Wahl des richtigen Widerstands zu einer Diode

Analysieren wir die obige Schaltung. Unser Ziel ist es, einen solchen Widerstandswert zu bestimmen, dass der I F-Strom der optimale Wert für die zu versorgende LED ist.

Die elektromotorische Kraft in unserer Schaltung ist die Versorgungsspannung UZ. Nach dem zweiten Kirchhoffschen Gesetz können wir schreiben:

UZ = UR + UF

Basierend auf dem Ohmschen Gesetz:

UR = IF × R

Nach der Umwandlung ist der Widerstand R also gleich:

Transformiert man die aus dem zweiten Kirchhoff’schen Gesetz gewonnene Spannungsbilanz, so erhält man:

UR = UZ – UF

Die Formel für den Widerstand eines Widerstands, der den Diodenstrom auf einen sicheren IF-Wert begrenzt, lautet also wie folgt:

Werfen wir einen Blick auf den LED-Parameter-Katalog.

Basierend auf der Tabelle:

“Forward Current” – der Vorwärtsstrom ist IF= 30[mA]

„Forward Voltage” – die Vorwärtsspannung beträgt UF= 2,0 [V] (ein typischer Wert ist gewählt)

Unter Berücksichtigung der Bedingung UZ >UF, nehmen wir an, dass die Versorgungsspannung UZ = 3 [V] (z. B. zwei zusammengeschaltete 1,5 [V] AA-Batterien). Wenn wir die Zahlenwerte in unsere Widerstandsformel einsetzen, erhalten wir:

Denken Sie daran, die Werte auf eine gemeinsame Größenordnung zu bringen:

Um eine Diode mit den im angegebenen Datenblatt angegebenen Parametern optimal anzusteuern, ist es daher erforderlich, sie mit einem Widerstand in Reihe zu schalten mit einem Wert von 33 [Ω] und liefern eine Spannung von 3 [V]. Es ist jedoch wichtig, daran zu denken, dass die Widerstandswerte der verfügbaren Widerstände von den Typen abgeleitet sind, d. h. wir werden nicht immer einen Widerstand mit dem Widerstand kaufen können, den wir aus unseren Berechnungen erhalten. Was also tun? Am sichersten ist es, den Widerstandswert zum Beispiel auf den nächsten in der Reihe zu erhöhen.

Wir haben Widerstände der Serie E12 im Angebot:

Wir versorgen unsere Katalog-Diode mit einer 9,5 [V]-Stromversorgung.

Die Tabelle zeigt, dass wir zwei Werte zur Verfügung haben: 220[Ω] oder 270[Ω]. Finden wir heraus, welche Ströme bei diesen Widerstandswerten fließen, indem wir die uns bekannte Formel verwenden:

also

Die Berechnungen zeigen, dass bei einem Widerstandswert von 220 [Ω] der Diodenstrom auf

IF= 34[mA] eingestellt wird, wodurch der Nennstrom um mehr als 10 % überschritten wird.

Im zweiten Fall, mit einem Widerstandswert von 270 [Ω], stellen wir den Diodenstrom auf

IF = 27,7[mA] ein, was knapp unter dem Katalogwert liegt. Es ist ratsam, einen Widerstand mit einem höheren Wert zu verwenden, denn im ersten Fall leuchtet unsere Diode zwar heller, aber wir verkürzen ihre Lebensdauer.

Sie bestimmen die Leistung des Widerstands anhand der folgenden Gleichung:

P = U × I

Dabei ist P die in Watt [W] ausgedrückte Leistung. Für den von uns gewählten Widerstand (33 [Ω]) gilt also:

P = UR × IF

P = 1[V] × 0,03[A] = 0,03[W] = 30[mW]

Die Berechnungen zeigen, dass wir einen Widerstand von mindestens 30[mW] benötigen.

