Рассеиваемая мощность (5): составляет P = (10 – 2) * 0,04 = 0,32 (Вт).
В идеале диоды должны быть подключены к источнику постоянного тока. В этом случае элемент будет работать стабильно. Однако на практике для подключения обычно используются более распространенные источники питания постоянного тока. В этом случае для ограничения величины тока, протекающего через светодиодный элемент, в электрическую цепь необходимо включить дополнительное сопротивление – резистор. В этой статье рассматриваются методы расчета резистора для светодиода.
Существует несколько случаев, в которых такая электрическая цепь будет уместна. Во-первых, токоограничивающий резистор стоит использовать, если производительность схемы не является главной задачей. Примером может служить использование светодиода в качестве индикатора в устройстве. В этом случае важна сама люминесценция, а не ее яркость.
Во-вторых, использование резистора оправдано в случаях, когда необходимо установить полярность и работоспособность светодиодного элемента. Одним из методов является подключение устройства к источнику питания. Для этой цели часто используются батарейки для мобильных телефонов или перезаряжаемые аккумуляторы. Они могут быть до 12 вольт. Это очень высокий показатель, и прямое подключение светодиода приведет к выходу его из строя. Для ограничения напряжения в цепи установлен резистор.
В-третьих, резистор используется в исследовательских целях для проверки работоспособности новых конструкций светодиодов.
В других случаях может использоваться драйвер – устройство стабилизации тока.
Если вы используете микроконтроллер для управления светодиодом или светодиодной матрицей, вам необходимо обратить внимание на предельный ток для микроконтроллера. Каждый вывод ввода/вывода может быть источником или поглотителем определенного тока.
Управление светодиодами с резистором и без него
В этой статье мы попытаемся показать, зачем нужен токоограничивающий резистор для светодиода. И как можно управлять светодиодом без резистора. Читая о светодиодах, вы заметите, что все говорят о необходимости использования токоограничивающего резистора. Но обычно они не говорят, почему. Светодиод с токоограничивающим резистором Если вы посмотрите документацию на светодиод, то заметите, что вольт-амперные характеристики светодиода нелинейны. Поскольку светодиод является полупроводниковым элементом, его характеристики отличаются от характеристик резистора.
Если к резистору приложить определенное напряжение, то ток, протекающий через него, можно рассчитать по формуле: I = R/V Пример: I = 100 Ом / 5 В = 20 мА Конечно, эта формула не применима к светодиодам, поскольку они представляют собой линейное сопротивление. Если посмотреть на график выше, то становится ясно, что увеличение напряжения от 0 до 1,6 В не вызывает заметного увеличения тока. Если подать немного большее напряжение, ток увеличится, и светодиод загорится. Мы достигли потенциала открытия для pn-перехода. Потенциал открытия для типичного красного светодиода составляет от 1,7 В до 2,2 В. Небольшие изменения напряжения вызывают большие изменения тока проводимости.
В документации обычно указывается абсолютное максимальное значение прямого тока, например, 25 мА. Если приложить напряжение, вызывающее более высокий ток, светодиод выйдет из строя. Поэтому важно не превышать установленные пределы. Если вы подключите светодиод непосредственно к источнику питания 5 В, он сразу же перегорит. Большой ток разрушит pn-переход. С этого момента в игру вступает ограничивающий резистор. Предположим, у нас есть красный светодиод с максимальным током проводимости 25 мА и потенциалом смещения 2,1 В. Если мы хотим использовать источник питания на 5 В, то сбросим на него оставшиеся 2,9 В. Для резистора получаем: R = V / I = (5 В – 2,1 В) / 25 мА = 116 Ом. Для безопасности светодиода используйте резистор 120 Ом или лучше 150 Ом.
Таким образом, вы не доведете диод до предельного тока. R = V / I = (5 В – 2 В) / 20 мА = 150 Ом. Чтобы сэкономить резистор, необходимо обратить внимание на рассеиваемую мощность. Этот показатель рассчитывается следующим образом: P = V * I = 3 В * 20 мА = 60 мВт. Поэтому самый простой способ – взять резистор 150 Ом, 0,25 Вт. Итак, это все об обычном использовании светодиода с ограничивающим резистором. Светодиод без токоограничивающего резистора Во-первых, почему мы хотим избавиться от резистора? На это есть две причины. Во-первых, он рассеивает энергию. Он преобразует электрическую энергию в тепловую. И мы хотим получить свет от светодиода. Это нехорошо. Вы также можете уменьшить количество компонентов. Устройство будет более экономичным, а на печатной плате останется больше места. Есть два способа обойтись без резистора. Один из них – снизить входное напряжение.
