Расчет тока светодиода: Калькулятор токоограничительного резистора для одноцветного светодиода

Калькулятор токоограничительного резистора для одноцветного светодиода

Светодиоды видимого спектра Резисторы

История развития светодиодов длится уже 100 лет… В начале XX века описывалось явление излучения света из материалов при воздействии электрических полей и эффект был назван «фотолюминесценция». Cовершенно случайно британский радиоинженер, капитан Генри Джозеф Раунд открыл прообраз современного светодиода. Раунд рассказал об этом интересном эффекте в 1907 г. в своей заметке, где описал только сам эффект желтого свечения от двухполярной структуры. В 1923 г. советский ученый Олег Владимирович Лосев, детально изучил детектор на основе карбида-кремния и смог сфотографировать свечение, испускаемое детектором, содержащим случайно созданный p-n переход.

Прогресс в исследованиях и производстве СИД последовал в 60-70х гг. прошлого века с развитием новых материалов для светодиодов красного, желтого, оранжевого и зеленого цветов свечения. В 1960 г. были созданы первые СИД(свето-излучающие диоды) и лазеры ближнего ИК-диапазона на основе GaAs. Параллельно с этим появились фотоприемники на основе полупроводников. Первый синеватозеленый СИД со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) создал Жак Панков (Яков Исаевич Панченков) с соавторами в 1971 г. Эти СИД изготовляли путем эпитаксиального осаждения нитрида галлия, обладающего электронной проводимостью, на сапфировую подложку, после наносили изолирующий слой из нитрида галлия с примесью цинка.

Современные светодиоды выпускаются в очень широком диапазоне цветов в том числе ИК и УФ диапазонов. Могут быть как одноцветными, так и многоцветными (когда в одном корпусе сосредоточено несколько кристаллов разных цветов), — например, RGB. Светодиоды характеризуются электрическими и световыми параметрами. Электрические характеристики: прямой ток, прямое падение напряжения, максимальное обратное напряжение, максимальная рассеиваемая мощность, вольт-амперная характеристика.

Световые параметры: световой поток, сила света, угол рассеяния, цвет (или длина волны), цветовая температура, световая отдача.

Типы светодиодов

Технические характеристики

Прямой номинальный ток – рабочий ток, при котором светодиод будет нормально работать и p-n-переход не будет пробит и не перегреется.Величина номинального прямого тока зависит от размера кристалла, типа полупроводника, цвета свечения.

Прямое напряжение – падение напряжения на p-n-переходе светодиода при рабочем токе.По значению напряжения можно определить химический состав полупроводника.

Например:

• красные (галлия фосфид) — от 1,63 до 2,03 В
• оранжевые (галлия фосфид) — от 2,03 до 2,1 В;
• желтые (галлия фосфид) — от 2,1 до 2,18 В;
• зеленый (галлия фосфид) — от 1,9 до 4 В;
• синий (селенид цинка) — от 2,48 до 3,7 В;
• фиолетовый (индия-галлия нитрид) — от 2,76 до 4 В.

Максимальное обратное напряжение светодиода – это напряжение обратной полярности, при котором происходит пробой кристалла и светодиод выходит из строя.

Максимальная мощность рассеяния – мощность, которую корпус светодиода способен рассеивать в рабочем режиме.

Сила света количественно отражает интенсивность светового потока в определенном направлении и указывается в милликанделах.Чем меньше угол рассеяния — тем больше будет сила света светодиода.

Под световым потоком в один люмен понимают световой поток, испускаемый точечным изотропным источником с силой света, равной одной канделе, в телесный угол в один стерадиан.

Длина волны измеряется в нанометрах и характеризует цвет излучаемого светодиодом света. Зависит от химического состава полупроводникового кристалла, например:

Например:

• красные — от 610 нм до 760 нм;
• оранжевые — от 590 до 610 нм;
• желтые — от 570 до 590 нм;
• зеленый — от 500 до 570 нм;
• синий — от 450 до 500 нм;
• фиолетовый — от 400 до 450 нм.

