Схема светодиода: Правильные схемы подключения светодиода
Правильная схема подключения светодиодов: последовательно или параллельно
Главная > Схемы и чертежи > Какая схема подключения светодиодов лучше — последовательная или параллельная
Самое правильное подключение нескольких светодиодов — последовательное. Сейчас объясню почему.
Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя — быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).
Ток — это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.
Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:
Как видите, прямой ток указан четко и определенно — 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс — от 2.9 до 3.3 Вольта.
Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.
Источник тока (или генератор тока) — источник электрической энергии, который поддерживает постоянное значение силы тока через нагрузку с помощью изменения напряжения на своем выходе. Если сопротивление нагрузки, например, возрастает, источник тока автоматически повышает напряжение таким образом, чтобы ток через нагрузку остался неизменным и наоборот. Источники тока, которыми запитывают светодиоды, еще называют драйверами.
Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.
Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).
Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожжёте его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).
К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.
Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:
А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры.
На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.
Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.
Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи — почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.
Параллельное подключение
При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).
Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.
Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:
Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.
Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.
В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:
Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.
Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.
Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):
| Uпит | ILED | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 мА | 10 мА | 20 мА | 30 мА | 50 мА | 70 мА | 100 мА | 200 мА | 300 мА | |
| 5 вольт | 340 Ом | 170 Ом | 85 Ом | 57 Ом | 34 Ом | 24 Ом | 17 Ом | 8. 5 Ом | 5.7 Ом |
| 12 вольт | 1.74 кОм | 870 Ом | 435 Ом | 290 Ом | 174 Ом | 124 Ом | 87 Ом | 43 Ом | 29 Ом |
| 24 вольта | 4.14 кОм | 2.07 кОм | 1.06 кОм | 690 Ом | 414 Ом | 296 Ом | 207 Ом | 103 Ом | 69 Ом |
При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.
Последовательное подключение
При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.
Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).
Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:
Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ — конечно, последовательным!
Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.
Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.
Вот пример готового устройства:
Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64…106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток — это от него уже не зависит.
И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.
Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.
Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:
Вот и все.
Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) — либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.
Как выбрать нужный драйвер?
Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:
- выходной ток;
- максимальное выходное напряжение;
- минимальное выходное напряжение.
Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов — это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.
Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:
Номинальный ток этих диодов — 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.
Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3.
Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).
Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.
Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:
Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.
Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:
| Светодиоды | Какой нужен драйвер |
|---|---|
60 мА, 0. 2 Вт (smd 5050, 2835) | см. схему на TL431 |
| 150мА, 0.5Вт (smd 2835, 5630, 5730) | драйвер 150mA, 9-34V (можно одновременно подключить от 3 до 10 светодиодов) |
| 300 мА, 1 Вт (smd 3528, 3535, 5730-1, LED 1W) | драйверы 300мА, 3-64V (на 1-24 последовательно включенных светодиода) |
| 700 мА, 3 Вт (led 3W, фитосветодиоды) | драйвер 700мА (для 6-10 светодиодов) |
| 3000 мА, 10 Ватт (XML2 T6) | драйвер 3A, 21-34V (на 7-10 светодиодов) или см. схему |
Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.
Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.
Как подключить светодиод параллельно, последовательно: схемы, описания, нюансы
Светодиоды (они же led) на протяжении многих лет активно применяются как в производстве телевизоров, так и в качестве основного освещения дома или квартиры, однако вопрос о том, как правильно выполнить подключение светодиодов актуален и по сей день.
На сегодняшний день их существует огромное количество, различной мощности (сверхяркие Пиранья), работающих от постоянного напряжения, которые можно подключать тремя способами:
- Параллельно.
- Последовательно.
- Комбинированно.
Также существуют специально разработанные схемы, позволяющие подключить светодиод к стационарной бытовой сети 220В. Давайте рассмотрим более детально все варианты подключения led, их преимущества и недостатки, а также как это выполнить своими руками.
Содержание
- Основные принципы подключения
- Как определить полярность?
