دیودهای ساطع کننده نور با تعدادی از پارامترهای عملیاتی مشخص می شوند:

• جریان نامی (عملیاتی) - I n;
• افت ولتاژ در جریان نامی - U n؛
• حداکثر اتلاف توان - P max ;
• حداکثر ولتاژ معکوس مجاز – U arr.

مهمترین این پارامترها است جریان عملیاتی.

هنگامی که جریان عملیاتی نامی از طریق LED عبور می کند، شار نوری نامی، ولتاژ کاری و اتلاف توان نامی به طور خودکار تنظیم می شود. برای تنظیم حالت عملکرد LED، کافی است جریان نامی LED را تنظیم کنید.

در تئوری، LED ها باید به منابع جریان ثابت متصل شوند. با این حال، در عمل، LED ها به منابع ولتاژ ثابت متصل می شوند: باتری ها، ترانسفورماتورها با یکسو کننده ها یا مبدل های ولتاژ الکترونیکی (درایور).

برای تنظیم حالت عملکرد LED، ساده ترین راه حل استفاده می شود - یک مقاومت محدود کننده جریان به صورت سری به LED متصل می شود. به آنها مقاومت های میرایی یا بالاست نیز می گویند.

بیایید نحوه محاسبه مقاومت مقاومت برای یک LED را بررسی کنیم.

محاسبه مقاومت LED (با استفاده از فرمول)

هنگام محاسبه، دو مقدار محاسبه می شود:

• مقاومت (مقدار) مقاومت؛
• توان تلف شده توسط آن P.

منابع ولتاژ تغذیه LED ها دارای ولتاژهای خروجی متفاوتی هستند. برای انتخاب یک مقاومت برای یک LED، باید ولتاژ منبع (منبع U)، افت ولتاژ کار در دیود و جریان نامی آن را بدانید. فرمول محاسبه به شرح زیر است:

R = (منبع U - U n) / I n

وقتی افت ولتاژ اسمی در LED را از ولتاژ منبع کم می کنیم، افت ولتاژ مقاومت را دریافت می کنیم. با تقسیم مقدار حاصل بر جریان، طبق قانون اهم، مقدار مقاومت محدود کننده جریان را به دست می آوریم. ولتاژ بیان شده بر حسب ولت، جریان بر حسب آمپر را جایگزین می کنیم و مقدار اسمی بیان شده بر حسب اهم را بدست می آوریم.

توان الکتریکی تلف شده توسط مقاومت میرایی با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

P = (I n) 2 ⋅ R

بر اساس مقدار به دست آمده، قدرت مقاومت بالاست انتخاب می شود. برای عملکرد قابل اعتماد دستگاه، باید بالاتر از مقدار محاسبه شده باشد. بیایید به مثالی از یک محاسبه نگاه کنیم.

مثالی از محاسبه مقاومت برای یک LED 12 ولت

بیایید مقاومت یک LED را که توسط منبع ولتاژ 12 ولت DC تغذیه می شود محاسبه کنیم.

فرض کنید یک SMD 2835 فوق روشن محبوب (2.8mm x 3.5mm) با جریان کاری 150 میلی آمپر و افت ولتاژ 3.2 ولت در اختیار داریم. SMD 2835 دارای توان الکتریکی 0.5 وات می باشد. بیایید مقادیر اصلی را در فرمول جایگزین کنیم.

R = (12 - 3.2) / 0.15 ≈ 60

ما متوجه شدیم که یک مقاومت خاموش کننده با مقاومت 60 اهم مناسب است. نزدیکترین مقدار از سری استاندارد E24 62 اهم است. بنابراین، برای LED انتخاب شده، می توانیم از یک بالاست با مقاومت 62 اهم استفاده کنیم.

حالا بیایید اتلاف توان در مقاومت را محاسبه کنیم.

P = (0.15) 2 ⋅ 62 ≈ 1.4

تقریباً یک و نیم وات توان الکتریکی در مقاومتی که انتخاب کرده‌ایم تلف می‌شود. این بدان معنی است که برای اهداف خود می توانیم از یک مقاومت با حداکثر اتلاف توان مجاز 2 وات استفاده کنیم.

تنها چیزی که باقی می ماند خرید یک مقاومت با ارزش مناسب است. اگر تخته های قدیمی دارید که می توان قطعات را از آنها جدا کرد، می توانید یک مقاومت را بر اساس علامت رنگ انتخاب کنید. از فرم زیر استفاده کنید

در یک یادداشت! در مثال بالا، مقاومت محدود کننده جریان تقریباً سه برابر LED انرژی تلف می کند. این بدان معنی است که با در نظر گرفتن راندمان نورانی LED، راندمان طراحی ما کمتر از 25٪ است.

برای کاهش تلفات انرژی بهتر است از منبعی با ولتاژ کمتر استفاده کنید. برای مثال می توانید از مبدل AC/AC 12/5 ولت DC/DC برای تامین برق استفاده کنید. حتی با در نظر گرفتن کارایی مبدل، تلفات به طور قابل توجهی کمتر خواهد بود.

