Takisti arvutamine LED-ile: takistuse valiku valemid, veebikalkulaator

LED-i töö põhineb valguskvantide emissioonil, mis tekivad seda läbiva voolu läbimisel. Sellest olenevalt muutub ka elemendi sära heledus. Madala voolu korral särab see tuhmilt ja suure voolu korral vilgub ja põleb läbi. Lihtsaim viis seda läbiva voolu piiramiseks on kasutada takistust. Takisti korrektne arvutamine pole keeruline, kuid tuleb meeles pidada, et see ainult piirab, kuid ei stabiliseeri voolu.

Tööpõhimõte ja omadused

LED on seadevalguse kiirgamise võimega. Trükkplaatidel ja vooluringidel tähistatakse seda ladina tähtedega LED (Light Emitting Diode), mis tähendab "valgusdiood". Füüsiliselt on see ümbrisesse pandud kristall. Klassikaliselt peetakse seda silindriks, mille üks külg on kumera ümara kujuga, mis on poolkerakujuline lääts, ja teine ​​on tasane alus ja sellel asuvad juhtmed.

Tahkistehnoloogia arendamise ja tehnoloogilise protsessi vähenemisega hakati tööstuses tootma SMD-dioode, mis on ette nähtud pinnale paigaldamiseks. Vaatamata sellele ei ole LED-i füüsiline tööpõhimõte muutunud ning see on sama mis tahes tüüpi ja seadme värvi puhul.

Kiirgusseadme tootmisprotsessi saab kirjeldada järgmiselt. Esimeses etapis kasvatatakse kristalli. See juhtub, kui asetatakse kunstlikult valmistatud safiir gaasiseguga täidetud kambrisse. See gaas sisaldab lisandeid ja pooljuhti. Kambri kuumutamisel sadestub saadud aine plaadile, samas kui sellise kihi paksus ei ületa mitut mikronit. Pärast sadestamisprotsessi lõppu moodustatakse pihustusmeetodil kontaktpadjad ja kogu konstruktsioon asetatakse korpusesse.

Tootmise iseärasuste tõttu pole samade parameetrite ja omadustega LED-e. Seetõttu, kuigi tootjad püüavad sorteerida seadmeid, mille väärtus on lähedane, on sageli samas partiis tooteid, mis erinevad värvitemperatuuri ja töövoolu poolest.

Raadioelemendi seade

Valgusdiood ehk LED-diood on pooljuhtraadioelement, mille töö põhineb elektron-auk ülemineku omadustel. Kui vool läbib seda edasisuunas, toimuvad kahe materjali vahelisel liidesel rekombinatsiooniprotsessid, millega kaasneb nähtava spektri kiirgus.

Väga pikka aega ei suutnud tööstus toota sinist LED-i, mistõttu oli võimatu saada valget emitterit. Alles 1990. aastal leiutasid Jaapani korporatsiooni Nichia Chemical Industries teadlased tehnoloogia sinise spektri valgust kiirgava kristalli tootmiseks. See tegi automaatselt võimalikuks rohelise, punase ja sinise segamise, et saada valge.

Kiirgusprotsess põhineb energia vabanemisel laengute rekombinatsioonil elektron-augu ülemineku tsoonis. See moodustub kahe erineva juhtivusega pooljuhtmaterjali kokkupuutel. Injektsiooni, vähemuslaengukandjate ülemineku tulemusena moodustub blokeeriv kiht.

Materjali n-juhtivusega küljel tekib aukude barjäär ja p-juhtivuse poolel elektronide tõke. Tasakaal tuleb. Kui pinge rakendatakse päripinges, toimub mõlemal pool laengute massiline liikumine keelatud tsooni. Selle tulemusena nad põrkuvad ja energia vabaneb valguskiirguse kujul.

See valgus võib olla inimsilmale nähtav või mitte. See sõltub pooljuhi koostisest, lisandite hulgast, ribalaiusest. Seetõttu saavutatakse nähtav spekter mitmekihiliste pooljuhtstruktuuride valmistamisega.

LED-i omadused

Sära värvus sõltub pooljuhi tüübist ja selle dopinguastmest, mis määrab p-n-siirde ribalaiuse. LED-ide kasutusiga sõltub eelkõige nende töötemperatuuri tingimustest. Mida kõrgem on seadme küte, seda kiiremini see vananeb. Ja temperatuur on omakorda seotud LED-i läbiva vooluga. Mida väiksem on valgusallika võimsus, seda pikem on selle kasutusiga. Vananemist väljendatakse seadme valguse heleduse vähenemisena. Seetõttu on nii oluline valida LED-i jaoks õige takistus.

