Розрахунок світлодіодів калькулятор онлайн. Калькулятор розрахунку опору для світлодіодів

Світлодіодні елементи все частіше застосовуються в сферах діяльності людства як освітлювальні прилади для приміщень, в вуличних ліхтарях, кишенькових ліхтариках, при освітленні акваріума. В автомобільній індустрії групи світлодіодів широко використовуються для підсвічування габаритних вогнів, стоп сигналів і поворотів.

Зовнішній вигляд світлодіодів

Окремими елементами з різними кольорами забезпечують підсвічування приладової панелі, індикацію зниження рівня охолоджуючої рідини радіатора. Неможливо перелічити всі напрямки їх використання: від прикраси новорічної ялинки, підсвічування акваріума до приладів ракетно-космічної техніки.

Вони поступово витісняють звичайні лампи розжарювання. Численні Інтернет магазини в режимі онлайн продають світлодіодні стрічки та інші освітлювальні прилади. Також можна знайти калькулятор розрахунку схем драйверів для них, якщо з'явиться необхідність їх ремонту або виготовлення своїми руками. Такому бурхливому розвитку є цілий ряд причин.

основні переваги

мале споживання енергії;
високий ККД;
низькі напруги;
майже відсутня нагрів;
висока ступінь електричної і пожежної безпеки;
міцний корпус: відсутність тендітних ниток розжарювання і скляних колб робить їх стійкими до механічних, вібраційних дій;
безінерційною спрацьовування забезпечує швидкодію, немає витрат часу на розігрів нитки розжарювання;
міцність, малі габарити і довговічність;
безперервний ресурс роботи не менше 5 років;
широкий вибір спектра (кольору) і можливість конструкції окремого елемента робити розсіяне або спрямоване освітлення.

Є кілька суттєвих недоліків:

Висока вартість.
Інтенсивність світлового потоку окремого елемента мала.
Чим вище напруга необхідного джерела живлення, тим швидше руйнується структура світлодіодних елементів. Проблема перегріву вирішується установкою радіатора.

Параметри і особливості

Переваг у світлодіодів набагато більше, ніж недоліків, але через високу вартість народ не поспішає купувати освітлювальні прилади на основі світлодіодів. Люди, що володіють необхідними знаннями, купують окремі елементи і самі збирають світильники для акваріума, роблять підключення на приладові панелі автомобілів, степових сигналів і габаритів. Але для цього треба добре розібратися в принципах роботи, параметрах і конструктивних особливостях світлодіодів.

параметри:

робочий струм;
робоча напруга;
колір світлового потоку;
кут розсіювання:
тип корпусу.

Особливістю конструкцій є діаметр, форма лінзи, яка визначає спрямованість і ступінь розсіювання світлового потоку. Ділянка колірного спектра світіння визначають домішки додаються в напівпровідниковий кристал діода. Фосфор, індій, галій, алюміній забезпечують підсвічування від червоного до жовтого діапазону.

Склад азоту, галію, індію зробить спектр в діапазоні синього і зеленого кольорів, якщо до кристалу синього (блакитного) спектра додати люмінофор, можна отримати біле світло. Кути напрямки і розсіювання потоків визначає склад кристала, але в більшій мірі форма лінзи світлодіода.

Для підтримки живого світу акваріума необхідний процес фотосинтезу водоростей. Тут потрібно правильний спектр і певний рівень освітлення акваріума, з чим добре справляються світлодіоди.

Розрахунок параметрів і схем

Визначившись з кольором, напрямом потоку освітлення і напругою джерела живлення можна купувати світлодіоди. Але щоб зібрати потрібну схему, Треба зробити розрахунок резистора світлодіода в ланцюзі, який гасить підвищена напруга живлення. Робочий струм і напруга нам відомо по номіналах.

Треба обов'язково враховувати, що світлодіод це напівпровідник, який має полярності.

Якщо переплутати полярність, він не засвітиться і може взагалі вийти з ладу. Хорошим прикладом для розрахунку резистором в схемах підключення світлодіодів є світлотехнічні прилади автомобіля. Як індикації стану певного технічного параметра використовується один світлодіодний елемент, як варіант береться знижений рівень охолоджувальної рідини радіатора.

Схема підключення світлодіода

R \u003d Uак. - Uраб. / I раб.
R \u003d 12В - 3В / 00,2А \u003d 450 Ом \u003d 0,45 кОм.

