Розрахунок резистора для живлення світлодіода. Підключення світлодіода через резистор та його розрахунок

У схемах із світлодіодами обов'язково використовуються для обмеження. Вони захищають від перегорання та передчасного виходу з ладу світлодіодних елементів. Основна проблема полягає у точному підборі необхідних параметрів, тому у фахівців широкою популярністю користується калькулятор розрахунку опору світлодіодів. Для отримання максимально точних результатів будуть потрібні дані про напругу джерела живлення, про пряму напругу самого світлодіода та його розрахунковий струм, а також схема підключення та кількість елементів.

Як розрахувати опір струмообмежувальних резисторів

У найпростішому випадку, коли відсутні необхідні вихідні дані, величину прямої напруги світлодіодів можна з високою точністю встановити кольором світіння. Типові дані про це фізичне явище зведено до таблиці.

Багато світлодіодів мають розрахунковий струм 20 мА. Існують інші види елементів, у яких цей параметр може досягати значення 150 мА і вище. Тому для того, щоб точно визначити номінальний струм, знадобляться дані про технічні характеристики світлодіода. Якщо потрібна інформація повністю відсутня, номінальний струм елемента умовно приймається за 10 мА, а пряма напруга - 1,5-2 вольта.

Кількість струмообмежувальних резисторів залежить від схеми підключення напівпровідникових елементів. Наприклад, якщо використовується, можна цілком обійтися одним резистором, оскільки сила струму у всіх точках буде однаковою.

У разі паралельного з'єднання одного резистора, що гасить, буде вже недостатньо. Це з тим, що характеристики світлодіодів неможливо знайти абсолютно однаковими. Всі вони володіють власними опорами і такими ж різними струмами, що споживаються. Тобто, елемент з мінімальним опором споживає більше струму і може передчасно вийти з ладу.

Отже, якщо вийде з ладу хоча б один світлодіод із підключених паралельно, це призведе до виникнення підвищеної напруги, на яку інші елементи не розраховані. У результаті вони теж перестануть працювати. Тому при паралельному з'єднанні кожного світлодіода передбачається власний резистор.

Всі ці особливості враховані в онлайн-калькуляторі. В основі розрахунків лежить формула визначення опору: R = Uгасить/I світлодіода. У свою чергу Uгасить = U харчування - Uсвітлодіода.

Світловипромінюючі діоди, що характеризуються рядом експлуатаційних параметрів:

• Номінальний (робочий) струм - I н;
• падіння напруги при номінальному струмі - U н;
• максимальна потужність, що розсіюється - P max ;
• максимально допустиме зворотне напруга – U обр.

Найважливішим із перерахованих параметрів є робочий струм.

При протіканні через світлодіод номінального робочого струму - номінальний світловий потік, робоча напруга і номінальна потужність, що розсіюється, встановлюються автоматично. Для того, щоб задати робочий режим LED, достатньо задати номінальний струм світлодіода.

Теоретично світлодіоди потрібно підключати до джерел постійного струму. Однак на практиці LED підключають до джерел постійної напруги: батарейки, трансформатори з випрямлячами або електронні перетворювачі напруги (драйвери).

Для завдання робочого режиму світлодіода застосовують найпростіше рішення – послідовно з LED включають струмообмежуючий резистор. Їх ще називають гасящими або баластовими опорами.

Розглянемо, як здійснюється розрахунок опору резистора для світлодіода.

Розрахунок резистора світлодіода (за формулами)

При розрахунку обчислюють дві величини:

• Опір (номінал) резистора;
• розсіювану їм потужність P.

Джерела напруги, що живлять LED, мають різну вихідну напругу. Для того щоб виконати підбір резистора для світлодіода потрібно знати напругу джерела (Uіст), робоче падіння напруги на діоді та його номінальний струм. Формула для розрахунку виглядає так:

R = (U іст - U н) / I н

При відніманні з напруги джерела номінальне падіння напруги на світлодіоді ми отримуємо падіння напруги на резисторі. Розділивши значення, що вийшло на струм, ми, за законом Ома, отримуємо номінал струмообмежувального резистора. Підставляємо напругу, виражену у вольтах, струм – в амперах і отримуємо номінал, виражений у омах.

