Схемы на светодиодах

Схема со светодиодами встречается в бытовых приборах, элементах интерьера и даже произведениях искусства. При наличии необходимой элементной базы, амперметра и вольтметра, своими руками можно собрать множество таких практичных поделок на основе мультивибратора.

Содержание статьи

• 1 Схемы часов на светодиодах
• 2 Схемы со светодиодами для велосипедистов
  • 2.1 Установка светодиодов на спицы
  • 2.2 Монтаж светодиодной ленты на корпус или его элементы
• 3 Маячок на базе светодиода
• 4 Какие ещё схемы можно реализовать?

Схемы часов на светодиодах

Существует несколько способов реализации часов на светодиодах. Это могут быть уличные или настенные устройства. Сложность лишь в том, что не каждый пользователь сможет без подготовки справиться с программируемыми элементами.

Совет: Вольтметр и амперметр нужно освоить, наловчившись грамотно работать с паяльником. Разобраться в принципе работы микроконтроллера не таки сложно, но для начала лучше выбрать что-то более простое, без включения процессоров и контроллеров, постепенно усложняя поставленную задачу.

Примеры схем для часов:

1. Уличные часы. Для их реализации потребуется 2 дисплея, один из которых будет на самом корпусе, а второй может быть вынесен, куда потребуется. Кроме временной шкалы, схема часов может быть также рассчитана на обозначение даты и температурных показателей. Сложность заключается не только в программировании схемы, но также в её прошивке, поэтому данный вариант применения светодиода подходит лишь для уверенных в себе радиолюбителей.
2. Настенные часы. Исходником для светодиодных часов могут послужить обычные аналоговые. Стрелочные часы имеют один существенный недостаток – их показания довольно сложно разглядеть в темноте или с большого расстояния. Взяв на вооружение вольтметр, амперметр и светодиоды, эту ситуацию довольно просто исправить. На циферблате размещается 24 светодиода (по 12 для часов и минут соответственно), а касательные выполняют функции стрелок. Для включения освещения в вечернее время можно поставить таймер.

Схемы со светодиодами для велосипедистов

Светодиоды дают множество возможностей протюннинговать велосипед. Он будет не только интересно смотреться, удивляя каждого встречного необычной подсветкой, но самое главное – езда в темное время суток станет абсолютно безопасной.

Усовершенствовать велосипед с помощью включения в схему светодиода можно несколькими способами:

Установка светодиодов на спицы

Потребуется: сами светодиоды, провода для монтажа, изолента, батарейки или любой другой источник питания, выключатель, паяльник (иногда также вольтметр и амперметр).

• к выводам светодиодов припаять провода, накрепко изолируемых их лентой;
• закрепляем диоды на каждой из спиц, используя пластиковые стяжки;
• производим последовательное подключение светодиодов, закрепляем выключатель;
• на втулке колеса крепим батарейку.

Монтаж светодиодной ленты на корпус или его элементы

Лента обязательно должна быть водонепроницаемой и по возможности – достаточно гибкой. Довольно дешево приобрести такую «гирлянду» можно найти на многих сайтах, если не хочется составлять собственноручно.

Потребуется: аккумулятор на 12 В, контроллер для светодиодов для включения подсветки любого из 7 цветов или их комбинации, велосумка, около 5 м кабеля, скотч, изолента, вольтметр и амперметр.

• примерка ленты на месте будущей фиксации;
• лента нарезается на сегменты требуемой длины, с неё снимается резиновое покрытие;
• кабель припаивается к контактным дорожкам с последующей изоляцией.

Можно также подобрать подсветку для велосипеда для обозначения сигналов поворотов.

Маячок на базе светодиода

На основе мультивибратора можно собрать простенький маячок на светодиодах, который поможет без труда найти любой предмет в темное время суток. Владельцы домашних животных нередко вешают такие устройства на ошейник питомца, чтобы быть в курсе любых его передвижений.

Типичная схема включения состоит из несимметричного мультивибратора на биполярных транзисторах разной проводимости (стандартное обозначение – VT2 и VT3). Устройство генерирует короткие импульсы с небольшим интервалом (2-3 секунды). Можно переработать схему под 2 или 3 светодиода.

Источником освещения может послужить любой мощный светодиод, а датчиком – фототранзистор.

Идея заключается в том, чтобы в светлое время напряжение на эмиттерном переходе было низким (вольтметр поможет измерить его и отладить), и он запирался, а в темное – транзистор начинает генерировать импульсы, освещая помещение при помощи светодиода.

Какие ещё схемы можно реализовать?

Светодиоды открывают практически бесконечные возможности для реализации разнообразных подсветок. Такие схемы могут использоваться в качестве интерьерных решений (подсветка для аквариума, часов, картины). Ближе к праздникам становятся востребованными схемы с переходами, бегущие огни для украшения дома.

На базе светодиода можно осуществить и более сложные схемы. К их реализации лучше приступать, когда вольтметр и амперметр станут такими же привычными инструментами, как и молоток.

Простые схемы питания светодиодов

Светодиод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Несмотря на богатый выбор в магазинах светодиодных фонариков различных конструкций, радиолюбители разрабатывают свои варианты схем для питания белых суперярких светодиодов. В основном задача сводится к тому, как запитать светодиод всего от одной батарейки или аккумулятора, провести практические исследования.

После того, как получен положительный результат, схема разбирается, детали складываются в коробочку, опыт завершен, наступает моральное удовлетворение. Часто исследования на этом останавливаются, но иногда опыт сборки конкретного узла на макетной плате переходит в реальную конструкцию, выполненную по всем правилам искусства. Далее рассмотрены несколько простых схем, разработанных радиолюбителями.

