Obliczanie rezystora dla LED: wzory doboru rezystancji, kalkulator online

Działanie diody LED opiera się na emisji kwantów światła, które powstają, gdy przepływa przez nią prąd. W zależności od tego zmienia się również jasność blasku elementu. Przy niskim prądzie świeci słabo, a przy dużym prądzie miga i wypala się. Najłatwiejszym sposobem ograniczenia przepływającego przez nią prądu jest użycie rezystancji. Prawidłowe obliczenie rezystora nie jest trudne, ale należy pamiętać, że tylko ogranicza, ale nie stabilizuje prądu.

Zasada działania i właściwości

LED to urządzeniez możliwością emitowania światła. Na płytkach drukowanych i obwodach jest oznaczony łacińskimi literami LED (Light Emitting Diode), co oznacza „diodę elektroluminescencyjną”. Fizycznie jest to kryształ umieszczony w etui. Klasycznie uważa się, że jest to walec, którego jedna strona ma wypukły zaokrąglony kształt, który jest soczewką półkulistą, a druga jest płaską podstawą, na której znajdują się wyprowadzenia.

Wraz z rozwojem technologii półprzewodnikowej i skróceniem procesu technologicznego przemysł zaczął produkować diody SMD przeznaczone do montażu powierzchniowego. Mimo to fizyczna zasada działania diody nie uległa zmianie i jest taka sama dla każdego typu i koloru urządzenia.

Proces wytwarzania urządzenia radiacyjnego można opisać następująco. W pierwszym etapie hoduje się kryształ. Odbywa się to poprzez umieszczenie sztucznie wykonanego szafiru w komorze wypełnionej mieszaniną gazową. Ten gaz zawiera domieszki i półprzewodnik. Po podgrzaniu komory powstała substancja osadza się na płycie, a grubość takiej warstwy nie przekracza kilku mikronów. Po zakończeniu procesu osadzania następuje formowanie podkładek kontaktowych metodą napylania i umieszczanie całej struktury w obudowie.

Ze względu na specyfikę produkcji nie ma diod LED o takich samych parametrach i właściwościach. Dlatego chociaż producenci starają się sortować urządzenia o zbliżonej wartości, często w tej samej partii znajdują się produkty różniące się temperaturą barwową i prądem pracy.

Urządzenie radioelementowe

Dioda elektroluminescencyjna lub dioda LED to półprzewodnikowy element radiowy, którego działanie opiera się na właściwościach złącza elektron-dziura. Gdy prąd przepływa przez nią w kierunku do przodu, na styku dwóch materiałów zachodzą procesy rekombinacji, którym towarzyszy promieniowanie w zakresie widzialnym.

Przez bardzo długi czas przemysł nie mógł wyprodukować niebieskiej diody LED, dlatego nie było możliwe uzyskanie białego emitera. Dopiero w 1990 roku naukowcy z japońskiej korporacji Nichia Chemical Industries wynaleźli technologię wytwarzania kryształu emitującego światło w niebieskim widmie. Umożliwiło to automatyczne zmieszanie koloru zielonego, czerwonego i niebieskiego w celu uzyskania bieli.

Proces promieniowania polega na uwolnieniu energii podczas rekombinacji ładunków w strefie przejścia elektron-dziura. Powstaje w wyniku kontaktu dwóch materiałów półprzewodnikowych o różnej przewodności. W wyniku wstrzykiwania, przejścia nośników ładunku mniejszościowego powstaje warstwa blokująca.

Po stronie materiału o przewodnictwie n powstaje bariera dziur, a po stronie z przewodnictwem p elektronów. Nadchodzi równowaga. Po przyłożeniu napięcia w kierunku przewodzenia następuje masowy ruch ładunków do strefy zabronionej po obu stronach. W efekcie zderzają się i uwalniana jest energia w postaci promieniowania światła.

To światło może, ale nie musi być widoczne dla ludzkiego oka. Zależy to od składu półprzewodnika, ilości zanieczyszczeń, przerwy wzbronionej. Dlatego widmo widzialne uzyskuje się poprzez wytwarzanie wielowarstwowych struktur półprzewodnikowych.

Charakterystyka LED

Kolor poświaty zależy od rodzaju półprzewodnika i stopnia jego domieszkowania, który określa przerwę wzbronioną złącza p-n. Żywotność diod LED zależy przede wszystkim od warunków temperaturowych ich pracy. Im wyższe nagrzewanie urządzenia, tym szybciej się starzeje. Z kolei temperatura jest związana z prądem przepływającym przez diodę LED. Im niższa moc źródła światła, tym dłuższa jego żywotność. Starzenie się wyraża się jako spadek jasności światła urządzenia. Dlatego tak ważny jest dobór odpowiedniej rezystancji dla diody LED.