- Способы подключения
- Подключение светодиодов к напряжению 220В
- Подключение светодиодов к сети 12В
- Последовательное подключение
- Недостатки последовательного подключения
- Параллельное подключение
- Недостатки параллельного подключения:
- Смешанное подключение
- Как подключить мощный светодиод?
- Ошибки при подключении
- Видео
Основные принципы подключения
Как было сказано ранее, конструкция светоизлучающего диода подразумевает их подключение исключительно к источнику постоянного тока.
Однако, поскольку рабочая часть светодиода – это полупроводниковый кристалл кремния, то очень важно соблюдать полярность, в противном случае светодиод не будет излучать световой поток.
Каждый светодиод имеет техническую документацию, в которой содержатся инструкции и указания по правильному подключению. Если документации нет, можно посмотреть маркировку светодиода. Маркировка поможет узнать производителя, а зная производителя, Вы сможете найти нужный даташит, в котором и содержится информация по подключению. Вот, такой не хитрый совет.
Как определить полярность?
Для решения вопроса существует всего 3 способа:
- Конструктивно. Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом.
- С помощью мультиметра. Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод.
В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод). - Визуально. Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод.
В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод). Если результат не меняется, тогда led вышел из строя (для установления более точного диагноза, читайте как проверить светодиод). С полярностью разобрались, теперь нам нужно определиться с тем, как подключить LED к сети. Для тех, кто не понял, читайте подробную и интересную статью определения полярности у светодиода. В ней мы собрали все возможные способы проверки, и даже при помощи батарейки.
Способы подключения
Условно, подключение происходит по 2 способам:
- К стационарной сети промышленной частоты (50Гц) напряжением 220В;
- К сети с безопасным напряжением величиной 12В.
Если необходимо подключить несколько led к одному источнику питания, тогда нужно выбрать последовательное или параллельное подключение.
Рассмотрим каждый из вышеприведенных примеров по отдельности.
Подключение светодиодов к напряжению 220В
Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:
в которой 0,75 – коэффициент надежности led, U пит – это напряжения источника питания, U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток, I – номинальный ток, проходящий через него, и R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока. После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.
Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:
Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде.
После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.
После определения номинала и мощности сопротивления можно собрать схему для подключения одного светодиода к 220В. Для ее надежной работы необходимо ставить дополнительный диод, который будет защищать светоизлучающий диод от пробоя, при возникновении амплитудного напряжения на выводах светодиода в 315В (220*√2).
Схема практически не применяется, поскольку в ней возникают очень большие потери из-за выделения тепла в сопротивлении. Рассмотрим более эффективную схему подключения к 220 В:
На схеме, как видим, установлен обратный диод VD1, пропускающий обе полуволны на конденсатор C1 емкостью 220 нФ, на котором происходит падение напряжение до необходимого номинала.
Сопротивление R1 номиналом 240 кОм, разряжает конденсатор при выключенной сети, а во время работы схемы не играет никакой роли.
Но это упрощенная модель для подключения LED, в большинстве светодиодных ламп уже встроенный драйвер (схема), который преобразует переменное напряжение 220В в постоянное с величиной 5-24В для их надежной работы. Схему драйвера Вы можете видеть на следующем фото:
Подключение светодиодов к сети 12В
12 вольт – это безопасное напряжение, которое применяется в особо опасных помещениях. Именно к таким и относятся ванные комнаты, бани, смотровые ямы, подземные сооружения и другие помещения.
Для подключения к источнику постоянного напряжения номиналом 12В, аналогично, подключению к сетям 220В необходимо гасящее сопротивление. В противном случае, если подключить его напрямую к источнику, из-за большего проходящего тока светодиод мгновенно сгорит.
Номинал этого сопротивления и его мощность рассчитываются по тем же формулам:
В отличии от цепей 220В, для подключения одного светодиода к сети 12В нам потребуется сопротивление со следующими характеристиками:
- R = 1,3 кОм;
- P = 0,125Вт.
