LinTai: качественные китайские корпуса и каркасы

Управление светодиодом с резистором и без резистора

В статье сделана попытка показать, почему необходимо использовать токоограничивающий резистор для светодиода. И как можно управлять светодиодом без резистора. Когда вы читаете о светодиодах, вы можете заметить, что все говорят о необходимости использования токоограничивающего резистора. Но обычно не говорится почему. Светодиод с токоограничивающим резистором Если посмотреть документацию на светодиод, можно заметить, что вольт-амперная характеристика светодиода нелинейна. Поскольку светодиод является полупроводниковым элементом, его характеристика отличается от характеристики резистора.

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Если к резистору приложить определенное напряжение, ток через него можно вычислить по формуле: I = R/V Пример: I = 100 Ом / 5 В = 20 мА Очевидно, что эта формула неприменима к светодиодам, потому что они являются линейным сопротивлением. Если посмотреть на приведенный выше график, то становится ясным, что повышение напряжения от 0 до 1,6 В не приводит к заметному увеличению тока. Если приложить еще немного больше напряжения, ток увеличится, и светодиод начнет светиться. Мы достигли открывающего потенциала для pn-перехода. Открывающий потенциал для типичного красного светодиода находится в диапазоне от 1,7 до 2,2 В. Небольшие изменения напряжения приводят к сильным изменениям прямого тока.

В документации обычно указывается абсолютное максимальное значение прямого тока, например, 25 мА. Если приложить напряжение, приводящее к большему току, светодиод выйдет из строя. Так что жизненно важно оставаться в рамках предельно допустимых параметров. Если подсоединить светодиод напрямую к 5 В источнику питания, он тут же сгорит. Сильный ток разрушит pn-переход. С этого момента появляется ограничивающий резистор. Предположим, что у нас имеется красный светодиод с максимальным прямым током 25 мА и открывающим потенциалом 2,1 В. Если мы хотим использовать 5 В источник питания, чтобы на нем упало оставшиеся 2,9 В. Для резистора получим: R = V / I = (5 В - 2.1 В) / 25 мА = 116 Ом. Для безопасности светодиода используйте резистор номиналом 120 Ом или лучше 150 Ом.

Так мы не доведем светодиод до предельно допустимого тока. R = V / I = (5 В - 2 В) / 20 мА = 150 Ом. Для сохранения резистора обратим внимание на рассеиваемую мощность. Она вычисляется следующим образом: P = V * I = 3 В * 20 мА = 60 мВт. Так что проще всего взять резистор 150 Ом, 0,25 Вт. Итак, это все об обычном использовании светодиода с ограничивающим резистором. Светодиод без токоограничивающего резистора Во-первых, почему мы хотим избавиться от резистора? Есть две причины. Для начала, он рассеивает энергию. Превращает электричество в тепло. А мы хотим получить свет от светодиода. Нехорошо. Еще, вы можете уменьшить количество компонентов. Устройство будет экономичнее и на печатной плате останется больше места. Есть два способа обойтись без резистора. Один из них - понизить входное напряжение.

Если все ваше устройство может работать при напряжении, равном открывающему напряжению светодиода, это замечательно. Резистор не нужен. Другим способом является использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это означает, что мы включаем и выключаем светодиод. Если это происходит достаточно быстро, человеческий глаз не замечает разницы. Он интегрирует яркость за определенный промежуток времени, как говорят. Часто в документации указывается пиковый прямой ток. Например: IF(peak) = 160 mA (пиковый прямой ток = 160 мА) Condition: Pulse Width <= 1 msec and Duty <= 1/10 (Условие: ширина импульса <= 1 мс, заполнение 1/10) Это означает, что можно включать светодиод с частотой 1 кГц, и он может гореть 1 мс и находиться в темном состоянии 9 мс. В большинстве случаев для пикового прямого тока не указаны напряжения, поэтому мы заранее не знаем, какое должно быть напряжения для тока 160 мА.

Смотря на график, можно оценить его уровень около 3 - 3,2 В, но автор не проверял этого. Оба метода были использованы автором для 64-пиксельной светодиодной матрицы, где светодиоды были подключены к микроконтроллеру без токоограничивающих резисторов.

