Какое сопротивление у светодиода: Расчет сопротивления для светодиода – как подобрать?

Содержание

Расчет сопротивления для светодиода – как подобрать?

Онлайн программа для расчета резистора при подключении светодиодов

Светодиод – нелинейный полупроводниковый прибор, которому для правильной и надежной работы необходим стабильный ток. Перегрузки по току могут вывести светодиод из строя. Самый простой вариант схемы питания в таком случае – ограничительный резистор, включенный последовательно. Расчет номинального сопротивления и мощности резистора для светодиода не очень сложная задача, если правильно понимать физику процесса. Рассмотрим общие принципы такого расчета, а затем разберем несколько конкретных примеров из практики.

Теория

В общем случае схема выглядит так.

Рисунок 1

Между контактами «+» и «-» прикладывается напряжение. Обозначим его буквой U. Ток через резистор и светодиод будет протекать одинаковый, т.к. соединение последовательное. Согласно закону Ома получаем:

где R – сопротивление резистора;

r_LED– сопротивление светодиода (дифференциальное).

Отсюда выражаем формулу, по которой можно произвести расчет сопротивления резистора R при заданном токе I:

Разберемся что такое дифференциальное сопротивление светодиода r_LED. Для этого нам потребуется его вольтамперная характеристика (ВАХ).

Рисунок 2

Как видно из графиков ВАХ светодиодов – нелинейна. Говоря простым языком, его сопротивление постоянному току r=U/I есть переменная величина, которая уменьшается с ростом напряжения. Поэтому вводится понятие дифференциального сопротивления r_LED=dU/dI, которое характеризует сопротивление диода в отдельно взятой точке кривой ВАХ.

Чтобы произвести расчет резистора для светодиода, определяем по графику прямое напряжение на светодиоде U_LED при заданном токе I. Затем подставляем получившееся значение в формулу (2) и получаем

Еще один способ решения задачи – графический.

Допустим необходимо рассчитать сопротивление резистора для обеспечения светодиоду рабочего тока величиной 100 мА при напряжении источника питания – 5 вольт.

Для этого сначала на графике ВАХ светодиода отмечаем точку соответствующую току 100 мА (см. рисунок 3), затем проводим через эту точку и точку соответствующую 5 вольтам на оси абсцисс нагрузочную прямую до пересечения с осью ординат. Определяем значение тока, соответствующее этому пересечению (в нашем случае 250 мА) и по закону Ома производим расчет сопротивления резистора R= U / I_кз= 5 В / 0,25 А =20 Ом. Перед расчетом не забываем осуществлять перевод единиц измерения к надлежащему виду.

Рисунок 3

Следующим шагом будет определение мощности рассеиваемой на резисторе. Формула должна быть знакома всем из школьной физики (как и закон Ома):

P=I²×R. (4)

Практика

Рассмотрим несколько конкретный пример расчета.

Исходные данные: напряжение питания 12В, белый светодиод XPE (CREE) требуется включить на номинальный ток 350 мА согласно схеме, представленной на рисунке 1.

Находим в data sheet значение прямого падения напряжения при токе 350 мА (рисунок 4).

Рисунок 4

Типовое значение по таблице — 3,2 вольта. Максимальное значение может достигать 3,9 вольт. То есть в результате производственного процесса может получиться как светодиод с прямым напряжением 3,2 В так и 3,9 В (или любым другим промежуточным значением), но вероятность получения 3,2 вольт наиболее высока (если хотите – это «математическое ожидание» этой величины). По этой причине в расчет обычно берется типовое значение.

Используя формулу (3) и калькулятор получаем:

R=(12-3,2)/0,35»25,1 Ом.

Ближайшее значение из ряда Е24 – 24 Ом. Значение тока при этом сопротивлении получится 367 мА, что на 5% превышает требуемое значение. Если учесть еще и допуск на номинал резистора, который для ряда Е24 также 5%, то в худшем случае получается вообще 386 мА. Если такое отклонение не допустимо, то можно добавить в цепь последовательно еще один резистор номиналом 1 Ом. Все эти действия рекомендуется сопровождать реальными измерениями сопротивлений резисторов и получающихся токов, иначе ни о какой точности не может идти и речи. Резистор 24 Ом может иметь погрешность в сторону увеличения до 25,2 Ом, добавив 1 Ом, получим 26, 2 и «перекос» силы тока через светодиод в противоположную сторону.

Предположим, что нам не нужна высокая точность задания тока и резистор 24 Ом нас устраивает.

Определим мощность, которая будет рассеиваться на резисторе по формуле (4):

P=0,367²×24»3,2 Вт.

Номинальная мощность рассеяния резистора должна быть с запасом не менее 30%, иначе он будет перегреваться. А если условия отвода тепла затруднены (например, в корпусе плохая конвекция), то запас должен быть еще больше.

В итоге выбираем резистор мощностью 5 Вт с номинальным сопротивлением 24 Ом.

