Как найти резистор для светодиода

«НАЗАД12

Светодиоды разных оттенков цвета имеют разные по величине прямые рабочие напряжения. Они задаются выбором токоограничивающего сопротивления светодиода. Чтобы вывести световой прибор на номинальный режим, нужно запитать p-n переход рабочим током. Для этого производят расчет резистора для светодиода.

Таблица напряжения светодиодов в зависимости от цвета

Рабочие напряжения светодиодов разные. Они зависят от материалов полупроводникового p-n перехода и связаны с длиной волны излучения света, т.е. оттенка цвета свечения.

Таблица номинальных режимов разных оттенков цвета для расчета гасящего сопротивления приведена ниже.

Цвет свечения	Прямое напряжение, В
Оттенки белого	3–3,7
Красный	1,6-2,03
Оранжевый	2,03-2,1
Желтый	2,1-2,2
Зеленый	2,2-3,5
Синий	2,5-3,7
Фиолетовый	2,8-4,04
Инфракрасный	Не более 1,9
Ультрафиолетовый	3,1-4,4

Из таблицы видно, что на 3 вольта можно включать излучатели всех видов свечения, кроме устройств с белым оттенком, частично фиолетовых и всех ультрафиолетовых. Это вязано с тем, что нужно какую-то часть напряжения источника питания «израсходовать» на ограничение тока через кристалл.

При источниках питания 5, 9 или 12 В можно питать единичные диоды или последовательные их цепочки из 3 и 5-6 штук.

Но небывалая для источников света длительность их работы от 30-50 до 130-150 тысяч часов оправдывает падение надежности, т.к. от нее зависит срок службы устройства. Даже 30-50 тыс. часов работы по 5 часов в сутки – 4 часа вечером и 1 утром каждый день — это 16-27 лет работы. За это время большинство светильников морально устареет и будет утилизировано. Поэтому последовательное соединение широко используется всеми производителями светодиодных устройств.

Онлайн калькулятор для расчета светодиодов

Для автоматического расчета понадобятся следующие данные:

• напряжение источника или блока питания, В;
• номинальное прямое напряжение устройства, В;
• прямой номинальный рабочий ток, мА;
• количество светодиодов в цепочке или включенных параллельно;
• схема подключения светодиода(ов).

Исходные данные можно взять из паспорта диода.

После введения их в соответствующие окна калькулятора нажмите на кнопку «Рассчитать» и получите номинальное значение резистора и его мощность.

Расчет величины резистора-токоограничителя

На практике используют два вида расчета – графический, по ВАХ – вольтамперной характеристике конкретного диода, и математический – по его паспортным данным.

На рисунке:

• Е – источник питания, имеющий на выходе величину Е;
• «+»/«–» – полярность подключения светодиода: «+» – анод, на схемах показывается треугольником, «-» – катод, на схемах – поперечная черточка;
• R – токоограничивающее сопротивление;
• U_led – прямое, оно же рабочее напряжение;
• I – рабочий ток через прибор;
• напряжение на резисторе обозначим как U_R.

Тогда схема для расчета примет вид:

Рассчитаем сопротивление для ограничения тока. Напряжение U в цепи распределится так:

U = U_R + U_led или U_R + I × R_led, в вольтах,

где R_led – внутреннее дифференциальное сопротивление p-n перехода.

Математическими преобразованиями получаем формулу:

R = (U-U_led)/I, в Ом.

Величину U_led можно подобрать из паспортных значений.

Проведем расчет величины токоограничивающего резистора для LED производства компании Cree модели Cree XM–L, имеющий бин T6.

Его паспортные данные: типовое номинальное U_LED = 2,9 В, максимальное U_LED = 3,5 В, рабочий ток I_LED=0,7 А.

Для расчета используем U_LED = 2,9 В.

R = (U-U_led)/I = (5-2,9)/0,7 = 3 Ом.

Рассчитанная величина равна 3 Ом. Выбираем элемент с допуском точности ± 5%. Этой точности с избытком хватит чтобы установить рабочую точку на 700 мА.

Рассчитаем требуемую мощность рассеивания для этого резистора:

P = I² × R = 0,7² × 3 = 1,47 Вт

Для надежности округлим ее до ближайшей большей величины – 2 Вт.