В ряде случаев установить, кто является автором схемы очень трудно, поскольку одна и та же схема появляется на разных сайтах и в разных статьях. Часто авторы статей честно пишут, что эту статью нашли в интернете, но кто опубликовал эту схему впервые, неизвестно. Многие схемы просто срисовываются с плат тех же китайских фонариков.

Автор статьи, которую Вы сейчас читаете, на авторство схем тоже не претендует, это просто небольшая подборка схем на «светодиодную» тему.

Зачем нужны преобразователи

Все дело в том, что прямое падение напряжения на светодиоде, как правило, не менее 2,4…3,4В, поэтому от одной батарейки с напряжением 1,5В, а тем более аккумулятора с напряжением 1,2В зажечь светодиод просто невозможно. Тут есть два выхода. Либо применять батарею из трех или более гальванических элементов, либо строить хотя бы самый простой DC-DC преобразователь.

Именно преобразователь позволит питать фонарик всего от одной батарейки. Такое решение уменьшает расходы на источники питания, а кроме того позволяет полнее использовать заряд гальванического элемента: многие преобразователи работоспособны при глубоком разряде батареи до 0,7В! Использование преобразователя также позволяет уменьшить габариты фонарика.

Простейшая схема для питания светодиода

Схема представляет собой блокинг-генератор. Это одна из классических схем электроники, поэтому при правильной сборке и исправных деталях начинает работать сразу. Главное в этой схеме правильно намотать трансформатор Tr1, не перепутать фазировку обмоток.

В качестве сердечника для трансформатора можно использовать ферритовое кольцо с платы от негодной энергосберегающей люминесцентной лампы. Достаточно намотать несколько витков изолированного провода и соединить обмотки, как показано на рисунке ниже.

Трансформатор можно намотать обмоточным проводом типа ПЭВ или ПЭЛ диаметром не более 0,3мм, что позволит уложить на кольцо чуть большее количество витков, хотя бы 10…15, что несколько улучшит работу схемы.

Обмотки следует мотать в два провода, после чего соединить концы обмоток, как показано на рисунке. Начало обмоток на схеме показано точкой. В качестве транзистора можно использовать любой маломощный транзистор n-p-n проводимости: КТ315, КТ503 и подобные. В настоящее время проще найти импортный транзистор, например BC547.

Если под рукой не окажется транзистора структуры n-p-n, то можно применить транзистор проводимости p-n-p, например КТ361 или КТ502. Однако, в этом случае придется поменять полярность включения батарейки.

Резистор R1 подбирается по наилучшему свечению светодиода, хотя схема работает, даже если его заменить просто перемычкой. Вышеприведенная схема предназначена просто «для души», для проведения экспериментов. Так после восьми часов беспрерывной работы на один светодиод батарейка с 1,5В «садится» до 1,42В. Можно сказать, что почти не разряжается.

Для исследования нагрузочных способностей схемы можно попробовать подключить параллельно еще несколько светодиодов. Например, при четырех светодиодах схема продолжает работать достаточно стабильно, при шести светодиодах начинает греться транзистор, при восьми светодиодах яркость заметно падает, транзистор греется весьма сильно. А схема, все-таки, продолжает работать. Но это только в порядке научных изысканий, поскольку транзистор в таком режиме долго не проработает.

Преобразователь с выпрямителем

Если на базе этой схемы планируется создать простенький фонарик, то придется добавить еще пару деталей, что обеспечит более яркое свечение светодиода.

Нетрудно видеть, что в этой схеме светодиод питается не пульсирующим, а постоянным током. Естественно, что в этом случае яркость свечения будет несколько выше, а уровень пульсаций излучаемого света будет намного меньше. В качестве диода подойдет любой высокочастотный, например, КД521.

Преобразователи с дросселем

Еще одна простейшая схема показана на рисунке ниже. Она несколько сложнее, чем схема на рисунке 1, содержит 2 транзистора, но при этом вместо трансформатора с двумя обмотками имеет только дроссель L1. Такой дроссель можно намотать на кольце все от той же энергосберегающей лампы, для чего понадобится намотать всего 15 витков обмоточного провода диаметром 0,3…0,5мм.

При указанном параметре дросселя на светодиоде можно получить напряжение до 3,8В (прямое падение напряжения на светодиоде 5730 3,4В), что достаточно для питания светодиода мощностью 1Вт. Наладка схемы заключается в подборе емкости конденсатора C1 в диапазоне ±50% по максимальной яркости светодиода. Схема работоспособна при снижении напряжения питания до 0,7В, что обеспечивает максимальное использование емкости батареи.

Если рассмотренную схему дополнить выпрямителем на диоде D1, фильтром на конденсаторе C1, и стабилитроном D2, получится маломощный блок питания, который можно применить для питания схем на ОУ или других электронных узлов. При этом индуктивность дросселя выбирается в пределах 200…350 мкГн, диод D1 с барьером Шоттки, стабилитрон D2 выбирается по напряжению питаемой схемы.

При удачном стечении обстоятельств с помощью такого преобразователя можно получить на выходе напряжение 7…12В. Если предполагается использовать преобразователь для питания только светодиодов, стабилитрон D2 можно из схемы исключить.

Все рассмотренные схемы являются простейшими источниками напряжения: ограничение тока через светодиод осуществляется примерно так же, как это делается в различных брелоках или в зажигалках со светодиодами.