Wählen Sie den richtigen Widerstand – LED

Oben haben wir die Berechnungen auf der Grundlage der Katalogdaten des LED-Herstellers durchgeführt. Was ist, wenn wir diese Daten nicht haben? LEDs werden in zwei grundlegende Gruppen unterteilt: LEDs mit geringer Leistung (von etwa 30 bis 150[mW]) und Hochleistungs-LEDs, die mehrere zehn Watt erreichen und gemeinhin als “Power-LEDs” bezeichnet werden. LEDs werden mit einer Gleichspannung von einigen Volt betrieben. Der Wert dieser Spannung hängt von der Energie der emittierten Photonen (“Teilchen” der Lichtwelle) ab, d. h. von der Farbe des emittierten Lichts. Je höher diese Energie ist, desto höher ist auch die Versorgungsspannung. Ungefähre Spannungswerte in Abhängigkeit von der Farbe der Diode sind nachstehend aufgeführt.

Wie wähle ich die Stromversorgung für mehrere LEDs? Welcher Widerstand für eine LED?

Parallelschaltung

Eine Möglichkeit, mehrere LEDs mit einem gemeinsamen Stromversorger von mehreren LEDs aus einer gemeinsamen Stromversorgung besteht darin, sie parallel zu schalten. In den Pfad jeder Diode wird ein Widerstand in Reihe mit der Diode geschaltet dessen Widerstand wir bestimmen müssen. Die Auswahl eines Widerstands für eine Diode ist daher ein wichtiger Schritt, der mit Sorgfalt durchgeführt werden sollte.

Berechnung des Widerstandes für eine Diode – Methoden

Wie berechne ich den Widerstand für eine Diode? Die Methode zur Berechnung des Widerstandswerts ist dieselbe wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel für eine Schaltung mit einer Diode. Wir betrachten jede Diode separat. Wenn die Dioden D 1, D2 und D3 vom gleichen Typ sind, können wir eine Berechnung anhand der Formel durchführen:

Parallelschaltung – ein klassischer Fehler

Ein sehr häufig gemachter Fehler bei Dioden-Stromversorgungssystemen in Parallelschaltung ist die Verwendung eines einzigen gemeinsamen Strombegrenzungswiderstandes.

Bestimmen wir den Widerstandswert des Widerstands R für eine solche Schaltung.

Dazu verwenden wir wieder die Diodenparameter aus dem Datenblatt, d.h. Leitungsstrom IF= 30[mA] , Leitungsspannung UF = 2,0 [V]. Wir nehmen an, dass die Dioden D 1, D2 und D3 sind identisch. Unser Widerstand muss also den Strom aus der Stromquelle auf den Wert der Summe der Ströme IF1+ IF2+ IF3= IR. Dies ergibt sich aus dem ersten Kirchhoff’schen Gesetz.

In unserem Fall hat das zweite Kirchhoff’sche Gesetz die Form:

IR – IF1 + IF2 + IF3 = 0

Der Knoten erhält einen IR-Strom, der sich in drei Ströme aufteilt: IF1, IF2 und IF3.. Kehren wir zu unserem Widerstand R zurück.

Analysieren wir nun, was in unserem Stromkreis passiert, wenn eine der Dioden ausfällt und den Stromkreis unterbricht. Von den drei Strömen I F1+ IF2+ IF3 werden zwei fließen, der Widerstand wurde so gewählt, dass er den Strom im Stromkreis auf 90[mA] begrenzt, was bedeutet, dass sich die Summe der Intensitäten der drei Ströme (90[mA] ) in zwei Ströme von 45[mA] aufteilt. So fließt durch Dioden mit IF= 30[mA] ein um 50% höherer Strom von 45[mA] ! Eine solche Situation könnte zu einer Beschädigung der beiden anderen Dioden führen.

Reihenschaltung

Die zweite Möglichkeit, die Dioden mit Strom zu versorgen, ist die Reihenschaltung. Wir schalten die Dioden mit einem strombegrenzenden Widerstand hintereinander in Reihe. Wie wählt man einen Widerstand in einer solchen Schaltung aus?

