Расчет токоограничивающего резистора для светодиода
В данной статье речь пойдет о расчете токоограничивающего резистора для светодиода.
Расчет резистора для одного светодиода
Для питания одного светодиода нам понадобится источник питания, например две пальчиковые батарейки по 1,5В каждая. Светодиод возьмем красного цвета, где прямое падение напряжения при рабочем токе 0,02 А (20мА) равно -2 В. Для обычных светодиодов максимально допустимый ток равен 0,02 А. Схема подключения светодиода представлена на рис.1.
Рис.1 – Схема подключения одного светодиода
Почему я использую термин «прямое падение напряжение», а не напряжение питания. А дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на светодиоде напряжение. Именно это значение нам нужно применять в расчетах.
Прямое падение напряжение для различных светодиодов в зависимости от длины волны представлено в таблице 1.
Таблица 1 — Характеристики светодиодов
| Цветовая характеристика | Длина волны, нМ | Напряжение, В |
|---|---|---|
| Инфракрасные | от 760 | до 1,9 |
| Красные | 610 — 760 | от 1,6 до 2,03 |
| Оранжевые | 590 — 610 | от 2,03 до 2,1 |
| Желтые | 570 — 590 | от 2,1 до 2,2 |
| Зеленые | 500 — 570 | от 2,2 до 3,5 |
| Синие | 450 — 500 | от 2,5 до 3,7 |
| Фиолетовые | 400 — 450 | 2,8 до 4 |
| Ультрафиолетовые | до 400 | от 3,1 до 4,4 |
| Белые | широкий спектр | от 3 до 3,7 |
Точное значение падения напряжения светодиода, можно узнать на упаковке к данному светодиоду или в справочной литературе.
Сопротивление резистора определяется по формуле:
R = (Uн.п – Uд)/Iд = (3В-2В)/0,02А = 50 Ом.
где:
- Uн.п – напряжение питания, В;
- Uд — прямое падение напряжения на светодиоде, В;
- Iд – рабочий ток светодиода, А.
Поскольку такого сопротивления в стандартном ряду нет, выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 51 Ом.
Чтобы гарантировать долгую работу светодиода и исключить ошибку в расчетах, рекомендую при расчетах использовать не максимально допустимый ток – 20 мА, а немного меньше – 15 мА.
Данное уменьшение тока никак не скажется на яркости свечения светодиода для человеческого глаза. Чтобы мы заметили изменение яркости свечения светодиода например в 2 раза, нужно уменьшить ток в 5 раза (согласно закона Вебера — Фехнера).
В результате мы получим, расчетное сопротивление токоограничивающего резистора: R = 50 Ом и мощность рассеивания Р = 0,02 Вт (20мВт).
Расчет резистора при последовательном соединении светодиодов
В случае расчета резистора при последовательном соединении, все светодиоды должны быть одного типа. Схема подключения светодиодов при последовательном соединении представлена на рис.2.
Рис.2 – Схема подключения светодиодов при последовательном соединении
Например мы хотим подключить к блоку питания 9 В, три зеленых светодиода, каждый по 2,4 В, рабочий ток – 20 мА.
Сопротивление резистора определяется по формуле:
R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3)/Iд = (9В — 2,4В +2,4В +2,4В)/0,02А = 90 Ом.
где:
- Uн.п – напряжение питания, В;
- Uд1…Uд3 — прямое падение напряжения на светодиодах, В;
- Iд – рабочий ток светодиода, А.
Выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 91 Ом.
Расчет резисторов при параллельно – последовательном соединении светодиодов
Часто на практике нам нужно подключить к источнику питания большое количество светодиодов, несколько десятков. Если все светодиоды подключить последовательно через один резистор, то в таком случае напряжения на источнике питания нам не хватит. Решением данной проблемы является параллельно-последовательное соединение светодиодов, как это показано на рис.3.
Исходя из напряжения источника питания, определяется максимальное количество светодиодов, которые можно соединить последовательно.
Рис.3 – Схема подключения светодиодов при параллельно — последовательном соединении
Например у нас имеется источник питания 12 В, исходя из напряжения источника питания максимальное количество светодиодов для одной цепи будет равно: 10В/2В = 5 шт, учитывая что на светодиоде (красного цвета) падение напряжения — 2 В.
Почему 10 В, а не 12 В мы взяли, связано это с тем, что на резисторе также будет падение напряжения и мы должны оставить, где то 2 В.