اتصال موازی

اغلب لازم است چندین دیود را به یک منبع متصل کنید. از نظر تئوری، برای تغذیه چندین LED متصل موازی، می توان از یک مقاومت محدود کننده جریان استفاده کرد. در این حالت فرمول ها به شکل زیر خواهند بود:

R = (منبع U - U n) / (n ⋅ I n)

P = (n ⋅ I n) 2 ⋅ R

جایی کهn- تعداد LED های متصل به صورت موازی.

چرا نمی توان از یک مقاومت برای چندین دیود موازی استفاده کرد؟

حتی در محصولات "چینی"، تولید کنندگان یک مقاومت محدود کننده جریان جداگانه برای هر LED نصب می کنند. واقعیت این است که در مورد یک بالاست مشترک برای چندین LED، احتمال خرابی دیودهای ساطع کننده نور چندین برابر افزایش می یابد.

اگر یکی از نیمه هادی ها خراب شود، جریان آن از طریق LED های باقی مانده مجددا توزیع می شود. قدرت تلف شده روی آنها افزایش می یابد و شروع به گرم شدن شدید می کنند. به دلیل گرمای بیش از حد، دیود بعدی از کار می افتد و سپس این فرآیند شخصیتی شبیه بهمن به خود می گیرد.

مشاوره. اگر به دلایلی نیاز دارید که به یک مقاومت میرایی بسنده کنید، مقدار آن را 20-25٪ افزایش دهید. این امر قابلیت اطمینان بیشتر طراحی را تضمین می کند.

آیا بدون مقاومت امکان پذیر است؟

در واقع، در برخی موارد ممکن است از یک مقاومت محدود کننده جریان استفاده نکنید. LED مورد بررسی ما می تواند به طور مستقیم توسط دو باتری 1.5 ولت تغذیه شود. از آنجایی که ولتاژ کاری آن 3.2 ولت است، جریانی که از آن عبور می کند کمتر از ولتاژ نامی خواهد بود و نیازی به بالاست نخواهد داشت. البته، با چنین منبع تغذیه، LED شار نور کامل را تولید نمی کند.

گاهی اوقات در مدارهای جریان متناوب از خازن ها به جای مقاومت به عنوان عناصر محدود کننده جریان استفاده می شود (بیشتر در مورد). یک مثال سوئیچ هایی با نور پس زمینه است که در آنها خازن ها دارای مقاومت های "بدون وات" هستند.

در مدارهای دارای LED، آنها لزوما برای محدودیت استفاده می شوند. آنها در برابر فرسودگی و خرابی زودرس عناصر LED محافظت می کنند. مشکل اصلی انتخاب دقیق پارامترهای مورد نیاز است، به همین دلیل است که ماشین حساب مقاومت برای LED ها در بین متخصصان محبوبیت زیادی دارد. برای به دست آوردن دقیق ترین نتایج، به داده هایی در مورد ولتاژ منبع تغذیه، ولتاژ پیشروی خود LED و جریان محاسبه شده آن، و همچنین نمودار اتصال و تعداد عناصر نیاز دارید.

نحوه محاسبه مقاومت مقاومت های محدود کننده جریان

در ساده ترین حالت، زمانی که داده های اولیه لازم وجود ندارد، مقدار ولتاژ پیشروی LED ها را می توان با دقت بالا با رنگ درخشش تعیین کرد. داده های معمول در مورد این پدیده فیزیکی در یک جدول خلاصه شده است.

بسیاری از LED ها دارای جریان 20 میلی آمپر هستند. انواع دیگری از عناصر وجود دارد که در آنها این پارامتر می تواند به مقدار 150 میلی آمپر و بالاتر برسد. بنابراین، برای تعیین دقیق جریان نامی، به اطلاعاتی در مورد مشخصات فنی LED نیاز خواهید داشت. اگر اطلاعات لازم به طور کامل از دست رفته باشد، جریان نامی عنصر به طور معمول 10 میلی آمپر و ولتاژ پیشرو 1.5-2 ولت است.

تعداد مقاومت های محدود کننده جریان مستقیماً به نمودار اتصال عناصر نیمه هادی بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر از آن استفاده کنید، می توانید با یک مقاومت کاملاً از پس آن برآیید، زیرا قدرت فعلی در همه نقاط یکسان خواهد بود.

در مورد اتصال موازی، یک مقاومت خاموش کننده دیگر کافی نخواهد بود. این به این دلیل است که ویژگی های LED ها نمی توانند دقیقاً یکسان باشند. همه آنها مقاومت های خاص خود را دارند و مصرف جریان متفاوت یکسانی دارند. یعنی عنصری با حداقل مقاومت جریان بیشتری مصرف می کند و ممکن است زودتر از موعد از کار بیفتد.

در نتیجه، اگر حداقل یک LED متصل به صورت موازی از کار بیفتد، منجر به افزایش ولتاژ می شود که عناصر باقی مانده برای آن طراحی نشده اند. در نتیجه آنها نیز کار خود را متوقف خواهند کرد. بنابراین، با اتصال موازی، هر LED با مقاومت خود ارائه می شود.