Nach diesem Prinzip fließt der Strom IR, dessen Wert sich aus dem Widerstand R und dem Wert der Versorgungsspannung UZ ergibt, durch die Dioden, weshalb der Widerstand so gewählt werden sollte, dass IR=IF ist.

Nach dem zweiten Kichhoff’schen Gesetz schreiben wir auf:

UZ = UR + UF1 + UF2 + UF3

Basierend auf dem Ohmschen Gesetz:

UR = IF × R

Nach der Umwandlung ist der Widerstand R also gleich:

Transformiert man die aus dem zweiten Kirchhoff’schen Gesetz gewonnene Spannungsbilanz, so erhält man:

UR = UZ – UF1 – UF2 – UF3

Die Formel für den Widerstand eines Widerstands, der den Diodenstrom auf einen sicheren IF-Wert begrenzt, lautet also wie folgt:

Wenden wir die obige Formel praktisch an. Angenommen, wir haben 3 grüne Dioden mit der Spannung U F im Bereich von 2,0 bis 2,7 [V] und dem Durchlassstrom IF für Dioden mit geringer Leistung in der Größenordnung von 20 [mA]. Zuerst, Versorgungsspannung Wir erinnern uns an die Bedingung U Z .>UF, die in unserem Fall die folgende Form hat:

UZ> UF1 + UF2 + UF3

Da wir den Spannungswert oder die Durchlassfähigkeit der Dioden nicht genau kennen, sondern nur ihren Bereich, sollten wir von der schlechteren Variante ausgehen, d. h. vom Maximalwert: 2,7 [V]. Also:

UZ> 2,7[V] + 2,7[V] + 2,7[V]

UZ> 8,1[V]

Es muss also eine Stromquelle mit mehr als 8,1 [V] verwendet werden. Gehen wir von 9 [V] aus.

Wir berechnen den Widerstand des Widerstands. Es müssen nun zwei Fälle betrachtet werden. Berechnung des Widerstandes für eine Spannung U F = 2[V] und für UF = 2,7[V]

Schauen wir uns die Tabelle der Widerstände der Serie E12 an – der nächste verfügbare Widerstand ist 47 [Ω], also nehmen wir R2.7[V]= 47 [Ω] an.

Schauen wir uns die Tabelle der E12-Widerstandsreihe an – dieses Mal haben wir die Reihe perfekt getroffen, also R2[V] = 150 [Ω]. Wir haben zwei Widerstände ausgewählt. Mal sehen, was in der Schaltung passieren würde, wenn wir einen Widerstand verwenden würden, der für eine Spannung von 2,7 [V] berechnet wurde, während sich in Wirklichkeit herausstellen würde, dass U F der Dioden jedoch m2 [V] beträgt? Lassen Sie uns berechnen, welcher Strom fließen wird.

Fließt der Strom IF2 [V] = 64[mA] ! Dies ist mehr als das Dreifache des angenommenen Leitungsstroms der Diode. Die Dioden würden mit Sicherheit beschädigt werden.

Wenn Sie den Betrieb von Dioden sowohl in Reihe als auch parallel optimieren wollen, bauen Sie eine Testschaltung mit einem Begrenzungswiderstand auf, der für den Mindestwert der Durchlassspannung UF ausgewählt wird, messen Sie den Spannungsabfall über der Diode mit einem Voltmeter, ermitteln Sie den tatsächlichen Spannungswert der verwendeten UF-Diode und berechnen Sie den Widerstand neu.

Sie wissen bereits, wie wichtig eine angemessene Stromversorgung ist und welche Rolle der Widerstand in LED-Stromversorgungsschaltungen spielt, wie man ihn auswählt und welche Stromversorgungsschaltungen zu verwenden sind, sowie deren Vor- und Nachteile. Es ist an der Zeit, dass Sie Ihr theoretisches Wissen in die Praxis umsetzen. An die Arbeit!