חישוב נגדים עבור LED: נוסחאות בחירת התנגדות, מחשבון מקוון

פעולתה של LED מבוססת על פליטת קוונטות אור הנובעות כאשר זרם זורם דרכה. בהתאם לכך, גם בהירות הזוהר של האלמנט משתנה. בזרם נמוך הוא זורח עמום, ובזרם גדול הוא מהבהב ונשרף. הדרך הקלה ביותר להגביל את הזרם הזורם דרכו היא להשתמש בהתנגדות. לא קשה לחשב נכון את הנגד, אבל צריך לזכור שהוא רק מגביל, אבל לא מייצב את הזרם.

עקרון עבודה ומאפיינים

LED הוא מכשירעם היכולת לפלוט אור. על מעגלים מודפסים ומעגלים, זה מסומן באותיות הלטיניות LED (דיודה פולטת אור), שפירושה "דיודה פולטת אור". מבחינה פיזית, זהו גביש המוצב במארז. באופן קלאסי, הוא נחשב לגליל, שצד אחד שלו בעל צורה מעוגלת קמורה, שהיא עדשה חצי כדורית, והשני הוא בסיס שטוח, ועליו ממוקמים המובילים.

עם התפתחות טכנולוגיית המצב המוצק והפחתת התהליך הטכנולוגי, החלה התעשייה לייצר דיודות SMD המיועדות להתקנת משטח. למרות זאת, עקרון הפעולה הפיזי של ה-LED לא השתנה והוא זהה לכל סוג ועבור צבע המכשיר.

ניתן לתאר את תהליך הייצור של מכשיר הקרינה כדלקמן. בשלב הראשון מגדלים גביש. זה קורה על ידי הנחת ספיר עשוי באופן מלאכותי בתא מלא בתערובת גזים. גז זה מכיל חומרים דומים ומוליך למחצה. כאשר החדר מחומם, החומר המתקבל מופקד על הצלחת, בעוד שעוביה של שכבה כזו אינו עולה על מספר מיקרונים. לאחר סיום תהליך ההשקעה, רפידות המגע נוצרות בשיטת הקפיצה והמבנה כולו מונח במארז.

בשל המוזרויות של הייצור, אין נוריות עם אותם פרמטרים ומאפיינים. לכן, למרות שהיצרנים מנסים למיין מכשירים קרובים בערכם, לרוב באותה אצווה ישנם מוצרים הנבדלים בטמפרטורת הצבע ובזרם הפעולה.

מכשיר רדיואלמנט

דיודה פולטת אור או דיודה LED היא אלמנט רדיו מוליכים למחצה, שפעולתו מבוססת על תכונות של צומת אלקטרונים-חור. כאשר זרם עובר דרכו בכיוון קדימה, מתרחשים תהליכי רקומבינציה בממשק בין שני חומרים, מלווים בקרינה בספקטרום הנראה.

במשך זמן רב מאוד, התעשייה לא יכלה לייצר LED כחול, ולכן אי אפשר היה להשיג פולט לבן. רק ב-1990, חוקרים בתאגיד היפני Nichia Chemical Industries המציאו טכנולוגיה לייצור גביש הפולט אור בספקטרום הכחול. זה איפשר אוטומטית על ידי ערבוב ירוק, אדום וכחול כדי לקבל לבן.

תהליך הקרינה מבוסס על שחרור אנרגיה במהלך ריקומבינציה של מטענים באזור המעבר האלקטרון-חור. הוא נוצר ממגע של שני חומרים מוליכים למחצה בעלי מוליכות שונה. כתוצאה מהזרקה, מעבר של נושאי מטען מיעוט, נוצרת שכבה חוסמת.

בצד החומר עם מוליכות n נוצר מחסום של חורים ובצד עם מוליכות p של אלקטרונים. האיזון מגיע. כאשר מתח מופעל בהטיה קדימה, יש תנועה מאסיבית של מטענים לתוך האזור האסור משני הצדדים. כתוצאה מכך הם מתנגשים ואנרגיה משתחררת בצורה של קרינת אור.

אור זה עשוי להיות גלוי לעין האנושית או לא. זה תלוי בהרכב המוליך למחצה, בכמות הזיהומים, בפער הלהקה. לכן, הספקטרום הגלוי מושג באמצעות ייצור של מבנים מוליכים למחצה רב שכבתיים.

מאפייני LED

צבע הזוהר תלוי בסוג המוליך למחצה ובמידת הסימום שלו, הקובעת את פער הלהקה של צומת p-n. חיי השירות של נוריות תלויים בעיקר בתנאי הטמפרטורה של פעולתו. ככל שהחימום של המכשיר גבוה יותר, כך הוא יזדקן מהר יותר. והטמפרטורה, בתורה, קשורה לזרם העובר דרך הנורית. ככל שהעוצמה של מקור האור נמוכה יותר, חיי השירות שלו ארוכים יותר. ההזדקנות מתבטאת כירידה בבהירות אור המכשיר. לכן, זה כל כך חשוב לבחור את ההתנגדות הנכונה עבור LED.

