Расчет гасящего резистора для понижения напряжения

В этом материале мы научимся вести расчет резистора для светодиода, что позволит избавиться от многих проблем при сборке

Таблица напряжения светодиодов в зависимости от цвета

Рабочие напряжения светодиодов разные. Они зависят от материалов полупроводникового p-n перехода и связаны с длиной волны излучения света, т.е. оттенка цвета свечения.

Таблица номинальных режимов разных оттенков цвета для расчета гасящего сопротивления приведена ниже.

Цвет свечения Прямое напряжение, В
Оттенки белого 3–3,7
Красный 1,6-2,03
Оранжевый 2,03-2,1
Желтый 2,1-2,2
Зеленый 2,2-3,5
Синий 2,5-3,7
Фиолетовый 2,8-4,04
Инфракрасный Не более 1,9
Ультрафиолетовый 3,1-4,4

Из таблицы видно, что на 3 вольта можно включать излучатели всех видов свечения, кроме устройств с белым оттенком, частично фиолетовых и всех ультрафиолетовых. Это вязано с тем, что нужно какую-то часть напряжения источника питания «израсходовать» на ограничение тока через кристалл.

При источниках питания 5, 9 или 12 В можно питать единичные диоды или последовательные их цепочки из 3 и 5-6 штук.

Последовательные цепочки снижают надежность устройств, в которых они используются, примерно в число раз, соответствующее количеству светодиодов. А параллельное включение повышает надежность в той же пропорции: 2 цепочки – в 2 раза, 3 – в 3 раза и т.д.

Но небывалая для источников света длительность их работы от 30-50 до 130-150 тысяч часов оправдывает падение надежности, т.к. от нее зависит срок службы устройства. Даже 30-50 тыс. часов работы по 5 часов в сутки – 4 часа вечером и 1 утром каждый день – это 16-27 лет работы. За это время большинство светильников морально устареет и будет утилизировано. Поэтому последовательное соединение широко используется всеми производителями светодиодных устройств.

Результат расчёта

светодиоды Как правило окажется, что резисторы с таким номиналом не выпускаются, и вам будет показан ближайший стандартный номинал. Если не удаётся сделать точный подбор сопротивления, то используйте больший номинал. Подходящий номинал можно сделать подключая сопротивление параллельно или последовательно. Расчет сопротивления для светодиода можно не делать, если использовать мощный переменный или подстроечный резистор. Наиболее распространены типа 3296 на 0,5W. При использовании питания на 12В, последовательно можно подключить до 3 LED.

Резисторы бывают разного класса точности, 10%, 5%, 1%. То есть их сопротивление может погрешность в этих пределах в положительную или отрицательную сторону. Не забываем учитывать и мощность токоограничивающего резистора, это его способность рассеивать определенное количество тепла. Если она будет мала, то он перегреется и выйдет из строя, тем самым разорвав электрическую цепь. Чтобы определить полярность можно подать небольшое напряжение или использовать функцию проверки диодов на мультиметре. Отличается от режима измерения сопротивления, обычно подаётся от 2В до 3В.

Как зависит рабочее напряжение светодиода от его цвета

Таблица зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета.

Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно.

Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.

Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В. Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения цвета:

  • синий;
  • красный;
  • зелёный;
  • желтый;
  • трёхцветный RGB;
  • четырёхцветный RGBW;
  • двухцветный;
  • теплый и холодный белый.
Светодиоды

Светодиоды.

Прежде чем подобрать резистор для светодиода на онлайн калькуляторе, следует убедится в параметрах диодов. Китайцы на Aliexpress продают множество led, выдавая их за фирменные. Наиболее популярны модели SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Например, чаще всего китайцы обманывают на SMD5630 и SMD5730. Цифры в маркировке обозначают лишь размер корпуса 5,6мм на 3,0мм.

Как рассчитать резистор для светодиода?

В фирменных такой большой корпус используется для установки мощных кристаллов на 0,5W , поэтому у покупателей диодов СМД5630 напрямую ассоциируется с мощностью 0,5W. Хитрый китаец этим пользуется, и в корпус 5630 устанавливает дешевый и слабенький кристалл в среднем на 0,1W , при этом указывая потребление энергии 0,5W.