Схемы последовательного и параллельного включения LED широко используются и показывают особенности этих видов соединения. Последовательное включение одинаковых элементов делит напряжение источника поровну между ними. При разных внутренних сопротивлениях – пропорционально сопротивлениям. При параллельном соединении напряжение одинаковое, а ток – обратно пропорционален внутренним сопротивлениям элементов.

При последовательном соединении LED

При последовательном соединении первый в цепочке диод анодом соединен с «+» источника питания, а катодом – с анодом второго диода. И так до последнего в цепочке, катод которого соединен с «-» источника. Ток в последовательной цепи один и тот же во всех ее элементах. Т.е. через любой световой прибор он одной и той же величины. Внутреннее сопротивление открытого, т.е. излучающего свет кристалла, составляет десятки или сотни ом. Если через цепочку течет 15-20 мА при сопротивлении 100 Ом, то на каждом элементе будет по 1,5-2 В. Сумма напряжений на всех приборах должна быть меньше, чем у источника питания. Разницу обычно гасят специальным резистором, который выполняет две функции:

• ограничивает номинальный рабочий ток;
• обеспечивает номинальное прямое напряжение на светодиоде.

При параллельном соединении

Параллельное включение может быть выполнено двумя способами.

Верхняя картинка показывает как включать не желательно. При таком подключении одно сопротивление обеспечит равенство токов только при идеальных кристаллах и одинаковой длине подводящих проводников. Но разброс параметров полупроводниковых приборов при изготовлении не позволяет сделать их одинаковыми. А подбор одинаковых – резко увеличивает цену. Разница может достигать 50-70% и более. Собрав конструкцию, получите разницу в свечении не менее 50-70%. Кроме того, выход из строя одного излучателя изменит работу всех: при обрыве цепи один погаснет, остальные станут светить ярче на 33% и станут больше греться. Перегрев будет способствовать их деградации – изменению оттенка свечения и уменьшению яркости.

Нижний вариант позволяет задать нужную рабочую точку любого диода даже при их разной номинальной мощности.

На напряжение 4,5 В последовательно подсоединяют по три LED-элемента и одно токоограничивающее сопротивление. Получившиеся цепочки соединяют параллельно. Через каждый диод течет 20 мА, а через все вместе – 60 мА. На каждом из них получается меньше, чем 1,5 В, а на токоограничителе – не менее, чем 0,2-0,5 В. Интересно, что если использовать источник питания 4,5 В, то с ним работать смогут только инфракрасные диоды с прямым напряжением менее 1,5 В, или нужно увеличивать питание хотя бы до 5 В.

Непосредственно параллельное соединение LED-элементов (верхняя часть схемы) использовать не рекомендуется из-за разброса параметров в 30-50% и более. Используют схему с индивидуальными сопротивлениями на каждый диод (нижняя часть) и соединяют уже пары диод-резистор параллельно.

Когда один светодиод

Резистор для одиночного LED используется только при их мощностях до 50-100 мВт. При больших значениях мощности заметно уменьшается КПД схемы питания.

Если прямое рабочее напряжение диода значительно меньше напряжения источника питания, применение ограничительного резистора ведет к большим потерям. Электроэнергия высокого качества и стабильности, с тщательно отфильтрованными пульсациями, обеспеченная 3-5 видами защиты блока питания не преобразуется в свет, а просто пассивно рассеивается в виде тепла.

Использование токоограничивающего резистора для задания рабочих характеристик светодиода – простой и надежный способ обеспечить его работу в оптимальном режиме.

Видео-примеры простейшего расчета сопротивления.

Но при мощности диода более сотни милливатт нужно применять автономные или встроенные источники стабилизации тока или драйверы.

Любой светодиод имеет маленькое сопротивление. Если его подключить прямо к блоку питания, он немедленно перегорит, так как сила тока будет слишком высока. Провода, которыми он подключается к внешним выводам сделаны из меди или золота и не могут выдержать скачка тока. Именно поэтому важно правильно произвести расчет резистора для светодиода.

От правильности произведенного расчета зависит сколько долго будет работать данный светодиод. Если резистор имеет недостаточное сопротивление, светодиод может перегореть, если же наоборот, сила тока будет меньше номинальной, лампочка будет иметь тусклый свет. Для того чтобы провести расчеты, существуют специальные формулы и сделать это не сложно. Кроме того, существуют специальные программы, которые автоматически произведут все необходимые расчеты на основании введенных данных.

