Tôi đã nghiên cứu và nó nói rằng điện trở hạn chế dòng điện chạy qua đèn LED.
Nhưng tuyên bố này làm tôi bối rối bởi vì chúng ta biết rằng trong một mạch nối tiếp, dòng điện không đổi tại mọi điểm, vậy tại sao một điện trở có thể hạn chế dòng điện chạy?
Câu trả lời:
Đèn LED có điện áp khá ổn định trên chúng, như 2.2V cho đèn LED màu đỏ, chỉ tăng nhẹ với dòng điện. Nếu bạn cung cấp 3V cho đèn LED này mà không có điện trở nối tiếp, đèn LED sẽ cố gắng đặt kết hợp điện áp / dòng điện cho 3V này. Không có dòng điện đi với loại điện áp này, theo lý thuyết nó sẽ là 10 giây, có thể là 100 ampe, sẽ phá hủy đèn LED. Và đó chính xác là những gì xảy ra nếu nguồn điện của bạn có thể cung cấp đủ dòng điện.
Vì vậy, giải pháp là một loạt điện trở. Nếu đèn LED của bạn cần 20mA, bạn có thể tính toán cho đèn LED màu đỏ trong ví dụ
Bạn có thể nghĩ rằng việc cung cấp trực tiếp 2.2V cũng sẽ hiệu quả, nhưng điều đó không đúng. Sự khác biệt nhỏ nhất về đèn LED hoặc điện áp cung cấp có thể khiến đèn LED phát sáng rất mờ, rất sáng hoặc thậm chí bị phá hủy. Một điện trở nối tiếp sẽ đảm bảo rằng sự khác biệt nhỏ về điện áp chỉ có ảnh hưởng nhỏ đến dòng điện của đèn LED, với điều kiện là điện áp rơi trên điện trở đủ lớn.
Điểm quan trọng là đèn LED dù sao cũng là điốt và điốt có điện trở trong rất nhỏ (dĩ nhiên là theo hướng "thuận"), vì vậy trừ khi có một thứ khác trong chuỗi thì điện trở tổng thể rất thấp và dòng điện hầu như không bị giới hạn và dòng điện này hầu như không bị giới hạn có thể làm hỏng đèn LED và làm quá tải mạch cấp nguồn cho nó.
Vì vậy, có, bạn hoàn toàn đúng khi dòng điện giống nhau ở mỗi điểm của mạch khi các phần tử được kết nối nối tiếp, nhưng khi bạn thêm một điện trở, bạn sẽ tăng điện trở chung của dòng và điều này làm giảm dòng điện.
Luôn luôn với các câu trả lời phức tạp ;-). Nhìn nó theo cách này. Điều gì xảy ra khi bạn đặt một dây qua các cực của pin? Trong một thế giới hoàn hảo, bạn có được dòng điện vô hạn làm tan chảy dây điện. Chúng tôi gọi đây là một curcuit ngắn. Bởi vì điốt được thiết kế để có điện trở chuyển tiếp tối thiểu, chúng tôi có được hiệu ứng tương tự như ngắn. Đặt một điện trở trong đó để cung cấp một cái gì đó chống lại dòng điện để hạn chế nó từ vô cực
Tưởng tượng rằng
Bạn đã có một động cơ chạy bằng nước có tốc độ tỷ lệ thuận với dòng chảy hiện tại.
Bản thân động cơ cung cấp rất ít khả năng chống lại dòng chảy hiện tại - bạn phải điều khiển dòng chảy bên ngoài vào máy bơm.
Bạn có một máy bơm có thể bơm 10 lít mỗi giây thông qua một ống 10 mét đến động cơ sau đó qua động cơ và sau đó qua một ống 10 mét khác đến phía hút của máy bơm. (Tốc độ dòng chảy liên quan đến áp suất mà bơm tạo ra và điện trở đường ống - tức là KHÔNG phải là bơm dịch chuyển tích cực.
Khi bơm được vận hành, bạn thấy rằng động cơ chạy NHIỀU quá nhanh và bạn cần hạn chế lưu lượng xuống khoảng 1 lít / giây.