تمام این ویژگی ها در ماشین حساب آنلاین در نظر گرفته شده است. محاسبات بر اساس فرمول تعیین مقاومت است: R = Uquenching/ILED. به نوبه خود، Uquenching = Upower - ULED.

امروزه LED ها تقریباً در تمام زمینه های فعالیت های انسانی کاربرد پیدا کرده اند. اما، با وجود این، برای اکثر مصرف کنندگان عادی کاملاً نامشخص است که چرا و چه قوانینی در هنگام کار با LED اعمال می شود. اگر چنین شخصی بخواهد با استفاده از چنین وسایلی نورپردازی را ترتیب دهد، نمی توان از بسیاری از سوالات و جستجوی راه حل برای مشکلات اجتناب کرد. و سوال اصلی این خواهد بود - "این مقاومت ها چه نوع چیزهایی هستند و چرا LED ها به آنها نیاز دارند؟"

مقاومت چیست و هدف آن چیست؟

یک مقاومت است یکی از اجزای شبکه برق، با انفعال آن مشخص می شود و در بهترین حالت با مقاومت در برابر جریان الکتریکی مشخص می شود. یعنی قانون اهم باید برای چنین دستگاهی در هر زمانی معتبر باشد.

هدف اصلی دستگاه ها توانایی مقاومت شدید در برابر جریان الکتریکی است. به لطف این کیفیت، مقاومت ها به طور گسترده ای استفاده می شونددر صورت لزوم، وسایل روشنایی مصنوعی، از جمله استفاده از LED.

چرا استفاده از مقاومت در مورد وسایل روشنایی LED ضروری است؟

اکثر مصرف کنندگان می دانند که یک لامپ معمولی رشته ای زمانی که مستقیماً به هر منبع برق متصل شود، نور تولید می کند. لامپ می تواند برای مدت طولانی کار کند و تنها زمانی می سوزد که رشته به دلیل تامین ولتاژ بسیار بالا بیش از حد گرم شود. در این حالت، لامپ به نوعی عملکرد مقاومت را اجرا می کند، زیرا عبور جریان الکتریکی از آن دشوار است، اما هرچه ولتاژ اعمال شده بیشتر باشد، غلبه بر مقاومت جریان برای جریان آسان تر است. لامپ روشنایی. البته نمی توان چنین قسمت نیمه هادی پیچیده ای را به عنوان یک LED و یک لامپ معمولی رشته ای در یک سطح قرار داد.

مهم است که بدانید LED است این یک دستگاه الکتریکی است، برای عملکرد آن نه خود قدرت جریان، بلکه ولتاژ موجود در شبکه ترجیح داده می شود. به عنوان مثال، اگر ولتاژ 1.8 ولت برای چنین دستگاهی انتخاب شود و 2 ولت به آن بیاید، به احتمال زیاد می سوزد - اگر ولتاژ به موقع به سطح مورد نیاز دستگاه کاهش نیابد. دقیقاً برای این منظور است که یک مقاومت مورد نیاز است که از طریق آن منبع تغذیه مورد استفاده تثبیت می شود تا ولتاژ تامین شده توسط آن به دستگاه آسیب نرساند.

در این زمینه بسیار مهم است:

• تصمیم بگیرید که چه نوع مقاومتی مورد نیاز است.
• تعیین نیاز به استفاده از یک مقاومت فردی برای یک دستگاه خاص که نیاز به محاسبه دارد.
• نوع اتصال منابع نور را در نظر بگیرید.
• تعداد برنامه ریزی شده LED در سیستم روشنایی.

ویدئو: چرا به مقاومت نیاز است؟

نمودارهای اتصال

با ترتیب متوالی LED ها، زمانی که آنها یکی پس از دیگری قرار می گیرند، اگر بتوانید مقاومت آن را به درستی محاسبه کنید، معمولاً یک مقاومت کافی است. این توسط توضیح داده شده است همین جریان در مدار الکتریکی وجود دارد، در هر مکانی که وسایل برقی نصب می شود.

اما در مورد اتصال موازی، هر LED به مقاومت خود نیاز دارد. اگر این الزام را نادیده بگیریم، تمام ولتاژ باید توسط یک LED کشیده شود، به اصطلاح LED "محدود کننده"، یعنی LED که به کمترین ولتاژ نیاز دارد. او خیلی سریع شکست خواهد خورد، در این حالت به دستگاه بعدی در مدار ولتاژ وارد می شود که به همین ترتیب ناگهان می سوزد. این چرخش غیرقابل قبول است؛ بنابراین، در صورت اتصال موازی هر تعداد LED، استفاده از همان تعداد مقاومت مورد نیاز است که مشخصات آنها با محاسبه انتخاب می شود.

