Kalkulator LED online. Obliczanie i dobór rezystancji diody LED

Do stabilnej pracy dioda LED wymaga stałego źródła napięcia i ustabilizowanego prądu, który nie przekroczy wartości dopuszczalnych przez specyfikę konkretnej diody LED. W przypadku potrzeby podłączenia diod sygnalizacyjnych, których prąd roboczy nie przekracza 50-100 mA, można ograniczyć prąd za pomocą rezystorów. Jeśli mówimy o zasilaniu wydajnych diod LED prądami roboczymi od setek miliamperów do kilku amperów, to nie można obejść się bez specjalnych urządzeń - sterowników (więcej o tych urządzeniach przeczytasz w artykule „Sterowniki do diod LED”, gotowe modele sterowników mogą być widzianym.). Następnie rozważymy opcje, gdy wymagany prąd jest mały i nadal można używać rezystorów.

Rezystory są elementami pasywnymi - po prostu ograniczają prąd, ale w żaden sposób go nie stabilizują. Prąd będzie się zmieniał wraz z napięciem zgodnie z prawem Ohma. Prąd jest ograniczany przez rezystor poprzez banalną konwersję „nadmiaru” prądu na ciepło zgodnie ze wzorem

P = I 2 R, gdzie P to ciepło wytworzone w watach, I to prąd w obwodzie w amperach, R to rezystancja w omach.

Urządzenie naturalnie się nagrzewa. Zdolność rezystora do odprowadzania ciepła nie jest nieograniczona i w przypadku przekroczenia dopuszczalnego prądu nastąpi jego przepalenie. Dopuszczalne straty mocy są określone przez korpus rezystora. Należy to wziąć pod uwagę planując podłączenie diod LED i dobierać elementy z co najmniej podwójnym marginesem bezpieczeństwa.

Jeśli konieczne jest podłączenie jednej diody LED, rezystancję rezystora można obliczyć zgodnie z prawem Ohma za pomocą prostego wzoru:

R = (U - UL) / I, gdzie R to wymagana rezystancja w omach, U to napięcie zasilania, UL to spadek napięcia na diodzie LED w woltach, I to wymagany prąd diody LED w amperach.

Bardzo często trzeba podłączyć nie jedną, ale kilka diod LED. W takim przypadku można je połączyć szeregowo lub równolegle.

Spadek napięcia na diodach LED połączonych szeregowo jest sumowany i przez każdą z nich przepływa ten sam prąd. Napięcie zasilania musi być większe niż całkowity spadek napięcia.

Rezystancję rezystora oblicza się według tej samej zasady, co w przypadku jednej diody LED, tylko brany jest pod uwagę spadek napięcia nie na jednym świetliku, ale łącznie dla całego łańcucha.

Połączenie szeregowe jest wygodne, ponieważ wymaga minimum dodatkowych części, a ponadto nie jest wymagany duży prąd ze źródła zasilania. Jednak przy dużej liczbie diod LED może być wymagane znaczne napięcie. Ponadto, jeśli przepali się jeden z łańcuchów sekwencyjnych, łańcuch pęknie i wszystkie diody LED przestaną świecić. Ponadto przy tej opcji połączenia ważne jest użycie dokładnie tych samych diod LED, w przeciwnym razie ich różne parametry będą źródłem braku równowagi. W rezultacie mogą albo świecić nierównomiernie, albo znacznie szybciej ulegać uszkodzeniu.

Połączenie równoległe jest równoznaczne z jednoczesnym podłączeniem poszczególnych diod LED, które nie „muszą wiedzieć” o obecności innych diod LED. W takim przypadku napięcie zasilacza musi przekraczać spadek napięcia na jednej diodzie LED. Siłę prądu każdej diody LED można regulować indywidualnie dobierając rezystancję podłączonego do niej rezystora. Ważne jest, aby zasilacz „wiedział”, ile diod LED jest do niego podłączonych, ponieważ całkowity prąd, jaki będzie musiał dostarczyć, jest równy sumie prądów przepływających przez wszystkie diody LED. Jeśli jedna z diod LED ulegnie awarii, świecenie pozostałych nic się nie stanie, ponieważ działają one indywidualnie. Należy pamiętać, że nie dotyczy to równoległych diod LED zasilanych przez sterownik ograniczający prąd! Zasilacz stabilizuje prąd, awaria jednej z gałęzi spowoduje ogólny spadek prądu. Sterownik natychmiast kompensuje tę redukcję, co doprowadzi do wzrostu prądu na pozostałych gałęziach. I mogą tego nie przeżyć. Z podobnego powodu należy unikać łączenia wielu równoległych diod LED przez pojedynczy rezystor ograniczający prąd.

