Калькулятор резистора для светодиода

Как рассчитать резистор для светодиода?

У светодиода нет собственного механизма ограничения тока, в отличие от обычных ламп накаливания, он обладает очень низким внутренним сопротивлением. Если подключить светодиод напрямую к источнику питания, с очень большой долей вероятности, через него пройдет слишком большой ток, и он очень быстро перегорит. Резистор в цепи со светодиодом нужен для того, чтобы ограничить этот ток до безопасного уровня.

При расчете токоограничивающего резистора для LED важно знать три основных параметра:

• напряжение источника питания (или иначе, напряжение в цепи), В;
• прямое напряжение светодиода (или иначе, падение напряжения на светодиоде), В;
• прямой ток светодиода (или иначе, рабочий ток светодиода), мА.

Первая характеристика обозначает напряжение в цепи, к которой будет подключен светодиод. Это может быть батарея, аккумулятор, электросистема автомобиля или бытовая сеть.

Второй параметр обозначает падение напряжения на светодиоде, в документации это также называется прямым напряжением (Forward Voltage или V_f). Когда светодиод светится, на нем «падает» определенное напряжение, т.е., по сути, это разница потенциалов между анодом и катодом. Это падение зависит от цвета и типа светодиода.

Усредненные значения падения напряжения представлены в таблице ниже. Точное значение должно быть приведено в технической документации к устройству.

Падение напряжения на светодиоде — таблица

Третья важная характеристика — это рабочий ток светодиода, в документации применяются термины: ток потребления, прямой ток (Forward Current или I_f). Собственно, это рекомендованная производителем величина тока для нормальной работы светодиода. Для стандартных 5 мм DIP-светодиодов на ножках, это величина обычно равна 20 мА.

Расчет токоограничивающего резистора для светодиода

Задача сводится к определению подходящего сопротивления резистора, который обеспечит нужный ток через светодиод при известном напряжении питания. Т.е. резистор, будет гасить собой разницу по напряжению, тем самым влияя на величину тока.

Все расчеты выполняются на основе закона Ома.

Важно не забыть перевести единицы измерения тока с мА (Миллиамперы) в А (Амперы).

Формула для расчета сопротивления:

R = V / I

• V — напряжение в цепи, В;
• I — сила тока в цепи, А.

Но чтобы понять, какое напряжение должно быть на резисторе, сначала нужно вычислить разницу между напряжением питания и падением напряжения на светодиоде. Немного доработав формулу выше, получим финальный вариант выражения.

Формула для расчета сопротивления резистора для светодиода:

R = (V_пит - V_f) / I

• V_пит — напряжение питания, В;
• V_f — падение напряжения, В;
• I — сила тока в цепи, А.

Получившееся сопротивление не всегда будет равняться номиналу реальных резисторов. В этом случае, нужно всегда округлять в большую сторону, т.е. использовать номинал с запасом.

Расчет мощности резистора для светодиода

Важно помнить, что резистор не только ограничивает ток, но и рассеивает излишки энергии в виде тепла. Если взять слишком слабый резистор, он может перегреться и сгореть. Поэтому при расчете важно оценить, сколько тепла будет выделяться, т.е. необходимо оценить рассеивающую мощность резистора.

Расчет выполняется аналогично предыдущему по закону Ома.

Формула для расчета мощности:

P = V × I

• V — напряжение в цепи, В;
• I — сила тока в цепи, А.

И также немного доработав выражение с учетом падения напряжения, получаем конечный вариант.

Формула для расчета мощности резистора для светодиода:

P = (V_пит - V_f) × I

• V_пит — напряжение питания, В;
• V_f — падение напряжения, В;
• I — сила тока в цепи, А.

Подключение нескольких светодиодов

Формулы выше справедливы при расчете резистора для одного подключенного светодиода, но при подключении нескольких светодиодов к одному источнику питания, схемы могут быть разными.

Наиболее распространенными являются две:

• все светодиоды последовательно;
• все светодиоды параллельно.

При параллельном подключении светодиодов к одному резистору, ВАЖНО, чтобы все светодиоды были одного номинала, иначе из-за разброса параметров выйдут из строя все светодиоды.

Расчет резистора для последовательно включенных светодиодов

Согласно второму закону Кирхгофа, при последовательном подключении суммарное падение напряжения на всех светодиодах складывается. Например, в схеме с тремя светодиодами, где каждый светодиод требует 2 В, в сумме светодиоды потребуют 6 В.

Таким образом, формулы для сопротивления и мощности необходимо модифицировать, добавив коэффициент n, равный количеству подключенных светодиодов.

Формула для расчета сопротивления резистора для последовательно подключенных светодиодов:

R = (V_пит - V_f × n) / I

Формула для расчета мощности резистора для последовательно подключенных светодиодов:

P = (V_пит - V_f × n) × I

Расчет резистора для параллельно подключенных светодиодов

При расчете параллельно подключенных светодиодов ток в цепи будет равен сумме всех подключенных устройств (первый закон Кирхгофа). Например, в схеме с тремя светодиодами, где каждый светодиод требует 20 мА, в сумме светодиоды потребуют 60 мА.

Таким образом, коэффициент n, определяющий количество подключений, будет перемещен в знаменатель.

Формула для расчета сопротивления резистора для параллельно подключенных светодиодов:

R = (V_пит - V_f) / (I × n)

Формула для расчета мощности резистора для параллельно подключенных светодиодов:

P = (V_пит - V_f) × (I × n)