LED için voltaj düşmesi ve akımı?

Bir devre tahtasında aşağıdaki devreyi oluşturdum ve güç kaynağı için Arduino Uno 3.3V kaynağını kullandım:

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
 |                              ```````    |
 |                                         |
(3.3V)                                     |
 |                                         |
 |                                         |
 -------------------------------------------

Arduino'nun web sitesinde 3.3V pininin 0.05A akımına sahip olduğu belirtiliyor. KVL'ye göre bu bize 3.3V - (330 Ohm * 0.05A) - LED boyunca voltaj düşmesi = 0

Denkleme göre LED üzerindeki voltaj düşüşü negatif olacaktır ve bu nedenle LED açılmamalıdır. Ancak, breadboard üzerinde LED yanıyor ... NEDEN? Bu tamamen temel teoriye aykırıdır ... bu normal mi? ya da bu sadece bir yerde hata yaptığım için mümkün mü? = O

Sorun şu ki (henüz) uygulamak için doğru temel teoriyi anlamadınız :-).

Ancak - kendiniz çözmeye çalıştığınız için tebrikler. Devam edin ve yakında doğru bir şekilde nasıl hesaplanacağını öğreneceksiniz.

Gerilim ve akım ve direnç bir su benzetmesi ile oldukça iyi bir şekilde modellenebilir. Voltaj, bir rezervuardaki pompalama basıncına veya "kafa" basıncına benzer, akım akım akışına benzer ve direnç, su akışına karşı boru direncine veya bir hidrolik motor tarafından sunulan akış direncine benzer.

Yani modelinizdeki "hata", Arduino'nun akım değerinin, gerilim veya pompalama basıncı olduğunda ne olduğunu, ne olduğunu varsayar.

Arduino en 3V3 devresi 50 mA bu maksimum akımdır reytinge sahipse akmasına izin verilmelidir ve olmayan akım miktarı gerekir akar.

ASCII sanat devre şemasını kullanma:

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
 |                              ```````    |
 |                                         |
(3.3V)                                     |
 |                                         |
 |                                         |
 -------------------------------------------

Buradaki anahtar denklem (Ohm yasasının bir düzenlemesi)

• I = V / R

Bu, uygulanan voltajın artmasıyla akımın artacağını ve artan dirençle azalacağını söylüyor. Sadece işleri daha ilginç hale getirmek için burada atılan ekstra bir faktör var. LED'ler yaklaşık olarak sabit voltaj "batar" gibi davranır. Yani, akım bir başlangıç ​​sınırının üzerine çıktığında, voltaj akımla doğrusal olarak artmayacaktır - artacaktır, ancak mevcut artış oranından daha düşük bir hızda.

Elde ettiğiniz denklemi yeniden düzenleme

• R = V / I

Bu, belirli bir mevcut voltaj ile belirli bir akım elde etmek için gereken direnç değerini hesaplamanızı sağlar. Bunu uygulamadan önce anlamamız gereken bir "gotcha" vardır.

Tasarım akım aralıklarında çalıştırıldığında çoğu LED, oldukça sınırlı bir Gerilim düşümü aralığına sahiptir. Modern bir beyaz LED, LED boyunca yaklaşık 2.8V "damla" ile görünür şekilde ışık yaymaya başlayabilir, 20 mA'da 3V3 (= 3.3 Volt) düşüşe sahip olabilir (bu genellikle 3mm ve 5mm kurşun LED'ler için maksimum tasarım çalışma akımıdır) ,) ve LED boyunca 3V8'de aşırı akımdan yanar. Tipik rakamlar değişecektir, ancak bu biraz fikir verir. Modern bir kırmızı LED, 2,5 V nominal akımda çalıştırıldığında ileri voltaj düşüşüne sahip olabilir ve bir kızılötesi LED tipik 1,8V'de çalışabilir. LED akımını hesaplarken LED'in veri sayfasındaki tipik ileri voltaj düşüşünü kullanarak başlayabilirsiniz.

Tipik kırmızı LED

İşte tipik bir modern kırmızı LED için veri sayfası . Bu bir Kingbright WP7113ID. Digikey'de satılan en ucuz 5mm kurşun LED'i bularak seçtim. 1'lerde 11 sent ABD.

Veri sayfası, ileri voltajın 20 mA'da tipik olarak 2.0V olduğunu söylüyor, bu yüzden bu rakamı kullanacağım.

20 mA'da çalışma

LED'in üzerinde yaklaşık olarak sabit bir voltaj bulunduğundan, bu voltajı direnç yoluyla akımı "pompalayacak" mevcut voltajdan çıkarmamız gerekir. Devreyi 20 mA - LED'lerin nominal maksimum değeri verecek şekilde tasarlayacağız. Böylece önceki formülümüz olur.

• R = (V_supply - V_LED) / I

V_LED = 2v0 ve Vsupply = 3V3 için

• R = (3,3 - 2,0) / .020 = 1,3 / .02 = 65 ohm.

68 Ohm en yakın standart "E12" * direnç değeridir.

Direnç boyunca voltaj düşüşü = 3.3 - 2.0 = 1.3V - yukarıdaki gibi. Veri sayfası, LEd'in Vf'sinin 20 mA'da 2V5 kadar olabileceğini söylüyor. 20 mA'da Vf = 2.5V olan bir LED kullanırsak ne olacağını görelim.