Угол рассеяния светодиода измеряется в градусах.

Формула расчета токоограничительного резистора для светодиода

Для ограничения прямого тока через светодиод в цепь включают резистор. Требуемое значение находят из соотношения:

R = 

U_пит – U_F

 

I

где, U_F – прямое напряжение на светодиоде,

U_пит – питающее напряжение,

I – ток через светодиод

Для расчета введите необходимые технические параметры или введите НОМЕНКЛАТУРНЫЙ НОМЕР светодиода с нашего сайта.

Светодиод с нужными параметрами можно подобрать в разделе «Светодиоды видимого спектра»

Номенклатурный
номер

Где взять номенклатурный номер

Внимание! 

Для перехода в другой калькулятор используйте ссылку:

Как определить «полярность» светодиода

Расчетное значение:

R  =   Ом

Поиск резистора на сайте:

Внимание! Производители объединяют резисторы в серии или ряды: E6, E12, E24…
Для подбора компонента будет использована серия E24.

Найти на сайте

Обнаружили ошибку или неточность в работе калькулятора? Сообщите нам об этом.
Соблюдайте технику безопасности во время работы с электронными компонентами!

Расчёт резистора для светодиода: формулы подбора сопротивления, онлайн-калькулятор

Работа светодиода основана на излучении квантов света, возникающих при протекании по нему тока. В зависимости от этого меняется и яркость свечения элемента. При малом токе он светит тускло, а при большом — вспыхивает и сгорает. Для ограничения протекающего через него тока проще всего использовать сопротивление. Выполнить правильный расчёт резистора несложно, но при этом следует помнить, что он только ограничивает, но не стабилизирует ток.

• Принцип работы и свойства
  • Устройство радиоэлемента
  • Характеристики светодиодов
• Способы подключения
  • Одиночный элемент
  • Параллельная цепь
• Пример расчёта
• Браузерные онлайн-калькуляторы

Принцип работы и свойства

Светодиод — это прибор, обладающий способностью излучать свет. На печатных платах и схемах он обозначается латинскими буквами LED (Light Emitting Diode), что в переводе обозначает «светоизлучающий диод». Физически он представляет собой кристалл, помещённый в корпус. Классически им считается цилиндр, одна сторона которого имеет выпуклую округлую форму, являющуюся линзой-полусферой, а другая — плоское основание, и на ней располагаются выводы.

С развитием твердотельных технологий и уменьшения технологического процесса промышленность стала производить SMD-диоды, предназначенные для установки поверхностным монтажом. Несмотря на это, физический принцип работы светодиода не изменился и одинаков как для любого вида, так и для цвета устройства.

Процесс изготовления прибора излучения можно описать следующим образом. На первом этапе выращивают кристалл. Происходит это путём помещения искусственно изготовленного сапфира в заполненную газообразной смесью камеру. В состав этого газа входят легирующие добавки и полупроводник. При нагреве камеры происходит осаждение образующегося вещества на пластину, при этом толщина такого слоя не превышает нескольких микрон.

После окончания процесса осаждения методом напыления формируются контактные площадки и вся эта конструкция помещается в корпус.

Из-за особенностей производства одинаковых по параметрам и характеристикам светодиодов не бывает. Поэтому хотя производители и стараются отсортировывать близкие по значениям устройства, нередко в одной партии попадаются изделия, отличающиеся по цветовой температуре и рабочему току.

Устройство радиоэлемента

Светодиод или LED-диод представляет собой полупроводниковый радиоэлемент, в основе работы которого лежат свойства электронно-дырочного перехода. При прохождении через него тока в прямом направлении на границе соприкосновения двух материалов возникают процессы рекомбинации, сопровождающиеся излучением в видимом спектре.

Очень долго промышленность не могла изготовить синий светодиод, из-за чего нельзя было получить и излучатель белого свечения. Лишь только в 1990 году исследователи японской корпорации Nichia Chemical Industries изобрели технологию получения кристалла, излучающего свет в синем спектре. Это автоматически позволило путём смешения зелёного, красного и синего цвета получить белый.