Główne cechy diod LED to:

1. Obecne zużycie. Jednoukładowe diody LED pobierają prąd 0,02 A. Jednocześnie jego wartość rośnie wprost proporcjonalnie do liczby kryształów. Tak więc dioda z czterema kryształami zużywa prąd 0,08 A. To z powodu tego parametru diody montowany jest rezystor ograniczający, aby nie przepalił się przy dużym natężeniu prądu.
2. Wielkość spadku napięcia. Ta charakterystyka wskazuje, ile energii jest uwalniane na diodzie LED, czyli o ile woltów zmniejszy się wartość napięcia, gdy zostanie ona podłączona równolegle do obwodu. Na przykład, jeśli spadek wynosi 3 wolty, a napięcie wejściowe wynosi 9 woltów, Następnie po podłączeniu równolegle do zasilacza LED napięcie wyjściowe wyniesie 6 wolty.
3. Moc światła. Ta charakterystyka pokazuje ilość światła emitowanego przez urządzenie przy poborze mocy równym jednemu watowi.
4. Temperatura koloru. Zależy to od prądu przemiennika, sprawności rozpraszania ciepła i temperatury otoczenia. Intensywny strumień światła związany ze zużyciem energii elektrycznej również zwiększa temperaturę. Jednocześnie należy zauważyć, że spadki temperatury znacznie skracają żywotność diody LED.
5. Standardowy rozmiar. Jego wartość zależy od wielkości emitera. W związku z tym im większy rozmiar diody LED, tym większa jej jasność i moc.

Metody połączenia

Dla bezawaryjnej pracy diody bardzo ważna jest wartość prądu roboczego. Nieprawidłowe podłączenie źródeł promieniowania lub znaczne rozproszenie ich parametrów podczas wspólnej pracy doprowadzi do nadmiaru przepływającego przez nie prądu i dalszego przepalenia się urządzeń. Wynika to ze wzrostu temperatury, w wyniku którego kryształ LED jest po prostu zdeformowany, a złącze p-n przebije się. Dlatego tak ważne jest ograniczenie ilości prądu dostarczanego do źródła światła, czyli ograniczenie napięcia zasilania.

Najprostszym sposobem na to jest użycie rezystancji połączonej szeregowo z obwodem emitera. W tej pojemności stosuje się zwykły rezystor, ale musi on mieć określoną wartość. Jego duża wartość nie będzie w stanie zapewnić wymaganej różnicy potencjałów dla wystąpienia procesu rekombinacji, a mniejsza wartość ulegnie spaleniu. W takim przypadku musisz nie tylko wiedzieć, jak obliczyć rezystancję diody LED, ale także zrozumieć, jak ją poprawnie umieścić, zwłaszcza jeśli obwód jest nasycony pierwiastkami radiowymi.

W obwodzie elektrycznym można zastosować jedną lub kilka diod LED. Jednocześnie istnieją trzy schematy ich włączenia:

• pojedynczy;
• spójny;
• równoległy.

Pojedynczy element

Gdy w obwodzie elektrycznym używana jest tylko jedna dioda LED, wówczas szeregowo z nią połączony jest jeden rezystor. W wyniku takiego połączenia całkowite napięcie przyłożone do tego obwodu będzie równe sumie spadków różnicy potencjałów na każdym elemencie obwodu. Jeśli oznaczymy te straty na rezystorze jako Ur, a na diodzie LED jako Us, to całkowite napięcie źródła pola elektromagnetycznego będzie wynosić: Uo = Ur + Us.

Parafrazując prawo Ohma dla odcinka sieci I = U / R, otrzymujemy wzór: U = I * R. Zastępując wynikowe wyrażenie we wzorze na znalezienie całkowitego napięcia, otrzymujemy:

Uo = IrRr + IsRs, gdzie

• Ir jest prądem przepływającym przez rezystor, A.
• Rr to obliczona rezystancja rezystora, Ohm.
• Czy to prąd przepływający przez diodę LED, A.
• Rs - impedancja wewnętrzna LED, Ohm.

Wartość Rs zmienia się w zależności od warunków pracy źródła promieniowania, a jej wartość zależy od natężenia prądu i różnicy potencjałów. Zależność tę można zobaczyć, badając charakterystykę prądowo-napięciową diody. Na początkowym etapie prąd rośnie płynnie, a Rs jest wysokie. Następnie impedancja gwałtownie spada, a prąd szybko rośnie nawet przy niewielkim wzroście napięcia.

