Как установить резистор для светодиода

Как рассчитать ограничивающий резистор для светодиода?

Светодиод представляет собой не лампочку, а полупроводник, преобразующий ток в световое излучение. Поэтому для подключения данного осветительного прибора необходимо учитывать ряд нюансов. Неважно речь идет о крупном торговом центре или уютном ресторане – без обеспечения стабильного тока вы столкнетесь с тем, что устройство быстро выйдет из строя. Поэтому вы должны знать, как рассчитать резистор для светодиода, который является важнейшей частью схемы питания освещения.

Особенности расчета сопротивления резистора

Чтобы разобраться, как рассчитать резистор для светодиода достаточно знать формулу, составленную на основе закона Ома. Она выглядит следующим образом: R = (V_S — V_L) / I.

V_S – это напряжение источника питания в вольтах, к которому будут подключаться светодиоды. V_L – напряжение питания самого полупроводника. Для белых и цветных светодиодов оно чаще всего составляет от 2 до 4 вольт. Не стоит брать максимальное значение.

I – ток светодиода.

В каталоге компании ReLED вы найдете качественные светодиоды различных типов. Наиболее распространены изделия с одним кристаллом на 20 мА и с четырьмя кристаллами на 80 мА. Перед подстановкой в формулу значение тока нужно перевести из миллиампер в амперы. То есть, 20 мА будет равно 0,02 А.

Пример выбора резистора

Допустим, у вас в распоряжении девятивольтовый источник питания, 3 двухвольтовых светодиода на 20 мА. В таком случае с использованием выше предложенной формулы вы знаете, как рассчитать резистор для светодиода. Для начала суммируем напряжение полупроводников: V_L = 2 + 2 + 2 = 6 Величина сопротивления резистора в этом случае будет равна: R = (9 – 6) / 0,02 = 150 Ом.

Если полученное значение не совпадает со стандартным номиналом, то выбирайте резистор с ближайшим большим сопротивлением. Теоретически возможно подключение к устройству со значительно отличающимся номиналом для экономии электроэнергии. Но это негативно скажется на яркости освещения.

+7 (953) 822-00-13

620102, г. Екатеринбург ул. Благодатская, 76, корпус Е, 103 (офис) / 102 (склад)

Правильное подключение светодиода. Схемы подключения.

Если у Вас появилась задача подключения светодиода, то постараюсь Вам в этом помочь в этой статье. При подключении светодиодов необходимо правильно подключать светодиод, соблюдать полярность. Что бы узнать, где у светодиода плюс (+) , а где минус (-) достаточно посмотреть на светодиод одна из ножек светодиода длиннее, чем вторая, соответственно самая длинная ножка будет плюс (+), а короткая минус (-). Начнем с подключения одинарных обычных светодиодов с рабочим напряжением 2-3В с рабочим током 10-20мА, как правило, напряжение светодиодов 2 вольта и что бы подключить светодиод, скажем к 12 вольтам постоянного напряжения (схема подключения светодиода к 12 вольтам представлена на рисунке 1), нам необходимо подобрать резистор.

Рисунок 1 — Схема подключения светодиода

Чтобы подобрать резистор для светодиода, будем пользоваться следующим способом: нам известно, что напряжение светодиода 2В, соответственно при подключении светодиода к 12 вольтам (например, светодиод будем использовать в автомобиле) нам надо ограничить 10В, в принципе в случаях светодиодов правильней говорить ограничить ток светодиода, но мы при выборе резистора будем пользоваться простым проверенным многими годами способом без всяких математических формул. На каждый вольт необходим резистор сопротивлением 100 Ом, т.е. если светодиод с рабочим напряжением 2В, и мы подключаем к 12 вольтам, нам нужен резистор 100Ом х 10В=1000 Ом или 1кОм обычно на схемах обозначается 1К, мощность резистора зависит от тока светодиода, но если мы используем обычный не мощный светодиод, как правило, его ток 10-20мА и в этом случае достаточно резистора на 0,25Вт самого маленького резистора по размеру.

