Výpočet rezistora pre LED: vzorce na výber odporu, online kalkulačka

Činnosť LED je založená na emisii svetelných kvánt, ktoré vznikajú, keď ňou preteká prúd. V závislosti od toho sa mení aj jas žiary prvku. Pri malom prúde slabo svieti a pri veľkom prúde bliká a vyhorí. Najjednoduchší spôsob, ako obmedziť prúd, ktorý ním prechádza, je použiť odpor. Nie je ťažké správne vypočítať odpor, ale treba pamätať na to, že iba obmedzuje, ale nestabilizuje prúd.

Princíp činnosti a vlastnosti

LED je zariadenieso schopnosťou vyžarovať svetlo. Na doskách plošných spojov a obvodoch sa označuje latinskými písmenami LED (Light Emitting Diode), čo znamená „svetelná dióda“. Fyzicky ide o kryštál umiestnený v puzdre. Klasicky sa považuje za valec, ktorého jedna strana má vypuklý zaoblený tvar, čo je pologuľová šošovka a druhá je plochá základňa a na nej sú umiestnené vývody.

S rozvojom polovodičovej technológie a redukciou technologického procesu začal priemysel vyrábať SMD diódy určené na povrchovú montáž. Napriek tomu sa fyzikálny princíp činnosti LED diódy nezmenil a je rovnaký pre akýkoľvek typ a farbu zariadenia.

Výrobný proces ožarovacieho zariadenia možno opísať nasledovne. V prvej fáze sa pestuje kryštál. To sa deje umiestnením umelo vyrobeného zafíru do komory naplnenej plynnou zmesou. Tento plyn obsahuje dopanty a polovodič. Pri zahrievaní komory sa výsledná látka ukladá na dosku, pričom hrúbka takejto vrstvy nepresahuje niekoľko mikrónov. Po ukončení procesu nanášania sa metódou naprašovania vytvoria kontaktné plôšky a celá konštrukcia sa umiestni do puzdra.

Vzhľadom na zvláštnosti výroby neexistujú LED diódy s rovnakými parametrami a charakteristikami. Preto aj keď sa výrobcovia snažia triediť zariadenia, ktoré sú svojou hodnotou blízke, často sa v tej istej šarži nachádzajú produkty, ktoré sa líšia farebnou teplotou a prevádzkovým prúdom.

Rádioprvkové zariadenie

Svetelná dióda alebo LED dióda je polovodičový rádiový prvok, ktorého činnosť je založená na vlastnostiach prechodu elektrón-diera. Keď ním prechádza prúd v doprednom smere, dochádza na rozhraní dvoch materiálov k rekombinačným procesom sprevádzaným žiarením vo viditeľnom spektre.

Priemysel veľmi dlho nedokázal vyrobiť modrú LED, a preto nebolo možné získať biely žiarič. Až v roku 1990 výskumníci japonskej korporácie Nichia Chemical Industries vynašli technológiu výroby kryštálu, ktorý vyžaruje svetlo v modrom spektre. To automaticky umožnilo zmiešaním zelenej, červenej a modrej získať bielu.

Proces žiarenia je založený na uvoľňovaní energie pri rekombinácii nábojov v zóne prechodu elektrón-diera. Vzniká kontaktom dvoch polovodičových materiálov s rôznou vodivosťou. V dôsledku vstrekovania, prechodu minoritných nosičov náboja, sa vytvorí blokujúca vrstva.

Na strane materiálu s n-vodivosťou vzniká bariéra dier a na strane s p-vodivosťou elektrónov. Prichádza rovnováha. Keď je napätie aplikované v predpätí, dochádza k masívnemu pohybu nábojov do zakázanej zóny na oboch stranách. V dôsledku toho sa zrážajú a energia sa uvoľňuje vo forme žiarenia svetla.

Toto svetlo môže alebo nemusí byť viditeľné pre ľudské oko. Závisí to od zloženia polovodiča, množstva nečistôt, zakázaného pásma. Viditeľné spektrum sa preto dosahuje výrobou viacvrstvových polovodičových štruktúr.

Vlastnosti LED

Farba žiary závisí od typu polovodiča a stupňa jeho dopovania, čo určuje zakázané pásmo p-n prechodu. Životnosť LED závisí predovšetkým od teplotných podmienok jeho prevádzky. Čím vyššie je zahrievanie zariadenia, tým rýchlejšie starne. A teplota zase súvisí s prúdom prechádzajúcim cez LED. Čím nižší je výkon svetelného zdroja, tým dlhšia je jeho životnosť. Starnutie je vyjadrené ako zníženie jasu svetla zariadenia. Preto je také dôležité zvoliť správny odpor pre LED.