Входное напряжение было 3 В, если использовать 2 батареи типа АА или около 2,4 В с использованием аккумуляторов. Это позволяет получить открывающий потенциал светодиодов. Матрица позволяет адресацию одной строки целиком в данный момент времени. Вы можете выбирать ячейки только на выбранной строке, устанавливая биты столбцов. В следующий момент времени первая строка отключается, подключается вторая, и т.д. Так вы переключаете в цикле все строки. Это делается так быстро, что видеть мигание невозможно. Каждая строка обновляется с частотой примерно 2 кГц и заполнением импульса 1/8 (потому что строк 8).

Если для управления светодиодом или светодиодной матрицей вы используете микроконтроллер, нужно обратить внимание на предельно допустимый ток для микроконтроллера. Каждый I/O вывод может быть источником или поглотителем определенного тока.

В документации к ATtiny2313 на странице 181 написано: Absolute Maximum Ratings (абсолютные максимальные параметры):

* DC Current per I/O pin: 40.0 mA (постоянный ток - 40 мА на вывод) И на странице 182 есть замечание: 4. Although each I/O port can sink more than the test conditions (10 mA at VCC = 5V, 5 mA at VCC = 3V) under steady state conditions (non-transient), the following must be observed: 1] The sum of all IOL, for all ports, should not exceed 60 mA. If IOL exceeds the test condition, VOL may exceed the related specification. Pins are not guaranteed to sink current greater than the listed test condition.

(4. не смотря на то, что I/O ток при тестировании составляет 10 мА при питании 5 В и 5 мА при питании 3 В, в отсутствие переходных процессов должно наблюдаться: 1] Сумма всех втекающих в процессор токов для всех портов не должна превышать 60 мА. Если втекающий ток превышает тестовые условия, то напряжение логического нуля может превышать номинальные значения. Не гарантируется, что выводы будут проводить ток, больший чем указано в тестовых условиях.)

Как можно понять, если вы пытаетесь получить ток более 10 мА, высокий или низкий уровень выходного напряжения может выйти за рамки гарантированные производителем. Взгляд на следующие два графика из документации может прояснить эту вещь.

Этот график показывает как выходное напряжение вывода просаживается при увеличении тока для питания 2,7 В. 2,7 В это не те 3 В, которые могут обеспечить 2 батареи АА типа, но на данный момент это довольно близко. Как видно, если потребляется больше тока, выходное напряжение падает. При 5 мА мы имеем напряжение 2,5 В, а при 15 мА напряжение падает до 2,1 В.

Этот график показывает как выходное напряжение вывода зависит от втекающего в вывод тока. В этом случае при потреблении большего тока выходное напряжение увеличивается. При 5 мА напряжение равно 0,15 В, и при 15 мА оно возрастает до 0,5 В. Чтобы проверить, можно ли в данной схеме использовать ATtiny2313, нужно провести некоторые вычисления. Для матрицы у нас нет документации с красивыми графиками, но есть некоторые цифры. Forward Voltage: 1.80 - 2.20 V (Прямое напряжение: 1,8 - 2,2 В) Maximum Rating: Forward Current: 25 mA (Предельный ток: 25 мА) Предположим, что светодиод работает при 1,8 В и 5 мА.

Это выглядит разумным, если посмотреть на другую документацию. Теперь, если проанализировать показанные выше 2 графика при токе 5 мА, получим 2,5 В для вывода - источника и 0,15 В для вывода - стока. 2.5 В - 0.15 В = 2.35 В Таким образом, мы получаем 2,35 В для светодиода. Это больше, чем мы предполагали (1,8 В). Большее напряжение для светодиода означает больший ток. Теперь посчитаем для 10 мА. Анализируя снова, получим 2,3 В для вывода - источника и 0,3 В для вывода - стока. 2.3 В - 0.3 В = 2.0 В Как видно, если напряжение на светодиоде повышается, ток также увеличивается. Увеличение тока приводит к уменьшению/увеличению выходного напряжения на выводе - источнике/стоке. А это означает уменьшение тока.