Резистор с большей мощностью нам понадобится в 2х случаях: 1) если ток светодиода будет больше и 2) если напряжение будет выше, чем 24В и соответственно в случаях подключения светодиода к напряжению 36-48В и выше нам понадобится резистор с большей мощностью 0,5 – 2Вт, а в случае подключения светодиода к сети 220В лучше использовать резистор на 2Вт, но при подключении светодиода к сети переменного тока нам потребуется еще ряд элементов, но об этом чуть позже.

А если нам надо будет подключить светодиод к напряжению 24В, то резистор нужен будет 100Ом х 22В = 2,2кОм. Т.е. при помощи данного способа можно рассчитать резистор для подключения 2-3 вольтового светодиода и с током 5-20мА на любое напряжение постоянного тока. Для удобства приведу ряд номиналов резисторов (рисунок 2) для разных напряжений постоянного тока:
5В – R1 = 300 Ом; 9В – R1 = 750 Ом; 12В – R1 = 1 кОм; 15В – R1 = 1,3кОм; 18В – R1 = 1,6 кОм; 24В – R1 =2,2 кОм; 28В – 2,6 кОм

Рисунок 2 — Подключение светодиодов к различному напряжению

Если требуется светодиод подключить к батарейке, скажем на 3В, то можно поставить резистор последовательно на 100 Ом, а если батарейка пальчиковая на 1,5В, то можно подключить и без резистора.
При расчете мы можем выбрать только резисторы из стандартных номиналов, поэтому нет ничего страшного, если сопротивление резистора, будет чуть больше или меньше расчетного.

Если вы используете очень яркий светодиод, а светодиод используется, к примеру, для индикации в каких-либо устройствах, то можно сопротивление резистора увеличить, и тем самым яркость светодиода уменьшится, и светодиод не будет ослеплять. Но лучше всего в таких случаях если не требуется большая яркость светодиода, то при покупке в магазине или заказе в Китае можно выбрать матовый светодиод нужного цвета и током, как правило, 6-20мА, угол обзора у данных светодиодов, как правило, составляет 60 градусов, они отлично подходят для индикации, не ослепляют и от них не устают глаза, даже если долго на них смотреть. Прозрачные белые светодиоды для данных целей, как правило, не подходят.

В случае подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO, как правило, рабочее напряжение составляет 5В, соответственно резистор можно взять 300-470 Ом можно и еще с большим сопротивлением. Главное учитывать, что ток не может превышать предельного тока вывода микроконтроллера, как правило, не более 10мА, поэтому сопротивление резистора 300-470 Ом для подключения светодиода является золотой серединой. Схема подключения светодиода к микроконтроллеру или плате ARDUINO представлена на рисунке 3. Стоит обратить Ваше внимание, что светодиод может быть подключен как анодом, так и катодом к микроконтроллеру и от этого будет зависеть программный способ управления светодиодом.

Рисунок 3 — Подключение светодиода к плате ARDUINO

3. Последовательное подключение нескольких светодиодов
При последовательном соединении светодиодов чтобы их яркость не отличалась, друг от друга надо, чтобы светодиоды были одного типа. При последовательном соединении светодиодов сопротивление резистора будет меньше в отличие от случая, когда мы подключаем один светодиод. Для расчета резистора мы так же можем использовать ранее рассмотренный способ.

К примеру, нам необходимо последовательно подключить четыре светодиода к напряжению постоянного тока 12В, соответственно рабочее напряжение светодиодов 2В при последовательном соединении будет 2В х 4шт. = 8В. Тогда мы можем выбрать резистор из стандартного ряда на 470-510 Ом. При последовательном соединении светодиодов ток, протекающий через все светодиоды, будет одинаковым.

Рисунок 5 — Последовательное соединение светодиодов
Одним из недостатков последовательного соединения светодиодов является тот факт, что в случае выхода одного из светодиодов из строя, все светодиоды перестанут светится. Ниже приведена схема с последовательным соединением двух, трех и четырех светодиодов.