ویدئو: اتصال موازی LED ها

محاسبه مقاومت برای LED

با درک صحیح از فیزیک فرآیند، محاسبه مقاومت و قدرت این دستگاه ها را نمی توان یک کار غیر ممکن نامید که یک فرد عادی نمی تواند با آن کنار بیاید. برای محاسبه مقاومت مقاومت مورد نیاز باید به نکات زیر توجه کرد:

ویدئو: انتخاب یک مقاومت برای یک LED

محاسبه مقاومت ها با استفاده از ماشین حساب مخصوص

به طور معمول، محاسبه مقاومت چنین دستگاه های مورد نیاز برای هر LED با استفاده از ماشین حساب هایی که مخصوص این منظور طراحی شده اند، انجام می شود. چنین ماشین حساب هایی، راحت و بسیار کارآمد، نیازی به دانلود و نصب از جایی ندارند - محاسبه یک مقاومت به صورت آنلاین کاملاً امکان پذیر است.

ماشین حساب مقاومت امکان دقت بالا را فراهم می کندتوان مورد نیاز و مقدار مقاومت مقاومت نصب شده در مدار LED را تعیین کنید.

برای محاسبه مقاومت مورد نیاز، باید موارد زیر را در خطوط مناسب ماشین حساب آنلاین وارد کنید:

• ولتاژ منبع تغذیه LED؛
• ولتاژ نامی LED؛
• جریان نامی

در مرحله بعد، باید نمودار اتصال مورد استفاده و همچنین تعداد مورد نیاز LED را انتخاب کنید.

پس از فشار دادن دکمه مربوطه، محاسبه انجام می شود و داده های محاسبه شده دریافتی روی صفحه نمایشگر نمایش داده می شود، که با کمک آن می توانید بعداً روشنایی LED مصنوعی را بدون مشکل سازماندهی کنید.

همچنین، ماشین‌حساب‌های آنلاین یک پایگاه داده خاص حاوی داده‌های مربوط به LED و پارامترهای آنها دارند. امکان محاسبه ارائه شده است:

• رتبه بندی دستگاه؛
• علامت گذاری رنگ؛
• جریان مصرف شده توسط مدار؛
• توان تلف شده

فردی که در مهندسی برق و فیزیک به خوبی آشنا نیست، در بیشتر موارد قادر به محاسبه مستقل دستگاه های LED نخواهد بود. به همین دلیل، انجام محاسبات با استفاده از یک ماشین حساب آنلاین کاربردی و راحت - کمک بسیار ارزشمند برای مردم عادیکه روش های محاسبات با استفاده از فرمول های فیزیکی را نمی دانند.

اکثر تولید کنندگان مشهور LED ها و نوارها بر اساس آنها در وب سایت های رسمی خود ایجاد می کنند آنها همچنین ماشین حساب آنلاین خود را ارسال می کنندکه با کمک آن نه تنها می توانید مقاومت ها و LED های مورد نیاز را انتخاب کنید، بلکه پارامترهای دستگاه های فعلی مورد استفاده در حالت های مختلف عملکرد را با مقادیر متغیر جریان، دما، ولتاژ اعمال شده و غیره محاسبه کنید.

یک LED کوچک معمولی شبیه یک مخروط لنز پلاستیکی روی پایه های رسانا است که داخل آن یک کاتد و یک آند وجود دارد. در نمودار، LED به عنوان یک دیود معمولی به تصویر کشیده شده است که فلش ها نور ساطع شده را نشان می دهند. بنابراین LED برای تولید نور در هنگام حرکت الکترون ها از کاتد به آند - نور مرئی ساطع می شود.

اختراع LED به دهه 1970 برمی گردد، زمانی که از لامپ های رشته ای برای تولید تمام نور استفاده می شد. اما امروزه در آغاز قرن بیست و یکم بالاخره ال ای دی ها جای کارآمدترین منابع نور الکتریکی را گرفته اند.

"بعلاوه" LED کجا و "منفی" کجاست؟

برای اتصال صحیح LED به منبع تغذیه، ابتدا باید قطبیت را رعایت کنید. آند LED به مثبت "+" منبع تغذیه و کاتد به منفی "-" متصل است. کاتد متصل به منهای دارای یک سرب کوتاه است، بر این اساس آند دارای یک سرب بلند - پایه بلند LED - به مثبت "+" منبع تغذیه است.

به داخل LED نگاهی بیندازید: الکترود بزرگ کاتد است، آن منفی است، الکترود کوچک، که شبیه انتهای یک پا است، امتیاز مثبت است. و در کنار کاتد، لنز LED دارای برش صاف است.

آهن لحیم کاری را برای مدت طولانی روی ساق پا نگه ندارید

سرنخ های LED باید با دقت و سریع لحیم شوند، زیرا محل اتصال نیمه هادی از گرمای اضافی بسیار می ترسد، بنابراین باید به طور خلاصه نوک هویه لحیم کاری را با نوک آن به پایه لحیم کاری شده لمس کنید و سپس آهن لحیم کاری را به سمت. بهتر است پایه LED لحیم شده را در طول فرآیند لحیم کاری با موچین نگه دارید تا مطمئن شوید که گرما از پایه خارج می شود.