Rezystancję każdego rezystora przy równoległym podłączeniu diod LED oblicza się, powtarzam, w taki sam sposób, jak przy podłączaniu jednej diody LED.

Równoległe połączenie diod LED nie wymaga wysokiego napięcia zasilania, jednak przy jego zastosowaniu konieczne jest zapewnienie wystarczającego prądu. Wymaganych jest więcej części, ale jednocześnie można podłączyć diody LED o różnych parametrach. Ponadto większa liczba rezystorów ograniczających prąd, które będą generować ciepło, spowoduje niższą ogólną wydajność obwodu w porównaniu z połączeniem szeregowym.

Dioda LED jest urządzeniem półprzewodnikowym o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej (charakterystyka woltoamperowa). Jego stabilna praca zależy przede wszystkim od wielkości przepływającego przez niego prądu. Każde, nawet niewielkie przeciążenie prowadzi do degradacji chipa LED i skrócenia jego żywotności.

Aby ograniczyć prąd płynący przez diodę LED do pożądanego poziomu, obwód elektryczny należy uzupełnić stabilizatorem. Najprostszym elementem ograniczającym prąd jest rezystor.

Ważny! Rezystor ogranicza, ale nie stabilizuje prądu.

Obliczenie rezystora dla diody LED nie jest trudnym zadaniem i odbywa się za pomocą prostego wzoru szkolnego. Zaleca się jednak bliższe przyjrzenie się procesom fizycznym zachodzącym na złączu p-n diody LED.

Teoria

Obliczenia matematyczne

Poniżej znajduje się schemat obwodu w najprostszej formie. W nim dioda LED i rezystor tworzą obwód szeregowy, przez który przepływa ten sam prąd (I). Obwód jest zasilany przez źródło napięcia EMF (U). W trybie pracy następuje spadek napięcia na elementach obwodu: na rezystorze (U R) i na diodzie LED (U LED). Korzystając z drugiej reguły Kirchhoffa, otrzymujemy następującą równość: lub jego interpretacja

W powyższych wzorach R jest rezystancją obliczonego rezystora (om), R LED jest rezystancją różnicową diody LED (om), U jest napięciem (V).

Wartość diody R zmienia się wraz ze zmianą warunków pracy urządzenia półprzewodnikowego. W tym przypadku wielkościami zmiennymi są prąd i napięcie, których stosunek określa wartość rezystancji. Wyraźnym wyjaśnieniem tego jest charakterystyka prądowo-napięciowa diody LED. W początkowej części charakterystyki (do około 2 woltów) następuje płynny wzrost prądu, w wyniku czego ogromne znaczenie ma dioda R. Następnie otwiera się złącze pn, czemu towarzyszy gwałtowny wzrost prądu przy niewielkim wzroście przyłożonego napięcia.

Po prostu przekształcając pierwsze dwa wzory, można określić rezystancję rezystora ograniczającego prąd: U LED to wartość z tabliczki znamionowej dla każdego typu diody LED.

Obliczenia graficzne

Mając pod ręką charakterystykę prądowo-napięciową badanej diody LED, można obliczyć rezystor graficznie. Oczywiście metoda ta nie ma szerokiego zastosowania praktycznego. W końcu znając prąd obciążenia, możesz łatwo obliczyć wartość napięcia przewodzenia z wykresu. W tym celu wystarczy poprowadzić prostą z osi rzędnych (I) aż do przecięcia się z krzywą, a następnie opuścić linię do osi odciętych (U LED). W rezultacie uzyskano wszystkie dane do obliczenia rezystancji.

Opcja wykresu jest jednak wyjątkowa i zasługuje na uwagę.

Obliczmy rezystor dla diody LED o prądzie znamionowym 20 mA, którą należy podłączyć do źródła zasilania 5 V. W tym celu poprowadź linię prostą od punktu 20 mA, aż przetnie się ona z krzywą diody LED. Następnie przez punkt 5 V i punkt na wykresie poprowadzić linię aż do przecięcia się z osią rzędnych i uzyskać maksymalną wartość prądu (I max), w przybliżeniu równą 50 mA. Korzystając z prawa Ohma, obliczamy rezystancję: Aby obwód był bezpieczny i niezawodny, należy zapobiegać przegrzaniu rezystora. Aby to zrobić, znajdź jego moc rozpraszania, korzystając ze wzoru:

W jakich przypadkach można podłączyć diodę LED przez rezystor?

Możesz podłączyć diodę LED przez rezystor, jeśli kwestia wydajności obwodu nie jest najważniejsza. Na przykład użycie diody LED jako wskaźnika do oświetlenia przełącznika lub wskaźnika napięcia sieciowego w urządzeniach elektrycznych. W takich urządzeniach jasność nie jest istotna, a pobór mocy nie przekracza 0,1 W. Podłączając diodę LED o poborze większym niż 1 W, należy mieć pewność, że zasilacz wytwarza stabilne napięcie.