4.Параллельное подключение светодиодов
При параллельном подключении светодиодов резистор выбираем так же, как в случае одиночного светодиода. На каждый светодиод должен быть свой резистор при этом, если резисторы по сопротивлению будут отличаться или светодиоды будут различных марок, то будет очень заметно неравномерность свечения одного светодиода от другова. Ток при параллельном соединении будет складываться в зависимости от количества светодиодов.

Рисунок 6 — Параллельное соединение светодиодов

5. Подключение мощных светодиодов с большим рабочим током, как правило, применяемых для освещения. При использовании мощных светодиодов лучше всего не использовать обычные резисторы, а применять специальные импульсные источники питания для светодиодов в них, как правило, уже установлены цепи стабилизации тока, данные источники питания обеспечивают равномерность свечения светодиодов и более долговечный срок службы. Светодиоды, применяемые для освещения необходимо устанавливать на теплоотвод (радиатор).

6. Подключение светодиода к переменному напряжению 220В.
(Внимание. Опасное напряжение все работы по подключению к сети 220В необходимо производить только при выключенном, снятом напряжении и при этом необходимо убедится, что напряжение отсутствует. Будьте внимательны. Ко всем элементам схемы не должно быть прямого доступа).
При подключении светодиода к переменному напряжению 220В нам понадобится не только резистор, но и диод для выпрямления напряжения, так как светодиод работает от постоянного тока. Без диода на переменное напряжение лучше не включать. Схема подключения светодиода к сети 220В представлена на рисунке 7. Благодаря тому что мы используем два резистора вместо одного, мы можем использовать резисторы мощностью 1Вт. Так же лучше всего установить конденсатор особено если будет заметно мерцание светодиода. Конденсатор может быть керамический или пленочный главное нельзя использовать электролитический конденсатор.

Рисунок 7 — Схема подключения светодиода к сети 220В.

7. Подключение двухцветных светодиодов.
Если мы возьмем двухцветный светодиод, то увидим, что у данного светодиода не два, а три вывода, соответственно, один вывод по центру является общим, а два вывода по бокам каждый отвечает за свой цвет.

Немного математики :
Расчет сопротивления ограничивающего резистора при 5В и токе светодиода 20мА:
R = U / Imax = 5 / 0.020 = 250 Ом — соответственно сопротивление резистора при 5В должно быть не меньше 250 Ом

Как правильно рассчитать и подобрать резистор для светодиода

Каждый из нас видел светодиод. Обычный маленький светодиод выглядит как пластиковая колбочка-линза на проводящих ножках, внутри которой расположены катод и анод. На схеме светодиод изображается как обычный диод, от которого стрелочками показан излучаемый свет. Вот и служит светодиод для получения света, когда электроны движутся от катода к аноду — p-n-переходом излучается видимый свет.

Изобретение светодиода приходится на далекие 1970-е, когда для получения света во всю применяли лампы накаливания. Но именно сегодня, в начале 21 века, светодиоды заняли наконец место самых эффективных источников электрического света.

Где у светодиода «плюс», а где «минус»?

Чтобы правильно подключить светодиод к источнику питания, необходимо прежде всего соблюсти полярность. Анод светодиода подключается к плюсу «+» источника питания, а катод — к минусу «-». Катод, подключаемый к минусу, имеет вывод короткий, анод, соответственно, — длинный — длинную ножку светодиода — на плюс «+» источника питания.

Взгляните во внутрь светодиода: большой электрод — это катод, его — к минусу, маленький электрод, похожий просто на окончание ножки, — на плюс. А еще рядом с катодом линза светодиода имеет плоский срез.

Паяльник долго на ножке не держать

Паять выводы светодиода следует аккуратно и быстро, ведь полупроводниковый переход очень боится лишнего тепла, поэтому нужно краткими движениями паяльника дотрагиваться его жалом до припаиваемой ножки, и тут же паяльник отводить в сторону. Лучше в процессе пайки держать припаиваемую ножку светодиода пинцетом, чтобы обеспечить на всякий случай отвод тепла от ножки.