Светодиод через кнопку включения, без всякого ограничительного резистора, питается от 3…4-х маленьких дисковых батареек, внутреннее сопротивление которых ограничивает ток через светодиод на безопасном уровне.

Схемы с обратной связью по току

А светодиод является, все-таки, токовым прибором. Неспроста в документации на светодиоды указывается именно прямой ток. Поэтому настоящие схемы для питания светодиодов содержат обратную связь по току: как только ток через светодиод достигает определенного значения, выходной каскад отключается от источника питания.

В точности также работают и стабилизаторы напряжения, только там обратная связь по напряжению. Ниже показана схема для питания светодиодов с токовой обратной связью.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что основой схемы является все тот же блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2. Транзистор VT1 является управляющим в цепи обратной связи. Обратная связь в данной схеме работает следующим образом.

Светодиоды питаются напряжением, которое накапливается на электролитическом конденсаторе. Заряд конденсатора производится через диод импульсным напряжением с коллектора транзистора VT2. Выпрямленное напряжение используется для питания светодиодов.

Ток через светодиоды проходит по следующему пути: плюсовая обкладка конденсатора, светодиоды с ограничительными резисторами, резистор токовой обратной связи (сенсор) Roc, минусовая обкладка электролитического конденсатора.

При этом на резисторе обратной связи создается падение напряжения Uoc=I*Roc, где I ток через светодиоды. При возрастании напряжения на электролитическом конденсаторе (генаратор, все-таки, работает и заряжает конденсатор), ток через светодиоды увеличивается, а, следовательно, увеличивается и напряжение на резисторе обратной связи Roc.

Когда Uoc достигает 0,6В транзистор VT1 открывается, замыкая переход база-эмиттер транзистора VT2. Транзистор VT2 закрывается, блокинг-генератор останавливается, и перестает заряжать электролитический конденсатор. Под воздействием нагрузки конденсатор разряжается, напряжение на конденсаторе падает.

Уменьшение напряжения на конденсаторе приводит к снижению тока через светодиоды, и, как следствие, уменьшению напряжения обратной связи Uoc. Поэтому транзистор VT1 закрывается и не препятствует работе блокинг-генератора. Генератор запускается, и весь цикл повторяется снова и снова.

Изменяя сопротивление резистора обратной связи можно в широких пределах изменять ток через светодиоды. Подобные схемы называются импульсными стабилизаторами тока.

Интегральные стабилизаторы тока

В настоящее время стабилизаторы тока для светодиодов выпускаются в интегральном исполнении. В качестве примеров можно привести специализированные микросхемы ZXLD381, ZXSC300. Схемы, показанные далее, взяты из даташитов (DataSheet) этих микросхем.

На рисунке показано устройство микросхемы ZXLD381. В ней содержится генератор ШИМ (Pulse Control), датчик тока (Rsense) и выходной транзистор. Навесных деталей всего две штуки. Это светодиод LED и дроссель L1. Типовая схема включения показана на следующем рисунке. Микросхема выпускается в корпусе SOT23. Частота генерации 350КГц задается внутренними конденсаторами, изменить ее невозможно. КПД устройства 85%, запуск под нагрузкой возможен уже при напряжении питания 0,8В.

Прямое напряжение светодиода должно быть не более 3,5В, как указано в нижней строчке под рисунком. Ток через светодиод регулируется изменением индуктивности дросселя, как показано в таблице в правой части рисунка. В средней колонке указан пиковый ток, в последней колонке средний ток через светодиод. Для снижения уровня пульсаций и повышения яркости свечения возможно применение выпрямителя с фильтром.

Здесь применяется светодиод с прямым напряжением 3,5В, диод D1 высокочастотный с барьером Шоттки, конденсатор C1 желательно с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (low ESR). Эти требования необходимы для того, чтобы повысить общий КПД устройства, по возможности меньше греть диод и конденсатор. Выходной ток подбирается при помощи подбора индуктивности дросселя в зависимости от мощности светодиода.

Микросхема ZXSC300

Отличается от ZXLD381 тем, что не имеет внутреннего выходного транзистора и резистора-датчика тока. Такое решение позволяет значительно увеличить выходной ток устройства, а следовательно применить светодиод большей мощности.

В качестве датчика тока используется внешний резистор R1, изменением величины которого можно устанавливать требуемый ток в зависимости от типа светодиода. Расчет этого резистора производится по формулам, приведенным в даташите на микросхему ZXSC300. Здесь эти формулы приводить не будем, при необходимости несложно найти даташит и подсмотреть формулы оттуда. Выходной ток ограничивается лишь параметрами выходного транзистора.

При первом включении всех описанных схем желательно батарейку подключать через резистор сопротивлением 10Ом. Это поможет избежать гибели транзистора, если, например, неправильно подключены обмотки трансформатора. Если с этим резистором светодиод засветился, то резистор можно убирать и проводить дальнейшие настройки.

Ранее ЭлектроВести писали, что Украина через три года будет вынуждена покрывать дефицит электроэнергии за счет ее импорта в случае дальнейшего невыполнения Национального плана сокращения выбросов от больших сжигательных установок (НПСВ) на ТЭС.

По материалам: electrik.info.

LED Circuit Design — Как проектировать светодиодные схемы

LED Circuit Design. Узнайте, как проектировать светодиодные схемы. Как рассчитать размер резистора, как защитить светодиод, как долго батарея будет питать цепь, как рассчитать номинальную мощность резистора, как подключить светодиод и многое другое.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.