Jeśli napięcie wejściowe obwodu nie zostanie ustabilizowane, wówczas cały hałas i przepięcia zostaną przeniesione na obciążenie, zakłócając działanie diody LED. Uderzającym przykładem jest samochodowa sieć elektryczna, w której napięcie na akumulatorze wynosi zaledwie teoretycznie 12 V. W najprostszym przypadku oświetlenie LED w samochodzie należy wykonać poprzez stabilizator liniowy z serii LM78XX. Aby w jakiś sposób zwiększyć wydajność obwodu, należy włączyć szeregowo 3 diody LED. Do celów laboratoryjnych do testowania nowych modeli LED potrzebny jest również obwód zasilania przez rezystor. W pozostałych przypadkach zaleca się zastosowanie stabilizatora prądu (sterownika). Zwłaszcza, gdy koszt diody elektroluminescencyjnej jest porównywalny z kosztem sterownika. Otrzymujesz gotowe urządzenie o znanych parametrach, które należy jedynie odpowiednio podłączyć.

Przykłady obliczeń rezystancji i mocy rezystora

Aby pomóc początkującym zorientować się, oto kilka praktycznych przykładów obliczania rezystancji diod LED.

Cree XM-L T6

W pierwszym przypadku obliczymy rezystor potrzebny do podłączenia mocnej diody LED do źródła napięcia 5 V. Cree XM–L z binem T6 ma następujące parametry: typowa U LED = 2,9 V i maksymalna U LED = 3,5 V przy prąd I LED =0,7 A. Do obliczeń należy podstawic typową wartość U LED, gdyż. najczęściej odpowiada rzeczywistości. Obliczona wartość rezystora występuje w serii E24 i ma tolerancję 5%. Jednak w praktyce często konieczne jest zaokrąglenie wyników do najbliższej wartości z szeregu standardowego. Okazuje się, że biorąc pod uwagę zaokrąglenia i tolerancję 5%, zmienia się rezystancja rzeczywista, a za nią prąd zmienia się w odwrotnej proporcji. Dlatego, aby nie przekroczyć roboczego prądu obciążenia, należy zaokrąglić obliczoną rezystancję w górę.

Stosując najpopularniejsze rezystory z serii E24, nie zawsze udaje się wybrać żądaną wartość. Istnieją dwa sposoby rozwiązania tego problemu. Pierwszy polega na sekwencyjnym włączeniu dodatkowego rezystora ograniczającego prąd, który powinien kompensować brakujące omy. Jego doborowi muszą towarzyszyć pomiary prądu sterującego.

Druga metoda zapewnia większą dokładność, ponieważ polega na zainstalowaniu precyzyjnego rezystora. Jest to element, którego rezystancja nie zależy od temperatury i innych czynników zewnętrznych i ma odchyłkę nie większą niż 1% (seria E96). W każdym razie lepiej pozostawić rzeczywisty prąd nieco mniejszy niż wartość nominalna. Nie wpłynie to znacząco na jasność, ale zapewni kryształowi delikatny tryb pracy.

Moc wydzielana przez rezystor będzie wynosić:

Obliczoną moc rezystora dla diody LED należy zwiększyć o 20–30%.

Obliczmy wydajność zmontowanej lampy:

Przykład z diodą LED SMD 5050

Analogicznie do pierwszego przykładu dowiemy się, do czego potrzebny jest rezystor. Tutaj należy wziąć pod uwagę cechy konstrukcyjne diody LED, która składa się z trzech niezależnych kryształów.

Jeśli dioda LED SMD 5050 jest jednokolorowa, wówczas napięcie przewodzenia w stanie otwartym na każdym krysztale będzie się różnić o nie więcej niż 0,1 V. Oznacza to, że diodę LED można zasilać z jednego rezystora, łącząc 3 anody w jedną grupę i trzy katody w drugą. Wybierzmy rezystor do podłączenia białego SMD 5050 o następujących parametrach: typowy U LED = 3,3 V przy prądzie jednego chipa I LED = 0,02 A. Najbliższa wartość standardowa to 30 omów.

Dopuszczamy do montażu rezystor ograniczający o mocy 0,25 W i rezystancji 30 Ohm ±5%.

Dioda LED SMD 5050 RGB ma inne napięcie przewodzenia dla każdej matrycy. Dlatego będziesz musiał kontrolować kolory czerwony, zielony i niebieski za pomocą trzech rezystorów o różnych wartościach.