В данной статье будут рассмотрены все аспекты и тонкости произведения подобных расчетов. Также в качестве бонуса в статье присутствует видеоролик на данную тему и научная статья, которою можно скачать.

Результат расчёта

Как правило окажется, что резисторы с таким номиналом не выпускаются, и вам будет показан ближайший стандартный номинал. Если не удаётся сделать точный подбор сопротивления, то используйте больший номинал. Подходящий номинал можно сделать подключая сопротивление параллельно или последовательно. Расчет сопротивления для светодиода можно не делать, если использовать мощный переменный или подстроечный резистор. Наиболее распространены типа 3296 на 0,5W. При использовании питания на 12В, последовательно можно подключить до 3 LED.

Резисторы бывают разного класса точности, 10%, 5%, 1%. То есть их сопротивление может погрешность в этих пределах в положительную или отрицательную сторону. Не забываем учитывать и мощность токоограничивающего резистора, это его способность рассеивать определенное количество тепла. Если она будет мала, то он перегреется и выйдет из строя, тем самым разорвав электрическую цепь. Чтобы определить полярность можно подать небольшое напряжение или использовать функцию проверки диодов на мультиметре. Отличается от режима измерения сопротивления, обычно подаётся от 2В до 3В.

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно.

Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В. Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения цвета:

• синий;
• красный;
• зелёный;
• желтый;
• трёхцветный RGB;
• четырёхцветный RGBW;
• двухцветный;
• теплый и холодный белый.

Прежде чем подобрать резистор для светодиода на онлайн калькуляторе, следует убедится в параметрах диодов. Китайцы на Aliexpress продают множество led, выдавая их за фирменные. Наиболее популярны модели SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Например, чаще всего китайцы обманывают на SMD5630 и SMD5730. Цифры в маркировке обозначают лишь размер корпуса 5,6мм на 3,0мм.

[stextbox id=’info’]В фирменных такой большой корпус используется для установки мощных кристаллов на 0,5W , поэтому у покупателей диодов СМД5630 напрямую ассоциируется с мощностью 0,5W. Хитрый китаец этим пользуется, и в корпус 5630 устанавливает дешевый и слабенький кристалл в среднем на 0,1W , при этом указывая потребление энергии 0,5W.[/stextbox]

Наглядным примером будут автомобильные лампы и светодиодные кукурузы, в которых поставлено большое количество слабеньких и некачественных ЛЕД чипов. Обычный покупатель считает, чем больше светодиодов чем лучше светит и выше мощность. Автомобильные лампы на самых слабых лед 0,1W Чтобы сэкономить денежку, мои светодиодные коллеги ищут приличные ЛЕД на Aliexpress. Ищут хорошего продавца, который обещает определённые параметры, заказывают , ждут доставку месяц. После тестов оказывается, что китайский продавец обманул, продал барахло. Повезёт, если на седьмой раз придут приличные диоды, а не барахло. Обычно сделают 5 заказов, и не добившись результата и идут делать заказ в отечественный магазин, который может сделать обмен.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

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. 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, долдны 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).

[stextbox id=’alert’]Избегайте подключения светодиодов в параллели![/stextbox]

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.

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

Расчёт резистора для светодиода

Расчёт резистора для светодиода – очень важный момент перед подключением светодиода к источнику питания. Ведь от этого зависит то, как будет работать светодиод. Если резистор будет иметь слишком маленькое сопротивление, то светодиод может выйти из строя (перегореть), а если сопротивление будет слишком велико, то светодиод будет излучать свет слабо. Расчёт резистора для светодиода производится по следующей формуле:

• R = (V_S – V_L) / I
• V_S – напряжение источника питания (В).
• V_L – напряжение питания светодиода (обычно 2 вольта и 4 вольта для голубых и белых светодиодов).
• I – ток светодиода (например 10 мА = 0.01 А или 20 мА = 0.02 А)

[stextbox id=’info’]Убедитесь, что выбранный вами электрический ток меньше максимального, на который рассчитан светодиод. Переведите эту величину из миллиампер в амперы. Таким образом результатом вычисления будет величина сопротивления резистора в омах (Ом). Если рассчитанная величина сопротивления резистора не совпадает со стандартным номиналом резисторов, необходимо выбрать ближайший больший номинал. [/stextbox]

Впрочем, Вы можете изначально захотеть выбрать несколько большее сопротивление, для экономии электричества например. Но надо помнить, что излучение светодиода в этом случае будет менее ярким. Если напряжение источника питания = 9 Вольт и у Вас красный светодиод (VL = 2V), требуемый ток I = 20 мА = 0.02A, R = (9V – 2V) / 0.02A = 350 Ом. Необходимо выбрать резистор сопротивлением 390 Ом (ближайшее большее значение).