Светодиод

Это светодиоды или светоизлучающие диоды. Если мы пропустим ток через один, он производит свет. Но если мы превысим его ограничение по напряжению и току, он будет немедленно уничтожен. Внутри светодиода есть крошечный провод, который может выдерживать только определенное количество тока, проходящего через него. Когда мы смотрим на разрушение светодиода под микроскопом, мы видим, как внутри него взрывается крошечная проволока. Итак, как мы подключаем светодиоды, как мы уменьшаем ток, чтобы обеспечить безопасность светодиодов, и как долго батарея будет питать нашу схему. Именно об этом мы подробно расскажем в этой статье.

Защита светодиодов

Для защиты наших светодиодов мы используем резистор. Резистор затруднит прохождение электронов. Электроны будут сталкиваться, и это приведет к выделению тепла. Резистор станет горячим, и мы можем увидеть это с помощью тепловизионной камеры. Например, этот более 150 градусов Цельсия при всего 12В с током 6миллиампер, так что мы точно не хотим его трогать.

Резистор можно разместить с любой стороны светодиода. Хотя мы традиционно устанавливаем это с положительной стороны. Причина, по которой его можно установить с любой стороны, заключается в том, что резистор ограничивает количество электронов, протекающих в этой простой последовательной цепи. Резистор действует как пробка, уменьшая количество электронов, которое может пройти. Большинство людей ошибочно полагают, что он действует как лежачий полицейский и что электроны должны замедляться прямо перед резистором, а затем снова ускоряться. Скорость электронов остается постоянной, меняется количество протекающих электронов.

Чем выше значение используемого резистора, тем ниже будет ток и тем тусклее будет светиться светодиод.

Мы должны помнить, что светодиоды пропускают ток только в одном направлении. С плюсом, подключенным к длинному проводу, и минусом, подключенным к короткому проводу. Если мы подключим светодиод наоборот, он просто заблокирует ток, и светодиод не загорится. Вы можете проверить схему самостоятельно, возьмите КРАСНЫЙ светодиод, батарейку 9В, резистор от 360 до 390 Ом, еще один резистор более высокого номинала от 3 кОм до 9,1 кОм и мультиметр.

Подключите низкоомный резистор и светодиод к аккумулятору последовательно, и светодиод загорится. Я использую для этого макетную плату, что позволяет очень быстро и легко тестировать электрические цепи, но вы также можете просто скрутить провода вместе, припаять их или использовать какие-то разъемы, и все это будет отлично работать для этого простого эксперимента. .

Обратите внимание: если мы повернем светодиод, мы увидим, что он блокирует ток, поэтому он не загорается. Он работает только в одном направлении. Если мы заменили резистор на большое значение 9Резистор .1 кОм видим светодиод очень тусклый. Мы также можем подключить их параллельно, чтобы сравнить яркость. Итак, теперь с резистором 360 Ом и светодиодом последовательно мы можем подключить наш мультиметр к цепи, убедившись, что мультиметр находится в режиме текущего считывания. Мы должны увидеть где-то между 17 и 20 мА в зависимости от того, какой светодиод и резистор вы использовали. Мы можем поменять местами светодиод и резистор, он будет работать нормально и даст нам такое же показание тока.

Теперь отключите мультиметр от цепи и переведите мультиметр в режим постоянного напряжения.

Измерьте на двух дальних концах цепи, и мы должны увидеть около 9 вольт. Это то, что батарея обеспечивает для нашей цепи, и это также равно общему падению напряжения в цепи. Теперь измерьте светодиод, и мы должны увидеть около 2 вольт. Это падение напряжения на светодиоде, он снимает два вольта с нашей схемы. Теперь измерьте резистор, и мы должны увидеть падение напряжения для оставшихся 7 вольт. Итак, 2 вольта плюс 7 вольт равно 9.вольт, который такой же, как наша батарея. Вы могли заметить, что измеренные значения не были точно 2 вольта, 7 вольт или даже 9 вольт. Всегда будет разница между дизайном и реальными измерениями. Например, этот резистор был рассчитан на 390 Ом, но когда мы его измерили, на самом деле это 386 Ом. Каждый компонент, включая ваш мультиметр, будет иметь допуск на погрешность, он будет близок к расчетному значению, но никогда не будет точно таким. Для большинства схем, подобных этим простым, это не имеет значения. Мы можем предположить, что расчетные значения верны. Просто помните, что значения, которые мы рассчитываем, всегда будут немного отличаться от наших фактических измерений.

Нам также необходимо знать о прямом напряжении. По сути, это просто падение напряжения, которое мы измерили ранее.

Производитель предоставляет диаграмму, подобную этой, которая показывает прямой ток при заданном прямом напряжении. Таким образом, если мы подключим источник напряжения к проводам и подадим 2 В, мы должны увидеть 20 миллиампер тока. Если бы мы приложили 1,6 В, мы бы увидели 0 миллиампер, потому что светодиод был бы выключен. Диаграмма для этого светодиода начинается примерно с 1,7 вольт, поэтому мы знаем, что нам нужно обеспечить минимум 1,7 вольт, чтобы светодиод начал светиться.

Мы можем проверить минимальное напряжение открытия нашего светодиода с помощью мультиметра. Если вы выберете режим диода на мультиметре, а затем подключите красный провод к длинному аноду, а черный провод к короткому катоду красного светодиода, мы должны увидеть что-то вроде 1,7 В, так что это минимальное напряжение, необходимое для включения светодиод горит.

