значениях вам не потребуется калькулятор. Либо при помощи специальной программы, проводящей подсчёты за вас.
При расчёте сопротивления гасящего резистора нужно знать закон Ома.
R = U-ULED /ILED
U — напряжение сети;

ULED — значение напряжения, оптимального для работы диода
I LED —ток, на который рассчитана работа элемента
Чтобы не произошёл перегрев резистора во время работы, необходимо дополнительно рассчитывать оптимальную мощность для такого напряжения.
P = (U-ULED)*ILED

В этой схеме резистор подключается к катоду светящегося элемента.

Графический расчёт

В большинстве случаев, пользуются математическими вычислениями, но графический способ более наглядный и в каких-то случаях его применять значительно удобнее.

Для построения графика нужно знать характеристики светящегося элемента: ток и напряжение.
Теперь можно узнать сопротивление резистора по графику:

На нём пунктирной линией показано вычисление для элемента, на работу которого нужно 20мА тока. Далее соединяем точку пересечения пунктирной линии с “кривой ЛЕД”, отмеченной голубым цветом, со значением напряжения диода. Линия пересекает шкалу максимального тока, где указано нужное значение.
После этого нужно провести расчёт сопротивления токоограничивающего резистора:
R=ULED/Imax
Его мощность: P=I2*R

Схемы подключений светодиодной ленты можно посмотреть здесь.

Светодиоды стали незаменимой частью нашей жизни, они стоят в качестве индикаторов на бытовой технике, в виде декоративных светодиодных лент и в составе оптопары в промышленности, а также в качестве более экологичного и экономного освещения. В использовании светодиодов нет ничего сложного, главное — не забывать использовать балластный резистор, благодаря которому ток будет ограниченно поступать на светящиеся элементы, и они не сломаются. Теперь вы знаете, как рассчитать нужное сопротивление резистора, разные способы соединения диодов и для чего их используют.

КАК ПОДКЛЮЧИТЬ СВЕТОДИОД

Светодиоды (LED - англ. Light-emitting diode, светящиеся диоды) используются во многих электронных проектах. Но не все могут правильно подключить или выбрать резистор для светодиода, и тогда его можно вывести из строя за доли секунды. Давайте разберёмся в этом и узнаем как всё делается.

Вначале стоит напомнить, что резистор обязательно должен сопровождать светодиод. Независимо от того, подключаете ли вы его к батарейке, Arduino или к чему-то еще, резистор необходим всегда, потому что светоизлучающий диод управляется током! Срок службы питаемого светодиода без резистора невелик, даже если поначалу он вроде бы светится.

Всё потому что LED элементы хотят потреблять как можно больше электроэнергии. Пока не начнет нагреваться, что приведет к перегреву и повреждению его структуры. Следовательно, необходим своеобразный предохранитель в виде резистора, который будет ограничивать количество тока, потребляемого светодиодом.

Какой ток светодиода

По принципу действия светодиоды очень похожи на обычные выпрямительные диоды. Только конструктивное исполнение другое. И первое существенное отличие - это полупроводниковый материал. В случае выпрямительных диодов это чаще кремний. Светодиоды же изготавливаются из разных полупроводников, в зависимости от цвета которым они светятся. Материал определяет прямое напряжение, то есть напряжение, которое прикладывается к светодиоду при прохождении прямого тока через него.

Прямое напряжение - напряжение, равное или превышающее то, при котором ток (прямой ток) начинает течь через диод, и он начинает светиться.

Прямое напряжение и прямой ток

Каждый диод имеет разное прямое напряжение, что важно при выборе ограничительного резистора.

Прямое напряжение зависит от таких факторов, как:

  1. температура окружающей среды,
  2. величина протекающего тока (чем она выше, тем большее напряжение прикладывается к диоду),
  3. используемого производителем полупроводникового материала.

Какой ток может течь через светодиод

Популярные в продаже светодиоды обычно работают с максимальным постоянным током 20-30 мА. Более подробную информацию по этому вопросу можно найти в документации (даташиту) к конкретному LED. Но чаще всего на этих элементах нет маркировки типа и производителя.

К счастью, производимые в настоящее время светодиоды ярко светят даже при гораздо меньшем токе (от 1–3 мА), поэтому нет необходимости подавать на них максимальный ток.

Запитывать типичные 3-5 мм светодиоды (с цветной линзой) током более 10 мА не имеет смысла. Интенсивность их свечения всё-равно существенно не увеличится! Чем больше ток протекает через светодиод (в пределах безопасного диапазона), тем ярче он будет светить. Но во многих случаях разница в яркости не будет иметь большого значения.

Какое напряжение идёт на диод

Производители указывают номинальное прямое напряжение. Это значение будет различным для каждого типа светодиода. Но не нужно каждый раз проверять значения в документации. Достаточно использовать примерную таблицу, содержащую безопасные диапазоны напряжения:

Прямое напряжение LED в зависимости от цвета

Приведенная таблица содержит значения, которые были записаны из даташитов наиболее популярных производителей светодиодов. Конечно есть исключения, например сверх-яркие или мощные светодиоды. Но в случае с обычными, можно смело пользоваться этой таблицей.

А это ещё одна, аналогичная.

Так почему важно контролировать именно ток, протекающий через диод? Правильно задать работу светодиода, задав на нем определенное напряжение, практически невозможно. Придется следить за изменениями температуры и структурными изменениями, что непросто. Поэтому используется постоянный ток.

В общем когда пропускаем через LED ток желаемой интенсивности (например 20 мА), то прямое напряжение на нем устанавливается само. 

Как выбрать резистор для LED

Всё что нужно для питания светодиода, - это источник питания и токоограничивающий элемент, то есть резистор. Предположим, что есть батарея на 9 В и красный светодиод, через который должно протекать 7 мА, или по грамотному говоря 0,007 Ампера. Схема подключения с обозначением напряжения LED и резистора показана далее.

Простейшее светодиодное соединение

Ток течет от «+» клеммы батареи, проходит через резистор, светодиод, а затем возвращается обратно к источнику питания. Подключение резистора последовательно со светодиодом необходимо, чтобы не повредить его протекающим слишком большим током. Можно сказать, что резистор действует как ограничитель тока.

По правилам электроники, напряжение от аккумулятора будет распределяться между резистором и светодиодом:

Нам известен ток протекающий в этой цепи (7 мА), поэтому будем использовать закон Ома:

Приведенная формула позволяет рассчитать номинал резистора, через который следует запитать светодиод.

Какое прямое напряжение на диоде? Известно допустим, что он светится красным цветом, маркировки на нем естественно нет. Значит промежуточное значение из таблицы, которое составляет 1,9 В, будет подходящим.

Расчетное значение резистора:

R = (9 В - 1,9 В) / 0,007 А = 1014 Ом

Сразу замечу, что такого резистора мы не найдем в продаже. Все исходит из определенного стандарта, по которому производятся элементы. Тогда будем использовать ближайший по номиналу доступный резистор в 1000 Ом, то есть 1 кОм.

0.1 Ом 1 Ом 10 Ом 100 Ом 1 кОм 10 кОм 100 кОм 1 МОм 10 МОм
0.11 Ом 1.1 Ом 11 Ом 110 Ом 1.1 кОм 11 кОм 110 кОм 1.1 МОм 11 МОм
0.12 Ом 1.2 Ом 12 Ом 120 Ом 1.2 кОм 12 кОм 120 кОм 1.2 МОм 12 МОм
0.13 Ом 1.3 Ом 13 Ом 130 Ом 1.3 кОм 13 кОм 130 кОм 1.3 МОм 13 МОм
0.15 Ом 1.5 Ом 15 Ом 150 Ом 1.5 кОм 15 кОм 150 кОм 1.5 МОм 15 МОм
0.16 Ом 1.6 Ом 16 Ом 160 Ом 1.6 кОм 16 кОм 160 кОм 1.6 МОм 16 МОм
0.18 Ом 1.8 Ом 18 Ом 180 Ом 1.8 кОм 18 кОм 180 кОм 1.8 МОм 18 МОм
0.2 Ом 2 Ом 20 Ом 200 Ом 2 кОм 20 кОм 200 кОм 2 МОм 20 МОм
0.22 Ом 2.2 Ом 22 Ом 220 Ом 2.2 кОм 22 кОм 220 кОм 2.2 МОм 22 МОм
0.24 Ом 2.4 Ом 24 Ом 240 Ом 2.4 кОм 24 кОм 240 кОм 2.4 МОм 24 МОм
0.27 Ом 2.7 Ом 27 Ом 270 Ом 2.7 кОм 27 кОм 270 кОм 2.7 МОм 27 МОм
0.3 Ом 3 Ом 30 Ом 300 Ом 3 кОм 30 кОм 300 кОм 3 МОм 30 МОм
0.33 Ом 3.3 Ом 33 Ом 330 Ом 3.3 кОм 33 кОм 330 кОм 3.3 МОм 33 МОм
0.36 Ом 3.6 Ом 36 Ом 360 Ом 3.6 кОм 36 кОм 360 кОм 3.6 МОм 36 МОм
0.39 Ом 3.9 Ом 39 Ом 390 Ом 3.9 кОм 39 кОм 390 кОм 3.9 МОм 39 МОм
0.43 Ом 4.3 Ом 43 Ом 430 Ом 4.3 кОм 43 кОм 430 кОм 4.3 МОм 43 МОм
0.47 Ом 4.7 Ом 47 Ом 470 Ом 4.7 кОм 47 кОм 470 кОм 4.7 МОм 47 МОм
0.51 Ом 5.1 Ом 51 Ом 510 Ом 5.1 кОм 51 кОм 510 кОм 5.1 МОм 51 МОм
0.56 Ом 5.6 Ом 56 Ом 560 Ом 5.6 кОм 56 кОм 560 кОм 5.6 МОм 56 МОм
0.62 Ом 6.2 Ом 62 Ом 620 Ом 6.2 кОм 62 кОм 620 кОм 6.2 МОм 62 МОм
0.68 Ом 6.8 Ом 68 Ом 680 Ом 6.8 кОм 68 кОм 680 кОм 6.8 МОм 68 МОм
0.75 Ом 7.5 Ом 75 Ом 750 Ом 7.5 кОм 75 кОм 750 кОм 7.5 МОм 75 МОм
0.82 Ом 8.2 Ом 82 Ом 820 Ом 8.2 кОм 82 кОм 820 кОм 8.2 МОм 82 МОм
0.91 Ом 9.1 Ом 91 Ом 910 Ом 9.1 кОм 91 кОм 910 кОм 9.1 МОм 91 МОм

Таблица номиналов резисторов

Будет ли это иметь большое влияние на источник питания светодиодов? Давайте проверим, рассчитав ток, протекающий через светодиод, предполагая что знаем напряжение питания, напряжение приложенное к диоду, и точное значение резистора используя преобразованный закон Ома:

  • I max1 = (9 В - 1,9 В) / 1014 Ом = 7,0019 мА
  • I max2 = (9 В - 1,9 В) / 1000 Ом = 7,1 мА

Разница настолько мала (0,09 мА), что не о чем беспокоиться!

На самом деле мы даже не знаем точно, какое прямое напряжение на светодиоде. Так давайте проверим, как этот параметр повлияет на ток, протекающий через LED. Предположим, что сопротивление резистора равно 1000 Ом, а напряжение батареи 9 В. Вместо прямого напряжения диода подставим в формулу крайние значения из таблицы.

