Mikrokontrolery - Jak zacząć?

... czyli zbiór praktycznej wiedzy dot. mikrokontrolerów.

piątek, 25 marca 2011

Dioda LED - Jak obliczyć wartość rezystora?


Autor: Dondu

Dobieranie rezystora diod LED.
Bardzo wielu początkujących adeptów elektroniki ma problem z obliczeniem wartości rezystora diody LED. Często też nie są świadomi, dlaczego taki rezystor w ogóle jest potrzebny.

Jest to normalne i nie należy się tego wstydzić. W 2004r. nie wstydził się zapytać kol. OLO:

-=[OLO]=-
Chciał bym się dowiedzieć jakich rezystorów należało by użyć aby podłączyć leda pod 5,10,12,24 lub 220v ???? Jak obliczyć rezystor dla leda dla danego napięcia ???

Wiem że moje pytanie niektórym może wydawać się śmieszne, ale nie znam się na tym, proszę o ... proste do zrozumienia, jak dla blondynki odpowiedzi :-)

Z góry dzięki!


Temat powraca jak bumerang wraz z nowymi początkującymi stąd powstał niniejszy artykuł, w którym znajdziesz także kalkulator umożliwiający szybkie obliczenie i dobranie odpowiedniej wartości rezystora.


Kalkulator rezystora diod LED.


Jako omawianą diodę wykorzystamy przeciętną diodę L-53IT.


Istotne parametry diody LED

Z punktu widzenia problemu doboru rezystora interesują nas przede wszystkim dwa parametry diody LED:
  1. IF - prąd przewodzenia (ang. DC Forward current)
  2. VF - napięcie przewodzenia (ang. DC Forvard voltage)
W niektórych datasheet (nota katalogowa) pomijane są dwie literki DC oznaczające prąd stały.

W dokumentacji w części zwanej Absolute Maximum Ratings (wartości których nie wolno przekraczać) znajdziemy informację dot. maksymalnego ciągłego prądu stałego jaki może przepływać przez diodę nie powodując jej uszkodzenia:


Dioda LED - parametry graniczne.
Dioda L-53IT.

Ustalamy, że dla diody L-53IT nie możemy przekroczyć 30mA.

Następnie sprawdzamy, jakie jest typowe napięcie przewodzenia świecącej diody (spadek napięcia na diodzie):

Dioda LED - parametry.

i zauważamy, że:
  • dane testowe podane są dla prądu przewodzenia IF=20mA,
  • typowe napięcie przewodzenia wynosi VF=2V.

Prąd 20mA zapewnia nam osiągnięcie dobrego strumienia światła, a ponieważ diody LED nie są wieczne i generowany strumień światła zmniejsza się w czasie wraz ze zużyciem diody, stąd w większości przypadków dla tej konkretnej diody LED prąd ten jest wystarczający.


LED bez rezystora

Na początek rozpatrzymy co się stanie, gdy nie podłączymy rezystora ograniczającego prąd. Dla przykładu posłużymy się źródłem zasilania o napięciu 5V.

W tym przypadku zgodnie z "Drugim prawem Kirchoffa" w wersji:

Drugie prawo Kirchoffa
Suma spadków napięcia w obwodzie zamkniętym jest równa zeru.

oznacz to, że całe napięcie ze źródła zasilania odłoży się na diodzie


Drugie prawo Kirchoffa dla diody LED bez rezystora.


Co oznacza wystąpienie napięcia o wartości 5V dla naszej diody? Zerkamy na wykres zależności prądu diody od napięcia w kierunku przewodzenia:


Dioda LED - charakterystyka prądowo-napięciowa.


i już wiemy, że przy przekroczeniu 2,05V prąd będzie rosnąć bardzo szybo osiągając dużą wartość.

W naszym przypadku zasilając diodę bez rezystora ze źródła zasilania o napięciu 5V będącego w stanie wygenerować prąd większy niż dopuszczalne dla diody maksymalne 30mA spowodujemy jej uszkodzenie.

Tutaj należy dodać, że zjawiskiem niszczącym diodę nie jest prąd jako taki, lecz spowodowana przez jego przepływ wydzielająca się w diodzie moc w postaci ciepła.


Ograniczamy prąd diody

Musimy więc ograniczyć prąd diody. Mamy dwie podstawowe możliwości:
  1. zastosować źródło zasilania o prądzie maksymalnym 30mA (zgodnie z datasheet diody),
  2. ograniczyć prąd w inny sposób.

W niniejszym artykule zajmujemy się tym drugim sposobem, a konkretnie zastosujemy rezystor łączony szeregowo z diodą LED. Na rezystorze tym odkładać się będzie część napięcia źródła zasilania, które oznaczymy jako VR:


Drugie prawo Kirchoffa dla diody LED z rezystorem.

Zgodnie z przytoczonym wyżej Drugim prawem Kirchoffa rozkład napięć będzie określony wzorem:

VCC = VR + VF

W naszym przypadku znamy typową wartość napięcia przewodzenia naszej diody, która wynosi 2V oraz napięcie zasilania naszego źródła wynoszącego 5V:


Drugie prawo Kirchoffa dla diody LED z rezystorem.


