Управление светодиодом с резистором и без резистора
В статье сделана попытка показать, почему необходимо использовать токоограничивающий резистор для светодиода. И как можно управлять светодиодом без резистора. Когда вы читаете о светодиодах, вы можете заметить, что все говорят о необходимости использования токоограничивающего резистора. Но обычно не говорится почему. Светодиод с токоограничивающим резистором Если посмотреть документацию на светодиод, можно заметить, что вольт-амперная характеристика светодиода нелинейна. Поскольку светодиод является полупроводниковым элементом, его характеристика отличается от характеристики резистора.
Если к резистору приложить определенное напряжение, ток через него можно вычислить по формуле: I = R/V Пример: I = 100 Ом / 5 В = 20 мА Очевидно, что эта формула неприменима к светодиодам, потому что они являются линейным сопротивлением. Если посмотреть на приведенный выше график, то становится ясным, что повышение напряжения от 0 до 1,6 В не приводит к заметному увеличению тока. Если приложить еще немного больше напряжения, ток увеличится, и светодиод начнет светиться. Мы достигли открывающего потенциала для pn-перехода. Открывающий потенциал для типичного красного светодиода находится в диапазоне от 1,7 до 2,2 В. Небольшие изменения напряжения приводят к сильным изменениям прямого тока.
Если все ваше устройство может работать при напряжении, равном открывающему напряжению светодиода, это замечательно. Резистор не нужен. Другим способом является использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это означает, что мы включаем и выключаем светодиод. Если это происходит достаточно быстро, человеческий глаз не замечает разницы. Он интегрирует яркость за определенный промежуток времени, как говорят. Часто в документации указывается пиковый прямой ток. Например: IF(peak) = 160 mA (пиковый прямой ток = 160 мА) Condition: Pulse Width
На принципиальных схемах распиновка наглядна. На катод мы всегда подаём «минус», поэтому и обозначается он прямой линией у вершины треугольника. Обычно катод – контакт, на котором располагается светоизлучающий кристалл. Он шире анода.
В сверхъярких LED полярность обычно маркируют на контактах либо корпусе. Если на ножках контактов маркировки нет, ножка с более широким основанием – катод.
Схема подключения светодиода
В классической схеме рекомендуют производить подключение через токоограничительный резистор. Действительно, правильно подобрав резисторное или индуктивное сопротивление, можно подключить диод, рассчитанный на напряжение питания 3В, даже к сети переменного тока.
Главное требование к параметрам питания – ограничение тока цепи.
Поскольку сила тока – параметр, отображающий плотность потока электронов по проводнику, при превышении этого параметра диод просто взорвется из-за мгновенного и значительного выделения тепла на полупроводниковом кристалле.
Как рассчитать ограничительный резистор
Если мощность резистора будет значительно меньше требуемой, он просто перегорит вследствие перегрева.
Включение светодиода через блок питания без резистора
У меня уже несколько лет работает модернизированная под LED настольная лампа. В качестве источника света используется шесть ярких светодиодов, а в качестве источника питания – старое зарядное устройство от мобильного телефона Nokia. Вот моя схема включения светодиода:
Номинальное напряжение диодов – 3,5В, ток – 140мА, мощность — 1Вт.
При выборе внешнего источника питания необходимо ограничение по току. Подключение этих светодиодов к современным зарядным устройствам с напряжением питания 5В 1-2А потребует ограничивающий резистор.
Что бы адаптировать эту схему к зарядному устройству, рассчитанному на 5В, используйте резистор на 10-20Ом мощностью 0,3А.
Если у вас другой источник питания, убедитесь, что в нем есть схема стабилизации тока.
Схема зарядного устройства от мобильного телефона
Блок питания большинства низковольтных бытовых приборов
Как правильно подключать светодиоды
Параллельное подключение
Вообще параллельное соединение не рекомендуется. Даже у одинаковых диодов параметры номинального тока могут различаться на 10-20%. В такой цепи диод с меньшим номинальным током будет перегреваться, что сократит срок его службы.
Проще всего определить совместимость диодов при помощи низковольтного либо регулируемого источника питания. Ориентироваться можно по «напряжению розжига», когда кристалл начинает лишь чуть светиться. При разбросе «стартового» напряжения в 0,3-0,5 В параллельное соединение без токоограничивающего резистора недопустимо.