Если все устройство может работать при напряжении, равном напряжению открытия светодиода, это замечательно. Вам не нужен резистор. Другой способ – использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это означает, что вы включаете и выключаете светодиод. Если это происходит достаточно быстро, человеческий глаз не замечает разницы. Она, как говорится, интегрирует яркость в течение определенного периода времени. Пиковый постоянный ток часто указывается в документации. Например: IF(peak) = 160 мА Условие: длительность импульса <= 1 мс и Duty <= 1/10 Это означает, что светодиод может быть включен на частоте 1 кГц, светиться в течение 1 мс и темнеть в течение 9 мс. В большинстве случаев напряжение не указывается для пикового выходного тока, поэтому мы не знаем заранее, каким должно быть напряжение для тока 160 мА.
Глядя на график, можно предположить, что он составляет около 3 – 3,2 В, но автор не проверял это. Оба метода были использованы автором для 64-пиксельного светодиодного массива, где светодиоды были подключены к микроконтроллеру без токоограничивающих резисторов.
Входное напряжение составляло 3 В при использовании 2 батарей типа АА или приблизительно 2,4 В при использовании перезаряжаемых батарей. Это позволяет использовать потенциал раскрытия светодиодов. Матрица позволяет полностью обрабатывать одну линию за один раз. Если установить биты столбцов, можно выбрать только ячейки в выбранной строке. В следующий раз, когда первый ряд отключается, подключается второй ряд и так далее. Таким образом, вы можете переключать все строки в цикле. Это происходит настолько быстро, что невозможно заметить мигание. Каждая струна обновляется с частотой около 2 кГц и заполнением импульса 1/8 (поскольку струн 8).
Если для управления светодиодами или светодиодной матрицей используется микроконтроллер, обратите внимание на предельный ток для микроконтроллера. Каждый вывод ввода/вывода может быть источником или поглотителем определенного тока.
В документации ATtiny2313 на странице 181 говорится: Абсолютный максимум номинальных значений:
* Постоянный ток на контакт ввода/вывода: 40,0 мА А на странице 182 есть примечание: 4. Хотя каждый порт ввода/вывода может потреблять ток больше, чем предусмотрено условиями испытаний (10 мА при VCC = 5 В, 5 мА при VCC = 3 В) в стационарных (непереходных) условиях, соблюдайте следующее: 1] Сумма всех ИОЛ для всех портов не должна превышать 60 мА. Если IOL превышает условия испытания, VOL может превысить соответствующую спецификацию. Контакты не гарантируют протекание тока, превышающего указанный в условиях испытаний.
(4) Хотя проверенный ток ввода/вывода составляет 10 мА при 5 В и 5 мА при 3 В, при отсутствии переходных процессов необходимо соблюдать следующее: [1] Сумма всех токов, протекающих в ЦП по всем портам, не должна превышать 60 мА. Если пусковой ток превышает условия испытания, напряжение логического нуля может превысить номинальные значения. Не гарантируется, что контакты будут проводить больший ток, чем в условиях испытания).
Как вы понимаете, если вы пытаетесь достичь тока более 10 мА, высокое или низкое выходное напряжение может выйти за пределы гарантированных производителем пределов. Взгляд на следующие два графика из документации может прояснить этот вопрос.
Этот график показывает, как падает выходное напряжение на выводе при увеличении тока до 2,7 В. 2,7 В – это не 3 В, которые могут обеспечить 2 батареи AA, но на данный момент это довольно близко. Как вы видите, если потребляется больший ток, выходное напряжение падает. При токе 5 мА мы имеем 2,5 В, а при токе 15 мА напряжение падает до 2,1 В.
Этот график показывает, как выходное напряжение на выводе зависит от тока, протекающего в этом выводе. В этом случае при увеличении потребляемого тока выходное напряжение увеличивается. При 5 мА напряжение составляет 0,15 В, а при 15 мА напряжение увеличивается до 0,5 В. Чтобы понять, можно ли использовать ATtiny2313 в этой схеме, необходимо произвести некоторые расчеты. У нас нет документации на кубик с красивыми графиками, но у нас есть некоторые цифры. Напряжение питания: 1,80 – 2,20 В Максимальная мощность: Ток питания: 25 мА Предположим, что светодиод работает при напряжении 1,8 В и токе 5 мА.
Это выглядит разумно, если посмотреть на другую документацию. Теперь, если мы проанализируем приведенные выше 2 графика при токе 5 мА, то получим 2,5 В для вывода источника и 0,15 В для вывода стока. 2,5 В – 0,15 В = 2,35 В Таким образом, мы получаем 2,35 В для светодиода. Это больше, чем мы предполагали (1,8 В). Более высокое напряжение для светодиода означает более высокий ток. Теперь проведем расчет для тока 10 мА. И снова мы получаем 2,3 В для вывода источника и 0,3 В для вывода стока. 2,3 В – 0,3 В = 2,0 В Как видите, если напряжение на светодиоде увеличивается, ток также увеличивается. Увеличение тока уменьшает/увеличивает выходное напряжение на переходе исток/сток. А это означает уменьшение силы тока.
