Lysdioden är en halvledarenhet med en icke-linjär ström-spänningskarakteristik (CVC). Dess stabila drift beror först och främst på storleken på strömmen som flyter genom den. Varje, även obetydlig, överbelastning leder till försämring av LED-chippet och en minskning av dess livslängd.
För att begränsa strömmen som flyter genom lysdioden på önskad nivå måste den elektriska kretsen kompletteras med en stabilisator. Det enklaste strömbegränsande elementet är ett motstånd.
Viktig! Motståndet begränsar men stabiliserar inte strömmen.
Att beräkna ett motstånd för en lysdiod är inte en svår uppgift och görs med hjälp av en enkel skolformel. Men med de fysiska processerna som sker i p-n-korsningen av lysdioden, rekommenderas det att bekanta sig närmare.
Teori
Matematisk beräkning
Nedan följer ett kretsschema i sin enklaste form. I den bildar lysdioden och motståndet en seriekrets genom vilken samma ström (I) flyter. Kretsen drivs av en EMF-spänningskälla (U). I driftläge uppstår ett spänningsfall på kretselementen: på motståndet (UR) och på lysdioden (U LED). Med den andra Kirchhoff-regeln erhålls följande likhet: 
eller dess tolkning
I formlerna ovan är R resistansen för det beräknade motståndet (Ohm), R LED är differentialresistansen för LED (Ohm), U är spänningen (V).
R LED-värdet ändras när driftsförhållandena för halvledarenheten ändras. I det här fallet är variablerna ström och spänning, vars förhållande bestämmer resistansvärdet. En tydlig förklaring av vad som har sagts är LED:ns CVC. 
I den inledande delen av karaktäristiken (upp till cirka 2 volt) finns en jämn ökning av strömmen, vilket resulterar i att R LED är av stor betydelse. Därefter öppnas p-n-övergången, vilket åtföljs av en kraftig ökning av strömmen med en liten ökning av den applicerade spänningen.
Genom en enkel transformation av de två första formlerna kan du bestämma resistansen för det strömbegränsande motståndet: U LED är ett passvärde för varje enskild typ av LED.
Grafisk beräkning
Med CVC till hands för lysdioden som studeras kan du beräkna motståndet grafiskt. Naturligtvis har denna metod inte en bred praktisk tillämpning. När allt kommer omkring, genom att känna till belastningsströmmen, från grafen, kan du enkelt beräkna storleken på framåtspänningen. För att göra detta räcker det att rita en rak linje från y-axeln (I) tills den skär kurvan och sedan sänka linjen till abskissan (U LED). Som ett resultat tas alla data för att beräkna motståndet emot.
Men grafalternativet är unikt och förtjänar lite uppmärksamhet.
Vi beräknar motståndet för en lysdiod med en märkström på 20 mA, som måste anslutas till en strömkälla på 5 V. För att göra detta, dra en rät linje från 20 mA-punkten tills den skär LED-kurvan. Vidare, genom en punkt på 5 V och en punkt på grafen, ritar vi en linje tills den skär y-axeln och får det maximala strömvärdet (I max), ungefär lika med 50 mA. Med hjälp av Ohms lag beräknar vi resistansen: För att kretsen ska vara säker och pålitlig är det nödvändigt att utesluta överhettning av motståndet. För att göra detta, hitta dess effektförlust genom formeln:
När är det möjligt att ansluta en lysdiod via ett motstånd?
Du kan ansluta en lysdiod genom ett motstånd om frågan om kretseffektivitet inte är av största vikt. Till exempel att använda en lysdiod som en indikator för att lysa upp en strömbrytare eller en nätspänningsindikator i elektriska apparater. I sådana enheter är ljusstyrkan inte viktig, och strömförbrukningen överstiger inte 0,1 watt. När du ansluter en lysdiod med en förbrukning på mer än 1 W måste du vara säker på att strömförsörjningen ger en stabiliserad spänning.