  • I макс = (9 В - 1,6 В) / 1000 Ом = 0,0074 А = 7,4 мА
  • I мин = (9 В - 2,2 В) / 1000 Ом = 0,0068 А = 6,8 мА

Отклонение от запланированных 7 мА не может превышать 0,4 мА, т.е. всего 6%. Это подтверждает, что нет смысла использовать очень точные данные о прямом напряжении на диоде для расчетов - любое отклонение в любом случае будет минимальным.

Напряжение питания не должно быть слишком низким. Теперь проверим что будет, если запитать тот же красный диод от источника напряжением 2,5 В. Для начала нужно рассчитать резистор. Предположим светодиод U = 1,9 В.

R = (2,5 В - 1,9 В) / 0,007 А = 85 Ом

В этом случае понадобится резистор на 85 Ом, конечно такое значение нигде не найдём. Но оставим это для дальнейших расчетов. Теперь оценим диапазон, в котором будет находиться прямой ток, если прямое напряжение диода достигнет экстремальных значений:

  • I макс = (2,5 В - 1,6 В) / 85 Ом = 10,5 мА
  • I мин = (2,5 В - 2,2 В) / 85 Ом = 3,5 мА

Здесь отклонение может составить 3,5 мА от принятого значения 7 мА, то есть до 50%! Ну и чем вызваны эти несоответствия? Изменилось только напряжение питания: оно уменьшилось с 9 В до 2,5 В. Это и привело к снижению напряжения на резисторе. Затем небольшие колебания прямого напряжения вызывали резкое изменение тока диода.

Поэтому по возможности на токоограничивающем резисторе должно падать максимально возможное напряжение. Это положительно скажется на стабилизации прямого тока диода.

Имейте ввиду, что чем больше напряжения подается на резистор, тем больше энергии потребляемой источником питания теряется. Особенно позаботимся об экономии энергии при работе от батарей. Так что всегда должен быть разумный компромисс.

Допуск точности резисторов

Каждый изготовленный радиоэлемент отличается определенной точностью исполнения, называемой допуском. Чем меньше допуск, выраженный в процентах, тем лучше. Фактическое сопротивление резистора может тогда отличаться меньше от номинального сопротивления, указанного на корпусе. Допуск можно прочитать на корпусе резистора, информация об этом закодирована в виде цвета последней полоски:

На практике, два резистора номиналом 1 кОм при измерении омметром вообще не будут равны 1000 Ом!

После расчета резистора нужно посмотреть в таблицу стандартов номиналов и найти значение, наиболее близкое к искомому. Безопаснее всего выбирать значение выше расчетного.

Вернемся к примеру, где нужно запитать красный светодиод от источника питания 2,5 В. Расчеты показали, что нужен резистор 85 Ом. Меньший резистор 82 Ом будет ближайшим в стандарте. Проверим, можно ли его безопасно использовать:

  • I макс = (2,5 В - 1,6 В) / 82 Ом = 10,9 мА
  • I мин = (2,5 В - 2,2 В) / 82 Ом = 3,6 мА

Даже в худшем случае максимальный ток будет далеко от предельного (20-30 мА), поэтому легко можете использовать этот радиоэлемент с меньшим сопротивлением.

Как питать несколько светодиодов

Предположим, есть 4 светодиода для подключения. Первый и самый простой вариант, - подключить каждый из них через отдельный резистор:

Независимое питание каждого светодиода

С точки зрения стабилизации рабочих параметров диодов это лучший подход: каждый из них запитан отдельно и не влияет на остальные. Проблемы с одним не повлияют на остальных. К сожалению, такой способ питания связан с большими потерями энергии. Вот пример питания 4-х красных светодиодов - каждый из них подключен через отдельный резистор 330 Ом. При таком подключении на каждый резистор подается напряжение, необходимое для правильного питания одного светодиода. С каждым последующим LED и его резистором потребление тока всей схемы соответственно увеличивается/

Параллельное соединение светодиодов

Светодиоды имеют две ножки, поэтому их можно успешно подключать параллельно или последовательно. Если бы все диоды были соединены параллельно, схема выглядела бы так:

Но это недопустимое решение!

Каждый светодиод имеет прямое напряжение, которое может незначительно отличаться от одного светодиода к другому - даже в пределах одной и той же серии. Ток для всех 4 LED течет от резистора и распределяется между диодами. В этом случае на светодиодах будет выставлено одно напряжение, потому что они включены параллельно. Сколько это будет? Неизвестно.

Ведь может оказаться, что на одном светодиоде прямое напряжение будет намного ниже, чем на остальных. Тогда почти весь ток, пропускаемый резистором, будет проходить именно через него. Светодиоды станут светить неравномерно, и со временем могут быть повреждены.

Так что стоит помнить: подключение нескольких светодиодов параллельно с использованием одного резистора недопустимо, потому что нет контроля над током, протекающим через каждый из диодов!

Что еще хуже, когда один из светодиодов выходит из строя и перестает светить, его ток будет распространяться на другие диоды. Таким образом, вместо 4 светодиодов, через которые протекает, например 10 мА (всего 40 мА), в схеме будет уже 3 светодиода, через которые протекает ~ 13 мА (ведь всего 40 мА). А если сразу 3 LED повреждены, весь ток (40 мА) будет проходить через последний, что приведет к его гарантированному повреждению!

Если светодиоды не идентичны, одни светятся ярче, другие - темнее. Этот эффект особенно заметен, когда берем светодиоды разного цвета.

Последовательное соединение светодиодов

Один и тот же по величине ток всегда течет через последовательно соединенные компоненты.

Питание светодиодов, соединенных последовательно

При таком подключении получим такой ток, как если бы питали только один светодиод. А вот количество энергии, затрачиваемой на резистор, будет уменьшено, потому что падение напряжения на светодиодах будет большим.

Но напряжение, подаваемое на резистор - уменьшилось. Из 9 В, обеспечиваемых батареей, около 8 В должны быть выделены на диоды, включенные последовательно. Как мы знаем, меньший ток, подаваемый на резистор, ухудшит стабильность тока светодиода. Посчитаем насколько. Сначала выберем соответствующий токоограничивающий резистор для этих LED элементов. Предположим, надо чтобы в цепи протекало только около 4 мА.

R = (9 В - 4,19 В) / 0,004 А = 350 Ом

Расчетный резистор лучше всего округлить до ближайшего стандартного из серии - 330 Ом. Теперь оценим, какой ток будет протекать в наихудших возможных условиях, то есть когда прямое напряжение всех LED будет самым низким и самым высоким:

  • I макс = (9 В - 4 · 1,6 В) / 330 Ом = ~ 8 мА
  • I мин = (9 В - 4 · 2,2 В) / 330 Ом = ~ 1 мА

Всегда полезно проводить такой анализ наихудшего случая. Благодаря этому можно проверить, будет ли схема работать должным образом во всех возможных условиях.

Расчеты показали, что в зависимости от прямого напряжения на светодиоде ток, протекающий по цепи, может изменяться в широких пределах (1-8 мА). Конечно таких значений достаточно, чтобы светодиоды нормально светились. Но гораздо безопаснее будет их комбинировать следующим образом:

Питание светодиодов соединенных параллельно и последовательно

Давайте подсчитаем, насколько ток может колебаться в каждой ветви приведенной схемы. Предположим, что используем красные светодиоды и резисторы 330 Ом.

Что если подключим последовательно 4 белых светодиода с прямым напряжением 3 В? Это дает в сумме 4 х 3 В = 12 В, что выше чем напряжение источника питания (9 В). Значит такое соединение невозможно. Потребовалось бы найти источник питания с более высоким напряжением или подключить светодиоды в другой конфигурации.

Многие новички в электронике задаются вопросом, можно ли поменять местами компоненты в ряду - например разместить резистор позади светодиода, а не перед ним. Они опасаются что такая замена может повредить компоненты. Так что должно быть первым: светодиод или резистор? Важен ли порядок последовательного подключения?

На самом деле одинаковый ток протекает через последовательно соединенные компоненты. Так что никакой разницы в работе вышеперечисленных схем не будет. Элементы соединенные последовательно, можно перемещать между собой любым способом. Ток, протекающий через такую ??схему, будет одинаковым! Единственное условие - соблюдать полярность таких элементов как диоды, электролитические конденсаторы и так далее.

Простые примеры расчётов

1) Рассчитаем резистор, которым хотим запитать один зеленый светодиод от батареи 9 В. Диод предполагается использовать как сигнализатор, поэтому достаточно, чтобы он светился несильно.

  • U пит = 9 В
  • U диода = 2,85 В
  • I диода = 2 мА

Идеальное значение резистора: (9 - 2,85) / 0,002 = 3075 Ом. Соответствующий резистор по стандарту: 3 кОм.

2) Рассчитаем резисторы, которыми хотим запитать два желтых светодиода, соединенных последовательно. Источник - блок питания 6 В. Светодиоды должны светиться достаточно ярко.

  • U пит = 6 В
  • U диода = 2,15 В, итого 2 х 2,15 = 4,3 В
  • I диода = 7 мА

Идеальное значение резистора: (6 - 4,3) / 0,007 = 242 Ом. Соответствующий резистор: 240 Ом.

Источник питания для схемы

В приведенных рассуждениях специально упущен тот факт, что источник питания является еще одним ограничением. Имейте в виду, что батарейки вообще не обеспечивают стабильного напряжения. Не всегда на выходе батареи Крона мы получим 9 В. Может быть больше у свежей, а может быть меньше у подсевшей. Этот параметр также необходимо учитывать при подробных расчетах.

Выше для наглядности таблица с параметрами напряжения на свинцовой батарее при разной степени разряда.

Подведём итоги

Правильный выбор резистора - дело несложное, всего несколько простых формул и вольт-амперных зависимостей. Помните, что расчеты никогда не покажут идеальное значение, которое обычно недостижимо. Следовательно их результаты необходимо корректировать в зависимости от того, что есть в распоряжении по деталям. Главное, ни в коем случае не подключать светодиод без резистора!

И в дополнение несколько практических материалов о работе со светодиодами:

   Форум по LED

   Форум по обсуждению материала КАК ПОДКЛЮЧИТЬ СВЕТОДИОД

Как подобрать резистор для светодиода

Светодиод – это полупроводниковый прибор, который прочно вошел в нашу жизнь и потихоньку начал заменять традиционные лампочки. У него малая потребляемая мощность и малые размеры, что положительно сказывается на областях его применения.

Помните, что любой светодиод, включенный в сеть, должен иметь последовательно соединенный резистор, который необходим для ограничения величины тока, протекающего через полупроводниковый прибор. В противном случае велика вероятность того, что светодиод может быстро выйти из строя.

Поэтому перед сборкой схемы, содержащей светодиоды, тщательно рассчитайте величину сопротивления, которое определяется как разность напряжения питания и прямого напряжения, которое является расчетным для определенного типа диода. Оно колеблется в пределах от 2 до 4 Вольт. Полученную разность поделите на ток прибора и в итоге получите искомую величину.

Помните, что если величину сопротивления резистора точно подобрать не удается, то лучше возьмите резистор с чуть большим значением, чем нужная величина. Разницу вы вряд ли заметите, ведь яркость излучаемого света уменьшится на незначительную часть. Также величину сопротивления можно рассчитать, воспользовавшись законом Ома, в котором напряжение, протекающее через диод, нужно разделить на ток.

