Почему светодиод нужно подключать через резистор
На светодиодной ленте есть резисторы, на печатных платах (где светодиоды служат индикаторами) есть резисторы, даже в светодиодных лампах — и то есть резисторы. В чем же дело? Почему светодиод обычно подключен через резистор? Для чего светодиоду резистор?
На самом деле все очень просто: светодиоду для работы необходимо очень маленькое постоянное напряжение, а если подать больше — светодиод перегорит. Если даже подать немного больше, на 0,2 вольта больше номинала — ресурс светодиода уже начнет стремительно уменьшаться, и очень скоро жизнь этого полупроводникового источника света закончится плачевно.
Например, красному светодиоду для нормальной работы нужно ровно 2,0 вольта, при этом ток его потребления составляет 20 миллиампер. А если подать 2,2 вольта — наступит пробой p-n-перехода.
У разных производителей светодиодов, в зависимости от применяемых полупроводников и технологии создания светодиодов, рабочее напряжение может чуть-чуть в ту или иную сторону отличаться. Однако, взгляните для примера на вольт-амперную характеристику красного SMD светодиода одного известного производителя:
Здесь видно, что уже при 1,9 вольта светодиод начинает слабо светиться, а при подаче на его выводы ровно 2 вольт, свечение получится достаточно ярким, это его номинальный режим. Если теперь увеличивать напряжение до 2,1 вольт — светодиод начнет перегреваться, и стремительно терять свой ресурс. А при подаче более 2,1 вольта — светодиод перегорит.
Теперь вспомним Закон Ома для участка цепи: сила тока в участке цепи прямопропорциональна напряжению на концах этого участка, и обратно пропорциональна его сопротивлению:
Следовательно, если у нас сила тока через светодиод равна 20 мА при напряжении на его выводах в 2,0 В, значит какое светодиод имеет сопротивление в рабочем состоянии, исходя из этого закона? Правильно: 2,0/0,020 = 100 Ом. Светодиод в рабочем состоянии по своим характеристикам эквивалентен резистору номиналом 100 Ом, мощностью 2*0,020 = 40 мВт.
А что если в наличии на плате имеется лишь напряжение 5 вольт или 12 вольт? Как питать светодиод таким высоким напряжением, и чтобы он при этом бы не перегорел? Вот разработчики всюду и решили, что удобнее всего применить дополнительный резистор.
Почему резистор? Потому что это — наиболее выгодный, наиболее экономичный, наименее затратный по ресурсам и рассеиваемой мощности, путь решения проблемы ограничения тока через светодиод.
Итак, если в наличии 5 вольт, а необходимо получить 2 вольта на «резисторе» в 100 Ом, значит необходимо разделить эти 5 вольт между нашим полезным светящимся резистором в 100 Ом (в роли которого выступает ДАННЫЙ светодиод), и другим резистором, номинал которого сейчас предстоит вычислить исходя из того, что имеется в распоряжении:
В данной цепи ток постоянный, не переменный, элементы все в установившемся режиме линейные, следовательно ток по всей цепи будет одной и той же величины, в нашем примере 20 мА — так нужно светодиоду. Следовательно выберем резистор R1 такой величины, чтобы ток через него составил бы тоже 20 мА, а напряжение бы на него пришлось как раз 3 вольта, которые нужно куда-то деть.
Итак: по закону Ома I=U/R, отсюда R=U/I = 3/0,02 = 150 Ом. А мощность? P=U 2 /R = 9/150 = 60 мВт. Подойдет резистор на 0,125 Вт, чтобы не сильно грелся. Теперь всем ясно, для чего светодиоду резистор.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Зачем светодиоду нужен резистор
Часто люди спрашивают, для чего нужен резистор у светодиода? Можно ведь подать 2 В и светодиоду ничего не будет. На самом деле он проработает меньше. чем положено.
Светодиод АЛ307БМ может работать и при 2 В, но так ли долго? Максимально допустимый постоянный прямой 20 мА. Сопротивления этой детали 100 Ом.
Идеальные условия это температура и напряжение питания. В данном случае светодиод будет работать нормально.
Однако, со временем работы, он начнет нагреваться. Это происходит потому, что на нем происходит падение напряжения из-за сопротивления 100 Ом. Соответственно, 2 В полностью падает на светодиод. А проходящий ток по цепи увеличивает мощность, которую надо рассеивать,
Уже при текущей ситуации сопротивление светодиода снизилось из-за температуры. Так как светодиод в цепи один, то сопротивление всей цепи снизилось. Из-за этого увеличивается и ток. А раз увеличивается потребление тока, значит наступает электрический пробой детали, который плавно перерастает в тепловой. Деталь выйдет из строя постепенно, не сразу. Также не стоит забывать и внешние факторы. Температура окружающей среды тоже играет важную роль.
