Kalkulačka rezistorů omezujících proud pro jednobarevné LED diody

Historie vývoje LED se táhne již 100 let. Na počátku 1907. století byl popsán fenomén emise světla z materiálů vystavených elektrickým polím a tento efekt byl nazván „fotoluminiscence“. Zcela náhodou objevil britský radiotechnik, kapitán Henry Joseph Round, prototyp moderní LED. Round o tomto zajímavém efektu hovořil v roce 1923 ve své poznámce, kde popsal pouze efekt žluté záře z bipolární struktury. V roce XNUMX sovětský vědec Oleg Vladimirovič Losev podrobně studoval detektor karbidu křemíku a dokázal vyfotografovat záři vyzařovanou detektorem obsahujícím náhodně vytvořený pn přechod.

Pokrok ve výzkumu a výrobě LED následoval v 60. a 70. letech. minulého století s vývojem nových materiálů pro LED diody v červené, žluté, oranžové a zelené barvě. V roce 1960 byly vytvořeny první LED diody na bázi GaAs (světlo emitující diody) a blízké infračervené lasery. Paralelně s tím se objevily fotodetektory na bázi polovodičů. První modrozelenou LED se strukturou kov-izolátor-polovodič (MDS) vytvořil Jacques Pankov (Jakov Isajevič Pančenkov) se spoluautory v roce 1971. Tyto LED byly vyrobeny epitaxní depozicí nitridu galia, který má elektronickou vodivost, na safírový substrát, načež byla nanesena izolační vrstva nitridu gallium s příměsí zinku.

Moderní LED diody jsou dostupné ve velmi široké škále barev, včetně IR a UV rozsahů. Mohou být buď jednobarevné, nebo vícebarevné (když je v jednom případě soustředěno několik krystalů různých barev), například RGB. LED se vyznačují elektrickými a světelnými parametry. Elektrické charakteristiky: propustný proud, pokles napětí v propustném směru, maximální zpětné napětí, maximální ztrátový výkon, charakteristika proud-napětí. Parametry světla: světelný tok, intenzita světla, úhel rozptylu, barva (nebo vlnová délka), teplota barvy, světelná účinnost.

Typy LED diod

Технические характеристики

Dopředný jmenovitý proud — provozní proud, při kterém bude LED fungovat normálně a pn přechod nebude poškozen nebo přehřátí Hodnota jmenovitého propustného proudu závisí na velikosti krystalu, typu polovodiče a barvě záře.

Dopředné napětí — pokles napětí na pn přechodu LED při provozním proudu Z hodnoty napětí můžete určit chemické složení polovodiče.

• červená (fosfid galia) – od 1,63 do 2,03 V
• oranžová (fosfid galia) – od 2,03 do 2,1 V;
• žlutá (fosfid galia) – od 2,1 do 2,18 V;
• zelená (fosfid galia) – od 1,9 do 4 V;
• modrá (selenid zinečnatý) – od 2,48 do 3,7 V;
• fialová (nitrid indium gallium) – od 2,76 do 4 V.

Maximální zpětné napětí LED je napětí obrácené polarity, při kterém dojde k rozpadu krystalu a LED selže.

Maximální ztrátový výkon — výkon, který je schopno rozptýlit pouzdro LED v provozním režimu.

Síla světla kvantitativně odráží intenzitu světelného toku v určitém směru a udává se v milikandelách Čím menší je úhel rozptylu, tím větší je svítivost LED.

Pod světelným tokem Jeden lumen je světelný tok vyzařovaný bodovým izotropním zdrojem o svítivosti rovné jedné kandele do prostorového úhlu jednoho steradiánu.

Vlnová délka měřeno v nanometrech a charakterizuje barvu světla vyzařovaného LED. Závisí na chemickém složení polovodičového krystalu, například:

• červená – od 610 nm do 760 nm;
• oranžová – od 590 do 610 nm;
• žlutá – od 570 do 590 nm;
• zelená – od 500 do 570 nm;
• modrá – od 450 do 500 nm;
• fialová – od 400 do 450 nm.

Úhel rozptylu LED se měří ve stupních.

Vzorec pro výpočet odporu omezujícího proud pro LED

Pro omezení propustného proudu přes LED je v obvodu zahrnut odpor. Požadovanou hodnotu zjistíme ze vztahu:

Zde jsem slíbil mluvit o tom, jak můžete vypočítat hodnotu odporu, aby palubní síť vašeho auta nespálila LED diody, které k ní připojíte.
Nejprve si definujme terminologii (lidé znalí elektroniky mohou přeskočit na další bod).