В основе процесса излучение лежит освобождение энергии при рекомбинации зарядов в зоне электронно-дырочного перехода. Образовывается он путём контакта двух полупроводниковых материалов с разной проводимостью. В результате инжекции, перехода неосновных носителей заряда, образуется запирающий слой.

На стороне материала с n-проводимостью возникает барьер из дырок, а на стороне с p-проводимостью — из электронов. Наступает равновесие. При подаче напряжения в прямом смещении происходит массовое перемещение зарядов в запрещённую зону с обеих сторон. В результате они сталкиваются и выделяется энергия в виде излучения света.

Этот свет может быть как видимым человеческому глазу, так и нет. Зависит это от состава полупроводника, количества примесей, ширины запрещённой зоны. Поэтому видимый спектр достигается путём изготовления многослойных полупроводниковых структур.

Характеристики светодиодов

Цвет свечения зависит от типа полупроводника и степени его легирования, что определяет ширину запрещённой зоны p-n перехода. Срок службы светодиодов в первую очередь зависит от температурных режимов его работы. Чем выше нагрев прибора, тем быстрее наступает его старение. А температура, в свою очередь, связана с проходящей через светодиод силой тока. Чем меньшей мощности источник света, тем дольше его срок службы. Старение выражается в виде уменьшения яркости прибора света. Поэтому так важно правильно подобрать сопротивление для светодиода.

К основным характеристикам LED-диодов относят:

1. Потребление тока. Однокристальные светодиоды потребляют ток, равный 0,02 А. При этом прямо пропорционально с количеством кристаллов растёт и его значение. Так, диод с четырьмя кристаллами потребляет ток 0,08 А. Именно из-за этого параметра диода и ставится ограничительный резистор, чтобы он не сгорел при высокой силе тока.
2. Величину падения напряжения. Эта характеристика указывает, какое количество энергии выделяется на светодиоде, то есть на сколько вольт уменьшится величина напряжения при параллельном его включении в цепь. Например, если падение составляет 3 вольта, а величина разности потенциалов на входе равна 9 вольтам, то при включении параллельно к источнику питания светодиода напряжение на выходе будет равно 6 вольтам.
3. Светоотдачу. Эта характеристика показывает количество света, излучаемое устройством при потреблении мощности равной одному ватту.
4. Цветовую температуру. Она зависит от управляющего тока, эффективности теплоотвода и температуры окружающей среды. Интенсивный поток света, связанный с потребляемой электрической мощностью, также увеличивает температуру. При этом следует отметить, что перепады температуры значительно снижают ресурс светодиода.
5. Типоразмер. Его значение зависит от размера излучателя. Соответственно, чем больше размер светодиода, тем больше его яркость и мощность.

Способы подключения

Для беспроблемной работы светодиода очень важно значение рабочего тока. Неверное подключение источников излучения или существенный разброс их параметров при совместной работе приведёт к превышению протекающего через них тока и дальнейшему перегоранию приборов. Связано это с увеличением температуры, из-за которой кристалл светодиода просто деформируется, а p-n переход пробьётся. Поэтому так важно ограничить подающуюся на источник света величину тока, то есть ограничить питающее напряжение.

Проще всего это выполнить, используя сопротивление, включённое последовательно в цепь излучателя. В этом качестве применяется обыкновенный резистор, но он должен иметь определённую величину. Его большое значение не сможет обеспечить нужную разность потенциалов для возникновения процесса рекомбинации, а меньшее — спалит. При этом нужно не только знать, как рассчитать сопротивление для светодиода, но и понимать, как правильно его поставить, особенно если схема насыщена радиоэлементами.

В электрической цепи может использоваться как один светодиод, так и несколько. При этом существует три схемы их включения:

• одиночная;
• последовательная;
• параллельная.