Medzi hlavné vlastnosti LED diód patria:

1. Terajšia konzumácia. Jednočipové LED spotrebúvajú prúd 0,02 A. Jeho hodnota zároveň rastie priamoúmerne s počtom kryštálov. Takže dióda so štyrmi kryštálmi spotrebuje prúd 0,08 A. Práve kvôli tomuto parametru diódy je inštalovaný obmedzovací odpor, aby sa pri vysokej prúdovej sile nespálil.
2. Veľkosť poklesu napätia. Táto charakteristika udáva, koľko energie sa uvoľní na LED, to znamená, o koľko voltov sa hodnota napätia zníži, keď je zapojená paralelne do obvodu. Napríklad, ak je pokles 3 volty a vstupné napätie je 9 voltov, potom pri paralelnom pripojení k napájaciemu zdroju LED bude výstupné napätie 6 voltov.
3. Svetelný výkon. Táto charakteristika ukazuje množstvo svetla vyžarovaného zariadením, keď sa spotreba energie rovná jednému wattu.
4. Teplota farby. Závisí to od prúdu pohonu, účinnosti odvádzania tepla a okolitej teploty. Intenzívny svetelný tok spojený so spotrebou elektrickej energie tiež zvyšuje teplotu. Zároveň je potrebné poznamenať, že poklesy teploty výrazne znižujú životnosť LED.
5. Štandardná veľkosť. Jeho hodnota závisí od veľkosti žiariča. V súlade s tým, čím väčšia je veľkosť LED, tým väčší je jej jas a výkon.

Spôsoby pripojenia

Pre bezproblémovú prevádzku LED je veľmi dôležitá hodnota prevádzkového prúdu. Nesprávne pripojenie zdrojov žiarenia alebo výrazný rozptyl ich parametrov pri spoločnej prevádzke povedie k prebytku prúdu, ktorý nimi preteká a ďalšiemu vyhoreniu zariadení. Je to spôsobené zvýšením teploty, v dôsledku čoho sa kryštál LED jednoducho deformuje a spojenie p-n prerazí. Preto je také dôležité obmedziť množstvo prúdu dodávaného do svetelného zdroja, to znamená obmedziť napájacie napätie.

Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, je použiť odpor zapojený do série s emitorovým obvodom. V tejto kapacite sa používa obyčajný odpor, ale musí mať určitú hodnotu. Jeho veľká hodnota nebude schopná poskytnúť požadovaný potenciálny rozdiel pre výskyt rekombinačného procesu a menšia hodnota vyhorí. V tomto prípade potrebujete nielen vedieť, ako vypočítať odpor pre LED, ale tiež pochopiť, ako ho správne umiestniť, najmä ak je obvod nasýtený rádiovými prvkami.

V elektrickom obvode je možné použiť jednu LED alebo niekoľko LED diód. Zároveň existujú tri schémy na ich zaradenie:

• slobodný;
• konzistentný;
• paralelný.

Jediný prvok

Keď sa v elektrickom obvode používa iba jedna LED, potom je jeden rezistor umiestnený v sérii s ňou. V dôsledku takéhoto spojenia sa celkové napätie aplikované na tento obvod bude rovnať súčtu poklesov rozdielu potenciálov naprieč každým prvkom obvodu. Ak označíme tieto straty na rezistore ako Ur a na LED ako Us, potom celkové napätie zdroja EMF bude: Uo = Ur + Us.

Parafrázovaním Ohmovho zákona pre sekciu siete I = U / R získame vzorec: U = I * R. Nahradením výsledného výrazu vo vzorci na nájdenie celkového napätia dostaneme:

Uo = IrRr + IsRs, kde

• Ir je prúd pretekajúci cez odpor, A.
• Rr je vypočítaný odpor odporu, Ohm.
• Je prúd prechádzajúci cez LED, A.
• Rs - vnútorná impedancia LED, Ohm.

Hodnota Rs sa mení v závislosti od prevádzkových podmienok zdroja žiarenia a jej hodnota závisí od intenzity prúdu a rozdielu potenciálov. Túto závislosť možno vidieť štúdiom charakteristiky prúdového napätia diódy. V počiatočnom štádiu sa prúd plynule zvyšuje a Rs je vysoké. Potom impedancia prudko klesá a prúd rýchlo stúpa aj pri miernom zvýšení napätia.

