Светодиоды в наши дни нашли применение практически во всех областях деятельности человека. Но, несмотря на это, для большинства обычных потребителей совершенно неясно, благодаря чему и какие законы действуют при работе светодиодов. Если такой человек захочет устроить освещение посредством таких устройств, то множества вопросов и поиска решения проблем не избежать. И главным вопросом будет - «Что это за штука такая – резисторы, и для чего они требуются светодиодам?»
Что такое резистор и его предназначение?
Резистор - это одна из составляющих электрической сети , характеризующаяся своей пассивностью и в лучшем случае, отличающаяся показателем сопротивления электротоку. То есть, в любое время для такого устройства должен быть справедлив закон Ома.
Главное предназначение устройств - способность энергично сопротивляться электрическому току. Благодаря этому качеству, резисторы нашли широкое применение при необходимости устройства искусственного освещения, в том числе и с использованием светодиодов.
Для чего необходимо использование резисторов в случае устройства светодиодного освещения?
Большинству потребителей известно, что обыкновенная лампочка накаливания даёт свет при её прямом подключении к какому-либо источнику питания. Лампочка может работать на протяжении длительного времени и перегорает лишь тогда, когда по причине подачи слишком высокого напряжения чрезмерно нагревается накаливающая нить. В таком случае лампочка, некоторым образом, реализует функцию резистора, потому как прохождение электротока через неё затруднительно, но чем выше подаваемое напряжение, тем легче току удаётся преодолеть сопротивление лампочки. Конечно же, ставить в один ряд такую сложную полупроводниковую деталь, как светодиод и обыкновенную лампочку накаливания нельзя.
Важно знать, что светодиод – это такой электрический прибор
, для функционирования которого предпочтительнее не сама сила тока, а напряжение, имеющееся в сети. Например, если таким устройством выбрано напряжение 1,8 В, а к нему приходит 2 В, то, вероятнее всего, он перегорит – если вовремя не снизить напряжение до требующегося приспособлению уровня. Вот именно с этой целью и требуется резистор, посредством которого осуществляется стабилизация использующегося источника питания, чтобы подаваемое им напряжение не вывело устройство из строя.
В связи с этим крайне важно:
- определиться, какого типа резистор требуется;
- определить необходимость использования для конкретного прибора индивидуального резистора, для чего требуется расчёт;
- учесть вид соединения источников света;
- планируемое число светодиодов в осветительной системе.
Видео: Зачем нужны резисторы
Схемы соединения
При последовательной схеме расстановки светодиодов, когда они располагаются один за одним, обычно хватает одного резистора, если получится правильно рассчитать его сопротивление. Это объясняется тем, что в электрической цепи имеется один и тот же ток
, в каждом месте установки электрических приборов.
Но в случае параллельного соединения, для каждого светодиода требуется свой резистор. Если пренебречь этим требованием, то все напряжение придётся тянуть одному, так называемому «ограничивающему» светодиоду, то есть тому, которому необходимо наименьшее напряжение. Он слишком быстро выйдет из строя , при этом напряжение будет подано на следующий в цепи прибор, который точно так же скоропостижно перегорит. Такой поворот событий недопустим, следовательно, в случае параллельного подключения какого-либо числа светодиодов требуется использование такого же количества резисторов, характеристики которых подбираются расчётом.
Видео: Параллельное подключение светодиодов
Расчёт резисторов для светодиодов
При правильном понимании физики процесса, расчёт сопротивления и мощности данных устройств нельзя назвать невыполнимой задачей, с которой не под силу справиться обычному человеку. Для расчёта требующегося сопротивления резисторов, нужно обязательно учесть следующие моменты:
Видео: Подбор резистора для светодиода
Расчёт резисторов при помощи специального калькулятора
Обычно, расчёт сопротивления таких приспособлений, требующихся для какого-либо светодиода, производится посредством специально предназначенного для этих целей калькуляторов. Такие калькуляторы, удобные и высокоэффективные, не нужно откуда-то скачивать и устанавливать – рассчитать резистор вполне можно и в онлайн-режиме.
