Статья для тех кто не знает, что такое диод, как он обозначается на схемах, как его подключать и что такое токоограничивающий резистор.
Светодиод так обозначается в схемах
Вот так выглядят его контакты в реальности (распиновка)
Или вот еще
Распиновка не всегда может быть именно такая, как на рисунке выше, ориентироваться в первую очередь нужно именно на длину ножек: длинная ножка - анод(+), короткая ножка - катод(-). В кристалле самого светодиода все может быть расположено зеркально относительно изображения выше, подробнее, см. статью: "Глупый (а может и нет) вопрос о светодиодах?"
Что бы правильно подключить светодиод в самом простом случае, необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.
Что это такое токоограничивающий резистор?
Из названия понятно что это резистор который ограничивает ток.
Питается светодиод током – это ВАЖНО! Напряжение он возьмёт столько, сколько ему надо, а вот ток нужно ограничить.
Падение напряжения типичного белого светодиода – 3,2 Вольта.
Что такое падение напряжения? А это то напряжение которое он возьмёт себе т. е. по сути это минимальное напряжение зажигания светодиода или напряжение питания светодиода.
Еще раз. Любой диод светится в зависимости от протекающего тока. По сути это токовый прибор. Падение напряжения получается автоматически. Ток мы задаем сами.
Современные индикаторные диоды более-менее начинают светиться при токе 1 мА (0,001A), сильно светятся при токе 10мА (0,01мА), а обычный рабочий ток 20мА(0,02 Ампера) т. е. выходят на полную мощность.
Кстати, падение напряжение есть и у обычного диода и оно на много меньше чем светодиодное, около 0,65 вольт так как диод не светится и все это напряжение уходит в тепло. Падение напряжение это плохое явление, но иногда его применяют на пользу - для понижения напряжение.
Светодиоды разных цветов имеют различные характеристики падение напряжение:
- Инфракрасные светодиоды с длиной волны более 760 нм на базе арсенида галлия имеют характерное падение напряжения менее 1,9 В.
- Красные (галлия фосфид — от 610 нм до 760 нм) — от 1,63 до 2,03 В.
- Оранжевые (галлия фосфид — от 590 до 610 нм) — от 2,03 до 2,1 В.
- Желтые (галлия фосфид, от 570 до 590 нм) — от 2,1 до 2,18 В.
- Зеленый (галлия фосфид, от 500 до 570 нм) — от 1,9 до 4 В.
- Синий (селенид цинка, от 450 до 500 нм) — от 2,48 до 3,7 В.
- Фиолетовый (индия-галлия нитрид, от 400 до 450 нм) — от 2,76 до 4 В.
- Ультрафиолетовый (нитрид бора, 215 нм) — от 3,1 до 4,4 В.
- Белые (синий или фиолетовый с люминофором) — около 3,5 В.
Ток маломощных светодиодов, как правило, не более 20мА (0,02А)
Как рассчитать величину токоограничивающего резистора?
А очень просто!
Мы должны знать ряд параметров, исходных данных:
- Величину напряжение в нашей сети
- Прямое падение напряжения светодиода
- Потребляемый ток светодиодом
Зная эти параметры мы можем рассчитаем величину сопротивления токоограничивающего резистора для светодиода
Предположим, что в нашей сети напряжение 24 вольта, падение напряжения на светодиоде 2 вольта, возьмём по минимуму. Тогда 2 вольта забирает себе светодиод, остается 24-2 = 22 вольта. Эти 22 вольта нужно куда то деть причем все это происходит при рабочем токе для светодиода 20мА (0,02А)
Тогда применив великий и ужасный Закон Ома для участка цепи, вот он, для тех кто забыл R=U/I
получаем R = 22/0,02 = 1100Ом. Ближайший аналог резистора такой и есть 1100 Oм (1.1 кОм)
Так например (при падении напряжения 1,2 вольта):
- для напряжения питания 3.3 В на входе R=(3.3-1,2)/0,02 = 105 Ом. Ближайший аналог в сторону увеличения 110 Oм
- для напряжения питания 5 В на входе R=(5-1,2)/0,02 = 190 Ом. Ближайший аналог 200 Oм, 220 Oм
- Для напряжения питания 12 вольт R=(12-1,2)/0,02 = 540 Ом. Ближайший аналог 560 Oм. Но часто, не замарачиваясь ставят 1КОм (Но помним о мощности, тут она будет уже 0.24ватт, Обычные резисторы 0,125ватт, а этот будет уже побольше 0,25 ватт )
Вы можете не считать это руками, а воспользоваться калькулятор расчета резистора для светодиода их много в сети, например таким
Мы рассмотрели только часть характеристик светодиодов на самом деле их куда больше.
Давайте их хотя бы перечислим
- Прямой номинальный ток (If – forward current)
Это рабочий ток светодиода, при котором светодиод точно не перегорит, и сможет нормально работать на протяжении всего срока эксплуатации. Мы его сверху и рассматривали (см. выше), для многих светодиодов он равен 20мА(0,02 Ампера)
- Прямое падение напряжения (Vf – forward voltage)
Рассматривали, см. выше
- Максимальное обратное напряжение (Vr – reverse voltage)
Максимальное обратное напряжение светодиода, это "плохое" напряжение. Напряжение которое прикладывается в обратной полярности (когда потенциал катода больше потенциала анода) и происходит пробой кристалла, светодиод выходит из строя.
Большинство светодиодов имеют обратное максимальное напряжение в районе 5 В.
Инфракрасные светодиоды до 1-2 вольт.
- Максимальная мощность рассеяния (Pd - total power dissipation)
Это та мощность (зачастую в мВт), которую корпус светодиода еще способен рассеивать непрерывно без разрушения кристалла при температуре окружающей среды в 25°C. Она вычисляется как произведение падения напряжения на текущий через кристалл ток.
- Вольт-амперная характеристика (ВАХ — график)
Это график зависимости между напряжением и силой тока через кристалл, он не линейный поэтому берется в даташите. На основе этого графика можно более точно подобрать к диоду токоограничительный резистор
Характер ВАХ зависит от химического состава кристалла.
- Сила света, световой поток (luminous intensity, luminous flux)
Ну тут я не буду расписывать, на стадии производства измеряется сила света в Кд — кандела или световой поток в Лм — люменах.
- Угол рассеяния светодиода (Viewing angle)
Из за того что каждый светодиод заключен в сферический прозрачный корпус из пластмассы который формирует линзу с разным углом рассеивания.
- Длина волны света (Dominant Wavelength)
См выше, но еще раз
- Инфракрасное излучение имеет длину волны более 760 нм,
- Красный цвет — от 610 нм до 760 нм,
- Желтый — от 570 до 590 нм,
- Фиолетовый — от 400 до 450 нм,
- Ультрафиолетовый — менее 400 нм.
- Белый свет выделяется при помощи люминофоров из ультрафиолетового, фиолетового или синего.
- Цветовая температура (CCT - Color Temperature)
Больше для светодиодных ламп освещение, но все же
Измеряется в кельвинах (К).
- Холодный белый - около 6000К
- Теплый белый - около 3000К
- Белый - около 4500К
- Световая отдача
Применяется для светодиодных ламп освещение, и все же.
Показывает сколько люмен на ватт, чем больше люмен тем лучше. Сегодняшние лампы более 150 Лм/Вт
Ну вот это основные характеристики светодиодов, идем дальше.
Как же подключать резистор?
К плюсу или минусу? А все равно куда хотите туда и подключайте.
Можете так.
А можете так
А теперь перейдем к практике.
Из характеристик мы знаем что:
- Индикаторный светодиод начинает светится при токе 1 мА (0,001A),
- При 10 мА (0.01А) светятся уже очень ярко
- А обычный рабочий ток 20мА (0,02 Ампера) тогда светодиод светится на полную мощность
- ESP имеет максимальный ток с пина или на пин: 12 мА (0,012А), а рекомендуемый 6мА (0,006А)
Рассчитаем еще раз токоограничивающий резистор при данных характеристиках светодиода:
- падение напряжение 2 вольта,
- напряжение питания 3,3 вольта
- рабочий ток 0,02А
R=(3,3-2)/0.02=65Om (68 Ом ближайший аналог) Отлично! Бежим и ставим светодиод в 68 ну или 100 Oм, но СТОП, посчитаем дальше
Рассчитывая силу тока в данной цепи с резистором и светодиодом (сопротивлением светодиода пренебрегаем - она мало) получаем I = U / R; I=3.3/68=0,048А
А у нас ограничение по силе тока на пине ESP8266 в 6мА (0,006А)
Значит такой резистор не подходит он подойдет для светодиода, но не для пина ESP8266
Рассчитаем тогда для этой силы тока на пине ESP8266 какой должен быть резистор R=U/I; R=3.3/0,006=550Ом
Поэтому правильно ставить резистор не на 65Ом - 68Ом или 200Ом, а на 550Ом - 1КОм, вплоть до 1,5КОм (да можно аж до 2,5КОм тогда сила тока будет 1 мА, а если точнее 0,0013A и светодиод будет слабенько, но светится) в большинстве модулей ставится "стандартный "резистор на 1КОм (1000 Ом)
В этом случае светодиод будет светить слабее, но это не так важно, так как это индикаторный светодиод, а не мощный для освещения, а резистор формально уже будет на только защищать светодиод, а в большей степени защищать пин ESP8266 - и будет токоограничивающим резистором не столько для светодиода сколько для пина ESP8266
Токоограничивающий резистор 500 Ом - 2KОм и cветодиод соединяем по схеме
R1-R4: резисторы 500 Ом - 2KОм
Так как питание на выводе микроконтроллера ESP8266 в том числе и ESP-01
- GPIO-0 - питание на выводе контролера (- ), низкий уровень, LOW
- GPIO-1 - питание на выводе контролера (-), низкий уровень, LOW
- GPIO-2 - питание на выводе контролера (+), высокий уровень, High
- GPIO-3 - питание на выводе контролера (+), высокий уровень, High
В данной схеме подключены четыре светодиода через резисторы 500 Ом - 1KОм к выходам GPIO 0-3. В ESP-01 это займет все выходы GPIO.
Так все будет работать! Но более мощную нагрузку нужно подключать через транзистор, например через транзистор 2n2222 или для SMD MMBT2222A (Статья: "Транзистор 2N2222 (MMBT2222) и его применение в связке с ESP8266")
Для того что бы зажигать светодиод (управлять нагрузкой) от кнопки почитайте статьи:
Итак мы можем подключить к ESP8266:
Базовые знания
Транзистор 2N2222 (MMBT2222) и его применение в связке с ESP8266
Прошивка ESP Easy
И мы вплотную приближаемся к самому интересному, будем всем этим управлять сначала с помощью прошивки ESP Easy, а затем с помощью Domoticza. Статьи готовятся, нас ждет много интересного, подписывайтесь на мой канал и жмите палец вверх.
Продолжение следует...
Подписывайтесь на наш канал TehnoZet-2, там много чего интересного! Мы только развиваемся!
Понравилась статья, хотите продолжения - ставьте лайки, жмите палец вверх!