Т.е. на каком-то уровне ток стабилизируется. Похоже, 2,0 В при 10 мА подходит для светодиода и микроконтроллера. Это справедливо для светодиода на двух выводах. А что, если мы хотим управлять всей линейкой из 8 светодиодов? В этом случае мы имеем 8 выводов - источников, 8 светодиодов и один вывод - сток. Из вышеприведенного примера следует, что 10 мА на каждый светодиод соответствует 80 мА (!). Это много. На графике это даже не показано. Предположим, что в сумме мы имеем только 25 мА, тогда получается 3,125 мА на светодиод.

Это дает 2,6 В на каждом источнике и 1,0 В на стоке. 2.6 В - 1.0 В = 1.6 В Это означает, что для каждого светодиода остается 1,6 В, что немного меньше открывающего потенциала. Светодиоды будут затемнены. Опять же, если светодиоды потребляют больше тока, микроконтроллер даст им меньшее выходное напряжение. В таком случае яркость строк будет зависеть от числа подключенных ячеек: строки с меньшим количеством горящих диодов будут ярче. Все эти подсчеты и изучение соответствующей документации помогут понять в каких случаях нужно, а в каких не нужно использовать токоограничивающий резистор.

Перевод: Piyavka, по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Driving an LED with or Without a Resistor

