Расчет сопротивления резистора для светодиодов

Перед тем, как рассчитать сопротивление для светодиодов, стоит разобраться, что вообще такое резистор, зачем он нужен и почему нельзя подключать led лампы без него. Но особенно эта статья касается тех, кто уверен, что расчет резистора – лишняя трата времени, и именно его диод рассчитан на напряжение питания в 3 вольта и т.д.

Образные сравнения

Конечно, мы не обращаемся только к водителям, но даже те, кто в авто ездит в качестве пассажира, догадываются, зачем нужна коробка передач. Примитивно – для разгона, набора скорости и езды. На первой передаче мы получаем мощную тягу, и машина трогается с места, получаем ускорение. На первой передаче мы не разгонимся.

На последней – все с точностью до наоборот, тяги минимум, зато скорость максимум. На ровной дороге, когда мы разогнались, тяга не нужна, нужна только скорость. Но если на вязкой грунтовой дороге, то для аналогичной скорости понадобится больше тяги. Тяжелая поверхность усиливает сопротивление бампера и чтобы его побороть, мы снижаем передачи. На пятой скорости по огороду после дождя не проедешь – моментально заглохнешь.

А теперь приступаем к образам – лампочки с проводами сравниваем с дорогой (провод) и грунтом (лампы). Напряжение это тяга, ток – скорость. Понятно, что скорость нужна всегда, но задать ее можно тягой.

Для того, чтобы ток преодолел сопротивление, надо напряжение, причем ровно в нужном количестве. Если напряжения больше, ток не побежит быстрее, соответственно, оно будет падать. Какая разница между Жигулем и внедорожником на ровной дороге при скорости 60 км/ч? Никакой! А при той же скорости, но на вязкой грунтовке? Огромная. У Мерседеса тяги кратно больше. Если не контролировать ток, нагрузка будет постоянно брать напряжение, пока не вылетит. Соответственно, нужно найти такой ограничитель, который будет давать ровно столько напряжения (тяги), чтобы хватало на преодоление сопротивления током. И вот в качестве такого ограничителя в диодном освещении выступает резистор.

Зачем светодиодам резистор?

И снова, перед тем, как сделать расчет сопротивления резистора для светодиодов, несколько слов по матчасти.

Поскольку самыми популярными лампочками у нас до сих пор остаются с нитями накаливания, то все знают, что для включения нужен прямой контакт с источником питания (выключатель, розетка и т.д.). Сгореть лампочка может только, когда лопается вольфрамовая нить, а это происходит при увеличении напряжения (хорошенько встряхнуть в расчет не берем). В данном случае сама нить и является резистором, через которую движется ток.

Светодиод как сложный полупроводник – далеко не то же самое, что лампа накаливания. Это токовый прибор, который сам набирает напряжение и рассчитан на определенный его максимум. Например, если светодиод рассчитан на напряжение 1,8V, а поступает 1,9V, то он сгорает. Говоря простым языком, между кристаллами и источником питания начинается битва – кто кого. Если лед лампа принудительно снизила напряжение в слабом источнике, она продолжает работать, не получилось – сгорела. Резистор в данном случае направлен на то, чтобы ослабить источник питания и помочь снизить напряжение на кристаллы.

ВИДЕО: Как работает резистор

Зачем каждому светодиоду свой резистор?

Существует 2 варианта подключения резисторов:

  • последовательно;
  • параллельно.

При последовательном включении все лампочки в одной цепи по которой течет ток с одной и той же скоростью. Здесь достаточно только одного резистора, который изначально снижает напряжение источника и далее уже процесс идет циклично.

Как правильно подключать резистор к светодиодам

Параллельное включение для светодиодов – самый худший вариант. Абсолютно одинаковых экземпляров нет, и у каждого параметры напряжения хоть немного, но отличаются. При параллельном подключении ток, который нужен всем светодиодам, возьмет тот, у которого самое маленькое напряжение. И поскольку тока много, он моментально сгорает. Наступает очередь следующего с наименьшим напряжением, и буквально в течение нескольких минут мы имеем груду сгоревших лед лампочек, хотя и с резистором.

Когда сделан расчет резистора для светодиода, подключают только последовательно – один за другим.

Схема последовательного подключения резистора для светодиода

Замечания и рекомендации

{add_n26}

На каждой коробке с лед лампами указано напряжение, но не питания, а то, которое им нужно для работы.

Напряжение, указанное на светодиоде, приблизительное. Оно необходимо для расчета резистора.

Для того, чтобы определить напряжение на резисторе, можно воспользоваться онлайн калькулятором (в конце статьи) или отнять от питания то, которое указано на лампочке. Чтобы определить ток, получившуюся разницу делим на сопротивление.