 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. Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны.

При последовательном соединении надо учитывать падение напряжения на каждом диоде, эту сумму сложить и из напряжения питания вычесть вышеозначенную сумму и уже для неё посчитать ток, еа который рассчитан один светодиод. При параллельном несколько сложнее, когда ставишь в параллель второй диод, резистор, необходимый для одного, делишь пополам, а когда три – тогда номинал резистора для двух диодов надо умножить на 0.7, когда четыре диода – номинал для трёх умножаешь на 0.69, для пяти – номинал для четырёх умножаешь на 0.68 и т.д.

При последовательном соединении мощность резистора как для одного диода, независимо от количества, а при параллельном, при каждом добавлении диода, мощность надо пропорционально увеличивать. Только в параллельном и последовательном соединении должны быть диоды одного типа. Но я всегда ставлю на каждый диод свой резистор, потому как диоды имеют довольно большой разброс параметров. И, как показывает практика, обязательно находится слабое звено.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

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. 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.

При подключении светодиодов не нужно забывать что они имеют полярность. Для определения полярности светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или же омметр. Использование гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов, при питании мощных светодиодов нужно использовать специальные LED-драйверы и стабилизаторы.

Программы для расчета сопротивления

При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным. Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления.

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

В данной статье были рассмотрены основные вопросы расчета подключения светодиодов посредством резистора. По ссылке можно скачать статью “Как рассчитать резистор для подключения светодиодов”.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.led-obzor.ru

www.www.casemods.ru

www.katod-anod.ru

www.radiostorage.net

www.ledno.ru

Предыдущая

РезисторыЧто такое делитель напряжения и как он используется на резисторах?

Следующая

РезисторыКак отличается параллельное и последовательное соединение резисторов?

Расчет резистора для светодиода выполняется довольно просто, быстро и не содержит ничего «военного», только закон Ома. Хотя во всемирной сети существует множество онлайн-калькуляторов, помогающие определить различные параметры, но, по моему личному мнению, лучше один раз разобраться самому и понять физику процесса, чем слепо пользоваться подобными калькуляторами.

Самый частый пример – это подключение светодиода к источнику питания с напряжением 5 В, например к USB порту компьютера. Второй пример – подключение к аккумуляторной батарее автомобиля, номинальное значение напряжения которой 12 В. Если к такому источнику питания напрямую подсоединить полупроводниковый прибор, то последний попросту выйдет из строя под действием протекающего тока, превышающего допустимое значение, ‑ произойдет тепловой пробой полупроводникового кристалла. Поэтому нужно ограничивать величину тока.

С целью лучшей наглядности возьмем два типа светодиодов с наиболее распространенными характеристиками:

напряжение:

U_VD1 = 2,2 В;

U_VD2 = 3,5 В;

ток:

I_VD1 = 0,01 А;

I_VD2 = 0,02 А.

Расчет резистора для светодиода

Определим сопротивление R_1,5 для VD₁ при Uип = 5 В.

Для расчета величины сопротивления, согласно закону Ома нужно знать ток и напряжение:

R=U/I.

Величина тока, протекающего в цепи и в том числе через VD нам известна из заданного условия I_VD1 = 0,01 А, поэтому следует определить падение напряжения на R_1,5. Оно равно разности подведенного Uип = 5 В и падения напряжения на светодиоде U_VD1 = 2,2 В:

Теперь находим R_1,5

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в сторону увеличения, поэтому принимаем R_1,5 = 300 Ом.

Таким же образом выполним расчет R для VD₂:

Произведем аналогичные вычисления при значении Uип = 12 В.

Принимаем R_1,12 = 1000 Ом = 1 кОм.

Принимаем R_2,12 = 430 Ом.

Для удобства выпишем полученные значения сопротивлений всех резисторов:

Следует заметить, что сопротивление, выбранное из стандартного ряда, превышает расчетное, поэтому ток в цепи будет насколько снижен. Однако этим снижением можно пренебречь в виде его малого значения.