Uак - напруга джерела живлення, в нашому випадку автомобільний акумулятор 12В;
Uраб - робоча напруга світлодіода;
I раб - робочий струм світлодіода.

Можна розрахувати опір резистором в схемі з послідовним підключенням деякої кількості світлодіодів. Такий варіант може використовуватися для підсвічування приладів на передній панелі або в якості степових вогнів автомобіля.

Схема послідовного підключення світлодіодів і гасить опору

Розрахунок опору аналогічний:

R \u003d Uак - Uраб * n / Iраб.

R \u003d 12В - 3В * 3 / 0.02А \u003d 150 Ом \u003d 0,15 кОм.

n - кількість світлодіодів 3 шт.

Варто розглянути випадок з шістьма світлодіодами; в стопорних ліхтарях застосовують і більшу кількість, але методика розрахунку опору і побудова схеми будуть ті ж.

R \u003d Uак - Uраб * n / Iраб
R \u003d 12В - 18 В / 002А - робоча напруга діодів перевищує напруга джерела живлення, в цьому випадку доведеться діоди розділити на 2 групи по три діода і підключити їх по паралельної схемою. Розрахунки робимо для кожної групи окремо.

Попередній розрахунок з трьома світлодіодами в схемі з послідовним підключенням показує, що для паралельного підключення в кожній групі величина опору резистора повинна бути по 0,15 кОм.

Незважаючи на невелике нагрівання, світлодіодні світильники не працюють без радіатора. Наприклад, для освітлення акваріума зверху встановлюється кришка, на якій кріпляться точкові джерела світла або світлодіодна стрічка. Щоб уникнути її перегріву, застосовується алюмінієвий профіль. Для виготовлення радіатора починають застосовувати спеціальні пластмаси, що розсіюють тепло. Фахівці не рекомендують самостійно займатися їх виготовленням, хоча ніхто не забороняє вживати заходів щодо поліпшення відводу тепла від потужних світильників. Як радіатора добре застосовувати мідь, що володіє високою теплопровідністю.

На багатьох сайтах можна знайти калькулятор, за допомогою якого надається можливість вибору схеми, внесення параметрів діода і розрахунку в режимі онлайн резистора для одного світлодіода або групи.

У спеціалізованих магазинах можна купити диски з програмним забезпеченням і встановити на домашній комп'ютер драйвера. Програма з драйверами легко скачується безкоштовно в режимі онлайн або купується, якщо оплатити електронними грошима на сайті.

Особливості, які треба враховувати:

Не рекомендується підключати світлодіоди в паралельній схемі через одне опір. При несправності одного діода на інші подаватиметься занадто сильна напруга, що призведе все діоди до виходу з ладу. Якщо попадеться така схема, можна через онлайн-калькулятор розрахувати і переробити її, додавши окремі опору на світлодіоди.

Схема паралельного підключення

У розрахунках можуть вийти значення резистора, які не збігаються зі стандартними номіналами, тоді вибирається опір трохи більше. Тут зручно використовувати калькулятор в онлайн режимі.
При збігу робочої напруги світлодіодів і джерела живлення в побутових схемах для ліхтариків, ялинкових гірлянд іноді резистор не використовують. При цьому окремі світлодіоди світяться з різною яскравістю, це викликано розкидом їх параметрів. Рекомендується в цих випадках застосовувати конвертори для підвищення напруги.

Нижче зображена одна з найпростіших схем драйвера світлодіодної лампи.

Схема і фото драйвера лампи MR-16

Схема зібрана із застосуванням замість трансформатора конденсатора C1 і резистора R1. Напруга подається на діодний міст. Обмеження струму забезпечується за рахунок конденсатора С1, який створює опір, але не розсіює тепло, а зменшує напругу при послідовному підключенні до мережі живлення.

Випрямлена напруга згладжується за допомогою електролітичного конденсатора С2. Опір R1 призначений для розрядки конденсатора С1 при відключенні харчування. R1 і R2 в роботі схеми участі не беруть. Резистор R2 призначений для захисту конденсатора С2 від пробою, якщо відбувається обрив в ланцюзі живлення лампи.

На фото представлений вид драйвера з двох сторін. Червоний циліндр - це зображення конденсатора С1, чорний - С2.