Сопротивление резистора для одной цепи, исходя из рабочего тока светодиодов определяется по формуле:
R = (Uн.п – Uд1 + Uд2 + Uд3+ Uд4+ Uд5)/Iд = (12В — 2В + 2В + 2В + 2В + 2В)/0,02А = 100 Ом.
Выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 110 Ом.
Количество таких цепочек из пяти светодиодов параллельно соединенных практически не ограничено!
Расчет резистора при параллельном соединении светодиодов
Данное подключение является не желательным и я его не рекомендую применять на практике. Связано это с тем что, у каждого светодиода присутствует технологическое падение напряжения и даже если все светодиоды из одной упаковке – это не является гарантией, что у них падение напряжение будет одинаково из-за технологии производства.
В результате у одного светодиода, ток будет больше чем у других и если он превысить максимально допустимый ток, он выйдет из строя. Следующий светодиод перегорит быстрее, так как через него уже будет проходить оставшийся ток, распределенный между другими светодиодами и так до тех пор, пока все светодиода не выйдут из строя.
Рис.4 – Схема подключения светодиодов при параллельном соединении
Решить данную проблему можно подключив к каждому светодиоду свой резистор, как это показано на рис.5.
Рис.5 – Схема подключения светодиодов и резисторов при параллельном соединении
Онлайн калькулятор расчета резистора светодиода
Не смотря на то, что всевозможные светодиоды сегодня используются практически во всех сферах жизни человека, среднестатистический потребитель, как правило, не задумывается о том, как и по каким законам они работают. И если такой человек сталкивается, к примеру, с необходимостью организации светодиодного освещения, у него возникает множество проблем и вопросов. И одним из наиболее распространенных вопросов является «что такое резисторы и зачем они нужны светодиоду?». Попробуем на этот вопрос ответить.
Резистор представляет собой элемент электрической сети, отличающийся пассивностью, который, в идеальном варианте, характеризуется исключительно своим сопротивлением электрическому току (то есть, в любой момент времени для него должен выполняться закон Ома). Основное назначение резистора – оказание активного сопротивления электрическому току, и сегодня такие элементы широко используются в организации искусственного освещения.
Теперь поговорим о том, зачем резистор необходим непосредственно светодиоду.
Многие из нас знают, что обыкновенная стандартная лампочка горит, если ее подключить напрямую к некоторому источнику питания. Она успешно функционирует и сгорает только в том случае, если из-за переизбытка напряжения происходит перегрев нити накала. Однако практически никто при этом не задумывается, что в данном случае лампочка сама выполняет роль резистора – ток через нее проходит с трудом, и тем легче ему преодолеть это препятствие, чем выше напряжение. И конечно, приравнивать такой сложный полупроводниковый прибор, как светодиод, к обыкновенной лампе накаливания никак невозможно.
Важно учитывать, что светодиод представляет собой токовый прибор, который, грубо говоря, в процессе работы выбирает для себя напряжение, а не силу тока. Таким образом, если светодиод, к примеру, выбирает напряжение 1,8V, а на него подается 1,9V, то он, скорее всего, сгорит (если, конечно, не сможет понизить напряжение источника до нужного ему значения). И для того чтобы этого не произошло, нужен резистор. Он стабилизирует используемый источник питания, чтобы его напряжение не испортило светодиод.
В связи с этим чрезвычайно важно разобраться, какой именно резистор необходим для того или иного светодиода, и нужно ли для каждого светодиода использовать отдельный резистор. Здесь немаловажно учитывать схему соединения, а также количество используемых светодиодов. Если речь идет, к примеру, о последовательной цепочке светодиодов, в которой они расположены друг за другом, то поскольку электрический ток в каждой точке данной цепи протекает один и тот же, для этих светодиодов будет достаточно только одного резистора с правильно рассчитанным сопротивлением.
Но если мы говорим о параллельном включении светодиодов, здесь каждый из них должен обладать собственным резистором, поскольку в противном случае все напряжение потянет так называемый «лимитирующий» светодиод (тот, которому напряжение нужно наименьшее). Он быстро перегорит, и теперь напряжение перейдет к следующему светодиоду, который также выйдет из строя. Это недопустимо, а значит, для параллельно подключенных светодиодов просто необходимо использовать достаточное количество правильно подобранных резисторов.