Электронные компоненты. Бесплатная доставка по России
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • "Если к резистору приложить определенное напряжение, ток через него можно вычислить по формуле: I = R/V Пример: I = 100 Ом / 5 В = 20 мА" Не надо искажать закон Ома, который гласит: I=V/R, т.е. с точностью до наоборот. Piyavka, нужно знать хотябы закон Ома. :)
  • Да, уж... Статья "кишит" ошибками. Вот ёще пример: Вроде как получается 100Гц. Ещё: Всё-таки многие товарищи не понимают разницы между падением напряжения на диоде и подачей на диод напряжения. [ATTACH]1369[/ATTACH] Яркость светодиода зависит от ТОКА. С помощью резистора стабилизируется ток. I=(Us-Uled)/R, где I - ток светодиода, Us - напряжение источника питания, Uled - падение напряжения на светодиоде, R - сопротивление резистора. А теперь представьте, что изменилась температура кристалла (ну, нагрелся при протекании тока, ведь выделяется заметная мощность). Температурный коэффициент отпирающего напряжения примерно -2мВ/град. Это значит, что вся кривая на рисунке сдвинется влево. Например, при перегреве на 25град, кривая сдвинется на 25град*2мВ/град=50мВ. Что произойдёт? Первый случай - активная стабилизация тока (зелёная линия). Изменится падение напряжения на светодиоде с 2,1В*20мА=42мВт до 2,05В*20мА=41мВт, слегка уменьшится выделяемая мощнось (на 0,05В*20мА=1мВт, 2,5%), яркость не изменится. Второй случай - резистор. Уменьшится падение напряжения на светодиоде на 50мВ. Следовательно, на 50мВ увеличится падение напряжения на резисторе. Слегка увеличится ток через резистор и светодиод. Чем выше питающее напряжение Us, тем меньше изменение яркости. При питающем напряжении Us=5В, изменение тока будет 0.05В/5В=0,01 (1%). Яркость увеличится на 1%. Третий случай - подача напряжения 2,1В (красная линия). Ток светодиода изменится на 5мА (см. график, с 20мА до 25мА), а следовательно и яркость изменится на 25% (5мА/20мА=0,25). И это при перегреве всего лишь 25град! Увеличился ток - повысилась температура, повысилась температура - кривая ещё сдвинулась, сдвинулась кривая - увеличился ток - процесс пошёл "вразнос". Остановится процесс, когда подводимая мощность сравняется с рессеиваемой. Мало того, что яркость будет сильно "гулять" с температурой, так ещё можно и сжечь светодиод. А разброс параметров светодиода? Эта кривая - УСРЕДНЁННАЯ по большому количеству экземпляров. Каждый, конкретно взятый светодиод, будет иметь другую характеристику! Если кому-то нечего делать, то можно заняться подбором. Дальше в статье, обсуждается, как можно использовать запредельные режимы микросхемы. Прям-таки эротические фантазии на тему: как лучше изнаси...ть контроллер :)
  • Вот первоисточник [URL]http://tinkerlog.com/2009/04/05/driving-an-led-with-or-without-a-resistor/[/URL] . Наш переводчик просто "честно" перевел, не вникая в суть :). В комментариях в статье-первоисточника тоже заметили казус с законом Ома. Исправим..
  • ЧИТАЕМ ВНИМАТЕЛЬНО!!! "В статье сделана попытка показать, почему необходимо использовать токоограничивающий резистор для светодиода." ЭТО ПЕРВАЯ ФРАЗА В ОПУБЛИКОВАНОЙ СТАТЬЕ .
  • Если это относится ко мне, то я и прочитал внимательно. Начало статьи хорошее. К первой фразе претензий нет. Дальнейшие рассуждения тоже правильные. И вдруг бабах, на тебе - резистор не нужен! Теряется мощность, место на плате надо экономить - хочу без резистора (если нельзя без резистора, но очень хочется, то можно)! Процитированная мною фраза перечёркивает все предыдущие размышления автора. Далее приводятся графики зависимости выходных напряжений от тока. Из них отлично видно, что выходные напряжения имеют весьма заметную зависимость от температуры. Автор, почему-то этот факт не замечает и все цифры приводит для +25. Какой же ток, в итоге, будет протекать через светодиод? Другими словами: "А ... (ой! :eek: ) кто его знает? То-есть, какая будет яркость, такая и будет! Очень мило! То есть, действительно, яркость не контролируема! Я уж не говорю о том, что не обеспечивается область безопасной работы микросхемы! Суммарный потребляемый ток может легко превысить ПРЕДЕЛЬНО допустимый (если соответствующим образом "карта ляжет" - расклад, батенька, расклад :) ) А в этом случае, производитель НЕ гарантирует правильную работу микросхемы. Если оценивать данный подход к разработке, с точки зрения профессионализма, то, на мой взгляд, он не выдерживает никакой критики. PS. При обсуждении, близкой к рассматриваемой, темы "Будет ли эта игрушка POV", [U]VDG[/U], по сути, был прав, хотя и подвергся заслуженной критике, за лексику и отношение к оппонентам.
  • В отношении выходного тока микроконролеера , к сожалению, несмог подробно изучить DATASHEET. Возможно эта информация кого-то заинтересует: микросхемы серии К1561, являсь улучшеным аналогом К561, имеют ограничение выходного тока и защищены от замыкания на + питания и - питания. Не имеют-ли некоторые микроконтроллеры такой функции?
  • Бред какой! И в оригинале, переводчик не виноват. Не все то золото, что от буржуев. Может, там копирайтер начинающий это за центики ваяет. Или курсовая какого-то двоечника. А защиту токовую если даже имеют "некоторые микроконтроллеры", это не сэкономит мощности, рассеиваемой на резисторах. Конечно, количество элементов... Зато греться будет сама МС.
  • Извиняюсь, может оригинал подрехтовали, но там указано следующее вроде как похоже на закон Ома:) и ещё один казус :eek:
  • Не понимаю, что в последнее время все с этими резисторами и светодиодами носятся? По всему рунету, по всем форумам одно и тоже, как два простейших компонента соединить! Как будто других, более насущных проблем нету :( Делов то, резюк к светику прикрутить нужного номинала, а крику то, крику!
  • STARley Новичок Казус в переводе- ".. they don’t behave.. " НЕ ЯВЛЯЮТСЯ. Тогда всё становится понятно.
  • Достаточно было отрицания и в первой части предложения - НЕПРИМЕНИМА. И слава богу. И неважно, почему. Здесь, вроде, не про закон Ома, а про использование встроенных стабилизаторов тока...
  • А если точнее, "не ведут себя как линейные сопротивления".
  • Да. Следующая фраза:" И как можно управлять светодиодом без резистора".
  • о некропостер проснулся , твой ответ почти семь лет ждали.... иди спи дальше
Полный вариант обсуждения »