Наглядным примером будут автомобильные лампы и светодиодные кукурузы, в которых поставлено большое количество слабеньких и некачественных ЛЕД чипов. Обычный покупатель считает, чем больше светодиодов чем лучше светит и выше мощность. Автомобильные лампы на самых слабых лед 0,1W Чтобы сэкономить денежку, мои светодиодные коллеги ищут приличные ЛЕД на Aliexpress. Ищут хорошего продавца, который обещает определённые параметры, заказывают , ждут доставку месяц. После тестов оказывается, что китайский продавец обманул, продал барахло. Повезёт, если на седьмой раз придут приличные диоды, а не барахло. Обычно сделают 5 заказов, и не добившись результата и идут делать заказ в отечественный магазин, который может сделать обмен.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Чтобы светодиод светился

Через него необходимо пропустить электрический ток в направлении одной стороны – от анода к катоду. При этом его невозможно подключить напрямую к источнику питания, поскольку он немедленно сгорит. Чтобы обеспечить нормальную работу, необходим ограничитель, которым служит резистор, устанавливаемый в цепь последовательно со светодиодом.

По цветам светодиоды разделяются на красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, белый. Цвет можно определить, лишь включив его, поскольку почти все они изготовлены из прозрачного бесцветного пластика.

Кроме того их также различают по номинальному току потребления. В основном, широкое распространение получили изделия с потребляемым током 10 и 20 миллиампер.

Идеальный источник питания для светодиодов – блок питания компьютера. При использовании в качестве обычного освещения применяются разъемы, на выходе у которых 5 или 12 вольт. Когда они используются в качестве светомузыки, то они подключаются через LPT-порт компьютера.

Какой ток светодиода

По принципу действия светодиоды очень похожи на обычные выпрямительные диоды. Только конструктивное исполнение другое. И первое существенное отличие – это полупроводниковый материал. В случае выпрямительных диодов это чаще кремний. Светодиоды же изготавливаются из разных полупроводников, в зависимости от цвета которым они светятся. Материал определяет прямое напряжение, то есть напряжение, которое прикладывается к светодиоду при прохождении прямого тока через него.

Прямое напряжение – напряжение, равное или превышающее то, при котором ток (прямой ток) начинает течь через диод, и он начинает светиться.

Прямое напряжение и прямой ток

Каждый диод имеет разное прямое напряжение, что важно при выборе ограничительного резистора.

Прямое напряжение зависит от таких факторов, как:

  1. температура окружающей среды,
  2. величина протекающего тока (чем она выше, тем большее напряжение прикладывается к диоду),
  3. используемого производителем полупроводникового материала.

Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где V = напряжение через резистор (V = S – V L в данном случае),  I = ток через резистор.  Итак R = (V S – V L) / I. Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды. Все светодиоды, которые соединены последовательно, долдны быть одного типа. Блок питания должен иметь достаточную мощность и обеспечить соответствующее напряжение.

Пример расчета: Красный, желтый и зеленый диоды – при последовательном соединении необходимо напряжение питания – не менее 8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником.  V L = 2V + 2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются).  Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A, Резистором R = (V S – V L) / I = (9 – 6) /0,015 = 200 Ом. Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).

Как рассчитать резистор для светодиода?

Избегайте подключения светодиодов в параллели!

Онлайн-калькулятор расчета сопротивления

Задача усложняется, если вы хотите подключить не один, а несколько диодов.

Для облегчения самостоятельных расчетов мы подготовили онлайн-калькулятор расчета сопротивления резисторов. Если подключать несколько светодиодов, то нужно будет выбрать между параллельным и последовательным соединениями между ними. И для этих схем нужны дополнительные расчеты для источника питания. Можно их легко найти в интернете, но мы советуем воспользоваться нашим калькулятором.

Вам понадобится знать:

  1. Напряжение источника питания.
  2. Характеристику напряжения диода.
  3. Характеристику тока диода.
  4. Количество диодов.

А также нужно выбрать параллельную или последовательную схему подключения. Рекомендуем ознакомиться с разницей между соединениями в главах, которые мы подготовили ниже.

Читайте также: Основные способы определения полярности у светодиода.