Kalkulator internetowy

Prezentowany poniżej kalkulator online dla diod LED to wygodny dodatek, który samodzielnie wykona wszystkie obliczenia. Dzięki niemu nie musisz niczego ręcznie rysować ani obliczać. Wystarczy wprowadzić dwa główne parametry diody LED, wskazać ich liczbę i napięcie źródła zasilania. Program jednym kliknięciem myszy samodzielnie obliczy rezystancję rezystora, wybierze jego wartość ze standardowego zakresu i wskaże oznaczenie kolorem. Dodatkowo program będzie oferował gotowy obwód przełączający.

Każda dioda LED ma niską rezystancję. Jeśli podłączysz go bezpośrednio do zasilacza, natychmiast się przepali, ponieważ prąd jest za duży. Przewody łączące go z zaciskami zewnętrznymi są wykonane z miedzi lub złota i nie wytrzymują przepięć prądu. Dlatego ważne jest prawidłowe obliczenie rezystora dla diody LED.

To, jak długo ta dioda będzie działać, zależy od poprawności obliczeń. Jeśli rezystor ma niewystarczającą rezystancję, dioda LED może się przepalić, ale jeśli przeciwnie, prąd jest mniejszy niż prąd znamionowy, żarówka będzie miała słabe światło. Aby przeprowadzić obliczenia, istnieją specjalne formuły i nie jest to trudne. Ponadto istnieją specjalne programy, które automatycznie wykonają wszystkie niezbędne obliczenia na podstawie wprowadzonych danych.

W tym artykule omówione zostaną wszystkie aspekty i subtelności dokonywania takich obliczeń. Dodatkowo w artykule znajduje się film na ten temat oraz artykuł naukowy do pobrania.

Wynik obliczeń

Z reguły okaże się, że rezystory o tej wartości nie są produkowane i zostanie wyświetlona najbliższa wartość standardowa. Jeśli nie możesz dokonać dokładnego wyboru rezystancji, użyj większej wartości. Odpowiednią wartość można uzyskać łącząc rezystancję równolegle lub szeregowo. Nie musisz obliczać rezystancji diody LED, jeśli używasz mocnego rezystora zmiennego lub przycinającego. Najpopularniejszym typem jest 3296 o mocy 0,5 W. Przy zastosowaniu zasilacza 12 V można połączyć szeregowo do 3 diod LED.

Rezystory występują w różnych klasach dokładności, 10%, 5%, 1%. Oznacza to, że ich opór może zmieniać się w tych granicach w kierunku dodatnim lub ujemnym. Nie zapomnij wziąć pod uwagę mocy rezystora ograniczającego prąd, jest to jego zdolność do rozpraszania określonej ilości ciepła. Jeśli jest mały, przegrzeje się i ulegnie awarii, przerywając w ten sposób obwód elektryczny. Aby określić polaryzację, możesz przyłożyć małe napięcie lub skorzystać z funkcji testu diody na multimetrze. Różni się od trybu pomiaru rezystancji, zwykle zasilany od 2 V do 3 V.

Ponadto przy obliczaniu diod LED należy wziąć pod uwagę rozrzut parametrów, dla tanich będą one maksymalne, dla drogich będą bardziej takie same. Aby sprawdzić ten parametr, musisz włączyć je na równych warunkach, czyli sekwencyjnie.

Zmniejszając prąd lub napięcie, zmniejsz jasność do lekko świecących punktów. Wizualnie będziesz w stanie oszacować, że niektóre będą świecić jaśniej, inne słabo. Im bardziej równomiernie się palą, tym mniej się rozprzestrzenia. Kalkulator rezystorów LED zakłada, że ​​charakterystyka chipów LED jest idealna, to znaczy różnica wynosi zero.

Spadek napięcia w przypadku popularnych modeli o małej mocy do 10 W może wynosić od 2 V do 12 V. Wraz ze wzrostem mocy wzrasta liczba kryształów w diodzie COB; każdy ma spadek. Kryształy łączy się w łańcuchy szeregowo, następnie łączy się je w obwody równoległe. Przy mocach od 10W do 100W redukcja wzrasta z 12V do 36V. Parametr ten musi być wskazany w charakterystyce technicznej chipa LED i zależy od przeznaczenia koloru:

• niebieski;
• czerwony;
• zielony;
• żółty;
• trójkolorowy RGB;
• czterokolorowy RGBW;
• dwukolorowy;
• ciepła i chłodna biel.

Przed wyborem rezystora do diody LED za pomocą kalkulatora internetowego należy upewnić się o parametrach diod. Chińczycy sprzedają mnóstwo diod LED na Aliexpress, podając je jako markowe. Najpopularniejsze modele to SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Przykładowo Chińczycy najczęściej oszukują na SMD5630 i SMD5730. Liczby w oznaczeniach wskazują jedynie rozmiar koperty 5,6 mm na 3,0 mm.