На некоторых сайтах можно встретить заявления о том, что синим и зеленым лед лампам не нужны резисторы, так как он уже встроен в них с сопротивлением 20 Ом. Нужны! Это в любом случае светодиод – токовый прибор, который сам набирает напряжение, а такого сопротивления недостаточно для ослабления источника питания.

Если нет возможности подключить лампы последовательно, можно прозвонить каждую по отдельности и выбрать те, которые максимально приближены друг к другу. Сразу скажем, это очень ненадежно. Да, продержится такое освещение не сутки, а дольше, но о заявленных 50 тысячах часов можно в принципе забыть.

Резистор, как личный «диетолог», нужен всем светодиодам.

Разновидности

Разные виды резисторов для светодиодов

Именно на наших просторах можно найти всего 3 типа:

  • 12V – ограничивающий при достижении заданного порога;
  • овтомобильный – на тот случай, если вы решили сделать легкий тюнинг и подключить светодиоды в качестве подсветки;
  • обманка – скорее вспомогательный инструмент для выявление проблем в сети.

Как правильно подсчитать напряжение и сопротивление

Для мастеров светотехики такая задача на раз-два, но всем остальным мы предлагаем воспользоваться онлайн-сервисом, который рассчитывает параметры на основе номинальной рабочей силы тока.

Обращаем ваше внимание, что данные, полученные в калькуляторе, будут приблизительными, соответственно, выбираете самый близкий по значению стандартный номинал.

Можно не трогать калькулятор для светодиодов, если резистор — переменный или подстроечный.

Как подключать

{add_n27}

Независимо от того, какой резистор выбран – подстроечный, переменный или постоянный, нет никакой разницы, как его подключать. У него нет полярности. Основная задача — внутреннее сопротивление и мощность рассеивания. Если мощность превышается, резистор сгорает. Так что правильно рассчитывайте и пользуйтесь с удовольствием.

ВИДЕО: Расчет резистора к светодиодам

Расчет резистора для светодиода выполняется довольно просто, быстро и не содержит ничего «военного», только закон Ома. Хотя во всемирной сети существует множество онлайн-калькуляторов, помогающие определить различные параметры, но, по моему личному мнению, лучше один раз разобраться самому и понять физику процесса, чем слепо пользоваться подобными калькуляторами.

Самый частый пример – это подключение светодиода к источнику питания с напряжением 5 В, например к USB порту компьютера. Второй пример – подключение к аккумуляторной батарее автомобиля, номинальное значение напряжения которой 12 В. Если к такому источнику питания напрямую подсоединить полупроводниковый прибор, то последний попросту выйдет из строя под действием протекающего тока, превышающего допустимое значение, ‑ произойдет тепловой пробой полупроводникового кристалла. Поэтому нужно ограничивать величину тока.

С целью лучшей наглядности возьмем два типа светодиодов с наиболее распространенными характеристиками:

напряжение:

UVD1 = 2,2 В;

UVD2 = 3,5 В;

ток:

IVD1 = 0,01 А;

IVD2 = 0,02 А.

Расчет резистора для светодиода

Определим сопротивление R1,5 для VD1 при Uип = 5 В.

Для расчета величины сопротивления, согласно закону Ома нужно знать ток и напряжение:

R=U/I.

Величина тока, протекающего в цепи и в том числе через VD нам известна из заданного условия IVD1 = 0,01 А, поэтому следует определить падение напряжения на R1,5. Оно равно разности подведенного Uип = 5 В и падения напряжения на светодиоде UVD1 = 2,2 В:

Теперь находим R1,5

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в сторону увеличения, поэтому принимаем R1,5 = 300 Ом.

Таким же образом выполним расчет R для VD2:

Произведем аналогичные вычисления при значении Uип = 12 В.

Принимаем R1,12 = 2019 Ом = 1 кОм.

Принимаем R2,12 = 430 Ом.

Для удобства выпишем полученные значения сопротивлений всех резисторов:

Следует заметить, что сопротивление, выбранное из стандартного ряда, превышает расчетное, поэтому ток в цепи будет насколько снижен. Однако этим снижением можно пренебречь в виде его малого значения.

Расчет мощности рассеивания

Определить сопротивление – это только полдела. Еще резистор характеризуется важным параметром, который называется мощность рассеивания P – это мощность, которую он способен выдержать длительное время, при этом, не перегреваясь выше определенной температуры. Она зависит ток в квадрате, так как последний протекая в цепи, вызывает нагрев ее элементов.

P = I2R.

Визуально резистор более высокой Р отличается большими размерами.

Выполним расчет P для всех 4-х резисторов:

Из стандартного ряда мощностей выбираем ближайшие номиналы в сторону увеличения: первые три сопротивления можно взять с мощностью рассеивания 0,125 Вт, а четвертый – с 0,250 Вт.