Для того чтобы оценить эффективность получившегося светотехнического устройства необходимо рассчитать КПД схемы питания:

Таким образом, КПД подобной схемы питания составляет всего 27%. Такая низкая эффективность обусловлена слишком высоким питающим напряжением 12 вольт, а точнее разницей между U и U_LED. Получается, что 8,8 вольт мы вынуждены «гасить» на резисторе за счет бесполезного рассеяния мощности в окружающее пространство. Для повышения КПД требуется либо снизить напряжения питания, либо найти светодиод с большим прямым напряжением. Как вариант можно включить несколько светодиодов последовательно, выполнив подбор таким образом, чтобы суммарное падение было ближе к напряжению питания, но ни в коем случае не превышало его.

Необходимое значение сопротивления для резистора можно и подобрать, если имеется в наличии магазин сопротивлений и амперметр. Включаем магазин и амперметр в цепь последовательно светодиоду (на место предполагаемого резистора), устанавливаем максимальное значение сопротивления и подключаем к источнику напряжения. Далее начинаем уменьшать значение сопротивления до тех пор, пока сила тока не достигнет нужного значения или светодиод нужной яркости (в зависимости от того, что будет являться критерием). Останется только считать значение сопротивления с магазина и выполнить подбор ближайшего номинала.

Ремарка

В данных расчетах мы пренебрегли зависимостью прямого напряжения светодиода от его температуры, однако не следует забывать, что такая зависимость существует и характеризуется параметром «температурный коэффициент напряжения» или сокращенно ТКН. Его значения отличается для разных видов светодиодов, но всегда имеет отрицательное значение. Это значит что при повышении температуры кристалла, прямое напряжение на нем становится меньше. Например, для рассмотренного выше белого светодиода XPE значение ТКН (оно приводится производителем в data sheet) составляет -4 мВ/°С. Следовательно при увеличении температуры кристалла на 25°С, прямое напряжение на нем уменьшится на 0,1 В.

Рисунок 5

Многие ведущие производители светодиодов имеют на официальных сайтах специальный сервис – «онлайн калькулятор», предназначенный для вычисления параметров светодиодов в различных режимах эксплуатации (в зависимости от температуры, тока и пр.). Этот инструмент значительно облегчает процедуры расчета и экономит время разработчику.

Помогите рассчитать сопротивление.

← →
Дмитрий С © (2010-06-12 17:20) [0]

Нужно рассчитать сопротивление, которое нужно включить последовательно с светодиодом, чтобы тот работал от 12V.
Параметры светодиода:
• Потребляемый ток (I): 20 mA;
• Рабочее напряжение (U) от 2.8 до 3.6 V (возьмем 3 V).

Я рассуждаю так:
1. Сопротивление диода (по закону Ома)
R = U / I = 3 / 0.020 = 150 Ом

2. От 12 V нормально будут работать 4 светодиода подключенных последовательно (по какому закону не помню, но помню что это так). Поэтому для подключения 1 светодиода нужно добавить в цепь сопротивление 3х светодиодов.
R3 = 3 * R = 450 Ом.

3. Получаем схему:

(+) —|◄—|450Ом|— (-)

С пониманием физики электрического тока у меня плохо, а тут, как известно знают всё.

Поправьте меня, если где ошибся.

← →
Владислав © (2010-06-12 17:33) [1]

Не-не-не.
По закону Ома берем подаваемое напряжение (12 В), берем необходимый ток (20 мА), считаем сопротивление. R = 12/0.020 = 600 (Ом).

Подключаем, наслаждаемся.

← →
Дмитрий С © (2010-06-12 17:35) [2]

> Владислав © (12.06.10 17:33) [1]

600 Ом – это сопротивление всей цепи, диода вместе с резистором, разве нет?

← →
Anatoly Podgoretsky © (2010-06-12 17:50) [3]

> Дмитрий С (12.06.2010 17:35:02) [2]

Если твое рассуждение насчет 3 вольт правильно, то расчет верный, надо
погасить 9 вольт, что ток был 20 ма

← →
Pavia © (2010-06-12 17:53) [4]

450Ом хватит можно меньше и больше.

> • Рабочее напряжение (U) от 2.8 до 3.6 V (возьмем 3 V).

Скорее всего диапозон гораздо шире.
Главное что-бы он на обратное не светился и напряжение постоянно.

← →
Дмитрий С © (2010-06-12 18:01) [5]

> Anatoly Podgoretsky © (12.06.10 17:50) [3]

Так по закону Ома тоже получается 450 Ом, что логично. Спасибо

> Pavia © (12.06.10 17:53) [4]

> Скорее всего диапозон гораздо шире.

Такой диапазон указан в описании светодиода.

> Главное что-бы он на обратное не светился и напряжение постоянно.

Что значит “на обратное не светился”?

Кстати, это хорошее замечание. Напряжение может меняться от 10 до 14,5 V (бортовая сеть авто). В этом случае нужно рассчитать сопротивление для максимального напряжения?

← →
Владислав © (2010-06-12 18:07) [6]

Вспоминаем физику и диод.
В нормальных условиях в одну сторону сопротивление близко к нулю, в другую близко к бесконечности.
именно это свойство диода применяется в диодном мосте для преобразования переменного тока в постоянный.

← →
Anatoly Podgoretsky © (2010-06-12 18:08) [7]

> Дмитрий С (12.06.2010 18:01:05) [5]

> Что значит “на обратное не светился”?

Что бы дым с него не шел, и сам он не светился при этом.