Типовая схема включения

Собственное сопротивление светодиода после насыщения очень мало, и без резистора,ограничивающего ток через светодиод, он перегорит

Порядок: «резистор до» или «резистор после» — не важен

Светодиод как нелинейный элемент

Размеры резисторов до 2 Вт Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов. Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему. Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер.

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

Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор

Никакие диоды, в том числе светодиоды, нельзя включать без ограничения проходящего тока. Резисторы в таком случае просто необходимы. Даже небольшое изменения напряжения вызывают очень сильное изменение тока и, следовательно, перегрев диода.

Если вы планируете подключать несколько диодов, рекомендуем выбирать модели одной фирмы. Одинаковые образцы лучше работают вместе.

Как выбрать резистор для LED

Всё что нужно для питания светодиода, – это источник питания и токоограничивающий элемент, то есть резистор. Предположим, что есть батарея на 9 В и красный светодиод, через который должно протекать 7 мА, или по грамотному говоря 0,007 Ампера. Схема подключения с обозначением напряжения LED и резистора показана далее.

Простейшее светодиодное соединение

Ток течет от «+» клеммы батареи, проходит через резистор, светодиод, а затем возвращается обратно к источнику питания. Подключение резистора последовательно со светодиодом необходимо, чтобы не повредить его протекающим слишком большим током. Можно сказать, что резистор действует как ограничитель тока.

По правилам электроники, напряжение от аккумулятора будет распределяться между резистором и светодиодом:

Нам известен ток протекающий в этой цепи (7 мА), поэтому будем использовать закон Ома:

Приведенная формула позволяет рассчитать номинал резистора, через который следует запитать светодиод.

Какое прямое напряжение на диоде? Известно допустим, что он светится красным цветом, маркировки на нем естественно нет. Значит промежуточное значение из таблицы, которое составляет 1,9 В, будет подходящим.

Расчетное значение резистора:

R = (9 В – 1,9 В) / 0,007 А = 1014 Ом

Сразу замечу, что такого резистора мы не найдем в продаже. Все исходит из определенного стандарта, по которому производятся элементы. Тогда будем использовать ближайший по номиналу доступный резистор в 1000 Ом, то есть 1 кОм.

0.1 Ом 1 Ом 10 Ом 100 Ом 1 кОм 10 кОм 100 кОм 1 МОм 10 МОм
0.11 Ом 1.1 Ом 11 Ом 110 Ом 1.1 кОм 11 кОм 110 кОм 1.1 МОм 11 МОм
0.12 Ом 1.2 Ом 12 Ом 120 Ом 1.2 кОм 12 кОм 120 кОм 1.2 МОм 12 МОм
0.13 Ом 1.3 Ом 13 Ом 130 Ом 1.3 кОм 13 кОм 130 кОм 1.3 МОм 13 МОм
0.15 Ом 1.5 Ом 15 Ом 150 Ом 1.5 кОм 15 кОм 150 кОм 1.5 МОм 15 МОм
0.16 Ом 1.6 Ом 16 Ом 160 Ом 1.6 кОм 16 кОм 160 кОм 1.6 МОм 16 МОм
0.18 Ом 1.8 Ом 18 Ом 180 Ом 1.8 кОм 18 кОм 180 кОм 1.8 МОм 18 МОм
0.2 Ом 2 Ом 20 Ом 200 Ом 2 кОм 20 кОм 200 кОм 2 МОм 20 МОм
0.22 Ом 2.2 Ом 22 Ом 220 Ом 2.2 кОм 22 кОм 220 кОм 2.2 МОм 22 МОм
0.24 Ом 2.4 Ом 24 Ом 240 Ом 2.4 кОм 24 кОм 240 кОм 2.4 МОм 24 МОм
0.27 Ом 2.7 Ом 27 Ом 270 Ом 2.7 кОм 27 кОм 270 кОм 2.7 МОм 27 МОм
0.3 Ом 3 Ом 30 Ом 300 Ом 3 кОм 30 кОм 300 кОм 3 МОм 30 МОм
0.33 Ом 3.3 Ом 33 Ом 330 Ом 3.3 кОм 33 кОм 330 кОм 3.3 МОм 33 МОм
0.36 Ом 3.6 Ом 36 Ом 360 Ом 3.6 кОм 36 кОм 360 кОм 3.6 МОм 36 МОм
0.39 Ом 3.9 Ом 39 Ом 390 Ом 3.9 кОм 39 кОм 390 кОм 3.9 МОм 39 МОм
0.43 Ом 4.3 Ом 43 Ом 430 Ом 4.3 кОм 43 кОм 430 кОм 4.3 МОм 43 МОм
0.47 Ом 4.7 Ом 47 Ом 470 Ом 4.7 кОм 47 кОм 470 кОм 4.7 МОм 47 МОм
0.51 Ом 5.1 Ом 51 Ом 510 Ом 5.1 кОм 51 кОм 510 кОм 5.1 МОм 51 МОм
0.56 Ом 5.6 Ом 56 Ом 560 Ом 5.6 кОм 56 кОм 560 кОм 5.6 МОм 56 МОм
0.62 Ом 6.2 Ом 62 Ом 620 Ом 6.2 кОм 62 кОм 620 кОм 6.2 МОм 62 МОм
0.68 Ом 6.8 Ом 68 Ом 680 Ом 6.8 кОм 68 кОм 680 кОм 6.8 МОм 68 МОм
0.75 Ом 7.5 Ом 75 Ом 750 Ом 7.5 кОм 75 кОм 750 кОм 7.5 МОм 75 МОм
0.82 Ом 8.2 Ом 82 Ом 820 Ом 8.2 кОм 82 кОм 820 кОм 8.2 МОм 82 МОм
0.91 Ом 9.1 Ом 91 Ом 910 Ом 9.1 кОм 91 кОм 910 кОм 9.1 МОм 91 МОм

