Зачем светодиоду нужен резистор
Часто люди спрашивают, для чего нужен резистор у светодиода? Можно ведь подать 2 В и светодиоду ничего не будет. На самом деле он проработает меньше. чем положено.
Светодиод АЛ307БМ может работать и при 2 В, но так ли долго? Максимально допустимый постоянный прямой 20 мА. Сопротивления этой детали 100 Ом.
Идеальные условия это температура и напряжение питания. В данном случае светодиод будет работать нормально.
Однако, со временем работы, он начнет нагреваться. Это происходит потому, что на нем происходит падение напряжения из-за сопротивления 100 Ом. Соответственно, 2 В полностью падает на светодиод. А проходящий ток по цепи увеличивает мощность, которую надо рассеивать,
Уже при текущей ситуации сопротивление светодиода снизилось из-за температуры. Так как светодиод в цепи один, то сопротивление всей цепи снизилось. Из-за этого увеличивается и ток. А раз увеличивается потребление тока, значит наступает электрический пробой детали, который плавно перерастает в тепловой. Деталь выйдет из строя постепенно, не сразу. Также не стоит забывать и внешние факторы. Температура окружающей среды тоже играет важную роль.
Резистор защищает светодиод от перегрева.
При снижении сопротивления светодиода, он забирает излишнее напряжение на себя. Это делается пропорционально сопротивлению. Например, 10 В и 2 детали по 5 Ом. На первой детали 5 В и на второй. Если у первой уменьшилось сопротивление до 4 Ом, то на ней напряжение будет 4 В, а на второй детали 6 В.
Тот же принцип работает и на этой схеме. Резистор берет на себя излишнюю мощность и уменьшает нагрев светодиода.
Почему светодиод нужно подключать через резистор
На светодиодной ленте есть резисторы, на печатных платах (где светодиоды служат индикаторами) есть резисторы, даже в светодиодных лампах — и то есть резисторы. В чем же дело? Почему светодиод обычно подключен через резистор? Для чего светодиоду резистор?
На самом деле все очень просто: светодиоду для работы необходимо очень маленькое постоянное напряжение, а если подать больше — светодиод перегорит. Если даже подать немного больше, на 0,2 вольта больше номинала — ресурс светодиода уже начнет стремительно уменьшаться, и очень скоро жизнь этого полупроводникового источника света закончится плачевно.
Например, красному светодиоду для нормальной работы нужно ровно 2,0 вольта, при этом ток его потребления составляет 20 миллиампер. А если подать 2,2 вольта — наступит пробой p-n-перехода.
У разных производителей светодиодов, в зависимости от применяемых полупроводников и технологии создания светодиодов, рабочее напряжение может чуть-чуть в ту или иную сторону отличаться. Однако, взгляните для примера на вольт-амперную характеристику красного SMD светодиода одного известного производителя:
Здесь видно, что уже при 1,9 вольта светодиод начинает слабо светиться, а при подаче на его выводы ровно 2 вольт, свечение получится достаточно ярким, это его номинальный режим. Если теперь увеличивать напряжение до 2,1 вольт — светодиод начнет перегреваться, и стремительно терять свой ресурс. А при подаче более 2,1 вольта — светодиод перегорит.
Теперь вспомним Закон Ома для участка цепи: сила тока в участке цепи прямопропорциональна напряжению на концах этого участка, и обратно пропорциональна его сопротивлению:
Следовательно, если у нас сила тока через светодиод равна 20 мА при напряжении на его выводах в 2,0 В, значит какое светодиод имеет сопротивление в рабочем состоянии, исходя из этого закона? Правильно: 2,0/0,020 = 100 Ом. Светодиод в рабочем состоянии по своим характеристикам эквивалентен резистору номиналом 100 Ом, мощностью 2*0,020 = 40 мВт.
А что если в наличии на плате имеется лишь напряжение 5 вольт или 12 вольт? Как питать светодиод таким высоким напряжением, и чтобы он при этом бы не перегорел? Вот разработчики всюду и решили, что удобнее всего применить дополнительный резистор.
Почему резистор? Потому что это — наиболее выгодный, наиболее экономичный, наименее затратный по ресурсам и рассеиваемой мощности, путь решения проблемы ограничения тока через светодиод.
Итак, если в наличии 5 вольт, а необходимо получить 2 вольта на «резисторе» в 100 Ом, значит необходимо разделить эти 5 вольт между нашим полезным светящимся резистором в 100 Ом (в роли которого выступает ДАННЫЙ светодиод), и другим резистором, номинал которого сейчас предстоит вычислить исходя из того, что имеется в распоряжении:
В данной цепи ток постоянный, не переменный, элементы все в установившемся режиме линейные, следовательно ток по всей цепи будет одной и той же величины, в нашем примере 20 мА — так нужно светодиоду. Следовательно выберем резистор R1 такой величины, чтобы ток через него составил бы тоже 20 мА, а напряжение бы на него пришлось как раз 3 вольта, которые нужно куда-то деть.