Резистор обязателен при проверке светодиода

Мы подошли к самому главному — как подключить светодиод к источнику питания. Если вы хотите проверить светодиод на работоспособность, то не стоит напрямую присоединять его к батарее или к блоку питания. Если ваш блок питания на 12 вольт, то используйте для подстраховки резистор на 1 кОм последовательно с проверяемым светодиодом.

Не забывайте о полярности — длинный вывод на плюс, вывод от большого внутреннего электрода — к минусу. Если не использовать резистор, то светодиод быстро перегорит, в случае если вы нечаянно превысите номинальное напряжение, через p-n-переход потечет большой ток, и светодиод практически тут же выйдет из строя.

Цвет свечения светодиода

Светодиоды бывают разных цветов, однако цвет свечения не всегда определяется цветом линзы светодиода. Белый, красный, синий, оранжевый, зеленый или желтый — линза может быть прозрачной, а включишь — окажется красным или синим. Светодиоды синего и белого свечения — самые дорогие. Вообще, на цвет свечения светодиода влияет в первую очередь состав полупроводника, и как вторичный фактор — цвет линзы.

Многоцветные RGB светодиоды содержат в одном корпусе несколько излучающих свет p-n-переходов, каждый из которых дает свой цвет свечения. Комбинируя яркости компонентов токами или частотами импульсов токов (для красного, зеленого и синего кристаллов), можно получить любой оттенок. Здесь, конечно, балансирующие резисторы нужны на каждый цветовой канал.

Находим номинал резистора для светодиода

Резистор включается последовательно со светодиодом. Функция резистора — ограничить ток, сделать его близким к номиналу светодиода, чтобы светодиод мгновенно не перегорел, и работал бы в нормальном номинальном режиме. Берем в расчет следующие исходные данные:

• Vps – напряжение источника питания;
• Vdf – прямое падение напряжения на светодиоде в нормальном режиме;
• If – номинальный ток светодиода при нормальном режиме свечения.

Теперь, прежде чем находить значение необходимого резистора R, отметим, что ток в последовательной цепи у нас будет постоянным, одним и тем же в каждом элементе: ток If через светодиод будет равен току Ir через ограничительный резистор.

Следовательно Ir = If. Но Ir = Ur/R – по закону Ома. А Ur = Vps-Vdf. Таким образом, R = Ur/Ir = (Vps-Vdf)/If.

То есть, зная напряжение источника питания, падение напряжения на светодиоде и его номинальный ток, можно легко подобрать подходящий ограничительный резистор.

Если найденное значение сопротивления не удается выбрать из стандартного ряда номиналов резисторов, то берут резистор несколько большего номинала, например вместо найденных 460 Ом, берут 470 Ом, которые всегда легко найти. Яркость свечения светодиода уменьшится весьма незначительно.

Пример подбора резистора:

Допустим, имеется источник питания на 12 вольт, и светодиод, которому нужно 1,5 вольта и 10 мА для нормального свечения. Подберем гасящий резистор. На резисторе должно упасть 12-1,5 = 10,5 вольт, а ток в последовательной цепи (источник питания, резистор, светодиод) должен получиться 10 мА, следовательно из Закона Ома: R = U/I = 10,5/0,010 = 1050 Ом. Выбираем 1,1 кОм.

Какой мощности должен быть резистор? Если R = 1100 Ом, а ток составит 0,01 А, то, по закону Джоуля-Ленца, на резисторе каждую секунду будет выделяться тепловая энергия Q = I*I*R = 0,11 Дж, что эквивалентно 0,11 Вт. Резистор мощностью 0,125 Вт подойдет, даже запас останется.

Последовательное соединение светодиодов

Если перед вами стоит цель соединить несколько светодиодов в единый источник света, то лучше всего соединение выполнять последовательно. Это нужно для того, чтобы к каждому светодиоду не цеплять свой резистор, чтобы избежать лишних потерь энергии. Наиболее подходят для последовательного соединения светодиоды одного и того же вида, из одной и той же партии.