Yukarıdaki gibi I = V / R = (Vsupply-VLED) / R

Burada şimdi I = (3.3-2.5) / 68 = 0.8 / 68 = 0.00176A ~ = 12 mA kullanıyoruz.

Bu yüzden 20 mA için tasarladık, ancak bu durumda yaklaşık 12 mA aldık. Benzer şekilde, LED'in Vf değeri 20 mA'da 2.0V'den düşük olsaydı (olabildiğince) akım 20 mA'dan daha yüksek olurdu. Genel olarak, LED'lerin Vf'deki üretim varyasyonları nedeniyle LED akımı> 2: 1 kadar değişebilir. "Gerçek" LED sürücü tasarımının sabit akım kaynakları veya sabit akım kaynağına yaklaşan devre kullanmasının nedeni budur. Ama bu başka bir hikaye.

330 ohm dirençle çalışma

330R direnciniz için.

LED Vf = 2V0 ile. I_LED = V / R = (3,3-2V) / 330 = ~ 4 mA

LED Vf = 2V5 ile. I_LED = V / R = (3,3-2,5V) / 330 = ~ 2,4 mA

Veri sayfası minimum Vf'nin ne olduğunu söylemez - sadece tipik ve maksimum - ama 1.8V olduğunu varsayalım.

I_LED = V / R = (3,3-1,8) / 330 = 4,5 mA

Bu nedenle LED akımı, LED Vf'ye bağlı olarak 2.4 mA ila 4 mA = a 1: 1.666 oranı arasında değişebilir.

AMA veri sayfasındaki Vf 20 mA idi. Akım düştükçe Vf "biraz" düşecektir. İşte seçilen LED'in veri sayfasından özellikleri.

Vf'nin 2 mA'da yaklaşık 1.7V ve 4 mA'da yaklaşık 1.78V olduğunu görebiliriz, bu nedenle 1.8V varsayılan değerinin amacımız için yeterince iyi olduğunu görebiliriz.

• E12 -% 5 doğruluğa sahip en yaygın direnç serisi - on yılda 12 direnç.

Tercih edilen sayı serisi - E12'yi arayın ve geri kalanını da okuyun :-)

E12'ye özgü - değerler ve renk kodları - daha odaklı ancak daha az kullanışlı

LED voltaj düşüşüyle ​​başlamalısınız. Akımı belirleyen şey, tersi değil. Bunun nedeni, akımın değişken olacağı ve devrenin taleplerine uyum sağlayacağı sırada LED voltajının az çok sabit olmasıdır.
KVL gerçekten ihtiyacınız olan şey. LED voltaj düşüşü 2V olacaksa, direnç voltajı 3.3V - 2V = 1.3V ve dolayısıyla devredeki akım olacaktır.

$I = \dfrac{1.3V}{330\Omega} = 4mA$

Bu nedenle, direnç üzerindeki voltaj düşüşü çok büyük olursa, akımı düşürerek otomatik olarak daha düşük bir değere ayarlanır.

Not: 50mA iğnesi ne olabilir sunar. Ne gerçekte teslim edilir bağlıdır sorulan devre ile ve bu yüksek olmamalıdır. Ve bizim durumumuzda çok daha düşük, bu yüzden sorun yok.

Çoğu durumda, sabit bir LED voltaj düşüşünü varsayan yukarıdaki hesaplama yeterlidir, ancak bazen değişken ileri voltajı dikkate alan daha kesin bir cevap istersiniz. Çoğu zaman akım ve ileri voltaj için bir denkleminiz olmaz, sadece bir grafik vardır. Bu, analitik olarak çözemeyeceğiniz anlamına gelir. Grafiksel olarak çözmenin kolay olduğunu göreceğiz.

$\Omega$$\dfrac{3V}{100\Omega}$
$\dfrac{3V - 2V}{100\Omega}$

Direnç değerinin nasıl hesaplanacağını öğrenmek için bu soruya bakın .

İki olasılık:

• mevcut derecelendirme, kaynak cihazının hasar / aşırı ısınma olmadan işleyebildiği şeydir, ancak kendisini sınırlamak için gereken önlemleri almaz.

• LED üzerindeki voltaj düşüşü düşündüğünüzden daha yüksektir, bu nedenle direnç boyunca voltaj düşüşü ve içinden geçen akım 50 ma'dan daha düşüktür. Az önce açtığım rastgele bir LED veri sayfası, 1.85v'lik bir ileri voltajı listeledi - bu direnç boyunca 1.45v'luk bir düşüş ve 44 ma'lık bir akım (bu, aldığım LED için önerilenin iki katıdır - daha büyük bir direnç düşünebilirsiniz - eski radyo kulübesi kitleri 3v pil kaynağı ile 680 ohm kullanır)

Bir voltmetre (veya arduino'nun kendi analog girişi) varsa, direnç ve LED arasındaki düğümün voltajını ölçebilir ve direnç ve LED boyunca ilgili düşüşleri ve böylece bilinen direnç üzerindeki düşüşten gelen akımı belirleyebilirsiniz. .

Kısa cevap:

Akım 0.05A olmayacak çünkü arz için spesifikasyon 0.05A diyor; bir güç kaynağı spesifikasyonu bir akım sağladığında, ondan almaya çalışmanız gereken maksimum değerdir. Akım için elde ettiğiniz şey yüke bağlıdır.

Bununla birlikte, bu özel durum için diğer cevaplarda verilen güzel grafiklerden bazılarına nicel cevaplar alabilirsiniz.