Резистор (сопротивление) — один из наиболее распространённых компонентов в электронике. Его назначение — простое: сопротивляться течению тока, преобразовывая его часть в тепло.
Основной характеристикой резистора является сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем большая часть тока рассеивается в тепло. В схемах, питаемых небольшим напряжением (5 – 12 В), наиболее распространены резисторы номиналом от 100 Ом до 100 кОм.
Закон Ома
Закон Ома позволяет на заданном участке цепи определить одну из величин: силу тока I, напряжение U, сопротивление R, если известны две остальные:
Для обозначения напряжения наряду с символом U используется V.
Рассмотрим простую цепь
Расчитаем силу тока, проходящего через резистор
Аналогично, если бы у нас был источник питания на 5 В и лампа, которая по документации должна работать при токе 20 мА, нам нужно бы было выбрать резистор подходящего номинала.
В данном случае, разница в 10 Ом между идеальным номиналом и имеющимся не играет большого значения: можно смело брать стандартный номинал — 240 или 220 Ом.
Аналогично, мы могли бы расчитать требуемое напряжение, если бы оно было не известно, а на руках были значения сопротивления и желаемая сила тока.
Соединение резисторов
При последовательном соединении резисторов, их сопротивление суммируется:
При параллельном соединении, итоговое сопротивление расчитывается по формуле:
Если резистора всего два, то:
В частном случае двух одинаковых резисторов, итоговое сопротивление при параллельном соединении равно половине сопротивления каждого из них.
Таким образом можно получать новые номиналы из имеющихся в наличии.
Применеие на практике
Среди ролей, которые может выполнять резистор в схеме можно выделить следующие:
Токоограничивающий резистор (current-limiting resistor)
Стягивающий, подтягивающий резистор (pull-down / pull-up resistor)
Делитель напряжения (voltage divider)
Токоограничивающий резистор
Пример, на котором рассматривался Закон Ома представляет собой также пример токоограничевающего резистора: у нас есть компонент, который расчитан на работу при определённом токе — резистор снижает силу тока до нужного уровня.
В случае с Ардуино следует ограничивать ток, поступающий с выходных контактов (output pins). Напряжение, в состоянии, когда контакт включен (high) составляет 5 В. Исходя из документации, ток не должен превышать 40 мА. Таким образом, чтобы безопасно увести ток с контакта в землю понадобится резистор номиналом
Стягивающие и подтягивающие резисторы
Стягивающие (pull-down) и подтягивающие (pull-up) резисторы используются в схемах рядом со входными контактами логических компонентов, которым важен только факт: подаётся ноль вольт (логический ноль) или не ноль (логическая единица). Примером являются цифровые входы Ардуино. Резисторы нужны, чтобы не оставить вход в «подвешенном» состоянии. Возьмём такую схему
Мы хотим, чтобы когда кнопка не нажата (цепь разомкнута), вход фиксировал отсутствие напряжения. Но в данном случае вход находится в «никаком» состоянии. Он может срабатывать и не срабатывать хаотично, непредсказуемым образом. Причина тому — шумы, образующиеся вокруг: провода действуют как маленькие антенны и производят электричество из электромагнитных волн среды. Чтобы гарантировать отсутствие напряжения при разомкнутой цепи, рядом с входом ставится стягивающий резистор:
Теперь нежелательный ток будет уходить через резистор в землю. Для стягивания используются резисторы больших сопротивлений (10 кОм и более). В моменты, когда цепь замкнута, большое сопротивление резистора не даёт большей части тока идти в землю: сигнал пойдёт к входному контакту. Если бы сопротивление резистора было мало (единицы Ом), при замкнутой цепи произошло бы короткое замыкание.
Аналогично, подтягивающий резистор удерживает вход в состоянии логической единицы, пока внешняя цепь разомкнута:
То же самое: используются резисторы больших номиналов (10 кОм и более), чтобы минимизировать потери энергии при замкнутой цепи и предотвратить короткое замыкание при разомкнутой.
Делитель напряжения
Делитель напряжения (voltage divider) используется для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть. Например, из 9 В получить 5. Он подробно описан в отдельной статье.
Мощность резисторов
Резисторы помимо сопротивления обладают ещё характеристикой мощности. Она определяет нагрузку, которую способен выдержать резистор. Среди обычных керамических резисторов наиболее распространены показатели 0.25 Вт, 0.5 Вт и 1 Вт. Для расчёта нагрузки, действующей на резистор, используйте формулу:
При превышении допустимой нагрузки, резистор будет греться и его срок службы может сильно сократиться. При сильном превышении — резистор может начать плавиться и вызвать воспламенение. Будьте осторожны!
Я предполагал, что это мощность, которую переменный резистор может рассеять
при любом значении его сопротивления. Так вот это не так!На самом же деле это та мощность, которую резистор безболезненно рассеивает находясь в состоянии максимального сопротивления.
При уменьшении же этого сопротивления мощность (а следовательно и максимально допустимый ток через резистор) падают пропорционально уменьшению его сопротивления!
Что любопытно, занимаясь (естественно чисто любительски и понемногу) электроникой вот уже года три я вообще нигде не встречал ничего на тему «как посчитать максимально допустимый ток через переменный резистор в реостатном включении». Видимо, всилу очевидности — для тех, кто уже знает. Но тем не менее. Какое-то более внятное описание ситуации я нашел только по-английски в совершенно замечательном и подробном материале по переменным резитсорам Beginners’ Guide to Potentiometers:
Power — A pot with a power rating of (say) 0.5W will have a maximum voltage that can exist across the pot before the rating is exceeded. All power ratings are with the entire resistance element in circuit, so maximum dissipation reduces as the resistance is reduced (assuming series or ‘two terminal’ rheostat wiring). Let’s look at the 0.5W pot, and 10k is a good value to start with for explanation.If the maximum dissipation is 0.5W and the resistance is 10k, then the maximum current that may flow through the entire resistance element is determined by… P = I² * R… therefore
I =√P / R… so I = 7mAIn fact, 7mA is the maximum current that can flow in any part of the resistance element, so if the 10k pot were set to a resistance of 1k, current is still 7mA, and maximum power is now only 50mW, and not the 500mW we had before.
=== ВНИМАНИЕ! ВСЕ, НАПИСАННОЕ НИЖЕ, МАТЕМАТИЧЕСКИ ПРАВИЛЬНО, НО ИСХОДИТ ИЗ НЕВЕРНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ! ДЛЯ РАСЧЕТА НОМИНАЛА ПЕРЕМЕННОГО РЕЗИСТОРА ЭТИ РАСЧЕТЫ ПРИМЕНЯТЬ НЕЛЬЗЯ — ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СИЛЬНО ЗАВЫШЕНЫ! ===
Вот, казалось бы, куда уж проще задача — при помощи переменного резистора получить простейщий регулируемый «эталон тока» (это я с токовыми шунтами и усилителем на ОУ играюсь). Вроде бы делать нечего, да?Берем первый попавшийся перменный резистор — например R-0904N-A1K, подсоединяем его к какому-нибудь источнику напряжения в 5 Вольт, начинаем крутить… Естественно, не выкручивать его до нуля соображения все же хватает, ну так мультиметр подключен, показывает ток: 1мА, 5мА, 10мА, 80мА… Блин, сгорел. Чего это он?
А у него оказывается максимальная рассеиваемая мощность — 0.05 Вт. То есть если пропустить через него на 5 Вольтах более 10 мА, то все… Он, в общем-то, хорошо еще держался. Долго.
Упс.
Ну, хорошо. Берем тогда монстроидальный R-24N1-B1K (на фотографии в начале статьи — он).
0.5 Вт рассеиваемой мощности, извините.
Ну и заодно будет нелишне поставить обычный резистор последовательно с переменным в качестве токоограничивающего. Чтобы уж точно не сжечь.
Сначала я думал прикинуть номинал в уме. Минут через пятнадцать я понял, что в уме как-то не получается и взял бумажку. Еще через полчаса я тупо глядел на три исписанных листа формата А4 и не мог понять, где я ошибся. Два последовательно подключенных резистора не могут требовать для расчета таких сложных формул!