Теперь поговорим о том, как нужно осуществлять расчет сопротивления резистора, предназначенного для того или иного светодиода. Чаще всего осуществляется такой расчет с помощью специальных калькуляторов. И именно такой высокоэффективный онлайн калькулятор мы предлагаем нашим клиентам. Данный калькулятор позволяет рассчитать значение сопротивления и мощности резистора в цепи светодиодов. Для того чтобы рассчитать необходимое значение, вам следует ввести напряжение питания светодиода, номинальное напряжение светодиода, номинальный ток и выбрать схему соединения и количество светодиодов. Благодаря нашему калькулятору, вы сможете быстро получить достаточно точные сведения, способные оказать гарантированную помощь в организации искусственного освещения.
Кроме того, приступая к процессу расчета сопротивления резистора, необходимо учитывать несколько важных моментов. Во-первых, помните, что на светодиодах, как правило, пишут не напряжение питания, а напряжение падения (то есть то, которое они выбирают для себя), да и оно указывается приблизительно. Используется это число исключительно для определения минимального напряжения или для расчета резистора питания. То есть напряжение падения светодиода нужно отнимать от напряжения его питания, и мы получим напряжение на резисторе.
Ток же, протекающий через него, рассчитывается обычно делением оставшегося на резисторе напряжения на его сопротивление. Ну а для расчета сопротивления данного резистора, соответственно, оставшееся напряжение делится на ту величину тока, которая нам нужна. Человеку, далекому от электрики и физики, самостоятельно сделать расчеты практически невозможно. Поэтому вы еще раз можете оценить удобство и функциональность нашего онлайн калькулятора, который с легкостью выполнит подобную работу за вас.
Расчет резистора для светодиода — порядок, формулы, особенности подключения
Светодиод — прибор, который при прохождении через него тока излучает свет.
В зависимости от типа используемого материала для изготовления прибора, светодиоды могут излучать свет различного цвета. Эти миниатюрные, надежные, экономичные приборы используются в технике, для освещения и в рекламных целях.
Особенности включения светодиода
Светодиод обладает такой же вольтамперной характеристикой, как и обычный полупроводниковый диод. При этом при повышении прямого напряжения на светодиоде проходящий через него ток резко возрастает.
Например, для зеленого светодиода типа WP710A10LGD компании Kingbright при изменении приложенного прямого напряжения от 1,9 В до 2 В ток меняется в 5 раз и достигает 10 мА. Поэтому при прямом подключении светодиода к источнику напряжения при небольшом изменении напряжения ток светодиода может возрасти до очень большого значения, что приведет к сгоранию p-n перехода и светодиода.
Кодовая маркировка резисторов осуществлена с применением букв и цифр, с помощью которых можно определить качественные характеристики устройств.Другой метод маркировки — цветная — предназначен для обозначения параметров резисторов посредством цветных полосок и кольц.
Такого явления не произойдет, если светодиод питается от специального источника стабилизированного тока – 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.
При отсутствии источника со стабилизированным током для предотвращения сгорания светодиода от нестабильности питающего напряжения последовательно с ним обычно включается ограничивающий резистор.
Формулы расчета резистора для светодиода
В общем случае расчет сопротивления резистора для светодиодов производится по закону Ома. Зная напряжение и ток, можно определить величину сопротивления участка цепи:
R=U/I, где:
- R- сопротивление, Ом;
- U- напряжение на участке цепи, В;
- I-ток, протекающий в цепи, А.
В данном случае, выбрав необходимое рабочее значение тока светодиода Iсв и определив по вольтамперной характеристике рабочее напряжение светодиода Uсв, с учетом напряжения питания схемы Uпит можно определить величину сопротивления ограничивающего резистора Rогр:
Rогр=(Uпит-Uсв)/(Iсв*0,75)
Коэффициент 0,75 предназначен для обеспечения некоторого запаса. Определив величину сопротивления, надо найти ближайший к нему номинал резистора.
Далее рассчитывается мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе:
Pрас =Iсв²*Rогр, где:
- Pрас — мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе, Вт;
- Iсв — ток светодиода, А;
- Rогр – сопротивление ограничивающего резистора, Ом.
После расчета мощности резистора для светодиода необходимо выбрать элемент со стандартным максимально допустимым значением. При этом необходимо ориентироваться на большую из ближайших к рассчитанной мощности величин.
Параллельное и последовательное включение светодиодов
При параллельном включении светодиодов необходимо иметь в виду, что соединение к одному ограничивающему резистору не рекомендуется. Это связано с тем, что даже светодиоды одного типа имеют большие разбросы по току.