Резистор. Відео

На питання, що таке резистор, і як він працює, відповість це відео. Простота викладу дає можливість засвоїти матеріал навіть новачкові.

З огляду на все вищесказане, можна зробити правильний самостійний розрахунок резистора для світлодіода і придбати в спеціалізованому магазині те, що по-справжньому стане в нагоді в господарстві.

Досить часто у багатьох початківців радіоаматорів виникає проблеми з розрахунком опору резистора для світлодіода. І часто вони не знають, для. У даній статті спробуємо роз'яснити це питання і для полегшення наведемо онлайн калькулятор для розрахунку опору резистора світлодіоди.

Важливі параметри світлодіодів

З точки зору проблеми підбору резистора для світлодіода нас в першу чергу цікавлять лише два параметри світлодіодів:

I F - прямий струм світлодіода
V F - пряма напруга світлодіода (робоча напруга)

Розглянемо це на прикладі світлодіода L-53IT. Ось його короткі характеристики:

Матеріал: gaasp / gap
Колір світіння: червоний
Довжина хвилі: 625нм
Максимальна пряме напруга: 2,5 В
Максимальна зворотна напруга: 5В
Максимальний прямий струм: 30 мА
Робоча температура: -40 ... 85С

У datasheet світлодіода L-53IT в розділі «Absolute Maximum Ratings» (значення, які не можна перевищувати) ми знаходимо інформацію про максимальний безперервному постійному струмі, який може протікати через даний світлодіод, не викликаючи її пошкодження (30мА):

Потім ми перевіряємо по datasheet, яке типове пряме напруга світлодіода (падіння напруги на діоді):

і ми бачимо, що:

тестові дані вказані для струму I F \u003d 20мА,
типове пряме напруга становить V F \u003d 2В.

Струм 20мА забезпечує нам хороший світловий потік, а так як світлодіоди не вічні, і з часом випускається потік світла зменшується, то в більшості випадків для цього світлодіода цей струм буде достатній.

Світлодіод без резистора

Для початку розглянемо, що відбудеться, якщо ми підключимо світлодіод до джерела живлення без резистора обмежує струм. Як приклад ми будемо використовувати джерело живлення з напругою 5В.

У цьому випадку, відповідно до другого закону Кірхгофа:

сума падінь напруги в замкнутому контурі дорівнює нулю

Виходить, що всі напруга живлення зосереджено на нашому светодиоде:

Що означає поява напруги 5В на нашому светодиоде? Давайте подивимося на графік залежності струму світлодіода від напруги в прямому напрямку:

Тобто, при перевищенні 2,05 вольт, струм буде рости дуже швидко, досягнувши високого значення.

У нашому випадку, харчування світлодіода без обмежувального резистора призведе до генерації струму більшого, ніж допустимо (30 мА), що в свою чергу відбудеться його пошкодження.

Тут слід додати, що причиною, що руйнують світлодіод є не ток як такої, а виділяється потужність у вигляді тепла.

Обмеження струму що протікає через світлодіод

Таким чином, ми повинні обмежити струм світлодіода. У нас є два варіанти:

використовувати харчування стабільним струмом (не більше 30 мА відповідно до технічної специфікації світлодіода)
обмежити струм по-іншому.

У даній статті ми займемося другим способом, а саме, ми підключимо резистор послідовно з світлодіодом. На цьому резисторі буде відбуватися падіння частини напруги джерела живлення, який позначимо як V R:

Відповідно до наведеного вище другим законом Кірхгофа, розподіл напружень буде визначатися за формулою:

V CC \u003d V R + V F

У нашому випадку ми знаємо типове значення напруги нашого світлодіода, яке становить 2 вольт, а також напруга живлення 5 вольт:

Таким чином, ми можемо обчислити необхідне падіння напруги на резисторі R, для того щоб на діоді було тільки необхідні 2 вольта:

V R \u003d V CC - V F

V R \u003d 5В - 2В \u003d 3В

тобто, ми прагнемо до отримання наступних напруг в нашій схемі:

Тепер ми використовуємо перший закон Кірхгофа:

сума значень сили струмів, що входять у вузол дорівнює сумі значень сили струмів, що випливає з цього вузла

Нашим вузлом є місце з'єднання резистора і світлодіода, і це означає, що через резистор буде проходити той же струм, що і через світлодіод. Оскільки ми припустили, що через світлодіод може текти струм I F \u003d 20мА, то:

Опір резистора обчислимо за допомогою Закону Ома:

тобто в нашому випадку:

і нарешті, ми можемо вивести загальну формулу:

Після розрахунку опору, вибирається резистор з номінального ряду. У нашому випадку це резистор точно такий же, як розрахували, тобто, 150 Ом, який є в номінальних рядах E24, E12 і E6.

