Dioda LED - Jak obliczyć wartość rezystora?

Autor: Dondu

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.

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 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):

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

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

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:

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:

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:

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:

to wartość rezystora obliczymy za pomocą Prawa Ohm'a:

czyli w naszym przypadku:

Na koniec możemy utworzyć ogólne wzóry:

WZORY OGÓLNE

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:

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:

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:

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 zasilania	VCC	V
Dioda - napięcie przewodzenia (ang. Forward voltage)	VF	V
Dioda - żądany prąd przewodzenia (ang. Forward current)	IF	mA
Ilość diod w szeregu	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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