Om kretsens inspänning inte stabiliseras, kommer allt brus och överspänningar att överföras till belastningen, vilket stör LED:s funktion. Ett slående exempel är fordonets elektriska nätverk, där batterispänningen endast teoretiskt är 12 V. I det enklaste fallet bör LED-belysning i bilen ske genom en linjär stabilisator från LM78XX-serien. Och för att på något sätt öka kretsens effektivitet måste du slå på 3 lysdioder i serie. Dessutom efterfrågas en strömförsörjningskrets genom ett motstånd för laboratorieändamål för att testa nya modeller av lysdioder. I andra fall rekommenderas det att använda en strömstabilisator (drivrutin). Speciellt när kostnaden för sändningsdioden står i proportion till kostnaden för föraren. Du får en färdig enhet med kända parametrar, som bara behöver kopplas korrekt.
Exempel på beräkning av motstånd och effekt
För att hjälpa nybörjare att orientera sig kommer här ett par praktiska exempel på hur man beräknar resistans för lysdioder.
Cree XM–L T6
I det första fallet kommer vi att beräkna det motstånd som krävs för att ansluta en kraftfull LED till en spänningskälla på 5 V. Cree XM-L med T6 bin har följande parametrar: typisk U LED = 2,9 V och maximal U LED = 3,5 V vid ström I LED \u003d 0,7 A. Det typiska värdet för U LED bör ersättas i beräkningarna, eftersom. det är oftast sant. Det beräknade värdet på motståndet finns i E24-serien och har en tolerans på 5 %. I praktiken är det dock ofta nödvändigt att avrunda de erhållna resultaten till närmaste värde från standardserien. Det visar sig att, med hänsyn till avrundning och en tolerans på 5%, ändras det verkliga motståndet och efter det ändras strömmen omvänt proportionellt. Därför, för att inte överskrida lastens driftsström, är det nödvändigt att runda det beräknade motståndet uppåt.
Med de vanligaste motstånden från E24-serien är det inte alltid möjligt att hitta rätt värde. Det finns två sätt att lösa detta problem. Den första innebär seriekoppling av ytterligare ett strömbegränsande motstånd, vilket bör kompensera för de saknade ohm. Dess val bör åtföljas av kontrollströmmätningar.
Den andra metoden ger högre noggrannhet, eftersom den involverar installation av ett precisionsmotstånd. Detta är ett sådant element, vars motstånd inte beror på temperatur och andra externa faktorer och har en avvikelse på högst 1% (serie E96). I vilket fall som helst är det bättre att lämna den verkliga strömmen lite mindre än den nominella. Detta kommer inte att påverka ljusstyrkan i hög grad, men det kommer att ge kristallen en skonsam operation.
Effekten som förbrukas av motståndet kommer att vara:
Den beräknade effekten av motståndet för lysdioden måste ökas med 20-30%.
Låt oss beräkna effektiviteten hos den monterade lampan:
Exempel med LED SMD 5050
I analogi med det första exemplet, låt oss ta reda på vilken typ av motstånd som behövs för. Här är det nödvändigt att ta hänsyn till designfunktionerna hos LED, som består av tre oberoende kristaller.
Om SMD 5050 LED är enfärgad, kommer framspänningen i öppet tillstånd på varje kristall att skilja sig med högst 0,1 V. Detta innebär att LED kan drivas från ett motstånd genom att kombinera 3 anoder i en grupp, och tre katoder till en annan. Vi väljer ett motstånd för att ansluta en vit SMD 5050 med följande parametrar: typisk U LED \u003d 3,3 V vid en ström av ett chip I LED \u003d 0,02 A. Det närmaste standardvärdet är 30 Ohm. 
Vi accepterar för installation ett begränsningsmotstånd med en effekt på 0,25 W och ett motstånd på 30 Ohm ± 5%.
SMD 5050 RGB LED har olika framspänning för varje dyna. Därför måste du kontrollera de röda, gröna och blå färgerna med tre motstånd med olika klassificering.