Możemy więc obliczyć spadek napięcia na rezystorze R jaki jest nam potrzebny, by na diodzie było jedynie oczekiwane 2V. Obliczamy więc VR:

VR = VCC - VF

VR = 5V - 2V = 3V

czyli dążymy do otrzymania następujących napięć w naszym układzie:


Drugie prawo Kirchoffa dla diody LED z rezystorem.


Teraz zastosujemy Pierwsze prawo Kirchoffa:


Pierwsze prawo Kirchoffa
Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła.


Naszym węzłem jest miejsce łączenia rezystora i diody, i oznacza to, że przez rezystor będzie płynął ten sam prąd co przez diodę. Skoro założyliśmy, że przez diodę ma płynąć prąd o wartości IF=20mA:


Pierwsze prawo Kirchoffa dla diody LED z rezystorem.

to wartość rezystora obliczymy za pomocą Prawa Ohm'a:

Prawo Ohma.
czyli w naszym przypadku:

Dioda LED - Obliczenie wartości rezystora.

Na koniec możemy utworzyć ogólne wzóry:

WZORY OGÓLNE

Dioda LED - Wzór ogólny na obliczanie wartości rezystora.

Dioda LED - Wzór sprawdzający obliczanie wartości rezystora wybranego z szeregu.

Po obliczeniu wartości rezystora dobieramy odpowiedni za pomocą szeregów wartości. W naszym przypadku będzie to rezystor dokładnie taki jak obliczyliśmy, czyli 150Ω, który występuje w szeregach E24, E12 oraz E6.

Co zrobić, gdy rezystor nie jest dokładnie taki jak w szeregu? Wybierasz jeden z dwóch najbliższych obliczonej wartości pamiętając, że przyjęcie wartości rezystora:
  • mniejszej od obliczonej, zwiększy wartość prądu płynącego przez diodę,
  • większej od obliczonej, zmniejszy strumień światła generowanego przez diodę.
Decyzję musisz podjąć sam znając swój projekt, jego zadania i ograniczenia.


Nie wykończ diody!

Pozostaje nam sprawdzić, czy nie przekraczamy dopuszczalnych parametrów dot prądu i mocy wydzielonej na diodzie (w postaci ciepła). W tabelce Absolute Maximum Ratings odnajdujemy maksymalny prąd i maksymalną moc rozproszoną:

Dioda LED - parametry graniczne - moc i prąd - (tabela Absolute Maximum Ratings).

Wcześniej obliczyliśmy, że powinniśmy zastosować rezystor 150Ω. Załóżmy, że nie miałeś takiego rezystora, ale znalazłeś w swoich zasobach rezystor z szeregu E24 o wartości 130Ω.

Obliczamy prąd jaki będzie płynął przez diodę dla wybranego rezystora:

Dioda LED - Sprawdzenie prądu diody po zastosowaniu wybranego rezystora.


Otrzymaliśmy 23,1mA i jest to wartość mniejsza od maksymalnego prądu przewodzenia (DC Forward Current) określonego na 30mA w tabeli Absolute Maximum Ratings.

Podobnie sprawdzamy wydzieloną na diodzie mocą:

Dioda LED - Sprawdzenie mocy wydzielonej na diodzie po zastosowaniu wybranego rezystora.

Wynik także mieści się w dopuszczalnych 105mW.





Kalkulator rezystora diody LED

Poniżej kalkulator umożliwiający obliczanie rezystora dla wybranych parametrów pracy diody lub diod połączonych szeregowo. Aby uzyskać dodatkowe informacje wskaż kursorem wybrane pole danych.


Kalkulator rezystora diod LED
Parametry podstawowe (wymagane)
Napięcie zasilaniaVCC V
Dioda - napięcie przewodzenia
(ang. Forward voltage)
VF V
Dioda - żądany prąd przewodzenia
(ang. Forward current)
IF mA
Ilość diod w szeregu szt
Parametry graniczne (opcjonalnie)
z tabeli: Absolute Maximum Ratings. Podanie tych parametrów
pozwoli na wskazanie tych obliczeń, które przekroczą parametry graniczne.
Dioda - maksymalny prąd przewodzenia
(ang. Forward current)
IF mA
Dioda - moc rozpraszana
(ang. Power dissipation)
PD mW



Oceń artykuł.
Wasze opinie są dla nas ważne, gdyż pozwalają dopracować poszczególne artykuły.
Pozdrawiamy, Autorzy
Ten artykuł oceniam na:

14 komentarzy:

  1. A jak obliczać wartość rezystora jeżeli podepniemy diodę na jedno z wyjść mikrokontrolera np. Atmega8 i powiedzmy chcemy świecić stanem wysokim?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Atmega8 przy zasilaniu 5V ma na pinach wyjściowych również 5V przy stanie wysokim. Tak więc liczymy rezystor dla 5V zasilania.

      Usuń
  2. Bardzo dobry kalkulator. Dziekuje !

    OdpowiedzUsuń
  3. Przydatny artykuł, biorąc pod uwagę fakt, że początkujący wciąż mają problem z doborem odpowiedniego rezystora (moc, rezystancja) do diody LED. A tak naprawdę wystarczy znać dwa wzory. Zależność U=I*R oraz wzór na moc w obwodzie prądu stałego P=U*I. Oczywiście przy bardziej złożonym obwodzie przydaje się I i II prawo Kirchhoffa. Trzeba mieć też świadomość, że jeśli wykorzystujemy mikrokontroler do sterowania diodami, to ma on swoje ograniczenia, jego wydajność prądowa nie jest nieskończona. Czasem rozwiązaniem jest zwykły tranzystor bipolarny. Wtedy pojedynczy pin ATmegi używany jest jedynie do sterowania tranzystorem poprzez jego bazę.

    OdpowiedzUsuń
  4. doskonaly artykul, dzieki.

    OdpowiedzUsuń
  5. Jeśli chcę podłączyć 5 diod równolegle, to sumuję prąd płynący przez te diody - np. 5X 20mA? Analogicznie , jeśli zwiększyliśmy prąd sumując ten przepływający przez wszystkie diody to musimy taki sam założyć dla rezystora czyli 100mA - według I prawa Kirchoffa. Jeśli się mylę to proszę o poprawkę.
    pozdrawiam

    Paweł

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Tak prawo Kirchoffa oczywiście jest zastosowane prawidłowo, ale podłączanie diod równolegle jest niewskazane, ze względu na rozbieżności parametru Vf. Wszystko jest opisane w tym artykule: Diody LED: Źródło prądowe i łączenie równoległe.

      Usuń
  6. Rozwiał wszelkie wątpliwości.

    OdpowiedzUsuń
  7. A jezeli chce podlaczyc diode led biala 3mm 2-2.2V 20mA pod zasilanie 9V 350mA? Mam rezystory z szeregu E25: 5% 1/4W. Jaka moc rezystorow dobrac? Zasilacz ma 350mA i zasila urzadzenie ktore konsumuje 200mA wiec nie moge zastosowac innego zrodla zasilania. W sumie chce podlaczyc 4 diody kazda niezaleznie. Czy po zmontowaniu ukladu zasilacz uciagnie?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Dioda pobierze tyle prądu ile wynika z prawa Ohma. Jeśli zasilacz będzie mógł generować więcej prądu, to i tak dioda nie pobierze więcej niż te 20mA, które ustawisz odpowiednim rezystorem. Łącznie więc będziesz miał 200mA + 4*20mA = 280mA. Zasilacz będzie OK.

      Idealny rezystor (obliczony kalkulatorem zamieszczonym wyżej) dla Twojego przypadku (Vf=2V)powinien mieć 350Ω. W szeregu E24 występuje rezystor 348Ω więc prawie idealny, stąd przy takim rezystorze prąd wynosiłby 20.1mA a moc wydzielona na rezystorze 141mW. Ponieważ masz rezystory 1/4W, czyli 250mW spokojnie możesz je zastosować.

      Należy pamiętać, że zawsze można zwiększyć moc rezystorów łącząc je równolegle (np. dwa) i zwiększając ich wartość dwukrotnie.

      Usuń
  8. Dzien dobry. To ja już prawie rozumiem ale proszę o wytłumaczenie takiej sytuacji: bateria 9V i 1 dioda czerwona = koniec "układu". W poszukiwaniu rezystora obliczyłem, że potrzebuję rezystor 450ohm. Nie miałem, więc założyłem 500. I co? I nic. Nie zaświeciła. W rozpaczy zacząłem szukać w iternetach i znalazłem kogoś z takim układem i on stosował rezystor 1kiloohm (nie wiadomo dlaczego). Zrobiłem tak samo i zadziałało. O co chodzi? Będę wdzięczny za wyjaśnienie.

    OdpowiedzUsuń
  9. bardzo fajnie :)
    pzdr

    OdpowiedzUsuń
  10. Witam, czy jezeli dostarczę napięcie 12V z baterii do diody która ma forward current 1,05A i pracuje na 9-12V nadal potrzebuję rezystora?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Tak. Tyle, że moc strat na nim będzie spora. Potrzebujesz więc zasilacza ze stabilizacją prądu - są odpowiednie drivery do takich LEDów.

      Usuń

Działy
Działy dodatkowe
Inne
O blogu




Dzisiaj
--> za darmo!!! <--
1. USBasp
2. microBOARD M8


Napisz artykuł
--> i wygraj nagrodę. <--


Co nowego na blogu?
Śledź naszego Facebook-a



Co nowego na blogu?
Śledź nas na Google+

/* 20140911 Wyłączona prawa kolumna */
  • 00

    dni

  • 00

    godzin

  • :
  • 00

    minut

  • :
  • 00

    sekund

Nie czekaj do ostatniego dnia!
Jakość opisu projektu także jest istotna (pkt 9.2 regulaminu).

Sponsorzy:

Zapamiętaj ten artykuł w moim prywatnym spisie treści.