← →
NailMan © (2010-06-12 18:11) [8]

Чтобы не разрывать себе мозг есть интернет
http://www.novomoskovsk.ru/andreev/led_calc.html

← →
Дмитрий С © (2010-06-12 20:03) [9]

> Anatoly Podgoretsky © (12.

06.10 18:08) [7]

ну примерно понял:)

> NailMan © (12.06.10 18:11) [8]

Спасибо.

Еще один вопрос встал, подскажите хороший интернет магазин для радиолюбителей, где можно заказать необходимые принадлежности и радиодетали?

← →
begin…end © (2010-06-12 20:26) [10]

Uпит – напряжение источника питания (12 В)
Uраб – рабочее напряжение светодиода (3 В)
I – ток в цепи (0,02 А – через светодиод, сопротивление и источник питания ток течёт одинаковый)
R – сопротивление светодиода
R” – искомое сопротивление

Падение напряжения на светодиоде и резисторе, вместе взятых:
I * (R + R”) = Uпит

Падение напряжения на светодиоде:
I * R = Uраб

Вычитая из 1-го уравнения 2-е, получим: I * R” = Uпит – Uраб, отсюда:

R” = (Uпит – Uраб) / I = (12 – 3) / 0,02 = 450 Ом

Мощность, выделяемая на резисторе:
P” = R” * Sqr(I) = 450 * Sqr(0,02) = 0,18 Вт

← →
begin. ..end © (2010-06-12 20:28) [11]

> Дмитрий С © (12.06.10 20:03) [9]

http://chip-dip.ru/

← →
Дмитрий С © (2010-06-12 21:07) [12]

> http://chip-dip.ru/

Тоже то что нужно.

> Мощность, выделяемая на резисторе:
> P” = R” * Sqr(I) = 450 * Sqr(0,02) = 0,18 Вт

Резистор можно брать мощнее, в случае если нет точно такого?
И еще такой вопрос. В том же магазине есть, например,

– Резисторы постоянные выводные 0.25Вт 5-10%
А что означают эти 5-10% ? (ссылка: http://www.chip-dip.ru/search.aspx?tmpl=results&searchtext=%F0%E5%E7%E8%F1%F2%EE%F0 )

В рамках этой же темы хотелось бы спросить, как подбирать сопротивление резистора для подключения транзистора.
Хочу собрать по схеме “индикатор мощности для звуковой колонки”.
Нашел вот такую схему:
http://cxem.net/sound/raznoe/indikators2-2.gif
(источник с описанием: http://www.remexpert.com/ipb/topic907.html?mode=threaded&pid=3695)

Для нее по описанию подобрал такой транзистор:
Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В 60 Макс. напр. к-э при заданном токе к и разомкнутой цепи б.(Uкэо макс),В 40 Максимально допустимый ток к ( Iк макс.А) 0.1 Статический коэффициент передачи тока h31э мин 110

 Граничная частота коэффициента передачи тока fгр.МГц  150
Максимальная рассеиваемая мощность ,Вт  0.25

http://www.chip-dip.ru/product1/35670756.aspx

На схеме указаны резисторы сопротивлением 470 Ом, но там транзистор кт315в – не такой, какой я выбрал. На российском меня смутил маленький “Статический коэффициент передачи тока h31э мин”, равный 30, тогда как в описании рекомендовался более 100.

До диодов и конденсаторов пока не дошел.

← →
Anatoly Podgoretsky © (2010-06-12 21:16) [13]

> Дмитрий С (12. 06.2010 21:07:12) [12]

Ни одна деталь не критично, можно практически использользовать близкие
детали.

← →
Дмитрий С © (2010-06-12 21:54) [14]

> Anatoly Podgoretsky © (12.06.10 21:16) [13]
>
> > Дмитрий С (12.06.2010 21:07:12) [12]
>
> Ни одна деталь не критично, можно практически использользовать
> близкие
> детали.

Это хорошо.

Про конденсаторы вопрос:
У них есть параметр “Рабочее напряжение”. Какое выходное напряжение усилителя я, естественно, не знаю. Можно использовать с заведомо большим параметром, например 35В ? Нормальный ли Допуск номинальной емкости, равный 20%?
И какой лучше выбрать “Алюминиевый электролитический” или “Танталовый электролитический”?

← →
инспектор (2010-06-12 21:55) [15]

У светодиода нет сопротивления.

У него есть падение напряжения при заданном токе.

> На российском меня смутил маленький “Статический коэффициент
> передачи тока h31э мин”, равный 30, тогда как в описании
> рекомендовался более 100

Так это min. На этот коэффициент не стоит рассчитывать, он меняется во время работы. Хотя скорее вместо буквы в лучше взять букву г

← →
NailMan © (2010-06-12 22:54) [16]

> [9] Дмитрий С © (12.06.10 20:03)
> Еще один вопрос встал, подскажите хороший интернет магазин
> для радиолюбителей, где можно заказать необходимые принадлежности
> и радиодетали?

