Строительный портал — строительство, ремонт, дизайн, обустройство, коммуникации Расчет резистора для светодиода не является сложной задачей и производится по простой школьной формуле. А вот с физическими процессами, протекающими в p-n-переходе светодиода, рекомендуется познакомиться ближе.
Параметры и особенности
Достоинств у светодиодов намного больше, чем недостатков, но по причине высокой стоимости народ не спешит приобретать осветительные приборы на основе светодиодов. Люди, обладающие необходимыми познаниями, покупают отдельные элементы и сами собирают светильники для аквариума, делают подключения на приборные панели автомобилей, стоповых сигналов и габаритов. Но для этого надо хорошо разобраться в принципах работы, параметрах и конструктивных особенностях светодиодов.
От бумаги к реальности есть небольшая разница. Это то, что будет происходить во всех проектах, которые вы делаете, поэтому вы всегда должны привыкнуть оставлять запас прочности. Как вы можете себе представить, они не продают сопротивления этой ценности. Однако резисторы 470 Ом легко найти. Кроме того, поскольку мы выберем значение сопротивления немного выше идеального, интенсивность будет немного ниже, поэтому вы убедитесь, что ток всегда ниже 20 мА.
Мощность, рассеянная в сопротивлении
Однако вам все же нужно найти рассеянную мощность, которая должна выдерживать ваше сопротивление. Вы должны иметь в виду, что если значение сопротивления, которое вы ставите, это не тот, который вы рассчитали, текущий не будет таким же, и вам придется пересчитать его.
Параметры:
- рабочий ток;
- рабочее напряжение;
- цвет светового потока;
- угол рассеивания:
- тип корпуса.
Особенностью конструкций является диаметр, форма линзы, которая определяет направленность и степень рассеивания светового потока. Участок цветового спектра свечения определяют примеси добавляемые в полупроводниковый кристалл диода. Фосфор, индий, галлий, алюминий обеспечивают подсветку от красного до желтого диапазона.
Если мы применим это к предыдущему примеру. Теперь вы знаете, что ваше сопротивление должно выдерживать, по крайней мере, те Ватиос. Типичное рассеиваемая мощность в резисторе, которую вы можете найти без проблем, составляет 25 Вт. Если вы все это поняли, вам это не составит труда. Просто примените приведенные выше формулы с небольшими изменениями.
Когда вы подключаете несколько компонентов последовательно, то, что вы делаете, это то, что все они распространяют один и тот же ток. В случае напряжения вы добавляете падение напряжения, поэтому ваша формула будет выглядеть так. Если вы подключаете несколько компонентов параллельно, все они имеют одинаковое напряжение. Однако интенсивность делится на разные ветви, циркулируя большую интенсивность теми ветвями, которые менее склонны к прохождению тока, т.е. ветвям, которые имеют меньшее сопротивление.
Состав азота, галлия, индия сделает спектр в диапазоне синего и зеленого цветов, если к кристаллу синего (голубого) спектра добавить люминофор, можно получить белый свет. Углы направления и рассеивания потоков определяет состав кристалла, но в большей степени форма линзы светодиода.
Для поддержания живого мира аквариума необходим процесс фотосинтеза водорослей. Здесь требуется правильный спектр и определенный уровень освещения аквариума, с чем хорошо справляются светодиоды.
Формула расчета сопротивления резистора онлайн калькулятора
Сопротивление резистора
= (U – U F)/I F
- U
– источник питания; - U F
– прямое напряжение светодиода; - I F
– ток светодиода (в миллиамперах).
Примечание:
Слишком сложно найти резистор с сопротивлением, которое получилось при расчете. Как правило, резисторы выпускаются в стандартных значениях (номинальный ряд). Если вы не можете найти необходимый резистор, то выберите ближайшее бо́льшее значение сопротивления, которое вы рассчитали.