Т.е. на определенном уровне ток стабилизируется. Похоже, что 2,0 В при 10 мА достаточно для светодиода и микроконтроллера. Это относится к светодиоду на двух контактах. Но что, если мы хотим управлять целой линией из 8 светодиодов? В данном случае у нас есть 8 выводов источника, 8 светодиодов и один вывод стока. Из приведенного выше примера, 10 мА на светодиод соответствует 80 мА (!). Это очень большая сумма. Это даже не показано на графике. Предположим, что всего у нас 25 мА, тогда на каждый диод приходится 3,125 мА.
Это дает 2,6 В на каждом источнике и 1,0 В на проводе. 2,6 В – 1,0 В = 1,6 В Это означает, что для каждого светодиода остается 1,6 В, что немного меньше потенциала открытия. Светодиоды будут затемнены. Опять же, если светодиоды потребляют больший ток, микроконтроллер подаст на них меньшее выходное напряжение. В этом случае яркость рядов будет зависеть от количества подключенных ячеек: ряды с меньшим количеством перегоревших светодиодов будут ярче. Все эти расчеты и изучение соответствующей документации помогут вам понять, когда следует и когда не следует использовать токоограничивающий резистор.
С терминологией, похоже, покончено. Давайте перейдем к теории.
Вот примерное падение напряжения для каждого из основных цветов светодиодов.
Когда светодиод может быть подключен к резистору?
Комбинирование светодиода с резистором допускается, если вопрос производительности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в качестве индикатора для подсветки выключателя или для индикации сетевого напряжения в электрическом устройстве. В таких устройствах яркость не важна, а потребляемая мощность не превышает 0,1 Вт. При подключении светодиода с потребляемой мощностью более 1 Вт убедитесь, что источник питания обеспечивает стабилизированное напряжение.
Если входное напряжение схемы не стабилизировано, все помехи и скачки будут передаваться на нагрузку, нарушая работу светодиода. Идеальным примером является электрическая система автомобиля, где напряжение аккумулятора теоретически составляет всего 12 вольт. В простейшем случае мы будем использовать линейный регулятор серии LM78XX для питания светодиодных ламп в автомобиле. Если вы хотите увеличить эффективность схемы, вам нужно соединить 3 светодиода последовательно. Кроме того, в лаборатории необходим источник питания через резистор для тестирования новых моделей светодиодов. В других случаях рекомендуется использовать регулятор тока (драйвер). Тем более что стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое нужно только правильно подключить.
= Þrac<2,7 ед.<в>><0.02<а>> = 135 <ом>$ ” />
Вычислите, какой резистор R в приведенной выше схеме, которые мы должны предпринять для получения оптимального результата. Предположим, у нас есть такой диод и источник питания:
Найдем оптимальное сопротивление R и минимально допустимая мощность резистора PR.
Во-первых, давайте разберемся, какое напряжение должно быть на резисторе:
Используя закон Ома, найдите значение сопротивления, которое обеспечит это падение:
Теперь найдите мощность, которую должен рассеять резистор:
Это означает, что если мощность резистора меньше 54 мВт, резистор сгорит.
Простое эмпирическое правило
Чтобы не вычислять резистор каждый раз при проведении эксперимента, можно просто запомнить правило для наиболее типичного сценария.
Чтобы управлять 1 светодиодом с током 20 мА от напряжения 5 В, используйте резистор 150 – 360 Ом.
Полупроводниковая технология уже давно используется в электронике. Диоды, благодаря своей конструкции, позволяют протекать однонаправленному току. Повышенное сопротивление предотвращает обратный поток.
Зачем светодиоду нужен резистор?
Диод AL307BM может работать при напряжении 2 В, но действительно ли он такой длинный? Максимально допустимый постоянный ток составляет 20 мА. Сопротивление этой детали составляет 100 Ом.
Идеальными условиями являются температура и напряжение питания. В этом случае светодиод будет работать правильно.
Уже в текущей ситуации сопротивление светодиода уменьшилось под воздействием температуры. Поскольку в цепи находится только один светодиод, сопротивление всей цепи уменьшилось. Поэтому потребление тока также увеличивается. Если потребляемый ток увеличится, это вызовет электрический отказ детали, который постепенно перейдет в тепловой отказ. Он будет постепенно выходить из строя, но не сразу. Не стоит забывать и о внешнем влиянии. Температура окружающей среды также играет важную роль.