Если нужны ценики с “номерами телефонов” – в чипдип. а я как разработчик-любитель беру детали в www.megachip.ru или www.smd.ru посредством инет-покупок. Паяльное оборудование итрасходники в чипедипе или в www.

radiodelo.ru. Детальки в чипедипе брать – разоришься. Правда я беру десятками-сотнями – все равно дешевле чем в чиподипе взять даже десятками-штуками %-)

← →
KilkennyCat © (2010-06-12 22:58) [17]

> http://chip-dip.ru/

питерская версия данного магазина отличается мерзостным обслуживанием и дикими ценами.

http://www.micronika.ru/
http://www.terraelectronica.ru/
http://www.megachip.ru

← →
гость (2010-06-13 03:18) [18]

Последнее, что я паял руками был игрушечный светофор на светодиодах для 5-ти летнего сына… Светофор работал, как на автомате, так и в ручном режиме. Сынишка вжигал на игрушечных авто вокруг этого светофора…
А щаз… Уже начал забывать, как держать в руках паяльник. Дешевле купить китайский ширпотреб… 🙁

Вот значит какие сложности сейчас возникают… включить светодиод в бортовую сеть авто… Проценты на резисторах обозначают возможный процент отклонения сопротивления от номинала. Самые грубые и самые дешевые 20%. т.е. конкретный экземпляр резистора может быть от 360 до 540 Ом. Наиболее часто ювелирное соответствие номиналу резистора не требуется. В вашем случае тоже т.к. напряжение бортовой сети “гуляет”. Главное чтобы при пиковых значениях напряжения ток не превысил максимально допустимого для светодиода (20 мА)

Но если уж приспичило подобрать с точностью до ома… берите тестер и подбирайте нужный резистор из партии. Или покупайте претезенционный (0,1%) который к тому же еще имеет небольшой температурный коэффициент изменения сопротивления (такие детали применяются например в измерительных приборах, где требуется высокая точность).

Кстати! Не забудьте расчитать рассееваемую на резисторе мощность. Р = падение напряжения на резисторе * ток = 9 * 0,02 = 0,18 Вт. т.е. нужно брать 0,25 Вт-ный, а не 0,125 Вт-ный.

Совершенно аналогично и с конденсаторами. Напряжение электролита всегда должно быть выбрано с запасом, берите как минимум с 50% запасом по напряжению, а там ставьте хоть на 1500 вольт если место позволяет.

А “какой выбрать алюминиевый или танталовый?” Если критично время наработки на отказ схемы (надо лет экак 20 кряду при круглосуточной эксплуатации) – ставьте танталовые, если таких требований к надежности нет – ставьте что есть под рукой или что дешевле.

А там ставьте в схему то, к чему душа лежит… у меня же при мысли о танталовых конденсаторах и претезенционных резисторах для того, чтобы погасить 9 вольт на светодиоде сразу возникла ассоциация использования золотых гвоздей для столярных работ. 🙂

← →
Германн © (2010-06-13 03:36) [19]

> Параметры светодиода:
> • Потребляемый ток (I): 20 mA;
> • Рабочее напряжение (U) от 2. 8 до 3.6 V (возьмем 3 V).
>

Бред.
Или я очень отстал от жизни.
У диода (любого диода включая светодиод нет и не может быть такого параметра. Точнее “таких параметров”)!
Боже, куда мы катимся!?

← →
silver © (2010-06-13 09:48) [20]

Удалено модератором

← →
Virgo_Style © (2010-06-13 18:22) [21]

> Или я очень отстал от жизни.

Похоже на то 🙂

—
Чип-и-дип и у меня оставил неприятные впечатления. Хотя в конечном итоге я все получил, но времени это заняло – словно из Китая везли.

← →
Германн © (2010-06-14 02:21) [22]

> Virgo_Style © (13. 06.10 18:22) [21]
>
>
> > Или я очень отстал от жизни.
>
>
> Похоже на то 🙂
>

И в чём именно? Если не секрет. 🙂

> Чип-и-дип и у меня оставил неприятные впечатления. Хотя
> в конечном итоге я все получил, но времени это заняло –
> словно из Китая везли.
>

Во всех магазинах можно нарваться на подобную ситуацию. Все они в своих прайс листах стараются публиковать всё что могут найти в И-нете. Но всегда нужно интересоваться сроками поставки конкретной продукции. Ибо она (продукция) может:
1. быть на складе магазина;
2. быть заказана у поставщика;
3. вообще не существовать, ибо производитель только анонсировал такой продукт.

← →
Virgo_Style © (2010-06-14 11:22) [23]

> И в чём именно? Если не секрет. 🙂

в том, что

> нет и не может быть такого параметра. Точнее “таких параметров”

🙂
Не, если Земля не имеет форму шара – то эти параметры будут называться, наверное, “номинальный ток” и “падение напряжения на диоде при номинальном токе”.
Это если “по науке”. А если хочется продать побольше – тогда “потребляемый ток” и “напряжение питания” – самое оно 🙂

> Но всегда нужно интересоваться сроками поставки конкретной
> продукции.