Pokles napětí – Napětí U (měřeno ve voltech, V) – který žere LED (ano, úplně drze to žere!).
Je to stejné – napájecí napětí. Nezaměňovat s napětím zdroj výživa.
Provozní proud – aktuální I (měřeno v ampérech, А. budeme měřit v miliampérech – 1 mA = 0.001 A).
Odpor – R měřeno v ohmech – Ohm. Právě v těchto jednotkách se měří rezistory (odpor).
Napájecí napětí — v našem případě je napětí palubní sítě automobilu přibližně 12 V při vypnutém motoru a 14 V při běžícím motoru (za předpokladu, že generátor pracuje správně).

Zdá se, že s terminologií je vše v pořádku. Přejděme k teorii.
Zde je přibližný úbytek napětí pro každou z primárních barev LED.

Červená – 1,6-2,03
Oranžová – 2,03-2,1v
Žlutá – 2,1-2,2v
Zelená – 2,2-3,5v
Modrá – 2,5-3,7v
Fialová – 2,8-4v
Bílá – 3-3,7v

Skutečné hodnoty mohou mírně kolísat jedním nebo druhým směrem. Informace o tom, jak přesně zjistit, kolik konkrétní LED spotřebuje, naleznete na níže uvedeném odkazu.
Rozdíl je způsoben použitím různých krystalových materiálů v nich, což ve skutečnosti dává jinou vyzařovanou vlnovou délku a také jinou barvu.

Průměrný provozní proud u LED s nízkým výkonem je cca. 0.02A = 20mA.
V čem, ptáte se, je ten háček? Vše je jednoduché – připojte LED polarita a svítí pro vás.
Ano, to je všechno pravda, ale LED je tmavý předmět a není zajímavé ho studovat.
Zatímco absorbuje přesně tolik napájecího napětí, kolik potřebuje, proud, který překročí jeho provozní proud, krystal jednoduše spálí.

Vezměme si příklad. Je zde oranžová LED, která má dle tabulky výše napájecí napětí cca 2,1V a provozní proud 20mA. Pokud na něj stáhneme plný výkon palubní sítě našeho auta, klesne napětí v obvodu, do kterého je zapojen, o ~2.1V, ale přebytečný proud ho okamžitě spálí.
Co když například potřebujeme nainstalovat LED pro osvětlení spínače zapalování?
Je to jednoduché – potřebujete to zbavte část obvodu, ve které je LED připojena, přebytečný proud.

Jak? – ptáte se. Je to jednoduché. Byl jeden strýc Georg Ohm, který odvodil vzorec známý každému středoškolskému studentovi (Ohmův zákon pro část řetězu) – U=I*R (kde U je napětí, I je proud, R je odpor.)
Pojďme to obrátit Krásná vzorec, který dává R=U/I.
V našem případě R je odpor (hodnota rezistoru), který budeme potřebovat; U je napětí v obvodu, I je provozní proud naší LED.
Vs – napájecí napětí
Vl – napájecí napětí LED
Tak R = (Vs-Vl)/I=(12-2.1)/0.02=9.9/0.02=495 Ohm – hodnota rezistoru, který musí být zapojen do obvodu, aby se LED při vypnutém motoru přímo připojila k palubní síti.
Pro provoz se zapnutým motorem počítáme totéž, pouze bereme Vs na 14V.
Důrazně doporučuji provádět výpočty pro auto pomocí 14V palubního napětí, jinak vaše LED rychle selžou.

Pokud vezmete vyšší hodnotu, například 550-600 Ohmů, bude LED svítit o něco méně jasně.
Pokud je nominální hodnota nižší, pak „světlo vaší hvězdy bude krátké, i když velmi jasné“.

Spolehlivě zjistíte, kolik voltů spotřebovává konkrétní LED dioda, když ji připojíte ke zdroji konstantního napětí 3-5 voltů, zapojíte voltmetr do série (můžete použít elektronický multimetr, zapnete jej v příslušném režimu) a poté vypočítejte, o kolik pokleslo napětí v obvodu. A na základě těchto konkrétních údajů vypočítejte odpor, který potřebujete. Přečtěte si více o této metodě zde. (stejným způsobem lze vypočítat aktuální spotřebu).

Na závěr vám to chci říct vřele doporučuji použijte hodnotu odporu o něco vyšší, než je vypočtená, což nepochybně prodlouží životnost LED.
Pro určení rezistoru podle barevného značení (tak se označují moderní rezistory, s výjimkou těch v SMD pouzdrech), doporučuji použít tento online kalkulátor.
www.chipdip.ru/info/rescalc

Děkuji, že čtete můj blog, moc mě to těší. Pokud máte nějaké dotazy, neváhejte se zeptat, všem odpovím.