При подключении сразу нескольких светодиодов последовательно, также необходимо устанавливать сопротивление, которое рассчитывается аналогичным образом. Помните, что здесь берется суммарное напряжение от всех диодов, которое и учитывается в формуле для определения параметров резистора.

Также не забывайте, что подключать светодиоды параллельно через один резистор запрещено. Это связанно с тем, что все приборы имеют различный разброс параметров, и какой-то из диодов будет светиться ярче, следовательно, через него будет проходить большая величина тока. В итоге это приведет к тому, что он выйдет из строя. Поэтому при параллельном включении сопротивление устанавливайте для каждого светодиода отдельно.

Подбор резистора для светодиодной ленты. Расчет сопротивления для светодиодов

Для определения нужного сопротивления токоограничивающего резистора для одного или нескольких светодиодов потребуются следующие данные:

Напряжение источника питания;
- прямое напряжение светодиода и ток, на который он рассчитан;
- количество и схема подключения светодиодов.

При отсутствии справочных данных, прямое напряжение светодиода можно достаточно точно определить по цвету его свечения, воспользовавшись таблицей:

Большинство этих современных полупроводниковых приборов рассчитаны на ток 20 mA, однако существуют диоды, рассчитанные и на большие токи (150 mA и более). Поэтому, для точного определения номинального тока потребуются технические данные марки диода.

При полном отсутствии данных о марке и технических характеристик светодиода рекомендуем принять за значения номинального тока 10 mA и величину прямого напряжения 1,5-2 В.

От выбора схемы подключения полупроводниковых приборов зависит необходимое количество гасящих резисторов. Так, при их последовательном соединении вполне достаточно одного: во всех точках значения протекающего тока одинаковые.

При параллельном соединении диодов использование одного общего гасящего резистора недопустимо. Ввиду того, что не бывает совершенно одинаковых по своим характеристикам светодиодов; имея определенный разброс по сопротивлениям и, соответственно потребляемым токам, элемент с меньшим сопротивлением будет потреблять больший ток, что может стать причиной преждевременного выхода его из строя.

Таким образом, если сгорит один из нескольких параллельно соединенных светодиодов, на остальные из-за сопротивления резистора, рассчитанного на определенное количество диодов пойдет повышенное напряжение, на которое они не рассчитаны, что, в свою очередь вызовет выход их из строя.

Поэтому, при параллельном соединении светодиодов для каждого элемента рекомендуется предусматривать отдельное сопротивление. В предложенном калькуляторе данная рекомендация учтена.

Расчет производится по формуле:

R=Uгасящее/Iсветодиода;
Uгасящее=Uпитания–Uсветодиода.

Важно! Обязательно соблюдайте правильную полярность подключения светодиодов. К плюсу источника питания подключается анод (более длинный вывод), к минусу - катод (на колбе диода с его стороны имеется характерный срез).

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

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

P = I 2 R , где P - выделяемое тепло в ваттах, I - сила тока в цепи в амперах, R - сопротивление в омах.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(11 оценок, средняя 4.95 из 5) 

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

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

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

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

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

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

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


Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

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

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

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


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

где U пит — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

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

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


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

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

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

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

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

Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов


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

где — напряжение питания,

— сумма падений напряжения на светодиодах,

— ток потребления.

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

При этом он должен рассеивать мощность

При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом. Например, 4 желтых светодиода BL-L513UYD фирмы Betlux Electronics с потреблением 20 мА каждый, потребуют от источника ток не менее 80 мА при параллельном включении. Здесь сопротивление и мощность резисторов для каждой пары «резистор – led» рассчитываются так же, как при подключении одиночного светодиода.

Обратите внимание, что и при последовательном, и при параллельном соединении используются источники питания одинаковой мощности. Только в первом случае потребуется источник с большим напряжением, а во втором – с большим током.

Нельзя подключать параллельно несколько светодиодов к одному резистору, т.к. либо они все будут гореть очень тускло, либо один из них может открыться чуть раньше других, и через него пойдет очень большой ток, который выведет его из строя.


Программы для расчета сопротивления

При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным.

Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления. Очень удобным в этом плане является онлайн калькулятор на сайте cxem.net:

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

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


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

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

Здесь уже вручную выбирается способ подключения светодиодов, напряжение и ток. Программа не требует установки, достаточно распаковать ее в любую директорию.


Заключение

Гасящий резистор – самый простой ограничитель тока для светодиодной цепи. От его подбора зависит ток, а значит, интенсивность свечения и долговечность led. Однако следует помнить, что при больших токах на резисторе будет выделяться значительная мощность, поэтому для питания мощных светодиодов лучше применять драйверы.

Многие сталкивались с необходимостью подбора ограничительного резистора для светодиодов, при организации дополнительной подсветки в авто.
Предлагаю простую методику расчета номинала и мощности резистора.

Расчет номинала и мощности одного резистора:

1) Находим (измеряем) ток потребления одного светодиода.
Ток потребления яркого светодиода равен 10…15 мА (или 0,01…0,015 А).

2) Напряжение питания яркого светодиода равно 2,5…3 В, а бортовое напряжение в авто достигает 16 В.
Значит необходимо компенсировать разницу напряжения равную:

3) Из закона Ома найдем номинал ограничительного резистора:
Rогр = Uразн/Iпотр св = 13,5/0,01 = 1350 Ом.
Полученное значение сопротивления округляем до ближайшего стандартного номинала в сторону увеличения. Выбираем номинал 1500 Ом или 1,5 кОм.
Если выбрать номинал меньше расчетного (1,2 кОм), то срок службы светодиода может заметно сократиться.

4) Мощность ограничительного резистора найдем по формуле:
Pогр = Rогр*Iпотр св*Iпотр св = 1500*0,01*0,01 = 0,15 Вт.
Полученное значение мощности округляем до ближайшей стандартной величины (0,125Вт, 0,25Вт, 0,5Вт, 1Вт, 2Вт, 3Вт) в сторону увеличения. Выбираем мощность 0,25 Вт.
Если выбрать мощность меньше расчетной, то резистор начнет нагреваться и со временем сгорит.

Результат расчета: Выбираем резистор номиналом 1,5 кОм и мощностью 0,25 Вт.

Параллельное соединение резисторов:
При параллельном соединении напряжение в цепи постоянное, а общий ток равен сумме токов потребления светодиодов.

1) Находим ток потребления светодиодов, включенных параллельно.
Iпотр общ = Nсв*Iпотр св = 3*0,01 = 0,03 А.

2) Найдем разницу напряжения:
Uразн = Uпит борт – Uпит св = 16 – 2,5 = 13,5 В.

3) Найдем номинал ограничительного резистора:
Rогр = Uразн/Iпотр общ = 13,5/0,03 = 450 Ом.
Полученное значение сопротивления округляем до ближайшего стандартного номинала в сторону увеличения. Выбираем номинал 470 Ом.

4) Найдем мощность ограничительного резистора:
Pогр = Rогр*Iпотр общ*Iпотр общ = 470*0,03*0,03 = 0,423 Вт.
Полученное значение мощности округляем до ближайшей стандартной величины в сторону увеличения. Выбираем мощность 0,5 Вт.

Результат расчета: Выбираем резистор номиналом 470 Ом и мощностью 0,5 Вт.

Последовательное соединение резисторов:
При последовательном соединении ток в цепи постоянный, а общее напряжение равно сумме напряжений питания светодиодов.

1) Находим напряжение питания светодиодов, включенных последовательно.
Uпит общ = Nсв*Uпит св = 3*2,5 = 7,5 В.

2) Найдем разницу напряжения:
Uразн = Uпит борт – Uпит общ = 16 – 7,5 = 8,5 В.

2) Найдем номинал ограничительного резистора:
Rогр = Uразн/Iпотр св = 8,5/0,01 = 850 Ом.
Полученное значение сопротивления округляем до ближайшего стандартного номинала в сторону увеличения. Выбираем номинал 910 Ом.

3) Мощность ограничительного резистора найдем по формуле:
Pогр = Rогр*Iпотр св*Iпотр св = 910*0,01*0,01 = 0,091 Вт.
Полученное значение мощности округляем до ближайшей стандартной величины в сторону увеличения. Выбираем мощность 0,125 Вт.

Результат расчета: Выбираем резистор номиналом 910 Ом и мощностью 0,125 Вт.

Светодиод – нелинейный полупроводниковый прибор, которому для правильной и надежной работы необходим стабильный ток. Перегрузки по току могут вывести светодиод из строя. Самый простой вариант схемы питания в таком случае – ограничительный резистор, включенный последовательно. Расчет номинального сопротивления и мощности резистора для светодиода не очень сложная задача, если правильно понимать физику процесса. Рассмотрим общие принципы такого расчета, а затем разберем несколько конкретных примеров из практики.

Теория

В общем случае схема выглядит так.

Рисунок 1

Между контактами «+» и «-» прикладывается напряжение. Обозначим его буквой U. Ток через резистор и светодиод будет протекать одинаковый, т.к. соединение последовательное. Согласно закону Ома получаем:

где R – сопротивление резистора;

r LED – сопротивление светодиода (дифференциальное).

Отсюда выражаем формулу, по которой можно произвести расчет сопротивления резистора R при заданном токе I:

Разберемся что такое дифференциальное сопротивление светодиода r LED . Для этого нам потребуется его вольтамперная характеристика (ВАХ).


Рисунок 2

Как видно из графиков ВАХ светодиодов – нелинейна. Говоря простым языком, его сопротивление постоянному току r=U/I есть переменная величина, которая уменьшается с ростом напряжения. Поэтому вводится понятие дифференциального сопротивления r LED =dU/dI, которое характеризует сопротивление диода в отдельно взятой точке кривой ВАХ.

Чтобы произвести расчет резистора для светодиода, определяем по графику прямое напряжение на светодиоде U LED при заданном токе I. Затем подставляем получившееся значение в формулу (2) и получаем

Еще один способ решения задачи – графический.

Для этого сначала на графике ВАХ светодиода отмечаем точку соответствующую току 100 мА (см. рисунок 3), затем проводим через эту точку и точку соответствующую 5 вольтам на оси абсцисс нагрузочную прямую до пересечения с осью ординат. Определяем значение тока, соответствующее этому пересечению (в нашем случае 250 мА) и по закону Ома производим расчет сопротивления резистора R= U / I кз = 5 В / 0,25 А =20 Ом. Перед расчетом не забываем осуществлять перевод единиц измерения к надлежащему виду.


Рисунок 3

Следующим шагом будет определение мощности рассеиваемой на резисторе. Формула должна быть знакома всем из школьной физики (как и закон Ома):

Практика

Рассмотрим несколько конкретный пример расчета.

Исходные данные: напряжение питания 12В, белый светодиод XPE () требуется включить на номинальный ток 350 мА согласно схеме, представленной на рисунке 1.

Находим в data sheet значение прямого падения напряжения при токе 350 мА (рисунок 4).


Рисунок 4

Типовое значение по таблице - 3,2 вольта. Максимальное значение может достигать 3,9 вольт. То есть в результате производственного процесса может получиться как светодиод с прямым напряжением 3,2 В так и 3,9 В (или любым другим промежуточным значением), но вероятность получения 3,2 вольт наиболее высока (если хотите – это «математическое ожидание» этой величины). По этой причине в расчет обычно берется типовое значение.