В практически всех подобных магазинах сроки поставки написаны на страничке товара.
Вот только иногда они не имеют ничего общего с реальностью 🙁

← →
абизяна (2010-06-14 12:45) [24]

> Virgo_Style © (14.06.10 11:22) [23]

Нормальный, не перегретый диод, почти, не потребляет ток, так-что такая характеристика, как “потребляемый ток” для диода представляет этот самый диод в виде электроплиты. Кстати, падение напряжения на диоде почти не зависит от протекающего через него тока – это одно из отличительных свойств полупроводниковых приборов от пассивных сопротивлений – резисторов. Когда-то, за отсутствием стабилитронов на малые напряжения использовали диоды при прямом включении по несколько штук последовательно и они отлично справлялись со стабилизацией напряжения, что, определённо, доказывает независимость падения напряжения на диоде от величины протекающего через него тока.

← →
Virgo_Style © (2010-06-14 23:55) [25]

> абизяна (14.06.10 12:45) [24]

Все это очень интересно и познавательно, но не имеет к светодиодам ровно никакого отношения.

Потребление 3Вт – норма жизни (а бывает и 30), и ВАХ параболическая.

← →
Дмитрий С © (2010-06-15 07:27) [26]

> почти, не потребляет ток

А за счет чего он светиться должен тогда?

← →
Inovet © (2010-06-15 07:47) [27]

> [25] Virgo_Style © (14. 06.10 23:55)
> параболическая

Эээ. Может не совсем? Сравним наш диод (или для пущей наглядности стабилитрон, как говорилось выше) с вакуумным диодом (подкинем там резисторами напруги) и куском провода на одной установке из одного генератора напряжения и трёх осциллографов (опять же для пущей наглядности).

← →
Inovet © (2010-06-15 07:48) [28]

> [26] Дмитрий С © (15.06.10 07:27)
> А за счет чего он светиться должен тогда?

А вот и заметим это ещё на четвёртом.

← →
Inovet © (2010-06-15 07:52) [29]

Да. Наш генератор напряжения будет нам выдавать +- относительно 0 – который будет масса, хе. По-моему школьный курс физики, но могу чуть ошибаться.

← →
Inovet © (2010-06-15 08:06) [30]

Сформулирую точнее постановку эксперимента.
Есть: четыре коробочки (возможно чёрных), на каждой написана сила тока +-. Задача: снять ВАХ со всех. Выоводы: сравнить и сделать предположения о содержимом. Работа: сделать измерительную установку для решения задачи.

← →
Inovet © (2010-06-15 08:10) [31]

> [30] Inovet © (15.06.10 08:06)
> сила тока +-.

И напряжение, пожалуй не лишним будет.

← →
Virgo_Style © (2010-06-15 09:20) [32]

> Может не совсем?

Ну, если быть точным – то скорее экспонента. Однако рабочий участок настолько невелик, что imho вполне сойдет за параболу 🙂

← →
Anatoly Podgoretsky © (2010-06-15 09:38) [33]

http://www.lumenhouse.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=59&Itemid=21

← →
Jeer © (2010-06-15 10:35) [34]

Мда.. инженерами и не пахнет, увы.

Диод, как впрочем и любой другой двухполюсный электроэлемент, имеет такую двухпараметрическую зависимость, как вольт-амперная характеристика.
Кроме того, имеются предельные параметры напряжения и тока.

Для простейшего расчета ( без учета дестабилизирующих факторов ), достаточно знать номинальный ток и падение напряжения на светодиоде – это и есть рабочая точка на ВАХ.
Разность напряжения питания и падения напряжения на светодиоде в рабочей точке, поделенная на рабочий ток, дает значение сопротивления резистора.

← →
Inovet © (2010-06-15 12:07) [35]

> [34] Jeer © (15.06.10 10:35)
> Мда.. инженерами и не пахнет, увы.

Мы тут уже перешли к исследованию неизвестного прибора с двумя клеммами. Будем считать, что образцы есть в запасе, иначе значительно сложнее исследовать, хотя начнём тогда от нуля на нашем генераторе напряжения что ли, и будем по чуть-чуть добавлять в обе стороны на каждом замере, пока не увидим неповторяющиеся показания, тут сделаем вывод о разрушении образца и его предельных параметрах – тогда и надписей не надо на корбках.

> [33] Anatoly Podgoretsky © (15.06.10 09:38)

Там не показаны ещё несколько важных участков, но для сабжа, естественно, даже больше чем надо.

> [34] Jeer © (15.06.10 10:35)
> в рабочей точке

Вот

Смайликов выше, как обычно, не наставил. 🙂

← →
абизяна (2010-06-15 18:20) [36]

> Virgo_Style © (14.06.10 23:55) [25]
>
> > абизяна (14.06.10 12:45) [24]
>
>
> Все это очень интересно и познавательно, но не имеет к светодиодам
> ровно никакого отношения.
>
> Потребление 3Вт – норма жизни (а бывает и 30), и ВАХ параболическая.
>
> <Цитата>

Вот сходи по ссылке в [33]. Ну и гду здесь парабола на рабочем участке?
И, как писали выше “ток потребления 0,02А при 3В”. Каким это образом получается 3Вт?
ВАХ светодиода отличается от обычного диода тем, что рабочий участок сдвинут вправо и несколько более пологая, т.е. падение напряжения на светодиоде раз в 10 больше чем на диоде, но, всё-таки слабо зависит от величины тока.
http://www.radiodetali.com/article/all/led-faq. htm

> Дмитрий С © (15.06.10 07:27) [26]
>
> > почти, не потребляет ток
>
> А за счет чего он светиться должен тогда?