W markowych w tak dużej obudowie zamontowane są mocne kryształy o mocy 0,5W, dlatego kupujący diody SMD5630 bezpośrednio kojarzą ją z mocą 0,5W. Przebiegły Chińczyk wykorzystuje to i instaluje w obudowie 5630 tani i słaby kryształ o średniej mocy 0,1W, wskazując jednocześnie pobór energii na poziomie 0,5W.

Dobrym przykładem są lampy samochodowe i kukurydziane LED, które zawierają dużą liczbę słabych i niskiej jakości chipów LED. Przeciętny nabywca uważa, że ​​im więcej diod LED, tym lepsze światło i większa moc. Lampy samochodowe na najsłabszym lodzie 0,1W Aby zaoszczędzić pieniądze moi koledzy z LED-ów szukają na Aliexpress porządnych diod LED. Szukają dobrego sprzedawcy, który obiecuje określone parametry, zamawiają i czekają miesiąc na dostawę. Po testach okazuje się, że chiński sprzedawca oszukiwał i sprzedawał śmieci. Będziesz miał szczęście, jeśli za siódmym razem dostaniesz porządne diody, a nie złom. Zwykle składają 5 zamówień i bez osiągnięcia rezultatów idą złożyć zamówienie w sklepie krajowym, który może dokonać wymiany.

Obliczanie rezystora LED za pomocą prawa Ohma

Prawo Ohma mówi, że rezystancja rezystora wynosi R = V/I, gdzie V = napięcie płynące przez rezystor (w tym przypadku V = S – V L), I = prąd płynący przez rezystor. Zatem R = (V S – V L) / I. Jeśli chcesz podłączyć kilka diod LED na raz, można to zrobić szeregowo. Zmniejsza to zużycie energii i pozwala na jednoczesne podłączenie dużej liczby diod, np. jako rodzaj girlandy. Wszystkie diody LED połączone szeregowo muszą być tego samego typu. Zasilacz musi mieć wystarczającą moc i zapewniać odpowiednie napięcie.

Będzie ciekawie➡ Co to jest termistor?

Przykład obliczeń: Diody czerwona, żółta i zielona - przy połączeniu szeregowym wymagane jest napięcie zasilania co najmniej 8 V, więc akumulator 9 V będzie źródłem niemal idealnym. V L = 2V + 2V + 2V = 6V (trzy diody, ich napięcia są sumowane). Jeżeli napięcie zasilania V S wynosi 9 V, a prąd diody = 0,015 A, rezystor R = (V S – V L) / I = (9 – 6) /0,015 = 200 omów. Bierzemy rezystor 220 omów (najbliższa wartość standardowa, która jest większa).

Unikaj łączenia diod LED równolegle!

Dioda LED jako element nieliniowy

Rozważmy rodzinę charakterystyk prądowo-napięciowych (charakterystyki CV) dla diod LED o różnych kolorach. Ta charakterystyka pokazuje zależność prądu przepływającego przez diodę elektroluminescencyjną od przyłożonego do niej napięcia. Jak widać na rysunku, charakterystyka jest nieliniowa.

Oznacza to, że nawet przy niewielkiej zmianie napięcia o kilka dziesiątych wolta prąd może zmienić się kilkukrotnie. Jednak podczas pracy z diodami LED zwykle wykorzystują najbardziej liniowy odcinek (tzw. Obszar roboczy) charakterystyki prądowo-napięciowej, gdzie prąd nie zmienia się tak gwałtownie. Najczęściej producenci wskazują w charakterystyce diod LED położenie punktu pracy, czyli wartości napięcia i prądu, przy których osiągana jest deklarowana jasność.

Przedstawione powyżej charakterystyki uzyskano dla diod elektroluminescencyjnych podłączonych w kierunku przewodzenia. Oznacza to, że biegun ujemny zasilacza jest podłączony do katody, a biegun dodatni jest podłączony do anody

Obliczanie rezystora dla diody LED

Obliczenie rezystora dla diody LED jest bardzo ważnym punktem przed podłączeniem diody LED do źródła zasilania. W końcu od tego zależy, jak będzie działać dioda LED. Jeśli rezystor będzie miał zbyt małą rezystancję, dioda LED może ulec awarii (przepalić), a jeśli rezystancja będzie zbyt duża, dioda LED będzie emitować słabe światło. Rezystor diody LED oblicza się za pomocą następującego wzoru:

• R = (V S – V L) / I
• V S – napięcie źródła zasilania (V).
• V L – napięcie zasilania diody LED (zwykle 2 wolty i 4 wolty dla diod niebieskich i białych).
• I – prąd diody LED (np. 10 mA = 0,01 A lub 20 mA = 0,02 A)

Upewnij się, że wybrany prąd elektryczny jest mniejszy niż maksymalny, dla którego dioda LED jest znamionowa. Przelicz tę wartość z miliamperów na ampery. Zatem wynikiem obliczeń będzie wartość rezystancji rezystora w omach (Ohm). Jeżeli obliczona wartość rezystora nie odpowiada standardowej wartości rezystora, należy wybrać kolejną wyższą wartość.