Расчет мощности рассеивания

Определить сопротивление – это только полдела. Еще резистор характеризуется важным параметром, который называется мощность рассеивания P – это мощность, которую он способен выдержать длительное время, при этом, не перегреваясь выше определенной температуры. Она зависит ток в квадрате, так как последний протекая в цепи, вызывает нагрев ее элементов.

P = I²R.

Визуально резистор более высокой Р отличается большими размерами.

Выполним расчет P для всех 4-х резисторов:

Из стандартного ряда мощностей выбираем ближайшие номиналы в сторону увеличения: первые три сопротивления можно взять с мощностью рассеивания 0,125 Вт, а четвертый – с 0,250 Вт.

Запишем общий расчет резистора для светодиода. Следует определить всего три параметра:

1) падение напряжения

2) сопротивление

3) мощность рассеивания.

Как видно, понять и запомнить данный алгоритм достаточно просто. Теперь, в случае применения специальных калькулятор, вы будете понимать, что и как они считают. Кстати, алгоритмы многих подобных калькуляторов не учитывают стандартный ряд номинальных значений, поэтому будьте внимательны, а лучше считайте все сами – это очень полезно делать для приобретения ценного опыта.

Зачем использовать резистор при подключении светодиода

При подключении светодиода к источнику питания без использования резистора могут возникнуть проблемы из-за того, что светодиод имеет нелинейную вольт-амперную характеристику. Это означает, что светодиод не подчиняется закону Ома, который утверждает, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

При прямом подключении светодиода к источнику питания, ток в цепи будет сильно возрастать с ростом напряжения, что может привести к перегреву и выходу из строя светодиода. Резистор же ограничивает ток, регулируя напряжение на светодиоде и защищая его от перегрева и выхода из строя.

Напряжение светодиода (V) является критическим параметром при расчете резистора, так как это напряжение определяет, какой ток будет течь через светодиод при заданном значении сопротивления резистора.

Подбирая правильное значение резистора, можно добиться оптимальной яркости светодиода и его стабильной работы. Поэтому использование резистора является необходимым условием при подключении светодиода к источнику питания.

Принципов работы светодиода

Светодиод (LED) — это полупроводниковый элемент, который преобразует электрическую энергию в свет. Он состоит из полупроводникового материала (обычно кристалла кремния или германия), который содержит примеси других элементов, что создает p- и n-области с разными типами проводимости.

Когда на светодиод подается электрический ток в правильном направлении, то электроны в n-области идут на стык с p-областью, где они рекомбинируют с дырками, выделяя энергию в виде фотонов света. Фотоны движутся в определенном направлении, формируя луч света. Цвет свечения светодиода зависит от материала и примесей, используемых при его изготовлении.

Светодиоды имеют ряд преимуществ перед другими источниками света, так как они потребляют меньше энергии, имеют более длительный срок службы и могут быстро включаться и выключаться. Они также могут быть использованы в различных приложениях, таких как освещение, дисплеи и световые индикаторы.

Однако, при подключении светодиода необходимо учитывать его нелинейную вольт-амперную характеристику, а также правильно подобрать резистор для ограничения тока и защиты светодиода от перегрева и выхода из строя.

Почему светодиод нуждается в ограничении тока

Светодиоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику, которая означает, что ток в цепи не увеличивается пропорционально напряжению. Например, при небольшом изменении напряжения на светодиоде, ток в цепи может значительно увеличиться, что приводит к перегреву и выходу светодиода из строя.

Поэтому светодиоды нуждаются в ограничении тока, чтобы защитить их от перегрева и выхода из строя. Резистор, подключенный в серии с светодиодом, может использоваться для ограничения тока, так как он создает сопротивление в цепи, которое регулирует ток и напряжение на светодиоде.

Подбор правильного значения резистора очень важен для правильной работы светодиода. Слишком большой резистор может привести к тому, что светодиод будет слишком тусклым, а слишком маленький резистор может привести к перегреву и выходу светодиода из строя. Поэтому необходимо правильно рассчитать значение резистора, чтобы обеспечить оптимальную яркость светодиода и его безопасную работу.

Как выбрать значение тока для светодиода

Значение тока для светодиода должно быть выбрано в соответствии с его максимальной рекомендуемой силой тока (имеется в виду максимальное значение тока, при котором светодиод может работать безопасно и долговечно). Эта информация обычно указана в даташите на светодиод, который можно найти на сайте производителя или у продавца.