Я плюнул на все и в течении недели время от времени возвращался к бумажкам и формулам, понимая, что не могу ни осознать эти уравнения, ни решить их. Через неделю я загнал формулы в Excel и построил по ним графики. Вот только тут я и начал немного понимать что к чему…
Начинаем от печки, рисуем схему цепи и вспоминаем закон Ома:
Сила тока в цепи равна:
Мощность, выделяемая всей цепью, Вт:
Падение напряжения на токоограничивающем резисторе R1, Вольт:
Мощность, выделяемая на токоограничивающем резисторе R1, Вт:
Аналогично,
Падение напряжения на переменном резисторе R2, Вольт:
Мощность, выделяемая на переменном резисторе R2, Вт:
Теперь можно загнать эти формулы в Excel и попробовать численно прикинуть, как будут меняться параметры цепи при изменении R2.
Например, возьмем U = 5 Вольт, R1=15 Ом.
А картинка-то получилась… хм… любопытная.
Падения наприяжения на резисторах R1 и R2 ведут себя предсказуемо. По мере того, как растет сопротивление R2 на нем высаживается все большая и большая часть напряжения цепи. Что и понятно — когда R2 близко к нулю имеет значение только сопротивление R1, а при R2 = 150 Ом наличием R1 = 15 Ом (на порядок меньше!) можно смело пренебрегать.
Также предсказуемо падает и ток в цепи, и суммарная мощность, в ней рассеиваемая — напряжение не меняется, суммарное сопротивление растет. Все ожидаемо.
А вот график мощности, рассеиваемой на переменно резисторе W2 имеет весьма необычную форму — мощность, выделяемая на этом резисторе сначала растет, а потом падает.
Если подумать — так и должно быть, ведь пока сопротивление переменного резистора мало он мало влияет на силу тока цепи I (она фактически задается постоянным значением R1) и мощность, выделяемая на R2 растет вместе с ростом R2. А когда R2 велико, то уже R1 не влияет на силу тока, она определяется исключительно значением R2 и падает пропорционально его росту.
Но это я пока картинку не увидел — не осознал.
С практической точки зрения — стоит максимуму выделяемой мощности вылезти за паспортные ограничения резистора, так он и сгорит. Причем не сразу, а когда «неудачно карты лягут» и эта максимальная мощность выделиться.
Теперь при помощи того же Excel-я попробуем прикинуть как ведет себя мощность W2 для разных номиналов токоограничивающего резистора. Опять же при U = 5 Вольт.
Понятно, что чем больше R1, тем ниже максимум мощности, выделяемой на переменном резисторе R2.
И чтобы не превысить ограничения в 0.5 Вт достаточно взять токоограничивающий резистор где-нибудь в 15 Ом — неожиданно небольшое значение…
А теперь попробуем со всем этим взлететь все это посчитать.
Cамо положение максимума мощности нам не слишком интересно, нам важно только то, чтобы этот максимум не превосходил паспортных ограничений по мощности:
С учетом того, что умножаем на него обе части неравенства и раскрываем скобки:
А теперь переносим все на одну сторону и собираем коэффициенты при одинаковых степенях R2:
Мы получили неравенство относительно квадрата переменного сопротивления R2.
Т.к. коэффициент при R2 в квардрате у нас больше нуля, то в левой части мы имеем параболу «рожками вверх». Неравенство будет выполняться при любых значениях R2 если квадратное уравнение в левой части не будет иметь решений. А это, как известно из школьной математики, происходит тогда и только тогда, когда дискрименнант этого квадратного уравнения меньше нуля.
Дискриминант квадратного уровнения
считается по формуле
Подставим в нее коэффициенты нашего уровнения:
Раскроем скобки
… заметим, что в получившимся выражении два члена взаимно уничтожаются и избавимся от них
Квадрат напряжения больше нуля всегда, следовательно, чтобы дискриминант был меньше нуля необходимо:
Итак, для того, чтобы переменный резистор не вышел за пределы своих возможностей, необходимо применять токоограничивающий резистор с сопротивлением не менее, чем:
Для напряжения цепи 5 Вольт и ограничения по рассеиваемой на переменном резисторе мощности в 0.5 Вт получаем, что номинал токоограничивающего резистора R1 должен быть не меньше, чем 25/2= 12.5 Ом.
Однако, сам токоограничивающий резистор также имеет ограничения по рассеиваемой мощности.
Наибольший ток протекает через токоограничивающий резистор в момент, когда переменный резистор выведен в «0» и вся мощность рассеивается на токоограничивающем резисторе.
Исходя из этого (R2=0), получаем ограничение на токоограничивающий резистор
Тут уже для напряжения цепи 5 Вольт и обычного резистора с максимальной рассеиваемой мощностью в 0.25 Вт получаем, что номинал R1 не должен превосходить 100 Ом, что автоматически выполняет и ограничение по мощности на переменном резисторе, однако не позвволяет получить максимальный ток в цепи более 50 мА, что маловато.
Это ограничение можно обойти или взяв в качестве токоограничивающего резистора резистор помощнее или подключив несколько резисторов параллельно…
Автор Aluarius На чтение 9 мин. Просмотров 403 Опубликовано
Расчет резистора для светодиода
Светодиод – прибор, который преобразует проходящий через него ток в световое излучение. Их используют для освещения в прожекторах и лампах, для украшения в гирляндах, в фарах авто. В статье ниже вы узнаете, как правильно подключить светодиод и чем отличаются разные виды соединений. А также, зачем для подключения нужен резистор и как рассчитать, какой резистор вам нужен.
Особенности подключения светодиода
Главная особенность подключения светодиода к блоку питания — маленькое внутреннее сопротивление. То есть, при прямом подключении к сети, сила тока будет слишком высокой и светодиод может сгореть. Подключение кристалла светодиода происходит по медным или золотым нитям. Они выдерживают небольшие скачки тока, но, когда допустимое значение сильно превышается, они перегорают, прекращая питание элемента. Поэтому для их подключения используют резистор, ограничивающий поступление тока, так, чтобы он по номиналу подходил к заявленной у диода характеристике.
Также при подключении ограничителей тока необходимо помнить про соблюдение полярности и подключать отрицательный анод к отрицательному полю, а катод к положительному.
Особенности дешёвых LED
При подборе светодиода на рынке можно найти совершенно разные цены. Чем же отличаются дорогие диоды от дешёвых?
Светодиоды за разную стоимость отличаются не только внешними особенностями, но и техническими характеристиками. У дешёвых светодиодов параметры сильно отличаются друг от друга, в то время, как у дорогих они уменьшаются плавно при изменении тока или напряжения сети. Кроме того, дешёвые аналоги могут служить недолго и свет будет более тусклым или режущим глаза. На что нужно обратить внимание при покупке светодиодной лампы и как ее установить читайте тут.
Можно ли обойтись без резисторов
Если подсоединить светодиоды без резистора, то при небольшом изменении напряжения в сети, ток, подаваемый в диод, изменится в несколько раз. Даже если вы подключили несколько диодов, и они работают без резистора, нет гарантии, что напряжение сети не поднимется выше допустимого. Поэтому, если вы не хотите, чтобы диоды сгорели, нужно либо воспользоваться резистором, ограничивающим поток тока, либо использовать драйвер.
Справка! драйвер — блок питания для светодиодов, в нём стабильно поддерживается определённый ток на выходе. Драйверы часто используют в качестве источника питания для светодиода.
В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор
В некоторых случаях подключение светодиодов возможно не через драйвер, а токоограничительный резистор.
- Если свечение нужно в качестве индикатора, где не имеет значения, насколько ярко будет гореть диод, а важен сам факт свечения.
- Для проверки работоспособности диодов их подключают через резистор к аккумулятору с высоким напряжением, из-за которого ЛЕД элемент может сломаться. Резистор ограничивает поступающее на диод напряжение и можно проверить его работоспособность без риска поломки деталей.
- Для определения отрицательного и положительного полей светодиода.
- При исследовании, как будет работать новый светодиод, используют ограничительные резисторы, чтобы элемент не перегорел при тестировании.
Расчет резистора для светодиода при последовательно-параллельном соединении
Последовательно-параллельно светодиоды соединяют в осветительных приборах с высокой мощностью. Соединение универсально: используется и для постоянного, и для переменного тока.
В таком случае последовательно соединённые цепочки светодиодов соединяют параллельно.
Для успешного соединения в каждой цепочке должно быть одинаковое количество диодов.
Нагрузочный резистор должен быть выбран с учётом того, что во всех параллельных ветках будет одинаковое напряжение. Поэтому для вычисления нужно вычислить только сопротивление одного резистора в любой цепи:
R = (Un*ULED)/ ULED,
где n — число светодиодов на ветке.