Например, если у вас получилось сопротивление 313,4 Ом, то возьмите ближайшее стандартное значение, которое составляет 330 Ом. Если ближайшее значение является недостаточно близким, то вы можете получить необходимое сопротивление путем или соединения нескольких резисторов.
Светодиод является полупроводниковым прибором с нелинейной вольт-амперная характеристикой (ВАХ). Его стабильная работа, в первую очередь, зависит от величины, протекающего через него тока. Любая, даже незначительная, перегрузка приводит к деградации светодиодного чипа и снижению его рабочего ресурса.
Чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод на нужном уровне, электрическую цепь необходимо дополнить стабилизатором. Простейшим, ограничивающим ток элементом, является резистор.
Расчет резистора для светодиода не является сложной задачей и производится по простой школьной формуле. А вот с физическими процессами, протекающими в p-n-переходе светодиода, рекомендуется познакомиться ближе.
Светодиод без резистора
Для начала рассмотрим, что произойдет, если мы подключим светодиод к источнику питания без резистора ограничивающего ток. В качестве примера мы будем использовать источник питания с напряжением 5В.
В этом случае, в соответствии со вторым законом Кирхгофа:
Получается, что все напряжение питания сосредоточено на нашем светодиоде:
Что означает появление напряжения 5В на нашем светодиоде? При превышении 2,05 вольт, ток будет расти очень быстро, достигнув высокого значения.
В нашем случае, питание светодиода без ограничительного резистора приведет к генерации тока большего, чем допустимо (30 мА), что в свою очередь произойдет его повреждение.
Здесь следует добавить, что причиной, разрушающим светодиод является не ток как таковой, а выделяемая мощность в виде тепла.
Примеры расчетов
Чтобы помочь новичкам сориентироваться, приведем пару практических примеров расчета сопротивления для светодиодов.
Cree XM–L T6
В первом случае проведем вычисление резистора, необходимого для подключения мощного светодиода Cree XM–L к источнику напряжения 5В. Cree XM–L с бином T6 имеет такие параметры: типовое U LED =2,9В и максимальное U LED =3,5В при токе I LED =0,7А. Узнать больше о данном светодиоде можно здесь. В расчёты следует подставлять типовое значение ULED, так как. оно чаще всего соответствует действительности.
R=(U-U LED)/I=(5-2,9)/0,7=3 Ом
Рассчитанный номинал резистора присутствует в ряду Е24 и имеет допуск в 5%. Однако на практике часто приходится округлять полученные результаты к ближайшему значению из стандартного ряда. Получается, что с учетом округления и допуска в 5% реальное сопротивление изменяется и вслед за ним обратно пропорционально меняется ток. Поэтому, чтобы не превысить рабочий ток нагрузки, необходимо расчётное сопротивление округлять в сторону увеличения.
Используя наиболее распространённые резисторы из ряда Е24, не всегда удаётся подобрать нужный номинал. Решить эту проблему можно двумя способами. Первый подразумевает последовательное включение добавочного токоограничительного сопротивления, который должен компенсировать недостающие Омы. Его подбор должен сопровождаться контрольными измерениями тока.
Второй способ обеспечивает более высокую точность, так как предполагает установку прецизионного резистора. Это такой элемент, сопротивление которого не зависит от температуры и прочих внешних факторов и имеет отклонение не более 1% (ряд Е96). В любом случае лучше оставить реальный ток немного меньше от номинала. Это не сильно повлияет на яркость, зато обеспечит кристаллу щадящий режим работы.
Мощность, рассеиваемая резистором, составит:
P=I 2 *R=0,72*3=1,47 Вт
Вычислим КПД собранного светильника:
η= P LED /P= U LED / U=2,9/5=0,58 или 58%
Led smd 5050
По аналогии с первым примером разберемся, какой нужен резистор для smd светодиода 5050.
Здесь нужно учесть конструкционные особенности светодиода, который состоит из трёх независимых кристаллов.