Еще одним достоинством напряжения 12В, является то, что в большинстве случаев оно уже выпрямленное (постоянное), что значительно упрощает схему подключения.
Рекомендуется дополнительно монтировать стабилизатор напряжения типа КРЭН или аналога.
Как мы уже знаем, светоизлучающий диод можно подключить как к цепям 12В, так и к цепям 220В, однако существует и несколько вариаций их соединения между собой:
- Последовательное.
- Параллельное.
Последовательное подключение
При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:
В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.
Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).
Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта.
Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.
После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему параллельного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).
Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.
Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.
Недостатки последовательного подключения
- При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема;
- Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.
Параллельное подключение
В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.
Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002).
Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).
Это глубокое заблуждение!!! Почему? Ответ Вы найдете ниже
Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.
Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.
Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.
Недостатки параллельного подключения:
- Большое количество элементов;
- При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.
Смешанное подключение
Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:
Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.
Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.
Как подключить мощный светодиод?
Для работоспособности мощных светоизлучающих диодов, так же, как и простых нам потребуется источник питания. Однако в отличии от предыдущего варианта, он должен быть на порядок мощней.
Чтобы засветить мощный светодиод номиналом 1W, источник питания должен выдерживать не менее 350 мА нагрузки. Если номинал 5W, то источник питания постоянного тока должен выдержать нагрузку тока не менее 1,4А.
Для корректной работы мощного светодиода обязательно необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения типа LM, который защищает его от скачков напряжения.
Если необходимо подключить не один, а несколько мощных LED, рекомендуем ознакомиться с правилами последовательного и параллельного подключения, которые были описаны выше.
Ошибки при подключении
- Прямое подключение к источнику питания. В данном случае светодиод моментально сгорит, поскольку отсутствует ограничивающий ток резистор.
- Параллельное подключение через один резистор. Светодиоды постепенно будут выходить из строя, поскольку рабочий ток у каждого разный.
- Последовательное подключение с различным током потребления. При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят.
- Неправильно подобранный ограничивающий резистор. При неправильно подобранном сопротивлении через светодиоды будет проходить большой ток, в результате чего, они будут перегреваться и со временем перегорят. При большом сопротивлении они будут светить не в полную силу.
- Подключение к сети переменного напряжения номиналом 220В без диода или других компонентов защиты. Если при подключении с сети 220В, если не установить дополнительный диод, то на светодиоде возникнет амплитудное значение напряжения в 315В, которое моментально выведет его из строя.
При такой схеме подключения есть 2 варианта: либо просто одни будут светить тусклее других, либо те, что рассчитаны на меньший ток – сгорят.Видео
Ошибки подключения могут повлечь за собой неприятные последствия, от банальной поломки светодиодов, до нанесения себе повреждений. Поэтому, настоятельно рекомендуем посмотреть видео, где разбирают часто встречающиеся ошибки.
youtube.com/embed/xUQgbQmOfoM» frameborder=»0″ allowfullscreen=»allowfullscreen»> Заключение
Прочитав статью можно сделать вывод, что все светодиоды, вне зависимости от рабочего напряжения, всегда подключаются параллельно или последовательно — школьный курс физики. Еще стоит помнить, что никакой светодиод не подключается напрямую в сеть 220В, всегда нужно использовать защитные элементы в схеме подключения. Тип применяемых защитных элементов зависит от вида подключаемого светоизлучающего диода.
схем 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, затем , это креативная сантехника.
Батареи
Батарея 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 батареек есть «+» и «-» конец, и почему вся электроника состоит из цепи — петля между ними. Когда эта петля замкнута, электроны текут, что-то происходит. (Это то, что делает переключатель — он открывает или замыкает цепь.)