почти Т.е. светит так же, как и протребляет. Хотя, конечно, есть и помощнее, к примеру, как утверждал Чубайс:”На основе нанотехнологий российские учёные … .” Просто речь шла о 20мА и 3В, что означает 60мВ.

> почти Т.е. светит так же, как и протребляет

Ерунда. КПД обычных светодиодов 20..50%

← →
абизяна (2010-06-15 18:44) [38]

http://moto.w6.ru/obshee/poleznoe/199-svetodiody-i-ikh-primenenie.html

резисторов – с учетом сопротивления светодиода

В отличие от некоторых других ответов, светодиоды имеют сопротивление . Он небольшой, но не незначительный. Одного сопротивления недостаточно, чтобы охарактеризовать их поведение, но сказать, что светодиоды имеют сопротивление , а не , будет допустимым упрощением, только иногда .

См., например, этот график из таблицы данных для LTL-307EE, который я выбрал без всякой причины, кроме того, что это диод по умолчанию в CircuitLab, и довольно типичный светодиодный индикатор: 9{-33}\$.

Рассмотрим отношение тока к напряжению для резистора, которое определяется законом Ома:

$$ I = \frac{V}{R} $$

Ясно, что они связаны линейно. Если бы вы построили график этого отношения тока к напряжению для резистора, как это показано в таблице выше для светодиода, вы получили бы прямую линию, проходящую через \$0V, 0A\$, а наклон этой линии равен сопротивлению \$ Р\$.

Вот такой график с резистором, “идеальным” диодом по уравнению диода Шокли и без сопротивления, и более реалистичной моделью светодиода, включающей некоторое сопротивление:

Как видите, при значениях тока > 5 мА идеальный диод выглядит как вертикальная линия. На самом деле это просто очень крутой , но в таком масштабе выглядит вертикально. Но настоящие светодиоды этого не делают, даже близко. Если вы посмотрите на наклон линии в таблице данных выше, она выглядит как прямая линия от (1,8 В, 5 мА) до (2,4 В, 50 мА). Наклон этой линии:

$$ \frac {2.4\:\mathrm V – 1.8\:\mathrm V} {50\:\mathrm{мА}-5\:\mathrm{мА}} = \frac{0,6\:\mathrm V}{45\:\mathrm{мА}} = 13\:\Омега $$

Таким образом, внутреннее сопротивление светодиода равно 13 Ом.

Конечно, вы должны также включить в свои расчеты прямое падение напряжения светодиода, которое отвечает за сдвиг вправо между резистором и реальными линиями светодиода . Но другие уже проделали хорошую работу по объяснению этого.

В конце концов, вам нужно смоделировать только те аспекты светодиода, которые важны для вашего приложения. 13 Ом сопротивления не имеет значения, если вы собираетесь добавить еще 1000 Ом. Колено на кривой ток-напряжение не имеет значения, если светодиод будет только на или на . Но в интересах понимания того, какие упрощающие предположения вы делаете, и когда эти упрощающие предположения больше не действуют, я хотел объяснить: светодиод имеет сопротивление .

Напряжение, ток, сопротивление и светодиоды (закон Ома) « Блог на дне моря

Я начал изучать электронику во время пандемии, и мне это очень понравилось. Я занимаюсь программированием более 25 лет, поэтому приятно иметь возможность учиться и работать над чем-то другим, что по-прежнему является одновременно и техническим, и творческим. Круто получить более глубокое понимание того, как работают фундаментальные силы природы, а также иметь возможность МакГайверу использовать фонарик с ручным приводом от старого принтера, если это необходимо (посмотрите 40-секундное видео об этом здесь!). Также приятно иметь что-то физическое, чтобы показать в конце дня, хотя для этого требуются расходные материалы, так что есть плюсы и минусы по сравнению с созданием программного обеспечения.

Друзья (привет, Уэйн!) и YouTube помогли мне многому научиться, но поначалу тема показалась мне довольно чуждой, и я хотел попробовать свои силы в объяснениях с другой точки зрения. Этот пост начинает это путешествие, делая первые шаги в электронике постоянного тока.

Ultra Basics

Электричество течет, если есть путь для его прохождения и поток состоит из электронов.

Электроны заряжены отрицательно, поэтому они перемещаются от отрицательной стороны цепи к положительной.

Обычный ток идет в обратном направлении и говорит о том, что электричество течет с положительной стороны на отрицательную. В этом случае текут не электроны, а «дырки». Дырки — странная концепция, но это всего лишь место, куда может попасть электрон.

Вот обрыв, значит есть разрыв. Поскольку цепь не замкнута, электричество не может течь. (сделано на https://www.circuitlab.com/editor/#)

Если вы замкнете цепь, как показано ниже, электричество сможет течь.

Кружок слева — это источник питания с плюсом и минусом. Он помечен как 1,5-вольтовая батарея типа «двойной А».

Вот схема цепи с переключателем, который можно использовать для размыкания или замыкания цепи. Умение читать и составлять принципиальные схемы очень полезно при сборке вещей или попытке понять, как работают схемы.

Обратите внимание: чем выше напряжение, тем дальше электричество может прыгать через промежутки. Таким образом, в то время как при низком напряжении цепь может быть разомкнута, повышение напряжения может привести к ее замыканию, когда электрическая дуга пересекает ее!