Електричну потужність, що розсіюється на опорі, що гасить, обчислюють за наступною формулою:

P = (I н) 2 ⋅ R

З отриманого значення, вибирається потужність баластного резистора. Для надійної роботи пристрою вона повинна бути вищою за розрахункове значення. Розберемо приклад розрахунку.

Приклад розрахунку резистора для світлодіода 12

Розрахуємо опір для LED, що живиться від джерела постійної напруги 12В.

Допустимо у нашому розпорядженні є популярний надяскравий SMD 2835 (2.8мм x 3.5мм) з робочим струмом 150мА та падінням напруги 3,2В. SMD 2835 має електричну потужність 0,5 Вт. Підставимо вихідні значення у формулу.

R = (12 - 3,2) / 0,15 ≈ 60

Отримуємо, що підійде резистор, що гасить опором 60 Ом. Найближче значення із стандартного ряду Е24 – 62 ома. Таким чином, для обраного нами світлодіода можна застосувати баласт опором 62Ом.

Тепер обчислимо потужність, що розсіюється, на опорі.

P = (0,15) 2 ⋅ 62 ≈ 1,4

На обраному нами опорі розсіюватиметься майже півтора вата електричної потужності. Значить, для наших цілей можна застосувати резистор з максимально допустимою потужністю 2Вт, що розсіюється.

Залишилося купити резистор із відповідним номіналом. Якщо ж у вас є старі плати, з яких можна випаяти деталі, то за кольоровим маркуванням можна виконати підбір резистора. Скористайтеся формою нижче.

На замітку! У наведеному вище прикладі на токообмежувальному опорі розсіюється майже втричі більше енергії, ніж світлодіоді. Це означає, що з урахуванням світлової віддачі LED, ККД нашої конструкції менше 25%.

Щоб знизити втрати енергії, краще застосувати джерело з нижчою напругою. Наприклад, для живлення можна застосувати перетворювач постійної напруги AC/AC 12/5 вольт. Навіть з урахуванням ККД перетворювача втрати будуть значно меншими.

Паралельне з'єднання

Досить часто потрібно підключити кілька діодів до одного джерела. Теоретично, для живлення кількох паралельно з'єднаних LED, можна застосувати один струмообмежуючий резистор. При цьому формули матимуть такий вигляд:

R = (U іст - U н) / (n ⋅ I н)

P = (n ⋅ I н) 2 ⋅ R

Деn- Кількість паралельно включених Льодів.

Чому не можна використовувати один резистор для кількох паралельних діодів

Навіть у «китайських» виробах виробники кожного світлодіода встановлюють окремий струмообмежуючий резистор. Справа в тому, що у випадку загального баласту для декількох LED багаторазово зростає ймовірність виходу з ладу світлодіодів.

У разі обриву одного з напівпровідників, його струм перерозподілиться через LED, що залишилися. Потужність, що розсіюється на них, збільшиться і вони почнуть інтенсивно нагріватися. Внаслідок перегріву наступний діод вийде з ладу і далі процес набуде лавиноподібного характеру.

Порада. Якщо з якоїсь причини потрібно обійтися одним опором, що гасить, збільште його номінал на 20-25%. Це забезпечить більшу надійність конструкції.

Чи можна обійтися без резисторів?

Дійсно, в деяких випадках можна не використовувати струмообмежуючий резистор. Розглянутий нами світлодіод можна безпосередньо запитати від двох батарейок 1,5В. Так як його робоча напруга становить 3,2В, то струм, що протікає через нього, буде менше номінального і баласт йому не буде потрібно. Звичайно, при такому живленні світлодіод не видаватиме повний світловий потік.

Іноді в ланцюгах змінного струму як струмообмежуючі елементи замість резисторів застосовують конденсатори (докладніше про ). Як приклад можна навести вимикачі з підсвічуванням, у яких конденсатори є «безватними» опорами.

Розрахунок для світлодіода виконується досить просто, швидко і не містить нічого військового, тільки закон Ома. Хоча у всесвітній мережі існує безліч онлайн-калькуляторів, що допомагають визначити різні параметри, але, на мою особисту думку, краще один раз розібратися самому і зрозуміти фізику процесу, ніж користуватися сліпим подібними калькуляторами.