Лимит по числу диодов на ветке находится по формуле: n = (U = ULED)/ULED.
После проведения необходимых расчётов можно соединить диоды гибридным способом.
Плюсы гибридного соединения:
- При выходе из строя одного диода, остальная часть схемы продолжит полноценно работать и не случится перенапряжения.
- Для работы нужно меньше резисторов, чем в других соединениях.
Вычисление сопротивления при параллельном соединении светодиодов
Параллельное соединение используют, если суммарное соединение диодов, которых нужно подсоединить к источнику питанию, больше, чем напряжение источника. То есть, если при последовательном соединении диодов питания не хватает, и они не работают.
При параллельном соединении несколько веток с диодами параллельно соединяют, на каждой из них установлен свой резистор.
В таком случае во всем устройстве будет одинаково меняться напряжение, а проходящий ток может быть разным на каждой из веток.
Расчёты проводят для каждой отдельно взятой ветки.
Сначала нужно рассчитать сопротивление резистора по закону Ома:
U=I*R,
I — допустимый ток для прибора, значение можно взять из характеристики прибора.
Теперь нужно рассчитать мощность резистора:
P = U2/R.
Можно сократить: P=I*U.
Преимущества параллельного соединения:
- Если один светодиод перегорит, то другие цепи продолжат работать;
- Можно добавить больше светодиодов, чем при последовательном;
- Можно использовать для двуцветного свечения лампочек. При этом цвет диодов меняется при изменении направления тока.
Если добавить импульсный модулятор к двум параллельно соединенным диодам, можно добиться широкого диапазона изменения цвета.
Недостатки:
- Увеличение нагрузки на остальные элементы, если один перестанет работать;
- Нужно много резисторов для соединения.
Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении
Диоды можно соединять последовательно в цепочку. Для этого нужно анод устройства соединить с катодом другого, и так продолжать цепочку, пока не достигнете нужного размера. Соединение происходит с помощью резистора, который ограничивает ток, поступающий на элементы, чтобы избежать их поломки.
Зная закон Ома, можно найти сопротивление включенного в схему резистора:
R=(U-ULED1+…+ULEDn)/ILED
Где U — напряжение сети;
ULED1– ULEDn — сумма напряжений включенных в цепь светодиодов.
ILED — ток, являющийся оптимальным для светодиодов.
Мощность резистора вычисляется по формуле:
P = I2*R
Лучше всего поставить резистор с мощностью, в два раза превышающую нужное значение, чтобы при перепаде напряжения устройства продолжало исправно работать.
Преимущества последовательного соединения:
- В цепочке один ток;
- Простое и быстрое соединение;
- Возможное количество светодиодов ограничено уровнем напряжения;
- При выходе из строя одного диода, перестаёт работать вся цепочка.
Как подключить светодиод к 220в через резистор
Светодиоды пропускают через себя ток в одном направлении. При переменном напряжении его направление меняется 2 раза за период, то есть в одном случае ток протекает через диод, а в ином — нет. Так как ток протекает в половине случаев, для определения среднего значения тока, который проходит через диод, нужно разделить U пополам.
Соответственно, U = 110В.
Допустим, собственное сопротивление у диода: 1,7 Ом.
Ток, проходящий через диод:
I=U/ ULED
110/1,7=65А.
Высокий ток, пройдя через полупроводник, сожжёт его, поэтому нужно использовать дополнительный прибор с сопротивлением, чтобы он, по принципу рассеивания, уменьшал количество тока, подаваемого на диод.
При высоком токе нельзя использовать параллельное соединение, так как если одна из цепей перестанет работать, значение тока в остальных увеличится и прибор сгорит.
- Можно использовать дополнительный LED-элемент для блокировки обратного напряжения.
- Использование встречно-параллельного соединения диодов с резистором:
Для того, чтобы прибор работал исправно, необходимо учитывать, что через все диоды должен проходить один ток, значит нужно подобрать элементы с одинаковыми характеристиками.
После соединения пересчитайте ёмкость конденсатора, потому что на светодиодах должно увеличиться напряжение.
Какой резистор нужен для светодиода на 12 вольт
12-вольтовая система — стандартная в автомобиле. В подключении LED-элемента к 12 вольтовой системе нет ничего сложного. Важно правильно провести расчёты сопротивления диода через токоограничивающий резистор.
Перед началом вычислений надо узнать характеристики имеющихся светодиодов: падение напряжения и требуемый им ток.
Сопротивление резистора рассчитывается по формуле:
R = U/I
- 1 светодиод
ULED = 3.3 Вольт
ILED = 0,02А
При таком внутреннем сопротивлении диода, он будет отлично работать в системе, напряжение которой ограничивается значением 3,3 Вольт.
Возьмём напряжение с запасом, так как скачки бывают до максимального значения 14,5.
Максимально возможное напряжение отличается от допустимого для исправной работы светящегося элемента на 11,2 Вольта. Значит, перед включением диода, нужно снизить подаваемый ему ток на это значение.
Сперва нужно посчитать сопротивление, необходимое резистору:
R=U/I. R=560 Ом.
Для того, чтобы расчёты были более надёжными, надо вычислить мощность резистора:
P = U * I Мощность — 0,224Вт.
При выборе резистора, необходимо округлять значения в большую сторону и выбирать более мощный вариант.
- 2 и 3 светодиода
Рассчитывается аналогичным образом, светодиодное напряжение будет умножаться на количество светящихся элементов - От 4 светодиодов
При подключении больше трёх светодиодов к такой сети не нужен будет резистор, так как напряжение не будет сильно превышать допустимое и светодиоды будут работать исправно.
Резисторы вы можете установить и на положительном, и на отрицательном полюсе, это не имеет значения при использовании.
Теория
Для того, чтобы светодиоды не перегорели, важно правильно рассчитать ограничивающий резистор.
Математический расчёт
Необходимые вычисления можно сделать самостоятельно, при низких значениях вам не потребуется калькулятор. Либо при помощи специальной программы, проводящей подсчёты за вас.
При расчёте сопротивления гасящего резистора нужно знать закон Ома.
R = U-ULED /ILED
U — напряжение сети;
ULED — значение напряжения, оптимального для работы диода
I LED —ток, на который рассчитана работа элемента
Чтобы не произошёл перегрев резистора во время работы, необходимо дополнительно рассчитывать оптимальную мощность для такого напряжения.
P = (U-ULED)*ILED
В этой схеме резистор подключается к катоду светящегося элемента.
Графический расчёт
В большинстве случаев, пользуются математическими вычислениями, но графический способ более наглядный и в каких-то случаях его применять значительно удобнее.
Для построения графика нужно знать характеристики светящегося элемента: ток и напряжение.
Теперь можно узнать сопротивление резистора по графику:
На нём пунктирной линией показано вычисление для элемента, на работу которого нужно 20мА тока. Далее соединяем точку пересечения пунктирной линии с “кривой ЛЕД”, отмеченной голубым цветом, со значением напряжения диода. Линия пересекает шкалу максимального тока, где указано нужное значение.
После этого нужно провести расчёт сопротивления токоограничивающего резистора:
R=ULED/Imax
Его мощность: P=I2*R
Схемы подключений светодиодной ленты можно посмотреть здесь.
Светодиоды стали незаменимой частью нашей жизни, они стоят в качестве индикаторов на бытовой технике, в виде декоративных светодиодных лент и в составе оптопары в промышленности, а также в качестве более экологичного и экономного освещения. В использовании светодиодов нет ничего сложного, главное — не забывать использовать балластный резистор, благодаря которому ток будет ограниченно поступать на светящиеся элементы, и они не сломаются. Теперь вы знаете, как рассчитать нужное сопротивление резистора, разные способы соединения диодов и для чего их используют.
Расчет резистора (сопротивления) для светодиода
Светодиод – это полупроводниковый элемент электрической схемы. Его особенностью является нелинейная вольт-амперная характеристика. Стабильность и срок службы прибора во многом обусловлены силой тока. Малейшие перегрузки приведут к ухудшению качества светодиода (деградации) или его поломке.
Зачем резистор перед светодиодом.
В идеале для работы диоды следует подключать к источнику постоянного тока. В этом случае элемент будет работать стабильно. Но на практике для подключения чаще всего используют более распространенные блоки питания с постоянным напряжением. При этом для ограничения силы тока, которая протекает через LED элемент, нужно включать в электрическую цепь дополнительное сопротивление − резистор. В статье рассмотрены методы расчета резистора для светодиода.
Когда следует подключать светодиод через резистор
Существует несколько случаев, когда такая электрическая схема уместна. Во-первых, токоограничивающий резистор стоит использовать, если эффективность схемы не первоочередная задача. В качестве примера можно привести применение светодиода в качестве индикатора в приборах. В таком случае важно самом свечение, а не его яркость.
Во-вторых, применение резистора оправдано в случаях, когда необходимо выяснить полярность и работоспособность LED элемента. Одним из методов является подключение прибора к блоку питания. В этом качестве часто используют аккумуляторы от мобильных телефонов или батарейки. Напряжение на них может достигать 12 В. Это очень высокая величина, и прямое подключение светодиода приведет к поломке. Для ограничения напряжения в цепь вставляют резистор.
В-третьих, резистор используют в исследовательских целях для изучения работы новых образцов светодиодов.
В других случаях можно воспользоваться драйвером – прибором, стабилизирующим ток.
Математический расчет.
Для подбора сопротивления придется вспомнить школьный курс физики.
На рисунке представлена простая последовательная электрическая схема соединения резистора и диода. На схеме применены следующие обозначения:
- U – входное напряжение блока питания;
- R – резистор с падением напряжения UR;
- LED – светодиод с падением напряжения ULED (паспортное значение) и дифференциальным сопротивлением RLED;
Поскольку элементы соединены последовательно, то сила тока I в них одинакова.
По второму закону Кирхгофа:
U = UR + ULED. (1)
Одновременно используем закон Ома:
U=I*R. (2)
Подставим формулу (2) в формулу (1) и получим:
U = I*R + I*RLED. (3)
Путем простых математических преобразований из формул (1) и (3) найдем искомое сопротивление резистора R:
R = (U – ULED) / I. (4)
Для более точного подбора можно рассчитать мощность рассеивания резистора Р.
Р = U*I. (5)
Примем напряжение блока питания U = 10 В.
Характеристики диода: ULED = 2В, I = 40 мА = 0,04A.
Подставим нужные цифры в формулу (4), получим: R = (10 – 2) / 0,04 = 200 (Ом).
Стоит учесть, что если полученной величины нет в стандартном ряду сопротивлений, то следует выбирать более высокоомный элемент.
Мощность рассеивания (5): составит Р = (10 – 2) * 0,04 = 0,32 (Вт).
Графический расчет.
При наличии вольт-амперной характеристики несложно определить сопротивление резистора графическим способом. Метод применяется редко, но полезно про него знать.
Для определения искомого сопротивления нужно знать ток нагрузки ILED и напряжение блока питания U. Далее следует перпендикуляр, соответствующий значению тока, до пересечения с вольт-амперной кривой. Затем через точку на графике и значению U провести прямую, которая покажет на оси тока максимальное его значение IMAX. Эти цифры подставляем в закон Ома (2) и вычисляем сопротивление резистора.
Например, ILED = 10 мА, а U = 5 В. По графику IMAX примерно равна 25 мА.
По закону Ома (2) R = U / IMAX = 5 / 0,025 = 200 (Ом).
Примеры вычислений сопротивления для светодиода.
Разберем некоторые наглядные случаи вычисления сопротивления элемента в конкретных схемах.
Вычисление токоограничивающего сопротивления при последовательном соединении нескольких светодиодов.
Из курса физики известно, что в такой схеме значение тока постоянное, а напряжение на LED элементах суммируется.
Возьмем напряжение источника питания U = 12 В.
Характеристики диодов одинаковы: ULED = 2В, ILED = 10 мА.
Преобразуем формулу (4), учитывая три LED элемента.
R = (U – 3*ULED) / I.
R = (12 – 3* 2) / 0,01 = 600 (Ом).
Мощность рассеивания (5) составит: Р = (12 – 2 * 3) * 0,01 = 0,6 (Вт).
Вычисление сопротивления при параллельном соединении светодиодов.
В этом случае постоянным сохраняется напряжение, а силы тока складываются. Поэтому при тех же входных данных (напряжение источника питания U = 12 В, напряжение и ток на диодах ULED = 2В, ILED = 10 мА), расчет будет несколько другим.
Используем формулу (4), учитывая три LED элемента.
R = (U – ULED) /3* I.
R = (12 – 2) / 3*0,01 = 333,3 (Ом).
Мощность рассеивания (5) составит: Р = (12 – 2) * 3*0,01 = 0,3 (Вт).
Однако данное подключение не стоит применять на практике. Даже светодиоды из одной партии не гарантируют одинакового падения напряжений. Из-за этого ток на отдельном LED элементе может превысить допустимый, что может спровоцировать выход элементов из строя.
Для параллельного соединения светодиодов необходимо к каждому из них подключать свой резистор.
Вычисление сопротивления при параллельно-последовательном соединении LED элементов.
Для подключения большого количества светодиодов уместно использовать параллельно-последовательную электрическую схему. Поскольку в параллельных ветках напряжение одинаковое, то достаточно узнать сопротивление резистора в одной цепи. А количество веток не имеет значения.
Напряжение блока питания U = 12 В.
Характеристики диодов одинаковы: ULED = 2В, ILED = 10 мА.
Максимальное количество LED элементов n для одной ветки рассчитывается так:
n = (U – ULED) / ULED (6)
В нашем случае n = (12 – 2) / 2 = 5 (шт).
Сопротивление резистора для одной ветки:
R = (U – n* ULED) / ILED . (7)
Для трех светодиодов оно составит: R = (12 – 3*2)/ 0,01 = 600 (Ом).
Всем доброго времени суток!
Эта небольшая статья возможно станет шпаргалкой для начинающих разработчиков, которые хотят проектировать надежные и эффективные схемы управления силовыми полупроводниковыми ключами, обновит и освежит старые знания опытных специалистов или может хотя бы где-то поцарапает закрома памяти читателей.
Любому из этих случаев я буду очень рад.
В этой заметке я попробую описать наиболее распространенные вопросы выбора затворных резисторов для силовых электронных устройств. Она базируется на знаниях, почерпнутых мной из разной литературы, апноутов от TOSHIBA, Infineon, Texas Instruments а также из скромной практики. Стоит заметить, что эта информация не дает прямо универсальных рекомендаций для каждого силового ключа. Тем не менее, можно проанализировать какие предположения могут быть важны и какое влияние они могут оказать на выбор резисторов затвора для дискретных силовых транзисторов, а также для силовых модулей.
Основы
Затворный резистор расположен в цепи между драйвером силового транзистора и затвором самого транзистора, как показано на изображении в шапке статьи.
Открыт или закрыт полевой ключ (IGBT/MOSFET) зависит от приложенного к затвору напряжения. Изменение этого напряжения заряжает или разряжает затворные емкости силового устройства, которые состоят из емкостей затвора-коллектора и затвора-эмиттера и небольшой емкости самого затвора. Заряд входных емкостей ключа включит его (ток ), а разряд выключит (ток ).
Резистор в данной цепи ограничивает ток заряда/разряда входных емкостей, помимо этого, правильно подобранный резистор не даст ключу самопроизвольно открываться, что иногда может случиться, из-за быстрого изменения напряжения на силовых выводах ключа например, такое может случиться, когда в полумостовой топологии соседний ключ открывается. В таком случае емкость перезаряжается и ток, протекающий через затворный резистор вызывает на нем падение напряжения, которое и может открыть ключ. К тому же порог открывания ключа часто сильно опускается при росте температуры кристалла полупроводника.
Что нужно знать и как выбрать “правильный” резистор
1. Максимальный ток заряда/разряда выхода драйвера
Любая микросхема драйвера имеет такой параметр, как максимальный выходной ток. Если ток затвора при открытии/закрытии ключа превысит значение максимального выходного тока, то драйвер может выйти из строя, поэтому, в данном случае, затворный резистор ограничит выходной ток драйвера.
Можно составить эквивалентную модель цепи, по которой и рассчитать необходимое значение резистора:
Следуя несложным умозаключениям, можем получить формулы для расчета тока драйвера, и подобрать резистор затвора таким, чтобы не превысить максимально допустимые параметры драйвера:
2. Рассеиваемая мощность
Также одна из важных функций затворного резистора — рассеивать мощность выходного каскада микросхемы драйвера. В соответствии с моделью выше, рассеиваемую мощность можно посчитать с помощью следующих формул:
Тут — заряд затвора ключа, а — частота коммутации.
После расчета и подбора резистора важно соблюдать следующее условие:где — собственное потребление драйвера.
Тут еще есть небольшое примечание, в большинстве даташитов на ключи указывают заряд затвора при определенных условиях, например при напряжении управления затвором +15В…-15В, если же в Вашей схеме другое напряжение управления, например +15В…0В, или же +15…-8В, то достаточно точно определить заряд затвора помогут следующие соотношения:
3. Скорость включения и электромагнитная совместимость
Давайте рассмотрим потери на переключение, как функцию от сопротивления затворного резистора. Я возьму ключ, который я недавно использовал в своем небольшом проекте — IKW40N120 от любимых Infineon:
Как можно заметить, при увеличении сопротивления затвора, скорость переключения уменьшается и потери на переключения растут. Соответственно это повлияет на эффективность системы в целом. Напротив, если применять меньшее сопротивление затвора, переключение станет более быстрым и потери уменьшаться, но при этом шум, вызванный быстрым нарастанием тока и напряжения, будет увеличиваться, что может быть критично, когда нужно отвечать требованиям электромагнитной совместимости поэтому значение сопротивления затвора нужно выбирать очень аккуратно.
4. То самое “паразитное” включение
В начале, когда я писал о функциях затворного резистора, я упоминал о возможности ключа самопроизвольно включиться. Чтобы такого не случилось, можно рассчитать напряжение, которое может появиться на затворе транзистора, посмотрим на изображение ниже и запишем две небольшие формулы:
И не стоит забывать, что напряжение открытия ключа сильно зависит от температуры кристалла, и это тоже нужно учитывать.Заключение
Теперь у нас есть формулы для оптимального (в какой-то степени) подбора с первого взгляда такого простого элемента силовой схемы, как затворный резистор.
Вполне возможно вы не нашли тут ничего нового, но я надеюсь, что хоть кому-то эта заметка окажется полезной.
Также для расширения кругозора в том числе в области управлении силовыми ключами очень советую выделять часик-два в неделю на прочтение всяких статей и апноутов от именитых производителей силовой электроники, в особенности о применении микросхем драйверов. Уверен, найдёте там очень много интересностей. Для старта, и чтобы углубится в рассмотренную тему предлагаю вот эту.
Спасибо за прочтение!
Резистор (теория)
Резистор – элемент электрической цепи, применяемый с целью сопротивления электрическому току на отдельном участке цепи.
Сопротивление является главной характеристикой резистора, Ω (Om, Ом) – его единица измерения. Определенная часть тока проходящего через резистор преобразовывается в тепло. Чем больше величина сопротивления, тем большее количество тока рассеивается в тепло.
Общее сопротивление резисторов при последовательном соединении рассчитывается по формуле: Rобщ = R1 + R2. При параллельном соединении резисторов общее сопротивление рассчитывается по данной формуле: Rобщ = R1 * R2 / (R1 + R2). Данным способом можно выходить из ситуации складывающейся при отсутствии резисторов необходимого сопротивления.
Не маловажной характеристикой является мощность резисторов, она показывает максимальную нагрузку, которую в состоянии пропустить через себя резистор. На данный момент выпускают резисторы мощностью 0,125 Watt; 0,25 Watt; 0,5 Watt; 1 Watt; 2 Watt; 5 Вт, но используются в радиолюбительской технике (исключая специализированную) – 0,25 Watt; 0,5 Watt; 1 Watt. На главном изображении поста приведен внешний вид резисторов разной мощности. Нагрузку, действующую на резистор можно посчитать по формуле: P = I2 *R = I * U = U2 / R, где R – сопротивление, U – напряжение, а I – сила тока.
При превышении максимально допустимой нагрузки, резистор будет нагреваться, и вносить помехи в стоящие рядом радио детали (подверженные тепловым изменениям), а при большом превышении нагрузки резистор перегорает (в буквальном смысле этого слова).
Благодаря закону Ома, зная величину силы тока (I) и напряжения (U тоже, что и V) можно определить сопротивление (R) по следующей формуле: R = U / I.
На практике резисторы выполняют три назначения и служат:
– делителями напряжения;
– токоограничивающими резисторами;
– подтягивающими и стягивающими резисторами.
Делитель напряжения необходим для того, чтобы получать всего его часть, например из 12v получить 9v. Про делители напряжения будет отдельная большая статья с примерами, по окончанию ее написания ссылку размещу в комментариях к данному посту.
Токоограничивающий резистор применяют в случае, когда какая-либо деталь не рассчитана на работу при определенно высоком уровне тока, и его необходимо уменьшить. В данной ситуации резистор устанавливается последовательно между положительным контактом источника питания участка цепи (детали) и самим участком цепи (деталью) на котором уровень тока необходимо уменьшить.
Подтягивающий и стягивающий резистор необходим только для работы с логическими компонентами, для которых важно присутствие нуля и единицы на контакте (отсутствие или присутствие напряжения). Без подтягивающих и стягивающих резисторов возможны сбои в работе системы из-за неверного истолкования шумов, улавливаемых контактами логики, как присутствие нуля или единицы.
Рассмотрим примеры с использованием микроконтроллера и кнопки. Один контакт кнопки подключен к входу микроконтроллера, а другой к источнику сигнала.
Для гарантирования правильного считывания положительного сигнала используют стягивающий резистор, установленный одним концом в промежуток между кнопкой и контактом микроконтроллера, а другим соединенным с землей (GND). В этом случае все возможные шумы, способные дать неверный сигнал на микроконтроллер, будут уходить в землю. В роли стягивающего резистора применяют сопротивления более 10 kOm, чтобы при нажатии кнопки не происходило короткое замыкание. Когда кнопка нажата, цепь замыкается, ток из-за большого сопротивления резистора не уходит весь в землю и сигнал поступает на контакт микроконтроллера.
Подтягивающий резистор подобен токоограничивающему и аналогичен стягивающему. Он поддерживает на контакте микроконтроллера логическую единицу до тех пор, пока цепь разомкнута. Сопротивление для подтягивающего резистора необходимо брать также не менее 10 kOm, это предотвращает короткое замыкание и сводит к минимуму потери энергии при нажатии кнопки.
Разновидность резисторов, применяемая в радиоаппаратуре: варисторы – сопротивление меняется от приложенного напряжения; фоторезисторы – от освещения, терморезисторы – от температуры, магниторезисторы – от величины магнитного поля, тензорезисторы – от деформации корпуса резистора.
Калькулятор расчета величины сопротивления резистора по цветам (цветовой маркировке) можно найти ЗДЕСЬ.
- сопротивление
- допуск
- мощность
Для того чтобы понять, что такое сопротивление, давайте представим себе трубу, по которой течёт вода. Так как движению воды в трубе ничего не мешает, напор на выходе трубы будет равен напору на входе трубы. Теперь давайте мысленно разрежем трубу на две части и поместим между ними сетку, такую же, как у ситечка, которым мы сеем муку. Желательно ещё представить, что эта сетка обладает некоторой толщиной, но это необязательно. Теперь напор на выходе трубы будет отличаться от напора на входе трубы, а насколько он будет отличаться будет зависеть от размера ячейки сетки.
Если провести аналогию с электрической цепью, то ток — это вода, а резистор — сетка, а размер ячейки — сопротивление. Функция сетки — ограничение потока воды, а основное назначение резистора в электрических цепях — ограничение тока.
Допуск показывает насколько реальное сопротивление резистора, может отличается от заявленного. Резистор 100 ом с допуском в 5%, в действительности может обладать сопротивлением от 95 до 105 ом.
Известно что при протекании тока через проводник, последний нагревается, то есть электрическая энергия превращается в тепловую. Мощность резистора определяет какое количество тепла он способен рассеивать. С другой стороны, если записать формулу мощности следующим образом
P = U²/R
P = I²*R
Становится понятно, что мощность определяет максимальный ток, протекающий через резистор или максимальное напряжение, которое может быть к нему приложено. Как правило, более мощные резисторы обладают большими размерами.
Применение резистора.
Токоограничивающий резистор.
Как Вы думаете можно ли подключить светодиод, падение напряжения на котором 2V, к кроне на клеммах которой напряжение 9V?
Конечно можно, надо только ограничить ток текущий через светодиод и в этом нам поможет резистор.
Такой резистор называют токоограничивающим, потому что в данной схеме он предназначен для ограничения тока через светодиод. Его сопротивление легко рассчитать воспользовавшись законом Ома.
I = (Uкроны — Uдиода)/R
А ток через светодиод не должен превышать 20mA, тогда у нас получится следующее
R = (Uкроны — Uдиода)/I
R = (9 –2)/0.02 = 350 ом
Сопротивление можно взять большего номинала, например 470 ом, при этом диод будет не так ярко светиться.
Подтягивающий резистор.
На картинке ниже изображены 4 микросхемы, к двум верхним кнопка подключена без подтягивающего резистора, а к двум нижним с подтягивающим резистором.
Давайте рассмотрим две верхние микросхемы, когда кнопка нажата, на первом выводе левой микросхемы будет 0V или логический ноль, а на первом выводе правой микросхемы будет напряжение питания или логическая единица. Определить в каком состоянии находится вывод микросхемы когда кнопка не нажата нельзя, вывод просто болтается в воздухе и ловит наводки, которые являются источником ложных срабатываний. Состояние первого вывода нижних микросхем всегда определено, у левой микросхемы, на первом выводе когда кнопка не нажата — логическая единица, когда кнопка нажата — логический ноль, у правой наоборот. Если заменить подтягивающий резистор куском провода, то при нажатии кнопки плюс подключался бы к минусу и ток стремился бы к бесконечности.
Подведём итоги, подтягивающий резистор позволяет избежать состояния неопределённости и ограничивает ток.
Делитель напряжения.
С помощью двух последовательно соединённых резисторов можно разделить напряжение кроны на несколько частей, причём чем больше сопротивление резистора, тем больше на нём падение напряжения.
Рассчитать падение напряжения на каждом из резисторов очень просто, для этого надо по закону Ома вычислить ток, протекающий через них и умножить его на сопротивление каждого из резисторов.
Задание коэффициента усиления операционного усилителя(ОУ)
В данной схеме с помощью резисторов задаётся коэффициент усиления ОУ, но если присмотреться становится понятно, что резисторы на схеме образуют обычный делитель.
Времязадающие цепи.
Резистор совместно с конденсатором образует RC цепочку, с помощью которой можно измерять временный промежутки. Подробнее об этом можно прочитать тут.
Фильтры.
Та же RC цепочка может быть использована как фильтр, высоких или низких частот.
Такие фильтры называют пассивными, в зависимости от номинала резистора и конденсатора они могут без изменения пропускать одни частоты и ослаблять другие.
Кроме обычного резистора о котором писалось выше, существуют резисторы способные изменять своё сопротивление в зависимости от внешних условий. Например, термистор, который изменяет своё сопротивление в зависимости от температуры, или фоторезистор, сопротивление которого зависит от освещения.
Если вы работаете с какой-либо цепью, включающей светодиоды, возможно, вы столкнулись с предупреждениями или рекомендациями всегда использовать ограничитель тока.
Мы собрали это руководство, чтобы помочь любому, от новичка-самоделки до тех, кто проектирует и строит платы светодиодного освещения, чтобы полностью понять, когда, почему и как выбрать подходящий ограничитель тока.
Понимание кривой I-V светодиодов
Как и для любого пассивного полупроводникового компонента, понимание кривой I-V (ток в зависимости от напряжения) имеет решающее значение при проектировании схемы вокруг них.
Светодиод, по сути, является диодом и имеет нелинейную I-V кривую. Другими словами, взаимосвязь между входным напряжением и входным током не следует прямой линии.
Например, давайте посмотрим на прямой ток при 2,7 В – примерно 20 мА. Если мы увеличим напряжение на 0,1 В до 2,8 В, прямой ток возрастет примерно на 30 мА до 50 мА. Если затем увеличить его еще на 0,1 В до 2,9 В, то прямой ток возрастет на 35 мА до 85 мА.
По мере увеличения напряжения скорость увеличения прямого тока также увеличивается. Небольшие изменения прямого напряжения могут привести к очень большим изменениям прямого тока.
Таким образом, драйверы светодиодов постоянного тока являются предпочтительным методом управления светодиодами – они работают с одним током и соответственно регулируют свое выходное напряжение, обеспечивая постоянный ток в прямом направлении. Когда используется вход постоянного тока, резистор для ограничения тока не требуется.
Что делать, если вы используете источники постоянного напряжения
Однако источники постоянного тока, как правило, более дороги и ограничены в своей гибкости.В результате почти все светодиодные ленты и другие модули используют постоянное напряжение.
Источники питания с постоянным напряжением имеют фиксированный уровень выходного напряжения и могут генерировать любой уровень выходного тока от 0 мА до его номинального максимума (который вполне может быть выше номинального максимума для светодиодов и светодиодной системы).
Но, как мы видели выше, из-за нелинейной зависимости между прямым током и прямым напряжением входы питания постоянного напряжения требуют дополнительной модификации для безопасного использования со светодиодными системами по следующим причинам:
1) Прямое напряжение светодиодов не обязательно соответствует уровню напряжения питания. Например, на основе тех же характеристик светодиодов, что и выше, если у вас есть источник постоянного напряжения 3,0 В, прямой ток также будет ограничен 135 мА.
Что если мы хотим запустить светодиод на 20 мА, используя тот же источник питания? Нам нужно будет обеспечить светодиод только 2,7 В вместо 3,0 В. Однако, поскольку большинство блоков питания не имеют опцию выхода с переменным напряжением, невозможно достичь 2,7 В на светодиоде с одним блоком питания. ,
Что мы делаем?
Ответ заключается в том, чтобы поместить резистор последовательно со светодиодом и позволить резистору «понижать» напряжение на светодиоде на 0.3 В.
Как рассчитать значение резистора? Мы используем закон Ома, который гласит, что V = IR, и заменяем 0,3 В (падение напряжения) на V, и 0,02 А (желаемый прямой ток) на I. Решение R дает нам 15 Ом.
Аналогичные расчеты могут быть выполнены независимо от используемых напряжений – например, светодиодные ленты 12 В и 24 В.
В условиях массового производства изменения прямого напряжения на светодиодах неизбежны и приводят к появлению нескольких баков напряжения. В идеале, светодиоды из каждой ячейки напряжения имеют различные пары значений резисторов, рассчитанные для обеспечения одинакового прямого потребления тока, независимо от ячейки напряжения светодиодов.В противном случае возможны более широкие вариации прямого потребления тока и, следовательно, яркости.
Каждая из линий выше представляет различную ячейку напряжения. Для достижения 60 мА для всех выводов светодиодов необходимо использовать различные характеристики резисторов для достижения разных прямых напряжений, необходимых для достижения одинаковых 60 мА.
2) Токоограничивающие резисторы защищают от повышения напряжения
Как мы видели выше, светодиоды имеют нелинейную зависимость между прямым током и прямым напряжением.В результате незначительное увеличение напряжения может привести к значительному увеличению прямого тока, что может привести к потенциальной перегрузке по току и выходу устройства из строя.
В отличие от диодов, резисторы имеют линейную зависимость между прямым током и прямым напряжением (как показано законом Ома).
Следовательно, увеличение прямого напряжения приведет к одинаковому пропорциональному увеличению прямого тока независимо от уровня напряжения. Это свойство резисторов, когда они включены в светодиодную схему, может помочь смягчить эффекты повышения напряжения.
Почему бы увеличить напряжение?
Первая возможность – это нестабильный источник питания со значительным шумом или пульсацией. Если есть проблемы с источником постоянного напряжения, обеспечивающим нестабильный постоянный ток, прямое напряжение и скачкообразный скачок – и наличие резисторов, ограничивающих ток, поможет смягчить соответствующий скачок прямого тока.
Второе, более предсказуемое и распространенное свойство – это свойство самих светодиодных устройств.
Когда светодиод нагревается, его прямое напряжение уменьшается, если мы сохраняем постоянный ток.Это обычно показано в таблицах светодиодов на следующей диаграмме изменения температуры и прямого напряжения:
Это полезная информация при проектировании цепи постоянного тока, поскольку она дает нам информацию об истинном диапазоне прямых напряжений, которые мы можем видеть в системе. Но давайте перефразируем тот же принцип с точки зрения постоянного напряжения:
Когда светодиод нагревается, его прямой ток увеличивается, если мы сохраняем постоянное напряжение постоянным.
Графически мы можем показать тот же принцип на одном графике (ниже).Если мы используем перспективу постоянного тока, мы можем сказать, что кривая сдвигается влево при повышении температуры. Или, если мы используем перспективу постоянного напряжения, мы можем сказать, что кривая смещается с ростом температуры.
Тепловыделение светодиода зависит в первую очередь от общей рассеиваемой мощности. Следовательно, тот факт, что прямой ток возрастает с повышением его температуры, потенциально катастрофичен, поскольку более высокий прямой ток будет еще больше повышать температуру светодиода, в свою очередь увеличивая его прямой ток в контуре положительной обратной связи.Это называется тепловым выходом из строя светодиодной системы и в лучшем случае приведет к катастрофическим сбоям и, возможно, к пожару и дыму.
Токоограничивающий резистор помогает смягчить эффект увеличения напряжения благодаря своей линейной кривой IV. Кроме того, резисторы ведут себя противоположно светодиодам по отношению к его температуре – при повышении температуры сопротивление также увеличивается.
Эта простая, но полезная особенность резисторов побудила некоторых также называть резисторы, используемые таким образом, как балластный резистор.
Bottom Line
Светодиодные устройства изначально являются устройствами с управлением по току и плохо реагируют на колебания напряжения.
Если вы строите светодиодную систему с использованием источников постоянного напряжения, вы должны быть абсолютно готовы к использованию токоограничивающих резисторов для обеспечения стабильной и безопасной работы светодиодных устройств.
Нужна помощь в создании светодиодной схемы? Свяжитесь с нами, чтобы обсудить сегодня!
,- Программирование
- Электроника
- Проекты «Сделай сам»
- Проекты в области электроники: Как ограничить ток с помощью резистора
By Doug Lowe
Одним из наиболее распространенных применений резисторов является ограничение тока, протекающего через электронный компонент. Некоторые компоненты, такие как светодиоды, очень чувствительны к току.Несколько миллиампер тока достаточно для свечения светодиода; несколько сотен миллиампер достаточно для уничтожения светодиода.
Проект 2-1 показывает, как построить простую схему, которая демонстрирует, как можно использовать резистор для ограничения тока светодиода.
Прежде чем приступить к построению схемы, вот простой вопрос: почему резистор 120 Ом? Почему не больше или меньше значение? Другими словами, как вы определяете, какой размер резистора использовать в такой схеме?
Ответ прост: закон Ома, который может легко указать, какой размер резистора использовать, но сначала вы должны знать напряжение и ток.В этом случае напряжение легко определить: вы знаете, что две батарейки АА обеспечивают 3 В.
Чтобы выяснить ток, вам просто нужно решить, какой ток приемлем для вашей цепи. Технические характеристики светодиода показывают, какой ток может выдержать светодиод. В случае стандартного 5-миллиметрового красного светодиода (такой, который можно купить в RadioShack примерно за 1,5 доллара), максимально допустимый ток составляет 28 мА.
В целях безопасности и убедитесь, что вы не разрушаете светодиод слишком большим током, округлите максимальный ток до 25 мА.
Чтобы рассчитать требуемое сопротивление, вы делите напряжение (3 В) на ток (0,025 А). Результат составляет 120 Ом.
Do , а не , подключите светодиод непосредственно к аккумулятору без резистора. Если вы это сделаете, светодиод будет мигать ярко, а затем он будет мертвым навсегда.
Резистор ограничения тока, резистор ограничения тока, резисторы с проволочной проволокой с низким сопротивлением на заказ
Описание продукта
Особенности
Низкая индуктивность
Очень низкое значение сопротивления
Высокое сопротивление очень высокое значение
На заказ
Номинальные характеристики
| Тип | Сопротивление перемычки |
| Значение сопротивления | <1 Ом |
| Диаметр провода | 0.5 ~ 2,4 мм |
| Шаг | 5 мм, 10 мм ……… и т. Д. |
| Предельное напряжение изоляции | 500 В |
| Рабочая температура | -55 ~ + 200 градусов |
| Номинальная температура окружающей среды | 70 Степень |
| Температурный коэффициент ± 100 ppm / ℃ | |
| Допуск сопротивления | F (± 10%) J (± 5%) E24 Серия |
Размеры
Упаковка и отгрузка
Упаковка: Лента или насыпная упаковка
Доставка: Воздушная / Экспресс / Море
Наши услуги
Пленочный фиксированный резистор
Проволочный фиксированный резистор
Чувствительный резистор
Чип компоненты
Температура датчик
Мощный резистор
Цементный фиксированный резистор
,Основы электричества
Когда вы начинаете изучать мир электричества и электроники, очень важно начать с понимания основ напряжения, тока и сопротивления. Это три основных строительных блока, необходимых для манипулирования и использования электричества. Сначала эти концепции могут быть трудны для понимания, потому что мы не можем их «увидеть».Невозможно увидеть невооруженным глазом энергию, текущую по проводу, или напряжение батареи, сидящей на столе. Даже видимая молния в небе – это не энергетический обмен, происходящий от облаков к земле, а реакция воздуха на энергию, проходящую через нее. Чтобы обнаружить эту передачу энергии, мы должны использовать измерительные инструменты, такие как мультиметры, анализаторы спектра и осциллографы, чтобы визуализировать, что происходит с зарядом в системе. Не бойтесь, однако, этот учебник даст вам базовое понимание напряжения, тока и сопротивления и того, как эти три связаны друг с другом.
Георг Ом
Охвачено в этом уроке
- Как электрический заряд связан с напряжением, током и сопротивлением.
- Что такое напряжение, ток и сопротивление.
- Что такое закон Ома и как его использовать для понимания электричества.
- Простой эксперимент, чтобы продемонстрировать эти понятия.
Рекомендуемое Чтение
и
и
Электрический заряд
Электричество – это движение электронов.Электроны создают заряд, который мы можем использовать для работы. Ваша лампочка, стереосистема, ваш телефон и т. Д. Все используют движение электронов для выполнения работы. Все они работают, используя один и тот же основной источник энергии: движение электронов.
Три основных принципа этого урока могут быть объяснены с помощью электронов или, более конкретно, заряда, который они создают:
- Напряжение представляет собой разницу в заряде между двумя точками.
- Ток – это скорость, с которой течет заряд.
- Сопротивление – это тенденция материала сопротивляться потоку заряда (тока).
Итак, когда мы говорим об этих значениях, мы действительно описываем движение заряда и, следовательно, поведение электронов. Цепь представляет собой замкнутый контур, который позволяет перемещать заряд из одного места в другое. Компоненты в цепи позволяют нам контролировать этот заряд и использовать его для выполнения работы.
Георг Ом был баварским ученым, изучавшим электричество. Ом начинается с описания единицы сопротивления, которая определяется током и напряжением.Итак, начнем с напряжения и пойдем оттуда.
Напряжение
Мы определяем напряжение как количество потенциальной энергии между двумя точками в цепи. Одна точка имеет больше заряда, чем другая. Эта разница в заряде между двумя точками называется напряжением. Он измеряется в вольтах, что, технически, представляет собой разность потенциальной энергии между двумя точками, которая придаст одну джоуль энергии на кулон заряда, который проходит через него (не паникуйте, если это не имеет смысла, все будет объяснено).Устройство «Вольт» названо в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел то, что считается первой химической батареей. Напряжение представлено в уравнениях и схемах буквой «V».
При описании напряжения, тока и сопротивления распространенной аналогией является резервуар для воды. В этой аналогии заряд представлен величиной воды , напряжение представлено давлением воды , а ток представлен потоком воды . Так что для этой аналогии, помните:
- Вода = заряд
- Давление = Напряжение
- Flow = Current
Рассмотрим резервуар для воды на определенной высоте над землей.На дне этого бака есть шланг.
Давление на конце шланга может представлять напряжение. Вода в резервуаре представляет собой заряд. Чем больше воды в баке, тем выше заправка, тем больше давление измеряется на конце шланга.
Мы можем думать об этом аквариуме как о батарее, месте, где мы накапливаем определенное количество энергии, а затем высвобождаем ее. Если мы опустошим наш резервуар на определенное количество, давление, создаваемое на конце шланга, снизится. Мы можем думать об этом как о снижении напряжения, например, когда фонарик становится тусклее, когда батареи разряжаются.Также уменьшается количество воды, которая будет течь через шланг. Меньшее давление означает, что течет меньше воды, что приводит нас к течению.
Текущий
Мы можем представить количество воды, протекающей через шланг из бака, как текущее. Чем выше давление, тем выше расход и наоборот. С помощью воды мы будем измерять объем воды, протекающей через шланг в течение определенного периода времени.18 электронов (1 кулон) в секунду, проходящих через точку в цепи. Усилители представлены в уравнениях буквой «I».
Предположим теперь, что у нас есть два резервуара, каждый со шлангом, идущим снизу. В каждом баке содержится одинаковое количество воды, но шланг в одном баке уже, чем шланг в другом.
Мы измеряем одинаковое количество давления на конце любого шланга, но когда вода начнет течь, расход воды в резервуаре с более узким шлангом будет меньше, чем расход воды в резервуаре с более широкий шланг.В электрическом смысле ток через более узкий шланг меньше, чем ток через более широкий шланг. Если мы хотим, чтобы поток через оба шланга был одинаковым, мы должны увеличить количество воды (заряда) в баке с помощью более узкого шланга.
Это увеличивает давление (напряжение) на конце более узкого шланга, проталкивая больше воды через бак. Это аналогично увеличению напряжения, которое вызывает увеличение тока.
Теперь мы начинаем видеть взаимосвязь между напряжением и током.Но здесь следует учитывать третий фактор: ширину шланга. В этой аналогии ширина шланга является сопротивлением. Это означает, что нам нужно добавить еще один термин в нашу модель:
- Вода = заряд (измеряется в кулонах)
- Давление = напряжение (измеряется в вольтах)
- Поток = ток (измеряется в амперах или «Ампер» для краткости)
- Ширина шланга = сопротивление
Сопротивление
Рассмотрим снова наши два резервуара для воды, один с узкой трубой и один с широкой трубой.
Само собой разумеется, что мы не можем разместить столько же объема через узкую трубу, чем более широкую при одном и том же давлении. Это сопротивление. Узкая труба “сопротивляется” потоку воды через нее, даже если вода находится под тем же давлением, что и резервуар с более широкой трубой.
В электрическом плане это представлено двумя цепями с одинаковыми напряжениями и разными сопротивлениями. Цепь с более высоким сопротивлением позволит протекать меньшему заряду, а значит, цепь с более высоким сопротивлением протекает через нее меньше тока.18 электронов. Это значение обычно представлено в схемах греческой буквой «& ohm;”, которая называется омега, и произносится как “ом”.
закон Ома
Объединяя элементы напряжения, тока и сопротивления, Ом разработал формулу:
Где
- В = Напряжение в вольтах
- I = ток в амперах
- R = сопротивление в омах
Это называется законом Ома.Скажем, например, что у нас есть цепь с потенциалом 1 вольт, током 1 А и сопротивлением 1 Ом. Используя закон Ома, мы можем сказать:
Допустим, это представляет наш танк с широким шлангом. Количество воды в баке определяется как 1 вольт, а «узость» (сопротивление потоку) шланга определяется как 1 Ом. Используя закон Ома, это дает нам ток (ток) 1 ампер.
Используя эту аналогию, давайте теперь посмотрим на бак с узким шлангом. Поскольку шланг уже, его сопротивление потоку выше.Давайте определим это сопротивление как 2 Ом. Количество воды в резервуаре такое же, как и в другом резервуаре, поэтому, используя закон Ома, наше уравнение для резервуара с узким шлангом равно
а какой ток? Поскольку сопротивление больше, а напряжение одинаково, это дает нам значение тока 0,5 А:
Итак, ток ниже в баке с более высоким сопротивлением. Теперь мы можем видеть, что если мы знаем два значения закона Ома, мы можем решить для третьего.Давайте продемонстрируем это с помощью эксперимента.
Эксперимент по закону Ома
Для этого эксперимента мы хотим использовать 9-вольтовую батарею для питания светодиода. Светодиоды хрупкие и могут пропускать через них только определенное количество тока, прежде чем они сгорят. В документации на светодиод всегда будет указан «текущий рейтинг». Это максимальное количество тока, которое может пройти через конкретный светодиод, прежде чем он перегорит.
Необходимые материалы
Для выполнения экспериментов, перечисленных в конце урока, вам потребуется:
ПРИМЕЧАНИЕ. Светодиоды – это то, что называется «неомическими» устройствами.Это означает, что уравнение для тока, протекающего через сам светодиод, не так просто, как V = IR. Светодиод вводит в цепь то, что называется «падением напряжения», тем самым изменяя количество тока, проходящего через него. Однако в этом эксперименте мы просто пытаемся защитить светодиод от перегрузки по току, поэтому мы будем пренебрегать характеристиками тока светодиода и выберем значение резистора, используя закон Ома, чтобы быть уверенным, что ток через светодиод безопасно 20 мА.
Для этого примера у нас есть батарея на 9 вольт и красный светодиод с номинальным током 20 миллиампер или 0.020 ампер. Чтобы быть в безопасности, мы бы предпочли не управлять светодиодом с максимальным током, а с рекомендуемым током, который указан в его спецификации как 18 мА, или 0,018 ампер. Если мы просто подключим светодиод непосредственно к батарее, значения для закона Ома будут выглядеть следующим образом:
следовательно:
и так как у нас пока нет сопротивления:
Деление на ноль дает нам бесконечный ток! Ну, на практике не бесконечно, но столько, сколько может дать батарея. Поскольку мы НЕ хотим, чтобы через наш светодиод протекал такой большой ток, нам понадобится резистор.Наша схема должна выглядеть так:
Мы можем точно так же использовать закон Ома, чтобы определить значение резистора, которое даст нам желаемое значение тока:
следовательно:
подключая наши ценности:
решение для сопротивления:
Итак, нам нужно сопротивление резистора около 500 Ом, чтобы поддерживать ток через светодиод ниже максимального значения тока.
500 Ом не является обычным значением для готовых резисторов, поэтому вместо этого устройства используется резистор 560 Ом.Вот как выглядит наше устройство в сборе.
Удачи! Мы выбрали значение резистора, достаточно высокое, чтобы ток через светодиод был ниже его максимального значения, но достаточно низкое, чтобы ток был достаточным, чтобы светодиод был красивым и ярким.
Этот пример светодиодного / токоограничивающего резистора является обычным явлением в хобби электронике. Вам часто нужно будет использовать закон Ома, чтобы изменить количество тока, протекающего по цепи. Другой пример этой реализации виден на платах светодиодов LilyPad.
При такой настройке вместо необходимости выбирать резистор для светодиода резистор уже встроен в светодиод, поэтому ограничение тока выполняется без необходимости добавления резистора вручную.
Ограничение тока до или после светодиода?
Чтобы все было немного сложнее, вы можете разместить ограничитель тока по обе стороны от светодиода, и он будет работать точно так же!
Многие люди, впервые изучающие электронику, сталкиваются с мыслью, что ограничивающий ток резистор может находиться на любой стороне светодиода, и схема все равно будет функционировать в обычном режиме.
Представьте себе реку в непрерывном цикле, бесконечную, круговую, текущую реку. Если бы мы поместили в него плотину, вся река перестала бы течь, а не только одна сторона. Теперь представьте, что мы поместили водяное колесо в реку, которая замедляет течение реки. Не имеет значения, где в круге расположено водяное колесо, оно все равно замедлит течение всей реки .
Это упрощение, так как резистор ограничения тока не может быть размещен нигде в схеме ; он может быть размещен на по обе стороны от светодиода для выполнения его функции.
Для более научного ответа мы обратимся к Закону напряжения Кирхгофа. Именно из-за этого закона токоограничивающий резистор может идти с любой стороны от светодиода и все еще иметь тот же эффект. Для получения дополнительной информации и некоторых проблем с практикой использования KVL, посетите этот веб-сайт.
Ресурсы и дальнейшее развитие
Теперь вы должны понимать понятия напряжения, тока, сопротивления и того, как эти три взаимосвязаны. Поздравляем! Большинство уравнений и законов для анализа цепей могут быть получены непосредственно из закона Ома.Зная этот простой закон, вы понимаете концепцию, лежащую в основе анализа любой электрической цепи!
Эти понятия – только вершина айсберга. Если вы хотите продолжить изучение более сложных приложений закона Ома и проектирования электрических цепей, обязательно ознакомьтесь со следующими учебными пособиями.
,