Расчет светодиода для резистора: Как рассчитать ограничивающий резистор для светодиода? | Статьи

как правильно рассчиатть и подобрать сопротивление для светодиода в сети на 12 вольт, какая нужна формула, пример расчета ограничительного резистора > Свет и светильни

Автор Admin На чтение 19 мин Просмотров 768 Опубликовано 20.10.2021

Содержание

1. Расчет гасящего резистора для светодиода
2. Светодиод как нелинейный элемент
3. Теория
4. Математический расчет
5. Графический расчет
6. Назначение и устройство светодиода
7. В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?
8. Подключение светодиодов к блоку питания
9. Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора
10. Cree XM–L T6
11. Онлайн-калькулятор
12. Какие бывают светодиоды
13. Расчет резистора светодиода (по формулам)
14. Пример расчета резистора для светодиода 12 В
15. Как подобрать резистор для одиночного светодиода
16. Параллельное соединение
17. Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов
18. Эффективное подключение к одному ИП
19. Можно ли обойтись без резисторов?
20. Подключение светодиодов к LPT порту

Расчет гасящего резистора для светодиода

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

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

Как видим из схемы, ток (I) через резистор и светодиод протекает один и от же. Напряжение на резисторе равно разнице напряжений питания и напряжения на светодиоде (VS-VL). Здесь нам нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором через цепь будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

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

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

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

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

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

Производим расчет напряжения на гасящем резисторе:

Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 3В = 2В.

Для расчета сопротивления гасящего резистора нам нужно знать ток через светодиод. Номинальный ток конкретного типа светодиода можно узнать по справочнику. У большинства маломощных светодиодов (наподобии АЛ307) номинальный ток находится в пределах 10-25мА.

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

R = U / I = 2В / 0,02А = 100 Ом.

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

P = U * I = 2В * 0,02А = 0,04 Вт.

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

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

Uгрез = Uпит – Uсвет = 5В – 2В = 3В.

R = U / I = 3В / 0,015А = 200 Ом.

P = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

Светодиод как нелинейный элемент

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

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

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

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

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

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

Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

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

Теория

Математический расчет

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

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

Значение RLED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода.

На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего RLED имеет большое значение.

Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.

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

Графический расчет

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

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

Рассчитаем резистор для светодиода АЛ307 с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5 В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5 В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (Imax), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление: Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:

Назначение и устройство светодиода

Светодиоды — это полупроводниковые элементы, которые служат для индикации и освещения. Они имеют полярность (+ и —) и чувствуют направление движения постоянного тока. Если подключить светодиод неправильно, то постоянный ток не пройдет и прибор не засветится. Кроме того, светодиод может выйти из строя при неправильном подключении. Анод (длинная ножка светодиода) подключается к плюсу.

Фото. Устройство светодиода и резистора в разрезе
В этом простом примере показано, как с помощью платформы Arduino заставить мигать светодиод. Для начала мы соберем простую схему на макетной плате, подключив светодиод к цифровому выходу микроконтроллера Ардуино (входы и выходы на плате еще называют Pin). Загрузив скетч (так называют программу для Ардуино), вы поймете, как пользоваться и работать с платой Arduino UNO.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

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

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

Подключение светодиодов к блоку питания

Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.

Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода.

При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом.

При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора).

При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом.

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом.

Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора).

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Методика расчета питания светодиода».

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).

Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях. Просто посмотрим как выглядит такая схема.

При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты.

Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.

Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов).

Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше. Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение

равное их падению напряжения в открытом состоянии.

Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.

Примеры расчетов сопротивления и мощности резистора

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

Cree XM–L T6

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

Онлайн-калькулятор

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

Дополняя вышесказанное стоит отметить, что если прямое напряжение светодиода значительно ниже напряжения питания, то схемы включения через резистор малоэффективны. Вся лишняя энергия впустую рассеивается резистором, существенно занижая КПД устройства.

Светоизлучающие диоды, характеризуются рядом эксплуатационных параметров:

• Номинальный (рабочий) ток – Iн;
• падение напряжения при номинальном токе – Uн;
• максимальная рассеиваемая мощность – Pmax;
• максимально допустимое обратное напряжение – Uобр.

Самым важным из перечисленных параметров является рабочий ток.

При протекании через светодиод номинального рабочего тока – номинальный световой поток, рабочее напряжение и номинальная рассеиваемая мощность устанавливаются автоматически. Для того чтобы задать рабочий режим LED, достаточно задать номинальный ток светодиода.