Ak skombinujete vzorce, dostanete nasledujúci výraz:

Rr = (Uo - Us) / Io, Ohm

V tomto prípade sa berie do úvahy, že sila prúdu tečúceho v sériovom obvode časti obvodu je rovnaká v akomkoľvek bode, to znamená, Io = Ir = Je. Tento výraz je vhodný aj na zapojenie LED do série, pretože tiež používa len jednu pre celý obvod. odpor.

Na nájdenie požadovaného odporu teda zostáva zistiť hodnotu Us. Pokles napätia na LED je referenčná hodnota a má svoju vlastnú pre každý rádiový prvok. Ak chcete získať údaje, musíte použiť údajový list v zariadení. Datasheet je súbor informačných listov, ktoré obsahujú komplexné informácie o parametroch, režimoch činnosti, ako aj obvode pre zapnutie rádiového prvku. Vyrába ho výrobca produktu.

Paralelný obvod

Pri paralelnom spojení sú rádiové prvky vo vzájomnom kontakte v dvoch bodoch - uzloch. Pre tento typ obvodu platia dve pravidlá: prúd vstupujúci do uzla sa rovná súčtu prúdov vychádzajúcich z uzla a rozdiel potenciálov vo všetkých bodoch uzlov je rovnaký. Na základe týchto definícií môžeme konštatovať, že v prípade paralelného zapojenia LED diódy, požadovaný odpor, umiestnený na začiatku uzla, nájdeme podľa vzorca: Rr = Uo / Is1 + In, Ohm, kde:

• Uo je potenciálny rozdiel aplikovaný na uzly.
• Is1 je prúd pretekajúci cez prvú LED.
• In je prúd prechádzajúci n-tou LED.

Ale takýto obvod so spoločným odporom umiestneným pred paralelným pripojením LED sa nepoužíva. Je to spôsobené tým, že v prípade vyhorenia jedného žiariča podľa zákona zostane prúd vstupujúci do jednotky nezmenený. To znamená, že sa rozdelí medzi zostávajúce pracovné prvky a cez ne pretečie väčší prúd. Výsledkom bude reťazová reakcia a všetky polovodičové žiariče nakoniec vyhoria.

Preto bude správne použiť vlastný rezistor pre každú paralelnú vetvu s vlastnou LED a vypočítať odpor pre LED samostatne pre každú nohu. Tento prístup je výhodný aj v tom, že v obvode možno použiť rádiové prvky s rôznymi charakteristikami.

Výpočet odporu každého ramena je podobný ako pri jedinom zapojení: Rn = (Uo - Us) / In, Ohm, kde:

• Rn je požadovaný odpor n-tej vetvy.
• Uo - Us - rozdiel poklesu napätia.
• In je prúd cez n-tú LED.

Príklad výpočtu

Nechajte elektrický obvod napájať z 32-voltového zdroja konštantného napätia. V tomto obvode sú paralelne zapojené dve LED značky značky: Cree C503B-RAS a Cree XM-L T6. Ak chcete vypočítať požadovanú impedanciu, musíte z údajového listu zistiť typický pokles napätia na týchto LED. Takže pre prvý je to 2,1 V pri prúde 0,2 a pre druhý - 2,9 V pri rovnakej sile prúdu.

Nahradením týchto hodnôt do vzorca pre reťazový reťazec získate nasledujúci výsledok:

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

Najbližšie hodnoty sa vyberajú zo štandardnej série. Budú: R1 = 22 Ohmov a R2 = 18 Ohmov. Ak chcete, môžete tiež vypočítať výkon rozptýlený odpormi pomocou vzorca: P = I * I * U. Pre nájdené odpory to bude P = 0,001 W.

Prehliadač online kalkulačiek

Pri veľkom počte LED diód v obvode je výpočet odporu pre každú pomerne zdĺhavý proces, najmä preto, že môžete urobiť chybu. Najjednoduchší spôsob výpočtov je preto použiť online kalkulačky.

Sú to programy napísané na spustenie v prehliadači. Na internete nájdete veľa takýchto kalkulačiek pre LED diódy., ale princíp ich práce je rovnaký. V navrhovaných formulároch budete musieť zadať referenčné údaje, vybrať schému pripojenia a kliknúť na tlačidlo "Výsledok" alebo "Výpočet". Potom už len stačí počkať na odpoveď.

Po manuálnom prepočítaní to môžete skontrolovať, ale nebude to mať veľký zmysel, pretože pri výpočte programu sa používajú podobné vzorce.