День добрый! С недавнего времени у меня появились первые ученики по принципу факультатива. И то, что я уже считаю простым и много раз рассмотренным другими, вызывает затруднение. Это и побудило меня написать эту статью.
Начнём с самого частого вопроса: куда подключить резистор? На самом деле неважно, так как это свойство последовательного подключения. Если смотреть условное направление тока от «+» к «−», то неважно, пойдёт ли сначала ток через резистор и потом дойдёт до светодиода, или наоборот. В последовательной цепи сила тока одинакова для всех элементов, а резистор как раз таки и ограничивает этот ток.
А теперь к главному — как определить, что за резистор нужен? Для этого необходимо определить падение напряжения на диоде. Рассмотрим 4 основных способа, как это сделать.
Способ 1. По цвету и упаковке
Первый — самый простой, поэтому по нему кратко. Как правило, при покупке светодиода на коробке или на пакете могут быть написаны характеристики. Если нет, то по цвету самих светодиодов в 95 % случаев можно понять характеристики.
Способ 2. С помощью мультиметра (режим проверки диодов)
Второй вариант — с использованием мультиметра в режиме проверки диодов. Как правило, такой режим есть во всех мультиметрах. Картинки можно листать.
Как видно на фото, значения падения напряжения красного и зелёного совпадают с табличными значениями, а вот белый и фиолетовый не совпадают — значения сильно занижены. Собственно, я знаю характеристики этих диодов, и падение напряжения на них реальное. Белый относительно таблицы входит в исключение. А занижение показаний фиолетового связано с особенностями мультиметров, такими как максимальное напряжение и сила тока на щупах. К примеру, на верхнем мультиметре FNIRSI 2C53T в режиме прозвонки диодов максимальное напряжение на щупах составляет около 3,9 В, при этом сила тока около 2 мА. Потребление фиолетового диода достигает 700 мА. Таким образом, чем больше требуется сила тока для светодиода, тем сильнее мультиметр будет занижать показания, а для светодиодов, у которых падение напряжения составляет больше возможностей мультиметра, замерить их падение напряжения не получится!
Так как нам в будущем потребуется также узнать ток, попробуем его рассчитать, определив мощность исходя из размеров диода. У меня 3-миллиметровые диоды — для них рабочий ток обычно составляет 20 мА (0,02 А). Если светодиоды нестандартные, можно поискать их мощность и рассчитать силу тока: I = P / U.
Способ 3. С помощью лабораторного блока питания
Третий вариант — с использованием лабораторного блока питания с встроенной функцией настройки тока. Данный метод требует внимательности и чёткого соблюдения правил.Суть метода заключается в том, чтобы понемногу увеличивать ток до тех пор, пока свечение светодиода не станет сильно меняться. Как только этот диапазон найден, берём наименьшее значение как рабочее.
Порядок действий:
- Установить на лабораторном блоке питания минимально возможный ток — около 1–2 мА, а напряжение — порядка 1,5 вольта.
- Отключить лабораторник или, если поддерживается, обесточить клеммы.
- Подключить к клеммам светодиоды и подать питание.
- Плавно поднять напряжение до момента, пока светодиод не станет тускло светиться. После поднимите напряжение ещё на пару вольт — светодиод должен продолжать тускло светиться.
- Начинаем плавно поднимать силу тока. В определённом узком диапазоне свечение перестанет активно меняться.
- Берём среднее или самое низкое значение напряжения как рабочее.
Метод основан на ВАХ — вольт-амперной характеристике (зависимость тока от напряжения светодиодов) — и логике работы лабораторных блоков: при ограничении силы тока с включённой нагрузкой изменение напряжения на лабораторном блоке питания будет ограничиваться. Для мощных диодов во время тестирования также следует контролировать температуру! Метод сложный, и без практики есть вероятность сжечь диод.
Способ 4. С использованием резисторов (потенциометра / магазина сопротивлений)
Четвёртый способ — с использованием резисторов. Частично основан на предыдущем способе, но требует либо множество резисторов, либо потенциометр, а в идеале — магазин сопротивлений.
Суть метода: включаем самое большое сопротивление и подключаем всё к лабораторному блоку питания. Плавно уменьшаем его до момента начала свечения, затем осторожно уменьшаем сопротивление понемногу, следя за током и яркостью свечения. Ищем момент, пока свечение не стабилизируется на определённой яркости в узком диапазоне. Нашёл это значение — 230 Ом при 5 вольтах. Что очень близко к расчётным.
Также пример с фиолетовым диодом: значение получилось достаточно близко к расчётному. Расчётное сопротивление — от 2,7 Ом, полученное — 5,4 Ом. Полученное более близко к правильному, но об этом дальше.
С этим методом нам не нужно рассчитывать резистор, так как мы сразу получаем необходимое сопротивление при условии выставления необходимого напряжения.
Расчёт резистора
Для 1-го и 3-го метода для расчёта резисторов воспользуемся формулой:
R = (Uпит − Vf) / I
Где: R — сопротивление в Омах
Uпит — напряжение питания (В)
Vf — прямое падение напряжения на светодиоде (В)
I — ток в амперах
К примеру, для красного диода из способа 2, для 5 вольт:
R = (5 − 1,814) / 0,02 = 159 Ом
Для стабильности и надёжности добавляем 20 % и получаем 190 Ом.
Для повседневных задач в большинстве случаев достаточно первых двух способов. Если же точность критична или диод нестандартный — используйте лабораторный блок питания.
Не забывайте добавлять запас 10–20 % к расчётному сопротивлению — это продлит жизнь светодиоду.
А какими методами пользуетесь вы? Пишите в комментариях и подписывайтесь!