В теории светодиоды нужно подключать к источникам постоянного тока. Однако, на практике, LED подключают к источникам постоянного напряжения: батарейки, трансформаторы с выпрямителями или электронные преобразователи напряжения (драйверы).

Для задания рабочего режима светодиода, применяют простейшее решение – последовательно с LED включают токоограничивающий резистор. Их еще называют гасящими или балластными сопротивлениями.

Рассмотрим, как выполняется расчет сопротивления резистора для светодиода.

Какие бывают светодиоды

Во-первых, светодиоды можно разделить по цветам: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Большинство современных светодиодов выполнено из бесцветного прозрачного пластика, поэтому невозможно определить цвет светодиода не включив его.

Во-вторых, светодиоды можно разделить по номинальному току потребления. Широко распространены модели с током потребления 10 миллиампер (мА) и 20 мА. Следует помнить, что светодиод не в состоянии контролировать потребляемый ток. Именно поэтому мы вынуждены использовать ограничительные резисторы.

В-третьих, светодиоды можно разделить по такому параметру, как падение напряжения в открытом состоянии при номинальном токе. Несмотря на то, что про этот параметр нередко забывают — его влияние весьма и весьма значительно. Благодаря этому параметру иногда можно избавиться от ограничительного резистора.

Светодиод(ы) можно подключить к компьютеру разными способами.

Для подключения светодиодов в качестве простого освещения удобно использовать разъемы блока питания, выдающие 5 и 12 вольт. Для подключения светодиодов в качестве светомузыки удобно использовать LPT порт компьютера.

Расчет резистора светодиода (по формулам)

При расчете вычисляют две величины:

• Сопротивление (номинал) резистора;
• рассеиваемую им мощность P.

Источники напряжения, питающие LED, имеют разное выходное напряжение. Для того чтобы выполнить подбор резистора для светодиода нужно знать напряжение источника (Uист), рабочее падение напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула для расчета выглядит следующим образом:

При вычитании из напряжения источника номинальное падение напряжения на светодиоде – мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив получившееся значение на ток мы, по закону Ома, получаем номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, ток – в амперах и получаем номинал, выраженный в омах.

Электрическую мощность, рассеиваемую на гасящем сопротивлении, вычисляют по следующей формуле:

P = (Iн) 2 ⋅ R

Исходя из полученного значения, выбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства она должна быть выше расчетного значения. Разберем пример расчета.

Пример расчета резистора для светодиода 12 В

Рассчитаем сопротивление для LED, питающегося от источника постоянного напряжения 12В.

Допустим в нашем распоряжении имеется популярный сверхяркий SMD 2835 (2.8мм x 3.5мм) с рабочим током 150мА и падением напряжения 3,2В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 ватта. Подставим исходные значения в формулу.

R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60

Получаем, что подойдет гасящий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение из стандартного ряда Е24 – 62 ома. Таким образом, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62Ом.

Теперь вычислим рассеиваемую мощность на сопротивлении.

P = (0,15) 2 ⋅ 62 ≈ 1,4

На выбранном нами сопротивлении будет рассеиваться почти полтора ватта электрической мощности. Значит, для наших целей можно применить резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2Вт.

Осталось купить резистор с подходящим номиналом. Если же у вас есть старые платы, с которх можно выпаять детали, то по цветовой маркировке можно выполнить подбор резистора. Воспользуйтесь формой ниже.

На заметку! В приведенном выше примере на токоограничительном сопротивлении рассеивается почти в три раза больше энергии, чем на светодиоде. Это означает, что с учетом световой отдачи LED, КПД нашей конструкции меньше 25%.

Чтобы снизить потери энергии лучше применить источник с более низким напряжением. Например, для питания можно применить преобразователь постоянного напряжения AC/AC 12/5 вольт. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно меньше.

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.

Параллельное соединение

Довольно часто требуется подключить несколько диодов к одному источнику. Теоретически, для питания нескольких параллельно соединенных LED, можно применить один токоограничивающий резистор. При этом формулы будут иметь следующий вид:

P = (n ⋅ Iн) 2 ⋅ R

Где n – количество параллельно включенных ЛЕДов.

Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов

Даже в «китайских» изделиях производители для каждого светодиода устанавливают отдельный токоограничивающий резистор. Дело в том, что в случае общего балласта для нескольких LED многократно возрастает вероятность выхода из строя светоизлучающих диодов.

В случае обрыва одного из полупроводников, его ток перераспределится через оставшиеся LED. Рассеиваемая на них мощность увеличится и они начнут интенсивно нагреваться. Вследствие перегрева следующий диод выйдет из строя и дальше процесс примет лавинообразный характер.

Совет. Если по какой-то причине нужно обойтись одним гасящим сопротивлением, увеличьте его номинал на 20-25%. Это обеспечит большую надежность конструкции.

Эффективное подключение к одному ИП

Выше мы уже выяснили, что к одному источнику питания можно запитать неограниченное количество светодиодов. Главное, чтобы хватило мощности. Тем не менее, простое параллельное включение лампочек с резистором для каждой из них является неэффективным. Из предыдущего пункта мы увидели, что более 2/3 мощности рассеивается на токоограничивающем резисторе. Поэтому часто возникает вопрос, сколько всего светодиодов можно подключить к 12 в.

Наиболее эффективным подключением к 12 вольтам считается цепочки из трех последовательных светодиодов с одним резистором. По такой же схеме выпускаются все светодиодные ленты, работающие от блока питания на 12 В.

Можно ли обойтись без резисторов?

Действительно, в некоторых случаях можно не использовать токоограничивающий резистор. Рассмотренный нами светодиод можно напрямую запитать от двух батареек 1,5В. Так как его рабочее напряжение составляет 3,2В, то протекающий через него ток будет меньше номинального и балласт ему не потребуется. Конечно, при таком питании светодиод не будет выдавать полный световой поток.

Иногда в цепях переменного тока в качестве токоограничивающих элементов вместо резисторов применяют конденсаторы (подробнее про расчет конденсатора). В качестве примера можно привести выключатели с подсветкой, в которых конденсаторы являются «безваттными» сопротивлениями.

Подключение светодиодов к LPT порту

При питании светодиода от LPT порта необходимо последовательно со светодиодом можно включить резистор номиналом до 100 Ом. В большинстве случаев, при питании светодиода от LPT порта резистор бывает не нужен. LPT порт предварительно должен быть переведен в режим EPP. Подробное описание способа подключения светодиодов к LPT порту содержится в статье «LPT порт и 12 светодиодов».

Внимание! При подключении светодиодов к сети питания 220 вольт следует строго соблюдать меры по обеспечению электробезопасности.

При подключении светодиода к бытовой электросети переменного тока следует использовать ограничительный резистор номиналом 15 кОм для тока 10 мА или 30 кОм для тока 20 мА. Для дополнительной защиты светодиода в цепь можно дополнительно включить обычный диод. В этой схеме светодиод будет светиться лишь в полсилы.

В этой схеме светодиоды будут светиться в полную силу.

Обе схемы позволяют последовательно включить огромное количество светодиодов (до 70 штук).

Следует осознавать, что подключение светодиодов к розетке 220 В создает повышенную опасность поражения электрическим током.

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Универсальная методика рассчета питания светодиодов».

Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2. 5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Расчет светодиодов — параллельное и последовательное включение

Содержание

1. Расчет светодиодов — ограничительный резистор в цепи LED-диодов
2. Специфика включения светодиодного прибора
3. Включение светодиодов по параллельной и последовательной схеме
4. Расчет резистора для подключения светодиодов на видео

Расчет светодиодов — LED-диод, это неотъемлимый элемент современной электроники, который используется практически во всех радиоэлектронных устройствах. Принцип его работы следующий: при подачи на него определенного значения постоянного тока, прибор начинает светится.

Существуют светодиоды различных цветов свечения, которое обусловливается применяемым материалом для его изготовления.

Специфика включения светодиодного прибора

Вольт-Амперная характеристика у светодиода аналогична той, которую имеет стандартный диод полупроводникового типа. Вместе с тем, когда в цепи светодиода возрастает напряжение прямой направленности, идущий через него ток стремительно увеличивается. Взять для примера фирменный светодиод зеленого свечения, то если подавать на него прямое напряжение в диапазоне от 1.8v до 2v, ток может увеличиться в пять раз, то есть составит 10мА.

Следовательно, включение светодиода по схеме прямой направленности напряжения, даже при незначительном увеличении напряжения, постоянный ток может повысится до критической величины. А при возрастании тока до пикового значении, чревато выходом из строя светодиода.