Калькулятор расчёта резисторов позволяет с высокой точностью определить требуемую мощность и показатель сопротивления резистора, устанавливающегося в светодиодную цепь.
Для расчёта требующегося сопротивления необходимо в соответствующие строки онлайн-калькулятора внести:
- напряжение питания светодиода;
- номинальное напряжение светодиода;
- номинальный ток.
Далее, требуется выбрать использующуюся схему соединения, а также необходимое число светодиодов.
После нажатия соответствующей кнопки выполняется расчёт и на экран монитора выводятся полученные расчётные данные , при помощи которых можно в дальнейшем без особого труда организовать искусственное светодиодное освещение.
Также в онлайн-калькуляторах имеется некоторая база, содержащая данные о светодиодах и их параметрах. Представлена возможность расчёта:
- номинала приспособления;
- цветовой маркировки;
- потребляемого цепью тока;
- рассеиваемой мощности.
Человек, не сильно разбирающийся в электрике и физике, в большинстве случаев не сможет самостоятельно рассчитать устройства для светодиодов. По этой причине, проведение расчётов при помощи функционального и удобного онлайн-калькулятора – неоценимая помощь для обычных людей
, не владеющих методикой расчётов с применением физических формул.
Большинство известных производителей светодиодов и созданных на их основе лент, на своих официальных сайтах выкладывают и собственный онлайн-калькулятор , с помощью которого можно не только подобрать требующиеся резисторы и светодиоды, но и вычислить параметры использующихся токовых приборов в различных режимах эксплуатации при переменных значениях тока, температуры, подаваемого напряжения и пр.
Для устойчивой работы светодиоду необходим источник постоянного напряжения и стабилизированный ток, который не будет превышать величины, допустимые спецификой конкретного светодиода. Если необходимо подключить светодиоды индикаторные, рабочий ток которых не превышает 50-100мА, можно ограничить ток посредством резисторов. Если речь идет о питании мощных светодиодов с рабочими токами от сотен миллиампер до единиц ампер, то не обойтись без специальных устройств – драйверов (подробнее об этих устройствах читайте в статье "Драйвера для светодиодов" , готовые модели драйверов можно увидеть .). Далее рассмотрим варианты, когда требуемый ток небольшой и обойтись резисторами все же можно.
Резисторы являются пассивными элементами – ток они просто ограничивают, но никак не стабилизируют. Сила тока будет меняться с изменением напряжения в соответствии с законом Ома. Ограничивается ток резистором банальным преобразованием «лишнего» электричества в тепло по формуле
P = I 2 R , где P - выделяемое тепло в ваттах, I - сила тока в цепи в амперах, R - сопротивление в омах.
Устройство при этом, естественно, греется. Способность резистора рассеивать тепло не безгранична и, при превышении допустимого тока, он сгорит. Допустимая рассеиваемая мощность определяется корпусом резистора. Это нужно учитывать при планировании подключения светодиодов и выбирать элементы с, как минимум, двойным запасом прочности.
Если необходимо подключить один светодиод, то сопротивление резистора можно рассчитать, в соответствии с законом Ома, по простой формуле:
R = (U - U L) / I , где R - требуемое сопротивление в омах, U - напряжение источника питания, U L - падение напряжения на светодиоде в вольтах, I - нужный ток светодиода в амперах.
Очень часто нужно подключить не один, а несколько светодиодов. В этом случае возможно их последовательное или параллельное подключение.
Падение напряжения на последовательно соединенных светодиодах суммируется, через каждый из них протекает одинаковый ток. Напряжение источника питание должно быть больше, чем суммарное падение напряжения.
Рассчитывается сопротивление резистора по такому же принципу, как и в случае одного светодиода, только учитывается падение напряжения не на одном светляке, а суммарно для всей цепочки.
