Часто при изготовлении разнообразных устройств возникает необходимость использовать светодиоды и светодиодные индикаторы. Подключение светодиода к источнику питания выполняется, как правило, через ограничивающий ток резистор (гасящий резистор). Ниже описаны принципы и формулы для расчета гасящего резистора, а также небольшой калькулятор для быстрого подсчета.
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.
Простой калькулятор для расчета гасящего резистора
Инструкция
Определить номинальный ток светодиода опытным путем невозможно. Этот параметр прибора необходимо спросить у продавца при его покупке. Если известен тип диода, введите его в любую поисковую систему - есть вероятность, что на него найдутся справочные данные, в том числе и номинальный ток.
В случае, если никаких данных о светодиоде нет, можно считать, что у прибора в корпусе типа SMD номинальный ток равен 3 мА, у круглого диаметром 3 мм - 5 мА, у прямоугольного сечением 3 на 5 мм - 10 мА, у круглого диаметром 5 или 10 мм - 20 мА.
Падение напряжения на светодиоде зависит от его цвета. У инфракрасного оно составляет 1,2 В, у красного - 1,8, у зеленого - 2,2, у синего, белого и фиолетового - от 3 до 4.
Падение напряжения на токоограничительном резисторе определите по следующей формуле: Ur=Up-Ud, где:
Up - напряжение источника питания, В;
Ud - падение напряжения на светодиоде, В.
Для вычисления сопротивления
резистора воспользуйтесь законом Ома. Перед расчетом переведите номинальный ток светодиода в амперы, для чего его значение, выраженное в миллиамперах, поделите на 1000. Например, 20 мА=0,02 А. Затем определите номинал резистора по следующей формуле: R=Ur/Iном, где:
R - искомое сопротивление резистора, Ом,
Ur - падение напряжения на резисторе, рассчитанное по предыдущей формуле, В;
Iном - номинальный ток светодиода, А.
Последней операцией является вычисление мощности резистора. Для этого умножьте падение напряжение на резисторе на протекающий через него ток (также предварительно переведенный в амперы): P=Ur*Iном, где:
Ur - падение напряжения на резисторе, В;
Iном - номинальный ток светодиода, А.Использовать резистор большей мощности можно, меньшей - нельзя.
Для повышения общего коэффициента полезного действия системы при слишком большом напряжении питания светодиоды с одинаковым номинальным током можно соединять в последовательные группы таким образом, чтобы на эту цепочку приходилось около 2/3 напряжения питания, а на резистор - порядка 1/3. В этом случае, перед выполнением расчета номинальные напряжения диодов необходимо сложить.
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.
Инструкция
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.
Сегодня светодиоды применяются повсюду: в качестве индикаторов, элементов подсветки, в карманных фонариках и даже светофорах. Существуют тысячи моделей этих приборов. На их базе в домашних условиях можно легко собрать занимательные устройства. Светодиоды свободно продаются в магазинах радиодеталей. В отличие от ламп накаливания, их нельзя подключать напрямую к источнику тока - светодиоды выходят из строя. Нужен ограничительный резистор. Поэтому вопрос о том, как рассчитать сопротивление к светодиоду встает сразу же перед его использованием.
Вам понадобится
- Справочник по светоизлучающим полупроводниковым приборам, знание стандартных номиналов сопротивлений резисторов (ряды E6, E12, E24, E48), либо доступ в интернет для получения необходимых данных. Листок бумаги с ручкой или калькулятор.
Инструкция
Узнайте электротехнические параметры используемого светодиода. Для расчета сопротивления резистора, необходимо узнать прямое напряжение и номинальный ток прибора. Зная модель, в справочнике или в интернете найдите требуемые параметры. Запомните или запишите их значения.
Определите напряжение источника питания, от которого будет запитан светодиод. Если в качестве источника питания предполагается использование гальванических элементов или аккумуляторов, узнайте их номинальное напряжение. Если светодиод должен питаться от цепей с большим разбросом напряжения (например, электросеть автомобиля), определите максимально возможное напряжение цепи.