А що робити, коли опір резистора не відповідає жодному значенню з номінального ряду? В цьому випадку слід вибрати одне з двох найближчих до розрахункового опору, при цьому необхідно враховувати наступне:

Якщо опір буде менше, ніж розраховували, то це збільшить значення струму, що протікає через світлодіод.

Якщо опір буде більше, ніж розраховували, то це зменшить світловий потік, що випускається світлодіодом.

Калькулятор розрахунку резистора для світлодіода

Нижче наводимо калькулятор для розрахунку опору резистора світлодіода:

Часто при виготовленні різноманітних пристроїв виникає необхідність використовувати світлодіоди і світлодіодні індикатори. Підключення світлодіода до джерела живлення виконується, як правило, через що обмежує струм резистор (резистор). Нижче описані принципи і формули для розрахунку резистором, а також невеликий калькулятор для швидкого підрахунку.

Розрахунок резистором для світлодіода

Насамперед розберемося як виконати розрахунок опору резистором, від чого воно залежить і якої потужності повинен бути резистор для живлення світлодіода від джерела живлення.

Рис. 1. Схема підключення світлодіода до джерела живлення через резистор.

Як бачимо зі схеми, струм (I) через резистор і світлодіод протікає один і від же. Напруга на резисторі дорівнює різниці напруг харчування і напруги на світлодіоді (VS-VL). Тут нам потрібно розрахувати опір резистора (R), при якому через ланцюг буде протікати напруга I, а на світлодіоді буде напруга VL.

Припустимо що ми будемо живити світлодіод від батареї напругою 5В, Як правило таке напругу живлення використовується при харчуванні мікроконтролерних схем і іншої цифрової техніки.

обчислимо значення напруги на резистором, Для цього нам потрібно знати падіння напруги на світлодіоді, це можна з'ясувати за довідником для конкретного світлодіода.

Зразкові значення падіння напруги для світлодіодів (АЛ307 і інші малопотужні в подібному корпусі):

червоний - 1,8 ... 2В;
зелений і жовтий - 2 ... 2,4 В;
білі і сині - 3 ... 3,5 В.

Припустимо що ми будемо використовувати синій світлодіод , Падіння напруги на ньому - 3В.

Виконуємо розрахунок напруги на резистором:

Uгрез \u003d Uпит - Uсвет \u003d 5В - 3В \u003d 2В.

для розрахунку опору резистором нам потрібно знати струм через світлодіод. Номінальний струм конкретного типу світлодіода можна дізнатися за довідником. У більшості малопотужних світлодіодів (на зразок АЛ307) номінальний струм знаходиться в межах 10-25мА.

Припустимо що для нашого світлодіода номінальний струм для його досить яскравого світіння становить 20мА (0,02 а). Виходить що на резисторі буде гаситися напруга 2В і проходити струм 20мА. Виконаємо розрахунок за формулою закону Ома:

R \u003d U / I \u003d 2В / 0,02 а \u003d 100 Ом.

У більшості випадків підійде малопотужний резистор з потужністю 0,125-0,25Вт (МЛТ-0,125 і МЛТ-0,25). Якщо ж струм і напруга падіння на резисторі буде дуже відрізнятися то не завадить провести розрахунок потужності резистора:

P \u003d U * I \u003d 2В * 0,02 а \u003d 0,04 Вт.

Таким чином, 0,04 Вт явно менше номінальної потужності навіть для самого малопотужного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт).

Зробимо розрахунок для червоного світлодіода (Напруга 2В, ток 15мА).

Uгрез \u003d Uпит - Uсвет \u003d 5В - 2В \u003d 3В.

R \u003d U / I \u003d 3В / 0,015А \u003d 200 Ом.

P \u003d U * I \u003d 3В * 0,015А \u003d 0,045 Вт.