Таблица номиналов резисторов

Будет ли это иметь большое влияние на источник питания светодиодов? Давайте проверим, рассчитав ток, протекающий через светодиод, предполагая что знаем напряжение питания, напряжение приложенное к диоду, и точное значение резистора используя преобразованный закон Ома:

  • I max1 = (9 В – 1,9 В) / 1014 Ом = 7,0019 мА
  • I max2 = (9 В – 1,9 В) / 1000 Ом = 7,1 мА

Разница настолько мала (0,09 мА), что не о чем беспокоиться!

На самом деле мы даже не знаем точно, какое прямое напряжение на светодиоде. Так давайте проверим, как этот параметр повлияет на ток, протекающий через LED. Предположим, что сопротивление резистора равно 1000 Ом, а напряжение батареи 9 В. Вместо прямого напряжения диода подставим в формулу крайние значения из таблицы.

  • I макс = (9 В – 1,6 В) / 1000 Ом = 0,0074 А = 7,4 мА
  • I мин = (9 В – 2,2 В) / 1000 Ом = 0,0068 А = 6,8 мА

Отклонение от запланированных 7 мА не может превышать 0,4 мА, т.е. всего 6%. Это подтверждает, что нет смысла использовать очень точные данные о прямом напряжении на диоде для расчетов – любое отклонение в любом случае будет минимальным.

Напряжение питания не должно быть слишком низким. Теперь проверим что будет, если запитать тот же красный диод от источника напряжением 2,5 В. Для начала нужно рассчитать резистор. Предположим светодиод U = 1,9 В.

R = (2,5 В – 1,9 В) / 0,007 А = 85 Ом

В этом случае понадобится резистор на 85 Ом, конечно такое значение нигде не найдём. Но оставим это для дальнейших расчетов. Теперь оценим диапазон, в котором будет находиться прямой ток, если прямое напряжение диода достигнет экстремальных значений:

  • I макс = (2,5 В – 1,6 В) / 85 Ом = 10,5 мА
  • I мин = (2,5 В – 2,2 В) / 85 Ом = 3,5 мА

Здесь отклонение может составить 3,5 мА от принятого значения 7 мА, то есть до 50%! Ну и чем вызваны эти несоответствия? Изменилось только напряжение питания: оно уменьшилось с 9 В до 2,5 В. Это и привело к снижению напряжения на резисторе. Затем небольшие колебания прямого напряжения вызывали резкое изменение тока диода.

Поэтому по возможности на токоограничивающем резисторе должно падать максимально возможное напряжение. Это положительно скажется на стабилизации прямого тока диода.

Имейте ввиду, что чем больше напряжения подается на резистор, тем больше энергии потребляемой источником питания теряется. Особенно позаботимся об экономии энергии при работе от батарей. Так что всегда должен быть разумный компромисс.