Jeśli połączysz formuły, otrzymasz następujące wyrażenie:

Rr = (Uo - Us) / Io, Ohm

W tym przypadku bierze się pod uwagę, że siła prądu płynącego w obwodzie szeregowym odcinka obwodu jest taka sama w każdym punkcie, to znaczy Io = Ir = Jest. To wyrażenie nadaje się również do łączenia diod LED szeregowo, ponieważ również wykorzystuje tylko jedną dla całego obwodu. rezystor.

Tak więc, aby znaleźć wymagany opór, pozostaje poznać wartość Nas. Spadek napięcia na diodzie LED jest wartością referencyjną i ma swoją własną wartość dla każdego elementu radiowego. Aby uzyskać dane, musisz skorzystać z arkusza danych na urządzeniu. Arkusz danych to zestaw arkuszy informacyjnych, które zawierają wyczerpujące informacje o parametrach, trybach pracy, a także o obwodzie do włączania elementu radiowego. Jest produkowany przez producenta produktu.

Obwód równoległy

Przy połączeniu równoległym elementy radiowe stykają się ze sobą w dwóch punktach - węzłach. Dla tego typu obwodu obowiązują dwie zasady: prąd wchodzący do węzła jest równy sumie prądów wychodzących z węzła, a różnica potencjałów we wszystkich punktach węzłów jest taka sama. Na podstawie tych definicji możemy stwierdzić, że w przypadku połączenia równoległego Diody LED, pożądany rezystor, znajdujący się na początku węzła, znajduje się według wzoru: Rr = Uo / Is1 + In, Ohm, gdzie:

• Uo to różnica potencjałów zastosowana do węzłów.
• Is1 to prąd płynący przez pierwszą diodę LED.
• In to prąd przepływający przez n-tą diodę LED.

Ale taki obwód ze wspólną rezystancją znajdującą się przed równoległym połączeniem diod LED nie jest używany. Wynika to z faktu, że w przypadku wypalenia się jednego emitera, zgodnie z prawem, prąd wchodzący do jednostki pozostanie niezmieniony. Oznacza to, że zostanie on rozprowadzony na pozostałe elementy robocze i będzie przez nie przepływał większy prąd. Rezultatem będzie reakcja łańcuchowa i ostatecznie wszystkie emitery półprzewodnikowe ulegną spaleniu.

Dlatego słuszne będzie zastosowanie własnego rezystora dla każdej gałęzi równoległej z własną diodą LED i obliczenie rezystora dla diody LED osobno dla każdej nogi. Takie podejście jest również korzystne, ponieważ w obwodzie można stosować elementy radiowe o różnych charakterystykach.

Obliczanie rezystancji każdego ramienia jest podobne do pojedynczego połączenia: Rn = (Uo - Us) / In, Ohm, gdzie:

• Rn jest wymaganym oporem n-tej gałęzi.
• Uo - Us - różnica spadku napięcia.
• In to prąd płynący przez n-tą diodę LED.

Przykład obliczenia

Niech obwód elektryczny będzie zasilany ze źródła stałego napięcia o napięciu 32 V. W układzie tym znajdują się dwie diody tej marki połączone równolegle ze sobą: Cree C503B-RAS i Cree XM-L T6. Aby obliczyć wymaganą impedancję, należy znaleźć w arkuszu danych typowy spadek napięcia na tych diodach LED. Tak więc dla pierwszego wynosi 2,1 V przy prądzie 0,2, a dla drugiego - 2,9 V przy tej samej sile prądu.

Podstawienie tych wartości do wzoru łańcucha daisy daje następujący wynik:

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

Najbliższe wartości są wybierane z serii standardowej. Będą to: R1 = 22 Ohm i R2 = 18 Ohm. W razie potrzeby można również obliczyć moc rozpraszaną przez rezystory za pomocą wzoru: P = I * I * U. Dla znalezionych rezystorów będzie to P = 0,001 W.

Internetowe kalkulatory przeglądarki

Przy dużej liczbie diod LED w obwodzie obliczanie rezystancji dla każdej z nich jest dość żmudnym procesem, zwłaszcza że można popełnić błąd. Dlatego najłatwiejszym sposobem wykonania obliczeń jest skorzystanie z kalkulatorów online.

Są to programy napisane do uruchamiania w przeglądarce. W Internecie można znaleźć wiele takich kalkulatorów dla diod LED., ale zasada ich pracy jest taka sama. Będziesz musiał wprowadzić dane referencyjne w proponowanych formularzach, wybrać schemat połączenia i kliknąć przycisk „Wynik” lub „Obliczenia”. Potem wystarczy poczekać na odpowiedź.

Po ręcznym przeliczeniu możesz to sprawdzić, ale nie będzie to miało większego sensu, ponieważ przy obliczaniu programu używane są podobne formuły.