Закон Ома

ИЗОБРАЖЕНИЕ ПРЕДОСТАВЛЕНО: Eberhard Sengpiel

Самое полезное, что вы можете узнать об электричестве постоянного тока, — это закон Ома, который математически объясняет взаимосвязь между напряжением, силой тока и сопротивлением. Закон Ома:

В уравнении I обозначает интенсивность и означает ток, также известный как амперы, V обозначает напряжение, а R обозначает сопротивление.

Если бы электричество было водой, напряжение было бы давлением воды, сила тока была бы количеством воды, протекающей по трубе, а сопротивление было бы сжатием трубы, как на изображении выше.

Ток измеряется в амперах (амперах) или буквой А. 500 мА — это 500 миллиампер или половина ампера, а 1,2 А — это 1,2 ампера. Примечание: электричество опасно! Для смертельного исхода может потребоваться всего несколько сотен миллиампер, но для проникновения этих ампер в вашу кожу необходимо напряжение.

Напряжение измеряется в вольтах или букве V. Если вы видите 9 В на батарее, это означает, что это 9-вольтовая батарея, и она способна обеспечить 9 вольт.

Сопротивление измеряется в Омах или символом омега. Итак, если вы видите, что это означает сопротивление 5 Ом. Если вы видите, это означает 5 кОм, что в 1000 раз больше сопротивления. Если вы видите с заглавной буквой М, это означает 5 мегаом, что снова в 1000 раз больше сопротивления.

Закон Ома пригодится, когда вы знаете два из этих трех значений и пытаетесь вычислить третье.

Как написано, формула показала, как рассчитать ампер, когда вы знаете напряжение и сопротивление, но вы можете использовать алгебру, чтобы преобразовать ее в формулу для любой из трех:

часто – если вы знаете, какое напряжение имеет батарея, и знаете, сколько ампер вам нужно, вы можете использовать это для расчета значения резистора, чтобы получить желаемые ампер.

Диоды, светодиоды и резисторы

Светодиод означает светоизлучающий диод. Диод — это то, что позволяет электричеству течь только в одном направлении, и у него есть несколько распространенных применений:

Защита цепей от электричества, протекающего в неправильном направлении.
Преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (AC) путем его выпрямления (предотвращение прохождения отрицательной части переменного тока. То же, что и в последнем пункте списка) конкретное значение «вытекает» из схемы.

Вот набор различных диодов, которые я купил на Amazon за 10 долларов. Существует довольно много разных типов диодов, которые полезны для разных ситуаций.

Вот диоды крупным планом. Черный — выпрямительный диод IN4001, а более цветной — коммутационный диод 1N4148. Эти номера деталей на самом деле написаны на самих диодах, но их немного трудно увидеть. Вы можете использовать эти числа, чтобы найти лист данных для деталей, чтобы понять, как они работают, каковы их свойства, какое напряжение и силу тока они могут выдержать, а часто даже увидеть простые принципиальные схемы по их использованию для общих задач. Листы данных очень полезны, и если вы работаете с электроникой, вы будете гуглить немало из них! Вот таблица данных для 1N4148, которую я нашел, погуглив «Технические данные 1N4148» и щелкнув первую ссылку. 1N4148 Технический паспорт.

Вот две принципиальные схемы с диодами. Черный треугольник с линией на нем — это диод. Стрелка показывает направление, в котором он позволяет двигаться обычному потоку. Линия на стрелке соответствует полосам справа от диодов на изображении выше, что является отрицательной стороной диода (катода). Левая цепь представляет собой замкнутую цепь и позволяет течь электричеству. Этот диод смещен в прямом направлении. В схеме справа диод смещен в обратном направлении, что не позволяет электричеству течь.

Светодиоды могут выполнять многие функции обычных диодов, поскольку они являются диодами, но у них есть свойство загораться, когда через них проходит электричество. Поскольку они являются диодами и позволяют электричеству течь только в одном направлении, у светодиодов есть сторона + и сторона -, и вы должны правильно подключить их в цепь, чтобы они загорелись. Если вы подключите их неправильно, это не повредит их, но они не загорятся и не замкнут цепь для прохождения электричества. Символом светодиода является символ диода, но со стрелками, выходящими из него.

Вот набор светодиодов, которые у меня есть, они входят в состав большого комплекта электроники. Вы можете получить пару сотен светодиодов разных цветов на Amazon примерно за 10 долларов. Некоторые светодиоды в цветных пластиковых корпусах, некоторые в прозрачных корпусах. Есть даже светодиоды, которые светят в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Светодиоды также бывают разных размеров. Этот пакет имеет 3 мм и 5 мм светодиоды.

Вот крупный план белого светодиода. Более длинная ножка — это положительная сторона, а это значит, что вам нужно подключить к ней положительную сторону цепи, если вы хотите, чтобы она загорелась. отрицательная сторона имеет более короткую ножку, но отрицательная сторона также имеет плоскую сторону на круглом кольце внизу, что не очень видно на этом изображении.

