Светодиод (LED) и резистор: принцип работы и расчёт

Светодиод (LED) — полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Преимущества: низкое энергопотребление, долговечность, компактность, устойчивость к ударам.

Резистор (англ. resistor, от лат. resisto — «сопротивляюсь») — пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым постоянным или переменным значением электрического сопротивления. Предназначен для линейного преобразования силы тока в напряжение и напряжения в силу тока, ограничения тока, поглощения электрической энергии и других видов перераспределения энергии.

Зачем светодиод и резистор вместе?

Резистор ограничивает ток через светодиод, предотвращая его повреждение. Правильный расчёт гарантирует стабильность и безопасность работы.

Обозначение светодиода и резистора на схеме

На электрических схемах светодиод обозначается треугольником с линией, указывающей направление тока. Резистор обозначается зигзагообразной линией.

Анод и катод светодиода

Светодиод имеет два вывода: анод и катод. Анод — это положительный вывод, а катод — отрицательный. На диодах в DIP-корпусе анод обычно длиннее катода.

Схема подключения:

Основная формула

$$ V_{\text{supply}} = V_f + I \cdot R $$

Обозначения

Исходные данные

$$ \text{Ток } I = 20\ \text{mA},\quad V_f = 2{,}2\ \text{В}, \quad V_{\text{supply}} = 5\ \text{В} $$

Расчёт

$$ R = \frac{V_{\text{supply}} - V_f}{I} = \frac{5 - 2{,}2}{0{,}02} = \frac{2{,}8}{0{,}02} = 140\ \Omega $$

Подключение светодиодов и резисторов

Светодиоды (LED) и резисторы могут быть подключены последовательно или параллельно. Рассмотрим особенности каждого типа подключения.

Последовательное подключение

При последовательном подключении светодиоды и резисторы соединяются один за другим. Ток через все элементы одинаков, а общее напряжение равно сумме падений напряжения на каждом элементе.

Формула для расчёта резистора:

$$ R = \frac{V_{\text{supply}} - n \cdot V_f}{I} $$

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиоды и резисторы соединяются параллельно. Напряжение на всех элементах одинаково, а общий ток равен сумме токов через каждый элемент.

Формула для расчёта резистора:

$$ R = \frac{V_{\text{supply}} - V_f}{n \cdot I} $$

Коррекция расчетов схемы с LED-диодами

Технические характеристики диодов

• Светодиоддиод красный FYL-5013HD

• Светодиоддиод синий FYL-5013UBD1C

• Светодиоддиод жёлтый FYL-5013YD

• Светодиоддиод RGB L-53

Если в наличии нет резистора нужной мощности?

Комбинация резисторов для увеличения мощности

Правила техники безопасности при работе с электронными компонентами

Безопасность при тестировании схем

• **Проверка мультиметром**: перед подачей питания обязательно проверьте цепь мультиметром на предмет коротких замыканий и правильности соединений.
• **Тестирование малых напряжений**: начинайте тестирование с подачи минимального возможного напряжения, постепенно увеличивая его до необходимого уровня.

Падение напряжения на резисторах и потенциометрах

Введение

Падение напряжения на резисторах и потенциометрах и делители напряжения. Как можно использовать потенциометры для деления напряжения и почему они не всегда подходят для работы с нагрузками.

Основные понятия

1. Падение напряжения: Когда ток проходит через проводник (например, резистор), на нем происходит падение напряжения. Это связано с тем, что заряды, проходя через проводник, совершают работу, и напряжение на выходе становится ниже.
2. Делитель напряжения: Это схема, состоящая из двух или более резисторов, соединенных последовательно, которая позволяет делить входное напряжение на части.
3. Потенциометр: Это переменный резистор, который можно использовать как делитель напряжения. Он состоит из резистивной дорожки и скользящего контакта, который можно перемещать для изменения сопротивления.

Пример с проволокой

Если взять кусочек нихромовой проволоки, подключенной к источнику питания на 5 вольт. Измерение напряжения на концах проволоки показывает 5 вольт, но если измерить напряжение относительно середины, оно будет вдвое меньше. Это происходит из-за того, что заряды, проходя через проволоку, совершают работу, и напряжение падает.

Расчет делителя напряжения

Для расчета делителя напряжения используется следующая формула:

V_out = V_in * (R2 / (R1 + R2))
    

Где:

• V_out — выходное напряжение,
• V_in — входное напряжение,
• R1 — сопротивление верхнего плеча делителя,
• R2 — сопротивление нижнего плеча делителя.

Потенциометр как делитель напряжения

Потенциометр можно использовать как делитель напряжения. Он состоит из резистивной дорожки и скользящего контакта, который можно перемещать для изменения сопротивления. Подключив потенциометр к источнику питания, можно снимать с него поделенное напряжение.

Пример с потенциометрами

Однако если взять два потенциометра: на 5 кОм и на 1 МОм. Оба подключить к источнику питания на 12 вольт, и с помощью мультиметра измеряется напряжение на среднем контакте. Несмотря на разницу в номиналах, напряжение меняется одинаково, что может создать впечатление, что номинал потенциометра не важен.

Проблемы с нагрузками

Однако, когда к потенциометру подключается нагрузка (например, светодиод), возникают проблемы. Светодиод горит при использовании потенциометра на 5 кОм, но не горит при использовании потенциометра на 1 МОм, несмотря на одинаковое напряжение. Это связано с тем, что при подключении нагрузки образуется параллельное соединение, и сопротивление делителя меняется.

Применение делителей напряжения

Делители напряжения широко используются в электронике:

• Регулировка громкости: Потенциометры используются для изменения громкости звуковых сигналов в усилителях.
• Обратные связи: Делители напряжения применяются в преобразователях и блоках питания для создания обратных связей.
• Аналоговые датчики: Делители напряжения используются для отслеживания сигналов от аналоговых датчиков, таких как стики на геймпаде.

Заключение

Делители напряжения и потенциометры являются важными элементами в электронике. Они позволяют управлять напряжением и током в схемах. Однако, при работе с нагрузками, необходимо учитывать параллельное соединение и изменение сопротивления делителя.