Výpočet rezistoru pro LED: vzorce pro výběr odporu, online kalkulačka

Činnost LED je založena na emisi světelných kvant, které vznikají, když jí protéká proud. V závislosti na tom se mění i jas záře prvku. Při nízkém proudu svítí slabě a při velkém proudu bliká a dohoří. Nejjednodušší způsob, jak omezit proud, který jím prochází, je použít odpor. Správně vypočítat odpor není obtížné, ale je třeba si uvědomit, že pouze omezuje, ale nestabilizuje proud.

Princip a vlastnosti

LED je zařízeníse schopností vyzařovat světlo. Na deskách plošných spojů a obvodech je označována latinskými písmeny LED (Light Emitting Diode), což znamená „světlo emitující dioda“. Fyzicky se jedná o krystal umístěný v pouzdře. Klasicky se za něj považuje válec, jehož jedna strana má vypouklý zaoblený tvar, což je polokulovitá čočka, a druhá plochá základna a na ní jsou umístěny vývody.

S rozvojem polovodičové technologie a redukcí technologického procesu začal průmysl vyrábět SMD diody určené pro povrchovou montáž. Navzdory tomu se fyzikální princip činnosti LED nezměnil a je stejný pro jakýkoli typ a barvu zařízení.

Výrobní proces radiačního zařízení lze popsat následovně. V první fázi se vypěstuje krystal. To se děje umístěním uměle vyrobeného safíru do komory naplněné plynnou směsí. Tento plyn obsahuje příměsi a polovodič. Při zahřívání komory se výsledná látka ukládá na desku, přičemž tloušťka takové vrstvy nepřesahuje několik mikronů. Po ukončení procesu nanášení jsou kontaktní podložky vytvořeny metodou naprašování a celá konstrukce je umístěna do pouzdra.

Vzhledem ke zvláštnostem výroby neexistují LED se stejnými parametry a charakteristikami. Proto, i když se výrobci snaží třídit zařízení, která jsou hodnotově blízká, často ve stejné šarži existují produkty, které se liší teplotou barvy a provozním proudem.

Radioelementové zařízení

Světelná dioda neboli LED-dioda je polovodičový radioelement, jehož činnost je založena na vlastnostech přechodu elektron-díra. Když jím prochází proud v propustném směru, dochází na rozhraní dvou materiálů k rekombinačním procesům doprovázeným zářením ve viditelném spektru.

Po velmi dlouhou dobu nemohl průmysl vyrábět modrou LED, a proto nebylo možné získat bílý zářič. Teprve v roce 1990 vynalezli výzkumníci japonské korporace Nichia Chemical Industries technologii výroby krystalu, který vyzařuje světlo v modrém spektru. To automaticky umožnilo smícháním zelené, červené a modré získat bílou.

Proces záření je založen na uvolňování energie při rekombinaci nábojů v zóně přechodu elektron-díra. Vzniká kontaktem dvou polovodičových materiálů s různou vodivostí. V důsledku vstřikování, přechodu minoritních nosičů náboje, vzniká blokovací vrstva.

Na straně materiálu s n-vodivostí vzniká bariéra děr a na straně s p-vodivostí elektronů. Rovnováha přichází. Když je napětí aplikováno v dopředném předpětí, dochází k masivnímu pohybu nábojů do zakázané zóny na obou stranách. V důsledku toho se srazí a energie se uvolní ve formě záření světla.

Toto světlo může nebo nemusí být viditelné pro lidské oko. Záleží na složení polovodiče, množství nečistot, zakázaném pásmu. Viditelného spektra je tedy dosaženo výrobou vícevrstvých polovodičových struktur.

Vlastnosti LED

Barva záře závisí na typu polovodiče a stupni jeho dotování, které určuje zakázané pásmo p-n přechodu. Životnost LED závisí především na teplotních podmínkách jeho provozu. Čím vyšší je ohřev zařízení, tím rychleji stárne. A teplota zase souvisí s proudem procházejícím LED. Čím nižší je výkon světelného zdroje, tím delší je jeho životnost. Stárnutí je vyjádřeno snížením jasu světla zařízení. Proto je tak důležité zvolit správný odpor pro LED.