Jednak początkowo możesz chcieć wybrać nieco większą rezystancję, na przykład w celu oszczędzania energii elektrycznej. Musimy jednak pamiętać, że promieniowanie LED w tym przypadku będzie mniej jasne. Jeśli napięcie zasilania = 9 V i masz czerwoną diodę LED (VL = 2 V), wymagany prąd wynosi I = 20 mA = 0,02 A, R = (9 V – 2 V) / 0,02 A = 350 omów. Musisz wybrać rezystor o rezystancji 390 omów (najbliższa większa wartość).

Migające diody LED

Migające diody LED wyglądają jak zwykłe diody LED, mogą same migać, ponieważ zawierają wbudowany układ scalony. Dioda LED miga z niską częstotliwością, zwykle 2-3 błyski na sekundę. Takie bibeloty są przeznaczone do alarmów samochodowych, różnych wskaźników lub zabawek dla dzieci. Wskaźniki alfanumeryczne LED są obecnie stosowane bardzo rzadko, są bardziej złożone i droższe od wskaźników ciekłokrystalicznych. Wcześniej był to praktycznie jedyny i najbardziej zaawansowany sposób wyświetlania, instalowano go nawet w telefonach komórkowych.

W tym artykule omówimy obliczenie rezystora ograniczającego prąd dla diod LED.

Obliczanie rezystora dla jednej diody LED

Do zasilania jednej diody LED potrzebujemy źródła zasilania, np. dwóch baterii AA o napięciu 1,5 V każda. Weźmy czerwoną diodę LED, gdzie spadek napięcia w przewodzie przy prądzie roboczym 0,02 A (20 mA) jest równy -2 V. W przypadku konwencjonalnych diod LED maksymalny dopuszczalny prąd wynosi 0,02 A. Schemat połączeń diod LED pokazano na ryc. 1.

Dlaczego używam określenia „spadek napięcia w kierunku przewodzenia”, a nie napięcie zasilania. Ale faktem jest, że diody LED nie mają jako takiego parametru napięcia zasilania. Zamiast tego wykorzystywana jest charakterystyka spadku napięcia diody LED, co oznacza wielkość napięcia wytwarzanego przez diodę LED, gdy przepływa przez nią prąd znamionowy. Wartość napięcia podana na opakowaniu odzwierciedla spadek napięcia. Znając tę ​​wartość, możesz określić napięcie pozostałe na diodzie LED. Jest to wartość, którą musimy zastosować w naszych obliczeniach.

Spadek napięcia przewodzenia dla różnych diod LED w zależności od długości fali przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1 - Charakterystyka diod LED

Dokładną wartość spadku napięcia diody LED można znaleźć na opakowaniu tej diody LED lub w literaturze przedmiotu.

R = (Un.p – Ud)/Id = (3V-2V)/0,02A = 50 omów.

• Un.p – napięcie zasilania, V;
• Ud — spadek napięcia przewodzenia na diodzie LED, V;

Ponieważ w standardowej serii nie ma takiego oporu, wybieramy najbliższy opór z serii nominalnej E24 w górę - 51 omów.

Aby zagwarantować długotrwałe działanie diody LED i wyeliminować błędy w obliczeniach, zalecam stosowanie nie maksymalnego dopuszczalnego prądu - 20 mA, ale nieco mniej - 15 mA.

To zmniejszenie prądu nie będzie miało żadnego wpływu na jasność diody LED dla ludzkiego oka. Abyśmy mogli zauważyć zmianę jasności diody np. 2-krotną, musimy zmniejszyć prąd 5-krotnie (zgodnie z prawem Webera-Fechnera).

W rezultacie otrzymujemy obliczoną rezystancję rezystora ograniczającego prąd: R = 50 omów i straty mocy P = 0,02 W (20 mW).

Obliczanie rezystora do szeregowego połączenia diod LED

W przypadku obliczania rezystora dla połączenia szeregowego wszystkie diody LED muszą być tego samego typu. Schemat podłączenia diod LED dla połączenia szeregowego pokazano na rys. 2.

Przykładowo chcemy podłączyć do zasilacza 9 V trzy diody zielone po 2,4 V każda, prąd pracy - 20 mA.

Rezystancję rezystora określa się ze wzoru:

R = (Un.p – Ud1 + Ud2 + Ud3)/Id = (9 V - 2,4 V +2,4 V +2,4 V)/0,02 A = 90 omów.

• Un.p – napięcie zasilania, V;
• Uд1…Uд3 — spadek napięcia przewodzenia na diodach LED, V;
• Id – prąd pracy diody LED, A.