Последовательное подключение удобно тем, что требует минимум дополнительных деталей, кроме того, от источника питания не требуется большой ток. Но при большом количестве светодиодов может потребоваться существенное напряжение. Кроме того, если один из последовательной цепочки сгорит, то цепь оборвется и светить перестанут все светодиоды. Также при таком варианте подключения важно использовать совершенно одинаковые светодиоды, иначе их разные параметры будут служить источником дисбаланса. В итоге они могут либо светить неравномерно, либо значительно быстрее выходить из строя.
Параллельное подключение равносильно одновременному подключению отдельных светодиодов, которым совсем «не обязательно знать» о наличии других светодиодов. При этом напряжение источника питания должно превышать падение напряжения на одном светодиоде. Сила тока каждого светодиода может регулироваться индивидуально, выбором сопротивления подсоединенного к нему резистора. Важно, чтобы источник питания «знал», сколько светодиодов к нему подключено, поскольку общая сила тока, которую потребуется от него предоставить, равна сумме токов, протекающих через все светодиоды. Если один из светодиодов выйдет из строя, со свечением остальных ничего не произойдет, поскольку работают они индивидуально. Учтите, что это не относится к параллельным светодиодам, которые питаются от токоограничивающего драйвера! Драйвер стабилизирует ток, выход из строя одной из веток приведет к общему снижению тока. Это снижение драйвер немедленно компенсирует, что приведет к повышению тока на оставшихся ветках. А они могут это и не пережить. По аналогичной причине следует избегать подключения нескольких параллельных светодиодов через один токоограничивающий резистор.
Сопротивление каждого резистора при параллельном подключении светодиодов рассчитывается, повторюсь, так же, как и при подключении одного светодиода.
Параллельное подключение светодиодов не требует высокого напряжения питания, но при его использовании необходимо обеспечить достаточную силу тока. Требуется большее количество деталей, но можно одновременно подключить светодиоды с разными параметрами. Также большее количество токоограничивающих резисторов, которые будут выделять тепло, даст более низкий общий КПД схемы по сравнению с последовательным подключением.
Питание светодиодов не такой простой вопрос, как может показаться. Они крайне чувствительны к режиму, в котором работают и не терпят перегрузок. Самое главное, что нужно запомнить – полупроводниковые излучающие диоды питают стабильным током, а не напряжением. Даже идеально стабилизированное напряжение не обеспечит поддержки заданного режима, это следствие внутренней структуры и принципа действия полупроводников. Тем не менее при грамотном подходе светодиоды можно подключать к питанию через токоограничивающий или добавочный резистор. Его расчет сводится к элементарному подбору такого сопротивления, на котором будут падать лишние Вольты при заданной величине тока. Давайте рассмотрим, как рассчитать его номинал вручную или воспользоваться онлайн калькулятором.
Хоть и главным параметром для питания светодиода является ток, но есть и такой, как падение напряжения. Это величина необходимая для того, чтобы он зажегся. Отталкиваясь от нее проводят вычисления ограничительного резистора.
Типовые напряжения LED разных типов:
| Цвет | Напряжение, В |
| Белый | 2.8-3.2 для маломощных, 3.0 и выше для мощных (более 0.5 Вт) |
| Красный | 1.6-2.0 |
| Зеленый | 1.9-4.0 |
| Синий | 2.8-3.2 |
| Желтый, оранжевый | 2.0-2.2 |
| ИК | До 1.9 |
| УФ | 3.1-4.4 |
Внимание! Если вы не можете найти документацию на имеющийся элемент – при использовании онлайн калькулятора возьмите данные из этой таблицы.
Чтобы сократить теорию, давайте сразу на практике рассчитаем сопротивление для подключения белого светодиода к бортовой цепи автомобиля 12В. Её фактическое значение при заведенном двигателе доходит до 14,2 В, а иногда и выше, значит его и берем для расчетов.
Тогда расчёт сопротивления для светодиода выполняют по :
На светодиоде должно упасть усреднено 3 Вольта, значит нужно компенсировать:
Uрез=14,2-3=11,2 В
У обычного 5 мм светодиода номинальный ток равен 20 мА или 0,02 А. Рассчитываем сопротивление резистора, на котором должно упасть 11,2 В при заданном токе:
R=11,2/0,02=560 Ом или ближайший в большую сторону
Чтобы добиться стабильного питания и яркости в цепь питания дополнительно устанавливают стабилизатор L7805 или L7812 и проводят расчет относительно питающих 5 или 12 Вольт соответственно.
Uрез=220-3=217 В
R=217/0,02=10850 Ом
Так как любой диод пропускает ток в одном направлении, то обратное напряжение приведет к тому, что он выйдет из строя. Значит параллельно светодиоду устанавливают еще один такой же или шунтирующий обычный маломощный выпрямительный диод, например, 1n4007.
С помощью нашего онлайн калькулятора можно рассчитать сопротивление для одного или нескольких соединенных последовательно или цепи параллельных светодиодов:
Если светодиодов несколько, тогда:
- Для последовательного соединения резистор рассчитывают с учетом суммы падений на каждом элементе.
- Для параллельного соединения сопротивление рассчитывают с учетом суммы токов каждого светоизлучающего диода.
Также нельзя забывать о мощности резистора, например, во втором примере с подключением цепи к сети 220В на нем будет выделяться мощность равная:
P=217*0,02=4,34 Вт
В данном случае это будет довольно крупный резистор. Чтобы уменьшить эту мощность, можно еще сильнее ограничить ток, например, в 0,01А, что снизит эту мощность в двое. В любом случае номинальная мощность сопротивления должна быть больше той, которая будет выделяться в процессе его работы.
Для долгой и стабильной работы излучателя при подключении к сети используйте в расчетах напряжение слегка выше номинального, то есть 230-240 В.
Если вам сложно посчитать или вы не уверены в чем-то, тогда наш онлайн калькулятор для расчета резистора для светодиода быстро подскажет вам, какой нужен резистор из стандартного размерного ряда, а также его минимальную мощность.
Нравится(0 ) Не нравится(0 )
Сегодня мы начнем с изучения нового элемента, а именно светодиода. Основные сведения о светодиоде собраны в отдельной статье .
Светодиод, в основном, имеет 2 вывода: длинный вывод (анод) соединяется с плюсом питания, более короткий вывод (катод) с минусом. Светодиод, подключенный наоборот не будет светиться, и кроме того, при превышении определенного напряжения может даже сгореть.
С чего следует начать при работе со светодиодом? С просмотра технических параметров на конкретный светодиод! Иногда необходимые нам сведения можно также получить при покупке в магазине. Что же нам нужно знать? То, что мы ищем – это прямой ток (forward current) и прямое напряжение (forward voltage).
Для светодиода главное — это правильно подобранный ток, так как он напрямую влияет на срок службы светодиода. Поэтому мы говорим, что светодиод — это элемент, питаемый током (не напряжением!).
При изучении datasheet для одноцветных светодиодов размером 5мм вот что было обнаружено:
- красный светодиод: 20 мА / 2,1 В
- зеленый светодиод: 20 мА / 2,2 В
- желтый светодиод: 20 мА / 2,2 В
- оранжевый светодиод: 25 мА / 2,1 В
- синий светодиодный индикатор: 20 мА / 3,2 В
- светодиод белый: 25 мА / 3,4 В
(параметры светодиодов могут незначительно отличаться в зависимости от экземпляра и производителя светодиодов)
Нашим источником питания, как и в предыдущих упражнениях, является кассета из 4 батареек, дающие напряжение около 6 вольт. Теперь встает вопрос: как подобрать резистор для ограничения тока красного светодиода, подключенного согласно следующей схеме:
Наша батарея обеспечивает напряжение порядка 6 вольт. Красному светодиоду необходим ток около 20мА. Плюс ко всему нужно учесть падение напряжения на этом светодиоде, т. е. 2,1 вольт:
U R1 = U B1 – U D1
U R1 = 6В – 2,1В
Теперь достаточно подставить наши данные в формулу:
R1 = 3,9В / 20мА
R1 = 3,9В / 0,02А
Таким вот простым способом мы рассчитали сопротивление резистора R1 для красного светодиода, который должен иметь сопротивление минимум 195 Ом. Но вы не сможете найти такого номинала! Что же делать в таком случае? Надо взять из резистор большей величины, но с максимально близким сопротивлением.
Ближайший в номинальном ряду резисторов находится резистор с сопротивлением 200 Ом, и именно такой мы должны использовать в нашей схеме. Почему? Конечно, ничто не мешает нам использовать резистор большего сопротивления, например, 470 Ом, 2,2 кОм… Но как это повлияет на свечение нашего светодиода? Давайте проверим!
На фото этого конечно не заметно, но светодиод светит очень ярко с резистором 200 Ом. Но что случится, если мы заменим резистор на другой, с большим сопротивлением, например, 470 Ом? Светодиод по-прежнему горит. Дальше будем последовательно увеличивать сопротивление: 2,2кОм, 3,9кОм, 4,7кОм… Обратите внимание, что светодиод с увеличением сопротивления резистора светит все слабее и слабее пока, наконец, вообще не перестает светиться.
Еще одно замечание по существу — необходимо использовать резисторы немного больше, чем это следует из расчетов (например, 210 Ом вместо 200 Ом). Почему? Наверно вы обратили внимание, что для расчетов мы взяли номинальное напряжение нашей батареи, в реальности свежие батарейки могут давать более высокое напряжение и поэтому сопротивление резистора может быть недостаточным. Ток на светодиоде будет выше необходимого, что в конечном счете скажется на сроке его службы.
Еще один пример, из жизни (вернее из частых вопросов). Как подобрать резистор для схемы (в автомобиль) , в которой последовательно соединены два красных светодиода (прямой ток 20 мА, прямое напряжение 2,1 В)?
Величину сопротивления резистора R1 рассчитываем аналогично, как в примере выше, с той лишь разницей, что от напряжения бортовой сети автомобиля (14В), необходимо вычесть падение напряжения на обоих диодах D1 и D2:
U R1 = U E1 – U D1 – U D2
U R1 = 14В – 2,1В – 2,1В
Теперь подставим данные в формулу:
R1 = 9,8В / 20мА
R1 = 9,8В / 0,02А
Резистор R1, к которому подключены последовательно два красных светодиода, должен иметь сопротивление минимум 490 Ом. Ближайший в ряду является резистор номиналом 510 Ом. Если у вас нет резистора номиналом 510 Ом, помните, что вы можете соединить последовательно несколько резисторов, например, 5 резисторов по 100 Ом.
А можем ли мы в этой схеме последовательно подключить еще 5 светодиодов? Нет! На каждом из подключенных светодиодов возникает некоторое падение напряжения, другими словами каждый из них потребляет некоторое количество напряжения, например, каждому красному светодиоду нужно 2,1 вольт. Легко подсчитать, что наша батарея не в состоянии обеспечить такое напряжение:
14В < 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В + 2,1В+ 2,1В + 2,1В
14В < 14,7В
Приведенный выше пример касается схемы, установленной в автомобиле, где источник напряжения 14В.
Следующий пример будет касаться параллельного соединения светодиодов, так как показано на следующем рисунке:
На этот раз предположим, что светодиод — D1 красный (прямой ток 20 мА, прямое напряжение около 2,1 В), а светодиод D2 имеет белый цвет (прямой ток 25 мА, прямое напряжение 3,4 В).
Из первого закона Кирхгофа мы знаем, что:
I = 20мА + 25мА
Подключая светодиоды параллельно к источнику питания, следует помнить, что каждый светодиод должен иметь свой резистор! Теперь давайте посчитаем падение напряжения на каждом из резисторов:
U R 1 = U B 1 – U D 1
U R1 = 6В – 2,1В
U R 2 = U B 1 – U D 2
U R2 = 6В – 3,4В
Мы знаем, силу тока и напряжение, давайте посчитаем сопротивление:
R1 = U R 1 / I 1
R1 = 3,9В / 20мА
R1 = 3,9В / 0,02А
R2 = 2,6В / 25мА
R2 = 2,6В / 0,025А
Резистор R1 должен иметь сопротивление как минимум 195 Ом (ближайший в номинальном ряду резистор на 200 Ом), а резистор R2 должен иметь сопротивление не менее 104 Ом (ближайший в ряду будет на 120 Ом).