המאפיינים העיקריים של דיודות LED כוללים:

1. צריכה נוכחית. נוריות LED עם שבב בודד צורכות זרם של 0.02 A. במקביל, ערכו גדל ביחס ישר למספר הגבישים. אז, דיודה עם ארבעה גבישים צורכת זרם של 0.08 A. בגלל פרמטר זה של הדיודה מותקן נגד מגביל כך שהוא לא יישרף בחוזק זרם גבוה.
2. גודל ירידת המתח. מאפיין זה מציין כמה אנרגיה משתחררת על ה-LED, כלומר בכמה וולט ערך המתח יקטן כאשר הוא מחובר במקביל למעגל. לדוגמה, אם הירידה היא 3 וולט ומתח הכניסה הוא 9 וולט, אז כאשר מחוברים במקביל לספק הכוח LED, מתח המוצא יהיה 6 וולט.
3. תפוקת אור. מאפיין זה מציג את כמות האור הנפלט מהמכשיר כאשר צריכת החשמל שווה לוואט אחד.
4. טמפרטורת הצבע. זה תלוי בזרם הכונן, יעילות פיזור החום וטמפרטורת הסביבה. שטף האור האינטנסיבי הקשור לצריכת חשמל גם מגביר את הטמפרטורה. יחד עם זאת, יש לציין כי ירידות הטמפרטורה מפחיתות משמעותית את חיי הנורית.
5. גודל סטנדרטי. ערכו תלוי בגודל הפולט. בהתאם לכך, ככל שגודל ה-LED גדול יותר, כך הבהירות והעוצמה שלה גדלים.

שיטות חיבור

להפעלה ללא בעיות של הנורית, ערך זרם ההפעלה חשוב מאוד. חיבור לא נכון של מקורות קרינה או פיזור משמעותי של הפרמטרים שלהם במהלך פעולה משותפת יוביל לעודף הזרם הזורם דרכם ולצריבה נוספת של המכשירים. זה נובע מעלייה בטמפרטורה, שבגללה גביש LED פשוט מעוות, וצומת p-n יפרוץ. לכן, כל כך חשוב להגביל את כמות הזרם המסופקת למקור האור, כלומר להגביל את מתח האספקה.

הדרך הקלה ביותר לעשות זאת היא שימוש בהתנגדות המחוברת בסדרה למעגל הפולט. בתכונה זו משתמשים בנגד רגיל, אך חייב להיות לו ערך מסוים. הערך הגדול שלו לא יוכל לספק את ההבדל הפוטנציאלי הנדרש להתרחשות תהליך הרקומבינציה, וערך קטן יותר יישרף. במקרה זה, אתה צריך לא רק לדעת איך לחשב את ההתנגדות עבור LED, אלא גם להבין איך לשים את זה נכון, במיוחד אם המעגל רווי אלמנטים רדיו.

ניתן להשתמש ב-LED אחד או בכמה נוריות במעגל חשמלי. יחד עם זאת, ישנן שלוש תוכניות להכללתם:

• יחיד;
• עִקבִי;
• מַקְבִּיל.

אלמנט בודד

כאשר נעשה שימוש ב-LED אחד בלבד במעגל חשמלי, אז מוצב נגד אחד בסדרה איתו. כתוצאה מחיבור כזה, המתח הכולל המופעל על מעגל זה יהיה שווה לסכום טיפות ההפרש הפוטנציאלי על פני כל אלמנט במעגל. אם נציין את ההפסדים הללו על הנגד כ-Ur, ועל ה-LED כ-Us, אז המתח הכולל של מקור ה-EMF יהיה: Uo = Ur + Us.

בפרפרזה על חוק אוהם עבור קטע הרשת I = U / R, מתקבלת הנוסחה: U = I * R. החלפת הביטוי המתקבל בנוסחה למציאת המתח הכולל, נקבל:

Uo = IrRr + IsRs, כאשר

• Ir הוא הזרם הזורם דרך הנגד, A.
• Rr הוא ההתנגדות המחושבת של הנגד, אוהם.
• הוא הזרם העובר דרך LED, A.
• Rs - עכבה פנימית LED, אוהם.

ערך Rs משתנה בהתאם לתנאי הפעולה של מקור הקרינה וערכו תלוי בעוצמת הזרם ובהפרש הפוטנציאל. ניתן לראות תלות זו על ידי לימוד מאפיין המתח הזרם של הדיודה. בשלב הראשוני, הזרם עולה בצורה חלקה, ו-Rs גבוה. לאחר מכן, העכבה יורדת בחדות והזרם עולה במהירות אפילו עם עלייה קלה במתח.

אם תשלב את הנוסחאות, תקבל את הביטוי הבא:

Rr = (Uo - Us) / Io, Ohm

במקרה זה, נלקח בחשבון שעוצמת הזרם הזורם במעגל הטורי של קטע של המעגל זהה בכל נקודה, כלומר, Io = Ir = האם. ביטוי זה מתאים גם לחיבור לדים בסדרה, מכיוון שהוא גם משתמש רק באחד עבור המעגל כולו. נַגָד.