Обычно для большинства светодиодов рекомендуемый ток составляет от 10 до 30 мА. Однако, если вы хотите использовать светодиод с меньшей яркостью или более высокой яркостью, то рекомендуемый ток может быть различным. Например, для светодиодов с высокой яркостью рекомендуемый ток может быть более высоким.

После того, как вы узнали максимально рекомендуемый ток для своего светодиода, вы можете рассчитать значение резистора, необходимого для ограничения тока. Расчет резистора будет зависеть от напряжения питания цепи и напряжения на светодиоде. Обычно используется формула:

R = (V питания — V светодиода) / I,

где R — значение резистора в омах, Vпитания — напряжение питания цепи в вольтах, V светодиода — напряжение на светодиоде в вольтах (обычно указано в даташите на светодиод), I — значение тока в амперах (в данном случае максимально рекомендуемый ток).

После того, как вы рассчитали значение резистора, выберите ближайшее стандартное значение резистора. Если вы не можете найти точное значение резистора, выберите значение ближайшее к рассчитанному, но не меньше него, так как меньший резистор может привести к перегреву и выходу светодиода из строя.

Рекомендованные токи

Рекомендованные токи для светодиодов могут варьироваться в зависимости от их типа, размера, яркости и других характеристик. Во многих случаях производители светодиодов указывают рекомендуемые значения тока в даташите на свои продукты.

Вот несколько типов светодиодов и их обычные рекомендуемые значения тока:

• Стандартные светодиоды: рекомендуемый ток от 10 до 20 мА.
• Светодиоды с высокой яркостью (High Brightness LED): рекомендуемый ток от 20 до 50 мА.
• Светодиоды мощности: рекомендуемый ток от 100 до 700 мА.
• RGB-светодиоды (светодиоды, способные создавать различные цвета): рекомендуемый ток зависит от цвета, но обычно составляет от 10 до 20 мА для каждого цвета.

Для уменьшения мощности резистора можно использовать несколько светодиодов, подключенных последовательно. В этом случае необходимо учитывать суммарное напряжение светодиодов и применять соответствующее значение сопротивления резистора.

Следует отметить, что увеличение тока, протекающего через светодиод, увеличивает яркость, но также может повлечь за собой повышенное выделение тепла и сократить срок службы светодиода. Поэтому необходимо следовать рекомендациям производителя и не превышать максимально допустимый ток, указанный в даташите на светодиод.

Также следует помнить, что яркость светодиода может варьироваться в зависимости от его цвета, волны длины и других факторов. Для достижения желаемой яркости светодиода можно изменить значение тока или использовать более яркий светодиод.

При использовании светодиодов разных цветов необходимо учитывать различия в их параметрах. Например, красные светодиоды имеют меньшее напряжение, чем зеленые или синие светодиоды, что может потребовать использования более низкого значения сопротивления резистора.

Примера выбора тока

Рассмотрим конкретный пример выбора тока для светодиода. Допустим, у нас есть светодиод с характеристиками, указанными в таблице ниже:

Характеристика	Значение
Напряжение прямого смещения (Vf)	2,1 В
Максимальный ток (Imax)	30 мА
Яркость (l)	1000 мкД

Первым шагом необходимо определить рекомендуемый ток для данного светодиода. Для этого мы можем обратиться к даташиту на данный светодиод или использовать общие рекомендации, указанные выше.

Для данного примера, допустим, мы выбрали рекомендованный ток в 20 мА. Теперь мы можем рассчитать необходимое сопротивление, чтобы ограничить ток до 20 мА при подключении светодиода к источнику питания с напряжением 5 В.

Сопротивление можно рассчитать по формуле:

R = (V_supply — V_f) / I

где:

• V_supply — напряжение источника питания
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод

В нашем случае:

R = (5 В — 2,1 В) / 0,02 А = 145 Ом

Таким образом, мы можем использовать резистор с сопротивлением 145 Ом, чтобы ограничить ток до 20 мА при подключении данного светодиода к источнику питания с напряжением 5 В.

Если мы захотим увеличить яркость светодиода, мы можем увеличить ток. Но важно помнить, что увеличение тока также может повлечь за собой увеличение выделения тепла и сократить срок службы светодиода, поэтому необходимо следовать рекомендациям производителя и не превышать максимально допустимый ток, указанный в даташите на светодиод.