Одиночный элемент

Когда в электрической цепи используется только один светодиод, то последовательно с ним ставится одни резистор. В результате такого подключения общее напряжение, приложенное к этому контуру, будет равно сумме падений разности потенциалов на каждом элементе цепи. Если обозначить эти потери на резисторе как Ur, а на светодиоде Us, то общее напряжение источника ЭДС будет равно: Uo = Ur + Us.

Перефразируя закон Ома для участка сети I = U / R, получается формула: U = I * R. Подставив полученное выражение в формулу для нахождения общего напряжения, получим:

Uo = IrRr + IsRs, где

• Ir — ток, протекающий через резистор, А.
• Rr — расчётное сопротивление резистора, Ом.
• Is — ток, проходящий через светодиод, А.
• Rs — внутренний импеданс светодиода, Ом.

Значение Rs изменяется в зависимости от условий работы источника излучения и его величина зависит от силы тока и разности потенциалов. Эту зависимость можно увидеть изучая вольт-амперную характеристику диода. На начальном этапе происходит плавное увеличение тока, а Rs имеет высокое значение. После импеданс резко падает и ток стремительно возрастает даже при незначительном росте напряжения.

Если соединить формулы, получится следующее выражение:

Rr = (Uo — Us) / Io, Ом

При этом учитывается, что сила тока, протекающего в последовательном контуре участка цепи, одинакова в любой его точке, то есть Io = Ir = Is. Это выражение подходит и для последовательного соединения светодиодов, ведь при нём для всей цепи используется также лишь один резистор.

Таким образом, для нахождения нужного сопротивления остаётся узнать величину Us. Значение падения напряжения на светодиоде является справочной величиной и для каждого радиоэлемента она своя. Для получения данных понадобится воспользоваться даташитом на устройство. Даташит — это набор информационных листов, которые содержат исчерпывающие сведения о параметрах, режимах эксплуатации, а также схемы включения радиоэлемента. Выпускает его производитель изделия.

Параллельная цепь

При параллельном соединение радиоэлементы контактируют между собой в двух точках — узлах. Для такого типа цепи справедливы два правила: сила тока, входящая в узел, равна сумме сил токов, исходящих из узла, и разность потенциалов во всех точках узлов одинакова. Исходя из этих определений, можно сделать заключение, что в случае параллельного соединения светодиодов искомый резистор, располагающийся в начале узла, находится по формуле: Rr = Uo / Is1+In, Ом, где:

• Uo — приложенная к узлам разность потенциалов.
• Is1 — сила тока, протекающая через первый светодиод.
• In — ток, проходящий через n-й светодиод.

Но такая схема с общим сопротивлением, располагающимся перед параллельным соединением светодиодов, — не используется. Связанно это с тем, что в случае перегорания одного излучателя, согласно закону, сила тока, входящая в узел, останется неизменной. А это значит, она распределится между оставшимися рабочими элементами и при этом через них пойдёт больший ток. В результате возникнет цепная реакция и все полупроводниковые излучатели в конечном счёте сгорят.

Поэтому правильно будет использовать собственный резистор для каждой параллельной ветки со своим светодиодом и выполнить расчёт резистора для светодиода отдельно для каждого плеча. Такой подход ещё выгоден тем, что в схеме можно использовать радиоэлементы с разными характеристиками.

Расчёт сопротивления каждого плеча происходит аналогично одиночному включению: Rn = (Uo — Us) / In, Ом, где:

• Rn — искомое сопротивление n -ой ветки.
• Uo — Us — разность падений напряжений.
• In — сила тока через n-й светодиод.

Пример расчёта

Пускай на электрическую схему поступает питание от источника постоянного напряжения, равного 32 вольтам. В этой схеме стоят два параллельно включённых друг другу светодиода марки: Cree C503B-RAS и Cree XM—L T6. Для расчёта требуемого импеданса понадобится узнать из даташита типовое значение падения напряжения на этих светодиодах. Так, для первого оно составляет 2.1 В при токе 0,2, а второго — 2,9 В при той же величине силы тока.