هنگام آزمایش LED نیاز به مقاومت است

ما به مهمترین چیز می رسیم - نحوه اتصال LED به منبع برق. اگر می خواهید، پس نباید آن را مستقیماً به باتری یا منبع تغذیه وصل کنید. اگر منبع تغذیه شما 12 ولت است، پس از یک مقاومت 1 کیلو اهم به صورت سری با LED در حال آزمایش برای پشتیبان گیری استفاده کنید.

قطبیت را فراموش نکنید - سرب بلند مثبت است، سرب از الکترود داخلی بزرگ منفی است. اگر از مقاومت استفاده نکنید، LED به سرعت می سوزد؛ اگر به طور تصادفی از ولتاژ نامی تجاوز کنید، جریان زیادی از اتصال p-n عبور می کند و LED تقریباً بلافاصله از کار می افتد.

ال ای دی ها رنگ های مختلفی دارند، اما رنگ نور همیشه با رنگ لنز LED تعیین نمی شود. سفید، قرمز، آبی، نارنجی، سبز یا زرد - لنز می تواند شفاف باشد، اما وقتی آن را روشن می کنید، قرمز یا آبی به نظر می رسد. LED های آبی و سفید گران ترین هستند. به طور کلی، رنگ درخشش LED در درجه اول تحت تأثیر ترکیب نیمه هادی و به عنوان یک عامل ثانویه تحت تأثیر رنگ لنز قرار می گیرد.

یافتن مقدار مقاومت برای LED

مقاومت به صورت سری با LED متصل می شود. عملکرد مقاومت این است که جریان را محدود کند، آن را به مقدار اسمی LED نزدیک کند، به طوری که LED فوراً نسوزد و در حالت اسمی معمولی کار کند. ما داده های اولیه زیر را در نظر می گیریم:

Vps - ولتاژ منبع تغذیه؛

Vdf - افت ولتاژ رو به جلو در LED در حالت عادی.

اگر - جریان نامی LED در حالت روشنایی معمولی.

اکنون، قبل از پیدا کردن، توجه می کنیم که جریان در مدار سری ثابت خواهد بود، در هر عنصر یکسان است: جریان If از طریق LED برابر با جریان Ir از طریق مقاومت محدود کننده خواهد بود.

بنابراین Ir = اگر. اما Ir = Ur/R - طبق قانون اهم. A Ur = Vps-Vdf. بنابراین، R = Ur/Ir = (Vps-Vdf)/If.

یعنی با دانستن ولتاژ منبع تغذیه، افت ولتاژ LED و جریان نامی آن، به راحتی می توانید یک مقاومت محدود کننده مناسب را انتخاب کنید.

اگر مقدار مقاومت یافت شده را نمی توان از محدوده استاندارد مقادیر مقاومت انتخاب کرد، پس مقاومتی با مقدار کمی بزرگتر انتخاب کنید، به عنوان مثال، به جای 460 اهم یافت شده، 470 اهم را بگیرید، که همیشه پیدا کردن آن آسان است. روشنایی LED بسیار کمی کاهش می یابد.

نمونه ای از انتخاب مقاومت:

فرض کنید یک منبع تغذیه 12 ولت و یک LED وجود دارد که برای درخشش عادی به 1.5 ولت و 10 میلی آمپر نیاز دارد. بیایید یک مقاومت خاموش کننده را انتخاب کنیم. مقاومت باید 12-1.5 = 10.5 ولت کاهش یابد و جریان در مدار سری (منبع تغذیه، مقاومت، LED) باید 10 میلی آمپر باشد، بنابراین از قانون اهم: R = U/I = 10.5/0.010 = 1050 اهم. 1.1 کیلو اهم را انتخاب کنید.

مقاومت باید چه قدرتی داشته باشد؟ اگر R = 1100 اهم و جریان 0.01 A باشد، طبق قانون ژول لنز، انرژی حرارتی Q = I*I*R = 0.11 J در هر ثانیه بر روی مقاومت آزاد می شود که معادل 0.11 وات است. مقاومتی با توان 0.125 وات انجام خواهد داد، حتی مقداری ذخیره وجود خواهد داشت.

اتصال سری LED

اگر هدف شما اتصال چندین LED به یک منبع نور است، بهتر است اتصال را به صورت سری انجام دهید. این امر ضروری است تا هر LED مقاومت خود را نداشته باشد تا از اتلاف انرژی غیر ضروری جلوگیری شود. LED های هم نوع، از همان دسته، برای اتصال سریال مناسب ترین هستند.

فرض کنید برای اتصال به منبع برق 12 ولت باید 8 ال ای دی 1.4 ولتی هر کدام با جریان 0.02 آمپر را به صورت سری وصل کنید. بدیهی است که جریان کل 0.02 A خواهد بود، اما ولتاژ کل 11.2 ولت خواهد بود، بنابراین 0.8 ولت در 0.02 A جریان باید در مقاومت تلف شود. R = U/I = 0.8/0.02 = 40 اهم. ما یک مقاومت 43 اهم با حداقل توان را انتخاب می کنیم.