LED-dioodide peamised omadused on järgmised:

1. Praegune kasutus. Ühe kiibiga LED-id tarbivad 0,02 A. Samal ajal kasvab selle väärtus otseselt proportsionaalselt kristallide arvuga. Niisiis, nelja kristalliga diood tarbib voolu 0,08 A. Selle dioodi parameetri tõttu paigaldatakse piirav takisti, nii et see ei põle suure voolutugevusega.
2. Pingelanguse suurus. See omadus näitab, kui palju energiat LED-il vabaneb, see tähendab, mitu volti pinge väärtus väheneb, kui see on vooluringiga paralleelselt ühendatud. Näiteks kui langus on 3 volti ja sisendpinge on 9 volti, siis paralleelselt LED-toiteallikaga ühendamisel on väljundpinge 6 volti.
3. Valguse väljund. See omadus näitab seadme poolt kiiratava valguse hulka, kui energiatarve on võrdne ühe vatiga.
4. Värvitemperatuur. See sõltub ajami voolust, soojuse hajumise efektiivsusest ja ümbritsevast temperatuurist. Elektrienergia tarbimisega seotud intensiivne valgusvoog tõstab ka temperatuuri. Samal ajal tuleb märkida, et temperatuuri langus vähendab oluliselt LED-i eluiga.
5. Standardne suurus. Selle väärtus sõltub emitteri suurusest. Seega, mida suurem on LED-i suurus, seda suurem on selle heledus ja võimsus.

Ühendusmeetodid

LED-i tõrgeteta tööks on töövoolu väärtus väga oluline. Kiirgusallikate vale ühendamine või nende parameetrite märkimisväärne hajumine ühistöö ajal põhjustab neid läbiva voolu ülemäärasust ja seadmete edasist läbipõlemist. Selle põhjuseks on temperatuuri tõus, mille tõttu LED-kristall lihtsalt deformeerub ja p-n-ristmik puruneb. Seetõttu on nii oluline piirata valgusallikale antava voolu suurust, st piirata toitepinget.

Lihtsaim viis seda teha on kasutada emitteri ahelaga järjestikku ühendatud takistust. Selles mahus kasutatakse tavalist takistit, kuid sellel peab olema teatud väärtus. Selle suur väärtus ei suuda tagada rekombinatsiooniprotsessi toimumiseks vajalikku potentsiaalide erinevust ja väiksem põleb läbi. Sel juhul peate mitte ainult teadma, kuidas LED-i takistust arvutada, vaid ka mõistma, kuidas seda õigesti panna, eriti kui vooluahel on küllastunud raadioelementidega.

Elektriahel võib kasutada ühte või mitut LED-i. Samal ajal on nende kaasamiseks kolm skeemi:

• vallaline;
• järjekindel;
• paralleelselt.

Üksik element

Kui elektriahelas kasutatakse ainult ühte LED-i, asetatakse sellega jadamisi üks takisti. Sellise ühenduse tulemusena on sellele vooluringile rakendatav kogupinge võrdne ahela iga elemendi potentsiaalsete erinevuste languste summaga. Kui tähistame need kaod takistil kui Ur ja LED-il kui Us, siis on EMF-i allika kogupinge: Uo = Ur + Us.

Parafraseerides Ohmi seadust võrgulõigu I = U / R jaoks, saadakse valem: U = I * R. Asendades saadud avaldise kogupinge leidmise valemis, saame:

Uo = IrRr + IsRs, kus

• Ir on takistit läbiv vool A.
• Rr on takisti arvutuslik takistus Ohm.
• Is on LED-i läbiv vool, A.
• Rs - LED sisemine takistus, Ohm.

Rs väärtus varieerub sõltuvalt kiirgusallika töötingimustest ja selle väärtus sõltub voolutugevusest ja potentsiaalide erinevusest. Seda sõltuvust saab näha dioodi voolu-pinge karakteristikute uurimisel. Algstaadiumis suureneb vool sujuvalt ja Rs on kõrge. Pärast seda langeb impedants järsult ja vool tõuseb kiiresti isegi pinge vähesel tõusul.