Резистор защищает светодиод от перегрева.
Когда сопротивление диода уменьшается, он потребляет избыточное напряжение. Это происходит пропорционально сопротивлению. Например, 10 вольт и 2 части 5 Ом. Первая часть имеет напряжение 5 В, а вторая часть – 5 В. Если первый уменьшит свое сопротивление до 4 Ом, то на нем будет 4 В, а на втором – 6 В. Тот же принцип работает и в этой схеме. Резистор забирает избыточную мощность и уменьшает нагрев светодиода.
Увеличение тока первоначально приводит к более яркому свечению светодиода, но срок его службы резко сокращается. Дальнейшее увеличение приводит к разрушению компонентов. Поэтому выбор резистора для светодиода заключается в ограничении максимально допустимого тока в наихудших условиях.
Рекомендации
Комментарии 99
Хорошая статья. Пожалуйста, посоветуйте мне, чтобы не совершить ошибку. Я устанавливаю светодиодные задние фонари в грузовик с двигателем 24v. Стандартные лампы – 24v 21v и 24v 10v. Какие резисторы мне нужны? Параметры лампы на рисунке.
Здравствуйте, пожалуйста, объясните:
1. где используются стандартные лампочки? Лампы какой мощности установлены в стоп-сигналах, габаритных огнях, сигналах поворота? Я предполагаю, что 21 Вт на стоп-сигналы, 21 Вт на индикаторы и 10 Вт на габаритные огни.
2. с какой целью планируется использовать резисторы: а) чтобы предотвратить быстрое мигание поворотников или б) чтобы обмануть штатную систему управления лампочками?
Просто для разных целей и расчеты резисторов могут быть разными.
Здравствуйте. Если вы имеете в виду первый пункт, то все правильно. Резисторы необходимы для нормального мигания и для того, чтобы обмануть заводскую систему управления.
По моим расчетам, вам нужно три резистора для каждой лампы, по одному на каждую лампочку:
1. Индикатор: 33 Ом/25-50 Вт. Если есть возможность сделать резистор менее теплым, лучше поэкспериментировать, увеличив сопротивление до 43, 47, 51, 62, 75 Ом и т.д. Чем выше сопротивление, тем меньше будет нагреваться резистор, но лампа может начать быстро мигать. Лучше всего выбрать резистор с максимально возможным сопротивлением, при котором он все еще мигает с нормальной частотой.
2-я остановка: 33 Ом/50 Вт. Емкость резистора здесь выше, потому что остановка длится дольше и резистор нагревается сильнее. Но стоит также поэкспериментировать, увеличивая сопротивление до тех пор, пока система управления не начнет ругаться.
3. отношение составляет 62 Ом/25 Вт. Аналогично поэкспериментируйте с системой управления, увеличивая сопротивление до 75, 82, 91, 100 Ом и т.д. Чем больше, тем лучше, но система управления может начать ругаться.
Примечания:
(a) Рассчитанные числа гарантируют результат, поскольку они полностью имитируют эталонное освещение. Но резисторы будут нагреваться, поэтому рекомендуется увеличить сопротивление как можно больше от расчетного, чтобы уменьшить нагрев. У всех автомобилей могут быть разные системы управления, поэтому я не могу точно сказать, сколько нужно увеличить, необходим выбор.
б) Чтобы не покупать много резисторов на выбор (силовые резисторы довольно дорогие), я бы начал с того, что взял бы несколько разных резисторов, например, для индикатора и стопа 47 Ом и 75 Ом, для клиренса 82 и 100 Ом, так что у вас есть в наличии 47, 75, 82, 100 Ом и вы можете выбирать из них.
(c) Если установить резистор больше расчетного, скажем в 2 раза, то можно уменьшить расчетную мощность резистора в 2 раза, это будет дешевле. Например, если в выключатель поместить резистор 75-100 Ом, его мощность можно снизить до 10 Вт.
(d) Резисторы установлены параллельно лампе. Для лучшего охлаждения лучше установить их на металл корпуса.
e) Установив резисторы, мы, по сути, отключим схему управления, т.е. мы больше не будем знать, когда перегорит светодиодная лампа.
Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение.
</ом></а></в>
Читайте далее:- Принцип работы транзисторов Мосфета.
- Правильное переключение светодиодов; STC ORBITA.
- Основные параметры выпрямительных диодов; Школа для инженеров-электриков: Электротехника и электроника.
- 5 причин, почему лампочки часто перегорают в вашей квартире и что делать?.
- Значение слова 'потенциал' в 9 словарях.
- Важен ли для вас индикатор уведомлений?.
- Полупроводниковые диоды.