Простий калькулятор для розрахунку резистором

Сьогодні ми почнемо з вивчення нового елемента, а саме світлодіода. Основні відомості про светодиоде зібрані в окремій статті.

Світлодіод, в основному, має 2 виводу: довгий висновок (анод) з'єднується з плюсом харчування, більш короткий висновок (катод) з мінусом. Світлодіод, підключений навпаки, не буде світитися, і крім того, при перевищенні певного напруження може навіть згоріти.

З чого слід почати при роботі з світлодіодом? З перегляду технічних параметрів на конкретний світлодіод! Іноді необхідні нам відомості можна також отримати при покупці в магазині. Що ж нам потрібно знати? Те, що ми шукаємо - це прямий струм (forward current) і пряму напругу (forward voltage).

Для світлодіода головне - це правильно підібраний струм, так як він безпосередньо впливає на термін служби світлодіода. Тому ми говоримо, що світлодіод - це елемент, що живиться то кому (НЕ напругою!).

При вивченні datasheet для одноколірних світлодіодів розміром 5мм ось що було виявлено:

червоний світлодіод: 20 мА / 2,1 В
зелений світлодіод: 20 мА / 2,2 В
жовтий світлодіод: 20 мА / 2,2 В
помаранчевий світлодіод: 25 мА / 2,1 В
синій світлодіодний індикатор: 20 мА / 3,2 В
світлодіод білий: 25 мА / 3,4 В

(Параметри світлодіодів можуть незначно відрізнятися в залежності від екземпляра і виробника світлодіодів)

Нашим джерелом живлення, як і в попередніх вправах, є касета з 4 батарейок, що дають напругу близько 6 вольт. Тепер постає питання: як підібрати резистор для обмеження струму червоного світлодіода, підключеного згідно з наступною схемою:

Наша батарея забезпечує напругу близько 6 вольт. Червоному светодиоду необхідний струм близько 20 мА. Плюс до всього потрібно врахувати падіння напруги на цьому світлодіоді, т. Е. 2,1 вольт:

U R1 \u003d U B1 - U D1

U R1 \u003d 6В - 2,1В

Тепер досить підставити наші дані в формулу:

R1 \u003d 3,9В / 20мА

R1 \u003d 3,9В / 0,02 а

Таким ось простим способом ми розрахували опір резистора R1 для червоного світлодіода, який повинен мати опір мінімум 195 Ом. Але ви не зможете знайти такого номіналу! Що ж робити в такому випадку? Треба взяти з резистор більшої величини, але з максимально близьким опором.

Найближчий в номінальному ряду резисторів знаходиться резистор з опором 200 Ом, і саме такий ми повинні використовувати в нашій схемі. Чому? Звичайно, ніщо не заважає нам використовувати резистор більшого опору, Наприклад, 470 Ом, 2,2 кОм ... Але як це вплине на світіння нашого світлодіода? Давайте перевіримо!

На фото цього звичайно не помітно, але світлодіод світить дуже яскраво з резистором 200 Ом. Але що трапиться, якщо ми замінимо резистор на інший, з великим опором, наприклад, 470 Ом? Світлодіод як і раніше горить. Далі будемо послідовно збільшувати опір: 2,2кОм, 3,9кОм, 4,7Ком ... Зверніть увагу, що світлодіод зі збільшенням опору резистора світить все слабкішими і слабкішими поки, нарешті, взагалі не перестає світитися.

Ще одне зауваження по суті - необхідно використовувати резистори трохи більше, ніж це випливає з розрахунків (наприклад, 210 Ом замість 200 Ом). Чому? Напевно ви звернули увагу, що для розрахунків ми взяли номінальну напругу нашої батареї, в реальності свіжі батарейки можуть давати більш високу напругу і тому опір резистора може бути недостатнім. Струм на світлодіоді буде вище необхідного, що в кінцевому рахунку позначиться на терміні його служби.

Ще один приклад, з життя (вірніше з частих питань). Як підібрати резистор для схеми (в автомобіль), в якій послідовно з'єднані два червоних світлодіода (прямий струм 20 мА, пряме напруга 2,1 В)?