Kui ühendate valemid, saate järgmise avaldise:

Rr = (Uo - Us) / Io, Ohm

Sel juhul võetakse arvesse, et vooluahela osa jadaahelas voolava voolu tugevus on mis tahes punktis sama, st Io = Ir = On. See väljend sobib ka LED-ide järjestikuseks ühendamiseks, sest ka see kasutab kogu vooluringi jaoks ainult ühte. takisti.

Seega jääb vajaliku takistuse leidmiseks välja selgitada Meie väärtus. Pingelangus LED-il on võrdlusväärtus ja sellel on iga raadioelemendi jaoks oma. Andmete hankimiseks peate kasutama seadme andmelehte. Andmeleht on teabelehtede komplekt, mis sisaldab põhjalikku teavet parameetrite, töörežiimide ja raadioelemendi sisselülitamise ahela kohta. Seda toodab toote tootja.

Paralleellülitus

Paralleelse ühenduse korral puutuvad raadioelemendid üksteisega kokku kahes punktis - sõlmedes. Seda tüüpi vooluringide puhul kehtivad kaks reeglit: sõlme sisenev vool on võrdne sõlmest väljuvate voolude summaga ja potentsiaalide erinevus sõlmede kõigis punktides on sama. Nende definitsioonide põhjal võime järeldada, et paralleelühenduse korral LED-id, soovitud takisti, mis asub sõlme alguses, leitakse valemiga: Rr = Uo / Is1 + In, Oh, kus:

• Uo on sõlmedele rakendatud potentsiaalide erinevus.
• Is1 on vool, mis läbib esimest LED-i.
• In on n-ndat LED-i läbiv vool.

Kuid sellist ühise takistusega vooluringi, mis asub LED-ide paralleelühenduse ees, ei kasutata. See on tingitud asjaolust, et ühe emitteri läbipõlemisel jääb seadmesse sisenev vool seaduse järgi muutumatuks. See tähendab, et see jaotatakse ülejäänud töötavate elementide vahel ja nende kaudu voolab rohkem voolu. Tulemuseks on ahelreaktsioon ja kõik pooljuhtide emitterid põlevad lõpuks läbi.

Seetõttu on õige kasutada iga paralleelse haru jaoks oma takistit oma LED-iga ja arvutada LED-i takisti iga jala jaoks eraldi. Selline lähenemine on kasulik ka selle poolest, et ahelas saab kasutada erinevate omadustega raadioelemente.

Iga õla takistuse arvutamine sarnaneb ühe ühendusega: Rn = (Uo - Us) / In, Ohm, kus:

• Rn on n-nda haru nõutav takistus.
• Uo - Us - pingelanguse erinevus.
• In on vool läbi n-nda LED-i.

Arvutamise näide

Laske elektriahelal toide olla 32-voldise konstantse pinge allikast. Selles vooluringis on kaks paralleelselt ühendatud kaubamärgi LED-i: Cree C503B-RAS ja Cree XM-L T6. Nõutava impedantsi arvutamiseks peate andmelehelt välja selgitama nende LED-ide tüüpilise pingelanguse. Niisiis, esimese puhul on see 2,1 V voolutugevusel 0,2 ja teise jaoks - 2,9 V sama voolutugevusega.

Nende väärtuste asendamine ahela valemiga annab järgmise tulemuse:

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

Lähimad väärtused valitakse standardseeriast. Need on: R1 = 22 oomi ja R2 = 18 oomi. Soovi korral saate arvutada ka takistite hajutatud võimsuse, kasutades valemit: P = I * I * U. Leitud takistite puhul on see P = 0,001 W.

Brauseri veebikalkulaatorid

Kui vooluringis on palju LED-e, on igaühe takistuse arvutamine üsna tüütu protsess, eriti kuna võite teha vea. Seetõttu on lihtsaim viis arvutuste tegemiseks kasutada veebikalkulaatoreid.

Need on brauseris käitamiseks kirjutatud programm. Internetist leiate palju selliseid LED-i kalkulaatoreid., kuid nende tööpõhimõte on sama. Pakutud vormidesse peate sisestama viiteandmed, valima ühendusskeemi ja klõpsama nuppu "Tulemus" või "Arvutamine". Pärast seda peate lihtsalt vastust ootama.

Olles selle käsitsi ümber arvutanud, saate seda kontrollida, kuid sellel pole palju mõtet, kuna programmi arvutamisel kasutatakse sarnaseid valemeid.