Допустим, необходимо последовательно объединить 8 светодиодов по 1,4 вольта с током по 0,02 А для подключения к источнику питания 12 вольт. Очевидно, общий ток будет составлять 0,02 А, но общее напряжение составит 11,2 вольта, следовательно 0,8 вольт при токе в 0,02 А должны рассеяться на резисторе. R = U/I = 0,8/0,02 = 40 Ом. Выбираем резистор на 43 Ом минимальной мощности.

Параллельное соединение цепочек светодиодов — не лучший вариант

Если есть выбор, то светодиоды лучше всего соединять последовательно, а не параллельно. Если соединить несколько светодиодов параллельно через один общий резистор, то в силу разброса параметров светодиодов, каждый из них будет не в равных условиях с остальными, какой-то будет светиться ярче, принимая больше тока, а какой-то — наоборот тусклее. В результате, какой-нибудь из светодиодов сгорит раньше в силу быстрой деградации кристалла. Лучше для параллельного соединения светодиодов, если альтернативы нет, применить к каждой цепочке свой ограничительный резистор.

• Как правильно подобрать драйвер для светодиодов
• Виды светодиодов и их характеристики
• Как устроены и работают светодиоды

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Все про светодиоды

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Правила подключения и расчет светодиодов

Светодиоды различного назначения прочно вошли в нашу жизнь, и сегодня уже ни у кого не вызывает сомнений тот факт, что классические лампы накаливания постепенно будут вытеснены с рынка. Преимущества LED большинству из нас давно знакомы, а вот о правилах их подключения известно далеко не всем. А ведь данный осветительный элемент как никакой другой зависит от корректности подаваемого напряжения и силы тока.

В наш магазин электронных компонентов нередко поступают вопросы, касающиеся особенностей подключения светодиодов, обладающих теми или иными характеристиками. В данной статье мы постараемся доступно разъяснить базовые моменты, зная которые каждый из вас сможет правильно подключить и запитать приобретённые электронные компоненты самостоятельно.

Устройство светодиода

Чтобы понять принцип подключения светодиодов и научиться рассчитывать силу подаваемого тока, нужно хорошо представлять себе, как работают данные электронные компоненты. Основу любого светодиода составляет искусственный полупроводниковый кристалл, в котором реализован p-n-переход (область контакта двух полупроводников с различными типами проводимости). Цвет свечения этого кристалла зависит от его состава, а для усиления его яркости к нему примешиваются всевозможные добавки. Кристалл помещён на металлическое основание — катод, выполняющий по совместительству функцию отражателя. Параллельно катоду размещён анод, соединённый с кристаллом посредством тонкого проводка. Вся эта конструкция запаивается в корпус, именуемый по аналогии с лампами накаливания колбой.

Соблюдаем полярность

Светодиоды могут пропускать ток лишь в одном направлении — от анода к катоду, в связи с чем соблюдение полярности при их подключении является важнейшим условием. Как правило, длинный вывод светодиода является анодом, а короткий — катодом. Однако всецело полагаться на это негласное правило не стоит, лучше свериться лишний раз с документацией производителя, чем сжечь электронный компонент.

Резистор обязателен

В силу своего устройства светодиоды очень чувствительны к силе подаваемого на них тока, в связи с чем наличие ограничительного резистора в схеме является обязательным. Многие потребители пренебрегают данным условием, из-за чего ресурс светодиода существенно сокращается. Однако экономия на копеечном резисторе оборачивается в итоге постоянными расходами на то и дело выходящие из строя светодиоды. Зная это, некоторые производители электронных компонентов включают резистор в выпускаемые осветительные элементы на базе LED уже с завода, продлевая тем самым срок их службы. Однако такая продукция встречается на рынке не так уж часто. В подавляющем большинстве случаев резистор необходимо включать в схему самостоятельно. В связи с этим запомните: приобретая светодиоды, купите и резисторы к ним. Иначе может получиться так, что вместо энергоэффективного источника света вы получите нестабильно работающий расходник.