Большинство стандартных светодиодов рассчитаны на силу тока 20 миллиампер или 0,02 ампера. Мы хотим попытаться придерживаться этого значения. Если мы опустимся ниже этого значения, то светодиод будет тусклым, если мы зайдем слишком далеко, то светодиод будет уничтожен. Мы можем подняться выше 20 мА, но срок службы светодиода будет сокращаться, чем выше мы поднимаемся. Чуть позже в статье мы увидим, как это вычислить.

КРАСНЫЙ светодиод обычно имеет падение напряжения или прямое напряжение 2 вольта, что приводит к току в нашей цепи 20 миллиампер. Мы можем проверить это с источником питания постоянного тока, когда я устанавливаю постоянное напряжение 2 В, мы видим 20 миллиампер тока. Но не все светодиоды созданы одинаково, этот не достигает 20 миллиампер, пока не подается 2,1 вольт, а этот не достигает 20 миллиампер, пока не подается 3,7 вольта. Это отклонение связано с используемыми материалами, а также с производственным процессом. Таким образом, вы должны стараться использовать светодиоды из одной партии, а также от надежных производителей. 9Светодиоды 0003

бывают разных цветов, и каждый цвет также имеет разное падение напряжения, поэтому вам нужно будет проверить это или вы можете просто посмотреть это в таблице типичных значений, подобной этой. Светодиоды

также бывают разных цветов, и каждый цвет имеет разное падение напряжения. Таким образом, вам нужно будет найти эти значения в данных производителей, или вы также можете проверить их самостоятельно, или вы можете использовать эти типичные значения из этих стандартных диаграмм, но они могут не соответствовать светодиоду, который у вас есть.

Хорошо, это основные принципы, так что давайте продолжим и создадим несколько примеров схем.

Простые схемы светодиодов

Допустим, у нас есть источник питания 3 В, и мы хотим подключить один КРАСНЫЙ светодиод. Какой резистор нам нужен? Ну, мы знаем, что этот провод на 3 вольта, а этот — наш провод заземления, который будет на 0 вольт.

Падение напряжения на светодиоде около 2 вольт. И поэтому нашему резистору нужно снять остатки напряжения. Итак, 3 вольта минус 2 вольта = 1 вольт. Мы знаем, что для светодиода требуется ток около 20 миллиампер, поэтому 1 вольт, деленный на 0,02 ампер, равняется сопротивлению 50 Ом. Убедитесь, что вы конвертируете миллиампер в ампер для этого расчета. Чтобы упростить задачу, на нашем веб-сайте есть калькулятор, где вы можете просто ввести свои значения, проверьте это ЗДЕСЬ .

Хорошо, теперь ты попробуй решить это раньше меня. Допустим, у нас есть 9-вольтовая батарея, и мы хотим подключить желтый светодиод, который имеет падение напряжения 2 вольта и требует 20 миллиампер тока. Так какой размер резистора требуется? Ну, у нас есть источник питания 9 вольт, поэтому вычтите 2 вольта для светодиода, и у нас останется падение 7 вольт для резистора. Ток равен 20 миллиампер, поэтому 7 разделить на 0,02 ампер равно 350 Ом сопротивления.

Теперь проблема в том, что у нас нет резистора на 350 Ом. У нас есть только 330 Ом или 390 Ом, так какой из них мы должны использовать? Как мы видели ранее, нам нужно убедиться, что ток не превышает 20 миллиампер, поэтому мы должны рассчитать, какой резистор нам подходит лучше всего.

Для этого мы просто разделим необходимое падение напряжения 7 вольт на номинал резистора 330 Ом, чтобы получить 0,021 ампер, а затем, если мы сделаем то же самое для резистора 390 Ом, мы получим 0,018 ампер. Оба эти значения очень близки, и оба будут работать, но для безопасности мы выбираем резистор 390 Ом, так как наш светодиод будет работать дольше. Мы также можем комбинировать резисторы, чтобы получить точное значение, которое нам нужно, и я объясню это позже в статье.

Нам также нужно будет выбрать номинальную мощность резистора. Мы можем рассчитать это по формуле: Мощность = ток в квадрате X на сопротивление, поэтому 0,018 ампер в квадрате, умноженные на 390 Ом, дают нам 0,126 Вт, поэтому для этой схемы подойдет резистор с номиналом ¼ Вт.

Как долго батарея будет питать нашу схему? Допустим, эта батарея рассчитана на типичные 500 миллиампер-часов, мы просто делим это на общий ток нашей цепи, который в данном случае составляет 18 миллиампер. Таким образом, 500 миллиампер-часов, разделенные на 18 миллиампер, дадут нам около 27 часов. Хотя это самый максимум, на который он мог бы запитать нашу схему, на самом деле он, вероятно, не достигнет этого.

Хорошо, а что, если нам нужно несколько светодиодов? Один из вариантов — соединить их последовательно.

В этой конструкции падение напряжения каждого светодиода суммируется. Таким образом, общее падение напряжения в цепи не должно превышать напряжения батареи.

Следовательно, 3-вольтовой батареи достаточно для питания только 1 светодиода при токе 20 миллиампер, а 9-вольтовой батареи достаточно для питания 4 светодиодов.

Если мы подключим 4 светодиода и подключим их к нашему настольному блоку питания постоянного тока, мы увидим, что они не включаются, пока их суммарное комбинированное минимальное прямое напряжение не достигнет примерно 6,3 вольт, однако оптимальные 20 миллиампер тока не будут достиг примерно 8,6 вольт. В 9V ток составляет около 35 миллиампер, что явно слишком много, поэтому нам понадобится резистор.