Найчастіший приклад – це підключення світлодіода до джерела живлення з напругою 5 В, наприклад USB порту комп'ютера. Другий приклад - підключення до акумуляторної батареї автомобіля, номінальне значення напруги якої 12 В. Якщо до такого джерела живлення безпосередньо приєднати напівпровідниковий прилад, то останній просто вийде з ладу під дією струму, що перевищує допустиме значення, - відбудеться тепловий пробою напівпровідникового кристала. Тому необхідно обмежувати величину струму.

З метою кращої наочності візьмемо два типи світлодіодів із найбільш поширеними характеристиками:

напруга:

U VD 1 = 2,2;

U VD 2 = 3,5;

струм:

I VD 1 = 0,01 А;

I VD 2 = 0,02 А.

Розрахунок резистора для світлодіода

Визначимо опір R 1,5 для VD 1 при Uіп = 5 Ст.

Для розрахунку величини опору, згідно із законом Ома, потрібно знати струм і напругу:

R=U/I.

Величина струму, що протікає в ланцюзі і в тому числі через VD нам відома із заданої умови I VD 1 = 0,01 А, тому слід визначити падіння напруги на R 1,5 . Воно дорівнює різниці підведеного Uіп = 5 В і падіння напруги на світлодіоді U VD 1 = 2,2 В:

Тепер знаходимо R 1,5

Зі стандартного ряду опорів вибираємо найближче у бік збільшення, тому приймаємо R 1,5 = 300 Ом.

Таким же чином виконаємо розрахунок R для VD 2:

Зробимо аналогічні обчислення при значенні Uіп = 12 Ст.

Приймаємо R 1,12 = 1000 Ом = 1 кОм.

Приймаємо R 2,12 = 430 Ом.

Для зручності випишемо отримані значення опорів усіх резисторів:

Слід зауважити, що опір, вибраний зі стандартного ряду, перевищує розрахунковий, тому струм у ланцюзі буде наскільки знижений. Однак цим зниженням можна знехтувати у вигляді його малого значення.

Розрахунок потужності розсіювання

Визначити опір – це лише півсправи. p align="justify"> Ще резистор характеризується важливим параметром, який називається потужність розсіювання P - це потужність, яку він здатний витримати тривалий час, при цьому, не перегріваючись вище певної температури. Вона залежить струм у квадраті, оскільки останній протікаючи в ланцюзі, викликає нагрівання її елементів.

P = I 2 R.

Візуально резистор вищої Р відрізняється великими розмірами.

Один світлодіод

Послідовне з'єднання світлодіодів

Паралельне з'єднання світлодіодів

Розрахунок резистора для світлодіода.

Світлодіоди. Види, типи світлодіодів. Підключення та розрахунки.

Ось так світлодіод виглядає у житті:

А так позначається на схемі:

Навіщо служить світлодіод?

Світлодіоди випромінюють світло, коли через них проходить електричний струм.

Були винайдені у 70-ті роки минулого століття для зміни електричних лампочок, які часто перегорали та споживали багато енергії.
Підключення та паяння

Світлодіоди повинні бути підключені правильним чином, враховуючи їх полярність + для анода і для катода Катод має короткий висновок, більш коротку ніжку. Якщо ви бачите всередині світлодіода його начинки – катод має електрод більшого розміру (але це не офіційний метод).

Світлодіоди можуть бути зіпсовані внаслідок впливу тепла при паянні, але ризик невеликий, якщо ви паяєте швидко. Ніяких спеціальних запобіжних заходів застосовувати не треба для паяння більшості світлодіодів, проте буває корисно вхопитися за ніжку світлодіода пінцетом - для тепловідведення.

Перевірка світлодіодів

Ніколи не підключайте світлодіоди безпосередньо до батареї або джерела живлення!
Світлодіод перегорить практично моментально, оскільки занадто великий струм спалить його. Світлодіоди повинні мати обмежувальний резистор. Для швидкого тестування 1кОм резистор підходить більшості світлодіодів, якщо напруга 12V або менше. Не забувайте підключати світлодіоди правильно, дотримуючись полярності!

Кольори світлодіодів

Світлодіоди бувають майже всіх кольорів: червоний, помаранчевий, жовтий, жовтий, зелений, синій та білий. Синього та білого світлодіода трохи дорожче, ніж інші кольори.
Колір світлодіодів визначається типом напівпровідникового матеріалу, з якого він виготовлений, а не кольором пластику його корпусу. Світлодіоди будь-яких кольорів бувають у безбарвному корпусі, у такому разі колір можна дізнатися тільки увімкнувши його.