Поэтому, что бы предохранить данный полупроводниковый прибор от возможного пробоя, подавать на него напряжение необходимо от стабилизированного источника тока, то есть — драйвера.

При использовании драйвера с постоянным стабилизированным током обеспечиваются лучшие характеристики излучения светодиода, и, кроме того, увеличивается срок его работы. Однако такие источники тока дорогие и используются только для ответственных случаев.

В случае, если цепь со стабилизированным напряжением в схеме отсутствует, тогда для защиты светодиода применяется постоянный резистор в качестве ограничивающего ток сопротивления. Такой гасящий резистор включается последовательно в цепь светодиода. Чтобы точно определить номинальное значение такого резистора, нужно воспользоваться ниже приведенной формулой:

Это популярный в радиоэлектронике закон Ома, с помощью которого можно легко определить номинальное значение сопротивления на определенном участке электрического тракта.

R=U/I, где:

R — сопротивление, Ом;
U — напряжение на участке цепи, В;
I — ток, протекающий в цепи, А.

В общем, принцип расчета сопротивления такой: определяем требуемую величину рабочего тока прибора — Iсв и номинальное напряжение для его работы — Uсв. При этом нужно учитывать постоянное напряжение, от которого питается вся схема — Uпит, далее уже высчитывается номинальное значение ограничительного сопротивления — Rогр:

R_огр=(U_пит-U_св)/(I_св*0,75)

Коэффициент 0,75 в этом случае применяется для сохранения определенного запаса.

Получив номинальное значение сопротивления, теперь необходимо найти наиболее приближенный к нему номинал постоянного резистора.

Теперь нужно определить мощность рассеивания гасящего резистора:

P_рас =I_св²*R_огр, где:

P_рас — мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе, Вт;
I_св — ток светодиода, А;
R_огр – сопротивление ограничивающего резистора, Ом.

Узнав мощность рассеивания ограничительного резистора, теперь нужно найти компонент с предельно допустимыми параметрами.

Включение светодиодов по параллельной и последовательной схеме

Используя параллельное включение LED-источника, следует помнить, что в случае задействования только одного гасящего сопротивления может привести к его перегреву.

Применяя схему параллельного включения LED-приборов, необходимо в разрыв цепи диода всегда устанавливать свой, персональный резистор ограничения тока. Способ расчета номинальной мощности и сопротивления этого резистора высчитывается аналогичным методом, приведенным выше. Используя схему последовательного включения, цепь желательно составлять из идентичных друг другу приборов.

Помимо этого, нужно взять во внимание то, что действующее в схеме напряжение должно составлять немногим большее значение, чем потребляющее всеми LED-диодами одновременно

Вычисление номинала ограничительного резистора для использования в схеме последовательного соединения, производится таким же образом, как показано выше. Хотя, есть некоторое исключение, состоящее в том, что при подсчете, взамен значения U_св применяется значение U_св*N. В приведенном примере буква N означает число соединенных в цепь LED-приборов.

Расчет резистора для подключения светодиодов на видео

Лучший способ рассчитать номинал резистора для светодиодов

Итак, вы начинаете заниматься электроникой и вам нужен быстрый способ рассчитать номинал резистора для вашей схемы?

  TL;DR 
Рассчитайте ток цепи, напряжение питания и падение напряжения на светодиодной нагрузке. 
Используйте закон Ома V = IR, чтобы рассчитать необходимое сопротивление для вашего светодиода. Следуйте этой формуле
R = (V питания - V светодиод) / I (ток).
Видео и пример схемы приведены ниже. 

Со светодиодами, несомненно, весело играть, когда вы только начинаете изучать электротехнику. Однако, если вы не используете лампы, предназначенные для работы от высокого напряжения, вам нужно будет использовать резисторы для их освещения. Иначе вы рискуете их сжечь.

Расчет сопротивления, необходимого для работы светодиодов, является частью удовольствия от работы с ними. И, к счастью, это совсем не сложно.

Этот пост расскажет вам, как работают резисторы, и поможет вам научиться выбирать правильное значение сопротивления для ваших светодиодов.

Что такое резистор?

Резистор — это устройство, сопротивляющееся протеканию электрического тока. Он делает это, создавая большую разность потенциалов (напряжение) на нем, чем существует в цепи.

