Calcolo della resistenza per LED: formule di selezione della resistenza, calcolatrice online

Il funzionamento di un LED si basa sull'emissione di quanti di luce che si generano quando una corrente lo attraversa. A seconda di ciò, cambia anche la luminosità del bagliore dell'elemento. A bassa corrente, brilla debolmente e con una grande corrente lampeggia e si brucia. Il modo più semplice per limitare la corrente che lo attraversa è utilizzare una resistenza. Non è difficile calcolare correttamente il resistore, ma va ricordato che limita solo, ma non stabilizza la corrente.

Principio di funzionamento e proprietà

Il LED è un dispositivocon la capacità di emettere luce. Su circuiti stampati e circuiti, è indicato con le lettere latine LED (Light Emitting Diode), che significa "diodo emettitore di luce". Fisicamente, è un cristallo posto in una custodia. Classicamente, è considerato un cilindro, un lato del quale ha una forma arrotondata convessa, che è una lente emisferica, e l'altro è una base piatta, e i cavi si trovano su di esso.

Con lo sviluppo della tecnologia allo stato solido e la riduzione del processo tecnologico, l'industria ha iniziato a produrre diodi SMD destinati all'installazione a montaggio superficiale. Nonostante ciò, il principio fisico di funzionamento del LED non è cambiato ed è lo stesso per qualsiasi tipo e per il colore del dispositivo.

Il processo di fabbricazione del dispositivo di radiazione può essere descritto come segue. Nella prima fase, viene coltivato un cristallo. Ciò avviene posizionando uno zaffiro artificiale in una camera riempita con una miscela gassosa. Questo gas contiene droganti e un semiconduttore. Quando la camera viene riscaldata, la sostanza risultante viene depositata sulla piastra, mentre lo spessore di tale strato non supera alcuni micron. Dopo la fine del processo di deposizione mediante spruzzatura, vengono formati i cuscinetti di contatto e l'intera struttura viene posizionata nell'alloggiamento.

Per le peculiarità della produzione, non esistono LED con gli stessi parametri e caratteristiche. Pertanto, sebbene i produttori cerchino di ordinare i dispositivi di valore simile, spesso nello stesso lotto ci sono prodotti che differiscono per temperatura del colore e corrente di funzionamento.

Dispositivo radioelemento

Un diodo a emissione luminosa o un diodo LED è un radioelemento a semiconduttore, il cui funzionamento si basa sulle proprietà di una giunzione elettrone-lacuna. Quando una corrente lo attraversa in avanti, si verificano processi di ricombinazione all'interfaccia tra due materiali, accompagnati da radiazioni nello spettro visibile.

Per molto tempo, l'industria non ha potuto produrre un LED blu, motivo per cui era impossibile ottenere un emettitore bianco. Solo nel 1990, i ricercatori della società giapponese Nichia Chemical Industries hanno inventato una tecnologia per produrre un cristallo che emette luce nello spettro blu. Ciò ha reso possibile automaticamente mescolando verde, rosso e blu per ottenere il bianco.

Il processo di radiazione si basa sul rilascio di energia durante la ricombinazione di cariche nella zona della transizione elettrone-lacuna. È formato dal contatto di due materiali semiconduttori con diversa conduttività. Come risultato dell'iniezione, della transizione dei portatori di carica minoritari, si forma uno strato di blocco.

Sul lato del materiale con conduzione n si forma una barriera di lacune, e dal lato con conduzione p, di elettroni. L'equilibrio arriva. Quando la tensione viene applicata in polarizzazione diretta, c'è un massiccio movimento di cariche nella zona proibita su entrambi i lati. Di conseguenza, si scontrano e l'energia viene rilasciata sotto forma di radiazione luminosa.

Questa luce può o non può essere visibile all'occhio umano. Dipende dalla composizione del semiconduttore, dalla quantità di impurità, dal band gap. Pertanto, lo spettro visibile si ottiene attraverso la fabbricazione di strutture a semiconduttore multistrato.

Caratteristiche del LED

Il colore del bagliore dipende dal tipo di semiconduttore e dal grado del suo drogaggio, che determina il gap di banda della giunzione p-n. La durata dei LED dipende principalmente dalle condizioni di temperatura del suo funzionamento. Maggiore è il riscaldamento del dispositivo, più velocemente invecchierà. E la temperatura, a sua volta, è correlata alla corrente che passa attraverso il LED. Minore è la potenza della sorgente luminosa, maggiore è la sua durata. L'invecchiamento è espresso come una diminuzione della luminosità della luce del dispositivo. Pertanto, è così importante scegliere la giusta resistenza per il LED.