Рассчитываем номинал резистора

Чтобы правильно рассчитать номинал резистора, нужно вспомнить закон Ома. Все мы проходили его в школе, однако лишний раз освежить его в памяти не помешает. Наиболее простой для восприятия, на наш взгляд, является следующая форма записи формулы данного закона:

где U — напряжение, I — сила тока, R — сопротивление.

Таким образом, сила тока в сегменте электрической цепи прямо пропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна сопротивлению (R). Зная напряжение и силу тока, по этой формуле можно легко высчитать сопротивление. Оно будет равняться напряжению, делёному на силу тока, что можно выразить в виде формулы

Звучит сложно, но на практике всё гораздо проще. Рассмотрим пример. У нас есть светодиоды 3 мм, в спецификациях которых указано, что их необходимо запитывать током 3 В 20 мА. В наличии у нас имеется стандартный блок питания, выдающий 5 В. Следовательно, для корректной работы светодиодов с данным источником питания из 5 вольт нужно сделать 3. Для этого необходимо купить резисторы, способные рассеивать лишние 2 вольта. Именно тут в действие вступает закон Ома и вышеупомянутая формула расчёта сопротивления — R = U/I. Из формулы следует, что для вычисления целевого сопротивления резистора нам следует излишек напряжения разделить на силу тока:

2В / 0.02 А = 100 Ом.

Итак, в соответствии с расчётами нам нужны резисторы номиналом 100 Ом. Однако не всегда у вас будет получаться такое ровное значение. Вам может потребоваться сопротивление 112 или 136 Ом. В таких ситуациях ваш выбор должен падать на резистор большего номинала, ближайшего к целевому. Да, светодиод при таком сценарии не сможет функционировать на полную мощность. Однако это не принесёт ему никакого вреда. Напротив, работа в режиме 85-90% от заявленной мощности продлит ему эксплуатационный срок, при этом на глаз потерю яркости будет заметить крайне сложно.

Зная силу тока (I) и напряжение (U), мы можем высчитать не только номинальное сопротивление резистора, но и его предельную рассеиваемую мощность. Для этого следует перемножить I и U. Полученный результат и будет отображать требуемую мощность резистора в ваттах. В разбираемом нами примере:

0.02 A × 2 B = 0.04 Вт.

Следовательно, для наших светодиодов 3 мм 3 B 20 мА нам потребуются резисторы с рассеиваемой мощностью 0,04 Вт.

Способы подключения

Как правило, светодиоды 5 мм и 3 мм включаются в схему группами по несколько штук. Делать это можно как последовательно, так и параллельно, используя всего один резистор на группу. Главное помнить простое правило: при последовательном подключении суммируется напряжение, а при параллельном — сила тока.

Схема параллельного подключения

Схема последовательного подключения

Прибегать к объединению светильников в группы можно лишь в том случае, если вы используете электронные компоненты с одинаковыми характеристиками. Если в группе присутствуют отличающиеся по характеристикам светодиоды (даже если эти отличия находятся в рамках погрешности), целесообразно рассчитывать номинал резистора отдельно для каждого из них. Аналогичным образом лучше поступать и в тех случаях, когда светодиодов в группе много. Дело в том, что даже в рамках одной модели может наблюдаться незначительное расхождение в характеристиках, и при одновременном подключении большого количества диодов эти расхождения могут суммироваться и привести к выходу из строя целой группы электронных компонентов.

Подводные камни

Главный подводный камень при работе со светодиодами состоит в том, что магазин радиодеталей может публиковать на своём сайте неточные данные о характеристиках реализуемых электронных компонентов. При этом многие светодиоды также не имеют чётко прописанного номинального напряжения. Как правило, оно лежит в каком-то диапазоне, а не представлено в виде фиксированной числовой величины. При небольшом количестве подключенных светодиодов данный фактор не будет иметь решающего значения, в то время как при большом количестве находящихся в одной группе LED выйти из строя может сразу вся группа. Чтобы избежать подобных эксцессов, мы рекомендуем разбивать светодиоды на группы по 3-5 единиц и каждую подключать через собственный резистор. Цена реализуемого проекта при этом возрастёт не сильно, а вот эксплуатационный срок диодов существенно увеличится.