Используя формулу (3) и калькулятор получаем:

R=(12-3,2)/0,35»25,1 Ом.

Ближайшее значение из ряда Е24 – 24 Ом. Значение тока при этом сопротивлении получится 367 мА, что на 5% превышает требуемое значение. Если учесть еще и допуск на номинал резистора, который для ряда Е24 также 5%, то в худшем случае получается вообще 386 мА. Если такое отклонение не допустимо, то можно добавить в цепь последовательно еще один резистор номиналом 1 Ом. Все эти действия рекомендуется сопровождать реальными измерениями сопротивлений резисторов и получающихся токов, иначе ни о какой точности не может идти и речи. Резистор 24 Ом может иметь погрешность в сторону увеличения до 25,2 Ом, добавив 1 Ом, получим 26, 2 и «перекос» силы тока через светодиод в противоположную сторону.

Предположим, что нам не нужна высокая точность задания тока и резистор 24 Ом нас устраивает.

Определим мощность, которая будет рассеиваться на резисторе по формуле (4):

P=0,367 2 ×24»3,2 Вт.

Номинальная мощность рассеяния резистора должна быть с запасом не менее 30% , иначе он будет перегреваться. А если условия отвода тепла затруднены (например, в корпусе плохая конвекция), то запас должен быть еще больше.

В итоге выбираем резистор мощностью 5 Вт с номинальным сопротивлением 24 Ом.

Для того чтобы оценить эффективность получившегося светотехнического устройства необходимо рассчитать КПД схемы питания:

Таким образом, КПД подобной схемы питания составляет всего 27%. Такая низкая эффективность обусловлена слишком высоким питающим напряжением 12 вольт, а точнее разницей между U и U LED . Получается, что 8,8 вольт мы вынуждены «гасить» на резисторе за счет бесполезного рассеяния мощности в окружающее пространство. Для повышения КПД требуется либо снизить напряжения питания, либо найти светодиод с большим прямым напряжением. Как вариант можно включить несколько светодиодов последовательно, выполнив подбор таким образом, чтобы суммарное падение было ближе к напряжению питания, но ни в коем случае не превышало его.

Необходимое значение сопротивления для резистора можно и подобрать, если имеется в наличии магазин сопротивлений и амперметр. Включаем магазин и амперметр в цепь последовательно светодиоду (на место предполагаемого резистора), устанавливаем максимальное значение сопротивления и подключаем к источнику напряжения. Далее начинаем уменьшать значение сопротивления до тех пор, пока сила тока не достигнет нужного значения или светодиод нужной яркости (в зависимости от того, что будет являться критерием). Останется только считать значение сопротивления с магазина и выполнить подбор ближайшего номинала.

Ремарка

В данных расчетах мы пренебрегли зависимостью прямого напряжения светодиода от его температуры, однако не следует забывать, что такая зависимость существует и характеризуется параметром «температурный коэффициент напряжения» или сокращенно ТКН. Его значения отличается для разных видов светодиодов, но всегда имеет отрицательное значение. Это значит что при повышении температуры кристалла, прямое напряжение на нем становится меньше. Например, для рассмотренного выше белого светодиода XPE значение ТКН (оно приводится производителем в data sheet) составляет -4 мВ/°С. Следовательно при увеличении температуры кристалла на 25°С, прямое напряжение на нем уменьшится на 0,1 В.


Рисунок 5

Многие ведущие производители светодиодов имеют на официальных сайтах специальный сервис – «онлайн калькулятор», предназначенный для вычисления параметров светодиодов в различных режимах эксплуатации (в зависимости от температуры, тока и пр.). Этот инструмент значительно облегчает процедуры расчета и экономит время разработчику.

Как выбрать подходящий резистор

Все, что вам нужно знать о том, как правильно выбрать резистор для вашего первого проекта печатной платы

Вы планируете приступить к вашему первому проекту печатной платы? Есть множество радиодеталей, которые вы в конечном итоге будете использовать. Однако нет другой такой детали, которая была бы так печально известна, как простой резистор. Если вы когда-либо видели печатную плату, то могли заметить резисторы по всей ее поверхности. Они контролируют силу тока и заставляют светиться светодиоды. Но что именно представляет собой резистор? Как он работает? Как вообще выбрать подходящий резистор для вашего первого проекта печатной платы? Не бойтесь, мы поможем вам и подскажем все необходимое, что вам нужно знать.

Итак… что такое резистор?

Резисторы – это одни из множества пассивных компонентов. Их задача относительно проста, но очень важна – создавать сопротивление току в электрической цепи. Видели, как загорается светодиод? За эту возможность необходимо поблагодарить резистор. Устанавливая в электрическую цепь резистор последовательно со светодиодом, вы получаете яркое свечение, при этом ничего не перегорает!

Основной характеристикой резистора является сопротивление, измеряемое в Омах (Ом). Если раньше вы прослушали базовый курс электроники, то, скорее всего, изучили закон Ома. При работе с резисторами вы будете вновь и вновь иметь с ними дело.

Закон Ома - это единственная формула для нахождения сопротивления

Найти обозначение резистора на схеме легко. Международное обозначение – стандартизированный прямоугольник, но в стандартах США резистор обозначается зигзагообразной линией – это сделано для простоты его нахождения. Вне зависимости от внешнего вида символа, каждый резистор на концах имеет выводы, обозначенные на схеме.

Обозначения резистора на схемах, принятое в США (слева) и соответствующее международным стандартам (справа). На схемах можно встретить оба обозначения.

Какие бывают резисторы?

Повсеместно встречаются резисторы совершенно разных конструкций. Все резисторы можно разделить на две категории по типу конструкции и по резистивному материалу. Рассмотрим обе категории.

Тип конструкции

Постоянные резисторы – как следует из названия, эти резисторы имеют постоянное сопротивление и точность, не зависящие от изменения температуры, освещенности и так далее.

Переменные резисторы – эти радиоэлементы обладают переменным сопротивлением. Потенциометр – великолепный пример такого резистора. У него есть регулятор, который можно вращать для увеличения или уменьшения сопротивления. Другие разновидности переменных резисторов – это подстроечный резистор и реостат.

Нелинейные резисторы – эти резисторы как хамелеоны, они могут изменять свое сопротивление в зависимости от той или иной физической величины, воздействующей на резистор – температуры, уровня освещенности и даже магнитного поля. Нелинейные резисторы – это термистор, фоторезистор, варистор и магниторезистор.

Резистивный материал

Все резисторы можно разбить на группы по материалам, из которых они изготовлены и которые в огромной степени влияют на их способность оказывать сопротивление электрическому току. Вот эти резисторы по используемым материалам:

  • Углеродистые композиционные резисторы;

  • Углеродистые пленочные резисторы;

  • Металлопленочные резисторы;

  • Тонко и толстопленочные резисторы;

  • Фольговые резисторы;

  • Проволочные резисторы.

Углеродистые композиционные резисторы – это резисторы, изготовленные по самой старой технологии, популярной в производстве резисторов малой точности. Их все еще можно найти в схемах, где могут быть импульсы высоких энергий.

Старый углеродистый пленочный резистор.

Такие резисторы все еще используются там, где точность не важна

Из всех вышеперечисленных типов резисторов по резистивному материалу старейшими являются проволочные резисторы. Их все еще можно встретить на старых печатных платах устройств большой мощности, в которых необходимо сопротивление, заданное с большой точностью. Эти древние резисторы широко известны благодаря тому, что большой надежностью обладают даже резисторы с малым сопротивлением.

Проволочный резистор – старейший и наиболее точный из доступных резисторов

Сегодня наиболее широко применяются металлопленочные и металлооксидные резисторы, они лучше всего обеспечивают с неизменной точностью номинальное сопротивление, а также меньше подвержены влиянию изменения температуры.

Наиболее широко применяемый металлооксидный резистор

обеспечивает неизменную точность номинального сопротивления

Как используются резисторы?

Можно найти резисторы, используемые самыми различными способами. Они применяются не только для того, чтобы оказывать сопротивление электрическому току. Резисторы используются в делителях напряжения, для производства тепла, в цепях сопряжения и нагрузки, для управления усилением и для настройки постоянных времени. Практическое применение резисторов можно найти в цепях питания электрических тормозов поездов, здесь они помогают высвобождению всей накопленной кинетической энергии.

Серьезное сопротивление – взгляните на тормоза у этого поезда,

которые высвобождают накопленную кинетическую энергию

Вот еще несколько замечательных устройств, в которых используются эти универсальные резисторы:

  • Измерение величины электрического тока – вы можете измерять падение напряжения на включенном в цепь прецизионном резисторе с заранее известным сопротивлением. Расчет тока производится по закону Ома;

  • Питание светодиодов – слишком большой ток, протекающий через светодиод, сожжет этот прекрасный фонарик. Соединив последовательно со светодиодом резистор, вы можете контролировать силу тока через светодиод, обеспечивая его яркое сияние.

  • Питание электромоторов вентиляторов – сердцем системы автомобильной вентиляции является электромотор вентилятора печки. Специальный датчик используется для управления скоростью вращения крыльчатки вентилятора. Резистор такого типа, используемый в датчике, называется, (кто бы мог подумать!) резистором мотора вентилятора!

Резистор мотора вентилятора в ответе за движение воздуха в машине

Как измеряется номинал резистора?

Эта характеристика, с которой вы будете сталкиваться снова и снова, называется сопротивлением. Величина сопротивления наносится на резистор различными способами. В настоящее время существуют два стандарта нанесения значения сопротивления резистора на корпус резистора – это цветовая маркировка или маркировка SMD-резисторов.

Цветовая маркировка

Возможно, вы уже сталкивались с системой цветовой маркировки, если когда-либо возились с макетом электронной схемы. Эта техника была изобретена в 20-х годах прошлого века. Значения величины сопротивления и точности резистора отображалась при помощи нескольких цветных полос, нанесенных на корпус резистора.

Обратите внимание, что цветные полосы на резисторах различаются,

обозначая их уникальные номинальные значения сопротивления и точности.

Большинство резисторов, которые могут попасть к вам в руки, будет иметь четыре цветные полосы. Вот как следует их читать:

  • Первые две полосы указывают первые цифры номинального значения сопротивления;

  • Третья полоса указывает множитель, на который следует умножить число, состоящее из двух цифр, указанных первыми двумя полосами.

  • И, наконец, четвертая полоса указывает точность резистора. Точность очень сильно влияет на стоимость используемого резистора и на цену готового изделия. Поэтому чтобы сэкономить деньги на производстве печатных плат, точность резисторов следует выбирать разумно.

Каждый цвет на резисторе соответствует определенному числу. Вы можете воспользоваться удобным калькулятором номинала резистора по его цветовому коду для быстрого определения номинала в будущем. Если вам легче запомнить наглядную информацию, то ниже мы приводим великолепное видео, в котором рассказано о принципе цветовой маркировки резисторов.

Резисторы для поверхностного монтажа – SMD-резисторы

Не у всех резисторов размеры позволяют нанести на него цветовую маркировку. Это особенно актуально, когда речь идет о радиоэлементах для поверхностного монтажа (SMD). Чтобы маркировка смогла поместиться на небольшой поверхности устройства, SMD-резисторы имеют цифровую маркировку. Если вы посмотрите на современную печатную плату, то заметите, что SMD-резисторы еще имеют одинаковые размеры. Это помогает стандартизировать процесс производства с использованием высокоскоростных автоматов размещения деталей.