Резистор защищает светодиод от перегрева.
При снижении сопротивления светодиода, он забирает излишнее напряжение на себя. Это делается пропорционально сопротивлению. Например, 10 В и 2 детали по 5 Ом. На первой детали 5 В и на второй. Если у первой уменьшилось сопротивление до 4 Ом, то на ней напряжение будет 4 В, а на второй детали 6 В.
Тот же принцип работает и на этой схеме. Резистор берет на себя излишнюю мощность и уменьшает нагрев светодиода.
Резистор перед диодом зачем
Посидел я на форуме и когда мне надоело отвечать на вопрос «зачем нужны резисторы светодиодам» и поправлять каждый раз, когда кто-то заявляет что его диод рассчитан на напряжение ПИТАНИЯ в 3v и т.п. — я решил написать этот пост.
Попробую вам объяснить на пальцах что, как и почему, чтоб в будущем вы не задавали глупых вопросов.
Вот вам для начала самый главный закон электротехники в более доходчивой форме — образной. Знакомьтесь. Закон Ома :
Мало кто из нас не знаком с основной задачей коробки передач в автомобиле. Она нужна для более быстрого разгона т.к. на первых передачах мы получаем большую тягу, а соответственно и ускорение. Но мы не можем развить большой скорости. На последних же передачах наоборот. Если нам нужно набрать большую скорость на ровной дороге — нам не требуется большой тяги. Нам важнее обороты. Если же мы едим по каким-то огородам после дождя — нам для такой же скорости потребуется гораздо большая тяга. Грунт сопротивляется движению и нам приходится его пропахивать бампером. Если же у нас не хватит тяги — начнут падать обороты. Причём мы заглохнем, если не понизим передачу.
То же самое происходит и в груде лампочек с проводами. Провода — автострада, а лампочки — огород. Тяга это напряжение (вольты), а скорость — ток (амперы). Именно ток нам и нужен всегда. Так же как и от автомобиля нам требуется не тяга, а скорость, которую мы получаем необходимой тягой.
Коробку передач можно представить в электронике как трансформатор, резистор как сцепление, светодиод как тормоз, а двигатель как розетку.
Общего достаточно много для сравнения.
Почему напряжение не столь существенно? Да потому что нам требуется его столько, чтоб ток смог преодолеть препятствие — сопротивление. Если напряжения будет больше — оно всё равно упадёт до нужного нам значения. Какая разница между Жигулём и Хамером, если нам надо ехать по городу не нарушая правил? У Хамера запас больше, вот и всё. На скорость это не повлияет. А вот если ток не контролируется и его нагрузка может брать столько, сколько ей дадут, то брать она будет столько, на сколько хватит напряжения. Это всё равно что выжать педаль газа до упора, а регулировать скорость сцеплением. Казалось бы бред, но в схемах резисторов, которые и являются сцеплением, обычно больше всех остальных деталей. Это потому что педали газа (импульсное управление током) в электронике делать сложнее и дороже сцепления. Поэтому лучше использовать источник питания с как можно меньшим, необходимым для работы прибора, напряжением. Чтоб меньше приходилось «палить диски». Тогда больше ценной энергии пойдёт на нужное дело, а не на нагрев «сцепления».
Поняли что из себя представляют эти всякие вольты и амперы?
Вольт – напряжение – тяга автомобиля
Ампер – ток – скорость автомобиля
Ом – сопротивление – трение дороги, воздуха, тормозных колодок, сцепления и т.п. Именно в различных видах сопротивления электрическая энергия выполняет свою работу.
Вот эти три строки вам надо на время чтения, того что ниже, запомнить.
Ну а теперь о самой сути:
Зачем нужен резистор светодиоду?
Все мы привыкли к тому, что лампочка горит, если её напрямую подключить к источнику питания. Сгорает она только от перегрева нити накала, если перестараться с напряжением. Это происходит потому, что лампочка сама как резистор. Ток через неё пробирается с трудом и ему тем легче, чем выше напряжение. Но зря вы приравниваете сложный полупроводниковый прибор (в народе просто светодиод) с примитивным стеклянным пузырём с куском вольфрама внутри.