В разных батареях химические вещества 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. Связаны впритык 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 технический термин для обозначения одной батареи — 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 щелочной батареи на 9 В действительно есть несколько небольших последовательно соединенных элементов на 1,5 В. Мы можем работать с любыми из них, имея немного больше знаний…
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 , 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). («I» происходит от французского слова intensité …C уже было занято.) Или, посредством алгебраической замены:
R = V÷I (Сопротивление = Напряжение ÷ Ток)
I = V÷R (ток = напряжение ÷ сопротивление)
Это соотношение лежит в основе всей электроники и столь же фундаментально, 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 также имеют уникальное 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 сорт) | 2,2 |
Синий, белый, ультрафиолетовый и более новый «настоящий» зеленый | 3,3 |
Эти цифры являются приблизительными ориентирами, они подходят для большинства ситуаций. Для получения более точных значений и для других цветов, не перечисленных здесь, точное напряжение можно найти на упаковке, странице продукта или в техническом паспорте (документы, опубликованные производителями электронных компонентов, в которых перечислены все мельчайшие детали устройства). Вот задняя часть бирюзового светодиода :
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 разрушит его!
Приведенный выше 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 = ( В BAT – В Светодиод ) ÷ I
Предполагая, что в рецепте используется батарея 4,5 В и синий светодиод 3,3 В, ток 18 мА:
8 ÷ 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 ты можешь 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 обеспечивают 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 несколько 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:
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 — 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.
Светодиодный «бросок» не включает резистор. Как дела?
Батарейки-таблетки обладают внутренним сопротивлением — они могут пропускать не больше тока, это присуще их размеру и химическому составу.
Так что да, они могут запускать светодиод напрямую… , но … это создает нагрузку на ячейку и сокращает время работы. Вам может сойти с рук это для быстрых результатов, но выполнение математических расчетов и добавление резистора увеличивает долговечность.
Сшиваемые цепи Абсолютная светодиодология
Это руководство было впервые опубликовано 06 сентября 2014 года.
обновлено 06 сентября 2014 г.
Эта страница (Схемы с нуля) последний раз обновлялась 10 ноября 2022 г.
Текстовый редактор на базе tinymce.
Безопасный сайт Магазин с Уверенность Лучше всего смотреть с помощью: Internet Explorer или Мозилла Фаерфокс | Светодиодные схемы Наша цель — предоставить обзор основных Типы цепей, используемых для питания светодиодов. Принципиальные схемы или схемы, которые ниже нарисованы с использованием стандартных электронных символов для каждого компонента. Определения символов следующие: Символ светодиода является стандартным символом для диода с
добавление двух маленьких стрелок, обозначающих излучение (света). В приведенных ниже схемах мы используем символ батареи для обозначения питания.
источник. Питание может быть легко обеспечено блоком питания или колесом.
подхваты с трассы на макете. Каким бы ни был источник, главное — это
должны быть постоянными и хорошо отрегулированными, чтобы предотвратить колебания перенапряжения, вызывающие повреждение
светодиоды. Если источник напряжения должен питаться от контактных датчиков, мост
следует использовать выпрямитель, чтобы светодиоды получали только постоянный ток и не менялись. Символы переключателей довольно просты. Однополюсный, однопозиционный (SPST) переключатель — это просто функция включения-выключения, в то время как SPDT (двойной) переключатель позволяет маршрутизировать между двумя разными цепями. Может использоваться как однопозиционный переключатель, если одна сторона ни к чему не подключена. кнопка представляет собой контактный выключатель мгновенного действия. Символ конденсатора, который мы здесь используем, относится к электролитическому или
конденсатор поляризованного типа. То есть он должен использоваться в цепи постоянного тока
и подключен правильно (плюсовое подключение к плюсовому напряжению), иначе будет
поврежден. Для наших целей он используется для мгновенного хранения, чтобы помочь
«сгладить» колебания напряжения питания, вызванные небольшими потерями в виде колес
собирая мощность на грязных участках трассы или пробелах на стрелочных переводах.