Как выбрать значение резистора для светодиода

Для выбора значения резистора для светодиода, необходимо знать напряжение прямого смещения светодиода (V_f), максимальный ток, который он может принимать (I_max), а также напряжение источника питания (V_supply).

Одним из самых простых способов выбора значения резистора для светодиода является использование формулы Ома:

R = (V_supply — V_f) / I

где:

• R — сопротивление резистора в Омах
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода в вольтах
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод в амперах
• V_supply — напряжение источника питания в вольтах

Таким образом, мы можем выбрать желаемый ток, который хотим пропустить через светодиод, затем рассчитать необходимое сопротивление резистора. Очень важно выбирать резистор с ближайшим к полученному значением сопротивления в доступном диапазоне, так как это позволяет обеспечить стабильность тока через светодиод.

Например, если у нас есть светодиод с напряжением прямого смещения 2 В, максимальным током 20 мА, а источник питания имеет напряжение 5 В, то мы можем выбрать ток 10 мА и рассчитать значение резистора следующим образом:

R = (5 В — 2 В) / 0.01 А = 300 Ом

В данном примере, мы можем использовать резистор сопротивлением 300 Ом, чтобы ограничить ток через светодиод до 10 мА. Если резистор с таким значением не доступен, то следует выбрать доступное значение сопротивления, ближайшее к рассчитанному.

Формулы расчета резистора

Для расчета значения резистора, необходимого для ограничения тока через светодиод, можно использовать несколько формул.

1. Формула Ома:

Наиболее простой и распространенный способ расчета резистора — использование формулы Ома:

R = (V_supply — V_f) / I

где:

• R — сопротивление резистора в Омах
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода в вольтах
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод в амперах
• V_supply — напряжение источника питания в вольтах

1. Формула для расчета сопротивления на основе мощности резистора:

P = I² * R

где:

• P — мощность резистора в ваттах
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод в амперах
• R — сопротивление резистора в Омах

Данная формула позволяет рассчитать необходимую мощность резистора при заданных значениях тока и сопротивления. Обычно используются резисторы мощностью от 1/8 до 1 Вт.

При расчете мощности резистора (P) необходимо учитывать тепловые потери, которые могут возникнуть в резисторе при протекании тока через него. Для этого необходимо выбирать резистор с запасом мощности, чтобы избежать его перегрева.

1. Формула для расчета значения сопротивления на основе коэффициента передачи напряжения (Voltage Divider):

R = (V_supply — V_f) / I * K

где:

• R — сопротивление резистора в Омах
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода в вольтах
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод в амперах
• V_supply — напряжение источника питания в вольтах
• K — коэффициент передачи напряжения, который зависит от отношения сопротивления резистора к общему сопротивлению цепи

Данная формула используется в случае, когда нужно расчитать значение резистора в схеме делителя напряжения для установления заданного напряжения на выводах цепи.

Выбор конкретной формулы для расчета резистора зависит от требований к точности расчета, наличия необходимой информации о параметрах светодиода и источника питания, а также доступности конкретного значения сопротивления.

1. Формула для расчета резистора на основе токового коэффициента передачи (Current Limiting Resistor):

R = V_f / I

где:

• R — сопротивление резистора в Омах
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода в вольтах
• I — максимальный ток, который может протекать через светодиод в амперах

Данная формула позволяет рассчитать минимальное значение резистора, необходимого для ограничения тока через светодиод до заданного уровня. Однако при использовании данной формулы необходимо учитывать, что это значение сопротивления может не давать нужного тока во всех случаях, особенно при значительных колебаниях напряжения в источнике питания.

1. Использование онлайн калькуляторов:

В сети Интернет существует множество онлайн калькуляторов для расчета резисторов для светодиодов, которые позволяют быстро и удобно рассчитать значения сопротивлений при заданных параметрах светодиода и источника питания.

При выборе конкретного метода расчета необходимо учитывать требования к точности расчета, наличие информации о параметрах светодиода и источника питания, а также уровень практического опыта в расчете электрических схем.

Примеры расчета резистора

Пример 1

Допустим, у нас есть светодиод с напряжением прямого смещения 2.2 В и максимальным током 20 мА. Источник питания имеет напряжение 5 В. Какое значение сопротивления резистора необходимо использовать?