اتصال موازی زنجیره های LED بهترین گزینه نیست

اگر حق انتخاب دارید، بهتر است LED ها را به صورت سری به جای موازی وصل کنید. اگر چندین ال ای دی را به صورت موازی از طریق یک مقاومت مشترک وصل کنید، به دلیل تغییر در پارامترهای LED ها، هر یک از آنها در شرایط برابر با بقیه قرار نخواهند داشت، برخی درخشان تر می شوند و جریان بیشتری را می پذیرند و برخی دیگر برعکس، کم نورتر خواهد بود. در نتیجه یکی از LED ها به دلیل تخریب سریع کریستال زودتر می سوزد. بهتر است LED ها را به صورت موازی وصل کنید، اگر جایگزینی وجود نداشت، مقاومت محدود کننده خود را به هر زنجیره اعمال کنید.

عملکرد یک LED بر اساس انتشار کوانتوم های نوری است که زمانی اتفاق می افتد که جریان از آن عبور می کند. بسته به این، روشنایی عنصر تغییر می کند. در جریان کم نور کم می درخشد، اما در جریان زیاد شعله ور می شود و می سوزد. ساده ترین راه برای محدود کردن جریان عبوری از آن استفاده از مقاومت است. محاسبه صحیح مقاومت دشوار نیست، اما باید به یاد داشته باشید که فقط جریان را محدود می کند، اما تثبیت نمی کند.

اصل عملیات و خواص

LED یک دستگاه استداشتن توانایی انتشار نور روی بردهای مدار چاپی و نمودارها با حروف لاتین LED (Light Emitting Diode) مشخص شده است که در ترجمه به معنای "دیود ساطع کننده نور" است. از نظر فیزیکی، این یک کریستال است که در یک محفظه قرار می گیرد. از نظر کلاسیک استوانه ای در نظر گرفته می شود که یک طرف آن گرد محدب است که عدسی نیمکره ای است و طرف دیگر دارای پایه صاف و سرب ها روی آن قرار دارند.

با توسعه فن آوری های حالت جامد و کاهش فرآیند، صنعت شروع به تولید دیودهای SMD کرد که برای نصب روی سطح طراحی شده بودند. با وجود این، اصل عملکرد فیزیکی LED تغییر نکرده است و برای هر نوع و رنگی از دستگاه یکسان است.

فرآیند ساخت دستگاه تشعشع را می توان به شرح زیر توصیف کرد. در مرحله اول، کریستال رشد می کند. این امر با قرار دادن یک یاقوت کبود مصنوعی در محفظه ای پر از مخلوط گازی اتفاق می افتد. این گاز حاوی مواد افزودنی دوپینگ و یک نیمه هادی است. هنگامی که محفظه گرم می شود، ماده حاصل بر روی صفحه رسوب می کند و ضخامت چنین لایه ای از چند میکرون تجاوز نمی کند. پس از تکمیل فرآیند رسوب دهی توسط کندوپاش، پدهای تماسی تشکیل شده و کل این ساختار در محفظه قرار می گیرد.

با توجه به ماهیت تولید، هیچ LED وجود ندارد که از نظر پارامترها و مشخصات یکسان باشد. بنابراین، اگرچه تولید کنندگان سعی می کنند دستگاه هایی را که از نظر ارزش مشابه هستند مرتب کنند، اغلب در یک دسته محصولاتی وجود دارد که از نظر دمای رنگ و جریان عملکرد متفاوت هستند.

دستگاه المان رادیویی

دیود ساطع نور (LED) یک عنصر رادیویی نیمه هادی است که عملکرد آن بر اساس ویژگی های اتصال الکترون به حفره است. هنگامی که جریانی در جهت رو به جلو از آن عبور می کند، فرآیندهای نوترکیبی در سطح مشترک دو ماده رخ می دهد که با تابش در طیف مرئی همراه است.

برای مدت طولانی، صنعت نمی توانست یک LED آبی تولید کند، به همین دلیل است که دستیابی به ساطع کننده نور سفید غیرممکن بود. تنها در سال 1990، محققان شرکت ژاپنی Nichia Chemical Industries فناوری تولید کریستالی را اختراع کردند که نور را در طیف آبی ساطع می کند. این به طور خودکار امکان به دست آوردن رنگ سفید را با مخلوط کردن سبز، قرمز و آبی فراهم کرد.

فرآیند تشعشع بر اساس آزاد شدن انرژی در طول بازترکیب بارها در ناحیه انتقال الکترون به حفره است. از تماس دو ماده نیمه هادی با رسانایی متفاوت تشکیل می شود. در نتیجه تزریق، انتقال حامل های بار اقلیت، یک لایه مسدود کننده تشکیل می شود.