Поляризованные конденсаторы классифицируются по различному максимальному напряжению постоянного тока. Основная схема Это очень просто. Схема с одним светодиодом строительный блок, на котором основаны все остальные наши примеры. Для правильной работы должны быть известны значения трех компонентов. Напряжение питания (Вс), светодиод устройства рабочее напряжение (Vd) и рабочий ток светодиода (I). С этими известными, используя вариант закона Ома, можно определить правильный ограничительный резистор (R). Формула: Пример работы по этой формуле можно найти на нашем Страница с советами по разводке мостов. Просмотрите шаг 7 для деталей. На схеме выше у нас есть и ограничительный резистор, и
переключатель, подключенный к положительной (+) стороне цепи. Мы сделали это, чтобы
соблюдать «стандартные электротехнические приемы» при работе с «горячими»
(плюсовая) сторона цепи, а не минусовая (-) или «земляная» сторона. Цепи с двумя или более светодиодами Цепи с несколькими светодиодами делятся на две основные категории; параллельные цепи и последовательные цепи. Третий тип, известный как последовательно-параллельная схема представляет собой комбинацию первых двух и также может быть весьма полезно в проектах по моделированию. Общие правила для параллельных и последовательных цепей светодиодов могут быть заявлено следующим образом:
Параллельная схема светодиодов Выше показаны два примера одной и той же схемы. Рисунок 1 на слева — схематическое изображение трех светодиодов, соединенных в параллельно батарее с переключателем для их включения или выключения. Вы заметите, что в этой схеме у каждого светодиода свой ограничительный резистор и напряжение питания стороны этих резисторов соединены вместе и выведены на плюс батареи терминал (через коммутатор). Также обратите внимание, что катоды трех светодиодов соединены вместе и направлены на отрицательную клемму аккумулятора. Эта «параллельность» соединение компонентов — это то, что определяет схему. Если бы мы построили схему точно так, как показано на рисунке 1,
с проводами, соединяющими устройства, как показано на схеме (перемычки
между резисторами и перемычками между катодными соединениями), мы
необходимо учитывать токопроводящую способность провода, который мы выбираем. Во многих случаях на этом веб-сайте мы показываем примеры
Светодиоды подключены с использованием нашего магнитного провода № 38 с покрытием. Мы выбрали этот размер провода для очень
конкретные причины. Он достаточно мал (диаметр 0,0045 дюйма, включая изоляцию).
покрытие), чтобы выглядеть как прототип провода или кабеля в большинстве проектов, даже в
Z-Scale, и он достаточно большой, чтобы подавать ток на осветительные устройства 20 мА (например, наши
светодиоды) с дополнительным запасом прочности 50%. Как указано, одножильный медный провод № 38 имеет
номинальный рейтинг 31,4 мА и максимальный рейтинг 35,9ма. Мы могли бы выбрать
провод #39 с номинальным значением тока 24,9 мА, но мы чувствовали, что это не
безопасно допускайте колебания значений резисторов или отдельных светодиодов.
Кроме того, немного меньший диаметр (0,004 дюйма вместо 0,0045 дюйма), вероятно, не подойдет.
сделать заметную разницу в моделировании. Возвращаясь к рисунку 1; вы можете видеть в этом примере текущее требование для каждой пары светодиод/резистор, добавляется к следующей и следует правило параллельной цепи (№1) выше. Мы не могли безопасно использовать наш магнитный провод № 38 для этого. вся цепь. Например, перемычка с нижнего катода светодиода на минус клемма аккумулятора будет нести 60 мА. Наш провод быстро перегревался и возможно плавление, вызывающее разомкнутую цепь. Для этого причине, рис. 1 — это лишь простой способ « схематически » представляют как компоненты должны быть подключены для правильной работы схемы. В реальной жизни наш настоящий проект электропроводки выглядел бы скорее как
Рисунок 2. В этом случае мы можем смело использовать наш провод №38 для всего, кроме
соединение между плюсовой клеммой аккумулятора и выключателем. Здесь нам понадобится
по крайней мере, провод № 34 (номинал 79,5 мА), но мы, вероятно, будем использовать что-то вроде радио
Изолированный обмоточный провод Shack #30. Макеты железных дорог могут стать электрически сложными, включая всевозможные требования к проводке для таких вещей, как питание трека, коммутация, освещение, сигнализация, ДКК и т.д.; каждый с различными потенциальными текущими потребностями. Чтобы помочь вам в планировании таких вещей, таблица общих проводов (сплошная медная одножильные) размеры и их текущие несущие способности доступны здесь. Цепь последовательного подключения светодиодов Эта схема представляет собой простую последовательную цепь для питания трех светодиодов.