Kalkylator online
Online-kalkylatorn för lysdioder som presenteras nedan är ett praktiskt tillägg som gör alla beräkningar själv. Med den behöver du inte rita och beräkna något manuellt. Allt som behövs är att ange de två huvudparametrarna för lysdioden, ange deras antal och strömförsörjningens spänning. Med ett musklick kommer programmet självständigt att beräkna motståndet för motståndet, välja dess värde från standardområdet och indikera färgmarkeringen. Dessutom kommer programmet att erbjuda ett färdigt växlingsschema.
Lysdioden har väldigt lite internt motstånd, om den är ansluten direkt till strömförsörjningen kommer strömmen att vara tillräckligt hög för att bränna ut den. Koppar- eller guldtrådar, med vilka kristallen är ansluten till externa terminaler, tål små hopp, men om de överskrids kraftigt brinner de ut och kraften slutar strömma till kristallen. En onlineresistorberäkning för en lysdiod baseras på dess märkström.
- 1. Online-kalkylator
- 2. Huvudparametrar
- 3. Funktioner av billig ICE
Kalkylator online
Gör ett kopplingsschema i förväg för att undvika beräkningsfel. Online-kalkylatorn visar dig det exakta motståndet i ohm. Som regel visar det sig att motstånd med denna klassificering inte är tillgängliga, och du kommer att visas närmaste standardbetyg. Om det inte är möjligt att göra ett korrekt urval av motstånd, använd då en större valör. Ett lämpligt värde kan göras genom att koppla resistansen parallellt eller i serie. Beräkningen av resistansen för lysdioden kan utelämnas om du använder en kraftfull variabel eller avstämningsmotstånd. Den vanligaste typen är 3296 på 0,5W. Vid användning av en 12V strömförsörjning kan upp till 3 lysdioder anslutas i serie.
Motstånd finns i olika noggrannhetsklasser, 10%, 5%, 1%. Det vill säga deras motstånd kan fela inom dessa gränser i positiv eller negativ riktning.
Glöm inte att ta hänsyn till kraften hos det strömbegränsande motståndet, detta är dess förmåga att avleda en viss mängd värme. Om den är liten kommer den att överhettas och misslyckas, och därmed bryta den elektriska kretsen.
För att bestämma polariteten kan du lägga på en liten spänning eller använda diodtestfunktionen på multimetern. Skiljer sig från resistansmätningsläget, vanligtvis levererat från 2V till 3V.
huvudparametrar
Vid beräkning av lysdioder bör man också ta hänsyn till spridningen av parametrar, för billiga kommer de att vara maximala, för dyra kommer de att vara mer lika. För att kontrollera denna parameter måste du aktivera dem under lika förhållanden, det vill säga sekventiellt. Genom att minska strömmen eller spänningen minskar du ljusstyrkan till lätt glödande punkter. Visuellt kommer du att kunna bedöma, vissa kommer att lysa starkare, andra svagt. Ju jämnare de brinner, desto mindre sprids de. LED-motståndskalkylatorn antar att egenskaperna hos LED-chipsen är idealiska, det vill säga skillnaden är noll.
Fallspänningen för vanliga lågeffektsmodeller upp till 10W kan vara från 2V till 12V. När effekten ökar, ökar antalet kristaller i COB-dioden, var och en har ett fall. Kristaller är seriekopplade i serie, sedan kombineras de till parallella kretsar. Vid effekter från 10W till 100W växer minskningen från 12V till 36V.
Denna parameter måste anges i de tekniska egenskaperna för LED-chippet och beror på syftet:
- färger blå, röd, grön, gul;
- tricolor RGB;
- fyrfärgs RGBW;
- tvåfärgad, varm och kall vit.
Funktioner av billig ICE
Innan du väljer ett motstånd för en lysdiod på en online-kalkylator, bör du se till parametrarna för dioderna. Kineserna på Aliexpress säljer mycket led, och utger dem som märkesvaror. De mest populära modellerna är SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Det värsta görs vanligtvis under varumärket Epistar.