Le principali caratteristiche dei diodi LED includono:

1. Consumo attuale. I LED a chip singolo consumano una corrente di 0,02 A. Allo stesso tempo, il suo valore cresce in proporzione diretta al numero di cristalli. Quindi, un diodo con quattro cristalli consuma una corrente di 0,08 A. È a causa di questo parametro del diodo che viene installato un resistore di limitazione in modo che non si bruci ad un'elevata intensità di corrente.
2. L'entità della caduta di tensione. Questa caratteristica indica quanta energia viene rilasciata sul LED, cioè di quanti volt diminuirà il valore della tensione quando è collegato in parallelo al circuito. Ad esempio, se la caduta è di 3 volt e la tensione di ingresso è di 9 volt, quindi quando collegato in parallelo all'alimentatore del LED, la tensione di uscita sarà di 6 volt.
3. Uscita luce. Questa caratteristica mostra la quantità di luce emessa dal dispositivo quando il consumo di energia è pari a un watt.
4. Temperatura di colore. Dipende dalla corrente del convertitore, dall'efficienza di dissipazione del calore e dalla temperatura ambiente. L'intenso flusso luminoso associato al consumo di energia elettrica aumenta anche la temperatura. Allo stesso tempo, va notato che le cadute di temperatura riducono significativamente la vita del LED.
5. Taglia standard. Il suo valore dipende dalle dimensioni dell'emettitore. Di conseguenza, maggiore è la dimensione del LED, maggiore è la sua luminosità e potenza.

Metodi di connessione

Per un funzionamento senza problemi del LED, il valore della corrente di esercizio è molto importante. La connessione errata delle sorgenti di radiazioni o una dispersione significativa dei loro parametri durante il funzionamento congiunto porterà a un eccesso di corrente che scorre attraverso di esse e a un ulteriore esaurimento dei dispositivi. Ciò è dovuto a un aumento della temperatura, a causa del quale il cristallo del LED viene semplicemente deformato e la giunzione p-n si rompe. Pertanto, è così importante limitare la quantità di corrente fornita alla sorgente luminosa, cioè limitare la tensione di alimentazione.

Il modo più semplice per farlo è utilizzare una resistenza collegata in serie al circuito dell'emettitore. Un resistore ordinario viene utilizzato in questa capacità, ma deve avere un certo valore. Il suo valore elevato non sarà in grado di fornire la differenza di potenziale richiesta per il verificarsi del processo di ricombinazione e un valore inferiore si esaurirà. In questo caso è necessario non solo sapere come calcolare la resistenza per un LED, ma anche capire come inserirlo correttamente, soprattutto se il circuito è saturo di radioelementi.

Uno o più LED possono essere utilizzati in un circuito elettrico. Allo stesso tempo, ci sono tre schemi per la loro inclusione:

• separare;
• coerente;
• parallelo.

Singolo elemento

Quando viene utilizzato un solo LED in un circuito elettrico, un resistore viene posto in serie con esso. Come risultato di tale connessione, la tensione totale applicata a questo circuito sarà uguale alla somma delle differenze di potenziale cadute su ciascun elemento del circuito. Se designiamo queste perdite sul resistore come Ur e sul LED come Us, la tensione totale della sorgente EMF sarà: Uo = Ur + Us.

Parafrasando la legge di Ohm per la sezione di rete I = U / R, si ottiene la formula: U = I * R. Sostituendo l'espressione risultante nella formula per trovare la tensione totale, otteniamo:

Uo = IrRr + IsRs, dove

• Ir è la corrente che scorre attraverso il resistore, A.
• Rr è la resistenza calcolata del resistore, Ohm.
• Is è la corrente che passa attraverso il LED, A.
• Rs - Impedenza interna LED, Ohm.

Il valore di Rs cambia a seconda delle condizioni operative della sorgente di radiazione e il suo valore dipende dall'intensità della corrente e dalla differenza di potenziale. Questa dipendenza può essere vista studiando la caratteristica corrente-tensione del diodo. Nella fase iniziale, la corrente aumenta gradualmente e Rs è alto. Successivamente, l'impedenza diminuisce bruscamente e la corrente aumenta rapidamente anche con un leggero aumento della tensione.