Wybieramy najbliższy opór z serii nominalnej E24 w górę - 91 omów.

Obliczanie rezystorów do szeregowego połączenia diod LED

Często w praktyce musimy podłączyć dużą liczbę diod LED do źródła zasilania. Jeśli wszystkie diody LED zostaną połączone szeregowo przez jeden rezystor, wówczas w tym przypadku napięcie na źródle zasilania nie będzie dla nas wystarczające. Rozwiązaniem tego problemu jest szeregowe połączenie diod LED, jak pokazano na rys. 3.

Na podstawie napięcia zasilania określana jest maksymalna liczba diod LED, które można połączyć szeregowo.

Rys. 3 – Schemat podłączenia diod LED dla połączenia równoległego – szeregowego

Przykładowo mamy zasilacz 12 V, biorąc pod uwagę napięcie zasilacza, maksymalna liczba diod LED w jednym obwodzie będzie wynosić: 10 V/2 V = 5 szt., biorąc pod uwagę spadek napięcia na diodzie (czerwony) wynosi 2 V.

Dlaczego wzięliśmy 10 V, a nie 12 V, wynika z faktu, że na rezystorze również nastąpi spadek napięcia i musimy pozostawić około 2 V.

Rezystancję rezystora dla jednego obwodu, na podstawie prądu roboczego diod LED, określa się według wzoru:

R = (Un.p – Ud1 + Ud2 + Ud3+ Ud4+ Ud5)/Id = (12V - 2V + 2V + 2V + 2V + 2V)/0,02A = 100 omów.

Wybieramy najbliższy opór z zakresu nominalnego E24 w górę - 110 omów.

Liczba takich łańcuchów pięciu diod LED połączonych równolegle jest praktycznie nieograniczona!

Obliczanie rezystora przy równoległym łączeniu diod LED

To połączenie nie jest pożądane i nie polecam go stosować w praktyce. Wynika to z faktu, że każda dioda LED ma technologiczny spadek napięcia i nawet jeśli wszystkie diody LED pochodzą z tej samej paczki, nie gwarantuje to, że ich spadek napięcia będzie taki sam ze względu na technologię produkcji.

W rezultacie jedna dioda LED będzie miała większy prąd niż pozostałe i jeśli przekroczy maksymalny dopuszczalny prąd, ulegnie awarii. Następna dioda LED przepali się szybciej, ponieważ pozostały prąd już przez nią przepłynie, rozdzielony między inne diody LED i tak dalej, aż wszystkie diody LED zawiodą.

Problem ten można rozwiązać podłączając własny rezystor do każdej diody LED, jak pokazano na rys. 5.

Diody LED znalazły dziś zastosowanie w niemal wszystkich obszarach działalności człowieka. Mimo to dla większości zwykłych konsumentów nie jest jasne, dlaczego i jakie prawa obowiązują podczas obsługi diod LED. Jeżeli taka osoba chce zaaranżować oświetlenie za pomocą takich urządzeń, to nie da się uniknąć wielu pytań i szukania rozwiązań problemów. A głównym pytaniem będzie: „Co to za rezystory i dlaczego diody LED ich potrzebują?”

Co to jest rezystor i jakie jest jego przeznaczenie?

Rezystor jest jeden z elementów sieci elektrycznej, charakteryzujący się biernością i w najlepszym przypadku charakteryzujący się odpornością na prąd elektryczny. Oznacza to, że prawo Ohma musi obowiązywać dla takiego urządzenia w dowolnym momencie.

Głównym celem urządzeń jest zdolność do silnego przeciwstawiania się prądowi elektrycznemu. Dzięki tej jakości rezystory są szeroko stosowane w razie potrzeby urządzenia sztucznego oświetlenia, w tym z wykorzystaniem diod LED.

Dlaczego w przypadku urządzeń oświetleniowych LED konieczne jest stosowanie rezystorów?

Większość konsumentów wie, że zwykła żarówka wytwarza światło po bezpośrednim podłączeniu do dowolnego źródła zasilania. Żarówka może pracować długo i przepala się dopiero wtedy, gdy żarnik nadmiernie się nagrzeje na skutek podania zbyt wysokiego napięcia. W tym przypadku żarówka w pewnym sensie realizuje funkcję rezystora, ponieważ przepływ przez nią prądu elektrycznego jest utrudniony, jednak im wyższe przyłożone napięcie, tym łatwiej prądowi pokonać opór żarówki. żarówka. Oczywiście nie można umieścić na tym samym poziomie tak złożonej części półprzewodnikowej, jak dioda LED i zwykła żarówka.