Параллельное соединение светодиодов

Так же можно подключить светодиоды и параллельно, но это создает больше проблем, чем при последовательном соединении.

raschet-rezistora-dlya-svetodioda-onlajn-kalkulyator-115

Ограничивать ток параллельно соединенных светодиодов одним общим резистором не совсем хорошая идея, поскольку в этом случае все светодиоды должны иметь строго одинаковое рабочее напряжение. Если какой-либо светодиод будет иметь меньшее напряжение, то через него потечет больший ток, что в свою очередь может повредить его.

И даже если все светодиоды будут иметь одинаковую спецификацию, они могут иметь разную вольт-амперную характеристику из-за различий в процессе производства. Это так же приведет к тому, что через каждый светодиод будет течь разный ток. Чтобы свести к минимуму разницу в токе, светодиоды, подключенные в параллель, обычно имеют балластный резистор для каждого звена.

Можно ли обойтись без резисторов?

Действительно, в некоторых случаях можно не использовать токоограничивающий резистор. Рассмотренный нами светодиод можно напрямую запитать от двух батареек 1,5В. Так как его рабочее напряжение составляет 3,2В, то протекающий через него ток будет меньше номинального и балласт ему не потребуется. Конечно, при таком питании светодиод не будет выдавать полный световой поток.

Иногда в цепях переменного тока в качестве токоограничивающих элементов вместо резисторов применяют конденсаторы (подробнее про расчет конденсатора). В качестве примера можно привести выключатели с подсветкой, в которых конденсаторы являются «безваттными» сопротивлениями.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)

(3 оценок, среднее: 4,33 из 5)
loading.gif Загрузка…

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

Материалы по теме:

 Мигающие светодиоды

мигающие светодиоды Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему. Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду. Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек. Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны.

При последовательном соединении надо учитывать падение напряжения на каждом диоде, эту сумму сложить и из напряжения питания вычесть вышеозначенную сумму и уже для неё посчитать ток, еа который рассчитан один светодиод. При параллельном несколько сложнее, когда ставишь в параллель второй диод, резистор, необходимый для одного, делишь пополам, а когда три – тогда номинал резистора для двух диодов надо умножить на 0.7, когда четыре диода – номинал для трёх умножаешь на 0.69, для пяти – номинал для четырёх умножаешь на 0.68 и т.д.

При последовательном соединении мощность резистора как для одного диода, независимо от количества, а при параллельном, при каждом добавлении диода, мощность надо пропорционально увеличивать. Только в параллельном и последовательном соединении должны быть диоды одного типа. Но я всегда ставлю на каждый диод свой резистор, потому как диоды имеют довольно большой разброс параметров. И, как показывает практика, обязательно находится слабое звено.

Материал в тему: как устроен тороидальный трансформатор и в чем его преимущества.

Можно ли обойтись без резисторов

В бюджетных или просто старых приборах используются резисторы. Также они используются для подключения всего только нескольких светодиодов.

Но есть более современный способ – это понижение тока через светодиодный драйвер. Так, в светильниках в 90% встречаются именно драйверы. Это специальные блоки, которые через схему преобразуют характеристики тока и напряжения питающей сети. Главное их достоинство – они обеспечивают стабильную силу тока при изменении/колебании входного напряжения.

Читайте также: Как сделать блок питания из энергосберегающей лампы своими руками.

Сегодня можно подобрать драйвер под любое количество светодиодов. Но рекомендуем не брать китайские аналоги! Кроме того, что они быстрей изнашиваются, ещё могут выдавать не те характеристики в работе, которые заявлены на упаковке.

Резистор

Если светодиодов не так много, подойдут и резисторы вместо достаточно высокого по цене драйвера.

Интересное видео по теме:

Источник питания для схемы

В приведенных рассуждениях специально упущен тот факт, что источник питания является еще одним ограничением. Имейте в виду, что батарейки вообще не обеспечивают стабильного напряжения. Не всегда на выходе батареи Крона мы получим 9 В. Может быть больше у свежей, а может быть меньше у подсевшей. Этот параметр также необходимо учитывать при подробных расчетах.

Выше для наглядности таблица с параметрами напряжения на свинцовой батарее при разной степени разряда.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...