Величину опору резистора R1 розраховуємо аналогічно, як в прикладі вище, з тією лише різницею, що від напруги бортової мережі автомобіля (14В), необхідно відняти падіння напруги на обох діодах D1 і D2:

U R1 \u003d U E1 - U D1 - U D2

U R1 \u003d 14В - 2,1В - 2,1В

Тепер підставимо дані в формулу:

R1 \u003d 9,8В / 20мА

R1 \u003d 9,8В / 0,02 а

Резистор R1, до якого підключені послідовно два червоних світлодіода, повинен мати опір мінімум 490 Ом. Найближчий в ряду є резистор номіналом 510 Ом. Якщо у вас немає резистора номіналом 510 Ом, пам'ятайте, що ви можете з'єднати послідовно кілька резисторів, наприклад, 5 резисторів по 100 Ом.

А чи можемо ми в цій схемі послідовно підключити ще 5 світлодіодів? Ні! На кожному з підключених світлодіодів виникає деяке падіння напруги, іншими словами кожен з них витрачається певний обсяг напруги, наприклад, кожному червоному светодиоду потрібно 2,1 вольт. Легко підрахувати, що наша батарея не в змозі забезпечити таку напругу:

14В< 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В+ 2,1В + 2,1В

14В< 14,7В

Наведений вище приклад стосується схеми, встановленої в автомобілі, де джерело напруги 14В.

Наступний приклад стосуватиметься паралельного з'єднання світлодіодів, так як показано на наступному малюнку:

На цей раз припустимо, що світлодіод - D1 червоний (прямий струм 20 мА, пряме напруга близько 2,1 В), а світлодіод D2 має білий колір (прямий струм 25 мА, пряме напруга 3,4 В).

З першого закону Кирхгофа ми знаємо, що:

I \u003d 20 мА + 25мА

Підключаючи світлодіоди паралельно до джерела живлення, слід пам'ятати, що кожен світлодіод повинен мати свій резистор! Тепер давайте порахуємо падіння напруги на кожному з резисторів:

U R 1 \u003d U B 1 - U D 1

U R1 \u003d 6В - 2,1В

U R 2 \u003d U B 1 - U D 2

U R2 \u003d 6В - 3,4В

Ми знаємо, силу струму і напругу, давайте порахуємо опір:

R1 \u003d U R 1 / I 1

R1 \u003d 3,9В / 20мА

R1 \u003d 3,9В / 0,02 а

R2 \u003d 2,6В / 25мА

R2 \u003d 2,6В / 0,025А

Резистор R1 повинен мати опір як мінімум 195 Ом (найближчий в номінальному ряду резистор на 200 Ом), а резистор R2 повинен мати опір не менше 104 Ом (найближчий в ряду буде на 120 Ом).

Як краще з'єднувати світлодіоди: послідовно або паралельно? Відповідь не простий, тому що обидва варіанти мають свої плюси і мінуси:

Вид з'єднання світлодіодів
послідовне	паралельне
для всіх світлодіодів досить одного резистор	кожен світлодіод повинен мати свій власний резистор
пошкодження одного світлодіода призводить до відключення всього ланцюжка світлодіодів	при пошкодженні одного або декілька світлодіодів, інші світлодіоди будуть світяться
низьке значення струму	струм в ланцюзі збільшується з кожним наступним світлодіодом (струм кожній гілці підсумовується)
потрібно більш високу напругу джерела живлення з урахуванням падіння напруги на кожен з світлодіодів	напруга живлення в схемі може бути низьким

Під кінець уроку розглянемо ще один популярний вид - потужні світлодіоди. Завдяки їм, ми можемо отримати яскраве світло. Потужні світлодіоди використовуються, наприклад, в автомобілях, тому наступний приклад буде стосуватися саме проблеми установки потужних світлодіодів в автомобілі.

Напруга в мережі автомобіля 14 вольт. Потужний світлодіод має прямий струм 350 мА і падіння напруги 3,3 вольт. Розрахуємо опір для потужного світлодіода так, як ми це робили вище:

U R1 \u003d U E1 - U D1

U R1 \u003d 14В - 3,3

R1 \u003d U R1 / I
R1 \u003d 10,7В / 350мА
R1 \u003d 31 Ом

Для нашого прикладу треба підібрати резистор мінімум 31 Ом. Проблема в тому, що потужний світлодіод, як вказує сама назва, має велику потужність і тут звичайний резистор не достатній. Крім відповідного опору наш резистор повинен мати відповідну номінальну потужність, Т. Е. Допустиму потужність, яка виділяється на резисторі при його роботі.

