Маленький лікнеп любителям Пересветка, частина 2

І знову всім привіт!
Як і обіцяв, в цей раз я в двох словах розповім про правила включення світлодіодів в електричний ланцюг, про розрахунок режиму роботи світлодіодів, виборі струмообмежувальні резисторів для них, а також про розшифровку колірного коду вивідних резисторів.

Як я встиг помітити, народ часто плутає послідовне і паралельне з'єднання будь-яких елементів електричного кола. Розглянемо, ху із ху.

1. Послідовне з'єднання

Послідовно - це ланцюжком, один за одним, коли один висновок попередньої деталі з'єднаний тільки з одним висновком наступної. Наочний приклад - хоровод :)

Малюнок 1 - послідовне з'єднання. Лампочки слідують одна за одною і за батареєю

Головні особливості такого з'єднання:

- у випадку з лампочками або світлодіодами, вони повинні бути однаковими. розрахованими на одне і те ж напруга і струм, інакше одні з них горіти не будуть, а інші стануть горіти занадто яскраво, аж до перегорання;
- сума напруг, на які розрахована кожна лампочка, повинна дорівнювати (в ідеалі) або приблизно дорівнює (на практиці) напрузі батареї. Або ж, з іншого боку, на кожній лампочці буде напруга, рівна напрузі батареї, поділеній на число лампочок. Або ж з третьої сторони: сума напруг на всіх елементах послідовного ланцюга дорівнює напрузі харчування;
- в будь-якій ділянці ланцюга буде протікати один і той же струм;
- при перегорання будь лампочки згаснуть всі відразу, тому як ланцюг розірветься.

2. Паралельне з'єднання - все елементи ланцюга з'єднані так, що з двох висновків одні з'єднуються в один провідник, інші в інший. Наочний приклад - дівчина і хлопець тримають один одного за руки, стоячи обличчям до обличчя :)))

Малюнок 2 - паралельне з'єднання. Ліві висновки в одну купу, праві - в іншу.

Головні особливості:
- лампочки можуть бути різної потужності, на різні струми, але на однакову напругу. рівне (в ідеалі) або приблизно рівне (на практиці) напрузі батареї;
- на будь-якому елементі буде один і той же напруга;
- струм, споживаний від батареї дорівнює сумі струмів всіх лампочок;
- при перегорання будь лампочки інші продовжать горіти.

Є ще й третій варіант з'єднання - з'єднання змішане, коли кілька послідовних ланцюжків сполучені паралельно і навпаки.

Малюнок 3 - змішане з'єднання: зліва три послідовні ланцюги з'єднані паралельно, праворуч - навпаки

У такому поєднанні кожен тип ланцюга має ті ж головні особливості, що і окремо. До речі, якщо придивитися, то ланцюг, показана на малюнку 1, теж є прикладом змішаного з'єднання: послідовний ланцюг лампочок підключена паралельно батареї :)))

Переходимо до головного - до світлодіодів. Лампочки в підсвічуванні, наприклад, приладової панелі VDO 2110, з'єднані паралельно, кожна лампа розрахована на напругу 12В (для лампочки її робоча напруга - визначальний параметр, потужність і число їх залежить тільки від потужності джерела живлення) і може підключатися до харчування безпосередньо. З світлодіодом все інакше. При роботі світлодіода в розрахунковому, штатному режимі напруга на ньому зазвичай дорівнює 3 ... 3,3, але визначальним параметром для нього є не напруга, а струм. Властивості напівпровідника таке, що при плавному підйомі напруги на ньому, скажімо, за допомогою реостата регулювання підсвічування, воно починає рости від нуля до певної величини (для світлодіода це згадані 3 ... 3,3), після чого напруга залишається незмінним, далі зростає тільки струм . І коли він перевищить деяку величину, світлодіод перегорає. Якщо подати на світлодіод напруга прямо з акумулятора, воно-таки буде складати 12 вольт, але термін життя діода буде визначатися секундами, якщо не частками секунд.

Щоб світлодіод став працювати від 12В, необхідно обмежити його ток, щоб він не перевищував максимально допустимого для світлодіода значення. Це можна зробити декількома способами: за допомогою струмообмежувального резистора, стабілізатора струму, широтно-імпульсної модуляції. Так як все це я пишу в розрахунку на початківців, два останніх способу ми опустимо - тим, хто "в танку", це все вже не потрібно - і розглянемо метод розрахунку струмообмежувального резистора.