Как читать номинал на верхней стороне SMD-резисторов

Как выбрать подходящий резистор

Итак, пришло время наиболее важной части нашей статьи. Давайте узнаем, как определить, какой именно резистор нам нужен для вашего первого проекта печатной платы. Мы разобьем эту задачу на следующие три шага:

  1. Расчет требуемого сопротивления;

  2. Расчет номинальной мощности;

  3. И, наконец, выбор резистора исходя из двух значений найденных ранее.

Шаг 1 – Расчет требуемого сопротивления

Именно здесь для расчета требуемого сопротивления нам понадобится закон Ома. Вы можете воспользоваться одной из стандартных формул ниже, если значения напряжения и силы тока известны.

Шаг 2 – Расчет номинальной мощности

Теперь необходимо выяснить, какое количество энергии должен будет рассеивать резистор. Эту величину можно рассчитать по следующей формуле:

В данной формуле P – мощность рассеивания в Ваттах, V – падение напряжения на резисторе в Вольтах, а R – сопротивление резистора в Омах. Ниже мы привели краткий пример использования данной формулы для расчета в конкретной цепи.

Простая цепь для демонстрации расчета номинальной мощности

Цепь выше содержит светодиод, падение напряжения на котором составляет 2 В, резистор с сопротивлением 350 Ом и источник питания 9 В. Какая мощность будет рассеиваться на искомом резисторе? Давайте посмотрим. Сначала нам необходимо найти падение напряжения на резисторе. Поскольку источник питания дает 9 В, а на светодиоде падает 2 В, то получим:

9 В – 2 В = 7 В

Эти значения можно подставить в формулу:

P = 7 В * 7 В / 350 Ом = 0,14 Ватта

Шаг 3 – Выбор резистора

Теперь, когда у нас есть величины сопротивления и мощности, пора подобрать подходящий радиоэлемент у поставщика радиодеталей. Мы всегда рекомендуем выбирать из стандартных резисторов, которые поставляются в продажу каждым продавцом. Выбирая стандартные резисторы, вы значительно упростите себе жизнь, когда дело дойдет до производства устройства. В США тремя ведущими поставщиками радиоэлементов, качество которых не вызывает сомнений – это Digikey, Mouser и Farnell/Newark.

Сопротивление сильно

Теперь мы охватили всю информацию о резисторах, которая может вам понадобиться для вашего первого проекта печатной платы. Резисторы настолько многофункциональны, что вы увидите, как раз за разом используете их россыпи в своих электронных устройствах. В следующий раз, когда вам понадобиться выбрать резистор, вспомните три простых шага – рассчитайте сопротивление, найдите мощность и выберите поставщика!

Прежде чем вы броситесь размечать обозначения резисторов и их корпусов в вашем приложении для конструирования печатных плат, не было бы проще, если бы кто-то сделал это за вас? Уже сделали! Для многих систем проектирования печатных плат существует большое количество бесплатных библиотек радиоэлементов. И резисторы там тоже есть!

Резистор для светодиода - РадиоСхема

Резисторы для светодиодных (LED) цепей

Светодиод (LED) излучает свет, когда электрический ток проходит через него. Простейшая схема для питания светодиодов представляет собой источник напряжения с резистором и светодиодом в серии. Такой резистор часто называют балластного реостата. Балластный резистор используется для ограничения тока через светодиод и, чтобы предотвратить, от сгорания. Если источник напряжения равна падению напряжения на светодиоде, резистор не требуется.

<<< Калькуляторы онлайн

<<< Все Калькуляторы

Светодиоды, светодиодные ленты, лампы и LED для автомобиля 

Сопротивление балластного резистора легко рассчитать с помощью закона Ома и законов Кирхгофа. Номинальное LED напряжение вычитается из напряжения источника, а затем делится на необходимый светодиодный рабочий ток:

      R=V — Vled / I

где V-напряжение источника, Vled — это напряжение светодиода и I —  тока светодиода. Таким образом, Вы можете найти нужный резистор для светодиода.

Светодиоды также доступны в интегрированном пакете с правильным резистор для светодиодных операции. Эта простая схема может быть использована как индикатор питания на DVD-плеер или компьютерный монитор. Хотя эта простая схема широко используется в области потребительской электроники, это не очень эффективно, так как избыток энергии источника напряжения рассеивается на резисторе балласт. Поэтому, иногда более сложных схем применяются с лучшей энергоэффективностью.

Пример простой светодиодной схемы

В этом примере светодиод с напряжением 2 вольта и ток от 20 мА должен быть подключен к 12 В питания. Балластный резистор может быть рассчитана по формуле выше.

Тем самым имеем:

R=V — Vled / I = 12 — 2 / 0,02 = 500 Ом

Резистор должен иметь сопротивление 500 ом. Если точнее значение необходимо выбрать следующее значение, которое выше рассчитанного.

Как выбрать резистор для вашей конструкции - Digilent Blog

Взгляните на печатную плату и, скорее всего, вы найдете резистор или два. Сегодня в большинстве плат используется технология поверхностного монтажа (SMD), поэтому компоненты слишком малы, чтобы их иногда можно было увидеть, но я обещаю, что они там есть. Как инженеры решают, какие резисторы использовать в конструкции? Иногда это зависит от того, как вы хотите, чтобы эта часть схемы работала, как в случае операционного усилителя. В других случаях это необходимо для предотвращения прохождения слишком большого тока через заданную точку в цепи, поэтому их часто называют токоограничивающими резисторами.Может быть, вам нужен простой способ разделить напряжение или ток. Реальность такова, что существует множество способов использования резисторов, и часто определение номинала резистора зависит от вас.

Куча углепленочных резисторов. Изображение из Sparkfun.

Резисторы названы удачно. Они сопротивляются потоку тока из одного места в другое. Пока ток должен проходить через этот резистор, мы можем контролировать количество проходящего тока с очень высокой степенью точности. Это базовое применение резистора и основа закона Ома, который гласит, что ток (I), проходящий через компонент с полным сопротивлением (сопротивлением), эквивалентен падению напряжения на этом компоненте (V), деленному на его полное сопротивление [( R), т.е.е. I = V / R]. (Вот изящный интерактивный сайт о законе Ома). Его можно изменить, чтобы определить ценность любого из трех, если известны два других. С ним связан закон Джоуля, который используется для определения количества энергии (Дж), выделяемой проводником (например, резистором) с током (I), проходящим через него в течение заданного промежутка времени, т. Е. J = I² * Р * т. Разделите J на ​​t, и вы получите количество энергии, потребляемой этим устройством в Джоулях в секунду или ваттах (Вт). (Мысленное упражнение - если лампа накаливания потребляет 100 Вт, какое сопротивление у нити накала? Путем некоторой перестановки и замены мы получаем W / V = ​​I.Тогда V / I = R. 100 Вт / 120 В = 0,8333 А. Тогда 120 В / 0,8333 А = 144 Ом.)

Для начала рассмотрим биполярный транзистор, или BJT. Транзисторы обычно представляют собой трехконтактные компоненты, которые действуют как электронные переключатели. Когда вы прикладываете небольшой ток к базовому выводу BJT, «переключатель» замыкается, и между двумя другими выводами может протекать гораздо больший ток. На базовом выводе требуется только небольшое количество тока, а все остальное просто тратится впустую, поэтому мы можем использовать относительно высокий резистор.Большинство схем работают в диапазоне 3,3–12 В, и ток 5–15 мА не исключен, чтобы заставить работать BJT, поэтому, если мы применим резистор где-то в диапазоне 1–10 кОм, все будет хорошо. Я бы спроектировал схему с резистором 10 кОм, даже не задумываясь об этом, смоделировал бы ее с помощью Multisim, чтобы точно увидеть, что происходит, а затем внесу необходимые изменения оттуда. Это особенно полезно, если источником тока является микроконтроллер, который очень чувствителен к потреблению большого тока (> 40 мА) на выходных контактах.(Чтобы узнать больше о BJT, щелкните здесь, чтобы просмотреть мои инструкции.)

Еще одним распространенным местом, где можно найти резисторы, являются последовательно диоды, в частности светодиоды. Светодиоды очень разборчивы, когда речь идет о том, какой максимальный ток может быть применен. Когда вы получаете светодиод, вам нужно знать три вещи: (1) прямое напряжение или падение напряжения, (2) прямой ток и (3) напряжение источника. (1) и 2) исходят от производителя, поэтому обязательно найдите эти данные. (Некоторые поставщики перечисляют данные прямо на странице продукта, но вы всегда можете найти их в таблице данных.Напряжение источника зависит от вас и определяется потребностями вашей схемы или, в моем случае, какой бы аккумуляторной батареи я ни находился. Глядя на таблицу типичного светодиода RGB, мы видим, что прямой ток составляет 20 мА для каждого цвета. Мы также видим, что прямое напряжение составляет 2,0 В для красного и 3,2 В для зеленого и синего. (Обратите внимание: эти значения довольно типичны для одноцветных светодиодов одного цвета.) Мы знаем, что для использования синей части светодиода нам нужно не менее 3,2 В, поэтому давайте для развлечения будем использовать 6 В.Значение прямого напряжения говорит нам, что светодиод «потребляет» 3,2 В из имеющихся 6,0 В, оставляя 2,8 В для нас, чтобы что-то сделать. Если мы этого не сделаем, светодиод загорится. Здесь на помощь приходит резистор, но давайте также посмотрим на прямой ток, необходимый для синего светодиода. Нам нужно всего 20 мА. Если бы только был способ связать ток и напряжение, чтобы найти сопротивление. Я знаю закон Ома! После некоторой перестановки мы получаем R = V / I, поэтому 2,8 В / 20 мА = 140 Ом. Это «типичное» значение для этого резистора, но на самом деле почти все светодиоды будут нормально работать в пределах диапазона значений тока и значений резисторов расширения.Кроме того, 140 Ом не является обычным значением для резистора. Если мы используем резистор 150 Ом, мы получаем 18,67 мА, проходящего через светодиод, что идеально. Тем не менее, по моему опыту, светодиоды будут нормально работать при токе всего 5 мА, и в этом случае нам понадобится резистор 560 Ом. Единственная разница в том, что светодиод будет светить тусклее. (Мы можем использовать эти знания для создания диммера для наших светодиодов!)

Делители напряжения и тока представляют собой грубые, но эффективные способы понижения более высокого напряжения питания или тока до необходимого более низкого значения.(Вы можете легко использовать делитель напряжения, чтобы сбросить большое напряжение питания (> 9 В) для светодиода, так что необходимый резистор не обязательно должен быть резистором большой мощности.) Делители напряжения и тока не требуют ничего, кроме простого расчета , умножив ваш ток или напряжение питания на соотношение двух или более резисторов, чтобы определить выход. (Хорошее подробное руководство по схемам делителя см. В разделе на allaboutcircuits.com.)