در سمت ماده با رسانایی n، مانعی از حفره ها و در سمت با رسانایی p، سدی از الکترون ها ظاهر می شود. تعادل وجود دارد. هنگامی که یک ولتاژ در بایاس رو به جلو اعمال می شود، یک حرکت عظیم بارها به منطقه ممنوعه در هر دو طرف رخ می دهد. در نتیجه با هم برخورد می کنند و انرژی به صورت گسیل نور آزاد می شود.

این نور ممکن است با چشم انسان قابل مشاهده باشد یا نباشد. این بستگی به ترکیب نیمه هادی، مقدار ناخالصی ها و شکاف باند دارد. بنابراین، طیف مرئی با ساخت سازه های نیمه هادی چند لایه به دست می آید.

ویژگی های LED

رنگ درخشش به نوع نیمه هادی و درجه دوپینگ بستگی دارد که شکاف باند اتصال pn را تعیین می کند. عمر مفید LED ها در درجه اول به شرایط دمایی عملکرد آن بستگی دارد. هر چه حرارت دستگاه بیشتر باشد، پیری آن سریعتر اتفاق می افتد. و دما نیز به نوبه خود به جریان عبوری از LED مربوط می شود. هرچه قدرت منبع نور کمتر باشد، عمر مفید آن بیشتر است. پیری به صورت کاهش در روشنایی یک وسیله نوری بیان می شود. بنابراین، انتخاب مقاومت مناسب برای LED بسیار مهم است.

ویژگی های اصلی دیودهای LED عبارتند از:

روش های اتصال

برای عملکرد بدون مشکل LED، جریان عملکرد بسیار مهم است. اتصال نادرست منابع تشعشع یا گسترش قابل توجه پارامترهای آنها در هنگام کار با یکدیگر منجر به جریان بیش از حد در آنها و فرسودگی بیشتر دستگاه ها می شود. این به دلیل افزایش دما است که به دلیل آن کریستال LED به سادگی تغییر شکل می دهد و اتصال p-n از بین می رود. بنابراین، محدود کردن مقدار جریان عرضه شده به منبع نور، یعنی محدود کردن ولتاژ تغذیه بسیار مهم است.

ساده ترین راه برای انجام این کار استفاده از مقاومتی است که به صورت سری به مدار امیتر متصل است. در این ظرفیت از یک مقاومت معمولی استفاده می شود، اما باید مقدار مشخصی داشته باشد. مقدار بزرگ آن قادر به ارائه اختلاف پتانسیل مورد نیاز برای وقوع فرآیند نوترکیب نخواهد بود و مقدار کوچکتر آن را می سوزاند. در این مورد، شما نه تنها باید بدانید که چگونه مقاومت یک LED را محاسبه کنید، بلکه باید نحوه نصب صحیح آن را نیز بدانید، به خصوص اگر مدار با عناصر رادیویی اشباع شده باشد.

یک مدار الکتریکی می تواند از یک یا چند LED استفاده کند. در این مورد، سه طرح برای گنجاندن آنها وجود دارد:

• تنها؛
• متوالی؛
• موازی.

تک عنصر

هنگامی که تنها از یک LED در مدار الکتریکی استفاده می شود، یک مقاومت به صورت سری با آن قرار می گیرد. در نتیجه چنین اتصالی، کل ولتاژ اعمال شده به این مدار برابر با مجموع افت پتانسیل در هر عنصر مدار خواهد بود. اگر این تلفات را روی مقاومت به عنوان Ur و در LED به عنوان Us تعیین کنیم، کل ولتاژ منبع EMF برابر خواهد بود: Uo = Ur + Us.

با بازنویسی قانون اهم برای بخش شبکه I = U / R، فرمول به دست می آید: U = I * R. با جایگزین کردن عبارت به دست آمده در فرمول برای یافتن ولتاژ کل، به دست می آوریم:

Uo = IrRr + IsRs، که در آن

• Ir جریانی است که از مقاومت A می گذرد.
• Rr - مقاومت محاسبه شده مقاومت، اهم.
• آیا جریان عبوری از LED، A است.
• Rs - امپدانس داخلی LED، اهم.

مقدار Rs بسته به شرایط عملیاتی منبع تابش متفاوت است و مقدار آن به قدرت جریان و اختلاف پتانسیل بستگی دارد. این وابستگی را می توان با مطالعه مشخصه جریان-ولتاژ دیود مشاهده کرد. در مرحله اولیه، یک افزایش آرام در جریان وجود دارد و Rs دارای ارزش بالایی است. پس از این، امپدانس به شدت کاهش می یابد و جریان حتی با افزایش جزئی ولتاژ به سرعت افزایش می یابد.

اگر فرمول ها را ترکیب کنید، عبارت زیر را دریافت می کنید:

Rr = (Uo - Us) / Io، Ohm

در نظر گرفته می شود که قدرت جریانی که در مدار سری یک مقطع از مدار جریان می یابد در هر نقطه یکسان است، یعنی Io = Ir = Is. این عبارت برای اتصال سری LED ها نیز مناسب است، زیرا برای کل مدار نیز تنها از یک مقاومت استفاده می کند.