Все диоды имеют падение напряжения, которое представляет собой величину напряжения, потребляемого диодом. Если вы обеспечиваете меньшее напряжение, чем это, диод будет действовать как открытый переключатель, и электричество не будет проходить через него. Удельное падение напряжения для диодов можно найти в таблицах данных, но мне было трудно найти таблицы данных для светодиодов. К счастью, я купил тестер компонентов «Mega328» на Amazon за 15 долларов. Он позволяет подключить компонент, нажать синюю кнопку, а затем сообщить информацию о компоненте. Это очень удобно! Здесь вы можете увидеть падение напряжения двух разных светодиодов. Меньший красный светодиод имеет падение напряжения 1,88 В, а больший зеленый светодиод имеет падение напряжения 2,5 В. Если вы подаете на них меньшее напряжение, чем это, они не загорятся!

Так что же произойдет, если мы попытаемся подключить светодиоды к батареям внизу?

Падение напряжения на большом зеленом светодиоде составляет 2,5 В, в то время как у батарейки ААА всего 1,5 В, как видно на этикетке. Это означает, что светодиод не горит.

Меньший красный светодиод имеет падение напряжения 1,88 В и подключен к батарее 9 В, поэтому на нем достаточно напряжения, и он должен загореться. Давайте воспользуемся законом Ома, чтобы рассчитать, какой ток — в амперах — проходит через светодиод.

I = V/R и в нашем случае V равно 9и R равно 0, потому что у нас нет сопротивления.

Ой, у нас бесконечный ток! Светодиод довольно быстро выходит из строя после его включения.

На самом деле не существует бесконечного тока, потому что металлические провода, подключенные к светодиоду, имеют очень небольшое сопротивление, как и все провода, а батарея имеет предел того, сколько ампер он может дать. Так что в любом случае это не бесконечное количество ампер, а очень большое число, ограниченное тем, сколько ампер на самом деле может выдать 9-вольтовая батарея. Светодиод фактически будет уничтожен. В основном вы всегда должны использовать резистор со светодиодом, чтобы ограничить ток и предотвратить его разрушение. Вот интересное чтение о том, как рассчитать внутреннее сопротивление батареи, которое затем скажет вам, сколько ампер она может вам дать: Измерение внутреннего сопротивления батарей.

Когда у вас есть цепь с таким низким сопротивлением, это считается коротким замыканием, и если светодиод не разрушится, батарея начнет нагреваться, и это может стать опасной ситуацией. Вот почему короткие замыкания сами по себе являются плохой новостью. Через них проходит МНОГО тока, который может привести к нагреву, плавлению и возгоранию.

3-мм и 5-мм светодиоды обычно требуют максимум 20 мА (20 мА или 0,02 А) при полной яркости. Если вы дадите им меньше, они будут менее яркими, но все равно будут функционировать.

Мы можем вычислить, какое сопротивление они хотят, чтобы они были максимально яркими, если мы знаем напряжение источника питания, который мы используем, и падение напряжения светодиода, который мы пытаемся запитать.

Давайте возьмем зеленый светодиод большего размера с падением напряжения 2,5 В и запитаем его батареей на 9 В, стремясь получить 20 мА.

Сначала мы вычитаем падение напряжения из источника питания, чтобы увидеть, с каким напряжением мы должны работать: 9В – 2,5В = 6,5В.

Затем мы знаем, что нам нужно 20 мА, а у нас есть 6,5 В, и мы просто пытаемся найти сопротивление, поэтому используем закон Ома: R = V/I.

Итак, нам нужно сопротивление 325 Ом, чтобы получить 20 мА в нашем светодиоде от 9В батарейки. Вот пачка резисторов, которые я купил на амазоне за 12$.

На резисторах есть забавные цветные полосы, указывающие на их номинал. Таблицы для их расшифровки можно найти повсюду, но опять же, «Мега328» подскажет и это.

На самом деле вам покажет и мультиметр. Мультиметры не очень дорогие. Вот один, который я получил от Amazon за 35 долларов, он имеет множество функций и работает очень хорошо.

У меня нет резисторов на 325 Ом, но есть резисторы на 470 Ом, поэтому я просто использую один из них. Это 14 мА, если посчитать, что немного ниже 20 мА, но он по-прежнему работает нормально, несмотря на то, что он не такой яркий, как мог бы быть. Вы можете получить различные сопротивления, соединив резисторы параллельно или последовательно и проведя некоторые математические вычисления, но пока это работает. Я использовал мини-макет (зеленая штука), чтобы подключить эту схему. Каждая горизонтальная линия из 5 отверстий электрически связана друг с другом. Это хороший способ поиграть со схемами без необходимости их спаивания. По соглашению красный цвет используется для положительного вывода, а черный или синий — для отрицательного.

Кстати, забавный факт. Батарейка AA 1,5 В считается разряженной, если ее напряжение упало до 1,35 В. На данный момент в нем все еще есть энергия! Если вы хорошо разбираетесь в электронике, вы можете сделать схему, чтобы использовать эту мощность от разряженных батарей, чтобы получить 1,5 В или выше, и вы могли бы разряжать так называемые разряженные батареи еще больше.

Светодиоды, превращающие свет в энергию

Многие вещи в электронике оказываются обратимыми. Динамики работают как плохие микрофоны, а микрофоны работают как плохие динамики.