Если LED smd 5050 одноцветный, то прямое напряжение в открытом состоянии на каждом кристалле будет отличаться не более, чем на 0,1В. Значит, светодиод можно запитать от одного резистора, объединив 3 анода в одну группу, а три катода – в другую. Подберем резистор для подключения белого smd 5050 с параметрами: типовое U LED =3,3В при токе одного чипа I LED =0,02А.
R=(5-3,3)/(0,02*3)=28,3 Ом
Ближайшее стандартное значение – 30 Ом.
P=(0,02*3)2*30=0,1 Вт
η=3,3/5=0,66 или 66%
Принимаем к монтажу ограничительный резистор мощностью 0,25Вт и сопротивлением в 30 Ом±5%.
Теория
Математический расчет
Ниже представлена принципиальная электрическая схема в самом простом варианте. В ней светодиод и резистор образуют последовательный контур, по которому протекает одинаковый ток (I). Питается схема от источника ЭДС напряжением (U). В рабочем режиме на элементах цепи происходит падение напряжения: на резисторе (UR) и на светодиоде (ULED). Используя второе правило Кирхгофа, получается следующее равенство:
U= I*R+I*R LED .
В приведенных формулах R – это сопротивление рассчитываемого резистора (Ом), R LED – дифференциальное сопротивление светодиода (Ом), U – напряжения (В).
Значение R LED меняется при изменении условий работы полупроводникового прибора. В данном случае переменными величинами являются ток и напряжение, от соотношения которых зависит величина сопротивления. Наглядным объяснением сказанного служит ВАХ светодиода. На начальном участке характеристики (примерно до 2 вольт) происходит плавное нарастание тока, в результате чего R LED имеет большое значение. Затем p-n-переход открывается, что сопровождается резким увеличением тока при незначительном росте прикладываемого напряжения.
Путём несложного преобразования первых двух формул можно определить сопротивление токоограничивающего резистора: R=(U-U LED)/I, Ом
U LED является паспортной величиной для каждого отдельного типа светодиодов.
Графический расчет
Имея на руках ВАХ исследуемого светодиода, можно рассчитать резистор графическим способом. Конечно, такой способ не имеет широкого практического применения. Ведь зная ток нагрузки, из графика можно легко вычислить величину прямого напряжения. Для этого достаточно с оси ординат (I) провести прямую линию до пересечения с кривой, а затем опустить линию на ось абсцисс (U LED). В итоге все данные для расчета сопротивления получены.
Тем не менее, вариант с использованием графика уникален и заслуживает определенного внимания.
Рассчитаем резистор для светодиода АЛ307 с номинальным током 20 мА, который необходимо подключить к источнику питания 5В. Для этого из точки 20 мА проводим прямую линию до пересечения с кривой LED. Далее через точку 5В и точку на графике проводим линию до пересечения с осью ординат и получаем максимальное значение тока (Imax), примерно равное 50 мА. Используя закон Ома, рассчитываем сопротивление:
R=U/I max =5В/0,05А=100 Ом
Чтобы схема была безопасной и надёжной нужно исключить перегрев резистора. Для этого следует найти его мощность рассеивания по формуле:
P=I 2 *R=(U R)2/R
Калькулятор расчета сопротивления резисторов для светодиодов
Калькулятор может быть использован для расчета сопротивления резистора для одного или нескольких, соединенных последовательно светодиодов.
(!). Номинал сопротивления резистора выбирается из ближайшего большего значения стандартного ряда.
При расчете на предложенном калькуляторе используются такие исходные данные как количество СД в цепи и схема их включения, а также прямое напряжение, ток СД и значение питающего напряжения.
Для определения прямого напряжения а тока СД в случае отсутствия технической документации прямое напряжение может быть определено исходя из цвета свечения диода.
Следует обратить внимание, что приведенные в таблице значения прямого напряжения будут верны для СД, рассчитанных на 20 mA.