Если мы подключим 5 светодиодов, они не включатся примерно до 8,3 вольт. При 9 вольтах они все включены, но ток очень низкий, поэтому светодиоды тусклые, потому что напряжения недостаточно для полного питания светодиодов. В этом примере оптимальные 20 мА не достигаются до 10,7 вольт.

Таким образом, мы можем использовать этот метод, но мы ограничены напряжением батареи.

Что, если нам нужно больше светодиодов? Что ж, нам нужно соединить их параллельно.

Мы можем либо поместить резистор на каждый светодиод, либо использовать один резистор для питания всех светодиодов. Начнем с первого примера.

Отдельные резисторы для параллельной цепи

Эта конструкция позволяет использовать светодиоды разных цветов. Хотя легче вычислить, если они все одного цвета.

Допустим, мы хотим подключить 6 светодиодов к этой 9-вольтовой батарее. Каждый светодиод имеет падение напряжения 2 вольта и потребляет 20 миллиампер. Вся эта шина 9 вольт, а вся эта шина 0 вольт. Таким образом, каждый светодиод получит 9вольт на нем. Это явно слишком много, поэтому нам нужно разместить резистор напротив каждого светодиода. Таким образом, у нас есть 9 вольт, вычитаем 2 вольта для светодиода, что оставляет нам 7 вольт. Итак, нам нужно сбросить 7 вольт на ответвлении. Мы рассчитываем номинал резистора на 7 вольт, деленных на 0,02 ампера, что равняется 350 Ом. А затем мы находим номинальную мощность, поэтому 0,02 ампера в квадрате, умноженные на 350 Ом, дают нам 0,14 Вт, поэтому будет использоваться резистор мощностью ¼ Вт.

Затем нам нужно сложить все токи в каждой ветке. Таким образом, 0,02 ампера, умноженные на 6 светодиодов, дают нам 0,12 ампер.
9-вольтовая батарея имеет емкость около 500 миллиампер-часов, а наша схема использует 120 миллиампер, поэтому 500 разделить на 120 дает нам около 4 часов времени работы.

Мы видим, что на каждой ветви все еще достаточно напряжения для подключения большего количества светодиодов. Допустим, мы размещаем по 3 светодиода на каждой ветке. Таким образом, каждая ветвь имеет снижение на 6 вольт, поэтому 9 вольт вычесть 6 вольт равно 3 вольтам падения на резисторе. Таким образом, 3 вольта, разделенные на 0,02 ампера, дают нам резистор 150 Ом. Обратите внимание, что общий ток в каждой ветви не увеличился, поэтому мы можем добавить больше светодиодов, пока не будет достигнуто максимальное напряжение.

Если мы хотим использовать светодиоды разного цвета, то мы размещаем разные светодиоды на разных ветвях и находим подходящий резистор. Например, у нас может быть красный, синий и зеленый светодиод.
Каждый светодиод потребляет одинаковый ток 20 миллиампер, но падение напряжения красного светодиода составляет 2 вольта, синего — 3,4 вольта, а зеленого — 3 вольта. Таким образом, резистор для красного светодиода составляет 9 вольт, вычесть 2 вольта, что дает нам 7 вольт, 7 вольт, разделенных на 0,02 ампер, приведет нас к резистору 350 Ом. Синий светодиод 9вольты вычитают 3,4 вольта, что оставляет нам 5,6 вольта, поэтому 5,6 вольта, разделенные на ток 0,02 ампера, дают нам резистор 280 Ом. И зеленый светодиод будет 9 вольт вычесть 3 вольта, что оставляет нам 6 вольт, 6 вольт разделить на ток дает нам резистор 300 Ом. Таким образом, общий ток составляет 60 миллиампер. Таким образом, батарея будет работать около 8 часов.

Общие резисторы для параллельной цепи

Другой способ подключения светодиодов — это их параллельное соединение с последующим использованием одного резистора для ограничения общего тока. Для этой конструкции вы должны использовать только светодиоды одного цвета или одного номинала, мы вскоре увидим, почему это так, в этой статье.

Допустим, у нас есть 9-вольтовая батарея и 3 красных светодиода, все с падением напряжения 2 вольта, и каждый из них требует 20 миллиампер тока. Итак, мы просто суммируем токи вместе, чтобы получить 60 миллиампер, этот ток должен протекать через этот резистор.

Теперь, когда они подключены параллельно, все они будут иметь одинаковую разницу напряжений между собой. Поэтому мы вычисляем резистор: 9 Вольт вычитаем 2 Вольта и получаем 7 Вольт. Затем, поскольку весь ток протекает через этот один резистор, нам нужно будет разделить 7 вольт на 60 миллиампер, и это даст нам резистор на 116 Ом. Расчет мощности получается 0,49.Вт, поэтому будет использоваться резистор на полватта.

Причина, по которой нам необходимо использовать светодиоды одинакового номинала, заключается в том, что разница напряжений здесь составляет всего 2 Вольта. Поэтому, если мы используем светодиоды с одинаковыми параметрами, все они загорятся. Но если мы поместим в цепь синий светодиод, для этого потребуется более высокое напряжение, которого он не сможет получить, поэтому этот светодиод не включится.

Уловки с резисторами

Теперь, когда мы имеем дело с этими схемами, мы часто обнаруживаем, что рассчитанное нами значение резистора не существует или его просто нет на складе. Итак, мы можем комбинировать резисторы, чтобы получить нужное нам значение. Например, если нам нужен резистор на 200 Ом, мы могли бы установить два резистора на 100 Ом последовательно, или мы могли бы поставить 2 резистора на 50 Ом и резистор на 100 Ом. Значения резисторов просто складываются последовательно, что позволяет очень легко увеличить значение резистора.