В операционных усилителях или операционных усилителях для определения коэффициента усиления или увеличения схемы используются резисторы.Опять же, это не более чем простое соотношение двух резисторов. Для фильтров, использующих операционные усилители, резистор действует как регулятор тока. Вы можете создать любой активный фильтр операционного усилителя с резисторами и конденсаторами, и существует постоянная времени, связанная с выбранными значениями R, C и частотой среза f , в частности f 1 / RC. Поскольку вам нужна более высокая частота среза, ваше необходимое значение для R будет уменьшаться. (Чтобы узнать больше о фильтрах, на сайте electronics-tutorials.ws есть действительно хороший раздел.Для получения дополнительной информации об операционных усилителях щелкните здесь, чтобы просмотреть мои инструкции.)

Таймер 555 - одна из старейших и наиболее широко используемых микросхем на рынке. Настроенный как нестабильный мультивибратор или генератор, выходной сигнал представляет собой прямоугольную форму волны, а рабочий цикл и период полностью регулируются в соответствии со значением, которое вы выбираете для своих резисторов и конденсаторов. Например, большой резистор замедлит скорость разряда конденсатора, увеличивая рабочий цикл и / или период. (Чтобы ознакомиться с базовым руководством по таймеру 555, щелкните здесь, чтобы просмотреть мою инструкцию.)

Как уже упоминалось, резисторов слишком много, чтобы покрыть их все. Надеюсь, это прояснило вопрос, хотя бы настолько, что это действительно зависит от того, что вы хотите, чтобы резистор делал. К сожалению, это не очень четко отвечает на вопрос, но многое из того, что я делаю, основано на опыте, поэтому начните с некоторых установленных схем, которые, как вы знаете, работают, а затем начните экспериментировать, особенно с схемами, которые допускают широкий диапазон номиналы резисторов, такие как схемы ОУ и таймера 555.Получение хорошего симулятора, такого как Multisim, также принесет вам большую пользу, поскольку вы можете просто и легко изменить вещи, а затем отслеживать все возможные выходные параметры в режиме реального времени.

А теперь иди и сделай что-нибудь!

Как выбрать правильный резистор

Все, что вам нужно знать, чтобы выбрать правильный резистор для вашего первого проекта разработки печатной платы

Планируете ли вы приступить к разработке своей первой печатной платы? Существует так много типов компонентов, которые вы в конечном итоге будете использовать, но ни один из них не может превзойти печально известный из них - простой резистор.Если вы когда-нибудь смотрели на печатную плату, вы обнаружите, что резисторы повсюду, они контролируют ток и заставляют светиться светодиоды. Но что такое резистор, как он работает и как выбрать подходящий резистор для своей первой конструкции печатной платы?

Не бойтесь, мы предоставим вам все, что вам может понадобиться.

Итак… Что такое резистор? Резисторы

являются одним из нескольких пассивных электрических компонентов, и то, что они делают, относительно простое, но жизненно важное - создание сопротивления в потоке электрического тока.Вы когда-нибудь видели, как загорается светодиод? Это стало возможным благодаря надежному резистору. Поместив резистор позади светодиода в цепи, вы получите яркий свет, но ничего не перегорят!

Значение резистора - это его сопротивление, измеряемое в Ом (Ом). Если вы когда-либо проходили базовый курс электроники, то ваш инструктор, вероятно, вбил вам в голову закон Ома. При работе с резисторами вы будете снова и снова использовать закон Ома. Больше об этом:

Найти символ резистора на схеме очень просто.Международный символ имеет стандартную прямоугольную форму, но в стандарте США есть зигзагообразная линия, которая упрощает идентификацию. Независимо от формы, оба стиля имеют набор клемм, соединяющих концы.

Обозначение резистора как в американской, так и в международной версиях.

Какие бывают типы резисторов?

Вокруг плавает тонна резисторов, разделенных на две категории - конструктивный тип и резистивный материал .Давайте рассмотрим оба:

Тип конструкции

  • Постоянные резисторы - Как следует из названия, эти резисторы имеют фиксированное сопротивление и допуск независимо от любых изменений внешних факторов, таких как температура, свет и т. Д.
  • Переменные резисторы - Эти детали имеют изменяемое сопротивление. Потенциометр - отличный пример, у которого есть циферблат, который можно поворачивать, чтобы увеличивать или уменьшать сопротивление. К другим переменным резисторам относятся подстроечный резистор и реостат.
  • Резисторы физического качества - Эти резисторы похожи на хамелеонов и могут изменять свое сопротивление в зависимости от множества физических свойств, включая температуру, уровень освещенности и даже магнитные поля. К резисторам физического качества относятся термистор, фоторезистор, варистор и магниторезистор.

Материал сопротивления Резисторы

также можно разделить на материал, из которого они сделаны, что оказывает огромное влияние на их сопротивление току.Эти материалы включают:

  • Состав углерода
  • Карбоновая пленка
  • Металлическая пленка
  • Толстая и тонкая пленка
  • Фольга
  • Проволочная обмотка

Углеродный состав - это более старая технология, которая существует уже некоторое время и позволяет производить резисторы с низкой степенью точности. Вы по-прежнему найдете их для использования в приложениях, где возникают импульсы высокой энергии.

Из всех типов материалов резисторов проволочные обмотки являются самыми старыми из всех, и вы все равно найдете их, когда вам понадобится точное сопротивление для приложений с большой мощностью.Эти древние резисторы широко известны своей надежностью даже при низких значениях сопротивления.

Сегодня резисторы из металлов и оксидов металлов являются наиболее широко используемыми, они лучше обеспечивают стабильные допуски и сопротивление, а также меньше подвержены влиянию изменений температуры.

Как использовать резисторы?

Вы найдете резисторы, которые используются во многих приложениях, помимо сопротивления току.Другие приложения включают разделение напряжения, генерирование тепла, согласование и нагрузку цепей, управление усилением и фиксацию временных ограничений. В более практических приложениях вы обнаружите, что большие резисторы используются для питания электрических тормозов в поездах, что помогает высвободить всю накопленную кинетическую энергию.

Вот еще несколько интересных приложений, для которых используется универсальный резистор:

  • Измерение электрического тока - Вы можете измерить падение напряжения на прецизионном резисторе с известным сопротивлением, когда он подключен к цепи.Это рассчитывается по закону Ома.
  • Питание светодиодов - Подача на светодиод слишком большого тока приведет к сгоранию этого прекрасного света. Подключив резистор за светодиодом, вы можете контролировать, какой ток получает светодиод, чтобы свет продолжал светиться.
  • Электродвигатели воздуходувки - Эта система вентиляции в вашем автомобиле приводится в действие электродвигателем нагнетателя, а для управления скоростью вентилятора используется специальный резистор. Этот тип резистора, что неудивительно, называется резистором двигателя вентилятора!

Как измерить резистор?

Значение, которое вы будете видеть снова и снова, - это сопротивление (R).Это значение отображается по-разному, и в настоящее время существует два стандарта для измерения того, как сопротивление отображается с помощью цветных маркеров или SMD-кодов.

Цветовое кодирование

Возможно, вы знакомы с системой цветового кодирования, если когда-либо возились с макетной платой. Этот метод был изобретен в 1920-х годах, и значения сопротивления и допуска отображаются несколькими цветными полосами, нарисованными на корпусе резистора.

Большинство резисторов, которые вы видите, имеют четыре цветных полосы.Вот как они распадаются:

  • Первые две полосы определяют основные цифры значения сопротивления.
  • Третья полоса определяет коэффициент умножения, который дает значение сопротивления.
  • И, наконец, четвертая полоса предоставляет вам значение допуска.

Все разные цвета на резисторе соответствуют разным номерам. Вы можете использовать удобный калькулятор цветового кода резистора, чтобы быстро определить эти значения в будущем.Если вы в большей степени визуально обучаетесь, вот отличное видео, которое мы нашли, показывает вам, как разобраться в цветовой кодировке:

Резисторы SMD

Не каждый резистор достаточно велик, чтобы его можно было идентифицировать по цветовой кодировке, особенно при использовании устройств поверхностного монтажа или SMD. Чтобы компенсировать меньшее пространство, резисторам SMD присваивается числовой код. Если вы посмотрите на современную печатную плату, вы заметите, что резисторы SMD также примерно одинакового размера.Это помогает стандартизировать производственный процесс с помощью этих быстрозажимных машин.

Как выбрать подходящий резистор?

Хорошо, время для самой важной части - научиться точно определять, какой резистор вам нужен для вашей первой конструкции печатной платы. Мы разбили это на три простых шага, которые включают:

  1. Расчет необходимого сопротивления
  2. Расчет номинальной мощности
  3. И, наконец, выбор резистора на основе этих двух значений.

Шаг 1. Расчет сопротивления

Здесь вы будете использовать закон Ома для расчета сопротивления. Вы можете использовать одну из стандартных формул ниже, когда известны ваше напряжение (В) и ток (I).

Шаг 2 - Расчет номинальной мощности

Затем вам нужно выяснить, сколько мощности потребуется вашему резистору для рассеивания. Это можно рассчитать по следующей формуле:

В этой формуле P - ваша мощность в ваттах, V - падение напряжения на резисторе, а R - сопротивление резистора в Ом.Вот краткий пример того, как эта формула будет работать в действии:

В приведенной выше схеме у нас есть светодиод с напряжением 2 В, , резистор со значением 350 Ом (Ом), и блок питания, дающий нам 9 В, . Итак, сколько мощности будет рассеиваться на этом резисторе? Подведем итоги. Сначала нам нужно найти падение напряжения на резисторе, которое составляет 9 В от батареи и 2 В от светодиода, поэтому:

9В - 2В = 7В

Затем вы можете вставить всю эту информацию в формулу:

P = 7V * 7V / 350 Ом = 0.14 Вт

Шаг 3 - Выбор резистора

Теперь, когда у вас есть значения сопротивления и номинальной мощности, пора выбрать настоящий резистор у поставщика компонентов. Мы всегда рекомендуем использовать стандартные резисторы, которые есть в наличии у каждого дистрибьютора. Использование стандартных типов резисторов значительно упростит вашу жизнь, когда придет время их производить. Три надежных поставщика компонентов, у которых вы можете найти качественные детали, включают Digikey, Mouser и Farnell / Newark.

Сопротивление сильное в этом

Итак, вот и все, что вам может понадобиться знать о резисторах для вашего первого проекта по разработке печатной платы. Резисторы настолько универсальны, что вы будете использовать их снова и снова в каждом проекте электроники, который вы завершаете. В следующий раз, когда вам нужно будет выбрать резистор, вспомните простой трехэтапный процесс: 1. рассчитайте сопротивление, 2. затем номинальную мощность, 3. а затем найдите поставщика!

Теперь, прежде чем вы начнете создавать собственные символы резисторов и посадочные места в программном обеспечении для проектирования печатных плат, не было бы проще, если бы они уже были сделаны для вас? Они уже есть! Ознакомьтесь с огромным количеством бесплатных библиотек деталей, доступных только в Fusion 360.Попробуйте электронику Fusion 360 бесплатно сегодня.

типов резисторов и как выбрать один

Знаете ли вы, что существует много типов резисторов?

В вашей электронной схеме указано, что вам нужен резистор на 100 кОм. Итак, вы идете в интернет-магазин, чтобы купить его. Но есть все эти варианты: тонкая пленка, углеродный состав, металлическая пленка +++.

«Просто дайте мне долбаного резистора 100к!», - кричите вы в отчаянии.

Поверьте, я знаю ваше разочарование. Мне потребовалось много времени, чтобы на самом деле читать о различных типах резисторов. Поэтому я просто выбрал случайные резисторы для всех своих электронных схем. Обычно это работало безупречно. Может быть, мне повезло, а может я просто не определил резистор как проблему, когда у меня была проблема.