Để đạt được yêu cầu, bạn có thể đặt một van giảm trong mạch để giảm hầu hết áp suất và để hạn chế dòng chảy. Van làm việc để giảm một lượng áp suất nhất định trên nó với tốc độ dòng chảy nhất định và như có thể điều chỉnh. (Đây là khoảng bao nhiêu van nước rel hoạt động).
Bạn có thể đặt van MỌI NƠI trong mạch và nó sẽ đạt được kết quả mong muốn. Nó có thể là ở đầu vào bơm hoặc lối ra hoặc ở lối ra của động cơ hoặc đầu vào hoặc bất cứ nơi nào trong một trong hai đường ống.
Đây là một tương tự gần với câu hỏi LED của bạn. Hiện tại cần phải được giới hạn vì nó quá cao mà không có bộ giới hạn. Bộ giới hạn có thể được đặt bất cứ nơi nào trong mạch.
Với mạch LED - điện trở
Đèn LED có độ sụt điện áp xác định tại một dòng được chọn.
Để cụ thể, giả sử rằng ở 20 mA, đèn LED giảm chính xác 3.00 Volt. Đây là điển hình của một số đèn LED hiện đại.
Nếu chúng tôi muốn chạy đèn LED ở 20 mA, chúng tôi PHẢI sắp xếp cho nó giảm 3 V - không nhiều hơn và không ít hơn.
Nếu chúng tôi muốn sử dụng nguồn 9V để vận hành đèn LED, chúng tôi N = PHẢI "thoát khỏi" 9-3 = 6B bằng cách nào đó.
Các điện trở làm điều này.
Để giảm 6V ở 20 mA điện trở cần thiết là R = V / I = 6 / 0,02 = 300 ohms.
Trong ví dụ này, pin 9V + điện trở + đèn LED sẽ hoạt động ở 20 mA. Các điện trở có thể được đặt trước hoặc sau đèn LED. Hiện tại được thả trên nó ở một trong hai vị trí.
Nó không liên quan đến câu hỏi này nhưng cực kỳ quan trọng để biết rằng tuyên bố của bạn rằng
không chính xác
Có nhiều mạch trong đó đây là mạch - nhưng cũng có nhiều mạch không đúng.
Trong các mạch điện một chiều chỉ có các thành phần điện trở, chẳng hạn như 1 đèn LED, 1 mạch điện trở này thì điều đó là đúng. NHƯNG khi có các thành phần phản ứng có mặt như cuộn cảm và tụ điện hoặc một số phần tử phi tuyến tính khác thì thường KHÔNG đúng.
Hãy tập trung vào những gì quan trọng ở đây: Đường cong đặc trưng của đèn LED (là một diode). Hãy nhìn vào hình ảnh này từ wikipedia. Như bạn có thể thấy, đối với điện áp dương trên diode, dòng điện của nó tăng theo cấp số nhân. Hãy tưởng tượng bây giờ bạn kết nối đèn LED của bạn với nguồn điện không có điện trở. Bạn sẽ phải đặt điện áp chính xác trên diode để có được dòng điện chính xác mà bạn cần để làm sáng đèn LED. Nếu vì bất kỳ lý do nào, nguồn điện của bạn tăng cao hơn một chút so với điện áp bạn cần thì dòng điện sẽ cao hơn theo cấp số nhân so với trước đó có thể (nó sẽ!) Làm hỏng diode của bạn. Vì vậy, làm thế nào một điện trở có thể giúp chúng ta với vấn đề này? PHẢN HỒI!Một trong những khái niệm quan trọng nhất trong điện tử! Chúng ta hãy quay trở lại ví dụ của chúng tôi, và thêm một điện trở nối tiếp với diode và nguồn điện. Bây giờ, mỗi khi nguồn điện của bạn vượt quá điện áp danh định, diode sẽ tăng dòng điện theo cấp số mũ một lần nữa, nhưng vì dòng điện có điện áp cao hơn điện trở cũng sẽ cao hơn, điều đó có nghĩa là điện áp trên diode sẽ giảm, bù cho nguồn điện tăng điện áp.