Till exempel fuskar oftast kineserna på SMD5630 och SMD5730. Siffrorna i markeringen anger endast storleken på höljet 5,6 mm gånger 3,0 mm. I märkesvaror används ett så stort fodral för att installera kraftfulla kristaller på 0,5W, därför är köpare av SMD5630-dioder direkt associerade med en effekt på 0,5W. Den listiga kinesen drar fördel av detta, och installerar en billig och svag kristall i 5630-fodralet på ett genomsnitt på 0,1W, samtidigt som det indikerar en energiförbrukning på 0,5W.
Kinesisk led majslampa
Ett bra exempel skulle vara billampor och LED-majs, som förses med ett stort antal svaga och lågkvalitativa LED-chips. Den genomsnittliga köparen tror att ju fler lysdioder, desto bättre lyser det och desto högre effekt.
Billyktor på den svagaste isen 0,1W
För att spara pengar letar mina LED-kollegor efter anständiga lysdioder på Aliexpress. De letar efter en bra säljare som lovar vissa parametrar, de beställer, de väntar på leverans i en månad. Efter testerna visar det sig att den kinesiska säljaren fuskat och sålt skräp. Du kommer att ha tur om anständiga dioder kommer för sjunde gången, och inte skräp. Vanligtvis kommer de att göra 5 beställningar, och efter att inte uppnå ett resultat går de för att lägga en beställning i en inhemsk butik som kan göra ett byte.
En vanlig liten lysdiod ser ut som en plastkonlins på ledande ben, inuti vilka finns en katod och en anod. I diagrammet är lysdioden avbildad som en konventionell diod, från vilken det emitterade ljuset visas med pilar. Så LED tjänar till att producera ljus, när elektroner rör sig från katoden till anoden sänds synligt ljus ut.
Uppfinningen av LED går tillbaka till det avlägsna 1970-talet, då glödlampor användes för att producera ljus. Men idag, i början av 2000-talet, har lysdioder äntligen tagit platsen för de mest effektiva källorna för elektriskt ljus.
Var är "plus" för lysdioden, och var är "minus"?
För att korrekt ansluta lysdioden till strömkällan måste du först observera polariteten. Lysdiodens anod är ansluten till strömkällans plus "+" och katoden - till minus "-". Katoden ansluten till minus har en kort utgång, respektive anoden är lång - det långa benet på lysdioden - till plus "+" på strömkällan.
Ta en titt inuti lysdioden: den stora elektroden är katoden, dess - till minus, den lilla elektroden, som bara ser ut som änden av benet - till plus. Och bredvid katoden har LED-linsen ett platt snitt.
Håll inte lödkolven på benet under en längre tid
Löd LED-ledarna försiktigt och snabbt, eftersom halvledarövergången är mycket rädd för överskottsvärme, så du måste kort röra lödkolven med sin spets mot det lödda benet och sedan ta lödkolven åt sidan. Det är bättre att hålla det lödda benet på LED med en pincett under lödningsprocessen för att säkerställa att värmen tas bort från benet i alla fall.
Motstånd krävs vid testning av LED
Vi kommer till det viktigaste - hur man ansluter lysdioden till en strömkälla. Om du vill ska du inte ansluta den direkt till batteriet eller till strömförsörjningen. Om din strömförsörjning är 12 volt, använd sedan ett 1 kΩ motstånd i serie med den lysdiod som testas för skyddsnät.
Glöm inte polariteten - en lång ledning till ett plus, en ledning från en stor intern elektrod till ett minus. Om du inte använder ett motstånd kommer lysdioden snabbt att brinna ut, om du av misstag överskrider märkspänningen kommer en stor ström att flyta genom p-n-övergången, och lysdioden kommer nästan omedelbart att misslyckas.
Lysdioder finns i en mängd olika färger, men färgen på glöden bestäms inte alltid av färgen på LED-linsen. Vit, röd, blå, orange, grön eller gul - linsen kan vara genomskinlig, och slå på den - den kommer att visa sig vara röd eller blå. Blå och vita lysdioder är de dyraste. I allmänhet påverkas färgen på lysdiodens glöd främst av halvledarens sammansättning, och som en sekundär faktor, linsens färg.