بنابراین، برای یافتن مقاومت مورد نیاز، باید به ارزش Us پی برد. مقدار افت ولتاژ در LED یک مقدار مرجع است و برای هر عنصر رادیویی متفاوت است. برای به دست آوردن داده ها، باید از دیتاشیت موجود در دستگاه استفاده کنید. دیتاشیت مجموعه ای از برگه های اطلاعاتی است که حاوی اطلاعات جامع در مورد پارامترها، حالت های عملیاتی و همچنین نمودارهای مدار برای روشن کردن یک عنصر رادیویی است. توسط سازنده محصول تولید می شود.

مدار موازی

در یک اتصال موازی، عناصر رادیویی در دو نقطه - گره ها با یکدیگر تماس می گیرند. برای این نوع مدار، دو قانون معتبر است: قدرت جریان ورودی به گره برابر است با مجموع نقاط قوت جریان ناشی از گره، و اختلاف پتانسیل در تمام نقاط گره یکسان است. بر اساس این تعاریف می توان نتیجه گرفت که در صورت اتصال موازی LED ها، مقاومت مورد نظر که در ابتدای گره قرار دارد، مطابق فرمول Rr = Uo / Is1+In، Ohm یافت می شود که در آن:

• Uo اختلاف پتانسیل اعمال شده روی گره ها است.
• Is1 جریانی است که از اولین LED عبور می کند.
• جریان عبوری از nامین LED است.

اما چنین مداری با مقاومت مشترک واقع در مقابل اتصال موازی LED ها استفاده نمی شود. این به این دلیل است که اگر یک امیتر بسوزد، طبق قانون، جریان ورودی به گره بدون تغییر باقی می‌ماند. این بدان معنی است که بین عناصر کار باقی مانده توزیع می شود و در عین حال جریان بیشتری از آنها عبور می کند. در نتیجه، یک واکنش زنجیره ای رخ می دهد و تمام ساطع کننده های نیمه هادی در نهایت می سوزند.

بنابراین، درست است که از مقاومت خود برای هر شاخه موازی با LED خاص خود استفاده کنید و مقاومت LED را جداگانه برای هر بازو محاسبه کنید. این رویکرد همچنین از این جهت سودمند است که مدار می تواند از عناصر رادیویی با ویژگی های مختلف استفاده کند.

محاسبه مقاومت هر بازو به طور مشابه با یک اتصال واحد انجام می شود: Rn = (Uo - Us) / In، Ohm، که در آن:

• Rn مقاومت مورد نیاز شاخه n است.
• Uo - Us - اختلاف افت ولتاژ.
• جریان از طریق nامین LED است.

مثال محاسبه

اجازه دهید مدار الکتریکی از یک منبع ولتاژ ثابت 32 ولت برق دریافت کند. در این مدار دو LED مارک به صورت موازی به یکدیگر متصل شده اند: Cree C503B-RAS و Cree XM-L T6. برای محاسبه امپدانس مورد نیاز، باید افت ولتاژ معمولی در این LED ها را از دیتاشیت دریابید. بنابراین، برای اولی 2.1 ولت در جریان 0.2 و برای دومی 2.9 ولت در همان مقدار فعلی است.

با جایگزینی این مقادیر به فرمول یک مدار سری، نتیجه زیر را دریافت می کنید:

• R1 =(U0-Us1)/ I=(32-2.1)/0.2 = 21.5 اهم.
• R2 = (U0-Us2)/ I=(32-2.9)/0.2 = 17.5 اهم.

نزدیکترین مقادیر از سری استاندارد انتخاب می شوند. آنها خواهند بود: R1 = 22 Ohms و R2 = 18 Ohms. در صورت تمایل، می توانید توان تلف شده توسط مقاومت ها را با استفاده از فرمول محاسبه کنید: P = I*I*U. برای مقاومت های یافت شده P=0.001 W خواهد بود.

ماشین حساب های آنلاین مبتنی بر مرورگر

با تعداد زیادی LED در مدار، محاسبه مقاومت برای هر یک فرآیند نسبتاً خسته کننده است، به خصوص که ممکن است اشتباه کنید. بنابراین، ساده ترین راه برای انجام محاسبات استفاده از ماشین حساب آنلاین است.

آنها برنامه ای هستند که برای اجرا در مرورگر نوشته شده اند. در اینترنت می توانید بسیاری از این ماشین حساب ها را برای LED ها پیدا کنید.، اما اصل عملکرد یکسان است. شما باید داده های مرجع را در فرم های ارائه شده وارد کنید، یک نمودار اتصال را انتخاب کنید و روی دکمه "نتیجه" یا "محاسبه" کلیک کنید. سپس تنها چیزی که باقی می ماند این است که منتظر پاسخ باشید.

با محاسبه مجدد آن به صورت دستی، می توانید آن را بررسی کنید، اما نکته کمی در این مورد وجود دارد، زیرا برنامه ها هنگام محاسبه از فرمول های مشابه استفاده می کنند.