Рассчитайте сопротивление к светодиоду . Произведите вычисление по формуле R = (Vs - Vd) / I, где Vs - напряжение источника питания, Vd - прямое напряжение светодиода, а I - его номинальный ток. Подберите ближайшее большее значение сопротивления в одном из номинальных рядов сопротивлений. Имеет смысл использовать ряд E12. Допуск в номиналах сопротивлений данного ряда составляет 10%. Так, если расчетное значение сопротивления R = 1011 Ом, в качестве реального сопротивления необходимо выбрать значение 1200 Ом.
Рассчитайте минимальную необходимую мощность гасящего резистора. Вычислите значение по формуле P = (Vs - Vd)² / R. Значения переменных Vs и Vd аналогичны значениям предыдущего шага. Значение R - это сопротивление , вычисленное ранее.
Обратите внимание
Не включайте светодиоды параллельно, используя один гасящий резистор. Из-за естественного разброса параметров приборов, на некоторые из них будет приходиться повышенная нагрузка, что может стать причиной выхода их из строя.
Если модель светодиода не известна, можно использовать резистор с переменным сопротивлением для экспериментального определения требуемого значения.
Источники:
- как рассчитать резистор для светодиода
При работе с устройствами, снабженными генераторами, часто приходится определять величину индуктивного сопротивления. Первостепенная причина тому, безусловно, поломка, но искать величину придется и в том случае, если вы решите подключить какое-то дополнительное устройство.
Инструкция
Индуктивное сопротивление X (L) образуется в результате изменения ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции в отдельном элементе электрической цепи. Так, по направлению к нарастающему току от генератора направляется ток самоиндукции катушки, который образуется под действием изменения как его самого, так и его магнитного поля. Эти две силы взаимодействуют и противодействуют друг другу. Индуктивное сопротивление - и есть это противодействие токов самоиндукции катушки и генератора.
Расчет резистора для светодиода довольно прост и занимает минимум времени. Кроме того существуют множество онлайн калькуляторов, которые помогают выполнить подобные расчеты. Однако, я считаю, что гораздо полезнее самому разобраться в этом вопросе, понять физику протекающих процессов и собственноручно выполнять подобные расчеты. Этим мы и займемся в данной статье.
Светодиоды являются универсальными приборами. Они могут использоваться в качестве индикации, либо просто могут быть полноценными осветительными приборами.
У практикующих начинающих электронщиков довольно часто возникает ситуация, когда нужно запитать светодиод от источника питания, напряжение которого значительно превышает номинальное напряжение светодиода (рис. 1 ). Например, напряжение аккумуляторной батареи 12 В , а светодиод на 2 В (рис. 2 ) Если на светодиод подать такое напряжение, то он попросту сгорит. Или когда светодиод используется в качестве индикатора напряжения 220 В . Без применения специальных мер, при подключении на прямую, он также выйдет из строя.
Рис. 1 — Схема подключения светодиода через резистор
Рис. 2 — Схема прямого подключения светодиода к источнику напряжения
Для того, чтобы снизить напряжение на светодиоде и ограничить ток в его цепи, нужно последовательно с ним соединить резистор (рис. 3 ). Давайте рассчитаем параметры этого резистора. Такая методика подойдет для любого светодиода при любом напряжении источника питания.
Рис. 3 — Соединение резистора со светодиодом
Расчет выполним на примере светодиода типа АЛ307 (рис. 4 ). Номинальное напряжение его Uсд = 2 В , а ток Iсд = 10 мА = 0,01 А. Питать светодиод мы будем в первом случае от Uип1 = 12 В , а во втором – от Uип1 = 5 В , поскольку такие величины напряжения наиболее распространены. Этих трех параметров нам достаточно знать, чтобы рассчитать сопротивление R для светодиода.
Рис. 4 — Светодиод АЛ307. Внешний вид
Выпишем исходные данные.
Uип1 = 12 В;
Uип2 = 5 В;
Uсд = 2 В;
Iсд = 10 мА = 0,01 А.
Сначала находим величину напряжения ΔU R , какую должен погасить резистор, т. е. находим падение напряжения на резисторе. Оно равно разнице напряжений источника питания и светодиода:
ΔUR = Uип – Uсд;
ΔUR = 12 – 2 = 10 В.
Т. е. на резисторе должно погаситься 10 В . Сопротивление резистора R равно отношению падения напряжения на нем ΔU R к току (рис. 5 ):
R = ΔUR/Iсд;
R = 10/0,01 = 1000 Ом = 1 кОм.