Как лучше соединять светодиоды: последовательно или параллельно? Ответ не простой, потому что оба варианта имеют свои плюсы и минусы:
|
Вид соединения светодиодов |
|
|
последовательное |
параллельное |
| для всех светодиодов достаточно одного резистор |
каждый светодиод должен иметь свой собственный резистор |
| повреждение одного светодиода приводит к отключению всей цепочки светодиодов |
при повреждении одного или несколько светодиодов, остальные светодиоды будут светятся |
| низкое значение тока | ток в цепи увеличивается с каждым последующим светодиодом (ток каждой ветви суммируется) |
| требуется более высокое напряжение источника питания с учетом падения напряжения на каждый из светодиодов |
напряжение питания в схеме может быть низким |
Под конец урока рассмотрим еще один популярный вид – мощные светодиоды. Благодаря им, мы можем получить яркий свет. Мощные светодиоды используются, например, в автомобилях, поэтому следующий пример будет касаться именно проблемы установки мощных светодиодов в автомобиле.
Напряжение в сети автомобиля 14 вольт. Мощный светодиод имеет прямой ток 350 мА и падение напряжения 3,3 вольт. Рассчитаем сопротивление для мощного светодиода так, как мы это делали выше:
U R1 = U E1 – U D1
U R1 = 14В – 3,3В
R1 = U R1 / I
R1 = 10,7В / 350мА
R1 = 31 Ом
Для нашего примера надо подобрать резистор минимум 31 Ом. Проблема в том, что мощный светодиод, как указывает само название, имеет большую мощность и здесь обычный резистор не достаточен. Помимо соответствующего сопротивления наш резистор должен иметь соответствующую номинальную мощность, т. е. допустимую мощность, которая выделяется на резисторе при его работе.
Помните, что основная задача резистора — это сопротивление току. При сопротивлении всегда будет выделяться тепло в той или иной степени. Слишком большая мощность может повредить резистор.
Мощность вычисляем по следующей формуле:
P = 10,7В x 350мА
Номинальная мощность нашего резистора — это минимум 3,7 Вт. В связи с этим, наши стандартные резисторы мощностью 0,25 Вт быстро сгорят. В приведенном выше примере необходимо применить резистор на 5 Вт, но лучшим решением использование нескольких резисторов по 5 Вт, соединенных последовательно или параллельно. Почему? Причина в том, что резисторы плохо отводят тепло (хотя бы из-за их формы), а использование нескольких резисторов сразу увеличит общую площадь поверхности, через которую происходит отдача тепла.
При подборе резистора для мощного светодиода необходимо дополнительно учитывать значительное повышение температуры самого светодиода, что вызывает изменение прямого тока. Поэтому лучше взять резистор большего сопротивления, что обеспечит стабильную работу светодиода при увеличении прямого тока из-за его нагрева во время работы.
Но на практике для питания мощных светодиодов применяют стабилизаторы тока, которые будут обсуждаться в последующих уроках.
Общее правило при подборе резистора (резисторов) для светодиодов является использование чуть большего сопротивления, чем это следует из расчетов. Прямой ток и падение напряжения, протекающие через светодиод лучше измерить мультиметром, чтобы в расчетах учитывать реальные параметры конкретного светодиода.
При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор. Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих . Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.
Светодиод как нелинейный элемент
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.
На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА. Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.
Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду, как показано на картинке справа:
Полная же ВАХ выглядит следующим образом:
Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя. Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит. Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы .
Как подобрать резистор для одиночного светодиода
Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:
Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:
где U пит — напряжение питания,
U пад- падение напряжения на светодиоде,
I — требуемый ток светодиода.
При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:
Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять
Из стандартного ряда сопротивлений Е24 подбираем наиболее близкое значение номинала – 510 Ом. Тогда мощность, рассеиваемая на резисторе, составит
Таким образом, потребуется гасящий резистор номиналом 510 Ом и мощностью рассеивания 0.25 Вт.
Может сложиться впечатление, что при низких напряжениях питания можно подключать led без резистора. На этом видео наглядно показано, что произойдет со светоизлучающим диодом, включенного таким образом, при напряжении всего 5 В:
Светодиод сначала будет работать, но через несколько минут просто перегорит. Это вызвано нелинейным характером его ВАХ, о чем говорилось в начале статьи.
Никогда не подключайте светодиод без гасящего резистора даже при низком напряжении питания. Это ведет к его выгоранию и, в лучшем случае, к обрыву цепи, а в худшем – к короткому замыканию.
Расчет резистора при подключении нескольких светодиодов
При последовательном соединении используется один резистор, задающий одинаковый ток всей цепочке led. При этом следует учитывать, что источник питания должен обеспечивать напряжение, превышающее общее падение напряжения на диодах. То есть при соединении 4 светодиодов с падением 2.5 В потребуется источник напряжением более 10 В. Ток при этом для всех будет одинаковым. Сопротивление резистора в этом случае можно рассчитать по формуле:
где — напряжение питания,
— сумма падений напряжения на светодиодах,
— ток потребления.
Так, 4 зеленых светодиода Kingbright L-132XGD напряжением 2.5 В и током 10 мА при питании 12 В потребуют резистора сопротивлением
При этом он должен рассеивать мощность
При параллельном подключении каждому светоизлучающему диоду ток ограничивает свой резистор. В таком случае можно использовать низковольтный источник питания, но ток потребления всей цепи будет складываться из токов, потребляемых каждым светодиодом. Например, 4 желтых светодиода BL-L513UYD фирмы Betlux Electronics с потреблением 20 мА каждый, потребуют от источника ток не менее 80 мА при параллельном включении. Здесь сопротивление и мощность резисторов для каждой пары «резистор – led» рассчитываются так же, как при подключении одиночного светодиода.
Обратите внимание, что и при последовательном, и при параллельном соединении используются источники питания одинаковой мощности. Только в первом случае потребуется источник с большим напряжением, а во втором – с большим током.
Нельзя подключать параллельно несколько светодиодов к одному резистору, т.к. либо они все будут гореть очень тускло, либо один из них может открыться чуть раньше других, и через него пойдет очень большой ток, который выведет его из строя.
Программы для расчета сопротивления
При большом количестве подключаемых led, особенно если они включены и последовательно, и параллельно, рассчитывать сопротивление каждого резистора вручную может быть проблематичным.
Проще всего в таком случае воспользоваться одной из многочисленных программ расчета сопротивления. Очень удобным в этом плане является онлайн калькулятор на сайте cxem.net:
Он включает в себя небольшую базу данных самых распространенных светодиодов, поэтому необязательно вручную набирать значения падения напряжения и тока, достаточно указать напряжение питания и выбрать из списка нужный светоизлучающий диод. Программа рассчитает сопротивление и мощность резисторов, а также нарисует схему подключения или принципиальную схему.
Например, с помощью этого калькулятора был рассчитан резистор для трех XLamp MX3 при напряжении питания 12 В:
Также программа обладает очень полезной функцией: она подскажет цветовую маркировку требуемого резистора.
Еще одна простая программа для расчета сопротивления распространенная на просторах интернета разработана Сергеем Войтевичем с портала ledz.org.
Здесь уже вручную выбирается способ подключения светодиодов, напряжение и ток. Программа не требует установки, достаточно распаковать ее в любую директорию.
Заключение
Гасящий резистор – самый простой ограничитель тока для светодиодной цепи. От его подбора зависит ток, а значит, интенсивность свечения и долговечность led. Однако следует помнить, что при больших токах на резисторе будет выделяться значительная мощность, поэтому для питания мощных светодиодов лучше применять драйверы.