Чтобы уменьшить номинал резистора, мы просто ставим их параллельно. Затем мы делаем некоторые математические действия, чтобы найти эквивалентное сопротивление.

Допустим, у нас есть два резистора по 10 Ом, мы вычисляем их по этой формуле. Это намного проще, чем кажется, просто введите это в свой калькулятор, и мы увидим, что это дает нам эквивалентное сопротивление 5 Ом.

Два резистора по 5 Ом дадут нам 2,5 Ом общего сопротивления.

Резистор на 200 Ом и резистор на 50 Ом дадут сопротивление 40 Ом.

Три резистора по 10 Ом дадут сопротивление 3,33 Ом.

Чтение значений резисторов

Как определить номинал резистора? Что ж, эти цветные полосы на корпусе скажут нам значение, но нам нужно посмотреть его на графике. Обычно мы можем получить 4- или 5-полосные резисторы, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

При типе с 4 полосами первые 2 полосы представляют собой цифры, которые мы комбинируем, третья полоса — это множитель, а 4 ^{-я полоса} — допуск.

Например, этот 4-полосный резистор коричневый, черный, коричневый, золотой. Диапазон 1 равен 1, диапазон 2 равен 0, что дает нам 10. Диапазон 3 — это множитель, который равен 10, поэтому 10, умноженное на 10, равно 100 Ом. Тогда золото является допуском 5%. Таким образом, это может быть как 95 Ом, так и 105 Ом. Когда мы измеряем это с помощью мультиметра, мы видим 98,2 Ом, что находится в пределах допуска. Итак, мы увидели, что предыдущий резистор был не очень точным.

Если мы хотим большей точности, нам нужен меньший допуск, например, допуск 1%, 5-полосный тип. В этом типе первые 3 полосы являются цифрами, 4 ^th — это множитель, а 5 ^th — допуск.

Этот оранжевый, оранжевый, черный, черный, коричневый. Итак, это 3, это 3, это 0 с множителем, равным единице, что дает нам 330 Ом, а допуск составляет 1%. Таким образом, оно может быть между 327 Ом и 333 Ом. Когда я измеряю это с помощью мультиметра, мы видим, что он показывает 329,9 Ом, так что он идеален.

---

Схемы с нуля | Давайте добавим светодиоды в вещи!

Схемы с нуля

Сохранить Подписаться

Пожалуйста, войдите, чтобы подписаться на это руководство.

После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.

До этого момента мы сосредоточились на механике электроники — проводке и пайке — обходя теорию , следуя некоторым сокращениям и рецептам. Этого достаточно для нужд многих людей.

Изучение основных принципов открывает возможности для использования других типов батарей (включая перезаряжаемые) и увеличения времени работы. А может вам просто интересно! Есть немного чтения, новые термины и немного математики, но ничего обременительного.

Наука!

Электричество — это перенос электронов — отрицательно заряженных частиц в каждом атоме. Это невидимая сила природы, но мы можем представить ее как воду. Поскольку электричество перетекает с места на место, в этот поток могут быть вставлены предметы для получения полезной работы, точно так же, как водяное колесо использует текущий поток для измельчения зерна.

Электроника, тогда , это креативная сантехника.

Аккумуляторы

Аккумулятор содержит две дополнительные химические реакции; один производит избыток электронов, другой дефицит. Две реакции внутри батареи разделены, но притяжение настолько сильно, что добавление внешнего проводника — пути для электронов — завершает эти реакции. Вот почему у батарей есть «+» и «-» конец, и почему вся электроника состоит из цепей — петли между ними.

Когда эта петля замкнута, электроны текут, что-то происходит. (вот что такое переключатель делает — он размыкает или замыкает цепь.)

В разных батареях химия используют разные комбинации реакций. Эта смесь определяет Напряжение, своего рода «неотложность» реакции. Используя нашу аналогию с сантехникой, напряжение похоже на давление воды.

Наш стандартный рецепт предусматривал использование трех щелочных батарей типа AAA или AA (одноразового использования). Химия этих батарей дает около 1,5 Вольт. Соединён встык в корпусе ( «последовательно» на жаргоне электроники), напряжения складываются, чтобы получить в сумме: 1,5 + 1,5 + 1,5 = 4,5 Вольта.

Наш рецепт был построен вокруг этого числа; , поэтому есть простой выбор двух резисторов в зависимости от цвета светодиода. Измените это, и вместе с этим должно измениться что-то еще.

(В электронике техническим термином для отдельной батареи является элемент . «Батарея» означает группу элементов . В дальнейшем мы будем использовать эти термины.)

Химия перезаряжаемых никель-кадмиевых (NiCd) или никель-металлогидридных (NiMH) элементов дает около 1,2 В каждый. Литий-ионные или литий-полимерные элементы имеют напряжение от 3,7 до 4,2 В (в зависимости от используемой химии). Аккумуляторные блоки для аккумуляторных инструментов и радиоуправляемых транспортных средств часто соединяют несколько элементов последовательно для более высокого напряжения. А внутри 9В щелочной батарее действительно есть несколько маленьких 1,5-вольтовых элементов, соединенных последовательно. Мы можем работать с

любым из них с небольшими знаниями…

Ток, сопротивление и закон Ома

Ток — это напор потока электронов в единицах, называемых Ампер (А). Один Ампер = 6,2 квинтиллионов электронов, проходящих данную точку за одну секунду!