Рис. 5 — Сопротивление резистора для светодиода при Uип1 = 12 В
Определим сопротивление для светодиода при питании от источника напряжения 5 В .
Uип = 5 В;
Uсд = 2 В;
Iсд = 10 мА = 0,01 А.
Падение напряжения на резисторе:
ΔU R = Uип – Uсд;
ΔU R = 5 – 2 = 3 В.
Сопротивление (рис. 6 ):
R = ΔU R /Iсд;
R = 3/0,01 = 300 Ом.
Рис. 6 — Сопротивление резистора для светодиода при Uип2 = 5 В
И так, сопротивления резисторов мы определили. Однако знание его величины еще не достаточно, чтобы включить резистор в цепь. Также очень важным параметром является мощность рассеивания, которая выделяется резистором в виде тепла вследствие протекания через него тока.
Расчет мощности резистора для светодиода
Существуют стандартные . Визуально мощность рассеивания резистора можно определить по размеру (рис. 7, 8 ). Чем больше размер резистора, тем большую мощность он способен рассеять.
Рис. 7 — Резистор с мощность рассеивания 0,125 Вт
Рис. 8 — Резистор с мощность рассеивания 1 Вт
Чтобы окончательно определимся с выбором резистора рассчитаем его мощность рассеивания P , которая равна произведению напряжения, приложенного к резистору ΔU R , на ток Iсд , протекающий через него.
P = UI = U 2 /R = I 2 R.
P1 = 0,01 2 ·300 = 0,03 Вт.
P2 = 0,01 2 ·1000 = 0,1 Вт.
Как видно, в обеих случаях нам подойдет резистор с мощностью рассеивания 0,125 Вт или больше.
Давайте подытожим алгоритм расчета резистора для светодиода.
- Определяем падение напряжения на резисторе.
- Находим сопротивление.
- Рассчитываем мощность рассеивания.
Являясь полупроводниковым прибором отличается нелинейностью вольт-амперной характеристики (ВАХ); зависимость тока от напряжения носит экспоненциальный характер. Даже небольшое превышение напряжения питания может вызвать появление тока, способного вывести светодиод (далее СД) из строя.
Поэтому, для ограничения тока в качестве гасящего балласта применяют обычный резистор, от правильного расчета сопротивления которого зависит работа светодиода и срок его службы.
При питающем напряжении, превышающем рабочий диапазон напряжения СД может попросту сгореть, при заниженном - либо светиться “вполнакала”, либо совсем не включится.
Калькулятор расчета сопротивления резисторов для светодиодов
Калькулятор может быть использован для расчета сопротивления резистора для одного или нескольких, соединенных последовательно светодиодов (!). Номинал сопротивления резистора выбирается из ближайшего большего значения стандартного ряда.
При расчете на предложенном калькуляторе используются такие исходные данные как количество СД в цепи и схема их включения, а также прямое напряжение, ток СД и значение питающего напряжения.
Для определения прямого напряжения а тока СД в случае отсутствия технической документации прямое напряжение может быть определено исходя из цвета свечения диода (см. табл. ниже). Следует обратить внимание, что приведенные в таблице значения прямого напряжения будут верны для СД, рассчитанных на 20 mA.
Схемы подключения светодиодов
Если для последовательного подключения нескольких светодиодов к источнику питания для ограничения тока достаточно одного резистора, то при параллельном подключении следуем избегать использования одного гасящего резистора (см. схемы).
Связано это с тем, что из-за даже небольшой разности собственных сопротивлений СД для корректной работы каждого требуется индивидуальное значение напряжения.
В противном случае один или несколько светодиодов будут светиться заметно ярче остальных, потребляя, соответственно больше тока, что чревато ускорением процесса деградации кристаллов диодов и быстрым выходом их из строя.
Поэтому, при параллельном подключении для каждого СД следует предусмотреть свой токоограничивающий резистор.
Говоря о подключении СД нельзя не упомянуть об обязательности соблюдения полярности подключения: к аноду диода должен подключаться “плюсовой”, к катоду - “минусовой” проводники от источника питания.
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.
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.
осуществлена с применением букв и цифр, с помощью которых можно определить качественные характеристики устройств.
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