Пам'ятайте, що основне завдання резистора - це опір току. При опорі завжди буде виділятися тепло в тій чи іншій мірі. Занадто велика потужність може пошкодити резистор.
Потужність обчислюємо за такою формулою:

P \u003d 10,7В x 350мА

Номінальна потужність нашого резистора - це мінімум 3,7 Вт. У зв'язку з цим, наші стандартні резистори потужністю 0,25 Вт швидко згорять. У наведеному вище прикладі необхідно застосувати резистор на 5 Вт, але найкращим рішенням використання декількох резисторів по 5 Вт, з'єднаних послідовно або паралельно. Чому? Причина в тому, що резистори погано відводять тепло (хоча б через їх форми), а використання декількох резисторів відразу збільшить загальну площу поверхні, через яку відбувається віддача тепла.

При підборі резистора для потужного світлодіода необхідно додатково враховувати значне підвищення температури самого світлодіода, що викликає зміна прямого струму. Тому краще взяти резистор більшого опору, що забезпечить стабільну роботу світлодіода при збільшенні прямого струму через його нагрівання під час роботи.

Але на практиці для живлення потужних світлодіодів застосовують стабілізатори струму, які будуть обговорюватися в наступних уроках.

Загальне правило при підборі резистора (резисторів) для світлодіодів є використання трохи більшого опору, ніж це випливає з розрахунків. Прямий струм і падіння напруги, що протікають через світлодіод краще виміряти мультиметром, щоб в розрахунках враховувати реальні параметри конкретного світлодіода.

Світлодіод - нелінійний напівпровідниковий прилад, яким для правильної і надійної роботи необхідний стабільний струм. Перевантаження по струму можуть вивести світлодіод з ладу. Найпростіший варіант схеми харчування в такому випадку - обмежувальний резистор, включений послідовно. Розрахунок номінального опору і потужності резистора для світлодіода не надто складне завдання, якщо правильно розуміти фізику процесу. Розглянемо загальні принципи такого розрахунку, а потім розберемо кілька конкретних прикладів з практики.

теорія

У загальному випадку схема виглядає так.

Малюнок 1

Між контактами «+» і «-» прикладається напруга. Позначимо його буквою U. Струм через резистор і світлодіод буде протікати однаковий, тому що з'єднання послідовне. Відповідно до закону Ома отримуємо:

де R - опір резистора;

r LED - опір світлодіода (диференціальне).

Звідси висловлюємо формулу, по якій можна провести розрахунок опору резистора R при заданому струмі I:

Розберемося що таке диференціальне опір світлодіода r LED. Для цього нам буде потрібно його вольтамперної характеристики (ВАХ).

малюнок 2

Як видно з графіків ВАХ світлодіодів - нелінійна. Говорячи простою мовою, його опір постійному струму r \u003d U / I є змінна величина, яка зменшується з ростом напруги. Тому вводиться поняття диференціального опору r LED \u003d dU / dI, яке характеризує опір діода в окремо взятій точці кривої ВАХ.

Щоб розрахуватися резистора для світлодіода, визначаємо за графіком пряму напругу на світлодіоді U LED при заданому струмі I. Потім підставляємо вийшло значення в формулу (2) і отримуємо

Ще один спосіб вирішення завдання - графічний.

Для цього спочатку на графіку ВАХ світлодіода відзначаємо точку відповідну току 100 мА (див. Малюнок 3), потім проводимо через цю точку і точку відповідну 5 вольт на осі абсцис навантажувальну пряму до перетину з віссю ординат. Визначаємо значення струму, відповідне цьому перетинанню (в нашому випадку 250 мА) і за законом Ома виробляємо розрахунок опору резистора R \u003d U / I кз \u003d 5 В / 0,25 А \u003d 20 Ом. Перед розрахунком не забуваємо здійснювати переклад одиниць вимірювання до належного вигляду.

малюнок 3

Наступним кроком буде визначення потужності розсіюється на резисторі. Формула повинна бути знайома всім зі шкільної фізики (як і закон Ома):

Практика

Розглянемо кілька конкретний приклад розрахунку.

Вихідні дані: напруга живлення 12В, білий світлодіод XPE () потрібно включити на номінальний струм 350 мА відповідно до схеми, представленої на малюнку 1.