Это приводит к тому, что при таком включении через светодиоды будут течь токи разной величины. Светодиоды будут светиться с разной яркостью. Кроме того, в случае, если сгорит один источник света, то по остальным светодиодам потечет большой ток, что может привести к выходу из строя всех остальных.
Впервые столкнувшись с задачей монтажа безопасного электроснабжения дома или квартиры, многие ищут отвечт на вопрос: УЗО — что это такое? Задача такого устройства — передать сигнал о неисправности в домашней электросети соответствующей аппаратуре.Детальнее ознакомиться с принципом работы устройства защитного отключения можно тут, а о схемах подключения — здесь.
Поэтому при параллельном включении светодиодов обычно к каждому прибору последовательно подключают свой ограничивающий резистор. Расчет сопротивления и мощности такого резистора ничем не отличается от ранее рассмотренного случая.
При последовательном включении светодиодов необходимо включать приборы одного типа. Кроме того, надо учитывать то, что напряжение источника должно быть не меньше суммарного рабочего напряжения всей группы светодиодов.
Расчет токоограничивающего резистора для светодиодов последовательного включения считаются также, как и раньше. Исключение состоит в том, что при вычислении вместо величины Uсв используется величина Uсв*N. В данном случае N — это количество включенных приборов.
Выводы:
- Светодиоды — широко распространенные приборы, используемые в технике, для освещения и рекламы.
- Во избежание выхода из строя светодиодов из-за их чувствительности к изменениям напряжения для них часто используют ограничивающие резисторы.
- Расчет значения сопротивления ограничивающего резистора делается на основе закона Ома.
Расчет резистора для подключения светодиодов на видео
Калькулятор резистора для светодиода – Поделки для авто
Один светодиод
Последовательное соединение светодиодов
Параллельное соединение светодиодов
Расчёт резистора для светодиода.
Светодиоды. Виды, типы светодиодов. Подключение и расчёты..
Вот так светодиод выглядит в жизни :
А так обозначается на схеме :
Для чего служит светодиод?
Светодиоды излучают свет, когда через них проходит электрический ток.
Были изобретены в 70-е года прошлого века для смены электрических лампочек, которые часто перегорали и потребляли много энергии.
Подключение и пайка
Светодиоды должны быть подключены правильным образом, учитывая их полярность + для анода и к для катода Катод имеет короткий вывод, более короткую ножку. Если вы видите внутри светодиода его внутренности – катод имеет электрод большего размера (но это не официальные метод).
Светодиоды могут быть испорчены в результате воздействия тепла при пайке, но риск невелик, если вы паяете быстро. Никаких специальных мер предосторожности применять не надо для пайки большинства светодиодов, однако бывает полезно ухватиться за ножку светодиода пинцетом – для теплоотвода.
Проверка светодиодов
Никогда не подключайте светодиодов непосредственно батарее или источнику питания!
Светодиод перегорит практически моментально, поскольку слишком большой ток сожжет его. Светодиоды должны иметь ограничительный резистор.Для быстрого тестирования 1кОм резистор подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее. Не забывайте подключать светодиоды правильно, соблюдая полярность!
Цвета светодиодов
Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый. Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса. Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…
Многоцветные светодиоды
Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками. Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.
Расчет светодиодного резистора
Светодиод должен иметь резистор последовательно соединенный в его цепи, для ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он сгорит практически мгновенно…
Резистор R определяется по формуле :
R = (V S – V L) / I
V S = напряжение питания
V L= прямое напряжение, расчётное для каждого типа диодов (как правило от 2 до 4 вольт)
I = ток светодиода (например 20мA), это должно быть меньше максимально допустимого для вашего диода.
Если размер сопротивления не получается подобрать точно, тогда возьмите резистор большего номинала. На самом деле вы вряд-ли заметите разницу… совсем яркость свечения уменьшится совсем незначительно.
Например: Если напряжение питания V S = 9 В, и есть красный светодиод (V = 2V), требующие I = 20мA = 0.020A,
R = (- 9 В) / 0.02A = 350 Ом. При этом можно выбрать 390 Ом (ближайшее стандартное значение, которые больше).
Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома
Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где :
V = напряжение через резистор (V = S – V L в данном случае)
I = ток через резистор
Итак R = (V S – V L) / I
Последовательное подключение светодиодов.
Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды. Все светодиоды, которые соединены последовательно, должны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечить соответствующее напряжение.
Пример расчета :
Красный, желтый и зеленый диоды – при последовательном соединении необходимо напряжение питания – не менее 8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником.
V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются).
Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A,
Резистором R = (V S – V L) / I = (9 – 6) /0,015 = 200 Ом
Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).
Избегайте подключения светодиодов в параллели!
Подключение несколько светодиодов в параллели с помощью одного резистора не очень хорошая идея…
Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый.., что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода. Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.
Мигающие светодиоды
Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек.
Похожие статьи:
Расчет сопротивления резистора для светодиода
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.
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:
R = (Uист — Uн) / Iн
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.
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:
R = (Uист — Uн) / (n ⋅ Iн)
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.
Пример правильного подключения резистораМожно 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.
Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)
подбор сопротивления для 12 вольт
Основным параметром, влияющим на долговечность светодиода, является электрический ток, величина которого строго нормируется для каждого типа LED-элемента. Одним из распространенных способов ограничения максимального тока является использование ограничительного резистора. Резистор для светодиода можно рассчитать без применения сложных вычислений на основании закона Ома, используя технические значения параметров диода и напряжение в цепи включения.
Особенности включения светодиода
Работая по одинаковому принципу с выпрямительными диодами, светоизлучающие элементы, тем не менее, имеют отличительные особенности. Наиболее важные из них:
- Крайне отрицательная чувствительность к напряжению обратной полярности. Светодиод, включенный в цепь с нарушением правильной полярности, выходит из строя практически мгновенно.
- Узкий диапазон допустимого рабочего тока через p-n переход.
- Зависимость сопротивления перехода от температуры, что свойственно большинству полупроводниковых элементов.
На последнем пункте следует остановиться подробнее, поскольку он является основным для расчета гасящего резистора. В документации на излучающие элементы указывается допустимый диапазон номинального тока, при котором они сохраняют работоспособность и обеспечивают заданные характеристики излучения. Занижение величины не является фатальным, но приводит к некоторому снижению яркости. Начиная с некоторого предельного значения, прохождение тока через переход прекращается, и свечение будет отсутствовать.
Превышение тока сначала приводит к увеличению яркости свечения, но срок службы при этом резко сокращается. Дальнейшее повышение приводит к выходу элемента из строя. Таким образом, подбор резистора для светодиода преследует цель ограничить максимально допустимый ток в наихудших условиях.
Напряжение на полупроводниковом переходе ограничено физическими процессами на нем и находится в узком диапазоне около 1-2 В. Светоизлучающие диоды на 12 Вольт, часто устанавливаемые на автомобили, могут содержать цепочку последовательно соединенных элементов или ограничительную схему, включенную в конструкцию.
Зачем нужен резистор для светодиода
Использование ограничительных резисторов при включении светодиодов является пусть и не самым эффективным, зато самым простым и дешевым решением ограничить ток в допустимых пределах. Схемные решения, которые позволяют с высокой точностью стабилизировать ток в цепи излучателей достаточно сложны для повторения, а готовые имеют высокую стоимость.
Применение резисторов позволяет выполнять освещение и подсветку своими силами. Главное при этом — умение пользоваться измерительными приборами и минимальные навыки пайки. Грамотно рассчитанный ограничитель с учетом возможных допусков и колебаний температуры способен обеспечить нормальное функционирование светодиодов в течении всего заявленного срока службы при минимальных затратах.
Параллельное и последовательное включение светодиодов
С целью совмещения параметров цепей питания и характеристик светодиодов широко распространены последовательное и параллельное соединение нескольких элементов. У каждого типа соединений есть как достоинства, так и недостатки.
Параллельное включение
Достоинством такого соединения является использование всего одного ограничителя на всю цепь. Следует оговориться, что данное достоинство является единственным, поэтому параллельное соединение практически нигде не встречается, за исключением низкосортных промышленных изделий. Недостатки таковы:
- Мощность рассеивания на ограничительном элементе растет пропорционально количеству параллельно включенных светодиодов.
- Разброс параметров элементов приводит к неравномерности распределения токов.
- Перегорание одного из излучателей ведет к лавинообразному выходу из строя всех остальных ввиду увеличения падения напряжения на параллельно включенной группе.
Несколько увеличивает эксплуатационные свойства соединение, где ток через каждый излучающий элемент ограничивается отдельным резистором. Точнее, это является параллельным соединением отдельных цепей, состоящих из светодиодов с ограничительными резисторами. Основное достоинство — большая надежность, поскольку выход из строя одного или нескольких элементов никаким образом не отражается на работе остальных.
