Особенности работы и расчеты
Несмотря на существенные преимущества, внимательные пользователи рекомендуют обращать внимание на существенные недостатки светодиодных приборов:
- полупроводниковые технологии определяют нелинейные вольт-амперные характеристики (ВАХ);
- повышение напряжения выше определенного порога сопровождается деградацией p-n перехода;
- на определенном уровне (при прямом или обратном включении) резкое увеличение силы тока повреждает изделие.
Особое значение имеет собственное небольшое сопротивление в рабочем режиме. Относительно небольшое изменение основных параметров источника питания способно повредить полупроводниковый переход. По этой причине в цепь добавляют токоограничительный резистор.
Дополнительный пассивный элемент увеличивает потребление энергии. По этой причине рекомендуется применять такие решения в комбинации со светодиодами небольшой мощности, либо для создания устройств с небольшими рабочими циклами.
Математический расчет
В простейшей цепи к источнику постоянного тока (I) с определенным напряжением (Uи) на выходных клеммах подключают последовательно токоограничивающий резистор (R) и светодиод. Рассчитать электрическое сопротивление можно с применением известной формулы закона Ома (I = U/R).
Также пригодится второй постулат Кирхгофа. В данном примере он определяет следующее равенство: Uи = Ur + Uc, где Ur (Uc) – напряжение на резисторе (светодиоде) соответственно. Простым преобразованием этих выражений можно получить базовые зависимости:
Так как драйвер обеспечивает питание постоянным током, особо внимательно нужно изучить соответствующее «прямое» включение. Особенности ВАХ:
- на первом участке до Uн плавно уменьшается сопротивление и соответствующим образом увеличивается ток;
- от Uн до Uм – рабочая зона (излучение в световом диапазоне);
- далее – резкое уменьшение сопротивление провоцирует экспоненциальный рост силы тока с последующим выходом изделия из строя.
Расчет светодиодов выполняют на основе значения рабочего напряжения Uc. Этот параметр производители указывают в сопроводительной документации. Для вычисления электрического сопротивления подходящего токоограничивающего резистора применяют формулу: R = (Uи — Uc)/ I.
Графический расчет
Если взять ВАХ, можно применить графическую методику. Исходную графическую и цифровую информацию берут из паспорта, либо на официальном сайте производителя. Алгоритм действий (пример):
- по исходным данным номинальный ток светодиода (In) составляет 25 мА;
- от соответствующей точки (1) на вертикальной оси ординат проводят пунктир до пересечения с кривой ВАХ (2);
- отмечают напряжение источника питания (Uи = 5,5 V) на оси абсцисс (3);
- проводят линию через точки (2) и (3);
- пересечение с осью ординат покажет значение максимально допустимого тока (Im = 60 мА).
Закон Ома. Онлайн расчёт для постоянного и переменного тока.
- в дешевых моделях основные части конструкции делают из алюминия;
- медные аналоги тяжелее, эффективнее отводят тепло, отличаются стойкостью к механическим воздействиям;
- в качественном изделии размер кристалла соответствует стандарту (0,762 х 0,762 мм или другому);
- о недостатках косвенно свидетельствует искажение пропорций рабочей зоны (прямоугольник вместо квадрата);
- для повышения надежности ответственные производители увеличивают количество проводников, применяют нити из благородных металлов.
Подключение светодиода через резистор
С учетом представленных данных можно сделать несколько важных промежуточных выводов:
Приемлемые показатели эффективности можно получить при создании:
Для маленькой локальной подсветки аквариума такое решение подойдет. Однако вряд ли будет приемлемым длительное потребление большого количества энергии. Отсутствие стабилизации проявляется заметным изменением яркости при увеличении/уменьшении напряжения.
Специалисты рекомендуют при суммарном потреблении больше 1,5-2 Вт использовать источники питания с надежной стабилизацией по току. Эти устройства (диммеры) применяют для подключения групп осветительных приборов и полупроводниковых приборов высокой мощности.
Электрический ток. Закон Ома для цепей постоянного и переменного тока.
где
I – сила тока в проводнике, измеряемая в амперах [А];
U – электрическое напряжение (разность потенциалов), измеря- емая в вольтах [В];
R – электрическое сопротивление проводника, измеряемое в омах [Ом].
Производные от этой формулы приобретают такой же незамысловатый вид: R=U/I и U=R×I.
Зная любые два из трёх приведённых параметров можно произвести и расчёт величины мощности, рассеиваемой на резисторе.
Мощность является функцией протекающего тока I(А) и приложенного напряжения U(В) и вычисляется по следующим формулам, также являющимся производными от основной формулы закона Ома:
P(Вт) = U(В)×I(А) = I 2 (А)×R(Ом) = U 2 (В)/R(Ом)
Формулы, описывающие закон Ома, настолько просты, что не стоят выеденного яйца и, возможно, вообще не заслуживают отдельной крупной статьи на страницах уважающего себя сайта.
Не заслуживают, так не заслуживают. Деревянные счёты Вам в помощь, уважаемые дамы и рыцари!
Считайте, учитывайте размерность, не стирайте из памяти, что:
Единицы измерения напряжения: 1В=1000мВ=1000000мкВ;
Единицы измерения силы тока:1А=1000мА=1000000мкА;
Единицы измерения сопротивления:1Ом=0.001кОм=0.000001МОм;
Единицы измерения мощности:1Вт=1000мВт=100000мкВт.
Ну и так, на всякий случай, чисто для проверки полученных результатов, приведём незамысловатую таблицу, позволяющую в онлайн режиме проверить расчёты, связанные со знанием формул закона Ома.
ТАБЛИЦА ДЛЯ ПРОВЕРКИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТОВ ЗАКОНА ОМА.
Вводить в таблицу нужно только два имеющихся у Вас параметра, остальные посчитает таблица.
Для многозвенных цепей возникает необходимость преобразования её к эквивалентному виду:
Значения последовательно соединённых резисторов просто суммируются, в то время как значения параллельно соединённых резисторов определяются исходя из формулы: 1/Rll = 1/R4+1/R5 .
А онлайн калькулятор для расчёта величин сопротивлений при параллельном соединении нескольких проводников можно найти на странице ссылка на страницу.
А что такое действующее значение и как оно связано с амплитудой сигнала переменного тока?
Приведём диаграммы для нескольких различных форм сигнала.
Рассчитываем действующее значение напряжение интересующей нас формы:
Для синуса U = Uд = Uа/√2;
для треугольника и пилы U = Uд = Uа/√3;
для меандра U = Uд = Uа.
Теперь посмотрим, как будет выглядеть формула закона Ома при наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока.
В общем случае смотреться это будет так:
Нарисуем таблицу для расчёта полного сопротивления цепи для переменного тока.
Количество вводимых элементов должно быть не менее одного, при наличии индуктивного или емкостного элемента — необходимо указать значение частоты f !
ЗАДАЧА №1. Расчёт простых цепей постоянного тока со смешанным соединением
Вычисление светодиодного резистора с использованием Закон Ома
Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов. Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему. Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер.
Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду
Последовательное соединение элементов
Расчёт резистора для светодиода
- R = (VS – VL) / I
- VS – напряжение источника питания (В).
- VL – напряжение питания светодиода (обычно 2 вольта и 4 вольта для голубых и белых светодиодов).
- I – ток светодиода (например 10 мА = 0.01 А или 20 мА = 0.02 А)
