Вибір струмообмежувального резистора

Вступ

Струмообмежувальні резистори поміщаються в ланцюг, щоб забезпечити, щоб кількість струму, що протікає, не перевищувала той, який ланцюг може безпечно обробляти. Коли струм протікає через резистор, відповідно до закону Ома виникає відповідне падіння напруги на резисторі (закон Ома стверджує, що падіння напруги є добутком струму та опору: V=IR). Наявність цього резистора зменшує кількість напруги, яка може з’явитися на інших компонентах, які знаходяться послідовно з резистором (коли компоненти «послідовно», існує тільки один шлях для протікання струму, і, отже, така ж кількість потоків струму через них; це пояснюється далі в інформації, доступній за посиланням у полі праворуч).

Тут нас цікавить визначення опору для струмообмежувального резистора, розміщеного послідовно зі світлодіодом. Резистор і світлодіод, у свою чергу, підключені до джерела напруги 3.3 В. Насправді це досить складна схема, оскільки світлодіод є нелінійним пристроєм: співвідношення між струмом через світлодіод і напругою на світлодіоді не відповідає простій формулі. Таким чином, ми зробимо різні спрощуючі припущення та наближення.

Теоретично, ідеальний джерело напруги забезпечить будь-яку кількість струму, необхідну для підтримки його клем на будь-якій напрузі, яку він повинен подавати. (На практиці, однак, джерело напруги може забезпечити лише обмежену кількість струму.) Світлодіодний світлодіод, як правило, має падіння напруги приблизно від 1.8 В до 2.4 В. Щоб зробити речі конкретними, ми припустимо падіння напруги в 2 В. Для підтримки такої кількості напруги на світлодіоді зазвичай потрібно приблизно від 15 мА до 20 мА струму. Ще раз для конкретності припустимо струм 15 мА. Якщо ми безпосередньо підключимо світлодіод до джерела напруги, джерело напруги спробує встановити напругу 3.3 В на цьому світлодіоді. Однак світлодіоди зазвичай мають максимальну пряму напругу близько 3 В. Спроба встановити на світлодіоді напругу вище, імовірно, призведе до руйнування світлодіода та споживання великого струму. Таким чином, ця невідповідність між тим, що джерело напруги хоче виробляти, і тим, що світлодіод може впоратися, може пошкодити світлодіод або джерело напруги або обидва! Таким чином, ми хочемо визначити опір для струмообмежувального резистора, який дасть нам відповідну напругу приблизно 2 В на світлодіоді і гарантує, що струм через світлодіод становить приблизно 15 мА.

Щоб розібратися, допомагає змоделювати нашу схему за допомогою принципової схеми, як показано на рис. 1.

Рисунок 1. Принципова схема ланцюга.

На рис. 1 ви можете уявити джерело напруги 3.3 В як плату chipKIT™. Знову ж таки, ми зазвичай припускаємо, що ідеальні джерела напруги забезпечать будь-яку кількість струму, необхідну для схеми, але плата chipKIT™ може виробляти лише обмежену кількість струму. (У довідковому посібнику Uno32 сказано, що максимальна кількість струму, яку може виробляти окремий цифровий штифт, становить 18 мА, тобто 0.0018 А.) Щоб переконатися, що світлодіод має падіння напруги на 2 В, нам потрібно визначити відповідну напругу на резисторе, який ми зателефоную VR. Один із способів зробити це – визначити напругу кожного проводу. Провід між компонентами іноді називають вузлами. Слід пам’ятати, що провід має однакову напругу по всій довжині. Визначивши напругу проводів, ми можемо взяти різницю напруги від одного проводу до іншого і знайти падіння напруги на компоненті або на групі компонентів.

Зручно почати з припущення, що негативна сторона джерела напруги має потенціал 0 В. Це, у свою чергу, робить його відповідний вузол (тобто провід, приєднаний до мінусової сторони джерела напруги) 0 В, як показано на рис. 2. Коли ми аналізуємо схему, ми можемо призначити сигнал напруги землі 0 В. до однієї точки ланцюга. Тоді всі інші напруги будуть відносно цієї контрольної точки. (Оскільки напруга є відносною мірою, між двома точками, як правило, не має значення, якій точці ланцюга ми призначаємо значення 0 В. Наш аналіз завжди дає однакові струми та однакові падіння напруги на компонентах. звичайною практикою є призначення негативної клеми джерела напруги значення 0 В.) Враховуючи, що мінусова клема джерела напруги знаходиться на 0 В, і враховуючи, що ми розглядаємо джерело живлення 3.3 В, позитивний полюс повинен бути під напругою 3.3 В (як і дріт/вузол, підключений до нього). Враховуючи, що ми бажаємо падіння напруги на світлодіоді на 2 В і враховуючи, що нижня частина світлодіода має напругу 0 В, у верхній частині світлодіода має бути 2 В (як і будь-який дріт, приєднаний до нього).

Рисунок 2. Схема, що показує напруги вузла.

З напругою вузла, позначеною, як показано на рис. 2, тепер ми можемо визначити падіння напруги на резисторі, як це зробимо через мить. По-перше, ми хочемо зазначити, що на практиці часто записують падіння напруги, пов’язане з компонентом, безпосередньо біля компонента. Так, наприклад, ми пишемо 3.3 В біля джерела напруги, знаючи, що це джерело 3.3 В. Для світлодіода, оскільки ми припускаємо падіння напруги 2 В, ми можемо просто написати це поруч зі світлодіодом (як показано на рис. 2). Загалом, враховуючи напругу, яка існує на одній стороні елемента, і враховуючи падіння напруги на цьому елементі, ми завжди можемо визначити напругу на іншій стороні елемента. І навпаки, якщо ми знаємо напругу на будь-якій стороні елемента, ми знаємо падіння напруги на цьому елементі (або ми можемо обчислити його, просто взявши різницю напруг на будь-якій стороні).

Оскільки ми знаємо потенціал проводів по обидва боки від резистора (Wire1 і Wire3), ми можемо визначити падіння напруги на ньому, VR:

Підставляючи відомі значення, отримуємо:

Розрахувавши падіння напруги на резисторе, ми можемо використовувати закон Ома, щоб зв’язати опір резистора з напругою. Закон Ома говорить нам 1.3 В = ІЧ. У цьому рівнянні, здається, є дві невідомі, струм I і опір R. Спочатку може здатися, що ми можемо зробити I і R будь-якими значеннями за умови, що їх добуток дорівнює 1.3 В. Однак, як згадувалося вище, типовий світлодіод може вимагати (або «витягувати») струм приблизно 15 мА, якщо напруга на ньому становить 2 В. Отже, припустивши, що I дорівнює 15 мА і вирішуючи значення R, ми отримуємо

На практиці може бути важко отримати резистор з опором точно 86.67 Ом. Можливо, можна було б використовувати змінний резистор і налаштувати його опір до цього значення, але це було б дещо дороге рішення. Натомість часто достатньо мати приблизно правильний опір. Ви повинні виявити, що опір порядку від однієї до двохсот Ом працює досить добре (це означає, що ми гарантуємо, що світлодіод не споживає занадто багато струму, і все ж резистор, що обмежує струм, не такий великий, щоб заважати світлодіоду від освітлення). У цих проектах ми зазвичай використовуємо струмообмежувальний резистор 220 Ом.

Залишити повідомлення 

список повідомлень