Багатокольорові світлодіоди

Влаштований багатобарвний світлодіод просто, як правило, це червоний і зелений об'єднані в один корпус з трьома ніжками. Шляхом зміни яскравості чи кількості імпульсів кожному з кристалів можна досягати різних кольорів світіння.

Розрахунок світлодіодного резистора

Світлодіод повинен мати резистор послідовно з'єднаний у його ланцюгу, для обмеження струму, що проходить через світлодіод, інакше він згорить практично миттєво.
Резистор R визначається за такою формулою:

R = (V S - V L ) / I

V S = напруга живлення
V L = Пряма напруга, розрахункова для кожного типу діодів (як правило від 2 до 4 вольт)
I = Струм світлодіода (наприклад 20мA), це повинно бути менше максимально допустимого для вашого діода.

Якщо розмір опору неможливо підібрати точно, тоді візьміть резистор більшого номіналу. Насправді ви навряд чи помітите різницю ... дуже яскравість світіння зменшиться дуже мало.

Наприклад: Якщо напруга живлення V S = 9, і є червоний світлодіод (V = 2V), що вимагають I = 20мA = 0.020A,
R = (- 9 В) / 0.02A = 350 Ом. При цьому можна вибрати 390 Ом (найближче стандартне значення, яке більше).
Обчислення світлодіодного резистора з використанням Закону Ома

Закон Ома говорить, що опір резистора R = V/I, де:
V= напруга через резистор (V = S – V L у цьому випадку)
I= Струм через резистор
Отже R = (V S - V L ) / I
Послідовне підключення світлодіодів.

Якщо ви хочете підключити кілька світлодіодів одразу – це можна зробити послідовно. Це скорочує споживання енергії і дозволяє підключати велику кількість діодів одночасно, наприклад як якусь гірлянду. Усі світлодіоди, які з'єднані послідовно, мають бути одного типу. Блок живлення повинен мати достатню потужність та забезпечити відповідну напругу.

Приклад розрахунку:

Червоний, жовтий та зелений діоди – при послідовному з'єднанні потрібна напруга живлення – не менше 8V, так 9-вольтова батарея буде практично ідеальним джерелом.

V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три діоди, їх напруга підсумовуються).

Якщо напруга живлення V S 9 і струм діода = 0.015A,
Резистором R = (V S - V L ) / I= (9 - 6) / 0,015 = 200 Ом
Беремо резистор 220 Ом (найближчого стандартного значення, яке більше).

Уникайте підключення світлодіодів у паралелі!

Підключення кілька світлодіодів у паралелі за допомогою одного резистора не дуже гарна ідея.

Як правило, світлодіоди мають розкид параметрів, вимагають кілька різних напруг кожен.., що робить таке підключення практично неробочим. Один з діодів світитиметься яскравіше і братиме на себе струму більше, поки не вийде з ладу. Таке підключення прискорює природну деградацію кристала світлодіода. Якщо світлодіоди з'єднуються паралельно, кожен із них повинен мати свій власний обмежувальний резистор.

Миготливі світлодіоди

Миготливі світлодіоди виглядають як звичайні світлодіоди, вони можуть блимати самостійно тому, що містять інтегральну вбудовану схему. Світлодіод блимає на низьких частотах, як правило, 2-3 спалахи в секунду. Такі дрібнички роблять для автомобільних сигналізацій, різноманітних індикаторів чи дитячих іграшок.

(Світловипромінюючий діод) - випромінює світло в той момент, коли через нього протікає електричний струм. Найпростіша схема для живлення світлодіодів складається із джерела живлення, світлодіода та резистора, підключеного послідовно з ним.

Такий часто називають баластним або струмообмежуючим резистором. Виникає питання: "А навіщо світлодіоду резистор?". Струмообмежуючий резистор необхідний обмеження струму, що протікає через світлодіод, з метою захисту від згоряння. Якщо напруга джерела живлення дорівнює падінню напруги на світлодіоді, то в такому резистори немає необхідності.