Дело в том, что светодиод токовый прибор. Если лампочка сама себе выберет ток, то светодиод выбирает себе напряжение. Т.е. если он выбирает для себя 1,8v, а мы подадим на него 1,9v, то ток вырастет на столько, что он сгорит. Это происходит потому, что он пытается удержать своё напряжение в 1,8v, а источник пытается выдать свои 1,9v. Вот такое соревнование. Если источник слабый и светодиод сумеет просадить на нём напряжение до нужного — он уцелеет, а нет — питальник выиграет смертельную для светодиода битву. Резистор ослабляет источник питания, работая как сцепление в автомобиле с заклинившей педалью газа, чтоб сбросить его скорость.
Зачем вешать на каждый светодиод по отдельному резистору?
Если у вас последовательная цепочка светодиодов (друг за другом), то хватит и одного резистора. Ток во всех точках этой цепи протекает один и тот же.
Но параллельное включение светодиодов не допустимое. Из-за их не идеального производства параметры от светодиода к светодиоду немного прыгают и весь ток, предназначенный для всех светодиодов, на себя потянет тот, который требует наименьшее напряжение. Он посадит напряжение до своей нормы, а остальным светодиодам его не хватит. В итоге получаем сгоревший светодиод. Дальше эстафета передаётся следующему по списку и так мы получаем груду поджаренных диодов.
Несколько замечаний и уточнений:
На светодиодах пишут не напряжение питания, а напряжение падения на них (то, которое они себе выбирают). И оно указывается приблизительное. Это число предназначено только для расчёта резистора и минимального напряжения питания. От напряжения питания нужно отнимать напряжение падения светодиода. Таким образом мы получаем напряжение на резисторе, а ток, который через него протекает, рассчитывается делением напряжения (оставшегося на нём) на его же сопротивление.
Если нужно рассчитать сопротивление этого резистора — делим напряжение, оставшееся на нём, на ток, который нам нужен. Все единицы в омах, вольтах и амперах. Если амперы променяем на миллиамперы, то сопротивление получаем в килоомах.
Современные сверх яркие синие, зелёные и белые светодиоды начали немного походить по свойствам на лампочки. Их можно запитывать напрямую от источника питания, но это ненадёжно т.к. они по прежнему остаются светодиодами и не лишены полностью своего порока. По сути это всё те же светодиоды, но со встроенным резистором где-то на 20 Ом. Ещё они боятся статики, но это отдельная история.
Светодиоды не такие уж и точные в плане удержания напряжения. Если поднимать ток — напряжение падения на них тоже немножечко подымается. Этим можно воспользоваться при параллельном подключении светодиодов с одной партии (у них разброс характеристик минимальный). Сверх яркие вообще можно запаралеливать просто однотипные. На однопартийность им всё равно.
Светодиоды можно отобрать и вручную обычной прозвонкой в мультиметре. Она показывает напряжение падения в милливольтах. Можно отобрать как можно более похожие. Их можно будет соединять параллельно, но все эти методы только для крайних случаев. Личные диетологи светодиодам не повредят.
Вот я и отписался. Надеюсь вы не заснули за клавиатурой, пока пытались осилить всю эту занудятину.
Со всеми жалобами на перегрев мозга обращайтесь ко мне (INFERIONу).
Последний раз редактировалось INFERION; 02.01.2009 в 16:30
| 02.01.2009, 16:12 | |
| Helpmaster | |
Резистор в цепи диода
Для ограничения тока и напряжения на диоде в цепь его питания добавляют резистор. Я понимаю, что резистор ограничивает ток в контуре, независимо от того стоит он перед или после диода, а вот что делать с напряжением, если резистор включен в цепь после диода, то на диод придёт максимальное напряжение и он сгорит?
Голосование за лучший ответ
Напряжение разделится между двумя элементами, сообразно их свойствам. От порядка их следования ничто не меняется — как не меняется сумма от перестановки слагаемых.
Возьми две резинки. Одну потолще и потуже, а другую — потоньше и понежнее. Одинаковой длины. Свяжи их последовательно друг за другом. Теперь возьмись за концы этой связки и создай напряжение — т. е. растяни ее руками. Узелок, который ты завязывал в середине, окажется смещен в сторону той резинки, которая потолще и потуже.