Знаходимо в data sheet значення прямого падіння напруги при струмі 350 мА (рисунок 4).

малюнок 4

Типове значення по таблиці - 3,2 вольта. Максимальне значення може досягати 3,9 вольт. Тобто в результаті виробничого процесу може вийти як світлодіод з прямим напругою 3,2 В так і 3,9 В (або будь-яким іншим проміжним значенням), але ймовірність отримання 3,2 вольт найбільш висока (якщо хочете - це «математичне очікування» цієї величини). З цієї причини в розрахунок зазвичай береться типове значення.

Використовуючи формулу (3) і калькулятор отримуємо:

R \u003d (12-3,2) / 0,35 »25,1 Ом.

Найближче значення з ряду Е24 - 24 Ом. Значення струму при цьому опорі вийде 367 мА, що на 5% перевищує потрібну установку. Якщо врахувати ще й допуск на номінал резистора, який для ряду Е24 також 5%, то в гіршому випадку виходить взагалі 386 мА. Якщо таке відхилення не допустимо, то можна додати в ланцюг послідовно ще один резистор номіналом 1 Ом. Всі ці дії рекомендується супроводжувати реальними вимірами опорів резисторів і виходять струмів, інакше ні про яку точність не може йти й мови. Резистор 24 Ом може мати похибку в бік збільшення до 25,2 Ом, додавши 1 Ом, отримаємо 26, 2 і «перекіс» сили струму через світлодіод в протилежну сторону.

Припустимо, що нам не потрібна висока точність завдання струму і резистор 24 Ом нас влаштовує.

Визначимо потужність, яка буде розсіюватися на резисторі за формулою (4):

P \u003d 0,367 2 × 24 »3,2 Вт.

Номінальна потужність розсіювання резистора повинна бути з запасом не менше 30%, Інакше він буде перегріватися. А якщо умови відводу тепла утруднені (наприклад, в корпусі погана конвекція), то запас повинен бути ще більше.

В результаті вибираємо резистор потужністю 5 Вт з номінальним опором 24 Ом.

Для того щоб оцінити ефективність отриманого світлотехнічного пристрою необхідно розрахувати ККД схеми харчування:

Таким чином, ККД подібної схеми харчування становить всього 27%. Така низька ефективність обумовлена \u200b\u200bзанадто високим годує напругою 12 вольт, а точніше різницею між U і U LED. Виходить, що 8,8 вольт ми змушені «гасити» на резисторі за рахунок непотрібного розсіювання потужності в навколишній простір. Для підвищення ККД потрібно або знизити напруги живлення, або знайти світлодіод з великим прямим напругою. Як варіант можна включити кілька світлодіодів послідовно, виконавши підбір таким чином, щоб сумарне падіння було ближче до напруги харчування, але ні в якому разі не перевищувало його.

Необхідне значення опору для резистора можна і підібрати, якщо є в наявності магазин опорів і амперметр. Включаємо магазин і амперметр в ланцюг послідовно світлодіоду (на місце передбачуваного резистора), встановлюємо максимальне значення опору і підключаємо до джерела напруги. Далі починаємо зменшувати значення опору до тих пір, поки сила струму не досягне потрібного значення або світлодіод потрібної яскравості (в залежності від того, що буде критерієм). Залишиться тільки вважати значення опору з магазину і виконати підбір найближчого номіналу.

Ремарка

В даних розрахунках ми знехтували залежністю прямого напруги світлодіода від його температури, однак не слід забувати, що така залежність існує і характеризується параметром «температурний коефіцієнт напруги» або скорочено ТКН. Його значення відрізняється для різних видів світлодіодів, але завжди має негативне значення. Це означає що при підвищенні температури кристала, пряме напруга на ньому стає менше. Наприклад, для розглянутого вище білого світлодіода XPE значення ТКН (воно приводиться виробником в data sheet) становить -4 мВ / ° С. Отже при збільшенні температури кристала на 25 ° С, пряме напруга на ньому зменшиться на 0,1 В.

малюнок 5

Багато провідні виробники світлодіодів мають на офіційних сайтах спеціальний сервіс - «онлайн калькулятор», призначений для обчислення параметрів світлодіодів в різних режимах експлуатації (в залежності від температури, струму та ін.). Цей інструмент значно полегшує процедури розрахунку і економить час розробнику.