Розрахунок резистора для світлодіода

Опір баластового резистора легко розрахувати, використовуючи закон Ома та правила Кірхгофа. Щоб розрахувати необхідний опір резистора, нам необхідно з напруги джерела живлення відняти номінальну напругу світлодіода, а потім розділити цю різницю на робочий струм світлодіода:

• V - напруга джерела живлення
• V LED – напруга падіння на світлодіоді
• I – робочий струм світлодіода

Нижче наведено таблицю залежності робочої напруги світлодіода від його кольору:

Хоча ця проста схема широко використовується в побутовій електроніці, але все ж таки вона не дуже ефективна, так як надлишок енергії джерела живлення розсіюється на баластному резисторі у вигляді тепла. Тому, найчастіше використовуються складніші схеми () які мають більшу ефективність.

Давайте, на прикладі здійснимо розрахунок опору резистора для світлодіода.

Ми маємо:

• джерело живлення: 12 вольт
• напруга світлодіода: 2 вольти
• робочий струм світлодіода: 30 мА

Розрахуємо струмообмежуючий резистор, використовуючи формулу:

Виходить, що наш резистор повинен мати опір 333 Ом. Якщо точне значення підібрати не виходить, то необхідно взяти найближчий більший опір. У нашому випадку це буде 360 Ом (ряд E24).

Послідовне з'єднання світлодіодів

Часто кілька світлодіодів послідовно підключають до одного джерела напруги. При послідовному з'єднанні однакових світлодіодів їхній загальний струм споживання дорівнює робочому струму одного світлодіода, а загальна напруга дорівнює сумі напруг падіння всіх світлодіодів у ланцюзі.

Тому в даному випадку нам достатньо використовувати один резистор для всього послідовного ланцюжка світлодіодів.

Приклад розрахунку опору резистора при послідовному підключенні.

У цьому прикладі два світлодіоди з'єднані послідовно. Один червоний світлодіод з напругою 2В та один ультрафіолетовий світлодіод з напругою 4,5В. Допустимо, обидва мають номінальну силу струму 30 мА.

З правила Кірхгофа випливає, що сума падінь напруги у всьому ланцюзі дорівнює напрузі джерела живлення. Тому на резисторі напруга має дорівнювати напруги джерела живлення мінус сума падіння напруги на світлодіодах.

Використовуючи закон Ома, обчислюємо значення опору обмежувального резистора:

Резистор повинен мати значення щонайменше 183,3 Ом.

Зверніть увагу, що після віднімання падіння напруги у нас залишилося ще 5,5 вольт. Це дає можливість підключити ще один світлодіод (звичайно, попередньо перерахувавши опір резистора)

Паралельне з'єднання світлодіодів

Також можна підключити світлодіоди і паралельно, але це створює більше проблем, ніж при послідовному з'єднанні.

Обмежувати струм паралельно з'єднаних світлодіодів одним загальним резистором не зовсім гарна ідея, оскільки в цьому випадку всі світлодіоди повинні мати однакову робочу напругу. Якщо якийсь світлодіод матиме меншу напругу, через нього потече більший струм, що у свою чергу може зашкодити його.

І навіть якщо всі світлодіоди матимуть однакову специфікацію, вони можуть мати різну вольт-амперну характеристику через відмінності в процесі виробництва. Це так само призведе до того, що через кожен світлодіод тектиме різний струм. Щоб мінімізувати різницю в струмі, світлодіоди, підключені в паралель, зазвичай мають баластовий резистор для кожної ланки.

Онлайн калькулятор розрахунку резистора для світлодіода

Цей онлайн калькулятор допоможе вам знайти потрібний номінал резистора для світлодіода, підключеного за наступною схемою:

примітка: роздільником десятих є точка, а не кома

Формула розрахунку опору резистора онлайн калькулятора

Опір резистора= (U– U F)/ I F

• U- джерело живлення;
• U F- Пряма напруга світлодіода;
• I F- Струм світлодіода (у міліамперах).

Примітка:Занадто складно знайти резистор із опором, який вийшов при розрахунку. Як правило, резистори випускаються у стандартних значеннях (номінальний ряд). Якщо ви не можете знайти необхідний резистор, виберіть найближче більше значення опору, який ви розрахували.

Наприклад, якщо ви отримали опір 313,4 Ом, то візьміть найближче стандартне значення, яке становить 330 Ом. Якщо найближче значення є недостатньо близьким, ви можете отримати необхідний опір шляхом або з'єднання декількох резисторів.