Сопротивление резистора измеряется в Омах (Ом) и определяется по следующей формуле:

  R = V / I  

Где: резистор, и

I: Ток через резистор.

Сначала мы узнаем, как работает резистор и как его читать, а затем мы увидим пример соединения светодиода с резисторами.

Как работает резистор ?

Когда резисторы вводятся в цепь, они ограничивают протекание тока в цепи. Несмотря на то, что существует много различных типов резисторов, они могут уменьшить ток только тремя способами:

1. Использование материала, плохо проводящего электричество
2. Тоньше проводящего материала
3. Увеличение длины проводящего материала

Резисторы с проволочной обмоткой являются наиболее распространенным типом резисторов, поскольку они, как правило, доступны по цене. У них есть изолирующий центр с токопроводящей проволокой (обычно медной), намотанной вокруг них.

Существует также второй тип резистора, называемый углеродно-пленочным резистором со спиралью из углерода вокруг центра, а не проволочной обмоткой.

Резисторы с проволочной обмоткой предпочтительнее резисторов с углеродной пленкой, поскольку они более точны. Кроме того, сопротивление, которое они предлагают, зависит только от толщины провода и количества витков.

Резисторы с проволочной обмоткой также более стабильны, чем резисторы других типов, при более высоких температурах, что делает их лучшим вариантом во многих отношениях.

Как прочитать резистор ?

Несмотря на то, что снаружи резисторы выглядят почти одинаково, есть способ определить разницу между ними, научившись их читать.

Как выглядит резистор

Типичный резистор имеет три полосы радужного цвета, после которых идет небольшое пространство, затем четвертая полоса, обычно окрашенная в коричневый, красный, золотой или серебряный цвет.

Эти цветные полосы позволяют определить сопротивление резистора. Вот как вы читаете значение резистора:

1. Держите резистор так, чтобы радужные полосы были слева.
2. Первые два цвета полос представляют первые две цифры значения сопротивления резистора.
3. Третья полоса представляет собой десятичный множитель, представляющий степень числа десять, которую необходимо умножить на первые две цифры для расчета сопротивления резистора. Другими словами, третья полоса представляет 10x, а цвет полосы представляет значение 9.0074 х.
4. Четвертая и последняя полоса на резисторе представляет допуск резистора. Допуск дает представление о том, насколько точным является значение сопротивления.

Допустим, первые три полосы резистора коричневые, черные и красные соответственно. Это будет означать, что резистор имеет сопротивление 1000 Ом.

Если четвертая полоса резистора золотая, это означает, что допуск составляет 5 %, а сопротивление резистора может находиться в диапазоне от 950 до 1050 Ом.

Вы можете найти резистор с пятью полосами, а не с четырьмя. В этом типе резистора вы должны рассматривать первые три полосы как первые три цифры сопротивления, четвертую полосу как множитель, а пятую полосу как допуск резистора.

Значения цветового кода можно посмотреть в таблице ниже:

9009 1 Красный

Значения сопротивления		Значения допуска	90 101
Черный	0	Коричневый	±1%
Коричневый	1	Красный	±2%
2	Золотой	±5%
Оранжевый	3	Серебристый	±10%
Желтый	4
Зеленый	5 90 094
Синий	6
Фиолетовый	7
Серый	8
Белый	9

Как выбрать правильный размер сопротивления для светодиодов ?

Мы можем использовать простой закон Ома, чтобы рассчитать правильное значение сопротивления для светодиодов.

Но прежде чем вы сможете использовать закон Ома, вы должны определить правильные значения напряжения и силы тока.

Чтобы определить правильное напряжение (В), запишите напряжение источника питания и напряжение светодиодов. Для пояснения предположим, что вы используете последовательно две батарейки АА. Источник питания имеет напряжение 3В.

Светодиоды имеют уникальную характеристику, называемую прямым напряжением (Vf), которая обозначает величину потери напряжения на светодиоде при работе с определенным эталонным током. Стандартный ток обычно принимается равным 20 мА.

Но сложность с прохождением напряжения заключается в том, что оно зависит от цвета света, излучаемого светодиодом. Иногда прямое напряжение светодиодов одного цвета также может различаться.

Предположим, вы работаете со стандартным желтым светодиодом, имеющим прямое напряжение 1,8 В.

