Выбор токоограничивающего резистора

Введение

Токоограничивающие резисторы помещаются в цепь, чтобы гарантировать, что величина протекающего тока не превышает допустимую для схемы. Когда ток протекает через резистор, в соответствии с законом Ома возникает соответствующее падение напряжения на резисторе (закон Ома гласит, что падение напряжения является произведением тока и сопротивления: V = IR). Наличие этого резистора снижает количество напряжения, которое может появиться на других компонентах, которые включены последовательно с резистором (когда компоненты «включены последовательно», существует только один путь для прохождения тока, и, следовательно, протекает такое же количество тока. через них; это объясняется далее в информации, доступной по ссылке в поле справа).

Здесь нас интересует определение сопротивления токоограничивающего резистора, включенного последовательно со светодиодом. Резистор и светодиод, в свою очередь, подключены к источнику напряжения 3.3 В. На самом деле это довольно сложная схема, потому что светодиод является нелинейным устройством: соотношение между током через светодиод и напряжением на светодиодах не следует простой формуле. Таким образом, мы сделаем различные упрощающие предположения и приближения.

Теоретически идеальный источник напряжения будет подавать любое количество тока, необходимого для поддержания его клемм при любом напряжении, которое он должен подавать. (На практике, однако, источник напряжения может подавать только конечную величину тока). Падение напряжения светящегося светодиода обычно составляет от 1.8 до 2.4 В. Для конкретности предположим, что падение напряжения составляет 2 В. Для поддержания такого напряжения на светодиодах обычно требуется ток от 15 до 20 мА. Еще раз, для конкретности, предположим, что ток равен 15 мА. Если бы мы напрямую подключили светодиод к источнику напряжения, источник напряжения попытался бы установить на этом светодиоде напряжение 3.3 В. Однако светодиоды обычно имеют максимальное прямое напряжение около 3 В. Попытка установить на светодиоде более высокое напряжение может привести к его повреждению и потреблению большого тока. Таким образом, это несоответствие между тем, что источник напряжения хочет производить, и тем, что может обрабатывать светодиод, может повредить светодиод или источник напряжения, или и то, и другое! Таким образом, мы хотим определить сопротивление токоограничивающего резистора, которое даст нам соответствующее напряжение примерно 2 В на светодиоде и обеспечит ток через светодиод примерно 15 мА.

Чтобы разобраться во всем, полезно смоделировать нашу схему с помощью принципиальной схемы, как показано на рис.1.

Рисунок 1. Принципиальная электрическая схема.

На рис. 1 вы можете представить источник напряжения 3.3 В как плату chipKIT ™. Опять же, мы обычно предполагаем, что идеальные источники напряжения будут подавать любой ток, необходимый для схемы, но плата chipKIT ™ может производить только конечное количество тока. (В справочном руководстве Uno32 указано, что максимальный ток, который может выдавать отдельный цифровой вывод, составляет 18 мА, то есть 0.0018 А.) Чтобы обеспечить падение напряжения на светодиодах на 2 В, нам необходимо определить соответствующее напряжение на резисторе, которое мы Позвоню в VR. Один из способов сделать это - определить напряжение на каждом проводе. Провода между компонентами иногда называют узлами. Следует иметь в виду, что на всей длине провода одинаковое напряжение. Определив напряжение проводов, мы можем определить разницу в напряжении от одного провода к другому и найти падение напряжения на компоненте или на группе компонентов.

Удобно начать с предположения, что отрицательная сторона источника напряжения находится под потенциалом 0 В. Это, в свою очередь, делает соответствующий узел (т. Е. Провод, подключенный к отрицательной стороне источника напряжения) 0 В, как показано на рис. 2. Когда мы анализируем схему, мы можем назначить напряжение заземления сигнала 0 В. до одной точки в цепи. Тогда все остальные напряжения относятся к этой контрольной точке. (Поскольку напряжение является относительной мерой между двумя точками, обычно не имеет значения, какой точке в цепи мы присваиваем значение 0 В. Наш анализ всегда дает одинаковые токи и одинаковое падение напряжения на компонентах. Тем не менее, это Обычной практикой является присвоение отрицательному выводу источника напряжения значение 0 В.) Учитывая, что отрицательный вывод источника напряжения находится на уровне 0 В, и учитывая, что мы рассматриваем источник питания 3.3 В, положительный вывод должен быть под напряжением. 3.3 В (как и подключенный к нему провод / узел). Учитывая, что мы желаем падения напряжения на светодиодах на 2 В, и учитывая, что нижняя часть светодиода находится на 0 В, верхняя часть светодиода должна быть на 2 В (как и любой другой провод, подключенный к нему).

Рисунок 2. Схема узловых напряжений.

Теперь, когда напряжения в узлах обозначены, как показано на рис. 2, мы можем определить падение напряжения на резисторе, как мы это сделаем сейчас. Во-первых, мы хотим указать, что на практике часто пишут падение напряжения, связанное с компонентом, непосредственно рядом с компонентом. Так, например, мы пишем 3.3 В рядом с источником напряжения, зная, что это источник 3.3 В. Для светодиода, поскольку мы предполагаем падение напряжения на 2 В, мы можем просто написать это рядом со светодиодом (как показано на рис. 2). В общем, учитывая напряжение, которое существует на одной стороне элемента, и учитывая падение напряжения на этом элементе, мы всегда можем определить напряжение на другой стороне элемента. И наоборот, если мы знаем напряжение на любой стороне элемента, тогда мы знаем падение напряжения на этом элементе (или мы можем вычислить его, просто взяв разность напряжений с обеих сторон).

Поскольку мы знаем потенциал проводов по обе стороны от резистора (Wire1 и Wire3), мы можем найти падение напряжения на нем, VR:

Подставляя известные значения, получаем:

Вычислив падение напряжения на резисторе, мы можем использовать закон Ома, чтобы связать сопротивление резистора с напряжением. Закон Ома говорит нам, что 1.3 В = ИК. В этом уравнении, по-видимому, есть два неизвестных: ток I и сопротивление R. Сначала может показаться, что мы можем сделать I и R любыми значениями при условии, что их произведение составляет 1.3 В. Однако, как упоминалось выше, для обычного светодиода может потребоваться (или «потреблять») ток примерно 15 мА, когда на нем имеется напряжение 2 В. Итак, предполагая, что I равен 15 мА и решая для R, мы получаем

На практике может быть сложно получить резистор с сопротивлением точно 86.67 Ом. Можно было бы, возможно, использовать переменный резистор и отрегулировать его сопротивление до этого значения, но это было бы довольно дорогим решением. Вместо этого часто бывает достаточно правильного сопротивления. Вы должны обнаружить, что сопротивление порядка от одной до двухсот Ом работает достаточно хорошо (это означает, что мы гарантируем, что светодиод не потребляет слишком большой ток, но при этом ограничивающий ток резистор не настолько велик, чтобы мешать светодиоду. от подсветки). В этих проектах мы обычно будем использовать токоограничивающий резистор 220 Ом.

Оставить сообщение 

Список сообщений