Расчет сопротивления резистора для светодиодов

Подключение светодиода через резистор

Схема подключения светодиода

С учетом представленных данных можно сделать несколько важных промежуточных выводов:

• резистивные защитные схемы применяют при маленькой мощности;
• они не выполняют функции стабилизации;
• пассивный элемент не способен гасить импульсные броски напряжения.

Приемлемые показатели эффективности можно получить при создании:

• датчиков;
• индикаторов;
• сигнализаторов.

Для маленькой локальной подсветки аквариума такое решение подойдет. Однако вряд ли будет приемлемым длительное потребление большого количества энергии. Отсутствие стабилизации проявляется заметным изменением яркости при увеличении/уменьшении напряжения.

Что такое резистор

Резистор – это механизм, встраиваемый в электрическую цепь для увеличения уровня сопротивления поступающего тока. Название образовалось от латинского слова «resisto», что означает «сопротивляюсь».

На рынке можно отыскать резисторы различных размеров и назначений – все зависит от нужных параметров и заданных целей

Считается «пассивным» элементом электрической схемы (означает, что деталь работает только на ограничение проходящего тока). Условное обозначение на схеме электроцепи определено ГОСТом 2.728-74

Размеры ГОСТ

Важно! Первый резистор привычной современникам формы запатентовал американский изобретатель Отис Бойкин в 1959г. Начальные варианты использовались в телевизорах, радиоприемниках

Подключение модулей пожаротушения к Сигнал-20М.

Подключение нагрузки в новом «Сигнал-20М» проработано лучше, но вот использовать этот прибор можно только в системах пожаротушения тонкорасспыленной водой ТРВ.

Есть конечно интересная возможность, описанная в статье Пожаротушение на основе С2000М и С2000-КДЛ.

Запуск выходов прибора «Сигнал-20М» ничем не отличается от запуска выходов адресных устройств «С2000-СП2 ИСП2» и интерфейсных «С2000-КПБ» под управлением «С2000М» (не путать с подключением «С2000-КПБ» в качестве ведомого к «С2000-АСПТ»).

Но это скользкий путь и рассматриваю его здесь в качестве примера.

Новый прибор «Сигнал-20М» имеет целых 4 выхода, которые позволяют подключить модули пожаротушения.

Схема подключения исполнительного устройства цепи запуска АУП:

Цитата из руководства по эксплуатации:

Никаких добавочных сопротивлений не предусмотрено.

Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении

Диоды можно соединять последовательно в цепочку. Для этого нужно анод устройства соединить с катодом другого, и так продолжать цепочку, пока не достигнете нужного размера. Соединение происходит с помощью резистора, который ограничивает ток, поступающий на элементы, чтобы избежать их поломки. Зная закон Ома, можно найти сопротивление включенного в схему резистора: R=(U-ULED1+…+ULEDn)/ILED Где U — напряжение сети; ULED1– ULEDn — сумма напряжений включенных в цепь светодиодов. ILED — ток, являющийся оптимальным для светодиодов. Мощность резистора вычисляется по формуле: P = I2*R

Преимущества последовательного соединения:

• В цепочке один ток;
• Простое и быстрое соединение;
• Возможное количество светодиодов ограничено уровнем напряжения;
• При выходе из строя одного диода, перестаёт работать вся цепочка.

Расчет резистора для светодиода

Надежная работа светодиода зависит от тока, протекающего через него. При заниженных значениях, он просто не будет светить, а при превышении значения тока – характеристики элемента ухудшатся, вплоть до его разрушения. При этом говорят – светодиод сгорел. Для того чтобы исключить возможность выхода из строя этого полупроводника необходимо подобрать в цепь с включенным в нее, резистором. Он будет ограничивать ток в цепи на оптимальных значениях.

Вычисление номинала сопротивления

Для работы радиоэлемента на него нужно подать питание. По закону Ома, чем больше сопротивление отрезка цепи, тем меньший ток по нему протекает. Опасная ситуация возникает, если в схеме течет больший ток, чем положено, так как каждый элемент не выдерживает большей токовой нагрузки.

Сопротивление светодиода является нелинейным. Это значит, что при изменении напряжения, подаваемого на этот элемент, ток, протекающий через него, будет меняться нелинейно. Убедиться в этом можно, если найти вольт — амперную характеристику любого диода, в том числе и светоизлучающего. При подаче питания ниже напряжения открытия p – n перехода, ток через светодиод низкий, и элемент не работает. Как только этот порог превышен, ток через элемент стремительно возрастает, и он начинает светиться.

Если источник питания соединять непосредственно со светодиодом, диод выйдет из строя, так как не рассчитан на такую нагрузку

Чтобы этого не произошло – нужно ограничить ток, протекающий через светодиод балластным сопротивлением, или произвести понижение напряжения на важном для нас полупроводнике

Рассмотрим простейшую схему подключения (рисунок 1). Источник питания постоянного тока подключается последовательно через резистор к нужному светодиоду, характеристики которого нужно обязательно узнать. Сделать это можно в интернете, скачав описание (информационный лист) на конкретную модель, или найдя нужную модель в справочниках. Если найти описание не представляется возможным, можно приблизительно определить падение напряжения на светодиоде по его цвету:

• Инфракрасный — до 1.9 В.
• Красный – от 1.6 до 2.03 В.
• Оранжевый – от 2.03 до 2.1 В.
• Желтый – от 2.1 до 2.2 В.
• Зеленый – от 2.2 до 3.5 В.
• Синий – от 2.5 до 3.7 В.
• Фиолетовый – 2.8 до 4 В.
• Ультрафиолетовый – от 3.1 до 4.4 В.
• Белый – от 3 до 3.7 В.

Рисунок 1 – схема подключения светодиода

Ток в схеме можно сравнить с движением жидкости по трубе. Если есть только один путь протекания, то сила тока (скорость течения) во всей цепи будет одинакова. Именно так происходит в схеме на рисунке 1. Согласно закону Кирхгоффа, сумма падений напряжения на всех элементах, включенных в цепь протекания одного тока, равно ЭДС этой цепи (на рисунке 1 обозначено буквой Е). Отсюда можно сделать вывод, что напряжение, падающее на токоограничивающем резисторе должно быть равным разности напряжения питания и падения его на светодиоде.

Так как ток в цепи должен быть одинаковым, то и через резистор, и через светодиод ток получается одним и тем же. Для стабильной работы полупроводникового элемента, увеличения его показателей надежности и долговечности, ток через него должен быть определенных значений, указанных в его описании. Если описание найти невозможно, можно принять приблизительное значение тока в цепи 10 миллиампер. После определения этих данных уже можно вычислить номинал сопротивления резистора для светодиода. Он определяется по закону Ома. Сопротивление резистора равно отношению падения напряжения на нем к току в цепи. Или в символьной форме:

R = U (R)/ I,

где, U (R) — падение напряжения на резисторе

I – ток в цепи

Расчет U (R) на резисторе:

U (R) = E – U (Led )

где, U (Led) — падение напряжения на светодиодном элементе.

С помощью этих формул получится точное значение сопротивления резистора. Однако, промышленностью выпускаются только стандартные значения сопротивлений так называемые ряды номиналов. Поэтому после расчета придется сделать подбор существующего номинала сопротивления. Подобрать нужно чуть больший резистор, чем получилось в расчете, таким образом, получится защита от случайного превышения напряжения в сети. Если подобрать близкий по значению элемент сложно, можно попробовать соединить два резистора последовательно, или параллельно.

Подбор мощности резистора

Если подобрать сопротивление меньшей мощности, чем нужно в схеме, оно просто выйдет из строя. Расчет мощности резистора довольно прост, нужно падение напряжения на нём умножить на ток, протекающий в этой цепи. После чего нужно выбрать сопротивление с мощностью, не меньшей рассчитанной.

Ошибочные подходы к выбору затворного резистора

Другими словами, для транзистора неважно, каким будет номинал резистора, — он ставится лишь для того, чтобы не перегрузить драйвер. Возьмем типовой расчет нагрузочной способности драйвера, например у CT Concept в :. PDRV = Qgate×fin×ΔVgate + Cge×fin×ΔVgate

P_DRV = Q_gate×f_in×ΔV_gate + C_ge×f_in×ΔV_gate.

Как видим, в этой формуле нет зависимости мощности от импульсного тока и от резистора. И действительно, если заряд затвора транзистора составляет, например, 1 мкКл, то какой резистор ни поставь — все равно транзистору нужен 1 мкКл, чтобы включиться или выключиться. Резистор определяет время, то есть 1 мкКл может перезарядить затвор за 0,1 мкс, а может за 10 мкс, но средняя мощность потребления нагрузкой драйвера от резистора не зависит, а потому такой подход к выбору затворного резистора неверен в принципе.

По большей части в данном случае подразумеваются задержки и длительности фронтов, особенно на выключении (обратный выброс) и по напряжению. На самом деле резистор практически не влияет на длительность фронта по напряжению, так что сама величина обратного выброса не зависит от резистора. В частности, время, приведенное в паспорте транзисторов, как правило, нормируется по току, а не по напряжению (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Диаграмма определения временных характеристик Fuji

Рис. 2. Диаграмма определения временных характеристик International Rectifier

И даже для тока эта зависимость относительно непринципиальна (например, разброс значений на рис. 3 и 4). Но если говорить об обратном выбросе, то на его величину влияет задержка выключения транзистора (по току), которая уже непосредственно зависит от номинала затворного резистора. Чем больше задержка, тем медленнее происходит «рассасывание» тока в нагрузке, а значит, тем меньше тока в нагрузке для формирования амплитуды выброса напряжения на выключении. Иначе говоря, физика процесса другая, сам процесс многоступенчатый и очень нелинейный, а потому выбирать резистор, исходя из времени выключения для снижения амплитуды обратного выброса, — не совсем верно.

Рис. 3. График зависимости временных характеристик от номинала затворного резистора для SKM300GB126D (SEMIKRON)

Рис. 4. График зависимости временных характеристик от номинала затворного резистора для IRGP4069D (International Rectifier)

Подход в основе своей верен, что будет показано далее. Но неверно, что разработчик зачастую считает, будто дальнейшее увеличение сопротивления уже не нужно, избыточно и, кроме внесения дополнительных динамических потерь, ничего не дает. А это уже неправильное суждение. Для корректной работы схемы номинал резистора должен быть хотя бы в несколько раз выше минимального сопротивления, исключающего звон на переключении. В противном случае неизбежны мощные индуктивные выбросы на выключении, большие потери энергии на обратном диоде, ударные токи на включении и т. п. Все этот никак не способствует повышению надежности преобразователя, а потому такой подход к выбору сопротивления затворного резистора тоже некорректен.

При этом зачастую понятие «согласование» не раскрывается, но считается, что, какой номинал ни поставь, — что 1 Ом, что 1 кОм, — ничего от этого в принципе не изменится. Нужно отметить следующее: такое мнение (исключительно из опыта автора) превалирует в среде разработчиков преобразователей малой мощности. На самом деле, конечно, номинал затворного резистора допускает большую погрешность: 1–3 Ом, 25–75 Ом и т. д., вплоть до ±50% от расчетного значения. Даже подобный разброс практически не влияет на работу преобразователя, а при необходимости легко компенсируется иными цепями включения транзистора. Но даже для ±50% необходимо хотя бы знать порядок этого номинала: единицы, десятки, сотни ом… А такой разброс начального значения уже нельзя проигнорировать.

Словом, зачастую нет корректного понимания назначения затворного резистора, и далее пойдет речь о действительном назначении данного элемента схемы.

В каких случаях допускается подключение светодиода через резистор?

Подключать светодиод через резистор можно, если вопрос эффективности схемы не является первостепенным. Например, использование светодиода в роли индикатора для подсветки выключателя или указателя сетевого напряжения в электроприборах. В подобных устройствах яркость не важна, а мощность потребления не превышает 0,1 Вт. Подключая светодиод с потреблением более 1 Вт, нужно быть уверенным в том, что блок питания выдаёт стабилизированное напряжение.

Если входное напряжение схемы не стабилизировано, то все помехи и скачки будут передаваться в нагрузку, нарушая работу светодиода. Ярким примером служит автомобильная электрическая сеть, в которой напряжение на аккумуляторе только теоретически составляет 12 В. В самом простом случае делать светодиодную подсветку в машине следует через линейный стабилизатор из серии LM78XX. А чтобы хоть как-то повысить КПД схемы, включать нужно по 3 светодиода последовательно. Также схема питания через резистор востребована в лабораторных целях для тестирования новых моделей светодиодов. В остальных случаях рекомендуется использовать стабилизатор тока (драйвер). Особенно тогда, когда стоимость излучающего диода соизмерима со стоимостью драйвера. Вы получаете готовое устройство с известными параметрами, которое остаётся лишь правильно подключить.

Маркировка переменных резисторов

Российская маркировка переменных сопротивлений до 1980 года – например, СП4-18:

1. Тип изделия обозначается СП.
2. Первая цифра – разновидность материала и технология изготовления – 4.
3. Вторая – регистрационный номер типа резистора –18.

Маркировка группы по технологии изготовления и материалу:

• 1 – непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые;
• 2 – непроволочные тонкослойные металлопленочные и металлооксидные;
• 3 – непроволочные композиционные пленочные;
• 4 – непроволочные композиционные объемные;
• 5 – проволочные;
• 6 – непроволочные тонкослойные металлизированные.

Сейчас действует новая система маркировки переменных и подстроечных резисторов – например, РП1-46:

1. Тип изделия обозначается РП.
2. Первая цифра определяет группу по материалу резистивного элемента (1 – непроволочные, 2 – проволочные и металлофольговые).
3. Вторая цифра – регистрационный номер разработки конкретного типа сопротивления.

Таблица номиналов

Техническое обозначение

В радиоэлектронных схемах и технической документации принято условное обозначение резистора в виде латинской буквы R, вне зависимости от того, как он устроен. Возле буквы подписывается номинал элемента в соответствии с международной системой единиц (СИ) и его порядковый номер. Например, R21 150к означает, что радиодеталь имеет 21 номер в спецификации к схеме, а значение её сопротивления составляет 150 килоом.

Условно графическое обозначение принято изображать по ГОСТ 2 .728−74 ЕСКД. Согласно ему резистор изображается как прямоугольник, с каждой середины боковых граней которого выводится прямая линия, обозначающая вывод.

Если необходимо дополнительно указать мощность рассеивания элемента, то в середине прямоугольника ставятся чёрточки или римские цифры. Например, одна косая черта обозначает максимально допустимое рассеивание энергии 0,25 Вт, а римская двойка — 2 Вт. Такое обозначение резистора принято в странах Европы и бывшего СССР, в то время как в США он изображается в виде ломаной линии.

Вам это будет интересно Характеристика и схема подключения электросчётчика СО-505

В случае изображения регулируемого резистора сверху чертится стрелка, обозначающая подвижный контакт. Кроме этого, для подчёркивания особенности конструкции прямоугольник перечёркивается наклонной линией, внизу которой рисуется полочка. Возле неё ставится буква, служащая классификатором элемента. Например, U — для варистора, P — для тензорезистора.

На самом корпусе резистора проставляется цифробуквенный код или рисуются цветные полоски. Такая маркировка нужна для того, чтобы можно было определить, какой у резистора номинал, не прибегая к измерениям и схемам.

Число в коде обозначает сопротивление в омах, а буква, стоящая после него, указывает на множитель. В полосочном же обозначении используется принцип того, что каждый цвет полоски соответствует своему порядку. Например, красный — двойке, зелёный — пятёрке. Первые две полоски обозначают номинал, третья — множитель, а четвёртая и пятая — допуск.

Чем отличается резистор от реостата, транзистора

Реостат является электрическим аппаратом. Который способен регулировать ток и напряжение в электрической цепи. В общем это аналог переменного резистора. Он включает проводящий элемент и регулятор сопротивления. Влиять на изменение показателя можно плавно, а при желании это можно сделать ступенчато. В стандартизации реостатом называют резисторы переменные, регулировочные и подстроечные.

Транзистор является прибором для управления электрическим током. По сути он усиливает ток и может им управлять, а проводник регулирует сопротивление в сети. Внешне два элемента значительно отличаются друг от друга. Резистор имеет цилиндрическую форму и цветную окраску, а транзистор облачен в пластиковый или металлический квадратный корпус.

Выводы: проводники имеют одинаковую функциональность, а у транзистора разную. Также транзистор – это полярный элемент, а резистор – неполярный. По этой причине перепутать два элемента можно только в том случае, если человек совершенно далек от электротехники и радиоэлектроники.

Резистор необходимый элемент во всех микросхемах современных электроприборах. Оказывая сопротивление в цепи, полупроводник делит или уменьшает напряжение, благодаря чему, различные приборы могут работать от сети. Сопротивление тока измеряется в Омах, а грамотный подбор полупроводника обеспечит продолжительную работу любого электроприбора. Так мы выяснили, что такое резистор и для чего он нужен, чем отличается от реостата и транзистора и как обозначается на схемах.

Как определить мощность резистора

Существует два способа определить уровень сопротивления той или иной модели – размер и формула.

Понять, как определить мощность конкретного резистора по внешнему виду, несложно – для этого установлены стандарты. Установленным габаритам стараются соответствовать все производители электротехнических деталей. В СССР были созданы таблицы, согласно которым мощность устройств регулировалась по длине и диаметру.

Важно! На элементах российского производства и некоторых зарубежных аналогах (сопротивлением в 1Вт и больше) значение мощности указывается на внешнем корпусе с помощью цифр. На иностранных устройствах другого уровня сопротивления дополнительно печатают букву «W»

Маркировка

Важно! На некоторых элементах импортного производства могут стоять другие обозначения. Это возможно, если производитель отказывается применять общепринятые стандарты

Кроме этого – при определении мощности резистора по внешнему виду важно помнить, что стандарты отечественных моделей несколько выше (идентичные российские модели немного крупнее). Вам это будет интересно Какое бывает поражение человека электрическим током

Вам это будет интересно Какое бывает поражение человека электрическим током

Мощность тока, выделяющаяся на резисторе, также определяется по специальной формуле. В качестве основы используется закон Ома, уравнение имеет следующий вид:

R = U / I, в которой R – сопротивление, U – напряжение в точках вывода В, I – сила тока на заданном участке.

Важно! Электротехнические платы редко содержат один элемент. Чаще платы содержат множество составляющих, соединяющихся последовательно или параллельно

Последовательная сцепка означает, что выход одного элемента соединяется с входом следующего – один за другим. Для расчета, используют онлайн-калькуляторы или следующую формулу мощности тока, выделяющегося на резисторе:

R123 = R1 + R2 + R3.

Элементов в формуле должно быть столько, сколько сопротивлений содержит электрическая схема.

Параллельное соединение означает, что резисторы соединяются парно, а формула выглядит следующим образом:

R = (R1 * R2) / ( R1 + R2).

Схема с резистором

Результат обычно меньше, чем значение самого маломощного элемента в системе. В некоторых схемах применяют смешанное соединение. Расчет применяется поэтапно – сначала вычисляют последовательные, затем параллельные. Результат складывается и получается итоговое сопротивление технической платы.

Полупроводниковые резисторы

Это полупроводниковые приборы с двумя выводами, обладающие зависимостью электрического сопротивления от параметров среды — температуры, освещенности, напряжения и др. Для изготовления таких деталей используют полупроводниковые материалы, легированные примесями, тип которых определяет зависимость проводимости от внешнего воздействия.

Существуют следующие типы полупроводниковых резистивных элементов:

1. Линейный резистор. Изготовленный из слаболегированного материала, этот элемент имеет малую зависимость сопротивления от внешнего воздействия в широком диапазоне напряжений и токов, чаще всего он применяется в производстве интегральных микросхем.
2. Варистор — элемент, сопротивление которого зависит от напряженности электрического поля. Такое свойство варистора определяет сферу его применения: для стабилизации и регулирования электрических параметров устройств, для защиты от перенапряжения, в других целях.
3. Терморезистор. Эта разновидность нелинейных резистивных элементов обладает способностью изменять свое сопротивление в зависимости от температуры. Существует два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого падает с ростом температуры, и позистор, чье сопротивление растет вместе с температурой. Терморезисторы применяются там, где важен постоянный контроль над температурным процессом.
4. Фоторезистор. Сопротивление этого прибора меняется под воздействием светового потока и не зависит от приложенного напряжения. При изготовлении используется свинец и кадмий, в ряде стран это послужило поводом для отказа от применения этих деталей по экологическим соображениям. Сегодня фоторезисторы уступают по востребованности фотодиодам и фототранзисторам, применяемым в аналогичных узлах.
5. Тензорезистор. Этот элемент устроен так, что способен менять свое сопротивление в зависимости от внешнего механического воздействия (деформации). Используется в узлах, преобразующих механическое воздействие в электрические сигналы.

Такие полупроводниковые элементы, как линейные резисторы и варисторы, характеризуются слабой степенью зависимости от внешних факторов. Для тензорезисторов, терморезисторов и фоторезисторов зависимость характеристик от воздействия является сильной.

Полупроводниковые резисторы на схеме обозначаются интуитивно понятными символами.

На резисторе внешней цепи аккумулятора выделяется тепловая мощность 10 Вт

Этот параметр и условие являются актуальными при последовательном подключении трех аккумуляторов. Если к концам подведена внешняя цепь с аккумулятором, то для каждого следующего аккумулятора значение будет увеличиваться в 2 раза. Но поскольку мощность зависит от напряжения через силу тока, то для третьего аккумулятора возрастание мощности составит значение в 25%. Тепловые потери составят 26,9Вт.

Используя сведения, которые были представлены в данной статье, можно самостоятельно и быстро подобрать необходимые элементы электроцепи в электроприборе для замены. Для этого в настоящее время существует множество магазинов электроники, которые удовлетворят запросы самых претенциозных клиентов.

Данную статью можно использовать в качестве конкретного руководства по выбору резисторов не только в бытовые электроприборы, но и в промышленные установки.

Похожие записи:

Свойства и применение полимерной латексной шпаклёвки Бесконтактные и сенсорные выключатели для светодиодной ленты Как покрыть крышу гаража профлистом своими руками пошагово Что учитывать при выборе краски для цоколя Заземление и зануление: в чем разница по уровню безопасности Гидроизоляция бассейнов из бетона