LED seri direnci nasıl hesaplanır?

LED neden seri dirence ihtiyaç duyar?

LED de bir diyot gibi iletir; akımı gerilimle üstel olarak artar, bu yüzden gerilimdeki küçük bir değişiklik akımda büyük bir değişiklik yaratır. Doğrudan bir beslemeye bağlanan tipik bir LED, anma değerinden çok daha fazla akım çeker ve yanar.

Seri direnç bunu çözer. LED'in kullanmadığı gerilimi üzerine düşürerek akımı belirler; böylece akım küçük gerilim farklarına çok daha az duyarlı olur.

LED simülatörü sorunun ne kadar dik olduğunu gösterir. Kırmızı LED hazır ayarında (2,0 V'ta 20 mA) model 2,0 V'ta 20 mA, ancak 2,1 V'ta yaklaşık 27 mA ve 2,2 V'ta yaklaşık 34 mA verir. Gerilimde %10'luk bir artış, akımda yaklaşık %70 artış demektir.

Formül

Döngüye Kirchhoff gerilim yasasını uygulayın: besleme gerilimi LED gerilimi ile direnç üzerindeki gerilimin toplamına eşittir, yani V_s = V_f + I × R. R için çözünce:

R = (V_s − V_f) / I

• V_s volt cinsinden besleme gerilimidir.
• V_f, seçilen akımdaki LED ileri yön gerilimidir; katalogdan alınır.
• I amper cinsinden istenen ileri yön akımıdır; anma akımına eşit ya da altında olmalıdır.

Önce I'yı seçin. Standart 5 mm bir LED için katalog değeri çoğunlukla 20 mA'dir, ancak bir gösterge için 5–10 mA gibi daha düşük bir akım genellikle yeterince parlaktır ve LED'e daha az yük bindirir.

Çözümlü örnek: 5 V'ta kırmızı LED

V_f = 2,0 V olan ve 5 V'tan beslenen bir kırmızı LED için hedef akım 20 mA olsun.

1. Direnç üzerindeki gerilim: 5 − 2,0 = 3,0 V. 2. Direnç: 3,0 / 0,02 = 150 Ω. 3. Dirençteki güç: P = I² × R = 0,02² × 150 = 0,06 W; bu, 3,0 V × 20 mA ile de aynıdır. 4. LED'deki güç: 2,0 V × 20 mA = 0,04 W.

150 Ω standart bir E12 değeridir, bu yüzden olduğu gibi kullanılabilir. Çeyrek watt'lık (0,25 W) bir direnç, 0,06 W'ın üzerinde bolca pay bırakır. Hesaplanan değer standart değilse bir sonraki standart değere yuvarlayın. Akım hedefin biraz altına düşer, ki bu güvenli yöndür.

Daha sönük bir LED istiyorsanız daha düşük akım seçin: 10 mA'de aynı besleme için 3,0 / 0,01 = 300 Ω gerekir.

İleri yön gerilimi neden renge bağlıdır?

İleri yön gerilimini çoğunlukla yarı iletkenin yasak enerji aralığı belirler; ışığın rengini de bu belirler. Daha geniş yasak enerji aralığı, daha yüksek ileri yön gerilimi ve daha kısa dalga boyu demektir.

20 mA'deki 5 mm LED'ler için Curvo Studio hazır ayarları bu örüntüyü gösterir.

• Kırmızı (AlGaInP, 625 nm): 2,0 V
• Turuncu (605 nm): 2,05 V
• Sarı (590 nm): 2,1 V
• Yeşil (InGaN, 525 nm): 3,0 V
• Mavi (InGaN, 470 nm): 3,2 V
• Beyaz (fosforlu mavi kristal): 3,2 V

Sarıdan yeşile atlama, gerilimin dalga boyuyla düzgünce kaymasından değil, malzemenin AlGaInP'den InGaN'e değişmesinden kaynaklanır. Bunlar tipik değerlerdir. Gerçek parçalar üreticiye, partiye ve sıcaklığa göre değişir; kullandığınız LED'in kataloğuna bakın.

Aynı formül her renk için geçerlidir. 5 V'ta 20 mA ile çalışan mavi bir LED için (5 − 3,2) / 0,02 = 90 Ω gerekir; bir üstteki standart değer 100 Ω'dur ve yaklaşık 18 mA verir. 3,3 V beslemede mavi bir LED, direnç üzerinde yalnızca 0,1 V bırakır; bu durumda akım ileri yön geriliminin tam değerine aşırı duyarlı hale gelir ve hesap güvenilir olmaktan çıkar.

Güç değeri ve diğer kontroller

Direnci seçtikten sonra üç şeyi kontrol edin.

• Direnç gücü: P = I² × R. Mümkünse hesaplanan gücün en az iki katı bir değer seçin; bu, pay bırakır ve elemanı serin tutar.
• LED akımı: LED'in anma sürekli akımını asla aşmayın.
• Ters yön gerilimi: LED'ler çok az ters yön gerilimine dayanır. Hazır ayarlar en çok 5 V kullanır ve simülatör, kırılmadaki LED'i aşırı yüklü olarak işaretler.

Beslemeniz değişkense LED'in yanması için en düşük geriliminde hesap yapın, sonra LED'in güvende olduğundan emin olmak için en yüksek gerilimdeki akımı kontrol edin.

LED simülatöründe deneyin

LED simülatörünü açın ve kırmızı 5 mm hazır ayarını seçin. Simülatör gerilimi doğrudan LED'in uçlarına uygular; dolayısıyla hesapladığınız seri direnç, onun dışına ekleyeceğiniz dirençtir. Simülatörün kendi seri direnç parametresi (bu hazır ayar için 12 Ω), LED'in iç gövde direncidir, dıştan eklenen direnç değildir.

• Uygulanan gerilimi 2,0 V yapın ve akımı okuyun: yaklaşık 20 mA, yani anma değeri.
• 2,1 V ve 2,2 V'a çıkarın ve akımın aşırı yüke doğru tırmanışını izleyin.
• Mavi hazır ayara geçin ve 20 mA veren gerilimi bulun; bu 3,2 V olmalıdır.
• Her ileri yön gerilimini besleme geriliminizden çıkarın, 20 mA'e bölün ve her renk için bulduğunuz direnç değerlerini karşılaştırın.