Итак: по закону Ома I=U/R, отсюда R=U/I = 3/0,02 = 150 Ом. А мощность? P=U 2 /R = 9/150 = 60 мВт. Подойдет резистор на 0,125 Вт, чтобы не сильно грелся. Теперь всем ясно, для чего светодиоду резистор.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Все про резисторы
Резистор – это самая распространенная деталь в электронике. Он гасит лишнее напряжение, ограничивает ток, изменяет и фильтрует сигналы. Резисторы применяются везде, от процессоров, где их миллионы, до энергетических систем. где их размеры с напольный шкаф.
Свойства в теории и практике
Основное свойство этой радиодетали – это сопротивление. Измеряется в омах (Ом).
Разберем для начала понятие активного сопротивления. Оно так называется потому, что есть у всех материалов (даже у сверхпроводников, пусть и 0,00001 Ом). И именно оно является основным у резисторов.
Что говорит теория
В теории у резистора есть постоянное сопротивление, которое на зависит от внешних условий (температуры, давления, напряжения и т.п.).
График зависимости тока от напряжения прямолинеен.
В идеальных и математических условиях у резистора только активное сопротивление. По типам бывают нелинейные и линейные резисторы.
Что на самом деле
На самом у всех резисторов непрямолинейная зависимость тока от напряжения. То есть, его сопротивление тоже зависит от внешних условий, конкретно от температуры.
Конечно, эта зависимость не такая, как у полупроводников, но она есть. И самое главное, у этой радиодетали есть емкость и индуктивность. Помимо активного сопротивления, есть еще и реактивное.
Реактивное сопротивление отличается от активного тем, что оно по разному пропускает электрический ток на разных частотах.
Например, для постоянного тока сопротивление 200 Ом, а если есть высокие значения индуктивности, то на частотах выше 2 кГц, сопротивление будет уже 250 Ом.
Именно поэтому резисторы делаются из разных материалов. Они бывают керамическими, углеродными, проволочными и у них разные допуски и погрешности. SMD деталь обладает меньшей емкостью и индуктивностью, чем DIP.
Еще существует специальные типы резисторов с более выраженной нелинейной вольт-амперной характеристикой. Если у обычных резисторов вольт-амперный график чуть-чуть не линейный, то у такого типа деталей он лавинообразный.
У них сопротивление резко зависит от внешних условий, не так. как у обычных:
- Терморезистор. Повышает или понижает сопротивление из-за влияния температуры;
- Варистор. Изменяет свои свойства в зависимости от приложенного напряжения;
- Фоторезистор. Уменьшается сопротивление, если на него действует свет;
- Тензорезистор. При деформировании (сжатии, механических воздействиях) изменяет свое сопротивление.
Кроме того, еще одна особенность активного сопротивления – выделение тепла, когда проходит электрический ток. Когда протекает электрический ток замкнутой цепи, электроны ударяются об атомы. И поэтому выделяется тепло. Тепло измеряется в мощности. Она рассчитывается исходя из напряжения и тока.
Одна из популярных функций резисторов это снижение напряжения и ограничения тока. Например, если через резистор проходит ток 0,25 А и на нем есть падение напряжения 1 В, то мощность, которая будет на нем рассеиваться это 0,25 Вт.
Поэтому, некоторые детали и изменяют свое сопротивление, даже если они не предназначены для этого. Это уже свойства материала. И если резистор сделан из проволоки, то при нагреве она расширяется и ее проводимость возрастает. Например, при нагреве на 100 градусов по Цельсию сопротивление металла возрастает на 40%. Поэтому у деталей есть допуск, который измеряется в процентах.
И из-за этого и существуют резисторы с разной рассеиваемой мощностью. Нельзя ставить резистор 0,125 Вт на место 1 Вт. Он начнет греться, трескаться, чернеть. А потом и сгорит. Потому, что не рассчитан на такую мощность.
Обозначения на схемах
На схемах в Европе и СНГ обознается прямоугольником и латинской букой R. Согласно ГОСТу, на отечественных схемах не указывается номинал сопротивления, а только номер детали (R). Однако, если под изображением детали указано число, например 120, оно по умолчанию читается как 120 Ом.
В таблице примеры обозначений детали.
| Основное обозначение |  |
| 0,125 Вт |  |
| 0,25 Вт |  |
| 0,5 Вт |  |
| 1 Вт |  |
| 2 Вт |  |
| 5 Вт |  |
| Переменный |  |
| Подстроечный |  |
Типы включения и примеры использования
Основные типы включения это последовательные и параллельные соединения.
Последовательно сопротивление рассчитывается просто. Достаточно все сложить.
При последовательном соединении напряжение распределяется по резисторам согласно их сопротивлениям.
Это второе правило Кирхгофа. Например, напряжение 12 В, а пара резисторов по 1 кОм.