Mezi hlavní vlastnosti LED diod patří:

1. Aktuální spotřeba. Jednočipové LED spotřebovávají proud 0,02 A. Jeho hodnota přitom roste přímo úměrně s počtem krystalů. Dioda se čtyřmi krystaly tedy spotřebovává proud 0,08 A. Právě kvůli tomuto parametru diody je instalován omezovací rezistor, aby při vysoké proudové síle nevyhořel.
2. Velikost poklesu napětí. Tato charakteristika udává, kolik energie se uvolní na LED, to znamená, o kolik voltů se hodnota napětí sníží, když je připojena paralelně k obvodu. Pokud je například pokles 3 volty a vstupní napětí 9 voltů, pak při paralelním připojení k napájení LED bude výstupní napětí 6 voltů.
3. Světelný výkon. Tato charakteristika ukazuje množství světla vyzařovaného zařízením při spotřebě energie rovné jednom wattu.
4. Teplota barvy. Závisí na proudu měniče, účinnosti odvodu tepla a okolní teplotě. Intenzivní světelný tok spojený se spotřebou elektrické energie také zvyšuje teplotu. Zároveň je třeba poznamenat, že poklesy teploty výrazně snižují životnost LED.
5. Standardní velikost. Jeho hodnota závisí na velikosti emitoru. V souladu s tím, čím větší je velikost LED, tím větší je její jas a výkon.

Způsoby připojení

Pro bezproblémový provoz LED je velmi důležitá hodnota provozního proudu. Nesprávné zapojení zdrojů záření nebo výrazný rozptyl jejich parametrů při společném provozu povede k přebytku jimi protékajícího proudu a dalšímu vyhoření zařízení. To je způsobeno zvýšením teploty, kvůli kterému se krystal LED jednoduše deformuje a p-n přechod se prolomí. Proto je tak důležité omezit množství proudu dodávaného do světelného zdroje, tedy omezit napájecí napětí.

Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je použít odpor zapojený sériově do obvodu emitoru. V této kapacitě se používá obyčejný rezistor, ale musí mít určitou hodnotu. Jeho velká hodnota nebude schopna poskytnout požadovaný potenciálový rozdíl pro vznik rekombinačního procesu a menší hodnota vyhoří. V tomto případě potřebujete nejen vědět, jak vypočítat odpor pro LED, ale také pochopit, jak jej správně umístit, zejména pokud je obvod nasycený radioelementy.

V elektrickém obvodu lze použít jednu LED nebo několik LED. Současně existují tři schémata pro jejich zařazení:

• singl;
• konzistentní;
• paralelní.

Jediný prvek

Když je v elektrickém obvodu použita pouze jedna LED, pak je jeden rezistor umístěn v sérii s ní. V důsledku takového spojení se celkové napětí aplikované na tento obvod bude rovnat součtu poklesů rozdílu potenciálů napříč každým prvkem obvodu. Označíme-li tyto ztráty na rezistoru jako Ur a na LED jako Us, pak celkové napětí zdroje EMF bude: Uo = Ur + Us.

Parafrází Ohmova zákona pro úsek sítě I = U / R získáme vzorec: U = I * R. Dosazením výsledného výrazu do vzorce pro zjištění celkového napětí dostaneme:

Uo = IrRr + IsRs, kde

• Ir je proud protékající rezistorem A.
• Rr je vypočítaný odpor rezistoru, Ohm.
• Is je proud procházející LED, A.
• Rs - vnitřní impedance LED, Ohm.

Hodnota Rs se mění v závislosti na provozních podmínkách zdroje záření a její hodnota závisí na síle proudu a rozdílu potenciálů. Tuto závislost lze zjistit studiem proudově-napěťové charakteristiky diody. V počáteční fázi se proud plynule zvyšuje a Rs je vysoké. Poté impedance prudce klesne a proud rychle stoupá i při mírném zvýšení napětí.

Pokud vzorce zkombinujete, dostanete následující výraz:

Rr = (Uo - Us) / Io, Ohm

V tomto případě se bere v úvahu, že síla proudu tekoucího v sériovém obvodu části obvodu je v libovolném bodě stejná, tj. Io = Ir = Je. Tento výraz je vhodný i pro zapojení LED do série, protože také používá pouze jednu pro celý obvod. odpor.