לפיכך, כדי למצוא את ההתנגדות הנדרשת, נותר לברר את הערך של אותנו. ירידת המתח על פני ה-LED היא ערך ייחוס ויש לו ערך משלה עבור כל אלמנט רדיו. כדי לקבל את הנתונים, עליך להשתמש בגיליון הנתונים במכשיר. גיליון נתונים הוא קבוצה של דפי מידע המכילים מידע מקיף על הפרמטרים, מצבי הפעולה וכן המעגל להפעלת אלמנט הרדיו. זה מיוצר על ידי היצרן של המוצר.

מעגל מקביל

עם חיבור מקביל, אלמנטים רדיו פונים זה לזה בשתי נקודות - צמתים. עבור סוג זה של מעגל, שני כללים תקפים: הזרם הנכנס לצומת שווה לסכום הזרמים הנובעים מהצומת, והפרש הפוטנציאל בכל נקודות הצמתים זהה. בהתבסס על הגדרות אלו, ניתן להסיק שבמקרה של חיבור מקביל נוריות, הנגד הרצוי, הממוקם בתחילת הצומת, נמצא על ידי הנוסחה: Rr = Uo / Is1 + In, אה, איפה:

• Uo הוא הפרש הפוטנציאל המוחל על הצמתים.
• Is1 הוא הזרם הזורם דרך ה-LED הראשון.
• ב- הוא הזרם העובר דרך ה- LED ה-n.

אבל מעגל כזה עם התנגדות משותפת הממוקם מול החיבור המקביל של הנוריות אינו משמש. זאת בשל העובדה שבמקרה של שחיקה של פולט אחד, על פי חוק, הזרם הנכנס ליחידה יישאר ללא שינוי. משמעות הדבר היא שהוא יתחלק בין שאר האלמנטים הפועלים וזרם נוסף יזרום דרכם. התוצאה תהיה תגובת שרשרת וכל פולטי המוליכים למחצה יישרפו בסופו של דבר.

לכן, יהיה נכון להשתמש בנגד משלו לכל ענף מקביל עם לד משלו ולחשב את הנגד ללדים בנפרד לכל רגל. גישה זו היא גם יתרון בכך שניתן להשתמש באלמנטים רדיו עם מאפיינים שונים במעגל.

חישוב ההתנגדות של כל זרוע דומה לחיבור בודד: Rn = (Uo - Us) / In, Ohm, כאשר:

• Rn היא ההתנגדות הנדרשת של הענף ה-n.
• Uo - Us - הפרש נפילת מתח.
• In הוא הזרם דרך נורית ה-n-ה-LED.

דוגמא חישוב

תן למעגל החשמלי להיות מופעל ממקור מתח קבוע של 32 וולט. במעגל זה יש שני נוריות של המותג המחוברות זו לזו במקביל: Cree C503B-RAS ו-Cree XM-L T6. כדי לחשב את העכבה הנדרשת, עליך לברר מגיליון הנתונים את ירידת המתח האופיינית על פני נוריות LED אלה. אז, עבור הראשון זה 2.1 וולט בזרם של 0.2, ועבור השני - 2.9 וולט באותו חוזק זרם.

החלפת ערכים אלה בנוסחת שרשרת המרגנית נותנת את התוצאה הבאה:

• R1 = (U0-Us1) / I = (32-2.1) / 0.2 = 21.5 אוהם.
• R2 = (U0-Us2) / I = (32-2.9) / 0.2 = 17.5 אוהם.

הערכים הקרובים ביותר נבחרים מהסדרה הסטנדרטית. הם יהיו: R1 = 22 אוהם ו-R2 = 18 אוהם. אם תרצה, תוכל גם לחשב את ההספק המופץ על ידי הנגדים באמצעות הנוסחה: P = I * I * U. עבור הנגדים שנמצאו, זה יהיה P = 0.001 W.

מחשבוני דפדפן מקוונים

עם מספר גדול של נוריות במעגל, חישוב ההתנגדות עבור כל אחד מהם הוא תהליך מייגע למדי, במיוחד מכיוון שאתה יכול לטעות. לכן, הדרך הקלה ביותר לבצע חישובים היא להשתמש במחשבונים מקוונים.

הם תוכנית שנכתבה להפעלה בדפדפן. באינטרנט אתה יכול למצוא מחשבונים רבים כאלה עבור נוריות., אבל העיקרון של עבודתם זהה. יהיה עליך להזין נתוני התייחסות בטפסים המוצעים, לבחור סכימת חיבור וללחוץ על כפתור "תוצאה" או "חישוב". לאחר מכן, אתה רק צריך לחכות לתשובה.

לאחר חישוב מחדש ידני, אתה יכול לבדוק את זה, אבל לא יהיה הרבה הגיון בכך, שכן בעת ​​חישוב התוכנית, משתמשים בנוסחאות דומות.