Для того, щоб зменшити, обмежити струм в ланцюзі світлодіода, нам потрібно збільшити опір цього ланцюга. Згадуємо закон пана Ома:

де: I - струм, U - напруга, R - опір

Напруга у нас завжди одна - 12В. Хтось заперечить - не 12, а 14,4. Скажімо, так: напруга у нас завжди дорівнює напрузі бортової мережі автомобіля, але щоб уберегти світлодіоди від виходу з ладу, всі розрахунки будемо робити для максимальної напруги - 14,4. Так ось, напруга у нас завжди один і той же - 14,4. Номінальний струм сучасних світлодіодів зазвичай становить 10 ... 20 мА. Це краще уточнити по даташіту, якщо відомий тип світлодіода. Якщо ж тип невідомий, краще прийняти значення 10 мА - світити буде слабший, зате точно не згорить від перевантаження по струму.

Щоб збільшити опір ланцюга світлодіода, послідовно з ним включається струмообмежуючі резистор:

Для визначення його номіналу дізнаємося, скільки вольт повинно впасти на резисторі. Згадуємо правило послідовного ланцюга: сума напруг на всіх елементах дорівнює напрузі харчування. Харчування у нас 14,4. Номінальна напруга на світлодіоді - 3,3.

14,4 - 3,3 = 11,1В

Саме таке напруга повинна бути на резисторі - 11,1В. Струм, що протікає в ланцюзі (в тому числі, і через світлодіод) дорівнює 10 ... 20 мА. Наприклад, для SMD-світлодіоди типорозміру 3528 номінальний струм дорівнює зазвичай 20 мА, але для більшого збереження візьмемо трохи менше - 15мА. Виведемо опір з формули закону Ома:

Напруга на резисторі ми порахували - 11,1В, струм через світлодіод, а отже, і через резистор, ми вибрали - 15мА. Опір резистора R = 11,1В / 15мА = 0,74 кОм. Взагалі, якщо робити все за всіма правилами, ток повинен бути заданий в амперах, при цьому значення опору вийде в Омасі: 11,1В / 0,015А = 740 Ом. Що, по суті, те ж саме :) Найближчий стандартний номінал до розрахованій сумі - 750 Ом. Розрахунок закінчено.

Корисно буває порахувати потужність резистора для впевненості, що він витримає. Для цього потрібно струм через резистор (на цей раз зручніше вже в амперах :)) помножити на напругу на ньому: 11,1В * 0,015А = 0,17 Вт (округлено). Тепер розрахунок зовсім закінчений - щоб живити один світлодіод, нам потрібен резистор потужністю 0,25 Вт (найближчим вгору встановлено за умовчанням) опором 750 Ом.

Для зручності зведу все в одну купу, нехай шпаргалка буде:

Повний розрахунок струмообмежувального резистора

Замість резистора в ланцюг можна включити стабілізатор струму, простих схем зараз багато в мережі. Може бути, коли-небудь руки дійдуть до їх опису.

Найчастіше при Пересветка усіляких панелей (приладових, грубок і т.п.) світлодіоди об'єднують в групи (зазвичай по три, рідше - по два), при цьому економляться резистори. І ось тут саме головне правило: світлодіоди в групі необхідно з'єднувати тільки послідовно!

Чому? Все просто. В послідовного ланцюга через всі елементи тече один і той же струм, який ми можемо точно визначити і поставити за допомогою резистора. У паралельній же ми можемо поставити тільки загальний струм всьому ланцюгу, він буде дорівнює сумі струмів через світлодіоди. Ідеального на світі нічого немає, світлодіоди теж мають розкид параметрів: одні споживають менший струм, інші більший і може вийти так, що при струмі через три "неправильних" світлодіода 45 мА (по 15 мА на кожного - начебто справедливо, правда?), Але сильному розкиді їх параметрів на два з діодів може припасти по 10 мА, а ось третьому дістануться решта 25, він образиться один раз - і все. А в сумі вийдуть ті ж 45 мА.
Так що ось воно, саме залізне правило: кілька світлодіодів з одним резистором - тільки послідовно. А ось ці групи між собою з'єднуємо вже паралельно, тому що кожна з них буде розрахована на 14,4.

Розрахунок для групи з двох-трьох діодів нічим не відрізняється від наведеного, тільки при розрахунку напруги на резистори з напруги харчування потрібно вичитати суму напружень світлодіодів (6,6В - для двох, 9,9 - для трьох). Опір і потужність обчислюються однаково.

На цьому, власне, все :)

Ну і наостанок, обіцяна таблиця колірної кодування резисторів і онлайн-сервіс для її розшифровки.

Дякую за увагу! Всім правильних схем і гарного настрою :) До нових зустрічей в ефірі!