Se combini le formule, ottieni la seguente espressione:

Rr = (Uo - Us) / Io, Ohm

In questo caso, si tiene conto del fatto che l'intensità della corrente che scorre nel circuito seriale di una sezione del circuito è la stessa in qualsiasi punto, ovvero Io = Ir = È. Questa espressione è adatta anche per il collegamento di LED in serie, perché ne utilizza anche uno solo per l'intero circuito. resistore.

Quindi, per trovare la resistenza richiesta, resta da scoprire il valore di Noi. La caduta di tensione ai capi del LED è un valore di riferimento ed ha il suo per ogni elemento radio. Per ottenere i dati, è necessario utilizzare la scheda tecnica sul dispositivo. Il foglio dati è un insieme di fogli informativi che contengono informazioni complete sui parametri, le modalità di funzionamento e il circuito per l'accensione dell'elemento radio. È prodotto dal produttore del prodotto.

Circuito parallelo

Con una connessione parallela, i radioelementi sono in contatto tra loro in due punti: i nodi. Per questo tipo di circuito valgono due regole: la corrente che entra nel nodo è uguale alla somma delle correnti che emanano dal nodo, e la differenza di potenziale in tutti i punti dei nodi è la stessa. Sulla base di queste definizioni, possiamo concludere che nel caso di una connessione parallela LED, il resistore desiderato, situato all'inizio del nodo, si trova con la formula: Rr = Uo / Is1 + In, Oh, dove:

• Uo è la differenza di potenziale applicata ai nodi.
• Is1 è la corrente che scorre attraverso il primo LED.
• In è la corrente che passa attraverso l'ennesimo LED.

Ma un tale circuito con una resistenza comune situata davanti alla connessione parallela dei LED non viene utilizzato. Ciò è dovuto al fatto che in caso di esaurimento di un emettitore, secondo la legge, la corrente che entra nell'unità rimarrà invariata. Ciò significa che sarà distribuito tra gli elementi di lavoro rimanenti e più corrente scorrerà attraverso di essi. Il risultato sarà una reazione a catena e tutti gli emettitori a semiconduttore alla fine si esauriranno.

Pertanto, sarà corretto utilizzare il proprio resistore per ogni ramo parallelo con il proprio LED e calcolare il resistore per il LED separatamente per ciascuna gamba. Questo approccio è anche vantaggioso in quanto nel circuito possono essere utilizzati radioelementi con caratteristiche diverse.

Il calcolo della resistenza di ogni braccio è simile a una singola connessione: Rn = (Uo - Us) / In, Ohm, dove:

• Rn è la resistenza richiesta del ramo n-esimo.
• Uo - Us - differenza di caduta di tensione.
• In è la corrente attraverso il LED n-esimo.

Esempio di calcolo

Lascia che il circuito elettrico sia alimentato da una fonte di tensione costante a 32 volt. In questo circuito sono presenti due LED della marca collegati in parallelo tra loro: Cree C503B-RAS e Cree XM-L T6. Per calcolare l'impedenza richiesta, è necessario scoprire dalla scheda tecnica la tipica caduta di tensione su questi LED. Quindi, per il primo, è 2,1 V con una corrente di 0,2 e per il secondo - 2,9 V con la stessa intensità di corrente.

Sostituendo questi valori nella formula del collegamento a margherita si ottiene il seguente risultato:

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

I valori più vicini sono selezionati dalla serie standard. Saranno: R1 = 22 Ohm e R2 = 18 Ohm. Se lo si desidera, è anche possibile calcolare la potenza dissipata dai resistori utilizzando la formula: P = I * I * U. Per i resistori trovati, sarà P = 0.001 W.

Calcolatrici online del browser

Con un gran numero di LED nel circuito, calcolare la resistenza per ciascuno è un processo piuttosto noioso, soprattutto perché puoi commettere un errore. Pertanto, il modo più semplice per eseguire calcoli è utilizzare i calcolatori online.

Sono un programma scritto per essere eseguito in un browser. Su Internet puoi trovare molti di questi calcolatori per LED., ma il principio del loro lavoro è lo stesso. Dovrai inserire i dati di riferimento nei moduli proposti, selezionare uno schema di connessione e fare clic sul pulsante "Risultato" o "Calcolo". Dopodiché, devi solo aspettare una risposta.

Dopo averlo ricalcolato manualmente, puoi controllarlo, ma non avrà molto senso in questo, poiché durante il calcolo del programma vengono utilizzate formule simili.