Что регулирует ток? В сантехнике ширина трубы. В электронике это сопротивление

, 9 Ом.0151 измеряется в Ом (Ом). Как упоминалось в нашем рецепте, сопротивление в цепи тормозит химическую реакцию клеток, удерживая ее от слишком быстрого протекания.

Напряжение, ток и сопротивление напрямую взаимосвязаны; зная любых двух из этих значений, можно вывести третье. Это соотношение называется Законом Ома:

В = IR

Напряжение (В) = Ток (Ампер) × Сопротивление (Ом). («Я» от французского слова intensité …C уже занят.) Или, путем алгебраической замены:

R = V÷I (Сопротивление = Напряжение ÷ Ток)

I = V÷R (Ток = Напряжение ÷ Сопротивление)

Это соотношение является основой всей электроники, столь же фундаментальным, как F = ma в физике.

Светодиоды

Светодиоды торгуют электронов за фотонов — свет! И точно так же, как батареи имеют разный химический состав и напряжение, светодиоды тоже имеют уникальные характеристики. 0150 прямое напряжение (сокращенно V _F ), при котором они работают, в зависимости от их химического состава.

Цвет	Типичное прямое напряжение (В F )
Красный, оранжевый	2,0
Желтый	2.1
Зеленый (старый желто-зеленый )	2,2
Синий, белый, ультрафиолетовый и более новый «настоящий» зеленый	3,3

Эти цифры являются приблизительными ориентирами, они подходят для большинства ситуаций. Для более точных значений и для других цветов, не перечисленных здесь, точное напряжение можно найти на упаковке, странице продукта или в техническом описании

 (документы, опубликованные производителями электронных компонентов, в которых перечислены все мельчайшие детали устройства). Вот оборотная сторона  бирюзовый Светодиод упаковка:

Вот номер, который нам нужен, V _F : 3,2 Вольта.

 

Следующее значение — I _F  — тоже скоро пригодится. Помните, что «I» представляет ток в наших уравнениях. I _F  — прямой ток .

Ток определяет яркость светодиода

…до определенного предела. Слишком сильный ток его уничтожит!

Верхний светодиод показывает максимальный ток 20 миллиампер (1 мА = 0,001 Ампер, поэтому 20 мА = 0,020 А). Это значение типично для большинства светодиодов, но некоторые работают выше или ниже… опять же, проверьте упаковку, страницу продукта или техническое описание.

Обратите внимание, что это максимум . Мне нравится немного отступать, 10–15%, чтобы обеспечить более длительный срок службы. То есть 17-18 мА.

Напряжение светодиода (вместо этого назовем его В _LED ) должно быть ниже напряжения аккумулятора ( В _BAT

), иначе он не загорится. Затем, взяв разницу двух напряжений и применив закон Ома, мы точно узнаем, какое сопротивление требуется в этом промежутке для получения желаемого тока:

R = ( V _BAT  –  V _LED ) ÷ I

Assuming a 4.5V battery from the recipe, and a 3.3V blue LED, aiming for 18mA current:

R = (4,5 – 3,3) ÷ 0,018 = 66,67 Ом

Но резисторы обычно имеют ограниченный набор значений, , поэтому мы округляем до следующего общего размера… 68 Ом (как показано в рецепте), или возможно, 100 Ом, если это все, что вы можете найти.

Как насчет литий-полимерного аккумулятора на 3,7 В и красного светодиода на 2 В?

R = (3,7 — 2,0) ÷ 0,018 = 94,44 Ом

Шаг до ближайшего стандартного размера,  100 Ом. Вот и все! Никто не может дать вам отпор за то, что вы больше не занимаетесь «настоящей электроникой».

Резисторы просты, если они промаркированы на упаковке. Не так много, когда они перемешаны с другими частями. Таблицы цветов резисторов, подобные этой, помогают расшифровать коды.

Напомним, что аккумуляторы в серии дают более высокое напряжение питания. Светодиоды, соединенные последовательно, также имеют более высокое прямое напряжение.

 

Если в вашей конструкции используется несколько светодиодов, и если это позволяют напряжение батареи и светодиодов, последовательное соединение таким образом немного эффективнее и продлевает срок службы батареи.

Светодиоды серии   (как показано выше) могут использовать один резистор для цепи. Светодиоды в параллельно (как изначально показано в рецепте) требуют отдельных резисторов для каждого, даже если светодиоды одного типа. Комбинация этих — последовательно-параллельная схема

— по одному резистору на цепочку. Это объединяет все изученное до сих пор, и это возможность попрактиковаться в математике:

Светодиоды

и связанные с ними формулы более подробно объясняются в нашем руководстве Все о светодиодах . Это включает в себя викторины, чтобы убедиться, что вы на правильном пути.

Несколько раз попрактикуйтесь вручную, чтобы закрепить понятия. Если вам просто нужны быстрые ответы, в Интернете есть онлайн-калькуляторы светодиодных резисторов, а отличный калькулятор включен в Приложение Adafruit Circuit Playground для iOS:

Если напряжение питания и прямое напряжение очень близки, значение резистора может быть близким к нулю. В качестве страховки всегда включайте по крайней мере небольшое сопротивление 90 150 90 151 — возможно, 50 Ом — чтобы учесть разницу между «типичным» и фактическим напряжением. Например, новая батарея имеет немного более высокое напряжение, чем почти разряженная.

При использовании батареи или корпуса без собственного переключателя рассмотрите возможность добавления одного из этих тактильных переключателей включения/выключения с выводами. Положительный щелчок и низкий профиль делают его идеальным для носимых проектов.