Следовательно, напряжение на светодиоде будет равно:

Напряжение на светодиоде = Напряжение на источнике питания – прямое напряжение светодиода

Подстановка значений: 

  3В - 1,8В = 1,2В  

Напряжение на светодиоде 1,8В, падение на резисторе 1,2В. Мы можем рассчитать это с помощью уравнения закона Ома.

Для работы светодиода требуется 1,8 вольта. Это напряжение на светодиоде.

Но ваша батарея обеспечивает 3 В. Вы не можете подать 3 В на свой светодиод. Итак, вы используете подходящий резистор, который будет сбрасывать на себя некоторое напряжение, так что для светодиода останется только 1,8 В.

Итак, 3 В делятся на две части. 1,2 В идет на сопротивление, а остальные 1,8 В появляются на светодиоде, что является подходящим рабочим напряжением для светодиода.

Найти значение тока несложно. Номинальный ток светодиодов обычно указывается в технических описаниях как If или Imax. Обычно он составляет от 25 до 30 мА.

Предположим, ток равен 25 мА.

Подстановка значений в закон Ома:

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

Процесс расчета сопротивления резистора можно сократить, написав уравнение следующим образом:

Требуемое значение сопротивления 006 Светодиод прямого напряжения ) / Текущий

Нет необходимости разбираться в совершенно другом подходе, чтобы узнать, как рассчитать сопротивление для светодиодной ленты.

Чтобы рассчитать сопротивление светодиодной ленты, все, что вам нужно сделать, это немного изменить приведенную выше формулу, например:

Требуемое значение сопротивления = [ Напряжение питания – Прямое напряжение светодиода * Количество светодиодов ] / Ток

Заключительные мысли

Есть несколько способов узнать, какой размер резистора вам понадобится для ваших светодиодов или любой нагрузки в этом отношении. Я настоятельно рекомендую иметь базовое представление о падении напряжения и законе Ома. Когда у вас есть фундаментальное понимание электричества, все становится намного проще!

Но если вы не хотите рассчитывать сопротивление вручную, вы можете ввести известные вам значения в калькулятор резисторов для светодиодов. Простой поиск в Google должен открыть несколько онлайн-инструментов, которые вы можете использовать.

Остались вопросы?

Напишите мне в комментариях ниже, и я сделаю все возможное, чтобы помочь вам!

КАК РАСЧЕТ НОМЕР РЕЗИСТОРА ДЛЯ СВЕТОДИОДНОЙ ЦЕПИ

КАК РАСЧЕТ НОМЕР РЕЗИСТОРА ДЛЯ СВЕТОДИОДНОЙ ЦЕПИ

Схема светоизлучающего диода (СИД) в электронике — это электрическая цепь, питающая светодиод. Схема должна ограничивать ток, чтобы не повредить светодиод, при этом подавая ток, достаточный для освещения светодиода с необходимой яркостью. Самая простая и наиболее широко используемая схема для управления светодиодами — это просто последовательный резистор.

РАБОТА СВЕТОДИОДА

Рисунок 1. Простая схема светодиода.

Ток, который течет в прямом направлении, когда диод смещен в прямом направлении, называется прямым током (IF). Когда этот ток протекает через светодиод, напряжение, генерируемое между анодом и катодом, называется прямым напряжением (VF). Характеристики IF-VF являются наиболее важными параметрами при рассмотрении реальной схемы светодиодного освещения. Законы Ома и Кирхгофа используются для определения оптимального значения резистора для простой схемы (рис. 1), где резистор подключен последовательно со светодиодом для управления током. Формула, используемая для расчета номиналов резисторов, приведена ниже.

$$R=\frac{V_{in}\;-\;V_F}{I_F}$$

Из этого уравнения видно, что сопротивление рассчитывается путем вычитания прямого напряжения светодиода из напряжения питания и деление результата на желаемый прямой ток.

ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕЗИСТОРА ЦЕПИ СВЕТОДИОДОВ

Рис. 2. Пример простой цепи светодиодов.

Предположим, что мы хотим подключить радиальный красный светодиод диаметром 5 мм с номером детали производителя LTL-10223W. У нас есть источник питания 5 В, и мы хотим, чтобы он светился с силой света около 100 мкд. Следовательно, мы должны определить значение сопротивления для цепи, показанной на рисунке 2.9.0003

Спецификация светодиодов содержит всю необходимую информацию. Согласно третьей странице таблицы данных, прямой ток 10 мА производит свет с силой света в диапазоне от 19 до 60 мкд (рис.