Используем формулу Ohm’s Law, чтобы определить значение сопротивления резистора:

R = (V_source — V_f) / I

R = (5 V — 2.2 V) / 0.02 A

R = 140 Ом

Следовательно, мы должны использовать резистор сопротивлением 140 Ом, чтобы ограничить ток через светодиод до 20 мА.

Пример 2

Допустим, у нас есть светодиод с напряжением прямого смещения 3.3 В и максимальным током 30 мА. Источник питания имеет напряжение 12 В. Какое значение сопротивления резистора необходимо использовать?

Можно воспользоваться онлайн калькулятором для расчета резистора.

Введем следующие параметры:

• Напряжение источника питания: 12 В
• Напряжение прямого смещения светодиода: 3.3 В
• Максимальный ток светодиода: 30 мА

Результат расчета: значение сопротивления резистора должно быть 290 Ом.

Пример 3

Допустим, у нас есть светодиод с напряжением прямого смещения 1.8 В и максимальным током 10 мА. Источник питания имеет напряжение 3 В. Какое значение сопротивления резистора необходимо использовать?

Используем формулу для расчета резистора на основе токового коэффициента передачи:

R = V_f / I

R = 1.8 V / 0.01 A

R = 180 Ом

Следовательно, мы должны использовать резистор сопротивлением 180 Ом, чтобы ограничить ток через светодиод до 10 мА.

Как подключить светодиод с помощью резистора

Правильная схема подключения светодиода с помощью резистора представлена на рисунке ниже:

Vcc — это положительный контакт источника питания, а GND — отрицательный контакт. Резистор, подключенный последовательно с Анод светодиода. Анод — это полюс светодиода с более длинной ножкой или с плюсовой меткой.

Резистор в этой схеме ограничивает ток, проходящий через светодиод, чтобы защитить его от перегрева и повреждения. Значение сопротивления резистора можно рассчитать, используя формулу, приведенную ранее.

При подключении светодиода с помощью резистора важно убедиться, что светодиод подключен в правильном направлении, иначе он не будет работать. Также следует убедиться, что выбранное значение резистора соответствует параметрам светодиода и источника питания, чтобы избежать повреждения или сбоев в работе устройства.

Схема подключения светодиода с помощью резистора является одной из самых простых и распространенных схем в электронике и используется во многих устройствах, где требуется индикация статуса или освещение.

Возможные ошибки

Подключение светодиода без резистора может привести к нескольким проблемам:

1. Светодиод может перегреться и выйти из строя. Как было упомянуто ранее, светодиоды имеют низкое внутреннее сопротивление, что позволяет им потреблять большой ток, если на них подается слишком высокое напряжение. Если светодиод работает без ограничения тока, то он может перегреться и выйти из строя.
2. Светодиод может светиться слишком ярко. Если на светодиод подается слишком высокий ток, он будет светиться слишком ярко, что может привести к раздражению глаз и затруднению чтения информации на дисплее.
3. Быстрый выход из строя источника питания. Если светодиоды подключены непосредственно к источнику питания без резистора, то потребление тока может быть слишком высоким и привести к перегрузке источника питания.
4. Несоответствие электрических характеристик светодиода и источника питания. Если светодиод работает на слишком высоком напряжении, он может выйти из строя. Кроме того, светодиоды имеют различные характеристики, такие как напряжение и ток, которые должны соответствовать параметрам источника питания.

В целом, подключение светодиода без резистора является плохой практикой и может привести к выходу из строя как светодиода, так и других элементов цепи. Поэтому, всегда необходимо использовать резистор для ограничения тока при подключении светодиода.

Резюмируем

Резистор необходим для ограничения тока при подключении светодиода. Рекомендуемый ток для светодиода указывается в его технической документации. Для расчета значения резистора необходимо знать напряжение питания и напряжение светодиода. Формулы расчета резистора: R = (Vпит — Vсв) / I и P = I x Vсв, где R — сопротивление резистора, Vпит — напряжение питания, Vсв — напряжение светодиода, I — ток, P — мощность резистора. Для подключения светодиода с помощью резистора необходимо соединить анод светодиода с положительным контактом источника питания, а катод светодиода через резистор — с отрицательным контактом источника питания. Не рекомендуется подключать светодиод без резистора, так как это может привести к выходу из строя светодиода и других элементов цепи.