Избор на токоограничаващ резистор

Въведение

Токоограничаващите резистори се поставят във верига, за да се гарантира, че количеството ток, който тече, не надвишава това, което веригата може безопасно да се справи. Когато токът протича през резистор, има, в съответствие със закона на Ом, съответен спад на напрежението върху резистора (законът на Ом гласи, че спадът на напрежението е продукт на тока и съпротивлението: V=IR). Наличието на този резистор намалява количеството напрежение, което може да се появи в други компоненти, които са последователни с резистора (когато компонентите са „последователни“, има само един път за протичане на тока и следователно същото количество токови потоци чрез тях; това е обяснено допълнително в информацията, достъпна чрез връзката в полето вдясно).

Тук се интересуваме от определяне на съпротивлението за токоограничаващ резистор, поставен последователно със светодиод. Резисторът и светодиодът от своя страна са свързани към захранване с напрежение 3.3V. Това всъщност е доста сложна схема, тъй като светодиодът е нелинейно устройство: връзката между тока през светодиода и напрежението в светодиода не следва проста формула. По този начин ще направим различни опростяващи допускания и приближения.

На теория, идеалното захранване с напрежение ще достави всякакво количество ток, необходимо, за да се опита да поддържа терминалите си при каквото и напрежение да се захранва. (На практика обаче захранването с напрежение може да достави само ограничено количество ток.) ​​Осветеният светодиод обикновено има спад на напрежението от около 1.8V до 2.4V. За да направим нещата конкретни, ще приемем спад на напрежението от 2V. За поддържане на това количество напрежение в светодиода обикновено са необходими приблизително 15 mA до 20 mA ток. Още веднъж за по-конкретност ще приемем ток от 15 mA. Ако директно прикачим светодиода към захранването на напрежението, захранването ще се опита да установи напрежение от 3.3V на този светодиод. Въпреки това, светодиодите обикновено имат максимално напрежение от около 3V. Опитът да се установи напрежение, по-високо от това в светодиода, вероятно ще унищожи светодиода и ще извлече голям ток. По този начин, това несъответствие между това, което захранването на напрежението иска да произведе и това, което светодиодът може да се справи, може да повреди светодиода или захранването на напрежение или и двете! По този начин искаме да определим съпротивление за токоограничаващ резистор, който ще ни даде подходящото напрежение от приблизително 2V през светодиода и ще гарантира, че токът през светодиода е приблизително 15 mA.

За да подредим нещата, помага да моделираме нашата верига със схематична диаграма, както е показано на фиг. 1.

Фигура 1. Схематична схема на верига.

На фиг. 1 можете да мислите за източника на напрежение 3.3V като платка chipKIT™. Отново, ние обикновено приемаме, че идеалните източници на напрежение ще доставят всякакво количество ток, необходимо за веригата, но платката chipKIT™ може да произвежда само ограничено количество ток. (Справочното ръководство на Uno32 казва, че максималното количество ток, който отделният цифров щифт може да произведе е 18 mA, т.е. 0.0018 A.) За да гарантираме, че светодиодът има спад на напрежението от 2 V, трябва да определим подходящото напрежение на резистора, което ние ще се обадя на VR. Един от начините да направите това е да определите напрежението на всеки проводник. Проводниците между компонентите понякога се наричат ​​възли. Едно нещо, което трябва да имате предвид, е, че проводникът има същото напрежение по цялата си дължина. Чрез определяне на напрежението на проводниците можем да вземем разликата в напрежението от един проводник до следващия и да намерим спада на напрежението в компонент или в група компоненти.

Удобно е да започнете, като приемем, че отрицателната страна на захранващото напрежение е с потенциал от 0V. Това от своя страна прави съответния му възел (т.е. проводникът, прикрепен към отрицателната страна на захранващото напрежение) 0V, както е показано на фиг. 2. Когато анализираме верига, ние сме свободни да зададем напрежение на земята на сигнала от 0V до една точка от веригата. Всички останали напрежения са относителни спрямо тази референтна точка. (Тъй като напрежението е относителна мярка, между две точки, обикновено няма значение на коя точка от веригата присвояваме стойност от 0V. Нашият анализ винаги ще даде едни и същи токове и същото напрежение в компонентите. Въпреки това, той е обичайна практика да се присвои стойност на отрицателния извод на захранващото напрежение 0V.) Като се има предвид, че отрицателният извод на захранващото напрежение е на 0V и като се има предвид, че обмисляме захранване от 3.3V, положителният извод трябва да е с напрежение от 3.3V (както и проводникът/възелът, прикрепен към него). Като се има предвид, че желаем спад на напрежението от 2V през светодиода и като се има предвид, че долната част на светодиода е на 0V, горната част на светодиода трябва да бъде на 2V (както и всеки проводник, прикрепен към него).

Фигура 2. Схема, показваща възлови напрежения.

С напреженията на възела, обозначени, както е показано на фиг. 2, сега можем да определим спада на напрежението през резистора, както ще направим след малко. Първо, искаме да отбележим, че на практика често се записва спада на напрежението, свързан с компонент, директно до компонент. Така, например, ние пишем 3.3V до източника на напрежение, знаейки, че това е източник на 3.3V. За светодиода, тъй като приемаме спад на напрежението от 2V, можем просто да го напишем до светодиода (както е показано на фиг. 2). Като цяло, като се има предвид напрежението, което съществува от едната страна на елемента и предвид спада на напрежението в този елемент, винаги можем да определим напрежението от другата страна на елемента. Обратно, ако знаем напрежението от двете страни на елемент, тогава знаем спада на напрежението върху този елемент (или можем да го изчислим просто като вземем разликата в напреженията от двете страни).

Тъй като знаем потенциала на проводниците от двете страни на резистора (Wire1 и Wire3), можем да решим спада на напрежението върху него, VR:

Добавяйки познатите стойности, получаваме:

След като изчислим спада на напрежението в резистора, можем да използваме закона на Ом, за да свържем съпротивлението на резистора с напрежението. Законът на Ом ни казва 1.3V=IR. В това уравнение изглежда има две неизвестни, токът I и съпротивлението R. Първоначално може да изглежда, че можем да направим I и R всякакви стойности, при условие че техният продукт е 1.3V. Въпреки това, както беше споменато по-горе, един типичен светодиод може да изисква (или да „привлече“) ток от приблизително 15 mA, когато има напрежение от 2V. И така, ако приемем, че I е 15 mA и решаваме за R, получаваме

На практика може да бъде трудно да се получи резистор със съпротивление точно 86.67 Ω. Може би може да се използва променлив резистор и да се регулира съпротивлението му до тази стойност, но това би било малко скъпо решение. Вместо това често е достатъчно да имате съпротива, която е почти правилна. Трябва да откриете, че съпротивление от порядъка на една до двеста ома работи сравнително добре (което означава, че ние гарантираме, че светодиодът не черпи твърде много ток и въпреки това резисторът за ограничаване на тока не е толкова голям, че да пречи на светодиода от осветяване). В тези проекти обикновено ще използваме токоограничаващ резистор от 220 Ω.

Остави съобщение 

Списък на ЛС