K nalezení požadovaného odporu tedy zbývá zjistit hodnotu Us. Úbytek napětí na LED je referenční hodnota a má svou vlastní pro každý rádiový prvek. Chcete-li získat data, musíte použít datový list na zařízení. Datasheet je soubor informačních listů, které obsahují komplexní informace o parametrech, režimech provozu a také obvodech pro zapínání rádiového prvku. Vyrábí ho výrobce produktu.

Paralelní obvod

Při paralelním zapojení jsou radioprvky ve vzájemném kontaktu ve dvou bodech - uzlech. Pro tento typ obvodu platí dvě pravidla: proud vstupující do uzlu se rovná součtu proudů vycházejících z uzlu a rozdíl potenciálů ve všech bodech uzlů je stejný. Na základě těchto definic můžeme usoudit, že v případě paralelního zapojení LED diody, požadovaný odpor, umístěný na začátku uzlu, se najde podle vzorce: Rr = Uo / Is1 + In, Ohm, kde:

• Uo je potenciální rozdíl aplikovaný na uzly.
• Is1 je proud protékající první LED.
• In je proud procházející n-tou LED.

Ale takový obvod se společným odporem umístěným před paralelním zapojením LED se nepoužívá. To je způsobeno tím, že v případě vyhoření jednoho zářiče podle zákona zůstane proud vstupující do jednotky nezměněn. To znamená, že bude rozdělen mezi zbývající pracovní prvky a bude jimi protékat více proudu. Výsledkem bude řetězová reakce a všechny polovodičové zářiče nakonec vyhoří.

Proto bude správné použít vlastní rezistor pro každou paralelní větev s vlastní LED a vypočítat rezistor pro LED samostatně pro každou nohu. Tento přístup je také výhodný v tom, že v obvodu mohou být použity rádiové prvky s různými charakteristikami.

Výpočet odporu každého ramene je podobný jako u jednoho zapojení: Rn = (Uo - Us) / In, Ohm, kde:

• Rn je požadovaný odpor n-té větve.
• Uo - Us - rozdíl úbytku napětí.
• In je proud procházející n-tou LED.

Příklad výpočtu

Nechte elektrický obvod napájet z 32voltového zdroje konstantního napětí. V tomto obvodu jsou dvě LED značky značky zapojené paralelně k sobě: Cree C503B-RAS a Cree XM-L T6. Pro výpočet požadované impedance je třeba zjistit z datasheetu typický úbytek napětí na těchto LED. Takže pro první je to 2,1 V při proudu 0,2 a pro druhé - 2,9 V při stejné síle proudu.

Nahrazením těchto hodnot do vzorce sériového řetězce získáte následující výsledek:

• R1 = (U0-Us1) / I = (32-2,1) / 0,2 = 21,5 ohmů.
• R2 = (U0-Us2) / I = (32-2,9) / 0,2 = 17,5 Ohm.

Nejbližší hodnoty jsou vybrány ze standardní řady. Budou: R1 = 22 Ohmů a R2 = 18 Ohmů. V případě potřeby můžete také vypočítat výkon rozptýlený rezistory pomocí vzorce: P = I * I * U. Pro nalezené rezistory to bude P = 0,001 W.

Prohlížeč online kalkulaček

Při velkém počtu LED diod v obvodu je výpočet odporu pro každou z nich poměrně zdlouhavý proces, zejména proto, že můžete udělat chybu. Nejjednodušší způsob, jak provádět výpočty, je proto používat online kalkulačky.

Jsou to programy napsané pro běh v prohlížeči. Na internetu najdete mnoho takových kalkulaček pro LED., ale princip jejich práce je stejný. Do navrhovaných formulářů budete muset zadat referenční údaje, vybrat schéma připojení a kliknout na tlačítko "Výsledek" nebo "Výpočet". Poté už stačí jen čekat na odpověď.

Po ručním přepočtu to můžete zkontrolovat, ale nebude to mít velký smysl, protože při výpočtu programu se používají podobné vzorce.