Подставив данные значения в формулу для последовательной цепи, получится следующий результат:

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

Из стандартного ряда подбирают ближайшие значения. Ими будут: R1 = 22 Ома и R2 = 18 Ом. При желании можно рассчитать и мощность, рассеиваемую на резисторах по формуле: P = I*I*U. Для найденных резисторов она составит P= 0,001 Вт.

Браузерные онлайн-калькуляторы

При большом количестве светодиодов в схеме рассчитывать для каждого сопротивление — процесс довольно утомительный, тем более что при этом можно допустить ошибку. Поэтому проще всего для расчётов использовать онлайн-калькуляторы.

Представляют они собой программу, написанную для работы в браузере. В интернете можно встретить много таких калькуляторов для светодиодов, но принцип работы у них одинаков. Понадобится ввести справочные данные в предложенных формах, выбрать схему подключения и нажать кнопку «Результат» или «Расчёт». После чего останется только дождаться ответа.

Пересчитав вручную, его можно проверить, но особого смысла в этом не будет, так как при вычислении программы используют аналогичные формулы.

Расчет резистора ограничения тока светодиода

Калькулятор представляет собой калькулятор значения резистора ограничения тока светодиода, который может рассчитать сопротивление ограничения тока светодиода онлайн.

Формула расчета резистора ограничения тока светодиода: резистор ограничения тока Ω = (напряжение питания В – напряжение включения светодиода В) / ток ограничения тока А

Предположим, вы покупаете светодиод с напряжением включения 3,2 В, ток -предельный ток 20мА, напряжение питания автомобиля 12В. Формула: (12В-3,2В)/0,02А = 440,

Если три резистора соединены последовательно, то значение сопротивления каждого резистора будет: (12В-3,2В*3) / 0,02А = 120 Ом
И так далее

Схема с одним светодиодом Примечание. У разных производителей разное падение цветового давления неодинаково. Красный: 2,0–2,2 В Желтый: 1,8–2,0 В Белый: 3,0–4 В Синий: 3,0–4 В Зеленый: 2,0-2,2 В 3,0-3,2 В Вышеупомянутое только для справки. Напряжение В Светодиодная капля В Требуемый ток светодиода мА Расчетный токоограничительный резистор Ом Ближайшее стандартное сопротивление Рассчитать мощность сопротивления Вт Безопасная мощность резистора Вт Серия светодиодов Напряжение В Светодиодная капля В Требуемый ток светодиода мА Количество подключаемых светодиодов Расчетный токоограничительный резистор Ом Ближайшее стандартное сопротивление Рассчитать мощность сопротивления Вт Безопасная мощность резистора Вт Параллельная цепь светодиодов Напряжение В Светодиодная капля В Требуемый ток светодиода мА Количество подключаемых светодиодов Расчетный токоограничительный резистор Ом Ближайшее стандартное сопротивление Рассчитать мощность сопротивления Вт Безопасная мощность резистора Вт

Калькулятор параллельных и последовательных резисторов для светодиодов — Electronics Projects Circuits

Серия , Расчеты параллельных резисторов для работы светодиодов — Калькулятор светодиодов при высоких напряжениях. Если вы не знаете точно ток, потребляемый светодиодом в таблице расчета светодиодов, введите значение 10 мА. Информация о стандартном напряжении светодиодов приведена ниже. Как правило, внешние пластиковые крышки сверхъярких светодиодов белые и прозрачные. Рабочее напряжение этих светодиодов выше, чем у обычных цветов, например, в то время как обычный красный светодиод составляет 2 В, сверхяркий красный светодиод работает с 3 В, обычно потребляя ток 10–20 мА.

Одной из выдающихся особенностей инструмента расчета сопротивления светодиодов является то, что рассчитанное значение сопротивления светодиода дается как полное и округленное, например, для 980 Ом рекомендуется 1 кОм, то же самое относится к мощности сопротивления.

КРАСНЫЙ 1,8 В..2 В ОРАНЖЕВЫЙ 1,9..2,2 В ЖЕЛТЫЙ 1,9. .2.2В ЗЕЛЕНЫЙ 2В..3.1В СИНИЙ 900 33 3В..3,7В БЕЛЫЙ 3В.. 3,4 В

Расчет резистора серии 9023 4
	Напряжение питания (пост. ток) В Рабочее напряжение светодиода   В Ток, потребляемый светодиодом   мА Расчетное значение резистора:   Ом Расчетное значение мощности резистора :   Вт Рекомендуемое значение резистора:   Рекомендуемая мощность сопротивления:   Вт
Расчет резистора с несколькими светодиодами
	Напряжение питания (постоянный ток) В Рабочее напряжение светодиода   В Ток, потребляемый светодиодом   мА Количество светодиодов, соединенных последовательно   Расчетное значение резистора:   Ом Расчетное значение мощности резистора:   Вт Рекомендуемое значение резистора:   Рекомендуемая мощность сопротивления:   Вт
Расчет резистора параллельного светодиода
	Напряжение питания (пост. ток)   90 032 В Рабочее напряжение светодиода   В Ток, потребляемый светодиодом   мА Номер светодиодов, соединенных параллельно   Расчетное значение резистора:   Ом Расчетное значение мощности резистора:   Вт Рекомендуемое значение резистора:   Рекомендуемая мощность сопротивления:   Вт

с разными типы подключения для тех, кто плохо знаком с электроникой или не имеет опыта.

На принципиальной схеме показано 4 различных типа подключения для работы 15 светодиодов с напряжением 12 В. Подключив светодиоды параллельно, будет проще с одним резистором, но при таком методе срок службы светодиодов будет очень коротким, потому что даже если марка и модель светодиодов одинаковы, внутренние сопротивления разные, и вы должны знать рабочее напряжение светодиода и ток, который он потребляет.

Например; Вы хотите подключить 12 В и 10 светодиодов параллельно и использовать их. При параллельном расчете светодиода вы ввели ток светодиода 20 мА. Подключишь рабочее напряжение 3в 10 светодиодов параллельно. Результат расчета составляет 45 Ом, но если ток, потребляемый светодиодами, составляет 10 мА, значение сопротивления составляет 100 Ом. Если вы используете резистор низкого номинала из-за того, что ввели его неправильно, срок службы светодиодов будет еще меньше. У вас не будет этой проблемы в последовательном соединении.

Формула расчета резистора светодиода

Сначала рассчитаем номинал резистора, для этого нам нужно знать напряжение питания, рабочее напряжение светодиода и ток потребления светодиода.

Например, наш источник питания составляет 12 вольт, напряжение светодиода составляет 3,4 вольта, а расчетный ток составляет 15 мА; 12 – минус 3,4 = 8,6 результат делим на ток светодиода 8,6 / 0,015 = 573 получается 573 Ом

Резистор на 573 Ом найти будет сложно. В этом случае можно использовать несколько более высокие значения, например, 620….680 Ом..

Расчет мощности резистора светодиода

Выполняем аналогичный процесс для расчета мощности резистора, подключаемого к светодиоду 12 – минус 3,4 = 8,6 результат умножаем на ток светодиода 8,6 x 0,015 = 0,129 дюйма В этом случае мы можем использовать результат 0,129 Вт, стандартный резистор 1/4 Вт 0,250 Вт.

Мощность резистора может быть больше расчетного значения. Например, в расчете найдено подходящее значение для резистора 1/4 Вт, но у вас есть резистор 1 Вт или 5 Вт, его можно использовать при этих значениях.

Расчет последовательного и параллельного подключения

Как будет рассчитываться последовательный светодиод? При последовательном соединении светодиодов рабочее напряжение увеличивается. Например; Если подключить последовательно 3 светодиода, работающих на 2 вольта, то рабочее напряжение будет 6 вольт, соответственно будет производиться расчет 12 – минус 6 = 6

Параллельное подключение светодиодов; Ток увеличится.