Вы заметите два основных различия между этим и параллельной схемой. Единственная реальная разница здесь в том, что наш первый шаг — добавить напряжения устройства для количества светодиодов, которые мы используем вместе, затем вычтите это значение от нашего напряжения питания. Затем этот результат делится на ток наших устройств (обычно 20 мА или 0,020). Просто, да? Не забудьте также учитывайте правило №3. То есть умножьте ваше напряжение питания на 90% (0,9), и сделайте Убедитесь, что сумма напряжений всех устройств (светодиодов) не превышает этого значения. Это все, что нужно, почти… Нам нужно знать, какой провод мы будем использовать, так что
какой ток можно ожидать от такой схемы? Ну, в
параллельная схема выше, для трех светодиодов по 20 мА каждый, мы бы потребляли 60 мА
у батареи. Другой способ изложения правил 1 и 2 выше:
Давайте рассмотрим несколько примеров с использованием 9-вольтовой батареи (или блок питания): Пример №1 Мы хотим подключить два наших сверхбелых светодиода 2×3 последовательно.
Пример №2 Мы хотим соединить четыре красных светодиода Micro последовательно. какая резистор мы должны использовать?
Пример №3 Мы хотим подключить три наших Micro Super-white светодиода
вместе в серии.
Здесь снова мы можем использовать наш провод #38 для всего, кроме
соединение между источником питания и выключателем. Чтобы определить, какое ограничение
тут потребуются резисторы, просто рассчитываем каждый отрезок цепи
отдельно. Мы знаем, что против (для этих примеров) составляет 9 вольт. А также. мы знаю, что Vd составляет 3,5 вольта, а I — 20 мА. Итак, (9 — 3,5) = 5,5 0,020 = 275. Это не стандартный резистор, поэтому мы используйте здесь резистор на 300 Ом. Теперь рассчитаем последовательную пару светодиодов. Формула для всего два светодиода будут: Опять же, против составляет 9 вольт, поэтому 9 — (3,5 + 3,5) = 2 .020 = 100, и это стандарт номинал резистора. Были сделаны. Теперь мы можем подключить этот пример, и все будет усердно работать. Lightning Kato Amtrak Superliner с фонарями EOT Вот схема легкового автомобиля, подключенного для освещения с помощью
мостовой выпрямитель и емкость 600 мкФ для обеспечения
На все светодиоды подается немерцающий постоянный ток со стабильной полярностью. Цепь светодиодов с последовательным/параллельным подключением Здесь мы немного расширили наш пример №3 выше. У нас есть три группы последовательно-парных светодиодов. Каждый рассматривается как отдельная цепь для расчетных целях, но соединены между собой для общего источника питания. Если бы все это было нашим Micro Сверхбелые светодиоды, мы уже знаем все необходимое для построения этой схемы. Кроме того, мы знаем, что каждая последовательная пара потребляет 20 мА тока, поэтому итого на источнике питания будет 60мА. Довольно просто. Интересная особенность последовательно-параллельных цепей светодиодов заключается в том, как
легко вы можете увеличить количество огней на данном источнике питания. Используя нашу параллельную схему ранее, мы могли 50 наших 2×3, или микро, или нано супер-белых светодиодов (или любая комбинация равным 50), каждый со своим ограничительным резистором, и этот небольшой источник питания справился бы. Этого, вероятно, будет достаточно для приличного размера города. В настоящее время, если мы немного умнее, мы могли бы использовать несколько последовательных/параллельных цепей и легко увеличить это количество, по-прежнему используя только один запас. Если бы они все последовательно/параллельно, мы могли бы запустить 100 фонари. Гипотетически, если бы мы Делая проект с использованием наших красных светодиодов N1012 Micro (напряжение устройства 1,7 вольт), мы может работать 400 светодиодов с нашим небольшим запасом. это красиво странный думал однако. Кто-нибудь в темных очках? Для получения дополнительной информации об использовании нашего импульсного источника питания для вашего