Đèn LED là một diode được chế tạo từ vật liệu bán dẫn tạo ra các photon ánh sáng khi có dòng điện chạy qua vật liệu. Càng nhiều dòng điện qua đèn LED, đèn LED sẽ phát ra càng nhiều ánh sáng, nó sẽ càng sáng hơn. Tuy nhiên, có một giới hạn trên là lượng dòng điện đủ để làm hỏng đèn LED.
Một đèn LED cung cấp ít điện trở cho dòng điện chạy qua nó. Hầu hết các điện trở nhỏ mà nó cung cấp đến từ năng lượng bị mất từ ánh sáng phát ra và việc tạo ra photon hiệu quả đến mức điện trở là không đáng kể. Tuy nhiên, khi dòng điện tăng, tăng lượng ánh sáng, đèn LED sẽ có lúc bị hỏng vì lượng dòng điện đi qua đèn LED gây ra lỗi vật liệu. Với một lượng đủ lớn hiện tại, sự bốc hơi vật chất thảm khốc có thể dẫn đến một vụ nổ nhỏ trong vỏ bọc bên ngoài LED. Với các mức hiện tại thấp hơn được tìm thấy trong các mạch kỹ thuật số 3,3v hoặc 5v, kết quả rất có thể là vật liệu bán dẫn bị hỏng và ngừng dẫn điện và đèn LED không còn phát sáng nữa.
Làm thế nào để điện áp mạch ảnh hưởng đến vẽ hiện tại của một đèn LED? Vì đèn LED là một loại diode, nên phương trình diode Shockley mô tả dòng điện cho phép ở các mức điện áp khác nhau. Phương trình cho thấy các kết quả của hàm Shockley cho một phạm vi điện áp đã cho theo một đường cong hàm mũ. Điều này có nghĩa là những thay đổi nhỏ trong điện áp có thể tạo ra những thay đổi lớn trong dòng điện. Vì vậy, sử dụng đèn LED trong một mạch đơn giản có điện áp cao hơn rủi ro Điện áp chuyển tiếp của đèn LED khiến đèn LED có dòng điện cao hơn đáng ngạc nhiên so với mức được đề xuất dẫn đến hỏng đèn LED.
Xem chủ đề Wikipedia Mạch LED cũng như chủ đề Wikipedia phương trình Shockley diode .
Vì vậy, ý tưởng là thiết kế mạch LED để hạn chế dòng điện chạy qua đèn LED. Chúng tôi muốn cân bằng việc có đủ dòng điện để gây ra mức độ sáng mong muốn mà không có quá nhiều vật liệu LED bị hỏng. Phương pháp phổ biến nhất để giới hạn dòng điện là thêm một điện trở vào mạch.
Một đèn LED phải có một bảng dữ liệu mô tả các đặc tính và dung sai điện của đèn LED. Ví dụ, xem bảng dữ liệu này Mẫu số: YSL-R531R3D-D2 .
Các đặc điểm đầu tiên chúng tôi quan tâm là (1) dòng điện tối đa mà đèn LED có thể duy trì trước khi có thể xảy ra sự cố vật liệu dẫn đến lỗi đèn LED và (2) phạm vi hiện tại được khuyến nghị là gì. Những cái này và Xếp hạng tối đa khác cho một đèn LED đỏ tiêu chuẩn điển hình (các đèn LED khác nhau sẽ có các giá trị khác nhau) nằm trong một bảng như được sao chép dưới đây.
Trong bảng từ bảng dữ liệu cho đèn LED màu đỏ tiêu chuẩn này, chúng ta thấy rằng dòng tối đa là 20mA với phạm vi được đề xuất là 16mA đến 18mA. Phạm vi được đề xuất này là dòng điện cho đèn LED ở mức sáng nhất trong khi không có nguy cơ hỏng hóc vật liệu. Chúng tôi cũng thấy rằng Power Dissestion đánh giá là 105mW. Chúng tôi muốn đảm bảo rằng trong thiết kế mạch LED của chúng tôi, chúng tôi nằm trong các phạm vi được đề xuất này.