Ważne jest, aby wiedzieć, że dioda LED jest to jest urządzenie elektryczne, dla którego działania nie jest preferowana sama siła prądu, ale napięcie dostępne w sieci. Na przykład, jeśli dla takiego urządzenia zostanie wybrane napięcie 1,8 V, a dojdzie do niego 2 V, najprawdopodobniej przepali się - jeśli napięcie nie zostanie obniżone w czasie do poziomu wymaganego przez urządzenie. Właśnie do tego potrzebny jest rezystor, dzięki któremu stosowane źródło zasilania jest stabilizowane tak, aby dostarczane przez nie napięcie nie uszkodziło urządzenia.

W tym względzie niezwykle ważne jest:

• zdecydować, jaki typ rezystora jest wymagany;
• określić potrzebę zastosowania indywidualnego rezystora dla konkretnego urządzenia, co wymaga obliczeń;
• wziąć pod uwagę rodzaj podłączenia źródeł światła;
• planowana ilość diod LED w systemie oświetleniowym.

Wideo: Dlaczego potrzebne są rezystory

Schematy połączeń

Przy sekwencyjnym ułożeniu diod LED, gdy są one umieszczone jedna po drugiej, zwykle wystarczy jeden rezystor, jeśli można poprawnie obliczyć jego rezystancję. Wyjaśnia to w obwodzie elektrycznym płynie ten sam prąd, w każdym miejscu, w którym zainstalowane są urządzenia elektryczne.

Ale w przypadku połączenia równoległego każda dioda LED wymaga własnego rezystora. Jeśli zaniedbamy ten wymóg, całe napięcie będzie musiało zostać pobrane przez jedną, tak zwaną diodę „ograniczającą”, czyli tę, która potrzebuje najniższego napięcia. On zakończy się niepowodzeniem zbyt szybko w takim przypadku napięcie zostanie przyłożone do następnego urządzenia w obwodzie, które nagle przepali się w ten sam sposób. Taki obrót sytuacji jest niedopuszczalny, dlatego w przypadku równoległego połączenia dowolnej liczby diod LED wymagane jest zastosowanie tej samej liczby rezystorów, których charakterystyki dobierane są w drodze obliczeń.

Wideo: Równoległe połączenie diod LED

Obliczanie rezystorów dla diod LED

Przy prawidłowym zrozumieniu fizyki procesu obliczenia rezystancji i mocy tych urządzeń nie można nazwać zadaniem niemożliwym, z którym zwykły człowiek nie jest w stanie sobie poradzić. Aby obliczyć wymaganą rezystancję rezystora, należy wziąć pod uwagę następujące punkty:

Wideo: Wybór rezystora dla diody LED

Obliczanie rezystorów za pomocą specjalnego kalkulatora

Zwykle obliczenia rezystancji takich urządzeń wymaganych dla dowolnej diody LED przeprowadza się za pomocą kalkulatorów specjalnie zaprojektowanych do tego celu. Takich kalkulatorów, wygodnych i wysoce wydajnych, nie trzeba skądś pobierać i instalować - całkiem możliwe jest obliczenie rezystora online.

Kalkulator rezystora pozwala na dużą precyzję określić wymaganą moc i wartość rezystancji rezystora zainstalowanego w obwodzie LED.

Aby obliczyć wymaganą rezystancję, należy wpisać w odpowiednich wierszach kalkulatora online:

• napięcie zasilania diody;
• Napięcie znamionowe diody LED;
• prąd znamionowy.

Następnie musisz wybrać zastosowany schemat połączeń, a także wymaganą liczbę diod LED.

Po naciśnięciu odpowiedniego przycisku następuje wykonanie obliczeń i Otrzymane obliczone dane są wyświetlane na ekranie monitora, za pomocą którego bez większych trudności można później zorganizować sztuczne oświetlenie LED.

Ponadto kalkulatory online mają pewną bazę danych zawierającą dane o diodach LED i ich parametrach. Przedstawiono możliwość obliczeń:

• ocena urządzenia;
• oznaczenie kolorem;
• prąd pobierany przez obwód;
• rozproszona moc.

Osoba, która nie jest dobrze zorientowana w elektrotechnice i fizyce, w większości przypadków nie będzie w stanie samodzielnie obliczyć urządzeń dla diod LED. Z tego powodu przeprowadzanie obliczeń za pomocą funkcjonalnego i wygodnego kalkulatora online - nieoceniona pomoc dla zwykłych ludzi którzy nie znają metod obliczeń z wykorzystaniem wzorów fizycznych.

Najbardziej znani producenci diod LED i pasków tworzonych na ich bazie, na swoich oficjalnych stronach internetowych Publikują także własny kalkulator online, za pomocą którego można nie tylko dobrać wymagane rezystory i diody LED, ale także obliczyć parametry bieżących urządzeń używanych w różnych trybach pracy ze zmiennymi wartościami prądu, temperatury, przyłożonego napięcia itp.