Hitta värdet på motståndet för lysdioden
Motståndet är seriekopplat med lysdioden. Motståndets funktion är att begränsa strömmen, göra den nära LED-klassificeringen, så att lysdioden inte omedelbart brinner ut och skulle fungera i normalt nominellt läge. Vi tar hänsyn till följande initiala data:
Vps - strömförsörjningsspänning;
Vdf är framåtspänningsfallet över lysdioden i normalt läge;
Om - märkström för lysdioden i normalt glödläge.
Nu, innan vi hittar , noterar vi att strömmen i seriekretsen kommer att vara konstant, densamma i varje element: strömmen If genom lysdioden kommer att vara lika med strömmen Ir genom begränsningsmotståndet.
Därav Ir = If. Men Ir = Ur/R - enligt Ohms lag. Och Ur \u003d Vps-Vdf. Således R = Ur/Ir = (Vps-Vdf)/If.
Det vill säga, genom att känna till strömförsörjningens spänning, spänningsfallet över lysdioden och dess märkström kan du enkelt välja lämpligt begränsningsmotstånd.
Om resistansvärdet som hittats inte kan väljas från standardserien av motståndsvärden, så tas ett motstånd med ett något större värde, till exempel, istället för de hittade 460 Ohm, tar de 470 Ohm, vilket alltid är lätt att hitta. Ljusstyrkan på LED kommer att minska mycket något.
Exempel på val av motstånd:
Låt oss säga att det finns en 12 volts strömkälla och en lysdiod som behöver 1,5 volt och 10 mA för att lysa normalt. Låt oss välja ett släckningsmotstånd. Motståndet ska falla 12-1,5 = 10,5 volt, och strömmen i seriekretsen (strömförsörjning, motstånd, LED) ska vara 10 mA, därav från Ohms lag: R = U / I = 10,5 / 0,010 = 1050 ohm. Vi väljer 1,1 kOhm.
Hur stort ska motståndet vara? Om R \u003d 1100 Ohm, och strömmen är 0,01 A, kommer, enligt Joule-Lenz-lagen, termisk energi Q \u003d I * I * R \u003d 0,11 J att släppas ut på motståndet varje sekund, vilket är ekvivalent till 0,11 W. Ett 0,125 W motstånd räcker, även en marginal kvarstår.
Seriekoppling av lysdioder
Om ditt mål är att koppla flera lysdioder till en enda ljuskälla, är det bäst att ansluta i serie. Detta är nödvändigt för att varje lysdiod inte ska ha sitt eget motstånd, för att undvika onödiga energiförluster. De mest lämpliga för seriekoppling är lysdioder av samma typ, från samma batch.
Låt oss säga att du behöver seriekoppla 8 lysdioder på 1,4 volt vardera med en ström på 0,02 A för att ansluta till en 12 volts strömkälla. Uppenbarligen kommer den totala strömmen att vara 0,02 A, men den totala spänningen kommer att vara 11,2 volt, så 0,8 volt vid en ström på 0,02 A bör avledas av motståndet. R \u003d U / I \u003d 0,8 / 0,02 \u003d 40 ohm. Vi väljer ett 43 ohm motstånd med minimal effekt.
Parallellkoppling av LED-strängar är inte det bästa alternativet
Om det finns ett val, är lysdioderna bäst kopplade i serie, inte parallellt. Om du ansluter flera lysdioder parallellt genom ett gemensamt motstånd, på grund av spridningen av parametrarna för lysdioderna, kommer var och en av dem inte att vara på lika villkor med de andra, några kommer att lysa ljusare, ta mer ström, och några, tvärtom, blir svagare. Som ett resultat kommer vissa av lysdioderna att brinna ut tidigare på grund av den snabba nedbrytningen av kristallen. Det är bättre att ansluta lysdioder parallellt, om det inte finns något alternativ, applicera ett annat begränsningsmotstånd på varje kedja.