проекты макетов или диорам, нажмите здесь. Не забывайте правило №4. При создании групп серий убедитесь, что требования к напряжению устройства и току очень похожи. Достаточно сказать, что смешение Светодиоды с большими перепадами напряжения устройства или требованиями по току в группа из той же серии будет , а не дают удовлетворительные результаты. Наконец, проявите фантазию. Вы можете смешивать и сочетать. Серийные цепи, параллельные, однопроводные светодиоды, последовательные/параллельные цепи, белые группы, красные группы, желтый, зеленый, любой. Пока вы рассчитываете каждый случай для правильного ограничения сопротивления и следите за схемами подключения, чтобы определить правильный размер провода, освещение проекты будут работать с очень удовлетворительными результатами. Еще одна вещь для тех из вас, кто чувствует себя некомфортно
работая «от руки» с приведенными выше формулами, мы создали несколько калькуляторов
чтобы сделать расчеты для вас. |
Отсюда и название свет
излучающий диод (LED). «А» указывает на анод или плюс (+)
соединение, а «С» — катод, или минус (-) соединение. У нас есть
уже говорил, но стоит повторить: светодиодов строго устройств постоянного тока и не будет работать с переменным током (переменный ток).
Текущий). При питании светодиода, если источник напряжения точно не соответствует
напряжения устройства светодиода, последовательно со светодиодом должен быть включен «ограничительный» резистор. Без этого ограничительного резистора светодиод бы
моментально выгорают.
полярность.
Всегда
используйте конденсатор, номинальное значение которого безопасно превышает максимальное напряжение, ожидаемое в вашем
заявление.
схема на самом деле функционировала бы адекватно в любом случае, но стандартная безопасность
практики рекомендуют «отключение» на «горячей» стороне, чтобы свести к минимуму
возможность электрического замыкания проводов на другие «заземленные» цепи.
Если проволока слишком маленькая, может произойти перегрев (или даже плавление).
Он недорогой, легкодоступный и
будет нести 200 мА (номинальное значение). Достаточно большой для нашего приложения. Также,
мы, вероятно, не стали бы припаивать три резистора вместе на одном конце, поскольку
мы показали, мы просто использовали бы другой кусок этого #30, чтобы соединить их общие
заканчивается вместе и к выключателю.
Все
светодиоды имеют общий ограничительный резистор, и светодиоды соединены
анод-катод в «гирляндной цепи». Следуя правилу № 2 выше,
формула, которую мы будем использовать для определения нашего ограничительного резистора, является еще одним вариантом
формулы, которую мы использовали выше. Формула ряда для приведенной выше схемы будет
пишется так:
Итак… 60 мА? Неа. Реально чуть меньше 20 мА
для всех трех светодиодов! Назовем его 20 для простоты.
80% от 9 вольт составляет 7,2 вольта (0,8 х 9 = 7,2). Суммы равны. Мы
не превышает 90%, поэтому мы можем продолжить.
Для четырех светодиодов это будет 6,8 вольт (4 x 1,7 =
6.8).
Неважно, какой сегмент определяется первым, но мы сделаем
один светодиод/резистор. Для этого воспользуемся нашей исходной формулой:
Супер-белый светодиод
освещает салон вагона, а два красных микросветодиода обеспечивают освещение в конце поезда. А
Добавлен переключатель, чтобы при желании можно было отключить функцию EOT. Бег
пример этой машины (с 800 мкФ мерцания
контроль) можно увидеть здесь.
Возьми наш
Например, импульсный блок питания N3500. Он обеспечивает 1 ампер (1000 мА) тока
на 9 вольт.