Соответственно, на каждом из них по 6 В. Это простой пример делителя напряжения. Здесь пара деталей делит напряжение, и благодаря этому можно получить необходимое напряжение.
Однако, если вы хотите использовать делитель напряжения для питания цепи, то должны помнить, что нужно согласовать сопротивления. В этой схеме сопротивление 1 кОм. Если вы подключите к ней нагрузку меньше этого сопротивления, то она не получит напряжения на свои выводы в полном объеме. Поэтому, все схемы с делителями напряжения должны быть рассчитаны и согласованы друг с другом.
Здесь R1 и R2 образуют делитель напряжения, они выполняют роль делителя напряжения. Между этими двумя резисторами и базой транзистором протекает ток, который открывает транзистор.
Это необходимо для того, чтобы он работал без искажений.
Параллельное включение
При параллельном соединении радиодеталей, общее сопротивление цепи снижается. Если два резистора по 1 кОм соединены параллельно, то общее будет равно меньше 0,5 кОм, т.е. сопротивление цепи (эквивалентное) равно половине самого наименьшего.
В таком соединении наблюдается первое правило Кирхгофа. В точку соединения направляется ток в 1 А, а в узле он расходится на два направления по 0,5 А.
Формулы расчета
Для двух резисторов:
Для более:
Для тока параллельное соединение — это как вторая дорога или обходной путь. Еще такой тип соединения называют шунтированием. В качестве примера можно привести амперметр. Чтобы увеличить его шкалу показаний, достаточно подключить параллельно резистору еще один шунтирующий.
Его сопротивление рассчитывается по формуле:
Эквивалентное соединение
В схеме усилителя к эмиттеру транзистора VT1 подключена пара из резистора R3 и конденсатора C2.
В этом случае VT1 и R3 подключены последовательно друг к другу. Зачем это надо? Когда усилитель работает, транзистор начинает нагреваться и его сопротивление снижается. R3, как и в случае со светодиодом, не позволяет транзистору перегреваться. Он балансирует общее сопротивление, чтобы транзистор не вносил искажения в сигнал. Это называется режим термостабилизации.
А конденсатор C2 подключен к R3 параллельно. И это нужно для того, чтобы при нормальном режиме работы усилителя, переменный сигнал прошел без потерь. Так работает параллельный фильтр.
Если бы был только один R3, то мощность усилителя была намного меньше из-за того, что он забирает переменное напряжение на себя. А конденсатор пропускает без потерь, но не пропускает постоянное напряжение.
Фильтры и резисторы
С помощью резисторов и конденсаторов можно делать фильтры. Так называются RC фильтры.
Эта пара может разделять сигнал на постоянные и переменные составляющие.
В качестве примера рассмотрим ФНЧ и ФВЧ.
В схеме фильтра низких частот конденсатор C1 забирает на себя высокочастотные токи. Его сопротивление для них намного меньше, чем у нагрузки. Он шунтирует нагрузку. Таким образом, можно получить низкую частоту, отделив от нее все высокие составляющие.
В фильтре высоких частот наоборот. Высокие частоты свободно проходят через C1, и если в сигнале есть низкочастотные, то они пойдут через R1.
Такие фильтры бывают разные по конструкции. П образные, Г образные и т.п. Конкуренцию резистору может составить катушка индуктивности или дроссель. У них меньше активное сопротивление, но реактивное больше. Благодаря этому снижаются потери от активного сопротивления.
Зачем в схемах параллельно светодиоду подключают резистор
Очень часто в радиоэлектронных схемах, помимо последовательного (ограничительного) резистора в цепи светодиода, так же добавляют параллельный (шунтирующий) резистор.
Подобный шунтирующий резистор можно заметить и в импульсных блоках питания, который включен параллельно светодиоду оптрона.
Если перевернуть плату, то его можно отчетливо лицезреть.
Для чего нужен этот шунтирующий резистор?
Любой светодиод в схеме коммутируется электронными компонентами: транзисторами или микросхемами. Хорошо известно, что нет идеального диэлектрика и даже закрытый транзистор является не большим, но проводником. То есть у каждого элемента в цепи есть ток утечки.
Давайте проверим на примере полевого транзистора.
Поставим мультиметр на измерение высокого сопротивления и «прозвоним» переход закрытого транзистора.
Как видно по цифрам, утечка есть, хотя и незначительная. Но если она будет идти через светодиод, то этого микротока вполне хватит, чтобы зажечь его.
А если параллельно включить резистор, то свечение светодиода прекратиться, так как тока утечки окажется недостаточно.
Итог:
Итог такой: шунтирующий резистор решает проблемы ложного свечения светодиода от токов утечки. Это первое, но не единственное.
Второе: светодиоду для свечения порой требуется мизерный ток, поэтому он может светиться не только от утечки радиоэлементов, но и от «наводки тока» которое возникает в цепях радиоэлектроники. Особенно таких «наводок» много в импульсных источниках питания. Для чего собственно и шунтируют оптроны резисторами.