Теперь переверни связку другими концами, и снова растяни. Узелок ОПЯТЬ окажется смещен в сторону более толстой резинки. Если ты в обоих случаях разводишь руки одинаково широко — значит прикладываешь оба раза одинаковое напряжение. И оно каждый раз РАСПРЕДЕЛЯЕТСЯ между двумя элементами, пропорционально их сопротивлениям. И напряжения (т. е. длины) каждого из участков — в обоих случаях получаются такими же.
Вот так же и связка последовательных деталей в электрической цепи. В каком бы порядке ты их ни соединил, они распределят приложенное напряжение между собой сами. Сообразно СВОИМ свойствам.
Никита ШабановУченик (164) 3 года назад
То есть получается делитель напряжения, верно?
Дмитрий Низяев Искусственный Интеллект (793870) Никита Шабанов, да. Только тут надо не забывать, что делитель у тебя строится из деталей разной природы. С двумя резисторами все выглядело бы так, как и с двумя резинками. Но диод — элемент нелинейный, у него сопротивление МЕНЯЕТСЯ в зависимости от приложенного напряжения. Поэтому если хочешь, чтобы он не получил слишком сильного тока и не умер, другое плечо делителя (резистор) надо предварительно рассчитать. Это естественно. Зато потом — можешь их тасовать в любом порядке, ничего уже не изменится.
Никита ШабановУченик (164) 3 года назад
И чем больший резистор мы возьмём, тем больше напряжения будет на нём и меньше на диоде
Дмитрий Низяев Искусственный Интеллект (793870) Никита Шабанов, Если продолжить «резиночную» аналогию, то диод скорее следует заменить куском нитки, а резистор — оставить в виде резинки. Кроме того, для большей наглядности цепочку расположить вертикально — от опоры на стол, до поднятой руки. Прижимаешь нитку пальцем к столу, а за резинку тянешь вверх. Пока напряжение (т. е. высота руки) не достигло некоторой минимальной величины, связка остается расслабленной (ток вообще не течет). Как только нитка поднялась вертикально, узелок ПРЕКРАЩАЕТ подъем, и дальше начинает только растягиваться резинка. Ток появляется и начинает возрастать (это выражается усилием натяжения в нитке). И как только это усилие превысит прочность нитки, она рвется, и узелок взлетает вверх до самой твоей руки. В точности так же ведет себя и диод: пока
не сгорит, на переходе диода упадёт сколько надо
Если хоть раз прийти в школу и послушать про законы Ома и Кирхгофа, то можно придти к выводу, что разницы нет и быть вообще не может.
ТОк в паследавательнай ципи везде адинакав, следаватильна падения напруги будут саатветсвавоть сапратевленею учаска цепи, как ты ёх ни пиристовляй.
Какой кошмаррр))))) Ага, чем левее от R будет деталюха — тем больше на нем будет U. Гениально))))))))))))
без разницы.
Пример расчета резистора ————задается номинальный ток (скажем 0,02 ампер, то есть 20 мА), падение на диоде берется 3в (как правило), питание устройства скажем 27в (можно любое от 5в до 100в,)
R=(27-3)/0.02=24/0.02=1200 Ом = 1.2kОм
мощность резистора должна быть больше, чем . P=24(в квадрате) /1200= 576/1200=0.48 Вт (в итоге брать резистор 1,2кОм 1Вт)
Для практических расчётов часто достаточно: если хотя бы один элемент схемы требует значение напряжения не более допустимого разброса для этого элемента от имеющегося напряжения (5%, 10% обычно), то в расчётах других элементов цепи можно пренебречь наличием этого элемента. То есть — не считать его.
Например, запитать светодиод в сеть 220В.
Паспортные требования к нему, допустим, 2,5В, 20мА. 2,5В это чуть больше 1%. Колебания напряжения сети больше, чем напряжение питания светодиода. Поэтому сразу считать ток через резистор без учёта светодиода. Не забывать о мощности, выделяемой на резисторе и требованиям к светодиоду по прямому напряжению (ставить выпрямительный диод в цепях переменного тока).
Обычно на практике считается: от величины питающего напряжения отнимается рабочее напряжение светодиода и оставшееся значение делится на паспортные значения (или меньшие) тока светодиода. Получившийся результат — искомое значение сопротивления резистора. Потом расчёт мощности резистора: те же значения умножаются.
Светодиоду скоро 60 лет, а ты до сих пор не знаешь как он работает, для синего, красного, и зеленого, 560 Ом при напряжении 14 вольт — мало, они быстро сгорят, надо около кило ома если не больше. В сети есть онлайн калькулятор расчета резисторов для разных диодов.