Запишем общий расчет резистора для светодиода. Следует определить всего три параметра:

1) падение напряжения

2) сопротивление

3) мощность рассеивания.

Как видно, понять и запомнить данный алгоритм достаточно просто. Теперь, в случае применения специальных калькулятор, вы будете понимать, что и как они считают. Кстати, алгоритмы многих подобных калькуляторов не учитывают стандартный ряд номинальных значений, поэтому будьте внимательны, а лучше считайте все сами – это очень полезно делать для приобретения ценного опыта.

Питание светодиодов не такой простой вопрос, как может показаться. Они крайне чувствительны к режиму, в котором работают и не терпят перегрузок. Самое главное, что нужно запомнить – полупроводниковые излучающие диоды питают стабильным током, а не напряжением. Даже идеально стабилизированное напряжение не обеспечит поддержки заданного режима, это следствие внутренней структуры и принципа действия полупроводников. Тем не менее при грамотном подходе светодиоды можно подключать к питанию через токоограничивающий или добавочный резистор. Его расчет сводится к элементарному подбору такого сопротивления, на котором будут падать лишние Вольты при заданной величине тока. Давайте рассмотрим, как рассчитать его номинал вручную или воспользоваться онлайн калькулятором.

Хоть и главным параметром для питания светодиода является ток, но есть и такой, как падение напряжения. Это величина необходимая для того, чтобы он зажегся. Отталкиваясь от нее проводят вычисления ограничительного резистора.

Типовые напряжения LED разных типов:

Цвет Напряжение, В
Белый 2.8-3.2 для маломощных, 3.0 и выше для мощных (более 0.5 Вт)
Красный 1.6-2.0
Зеленый 1.9-4.0
Синий 2.8-3.2
Желтый, оранжевый 2.0-2.2
ИК До 1.9
УФ 3.1-4.4

Внимание! Если вы не можете найти документацию на имеющийся элемент – при использовании онлайн калькулятора возьмите данные из этой таблицы.

Чтобы сократить теорию, давайте сразу на практике рассчитаем сопротивление для подключения белого светодиода к бортовой цепи автомобиля 12В. Её фактическое значение при заведенном двигателе доходит до 14,2 В, а иногда и выше, значит его и берем для расчетов.

Тогда расчёт сопротивления для светодиода выполняют по закону Ома:

R=U/I

На светодиоде должно упасть усреднено 3 Вольта, значит нужно компенсировать:

Uрез=14,2-3=11,2 В

У обычного 5 мм светодиода номинальный ток равен 20 мА или 0,02 А. Рассчитываем сопротивление резистора, на котором должно упасть 11,2 В при заданном токе:

R=11,2/0,02=560 Ом или ближайший в большую сторону

Чтобы добиться стабильного питания и яркости в цепь питания дополнительно устанавливают стабилизатор L7805 или L7812 и проводят расчет относительно питающих 5 или 12 Вольт соответственно.

Как рассчитать резистор для подключения светодиода к сети 220 Вольт? Такой вопрос возникает, когда нужно сделать какую-то индикацию или маячок. Расчёт сопротивления в этом случае выглядит так:

Uрез=220-3=217 В

R=217/0,02=10850 Ом

Так как любой диод пропускает ток в одном направлении, то обратное напряжение приведет к тому, что он выйдет из строя. Значит параллельно светодиоду устанавливают еще один такой же или шунтирующий обычный маломощный выпрямительный диод, например, 1n4007.

С помощью нашего онлайн калькулятора можно рассчитать сопротивление для одного или нескольких соединенных последовательно или цепи параллельных светодиодов:

Если светодиодов несколько, тогда:

  • Для последовательного соединения резистор рассчитывают с учетом суммы падений на каждом элементе.
  • Для параллельного соединения сопротивление рассчитывают с учетом суммы токов каждого светоизлучающего диода.

Также нельзя забывать о мощности резистора, например, во втором примере с подключением цепи к сети 220В на нем будет выделяться мощность равная:

P=217*0,02=4,34 Вт

В данном случае это будет довольно крупный резистор. Чтобы уменьшить эту мощность, можно еще сильнее ограничить ток, например, в 0,01А, что снизит эту мощность в двое. В любом случае номинальная мощность сопротивления должна быть больше той, которая будет выделяться в процессе его работы.

Для долгой и стабильной работы излучателя при подключении к сети используйте в расчетах напряжение слегка выше номинального, то есть 230-240 В.

Если вам сложно посчитать или вы не уверены в чем-то, тогда наш онлайн калькулятор для расчета резистора для светодиода быстро подскажет вам, какой нужен резистор из стандартного размерного ряда, а также его минимальную мощность.