Недостатком является тот факт, что из-за разброса параметров светодиодов и технологического допуска на номинал сопротивлений яркость свечения отдельных элементов может сильно различаться. Такая схема содержит большое количество радиоэлементов.
Параллельное соединение с индивидуальными ограничителями находит применение в цепях с низким напряжением, начиная с минимального, ограниченного падением напряжения на p-n переходе.
Последовательное включение
Последовательное включение излучающих элементов получило самое широкое распространение, поскольку несомненным достоинством последовательной цепи является абсолютное равенство тока, проходящего через каждый элемент. Поскольку ток через единственный ограничительный резистор и через диод одинаков, то и рассеиваемая мощность будет минимальной.
Существенный недостаток — выход из строя хотя бы одного из элементов приведет к неработоспособности всей цепочки. Для последовательного соединения требуется повышенное напряжение, минимальное значение которого растет пропорционально количеству включенных элементов.
Смешанное включение
Использование большого количества излучателей возможно при выполнении смешанного соединения, когда используют несколько параллельно включенных цепочек, и последовательного соединения одного ограничительного резистора и нескольких светодиодов.
Перегорание одного из элементов приведет к неработоспособности только одной цепи, в которой установлен данный элемент. Остальные будут функционировать исправно.
Формулы расчета резистора
Расчет сопротивления резистора для светодиодов базируется на законе Ома. Исходными параметрами для того, как рассчитать резистор для светодиода, являются:
- напряжение цепи;
- рабочий ток светодиода;
- падение напряжения на излучающем диоде (напряжение питания светодиода).
Величина сопротивления определяется из выражения:
R = U/I,
где U — падение напряжения на резисторе, а I — прямой ток через светодиод.
Падение напряжения светодиода определяют из выражения:
U = Uпит — Uсв,
где Uпит — напряжение цепи, а Uсв — паспортное падение напряжения на излучающем диоде.
Расчет светодиода для резистора дает значение сопротивления, которое не будет находиться в стандартном ряду значений. Брать нужно резистор с сопротивлением, ближайшим к вычисленному значению с большей стороны. Таким образом учитывается возможное увеличение напряжения. Лучше взять значение, следующее в ряду сопротивлений. Это несколько уменьшит ток через диод и снизит яркость свечения, но при этом нивелируется любое изменение величины питающего напряжения и сопротивления диода (например, при изменении температуры).
Перед тем как выбрать значение сопротивления, следует оценить возможное снижение тока и яркости по сравнению с заданным по формуле:
(R — Rст)R•100%
Если полученное значение составляет менее 5%, то нужно взять большее сопротивление, если от 5 до 10%, то можно ограничиться меньшим.
Не менее важный параметр, сказывающийся на надежности работы — рассеиваемая мощность токоограничительного элемента. Ток, проходящий через участок с сопротивлением, вызывает его нагрев. Для определения мощности, которая будет рассеиваться, используют формулу:
P = U•U/R
Используют ограничивающий резистор, чья допустимая мощность рассеивания будет превосходить расчетную величину.
Пример:
Имеется светодиод с падением напряжения на нем 1.7 В с номинальным током 20 мА. Необходимо включить его в цепь с напряжением 12 В.
Падение напряжения на ограничительном резисторе составляет:
U = 12 — 1.7 = 10.3 В
Сопротивление резистора:
R = 10.3/0.02 = 515 Ом.
Ближайшее большее значение в стандартном ряду составляет 560 Ом. При таком значении уменьшение тока по сравнению с заданным составляет чуть менее 10%, поэтому большее значение брать нет необходимости.
Рассеиваемая мощность в ваттах:
P = 10.3•10.3/560 = 0.19 Вт
Таким образом, для данной цепи можно использовать элемент с допустимой мощностью рассеивания 0.25 Вт.
Подключение светодиодной ленты
Светодиодные ленты выпускаются на различное напряжение питания. На ленте располагается цепь из последовательно включенных диодов. Количество диодов и сопротивление ограничительных резисторов зависят от напряжения питания ленты.
Наиболее распространенные типы светодиодных лент предназначены для подключения в цепь с напряжением 12 В. Использование для работы большего значения напряжения здесь также возможно. Для правильного расчета резисторов необходимо знать ток, идущий через единичный участок ленты.
Увеличение длины ленты вызывает пропорциональное увеличение тока, поскольку минимальные участки технологически соединены параллельно. Например, если минимальная длина отрезка составляет 50 см, то на ленту 5м из 10 таких отрезков придется возросший в 10 раз ток потребления.
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.
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:
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.