Расчёт сопротивления для подключения диодов

Очень часто мы видим на дорогах автомобили с полусгоревшими ангельскими глазками или ДХО, часть диодов на которых не светится, а другая часть неприятно моргает. Наверняка эти водители очень расстроены «качеством» диодов и лично для себя поставили точку в их использовании. Но если бы они знали – как мало нужно было сделать чтобы светодиоды не перегорали и не моргали. А именно, нужно было провести элементарный расчёт тока в сети и подключить всё правильным образом.

Расчет и подключение светодиодов.

Светодиод - это полупроводниковый прибор. Поэтому, при его включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод ("минус"), а другой - анод ("плюс"). Светодиод будет "гореть" только при прямом включении. При обратном включении светодиод "гореть" не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.




Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на следующем рисунке. Нетрудно определить, что каждому значению напряжения соответствует своя величина тока, протекающего через диод. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется "рабочей" зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.





Рассмотрим схему подключения одного светодиода и формулу расчета резистора (резистор может быть припаян к любому из контактов):



где Uпит – напряжение источника питания, Uпр – прямое максимальное напряжение светодиода, Iпр – прямой максимальный ток.
Для примера, рассмотрим каталог светодиодов:
Возьмем произвольный светодиод. Напряжение питания 13,6 В (Так как при работе автомобиля за счёт генератора напряжение немного выше стандартных 12 В ). Рассмотрим параметры обычного среднего светодиода. Прямой ток 5мА (0,005А). Максимальное прямое напряжение - 2,8 В. Подставим данные в формулу:



Однако нельзя забывать, что производители резисторов изготавливают их с определёнными номиналами, так что ровно на 2160 Ом возможно не удастся найти, но ближайший к этому значению будет 2200 Ом. Кроме расчета сопротивления нужно вычислить рассеиваемую на нем мощность по формуле:



Исходя из этого, при подключении светодиода АЛ102АМ к источнику питания с напряжением 13,6 В. нам потребуется резистор с сопротивлением 2,2 кОм на 0,125 Вт.
Теперь рассмотрим последовательное соединение нескольких светодиодов по формуле, которая имеет следующий вид:




где N –число подключенных светодиодов. Чтобы схема работала, необходимо соблюдение условия Uист > N•Uпр . Вследствие этого неравенства можно определить максимальное количество светодиодов при последовательном подключении:



Пример 1
Вновь используем светодиод c Uпр = 2,8 В. Вычислим максимальное количество светодиодов, которое можно последовательно подключить в цепь с источником питания 13,6 В. Воспользуемся формулой Nmax = INT(Uист/Uпр) = INT(13,6 / 2,8) = INT(4,85) = 4. В итоге получаем целое число 4 и остаток 0,85, который отбрасываем. Теперь рассчитаем резистор при максимальном количестве светодиодов. Используем формулу:


Процесс расчета резистора при параллельном подключении светодиодов ничем не отличается от первой схемы! Та же самая школьная физика

Но справедливости ради стоит отметить, что правильное сопротивление это ещё пол беды. Есть вторая проблема – микроперепады напряжения в сети. Если машина уже имеет небольшой износ, то есть вероятность, что штатный стабилизатор напряжения допускает небольшие перепады, которые могут с лёгкостью «погубить» вашу подсветку. В этом случае рекомендуем воспользоваться стабилизатором напряжения. Более подробную информацию о нём можно почитать здесь.

Полный каталог светодиодов с техническими характеристиками(сила тока, напряжение и т.д.) можно посмотреть здесь

Пример 2

Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.

Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода
Uпитания = 5 В
Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R =(5-3)/0.02= 100 Ом = 0.1 кОм

То есть, надо взять резистор сопротивлением 100 Ом






Пример 3

Имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 3 светодиода к источнику 15 вольт.

Производим расчет: 3 светодиода на 3 вольта = 9 вольт , то есть 15 вольтового источника достаточно для последовательного включения светодиодов.



Расчет аналогичен предыдущему примеру

R = Uгасящее / Iсветодиода

Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода

Uпитания = 15 В

Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А

R = (15-3*3)/0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм








Пример 4

Пусть имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 4 светодиода к источнику 7 вольт

Производим расчет: 4 светодиода на 3 вольта = 12 вольт, значит нам не хватит напряжения для последовательного подключения светодиодов, поэтому будем подключать их последовательно-параллельно. Разделим их на две группы по 2 светодиода. Теперь надо сделать расчет токоограничивающих резисторов. Аналогично предыдущим пунктам делаем расчет токоограничительных резисторов для каждой ветви.


R = Uгасящее/Iсветодиода

Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода

Uпитания= 7 В

Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А

R = (7-2*3)/0.02 = 50 Ом = 0.05 кОм

Так как светодиоды в ветвях имеют одинаковые параметры, то сопротивления в ветвях одинаковые.




Пример 5

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом, чтобы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление

Например имеются 5 разных светодиодов:
1-ый красный напряжение 3 Вольта 20 мА
2-ой зеленый напряжение 2.5 Вольта 20 мА
3-ий синий напряжение 3 Вольта 50 мА
4-ый белый напряжение 2.7 Вольта 50 мА
5-ый желтый напряжение 3.5 Вольта 30 мА

Разделяем светодиоды по группам по току
1) 1-ый и 2-ой
2) 3-ий и 4-ый
3) 5-ый


рассчитываем для каждой ветви резисторы:

R = Uгасящее/Iсветодиода

Uгасящее = Uпитания – (UсветодиодаY + UсветодиодаX + …)
Uпитания = 7 В
Uсветодиода1 = 3 В
Uсветодиода2 = 2.5 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм

Аналогично
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом

Аналогично можно расположить любое количество светодиодов

Важно! Если в расчёте получилось сопротивление с дробным значением, для котрого нет подходящего резистора - возьмите резистор с запасом (сопротивлением чуть больше)!