Последовательное подключение
Расчёт сопротивления для цепи из нескольких диодов: R = (Uпит — N * Uсд) / I * 0.75
Максимальное количество последовательных диодов: N = (Uпит * 0,75) / Uсд
При включении нескольких последовательных цепочек LED, для каждой цепи желательно рассчитать свой резистор.
Как включить светодиод в сеть переменного тока
Если при подключении LED к источнику постоянного тока электроны движутся лишь в одну сторону и достаточно ограничить ток с помощью резистора, в сети переменного напряжения направление движения электронов постоянно меняется.
При прохождении положительной полуволны, ток, пройдя через резистор, гасящий избыточную мощность, зажжёт источник света. Отрицательная полуволна будет идти через закрытый диод. У светодиодов обратное напряжение небольшое, около 20В, а амплитудное напряжение сети – около 320 В.
Какое-то время полупроводник будет работать в таком режиме, но в любой момент возможен обратный пробой кристалла. Чтобы этого избежать перед источником света устанавливают обыкновенный выпрямительный диод, выдерживающий обратный ток до 1000 В. Он не будет пропускать обратную полуволну в электрическую цепь.
Схема подключения в сеть переменного тока на рисунке справа.
Другие виды LED
Мигающий
Особенность конструкции мигающего светодиода – каждый контакт является одновременно катодом и анодом. Внутри него находятся два светоизлучающих кристалла с разной полярностью. Если такой источник света подключить через понижающий трансформатор к сети переменного тока он будет мигать с частотой 25 раз в секунду.
Для другой частоты мигания используются специальные драйверы. Сейчас такие диоды уже не применяются.
Разноцветный
Разноцветный светодиод – два или больше диода, объединенных в один корпус. У таких моделей один общий анод и несколько катодов.
Изменяя через специальный драйвер питания яркость каждой матрицы можно добиться любого света свечения.
При использовании таких элементов в самодельных схемах не стоит забывать, что у разноцветных кристаллов разное напряжение питания. Этот момент необходимо учитывать и при соединении большого количества разноцветных LED источников.
Другой вариант – диод со встроенным драйвером. Такие модели могут быль двухцветные с поочерёдным включением каждого цвета. Частота мигания задаётся встроенным драйвером.
Более продвинутый вариант – RGB диод, изменяющий цвет по заранее заложенной в чип программе. Тут варианты свечения ограниченны лишь фантазией производителя.
PS. Не в экономии на резисторах как таковых вопрос. Иногда их некуда ставить. (весь «прибор» представляет из себя две батарейки и диод и крайне миниатюрен)
_RUS73_
Мудрый кот
Карма: 22 Рейтинг сообщений: 268 Зарегистрирован: Ср май 26, 2010 14:41:09 Сообщений: 1722 Откуда: УССР, Одесская обл. Рейтинг сообщения: 6
_________________ Философская мудрость века настоящего, становится всеобщим здравым смыслом века последующего.
Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc
Критически важные распределенные системы требуют синхронного преобразования во всех подсистемах и непрерывного потока данных. Распределенные системы сбора данных могут быть синхронизированы как на основе АЦП последовательного приближения, так и на основе сигма-дельта (∑-Δ)-АЦП. Новый подход, основанный на преобразователе частоты дискретизации (SRC), содержащемся в микросхемах линейки AD7770 производства Analog Devices, позволяет достигать синхронизации в системах на основе сигма-дельта-АЦП без прерывания потока данных.
Резистор для светодиода считается, исходя не из падения напряжения на светодиоде, а из допустимого для этого светодиода тока. Если у Вас падение на диоде 3 В, то для расчета резистора, допустим, для питания от 5 В, нужно вычесть из напряжения питания падение напряжения на светодиоде и для оставшейся разности рассчитать резистор, исходя из необходимого тока. например для светодиода допустим максимальный ток 20мА и надо рассчитать для этого тока. Тогда 5-3=2В, именно это напряжение надо погасить на резисторе. Для тока 20 мА сопротивление его будет равно 2/0,02=100 Ом.
если же у вас источник питания 3-х вольтовый, то резистор сопротивлением хотя-бы 10 Ом я бы поставил.
Специалисты компании Infineon рассказывают о сорокалетней истории технологических инноваций, последовавшей за созданием первого полевого транзистора с изолированным затвором (MOSFET), и на примере последних новшеств, касающихся расположения кристалла относительно печатной платы, показывают, как незначительные на первый взгляд изменения способны кардинально поменять характеристики прибора и разрабатываемых на его основе систем.
Досюда понятно и логично. Однако если построить график будет очевидно, что значение сопротивления при падении напряжения питания стремится к нулю.
А вот отсюда неясно. По вашей-же формуле для напряжения питания 3.2 вольта как-раз 10ом и получится. Нет, идея «перебдеть» мне тоже близка, но понять бы смысл.
Это важный момент, да. И вот почему: такого понятия, как заранее заданное «рабочее напряжение светодиода» просто не существует. Светиться он будет в широком диапазоне напряжений, при этом ток светодиода зависит от напряжения на нем следующим образом:
Так вот, падение напряжения при номинальном токе для каждого отдельного диода в пакетике свое, и меняется в зависимости от температуры. Так что в любом случае нужен элемент, который стабилизирует этот разброс. В простейшем случае в этом качестве выступает резистор.
_________________ Разница между теорией и практикой на практике гораздо больше, чем в теории.
Такого не может случиться для одного и того же светодиода. Падение напряжения на P-N переходе определяется прежде всего напряжением запрещенной зоны. Для белого диода, например, это примерно от трех до трех с половиной Вольт. Принципиально нельзя сделать белый светодиод с падением напряжения, например, 1 В.
Не из неверного, а из среднего. А вот считать резистор для белого светодиода исходя, например, из среднего падения для красного светодиода и правда было бы неверно.
Кстати, не думайте, что если светодиод холодный, то его кристалл не разогревается. В частности, у обычных пятимиллиметровых светодиодов огромное тепловое сопротивление переход-среда, потому даже при сильной перегрузке на ощупь они почти холодные.
В случае мощных светодиодов (где-то от полуватта) стабилизирующего действия резистора оказывается уже недостаточно, и следует применять токовые драйверы.
Во-первых, при 5 мА он будет тускло светиться. А потом, это, опять же, какой-то один частный график, но вы видите, что на нем экспонента. Потому ей необязательно смещаться на 1000%, чтобы при тех же трех Вольтах ток был, например, 10 мА.
Вот пример зависимости (нормализованной) напряжения светодиода от температуры.
Видно, что при разогреве всего на 50 градусов напряжение меняется более чем на 3%, что соответствует изменению тока чуть ли не в два раза в случае отсутствия стабилизации.
И заметьте, что по мере разогрева напряжение будет падать дальше, ток будет расти и разогрев будет усиливаться. То есть процесс развивается в направлении выхода светодиода из строя.
_________________ Разница между теорией и практикой на практике гораздо больше, чем в теории.
Страница 1 из 1
[ Сообщений: 10 ]
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Кто сейчас на форуме
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 8
Среди большинства осветительных элементов особую популярность завоевали светодиоды 12 Вольт (LED). Маленькие лампочки потребляют минимум электроэнергии. При этом дают широкий спектр цветов освещения и служат до 40 000 часов.
Особенности подключения LED лампочек
Внешний вид светодиодов
Сфера применения светодиодов достаточно широка — от производства ТВ техники до подсветок в жилых, коммерческих помещениях. Однако способы подключения маленьких ламп известны не каждому мастеру. Все выделяют три метода монтажа LED:
Принципы подключения
Вольт-амперная характеристика светодиода
Для установки LED ламп существует несколько важных принципов, которых следует придерживаться:
На каждые 12 В можно подключать не более 6 светодиодов.
Виды источников питания
Бестрансформаторный блок питания
Каждый светодиод 12В должен подключаться только к источнику питания с таким же напряжением. Причем ИП обязан иметь стабилизированный выходной ток. Проще всего и желательно подсоединять LED к таким источникам питания на 12 В:
Стоимость нового ИП на 12 Вольт зависит от варианта исполнения (наличие корпуса или его отсутствие) и от мощности, исчисляемой в Ваттах.
Как определить полярность светодиода
Определение полярности светодиода по внешнему виду
Все светодиоды на 12 вольт (белые, красные, синие и других цветов) имеют анод и катод (полярности). Их нужно учитывать при подключении LED. Определить полярности можно одним из способов:
Иногда мастера определяют полярность LED при помощи батарейки. Но это кропотливо. Лучше воспользоваться вышеприведенными методами.
Способы подключения светодиодов к ИП на 12 вольт
Подключение светодиода через стабилизатор напряжения
Чтобы подключить светодиод к 12 вольтам, если его напряжение всего 3В, придется компенсировать излишки в размере 9 Вольт через резистор или стабилитрон (что неэффективно), либо подключать лед лампы последовательно по три штуки сразу.
Красные и желтые LED можно подсоединять сразу по пять штук, поскольку падение из напряжения ниже 2,2 Вольт.
Перед тем как рассчитать резистор, нужно выяснить рабочее напряжение каждой лампочки. Его измеряют самостоятельно или выясняют информацию из технической документации.
Светодиоды на 12 В подключают только через стабилизатор. Если речь идет о подсоединении ленты ламп в ИП, важно знать, что у них есть ограничительный резистор, рассчитанный на каждую групп из нескольких LED.
Последовательное подключение
Последовательное подключение светодиодов
Если мастер выполняет подключение светодиода 12 Вольт по последовательной схеме, лампы собирают в цепочку. При этом катод каждого предыдущего элемента припаивают к аноду каждого следующего.
При такой схеме сборки через все лампочки проходит ток величиной 20 мА. Уровень напряжения здесь же складывается из сумм падения Вольт на каждой из них. Таким образом, в одну цепь запрещено подключать произвольное количество лампочек.
Если нужно последовательно подключить большое количество светодиодных ламп, нужно брать источник питания с большими показателями по напряжению и мощности.
К недостаткам последовательного подключения относят:
В качестве примера последовательного подключения можно рассмотреть стандартную ёлочную гирлянду. При поломке одного элемента она перестает работать вся. Поэтому нужно найти отошедший контакт и снова спаять его.
Алгоритм действий
Соединение светодиодов необходимо производить с учетом полярности
Чтобы подключить светодиод к 12В постоянного тока, нужно усвоить основной алгоритм действий:
Контакты после завершения работ тщательно изолируют.
Сколько светодиодов можно подключить к 12 Вольт
Чтобы выяснить, сколько светодиодов можно подключить к 12 В, необходимо поделить Uпит на Uпад. Либо разрешено исходить из среднего значения 2 Вольта на каждую лампочку. Таким образом на каждые 12 В разрешено монтировать не больше 6 LED. Если учесть, что какая-то часть напряжения (примерно 2 В) обязательно должна уходить к гасящему резистору, количество диодов уменьшится на один.
Напряжение светодиода не всегда равно 2 В. К тому же при подключении и соединении ЛЕД стоит учитывать оттенок свечения лампочки и его яркость. Для определения точного количества ламп на один БП двенадцать Вольт можно воспользоваться специальной программой.
Распространенные ошибки
Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный
Часто мастера допускают ошибки при монтаже LED. Самые актуальные из них:
Если учитывать эти ошибки и выполнять подсоединение светодиодов правильно, декоративная подсветка, которую мастер решил встроить дома, будет работать долго и исправно.
На принципиальных схемах распиновка наглядна. На катод мы всегда подаём «минус», поэтому и обозначается он прямой линией у вершины треугольника. Обычно катод – контакт, на котором располагается светоизлучающий кристалл. Он шире анода.
Какое-то время полупроводник будет работать в таком режиме, но в любой момент возможен обратный пробой кристалла. Чтобы этого избежать перед источником света устанавливают обыкновенный выпрямительный диод, выдерживающий обратный ток до 1000 В. Он не будет пропускать обратную полуволну в электрическую цепь.
Особенность конструкции мигающего светодиода – каждый контакт является одновременно катодом и анодом. Внутри него находятся два светоизлучающих кристалла с разной полярностью. Если такой источник света подключить через понижающий трансформатор к сети переменного тока он будет мигать с частотой 25 раз в секунду.