В любом случае, моя цель - предоставить простое руководство по выбору резистора, не вдаваясь в подробности.

Типы резисторов

Резисторы

могут быть изготовлены из различных материалов и из разных материалов.Вот несколько типов резисторов:

  • Состав углерода
  • Карбоновая пленка
  • Металлическая пленка
  • Толстая и тонкая пленка
  • Фольгированный резистор
  • с проволочной обмоткой

У разных типов разные свойства. Некоторые из них очень точны, некоторые могут выдерживать высокие температуры, некоторые - высокую мощность, а некоторые - дешевы. Некоторые из них подходят для приложений с низким уровнем шума, некоторые - для приложений с высокой мощностью, некоторые - для высокоскоростных приложений, а некоторые - для измерительных схем.

Если вы хотите узнать больше о конкретных типах резисторов, я рекомендую посетить сайт www.resistorguide.com

Выбор резистора

Итак, как выбрать резистор?

Прежде всего, вам нужно выбрать значение сопротивления. Для этого вы используете закон Ома. Один из распространенных примеров - найти значение резистора, необходимое для светодиода.

Далее необходимо учитывать мощность, которую резистор должен рассеивать. Рассеиваемая мощность в резисторе может быть рассчитана по формуле

где P - мощность в ваттах, V - падение напряжения на резисторе, а R - сопротивление резистора в Ом.

Давайте посмотрим на пример:

В этой схеме мы используем светодиод с падением напряжения около 2В. Мы обнаружили, что резистор должен иметь номинал 350 Ом. Схема питается от батареи 9 В.

Какая мощность рассеивается на резисторе?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы сначала находим падение напряжения на резисторе. Допустим, мы используем светодиод с падением напряжения 2 В. Это означает, что падение напряжения на резисторе будет 9-2 В = 7 В.

Используя формулу для рассеиваемой мощности, находим P = 7 В * 7 В / 350 Ом = 0.14 Вт.

Значит, нам нужен резистор мощностью не менее 140 мВт. Но желательно побольше.

Практическое правило - найти резистор с удвоенной номинальной мощностью. Здесь я бы выбрал резистор 250 мВт, так как они самые стандартные.

Обычно вы можете просто использовать самый дешевый резистор, который вы можете найти, с правильной номинальной мощностью.

Когда выбрать нестандартный резистор?


Итак, почему все эти разные типы резисторов, о которых я упоминал ранее? Потому что для некоторых схем имеет значение и фактический тип резистора.Эти схемы включают:

  • Звуковые цепи, чувствительные к шумам
  • RF схемы
  • Цепи большой мощности
  • Высокоточные измерительные схемы
  • Быстродействующие цепи

Выбор типа резистора для какого приложения выходит за рамки данной статьи. Если вы строите какие-либо из этих типов схем, посмотрите, указан ли в схемах тип резистора. Если нет, возможно, эта статья может вам помочь.

Сводка

Для большинства стандартных схем вам не нужно беспокоиться о типах резисторов, которые вы выбираете.Все, о чем вам нужно беспокоиться, это значение сопротивления и сколько мощности оно может потребовать.

Если ваша схема не сообщает вам необходимую номинальную мощность резистора, и вы не знаете (или не хотите знать), как ее рассчитать, попробуйте использовать стандартный резистор 1/4 Вт. Если через короткое время он выйдет из строя, вам следует заменить его на более высокую мощность. Возможно, вам стоит даже попытаться вычислить приличную стоимость;)

А резистор подобрать сложно? Напишите свои комментарии и вопросы ниже!

Вернуться от типов резисторов к электронным компонентам онлайн

Как правильно выбрать резистор.

Резисторы - трудолюбивые аутсайдеры в мире электрических цепей. Вы, вероятно, добавили в свою схему резистор 4,7 кОм или 330 Ом, не задумываясь о том, почему мы используем эти значения, не говоря уже о том, что делает резистор. Мы собираемся посмотреть, почему, а также что происходит, когда вы делаете что-то неправильно.

Необходимых деталей, большинство из них поставляется в наборах:

Мощность!

Мощность важна для любого электрического компонента, ее недостаточно, и она ничего не сделает, и вы «выпустите волшебный дым».

Чтобы продемонстрировать это, я построил схему из 14 светодиодов с одним резистором 4,7 Ом Вт. Каждый светодиод должен потреблять около 30 мА (0,030 А), чтобы обеспечить полную яркость, потому что у нас есть 14 параллельно, резистор будет иметь в нем 420 мА (14 x 30 мА). Это приведет к тому, что резистор потребляет не менее 1,26 Вт (чуть больше Вт, номинал резистора тоже).

Чтобы не тратить впустую детали, мы можем использовать закон Ома и уравнение мощности, чтобы определить, сколько мощности поглощает резистор.

Мощность (Вт) = Напряжение (Вольт) × Ток (А)

Мы можем заставить схему из 14 светодиодов работать, не выкуривая офис, используя силовой резистор, способный справиться с дополнительной мощностью. Эти резисторы обычно керамические или имеют радиаторы для защиты. Во многих приложениях с высокой мощностью мы фактически будем использовать транзисторы, поскольку они тратят намного меньше энергии в виде тепла, но их немного сложнее использовать.

Ограничение тока

Теперь мы рассмотрим использование резисторов для ограничения тока в других электрических устройствах. Нам нужно знать две вещи:

  • Максимальный ток, который может выдержать устройство (или мы выпустим дым!),
  • Максимальный ток, который может обеспечить наш блок питания (он может не работать или дымиться от блока питания!).

Мы собираемся использовать светодиоды, у них обычно рабочий ток 30 мА (это инженерный разговор о токе, который является лучшим компромиссом между сроком службы компонентов и выключением корпуса светодиода). Другие устройства могут выдерживать разные диапазоны тока, вы обычно можете найти его в таблице данных, вы также можете медленно увеличивать ток, пока он не сработает, но это становится дорого и так плохо пахнет.

Мы используем настольный источник питания, который может обеспечить 30 А (30 000 мА!), Поэтому мне не нужно беспокоиться о подключении слишком большого количества светодиодов, но если мы подключим светодиод к контакту GPIO Raspberry Pi, мы не сможем потреблять более 16 мА, или мы может повредить Pi.

Мы выбрали источник питания 5 В (такое же напряжение, как на выводе Arduino) и поставили три резистора разного номинала (165 (2 x 330 Ом параллельно), 670, 2,2 кОм) последовательно с каждым светодиодом.

Мы видим, что с увеличением сопротивления яркость света уменьшается. Мы можем выбрать желаемый уровень тока, применив закон Ома к напряжению на резисторе. Чтобы найти это напряжение, мы берем напряжение питания за вычетом прямого напряжения светодиода и делим на желаемый ток.(У нас есть руководство по светодиодам, если вы не знаете, что такое прямое напряжение.)

Резистор = напряжение / ток = (5-2 В) /. 010A

Понижающее напряжение

Теперь рассмотрим снижение напряжения до желаемого уровня. Для этого есть много приложений, но мы собираемся использовать его для односторонней связи между Raspberry Pi (3,3 В) и Uno (5 В). Мы собираемся использовать пример мигания на Uno, чтобы сэкономить время на программирование, и следующий скрипт на Python.

 из gpiozero import Button 

import time
import os

stopButton = Button (21, pull_up = False)
count = 0
while True:
if stopButton.is_pressed:
print ("привет от Arduino" + str (count) )
count + = 1
time.sleep (0,125)

Чтобы Pi и Arduino могли общаться друг с другом, вам нужен преобразователь логического уровня, но мы собираемся использовать делитель напряжения, чтобы Arduino мог отправлять сообщение на Pi. Это не позволит Pi отправить сообщение в ответ.Нам нужно знать, каковы ограничения по току, в этом случае входной вывод на Pi не может превышать 0,5 мА.

Если мы используем тот же расчет резистора, что и раньше, с разницей напряжения между Uno и Pi (5–3,3 В = 1,7 В), нам потребуется сопротивление не менее 3400 Ом. Поскольку это максимум, мы увеличим его до 4,7 Ом. Затем мы можем решить, что нам нужно, резистор 2, из уравнения делителя напряжения.

Резистор 2 = (Напряжение Pi × Резистор 1) / (Напряжение без напряжения Pi) = (3.3 В × 4700) / (5 В-3,3 В)

Теперь, если мы запустим сценарий, который мы создали ранее на Raspberry Pi, мы получим приветственное сообщение от Arduino.

Готово! Надеюсь, теперь вы лучше понимаете резисторы и способы их выбора! Если что-то не сработало так, как вы ожидали, или вы хотите узнать больше о резисторах, свяжитесь с нами и задайте вопросы. Мы здесь, чтобы помочь!

Резисторы - это упорные неудачники в мире электрических цепей.Вы, вероятно, добавили резистор 4,7 кОм или 330 Ом. I ...

Как мне выбрать правильный резистор для моего светодиода?

Светодиоды потрясающие! Они потребляют очень мало энергии для излучаемого света. Когда вы используете светодиод для индикации состояния цепи, они могут использовать только 20 мА (или даже 1 мА!). Первым уроком электроники является подключение светодиода к цепи, аналогично одним из наиболее распространенных первых действий при изучении Arduino является мигание светодиода. При включении светодиода следует учитывать номинальный ток, который называется прямым током.

Светодиод в цепи без ограничительного резистора может довольно легко превысить свой рабочий ток и быстро сгореть. Для многих проектов подойдет резистор с номинальной мощностью 1/8 Вт или 1/4 Вт, но вы можете проверить его на длительное или высокое энергопотребление, чтобы убедиться. Чтобы рассчитать номиналы резисторов, необходимых для защиты светодиода, используйте закон Ома.

Ваше основное уравнение закона Ома V = IxR используется для расчета номинала резистора, который вам понадобится в цепи. В этом случае мы изменим его порядок на R = V / I, и мы должны добавить термины для светодиодов (и стандартных диодов), называемые прямым напряжением и прямым током.Прямое напряжение - это падение напряжения на светодиоде. Обычно оно находится в диапазоне 2-3 В. Это прямое напряжение важно учитывать при использовании одного светодиода и даже более важно при использовании нескольких светодиодов, поскольку ваша схема не будет работать, если объединенное прямое напряжение превышает ваше напряжение питания.

Сложив прямое напряжение (V F ), явно указав наше напряжение питания (V S ) и прямой ток (I F ), наше уравнение R = V / I становится R LED = ( V S -V F ) / I F .Мы почти готовы к работе! Чтобы определить номинал резистора, вам просто понадобятся V F и I F для светодиода (обычно 2-3 В и 10-20 мА в зависимости от типа) и выбранное вами напряжение питания (Vs).

Давайте использовать красный светодиод с V F на 2 В и I F на 20 мА, с питанием от 5 В, например: R Светодиод = (5 В-2 В) / 20 мА => R Светодиод = 150 Ом, так что в этом случае вы можете подключить резистор 150 Ом последовательно со светодиодом и получить необходимое количество тока для освещения вашего проекта.

Как выбрать резистор для светодиода - перезагрузка гаджета

Как выбрать резистор для светодиода

Формула быстрого доступа

Самый простой способ определить, какой резистор использовать со светодиодом, - вычесть номинальное прямое напряжение светодиода ( В F ) из ​​напряжения источника питания ( В S ) и разделите на номинальный прямой ток светодиода ( I F ).См. Рисунок 1. Обычно номинальный прямой ток составляет около 20 мА, но если вы хотите использовать меньшую мощность, вы можете использовать более низкий ток, например 2 мА, и посмотреть, достаточна ли полученная более низкая яркость.

Примечание. Номинальная мощность резистора должна выдерживать ток, рассчитываемый как: P = I 2 F × R

Рисунок 1: Как рассчитать номинал резистора светодиода

Как работает светодиод

Светодиод - это диод, излучающий свет при прямом смещении.Диод смещен в прямом направлении, когда он подключен к источнику напряжения, его анод подключен к положительной стороне, а его катод подключен к отрицательной стороне источника. Напряжение должно быть достаточным, чтобы диод мог проводить ток. Это напряжение называется прямым напряжением ( В, F ), а ток через проводящий диод называется прямым током ( I F ). Характеристики номинального напряжения и тока светодиода можно найти в таблице данных светодиодов как V F и I F .Может быть график, показывающий разные значения прямого напряжения для разных значений прямого тока. Светодиоды разных типов и цветов будут иметь разное прямое напряжение, необходимое для их включения.

Зачем светодиоду резистор

Когда светодиод смещен в прямом направлении, он ведет себя аналогично замкнутому переключателю, позволяя течь «бесконечному» току. Если через светодиод протекает чрезмерный ток, превышающий его максимальный номинальный прямой ток, номинальная мощность светодиода может быть превышена, и светодиод может выйти из строя.Внешний резистор используется для ограничения тока до безопасного рабочего прямого тока для светодиода.

Какой ток нужен светодиоду?

Типичный прямой ток для обычных светодиодов составляет 20 мА. Можно использовать меньший ток, выбрав более высокое значение резистора для большего ограничения тока, особенно когда полная яркость не требуется, а экономия энергии является более высоким приоритетом. Светодиод будет казаться менее ярким при меньшем токе. 2 мА может обеспечить достаточную яркость при экономии энергии в конструкции.

Сбор всех параметров цепи

Чтобы рассчитать значение резистора в омах, мы можем использовать формулу закона Ома, которая гласит:

В = I × R

, где В, - напряжение в вольтах, I - ток в амперах, а R - сопротивление в омах. Чтобы использовать формулу, нам нужно собрать некоторые спецификации для нашей схемы.

В S - это напряжение нашего источника питания
В F - прямое напряжение нашего светодиода
I F - прямой ток нашего светодиода, либо максимальный номинальный прямой ток из таблицы или выбранный нами нижний предел тока

Расчет подходящего номинала светодиодного резистора

Мы решаем для R 1 , поэтому нам нужно определить V R1 и I R1 , напряжение на резисторе и ток через резистор (и светодиод).

Чтобы найти В R1 , согласно закону Кирхгофа о напряжении, напряжение на резисторе и напряжение на светодиоде должны в сумме равняться напряжению источника питания на обоих из них, потому что некоторое напряжение источника питания присутствует на них. светодиод и остальное должны появиться на резисторе.

Итак, напряжение на резисторе определяется по формуле:

.

V R1 = (V S - V F )

Чтобы найти I , ток через резистор, закон Кирхгофа утверждает, что ток, протекающий по последовательной цепи, одинаков во всех точках цепи.Это означает, что ток, протекающий через резистор, будет таким же, как ток, протекающий через светодиод, поэтому I R1 совпадает с током светодиода, который мы выбрали для разработки.

Чтобы найти для R 1 на рисунке 1:

R 1 = V R1 / I F
R 1 = (V S - V F ) / I F

Пример

Техническое описание светодиода показывает, что прямое напряжение составляет В F = 1.7 В при прямом токе I F = 20 мА.

Доступный источник напряжения: В S = 5 В.

Напряжение на резисторе будет В R1 = 5 В - 1,7 В = 3,3 В.

Чтобы ограничить ток через светодиод до 20 мА, требуемое значение резистора по закону Ома составляет

.

R 1 = V R1 / I F
R 1 = 3.3 В / 20 мА
R 1 = 165 Ом.

Если рассчитанное значение резистора недоступно в качестве стандартной детали, подойдет и следующий размер сопротивления, немного ограничив ток, что безопасно для светодиода и, надеюсь, не вызовет видимой разницы в яркости. Например, если вы используете резисторы с 5% углеродной пленкой, вы можете получить только 160 или 180 Ом, поэтому используйте 180 Ом.

Пересчитав ток с резистором 180 Ом, находим:

I F = V R1 / R 1
I F = 3.3 В / 180 Ом
I F = 18,333… мА

Итак, если мы используем резистор на 180 Ом с падением напряжения на нем 3,3 В, ток через резистор и светодиод будет ограничен до 18,3 мА.

Несколько резисторов также можно использовать в последовательной и / или параллельной комбинации, чтобы получить нестандартные значения.

Номинальная мощность резистора

После того, как сопротивление в омах было рассчитано, чтобы пропустить определенный ток через резистор, необходимо рассчитать рассеиваемую мощность этого резистора, чтобы определить номинальную мощность резистора.Если мощность, рассеиваемая резистором, превышает мощность, с которой он может безопасно справиться, резистор перегреется и выйдет из строя.

Формула закона Ома для мощности: P = I 2 × R = V × I = V 2 / R

где:
P - мощность в ваттах
R - сопротивление в омах
В - напряжение на резисторе
I - ток через резистор

В нашем примере мы используем ток 18.3 мА через резистор 180 Ом при 3,3 В. Мы можем найти мощность, рассеиваемую резистором, следующими способами:

P = I 2 × R
P = (0,018333… A) 2 × 180 Ом
P = 0,0605 Вт

P = V × I
P = 3,3 В × 0,018333… A
P = 0,0605 Вт

P = V 2 / R
P = (3,3 В) 2 /180 Ом
P = 0,0605 Вт

Наш резистор должен рассеивать 60.5 мВт безопасно. Хорошее практическое правило - выбирать резистор с номинальной мощностью, по крайней мере, вдвое превышающей требуемую рассеиваемую мощность, поэтому резистор с номинальной мощностью не менее 1/8 Вт = 0,125 Вт = 125 мВт подойдет для этого приложения.


Как вычислить значение резистора для светодиода

Для безопасного подключения светодиода к цепи резистор, ограничивающий ток, включен последовательно со светодиодом. Достаточно легко вычислить правильное значение резистора для светодиода, если мы знаем некоторые параметры.

Я экспериментировал с платами разработки Arduino и ESP8266. В итоге при макетировании мне обычно нужны светодиоды для индикаторов. Во-первых, я использую светодиод в качестве индикатора, если мой блок питания включен и имеет выходное напряжение. Во-вторых, я использую его как цифровой индикатор логического уровня. Когда светодиод не горит, это означает логический 0. Если он включен, это означает логическую 1. Наконец, я использую светодиоды для визуализации ШИМ или аналоговых выходов. Их яркость может дать вам представление о приблизительных значениях ШИМ и аналоговых выходов.

Необходимо определить правильное значение резистора ограничения тока. Неправильное значение последовательного резистора обязательно приведет к сгоранию светоизлучающего диода.

Как вычислить номинал резистора для светодиода с помощью калькулятора резистора-светодиода





 

Лист данных типичного круглого светодиода диаметром 3 мм

Выше показан отрывок из технического описания типичного круглого светодиода диаметром 3 мм. Я выделил самую важную информацию:

  • Максимальный прямой ток = 30 мА
  • Прямое напряжение, типичное значение = 1.8 В, максимум = 2,2 В
  • Типичный прямой ток = 20 мА

CAVEAT

Абсолютный максимальный ток выводов Arduino GPIO составляет 40 мА. Использование светодиода с током 20 мА составляет только половину от максимального значения 40 мА. Следовательно, с такой силой тока мы в полной безопасности.

С другой стороны, контакты GPIO ESP8266 рассчитаны только на 12 мА, приемник или источник. Однако этот меньший номинальный ток компенсируется более низкой мощностью ESP8266, равной 3,3 В.В любом случае, ниже представлено другое вычисление резистора для светодиодов, которые будут использоваться в платах разработки ESP8266.

Формула и пример вычисления

Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению в этих двух точках.

Википедия

Закон Ома гласит, что I = V / R. Поскольку нас интересует вычисление значения R в схеме, изображенной выше, основная формула переносится на: R = V / I.

Если мы изучаем принципиальную схему, следует помнить о двух моментах. Во-первых, ток (I), протекающий через резистор, совпадает с током, протекающим через светодиод. Во-вторых, напряжение источника 5 В делится между напряжением на резисторе и напряжением на светодиоде.

Если мы хотим ограничить ток светодиода до его типичного значения 20 мА, в соответствии с таблицей данных, его прямое напряжение будет 1,8 В. Поскольку общее напряжение на цепи резистор-светодиод составляет 5 В, а напряжение на Светодиод горит 1.8 В, следует, что напряжение на неизвестном резисторе составляет 5 В минус 1,8 В = 3,2 В. См. Верхнюю часть или числитель правой части формулы ниже.

И поскольку мы знаем, что ток через резистор такой же, как ток, протекающий через светодиод, который составляет 20 мА, теперь мы можем вычислить значение резистора,

R = 3,2 В / 20 мА = 3,2 В / 0,020 А = 160 Ом

Если резистор на 160 Ом недоступен, ближайшее значение резистора с более высоким сопротивлением, которое мы можем использовать, составляет 168 Ом, с цветовой кодировкой коричнево-серо-коричневого цвета.

Таблица рассчитанных значений резисторов для Arduino

Ток В вперед Вычисленное значение R Ближайшее значение R
20 мА 1,8 В 160 Ом 180 Ом
003
213,33 Ом 220 Ом
10 мА 1,75 В 325 Ом 330 Ом
5 мА 1.70 В 660 Ом 680 Ом

Значения резистора для ESP8266

Напряжение резистора = 3,3 В - 1,8 В = 1,5 В

Значение резистора = 1,5 В / 10 мА = 1,5 В / 0,010 А = 150 Ом

Ток В вперед Вычисленное значение R Ближайшее значение R
10 мА 1,75 155 180
004 8 мА .75
193,75 220
5 мА 1,70 320 330
3 мА 1,65 550 560

Цветовой код резистора

Источник: resistorcharts.pdf Набор резисторов

от Makerlab

Комплект резисторов от Makerlab, допуск не указан

Комплект резисторов - металлическая пленка 1/4 Вт

Включены значения:

  • 10 Ом, 22 Ом, 47 Ом, 100 Ом, 150 Ом, 200 Ом,
  • 220 Ом, 270 Ом, 330 Ом, 470 Ом, 510 Ом, 680 Ом,
  • 1 кОм, 2 кОм, 2 кОм, 3 к3 Ом, 4K7 Ом, 5 кОм, 6 к 8 Ом,
  • 10 кОм 47 кОм, 51 кОм, 68 кОм, 100 кОм,
  • 220 кОм, 300 кОм, 470 кОм, 680 кОм, 1 МОм

Связанные статьи о том, как вычислить значение резистора для светодиода

Распиновка и конфигурация NodeMCU V3 ESP8266

Справочная информация о том, как вычислить значение резистора для светодиода

Resistors в Википедии
LED в Википедии

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *