Сопротивление для светодиода: как рассчитать при подключении резистора

Устройство светоизлучающего диода

Led представляют собой полупроводниковые приборы с электронно-дырочной областью, создающей оптическое излучение при пропускании через него электрического номинального тока в прямом направлении.

Свет, излучаемый им, находится в узком спектра. Другими словами, его кристалл изначально излучает определенный цвет (если мы говорим о led в видимом объеме), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить только с помощью внешнего светофильтра. Широта излучения диодов во многом зависит от химического состава используемых полупроводников.

Цвета led

Они бывают разных цветов. Есть несколько способов получить желаемый оттенок, которые мы рассмотрим на сайте.

Первый — покрыть линзу люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология применяется для создания белых диодов.

Технология RGB. Тон получается с помощью трех диодов(красного, зеленого и синего) в кристалле. Меняется интенсивность каждого из них и получается нужный оттенок.

Использование примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны и из них изготавливается светодиодный кристалл.

Принцип работы led

Любой СД имеет область соприкосновения. Свечение в светильнике возникает в результате рекомбинации электронов и дырок при электронно-дырочной области. Он создается путем соединения двух полупроводников с разными типами электропроводности, подключаемых к сети. Материал n-типа легирован электронами, материал p-типа — легирован дырками.

При подаче напряжения электроны и дырки в нем начинают двигаться и занимать места. Когда носители заряда приближаются к электронно-дырочной области, электроны оседают в материале p-типа. В результате этого высвобождаются фотоны.

Не все р-n области могут излучать свет. Для прохождения света необходимо соблюдение двух условий:

• ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света;

• полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.

Не получится реализовать это в структуре с одной областью соприкосновения. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.

Для их создания выбирают прямозонные проводники с разрешенным прямым оптической областью зона-зона. Наиболее распространены материалы из группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).

Цвет led лампочки зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему будет излучаемый свет. Изменяя состав, можно добиться люминесценции в широком оптическом размере: от ультрафиолетового излучения до среднего инфракрасного.

Инфракрасные, красные и желтые led изготавливаются на основе фосфида галлия; зеленые, синие и фиолетовые — на основе нитридов галлия.

Виды led, классификация

В зависимости от назначения различают индикаторные и осветительные СД. Первые применяются для стилизации, декоративного освещения, например, украшения зданий, рекламных вывесок, гирлянд. Осветительные приборы применяются для создания яркого освещения в помещении.

В зависимости от типа исполнения различают:

• Dip СД. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным СД. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Применяются редко из-за недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), яркость излучения снижается на 70% при длительной эксплуатации, слабый световой поток.
• Spider led. Эти светодиоды аналогичны предыдущим, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод и повышена надежность компонентов. Активно применяется в автомобильной технике.

• Smd — светодиоды для поверхностного монтажа. Они могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным.
• Cob (Chip-On-Board): кристалл устанавливается непосредственно на плату. К преимуществам этого решения можно отнести защиту от ржавчины, уменьшенные габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды этой марки являются самыми инновационными. Они выбираются для освещения. На подложку можно установить более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Их активно используют в автомобилестроении для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и компьютерных экранов.
• Волоконные — разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды.
• Filament также является инновационным продуктом. Они отличаются высокой энергоэффективностью. Применяются для создания осветительных ламп. Важным преимуществом является возможность монтажа непосредственно на стеклянную подложку. Благодаря подобному нанесению можно рассеивать свет на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, соединенных последовательно. Количество кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Светодиоды filament иногда могут относить к изделиям COB.
• Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Они нужны для создания органических экранов. Они состоят из анода, подложки из стекла или фольги, катода, полимерной прослойки и проводящего слоя из органических материалов. К плюсам можно отнести малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол освещения, невысокую стоимость, длительный срок службы, низкое энергопотребление.

• В отдельную группу выделены светодиоды, излучающие в ультрафиолетовой и инфракрасной амплитуде. Они могут быть с выводами и в виде исполнения smd. Применяются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.

Ассортимент разнообразен, и их можно приобрести на сайте.

Светодиоды могут быть:

• мигающими — нужны для привлечения внимания;
• многоцветными мигающими;
• трехцветными — в одном корпусе несколько несвязанных друг с другом кристаллов, которые работают как по отдельности, так и вместе;
• RGB;
• монохромными.

Светодиоды классифицируются по цвету. Для более точной идентификации цвета в документации на прибор указана длина волны излучения. Либо в характеристиках на сайте онлайн.

Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых тонов (2700К), нейтральных (4200К) и холодных (6000К).

По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Ватт. Интенсивность света напрямую зависит от мощности.

Плюс / минус светодиодов

При неправильном включении светодиод может выйти из строя. Поэтому важно уметь определять противоположность источника света. Полярность — это способность пропускать электрический номинальный ток в одном направлении.

Ее можно определить несколькими способами:

• визуально. Это самый простой способ. Чтобы найти плюс и минус цилиндрического диода со стеклянной колбой, нужно заглянуть внутрь. Площадь катода будет больше площади анода. Если заглянуть внутрь никак, она определяется контактами: длинная ножка соответствует плюсовому электроду. Светодиоды SMD имеют метки. Их называют скосом или ключом, который направлен ​​в сторону отрицательного электрода. На малые смд наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление номинального тока, а значит, этот вывод является отрицательным. Также некоторые светодиоды могут иметь метку с указанием плюса/минуса. Это может быть точка, кольцевая полоса;
• при подключении питания. Подав небольшое напряжение, вы можете проверить противоположность светодиода. Для этого нужен источник номинального тока (батарейка, аккумулятор), к контакту которого приложится светодиод, и токоограничивающий резистор, через который осуществляется подключение. Напряжение резистора должно быть увеличено, и светодиод должен загореться при правильном включении;
• с помощью тестеров. Мультиметр позволяет ее проверить тремя способами. Первый — в положении «проверка сопротивления». Когда красный щуп касается анода, а черный щуп касается катода, на дисплее должна загореться цифра, отличная от 1. В противном случае на дисплее загорится цифра 1. Второй способ — в положении «прозвонка». Когда красный щуп касается анода, загорается светодиод. В противном случае он не будет реагировать. Третий способ — установка светодиода в гнездо транзистора. Если в отверстие С (коллектор) поместить катод, светодиод загорится;
• по технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.

Выбор метода определения зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.

Расчет сопротивления для светодиода

Диод имеет низкое внутреннее сопротивление. Если подключить его напрямую к блоку питания, он перегорит. Чтобы этого не произошло, светодиод подключают к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет можно найти на онлайн-сайте, который производится по закону Ома: R=(U-Uлед)/I, где R — сопротивление токоограничивающего резистора, U — питание источника; Uled -паспортный параметр напряжения для светодиода, I — сила тока. На основании полученного показателя подбирается мощность резистора.

Важно правильно рассчитать напряжение. Сделать это можно через онлайн-калькулятор на сайте. Это зависит от схемы соединения диодов.

Нельзя рассчитать сопротивление, если использовать в схеме мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разных классов точности. Есть резисторы на 10%, 5% и 1%; это означает, что погрешность возможна в указанном масштабе.

При выборе токоограничивающего резистора следует обращать внимание на его мощность: если при малом рассеивании тепла резистор будет перегреваться, он выйдет из строя. Это разорвет электрическую цепь.

Когда использовать токоограничивающий резистор:

• когда проблема эффективности схемы не является основной, например индикация;

• лабораторное исследование.

В остальных случаях светодиоды лучше подключать не через резисторы, а через стабилизирующий драйвер, что особенно актуально для светодиодных ламп.

Особенности включения светодиода

Однако, работая по тому же принципу, что и выпрямительные диоды, светоизлучающие элементы имеют отличительные особенности. Наиболее важные из них:

1. Чрезвычайно отрицательная чувствительность к напряжению обратной противоположности. Светодиод, подключенный к сети неправильно, практически мгновенно выходит из строя.
2. Узкий размер допустимого рабочего тока через p-n-область.
3. Зависимость сопротивления области от температуры, характерная для большинства полупроводниковых элементов.

На последнем пункте стоит остановиться подробнее, так как он является основным для расчета гасящего резистора. В документации на излучающие элементы указывается допустимая зона номинального тока, при котором они сохраняют работоспособность и обеспечивают заданные характеристики излучения. Занижение параметра не смертельно, но приводит к снижению яркости. С определенного предельного показателя прохождение тока через эту область прекращается и свечение будет отсутствовать.

Превышение тока сначала приводит к увеличению яркости свечения, но срок жизни сильно сокращается. Дальнейшее увеличение может отменить всю работу элемента. Поэтому подбор резистора светодиода направлен на ограничение максимально допустимого тока в наихудших условиях.

Напряжение полупроводника ограничено физическими процессами на нем и находится в узком масштабе порядка 1-2 Вольт. 12-вольтовые светодиоды, часто устанавливаемые в автомобилях, могут содержать цепочку соединенных последовательно элементов или ограничительную схему, включенную в конструкцию.

Зачем нужен резистор для светодиода

Применение ограничительных резисторов при включении светодиодов — хоть и не самое эффективное, но зато самое простое и дешевое решение для ограничения тока в допустимых пределах. Схемные решения, позволяющие стабилизировать ток в сети излучателей с высокой точностью, достаточно сложно воспроизвести, а готовые имеют высокую стоимость.

Использование резисторов позволяет выполнить подсветку и освещение самостоятельно, даже начинающим. Главное в этом деле — умение пользоваться руками измерительными приборами и иметь минимальные навыки сварки. Грамотно спроектированный ограничитель с учетом возможных допусков и температурных колебаний может гарантировать нормальную работу светодиодов в течение всего заявленного срока эксплуатации при минимальных затратах.

Параллельное и последовательное включение светодиодов

Для совмещения параметров сети питания и характеристик светодиодов широко распространено последовательное и параллельное соединение различных деталей. Наглядно посмотреть можно будет на сайте онлайн.  Каждый тип соединения имеет преимущества и недостатки.

Параллельное включение

Преимуществом такого подключения является использование одного ограничителя на всю схему. Следует отметить, что этот плюс является единственным, поэтому параллельное соединение практически не встречается, за исключением некачественной промышленной продукции. Недостатки:

1. Мощность рассеивания на ограничительном источнике увеличивается пропорционально количеству параллельно включенных светодиодов.
2. Разброс параметров источника приводит к неравномерному распределению токов.
3. Сгорание одного из излучателей вызывает лавинообразный выход из строя всех остальных из-за увеличения падения напряжения на параллельно соединенной группе.

Несколько повышает эксплуатационные свойства соединение, где ток через каждый излучающий источник ограничивается отдельным резистором. Точнее, это параллельное соединение отдельных электроцепей, состоящих из светодиодов с ограничительными резисторами. Основное преимущество резисторов — большая надежность, так как выход из строя одного или нескольких источников никак не влияет на работу остальных.

Минусом является тот факт, что из-за разброса параметров светодиодов и технологического допуска на номинал сопротивления яркость свечения отдельных источников может сильно различаться. Такая схема содержит много радиоэлементов.

Параллельное соединение с отдельными ограничителями применяют в электроцепях с малым напряжением, начиная с минимума, ограниченного падением напряжения на p-n области.

Последовательное включение

Последовательное соединение излучающих источников получило наибольшее распространение, так как несомненным преимуществом последовательной схемы является абсолютное равенство тока, проходящего через каждый источник. Поскольку ток через одиночный ограничительный резистор и через диод одинаковый, рассеиваемая мощность будет минимальной.

Существенным недостатком является то, что выход из строя хотя бы одного из источников приведет к неработоспособности всей электроцепи. Для последовательного соединения требуется повышение напряжения, минимальный параметр которого увеличивается пропорционально количеству включаемых источников.

Смешанное включение

Применение большого количества излучателей возможно при выполнении смешанного соединения, при использовании нескольких цепочек, соединенных параллельно, и последовательном соединении ограничительного резистора и нескольких светодиодов.

Сгорание одного из источников вызовет неработоспособность отдельной электроцепи, в которой он установлен. Остальное будет работать нормально.

Формулы расчета резистора

Расчет сопротивления светодиодов основан на законе Ома. Исходные параметры для расчета резистора для светодиода:

• напряжение цепи;
• рабочий ток светодиода;
• падение напряжения на излучающем диоде (напряжение питания светодиода).

Показатель сопротивления резистора определяется из выражения:

R = U/I,

где U — падение напряжения на резисторе, а I — прямой ток через светодиод.

Падение напряжения светодиода определяется из выражения:

U = Uпит-Усв,

где Uпит — напряжение, а Usв — паспортное падение напряжения на излучающем диоде.

Расчет светодиода для резистора дает показатель сопротивления, которое не будет находиться в стандартном масштабе величин. Нужно взять резистор с сопротивлением ближе к расчетному показателю по большей стороне. При этом учитывается возможное повышение напряжения. Лучше брать величину резистора, следующую в ряду сопротивлений. Это немного уменьшит ток через диод и снизит яркость свечения, но при этом нивелируется любое изменение величины питающего напряжения и сопротивления диода (например, при изменении температуры).

Перед выбором необходимого номинала резистора следует оценить возможное снижение тока и яркости по сравнению с тем, что указано по формуле:

(R -Rст)R•100%

Если полученное значение резистора меньше 5%, то нужно добавить большее сопротивление, если 5-10%, то можно ограничиться меньшим. Расчет можно также выполнить через онлайн-калькулятор на сайте.

Не менее важным параметром, влияющим на надежность работы, является мощность рассеивания токоограничивающего резистора. Ток, проходящий через участок с сопротивлением, вызывает его нагрев. Чтобы определить мощность, которая будет рассеиваться, используют формулу ниже:

Р = U•U/R

Используют ограничительный резистор, рассеиваемая мощность которого превышает расчетную величну.

Пример:

Есть светодиод с падением напряжения 1,7 Вольт при номинальном токе 20 мА. Он должен быть подключен к цепи  с напряжением 12 Вольт.

Падение напряжения на ограничительном резисторе равно:

U = 12 — 1,7 = 10,3 Вольт

Сопротивление резистора:

R = 10,3/0,02 = 515 Ом.

Ближайшее большее значение в стандартном объеме составляет 560 Ом. При этом показателе уменьшение тока по отношению к установленному чуть меньше 10%, поэтому нет необходимости брать большее значение.

Рассеиваемая мощность в ваттах:

P = 10,3•10,3/560 = 0,19 Вт

Таким образом, для этой схемы можно использовать резистор с допустимой мощностью рассеивания 0,25 Вт.

Расчёт резистора для светодиода

Расчет резистора для светодиода является очень важным моментом перед подключением светодиода к источнику питания. Ведь от этого зависит, как будет работать светодиод. Если сопротивление резистора слишком мало, то светодиод может выйти из строя (перегореть), а если сопротивление слишком велико, то светодиод будет излучать слабый свет. Расчет резистора для светодиода осуществляется по следующей формуле (можно рассчитать также через онлайн-калькулятор на сайте):

• R = (VS — VL) / I

VS — напряжение источника питания (В)

VL — напряжение питания светодиода (обычно 2 вольт и 4 вольт для синих и белых светодиодов)

I — ток светодиода (например, 10 мА = 0,01 А или 20 мА = 0,02 А).

Убедитесь, что выбранный вами электрический ток меньше максимального, на который рассчитан светодиод. Преобразуйте это значение из миллиампер в ампер. Следовательно, результатом расчета будет значение сопротивления резистора в Омах (Ом). Если расчетное значение сопротивления резистора не соответствует нормативному значению резисторов, следует выбрать ближайшее большее значение.

Однако изначально вы можете захотеть выбрать немного более высокое сопротивление, например, для экономии электроэнергии. Но надо помнить, что излучение светодиода в этом случае будет менее ярким. Если напряжение питания = 9 Вольт и у вас красный светодиод (VL = 2), требуемый ток I = 20мА = 0,02А, то R = (9В — 2 В)/0,02А = 350 Ом. Вы должны выбрать резистор на 390 Ом (ближайшее большее значение).

Расчет резистора для светодиода (можно выполнить также онлайн на сайте).

Математический расчет

Для выбора сопротивления вам нужно будет вспомнить школьный курс физики.

На рисунке показана простая последовательная электрическая схема соединения резистора и диода. На схеме применяются следующие обозначения:

• U — входное напряжение источника питания;
• R — резистор с падением напряжения UR;
• LED — светодиод с падением напряжения ULED (паспортное значение) и дифференциальным сопротивлением RLED.

Так как части соединены последовательно, ток I в них одинаков.

Согласно второму закону Кирхгофа:

U=UR+ULED. (1)

При этом воспользуемся законом Ома:

У=И*R. (2)

Подставляем формулу (2) в формулу (1) и получаем:

U = I*R + I*RLED. (3)

С помощью простых математических преобразований формул (1) и (3) находим искомое сопротивление резистора R:

R = (U — ULED) / I. (4)

Для более точного подбора можно рассчитать рассеиваемую мощность резистора Р.

Р = U*I. (5)

Примем напряжение питания U = 10 В.

Характеристики диода: ULED=2 Вольт, I=40мА=0,04А.

Подставляем нужные числа в формулу (4), получаем: R = (10 — 2) / 0,04 = 200 (Ом).

Стоит учесть, что если полученное значение не соответствует стандартному ряду сопротивлений, то следует подобрать деталь большего сопротивления.

Мощность рассеивания (5) будет Р = (10 — 2) * 0,04 = 0,32 (Вт).

Расчет можно произвести на онлайн-калькуляторе на сайте.

Графический расчет

При наличии вольтамперной характеристики легко определить сопротивление резистора графически. Метод выбирается редко, но знать о нем полезно.

Для определения желаемого сопротивления необходимо знать ток нагрузки ILED и напряжение источника питания U. Затем следует перпендикуляр, соответствующий значению тока, до пересечения вольтамперной кривой. Затем проведите прямую линию через точку на графике и значение U, которое покажет ваше максимальное значение IMAX на текущей оси. Подставляем эти цифры в закон Ома (2) и вычисляем сопротивление резистора.

Например, ILED = 10 мА и U = 5 В. Из графика IMAX примерно равен 25 мА.

По закону Ома (2), R = U / IMAX = 5 / 0,025 = 200 (Ом).

Разберем несколько показательных случаев расчета сопротивления в конкретных цепях, представленных на сайте.

Вычисление сопротивления при параллельном соединении светодиодов

При этом напряжение осталось постоянным, а токи сложились. Поэтому при одинаковых входных данных (напряжение источника питания U = 12 Вольт, напряжение и ток диода ULED = 2 Вольт, ILED = 10 мА) расчет будет несколько другим.

Воспользуемся формулой (4) для трех светодиодов.

R = (U — ULED) / 3 * I.

R = (12 — 2) / 3 * 0,01 = 333,3 (Ом).

Мощность рассеивания (5) будет: P = (12 — 2) * 3 * 0,01 = 0,3 (Вт).

Однако это соединение не должно использоваться на практике. Даже светодиоды из одной партии не гарантируют одинаковое падение напряжения. Из-за этого ток в отдельном светодиоде может превышать допустимый, что может привести к выходу его из строя.

Для параллельного соединения светодиодов необходимо к каждому из них подключить резистор.

Вычисление сопротивления при параллельно-последовательном соединении LED элементов

Для подключения большого количества светодиодов целесообразно использовать последовательно-параллельную электрическую схему. Так как в параллельных ветвях напряжение одинаковое, то достаточно найти сопротивление резистора в схеме.

Напряжение питания U = 12 Вольт.

Характеристики диодов одинаковые: ULED=2 Вольт, ILED=10мА.

Максимальное количество светодиодов n для одной ветки рассчитывается следующим образом:

n = (U — ULED) / ULED (6)

В нашем случае n = (12 — 2)/2 = 5 (шт).

Сопротивление резистора для 1 ветки:

R = (U — n * ULED) / ILED. (7)

Для трех светодиодов это будет: R = (12 — 3 * 2) / 0,01 = 600 (Ом).

Результат расчёта

Как правило, оказывается, что резисторов с таким номиналом нет, и вам будет показан ближайший номинал. Если точный подбор резистора невозможен, используйте больший номинал. Подходящее значение можно получить, подключая резистор параллельно или последовательно. Расчет сопротивления для светодиода можно пропустить, если использовать мощный подстроечный или переменный резистор. Самый распространенный тип резистора — 3296 мощностью 0,5 Вт. При использовании источника питания 12 Вольт можно последовательно подключить до 3 светодиодов.

Резисторы бывают разных классов точности: 10%, 5%, 1%. То есть сопротивление может иметь погрешность в этих пределах в положительную или отрицательную сторону. Не забывайте учитывать мощность токоограничительного резистора — это его способность рассеивать определенное количество тепла. Если она будет маленькой, он перегреется и выйдет из строя, разорвав электрическую схему. Для определения плюса/минуса можно либо подать небольшое напряжение, либо воспользоваться функцией проверки диодов на мультиметре. В отличие от режима измерения сопротивления, обычно подается от 2 Вольт до 3Вольт.

Таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета, которую также можно найти на сайте.

Также при расчете светодиодов следует учитывать разброс параметров: у недорогих они будут максимальными, у дорогих — более идентичными. Для проверки этого параметра необходимо включить их на равных условиях, то есть последовательно.

Уменьшив ток или напряжение, уменьшится яркость до еле светящихся точек. Визуально вы сможете оценить это: одни будут светить больше, другие — тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчета резистора для светодиода предполагает, что характеристики светодиодных чипов идеальны, то есть разница равна нулю.

Падение напряжения у распространенных маломощных моделей до 10Вт может быть от 2 В до 12В.При увеличении мощности количество кристаллов в COB диоде увеличивается, на каждом есть падение. Кристаллы соединены последовательно, затем объединены в параллельные цепи. При мощности от 10Вт до 100Вт понижение увеличивается с 12В до 36В. Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках светодиодного чипа. Он зависит от назначения цвета:

• синий;
• красный;
• зеленый;
• желтый;
• трехцветный RGB;
• четырехцветный RGBW;
• двухцветный;
• теплый и холодный белый.

Перед выбором резистора для светодиода на онлайн-калькуляторе необходимо убедиться в параметрах диодов. На Алиэкспресс продают много светодиодов, выдавая их за брендовые. Самые популярные модели резисторов: SMD3014, SMD3528, SMD2835, SMD5050, SMD5630, SMD5730. Например, чаще всего китайцы обманывают на SMD5630 и SMD5730. Цифры на маркировке резистора указывают только на размер корпуса: 5,6 мм на 3,0 мм.

В фирменных резисторах такой большой корпус выбирается для установки мощных кристаллов на 0,5Вт, поэтому у покупателей диодов SMD5630 напрямую ассоциируются с мощностью 0,5Вт. Этим пользуются ушлые китайцы и устанавливают в корпус 5630 дешевый и слабый кристалл в среднем на 0,1 Вт, при этом энергия потребления составляет 0,5 Вт.

Хорошим примером могут служить автомобильные лампы и светодиодные кукурузы, которые поставляются с большим количеством некачественных и слабых светодиодных чипов. Среднестатистический покупатель считает, что чем больше светодиодов, тем лучше они светят и выше мощность. Он ищет хорошего продавца на сайте, который обещает определенные параметры, заказывает, месяц ждет доставки. После проверки выясняется, что китайский продавец обманул и продал какой-то хлам. Вам повезет, если на седьмой раз придут приличные диоды. Обычно делают 5 заказов, а не добившись результата, оформляют заказ в отечественном магазине, который может сделать обмен.

Вычисление светодиодного резистора с использованием закона Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V/I, где V = напряжение на резисторе (в данном случае V = S — VL), I = ток через резистор. Итак, R = (VS — VL) / I. Если вы хотите подключить сразу несколько светодиодов, то можно сделать это последовательно. Это снижает энергопотребление и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например, в виде своеобразной гирлянды. Все светодиоды, соединенные последовательно, должны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечивать надлежащее напряжение.

Пример расчета: красный, желтый и зеленый диоды — при последовательном соединении требуется напряжение питания не менее 8 В, поэтому почти идеальным источником будет 9-вольтовая батарея. VL = 2 В + 2 В + 2 В = 6В (три диода, их напряжения складываются). При напряжении питания VS 9 В и токе диода = 0,015 А сопротивление R = (VS — VL) / I = (9 — 6) / 0,015 = 200 Ом. Берем резистор на 220 Ом (ближайший номинал).

ВАЖНО! Избегайте параллельного подключения светодиодов!

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов. Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светодиод, от приложенного к нему напряжения. Как видно из рисунка, характеристики нелинейны.

Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения в несколько десятых долей вольт ток может измениться в несколько раз. Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (так называемый рабочий участок) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего изготовители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

Приведенные выше характеристики были получены для светодиодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный — к аноду

Мигающие светодиоды и светодиодная лента

Мигающие светодиоды могут мигать, поскольку содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на низких частотах, обычно 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки делают для автосигнализаций, различных индикаторов или детских игрушек. Светодиодные буквенно-цифровые индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше это были практически единственные и самые совершенные средства индикации, их ставили даже на мобильные телефоны.

При последовательном соединении необходимо учесть падение напряжения на каждом диоде, сложить эту сумму, вычесть предыдущую сумму из напряжения питания и рассчитать ток, на который рассчитан один светодиод. При параллельном несколько сложнее: когда второй диод ставишь параллельно, сопротивление, нужное для одного, делишь пополам, а когда их три, то значение сопротивления для двух диодов надо умножать на 0,7, когда диодов четыре, номинал для трех умножается на 0,69, для пяти — номинал для четырех умножается на 0,68 и так далее.

При последовательном соединении мощность резистора такая же, как и у одного диода, независимо от количества, а при параллельном соединении с каждым добавлением диода мощность должна пропорционально увеличиваться. Только при параллельном и последовательном соединении должны быть диоды одного типа. Но лучше ставить на каждый диод свой резистор, потому что диоды имеют самые разные параметры. А как показывает практика, всегда есть слабое звено.

Светодиодные ленты доступны для различных напряжений питания. На ленте есть цепь последовательно соединенных диодов. Количество диодов и сопротивление ограничительных резисторов зависят от напряжения питания ленты.

Наиболее распространенные виды светодиодных лент рассчитаны на подключение к цепи 12 В. Здесь также возможно использование более высокого значения напряжения для работы. Для правильного расчета резисторов необходимо знать ток, идущий через единичный отрезок ленты.

Увеличение длины ленты вызывает пропорциональное увеличение тока, так как минимальное количество участков технологически соединено параллельно. Например, если минимальная длина отрезка составляет 50 см, то 5-метровая лента из 10 таких отрезков будет иметь 10-кратное увеличение потребляемого тока.

Расчет гасящего резистора для светодиода

В первую очередь выясним, как рассчитать сопротивление гасящего резистора, от чего оно зависит и какой мощности должен быть резистор, чтобы питать светодиод от блока питания. Ток (I) через резистор и светодиод протекает одинаковый. Напряжение на резисторе равно разнице между напряжением питания и напряжением на светодиоде (VS-VL). Здесь нужно рассчитать сопротивление резистора (R), при котором по цепи будет протекать напряжение I, а на светодиоде будет напряжение VL.

Допустим, питать светодиод мы будем от батарейки 5В (как правило, такое напряжение питания применяют для питания схем микроконтроллера и другой цифровой аппаратуры). Рассчитаем значение напряжения на гасящем резисторе: для этого нам нужно знать падение напряжения на светодиоде (его можно найти в инструкции к конкретному светодиоду).

Ориентировочные значения падения напряжения для светодиодов (АЛ307 и других малопотребляющих в аналогичном корпусе):

• красный — 1,8…2 В;
• зеленый и желтый — 2…2,4В;
• белый и синий — 3…3,5В.

Допустим, мы будем использовать синий светодиод, падение напряжения здесь — 3В. Рассчитываем напряжение на гасящем резисторе — Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 3В = 2 В. Чтобы рассчитать сопротивление гасящего резистора, нам нужно знать номинальный ток через светодиод. Номинальный ток того или иного типа светодиода можно посмотреть в справочнике. Теория ограничивает у большинства маломощных светодиодов (например, AL307) номинальный ток, который находится в пределе от 10 до 25 мА.

Допустим, для нашего светодиода номинальный ток, при котором он светит достаточно ярко, составляет 20 мА (0,02 А). Получается, что на резисторе будет гаситься напряжение 2 В и пройдет номинальный ток 20мА. Проведем расчет по формуле закона Ома:

R = U/I = 2 В/0,02А = 100 Ом.

В большинстве случаев подходит маломощный резистор мощностью 0,125-0,25 Вт (МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25). Если номинальный ток и падение напряжения на резисторе будут сильно различаться, то не помешает рассчитать мощность резистора:

Р = U * I = 2 В * 0,02А = 0,04 Вт.

0,04 Вт явно меньше номинальной мощности даже для самого маломощного резистора МЛТ-0,125 (0,125 Вт). Сделаем расчет для красного светодиода (напряжение 2 В, номинальный ток 15мА).

• Uгрез = Uпит — Uсвет = 5В — 2 В = 3В.
• R = U/I = 3В/0,015А = 200 Ом.
• Р = U * I = 3В * 0,015А = 0,045 Вт.

При подключении светодиодов не забывайте, что они имеют полярность. Для ее определения светодиода можно использовать мультиметр в режиме прозвонки или омметр. Применение гасящих резисторов оправдано для питания маломощных светодиодов; при их питании нужно использовать специальные светодиодные драйверы и стабилизаторы.

Программы для расчета сопротивления

При большом количестве подключаемых светодиодов, особенно если они соединены как последовательно, так и параллельно, расчет сопротивления каждого резистора вручную может оказаться проблематичным. Проще всего в этом случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления.

Он включает в себя небольшую базу данных наиболее распространенных светодиодов, поэтому нет необходимости вручную вводить значения падения напряжения и номинального тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать нужный светодиод из списка с целью, чтобы рассчитать сопротивление и мощность резисторов, а также нарисовать схему подключения или принципиальную схему.

Онлайн-сервисы и калькуляторы для расчета сопротивления резисторов:

• cxem;
• ledcalc;
• forum220.

Можно ли обойтись без резисторов?

В некоторых случаях вы не можете использовать токоограничивающий резистор. Рассмотренный нами светодиод может питаться напрямую от двух батареек 1,5В. Поскольку его рабочее напряжение составляет 3,2 В, ток, который будет протекать через него, будет меньше номинального тока, и ему не потребуется балласт. Конечно, при таком питании светодиод не будет давать полного светового потока.

Иногда в цепях переменного тока вместо резисторов в качестве токоограничивающих элементов используются конденсаторы. Примером могут служить выключатели с подсветкой, в которых конденсаторы представляют собой «безваттные» сопротивления.

Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов

Объяснение довольно простое: если перегорит один светодиод, то на другой (другие) может попасть больший номинальный ток и начнется перегрев. Поэтому при параллельном соединении на каждый диод нужно обеспечить отдельный резистор.

Неверно:

Верно: