Очень простой но в тоже время требующий небольшого пояснения вопрос.
Именно пояснения, а не повести в 3 томах о том как устроен этот мир. Думаю что если у моего читателя будет интерес, он найдет хорошие источники и все сам прочтет и дополнит пробелы.
Итак, постараюсь изложить суть вкратце, но объемно. Суть да дело вот в чем: для расчета мы должны понимать один очень важный и основательный закон для всех, кто хочет научиться электронике - "Закон Ома".
Закон Ома:
Как я уже писал - это самый главный закон любого инженера-электрика, электронщика и радиолюбителя, его следует знать и главное понимать очень хорошо.
Закон этот, определяет соотношение трех величин: напряжение, ток и сопротивление в цепи.
U = I x R
Правильно читать так: напряжение ( U Вольт ) прямо пропорционально току ( I Ампер ) и сопротивлению ( R Ом ).
Это означает, что напряжение тем выше, чем выше или ток, или сопротивление, или и то и другое вместе.
- напряжение представляет собой разность электрических потенциалов между двумя точками; очень удобно представлять сосуды с водой соединенные трубкой. Если один поднять, то вода по трубке потечет в другой и когда объемы заполненные водой будут равны в обеих сосудах - поток прекратится, разность потенциалов перестанет существовать.
В нашей аналогии вода - ток, поднятый сосуд - это точка №1, а опущенный сосуд - это точка №2. Вода (ток) будет всегда вытекать от точки находящейся выше (№1, или более высокое напряжение) к точке находящейся ниже (№2, или более низкое напряжение).
Напряжение обозначается буквой " U " и записывается "Вольт". Запомните, В или Вольт, всегда пишут с большой буквы, так как Вольт - фамилия ученого, точно также записывают Ампер и Ом, как ни странно это тоже фамилии ученых.
- ток течет от точки с высоким потенциалом, к точке с низким, чтобы сравнять потенциалы двух точек; ток в цепи, всегда будет идти по пути наименьшего сопротивления (ток не дурак, напрягаться не станет);
Ток обозначается буквой " I " и записывается "Ампер". Почему с большой смотрите выше.
- сопротивление в нашем примере с двумя сообщающимися сосудами - это толщина трубки, соединяющей два сосуда. Чем она больше, тем больше воды (тока) проходит, соответственно этой воде (току) трубка сопротивляется не сильно - сопротивление маленькое. А вот если взять тонкую, тут через трубку будет уже не много проходить воды (тока) и соответственно сопротивление в таком случае будет большим.
Сопротивление обозначается буквой " R " и записывается " Ом".
Запишем еще раз нашу формулу, но уже с осознанием, для закрепления материала:
U = I x R
Расчет сопротивления резистора для светодиода:
Цепь - замкнутый контур с источником электрической энергии. Источником может выступать как блок питания, сеть 220 Вольт, так и простая батарейка. На рисунке ниже видно, как напряжение источника питания U =5 Вольт и U = 1 Вольт. Номинал резисторов в цеми R = 100 Ом и R = 1 кОм или 1000 Ом. Ток, протекающий через резисторы при U = 5 Вольт, равен I = 50 мА (милли Ампер) и I = 5 мА (милли Ампер) соответственно, а при U = 1 В (Вольт) ток равен I = 10 мА (милли Ампер) и I = 1 мА (милли Ампер)
В электрической цепи все имеет сопротивление. Пусть оно не большое но все же оно снижает напряжение. Закон Ома очень удобен для подбора значение сопротивления резистора, который будет подключен последовательно к светодиоду:
Для всех элементов в электронике есть свои рабочие параметры. Выходить за них чревато выходом из строя элемента (перегоранием). Поэтому я знаю, а вы можете посмотреть в справочнике или интернет, что в большинстве случаев на светодиод подается U = 2 В и I = 20 мА. Зная эти значения нам будет не трудно подобрать резистор применяя закон Ома.
Итак, предположим у нас как раз стандартный светодиод и у через него проходит ток 20 мА, а падение напряжения на концах его выводов 2В. Напряжение питания выбрали равное 5 В и оно должно быть распределено между светодиодом и резистором. Поскольку светодиод отберет 2 В, остается от питания 3 В, вот они как раз и будут приложены к резистору. Зная, что наш светодиод, может выдержать ток только 20 мА, мы не должны превышать этот показатель иначе он перегорит, лучше даже взять меньше, светиться меньше он не будет ( на глаз не заметите).
Итого, у нас есть 3 В, оставшиеся от питания и ограничение на 20 мА, дабы не перегорел светодиод. Применяем закон Ома и получаем:
R = U / I = 3 / 0.02 = 150 Ом.
Но так как найти из стандартных значений выпускаемых промышленностью такой резистор будет сложно, берем номиналом выше - это 220 Ом, он доступен и купить его будет просто. К тому же, мы взяли сопротивление большего значения, а это значит, что ток будет идти меньше предельного тока светодиода, что благоприятно скажется на работе светодиода и продлит его работу. Картинки иллюстрируют подключение питания - картинка №1 и ток в цепи, протекающий через резистор и светодиод, картинка №2:
Еще одни важный момент - это формула расчета мощности, которая показывает, сколько Ватт (Вт) рассеивается на каждом компоненте в цепи.
P = U x I
Для каждого компонента, как и с параметрами тока и напряжения, производителем компонента (светодиод, резистор, транзистор и др.) задается его максимальная рассеиваемая мощность.
Мощность измеряется в Ваттах, и да - это тоже ученый и тоже с большой буквы, не забываем.
Для резистора в схеме, мощность выделяемая на нем при U = 3 В и I = 14.5 мА = 0,0145 А будет равна:
P = 3 x 0.0145 = 0.0435 Вт.
Минимальное значение мощности резисторов, выпускают равным 0, 125 Вт. А так как 0, 125 Вт >> 0, 0435 Вт то мы вписываемся в допуски по мощности для резистора, это означает что мы правильно подобрали сопротивление.
Желаю успехов в изучение такой занимательной и полезной области науки и техники как электроника!