Nhìn vào bảng tiếp theo, chúng tôi tìm thấy giá trị Điện áp chuyển tiếp cho đèn LED là 2.2v. Giá trị điện áp chuyển tiếp là điện áp rơi khi dòng điện chạy qua đèn LED theo hướng thuận, từ cực dương đến cực âm. Xem thế nào là chuyển tiếp điện áp và hướng đảo ngược của thang máy khi làm việc với điốt? .
Nếu chúng ta sử dụng đèn LED này trong mạch có 2.2v và dòng điện 20mA thì đèn LED sẽ tiêu tan 44mW, nằm trong vùng an toàn tiêu tán điện của chúng ta. Nếu dòng điện thay đổi từ 20mA thành 100mA, mức tiêu tán sẽ lớn hơn gấp 5 lần hoặc 220mW, cao hơn mức Công suất tiêu thụ 105mW định mức cho đèn LED, vì vậy chúng ta có thể hy vọng đèn LED sẽ hỏng. Xem Điều gì xảy ra với đèn LED của tôi khi tôi cung cấp quá nhiều dòng điện? .
Để giảm dòng điện qua đèn LED đến các mức được khuyến nghị, chúng tôi sẽ đưa một điện trở vào mạch. Những điện trở giá trị nào chúng ta nên sử dụng?
Chúng tôi tính toán một giá trị điện trở bằng Luật Ohms V = I x R,. Tuy nhiên, chúng tôi sẽ thực hiện một phép biến đổi đại số vì chúng tôi muốn giải quyết cho Điện trở hơn là Điện áp nên thay vào đó chúng tôi sử dụng công thức R = V / I.
Giá trị cho I, hiện tại trong các ampe, khá rõ ràng, chỉ cho phép sử dụng mức tối thiểu được đề xuất là 16mA hoặc .016A từ bảng dữ liệu LED trong công thức được chuyển đổi. Nhưng giá trị nào chúng ta nên sử dụng cho vôn, V?
Chúng ta cần sử dụng điện áp rơi của điện trở, đó là sự đóng góp của điện trở trong tổng điện áp rơi của toàn bộ mạch. Vì vậy, chúng ta sẽ cần phải trừ đi sự đóng góp giảm điện áp của đèn LED khỏi tổng điện áp mạch để xác định sự đóng góp giảm điện áp cần thiết từ điện trở. Độ giảm điện áp của đèn LED là giá trị điện áp chuyển tiếp, điện áp rơi theo hướng thuận từ cực dương đến cực âm, từ bảng trên.
Đối với dự án Raspberry Pi tiêu chuẩn sử dụng đường ray 3.3v làm nguồn điện, phép tính sẽ là (3.3v - 2.2v) / .016A = 69 ohms (rounding 68.75 up)
Vậy tại sao giá trị điện trở như 200 ohms thường được sử dụng khi các phép tính chỉ ra 69 ohms?
Câu trả lời dễ dàng là điện trở 200 ohm là điện trở phổ biến có trong nhiều bộ thí nghiệm. Chúng tôi muốn sử dụng một điện trở chung nếu ánh sáng phát ra từ đèn LED sẽ không giảm đáng kể.
Vậy nếu chúng ta thay đổi từ điện trở 69 ohm sang điện trở 200 ohm, thì sự thay đổi trong dòng điện là gì? Một lần nữa chúng ta sử dụng định luật Ohm để giải quyết dòng điện trong mạch I = V / Rhoặc 3.3v / 200 ohms = .0165Akhi chúng ta nhìn vào bảng dữ liệu LED, chúng ta thấy rằng giá trị này nằm trong phạm vi được khuyến nghị từ 16 mA đến 18 mA để đèn LED đủ sáng.
Đơn giản, đèn led có điện trở thấp, nếu chỉ được kết nối với một battary thì dòng điện chạy qua nó sẽ rất cao (I = V / R), dòng điện cao có nghĩa là công suất tiêu tán nhiều hơn trong điện trở của led nhỏ, dẫn đến đốt cháy diode (nhiệt), bởi vì vật liệu có hằng số truyền nhiệt rất thấp.
Lưu ý rằng công suất tiêu tán = (I ^ 2 × R).