Как узнать рабочий ток неизвестного светодиода

Для питания одного светодиода нам понадобится источник питания, например две пальчиковые батарейки по 1,5В каждая. Светодиод возьмем красного цвета, где прямое падение напряжения при рабочем токе 0,02 А (20мА) равно -2 В. Для обычных светодиодов максимально допустимый ток равен 0,02 А. Схема подключения светодиода представлена на рис.1.

Почему я использую термин «прямое падение напряжение», а не напряжение питания. А дело в том, что параметра напряжения питания как такового у светодиодов нет. Вместо этого используется характеристика падения напряжения на светодиоде, что означает величину напряжения на выходе светодиода при прохождении через него номинального тока. Значение напряжения, указанное на упаковке, отражает как раз падение напряжения. Зная эту величину, можно определить оставшееся на светодиоде напряжение. Именно это значение нам нужно применять в расчетах.

Прямое падение напряжение для различных светодиодов в зависимости от длины волны представлено в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристики светодиодов

Точное значение падения напряжения светодиода, можно узнать на упаковке к данному светодиоду или в справочной литературе.

Сопротивление резистора определяется по формуле:

R = (Uн.п – Uд)/Iд = (3В-2В)/0,02А = 50 Ом.

• Uн.п – напряжение питания, В;
• Uд — прямое падение напряжения на светодиоде, В;
• Iд – рабочий ток светодиода, А.

Поскольку такого сопротивления в стандартном ряду нет, выбираем ближайшее сопротивление из номинального ряда Е24 в сторону увеличения — 51 Ом.

Чтобы гарантировать долгую работу светодиода и исключить ошибку в расчетах, рекомендую при расчетах использовать не максимально допустимый ток – 20 мА, а немного меньше – 15 мА.

Данное уменьшение тока никак не скажется на яркости свечения светодиода для человеческого глаза. Чтобы мы заметили изменение яркости свечения светодиода например в 2 раза, нужно уменьшить ток в 5 раза (согласно закона Вебера — Фехнера).

В результате мы получим, расчетное сопротивление токоограничивающего резистора: R = 50 Ом и мощность рассеивания Р = 0,02 Вт (20мВт).

Расчет резистора для светодиода

Чтобы компенсировать сопротивление светодиода, нужно прежде всего подобрать резистор с более высоким сопротивлением. Такой расчет не составит труда для тех, кто знает, что такое закон Ома.

Математический расчет

Исходя из закона Ома, рассчитываем по такой формуле:

где Un – напряжение сети; Uvd – напряжение, на которое рассчитана работа светодиода; Ivd – ток.

Допустим, у нас светодиод с характеристиками:

2,1 -3, 4 вольт – рабочее напряжение (Uvd). Возьмем среднее значение 2, 8 вольт.

20 ампер – рабочий ток (Ivd)

220 вольт – напряжение сети (Un)

В таком случае мы получаем величину сопротивления R = 10, 86. Однако этих расчетов недостаточно. Резистор может перегреваться. Для предотвращения перегрева нужно учитывать при выборе его мощность, которая рассчитывается по следующей формуле:

Для наглядности рекомендуем посмотреть видео:

Графический расчет

Графический способ – менее популярный для расчета резистора на светодиод, но может быть даже более удобный. Зная напряжение и ток диода (их называют еще вольтамперными характеристиками – ВАХ), вы можете узнать сопротивление нужного резистора по графику, представленному ниже:

Тут изображен расчет для диода с номинальным током 20мА и напряжением источника питания 5 вольт. Проводя пунктирную линию от 20 мА до пересечения с «кривой led» (синий цвет), чертим пересекающую линию от прямой Uled до прямой и получаем максимальное значение тока около 50 мА. Далее рассчитываем сопротивление по формуле:

Получаем значение 100 Ом для резистора. Находим для него мощность рассеивания (Силу тока берем из Imax):

Последовательное соединение светодиодов

Часто несколько светодиодов подключают последовательно к одному источнику напряжения. При последовательном соединении одинаковых светодиодов их общий ток потребления равняется рабочему току одного светодиода, а общее напряжение равно сумме напряжений падения всех светодиодов в цепи.

Поэтому, в данном случае, нам достаточно использовать один резистор для всей последовательной цепочки светодиодов.

Пример расчета сопротивления резистора при последовательном подключении.

В этом примере два светодиода соединены последовательно. Один красный светодиод с напряжением 2В и один ультрафиолетовый светодиод с напряжением 4,5В. Допустим, оба имеют номинальную силу тока 30 мА.

Из правила Кирхгофа следует, что сумма падений напряжения во всей цепи равна напряжению источника питания. Поэтому на резисторе напряжение должно быть равно напряжению источника питания минус сумма падения напряжений на светодиодах.

Используя закон Ома, вычисляем значение сопротивления ограничительного резистора:

Резистор должен иметь значение не менее 183,3 Ом.

Обратите внимание, что после вычитания падения напряжений у нас осталось еще 5,5 вольт. Это дает возможность подключить еще один светодиод (конечно же, предварительно пересчитав сопротивление резистора)

Проверка транзистор-тестером

Проверить на работоспособность полупроводниковых элементов можно с помощью универсального тестера радиокомпонентов. Часто его называют транзистор-тестером.

Это универсальный измерительный прибор с цифровым индикатором. С помощью транзистор-тестера можно проверить различные радиодетали. К ним относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. А также и полупроводниковые приборы, транзисторы, тиристоры, диоды, стабилитроны, супрессоры и т.п.

Для проверки работоспособности, зажмите детальку в ZIF-панельке (специальном разъёме с рычагом для зажимания элементов), после чего на дисплее высвечивается схемное обозначение элемента. Однако рассматриваемые в этой статье элементы проверяются как обычные диоды. Поэтому не стоит рассчитывать, что транзистор тестер определит, на какое напряжение стабилитрон. Для этого все равно нужно будет собрать схему типа той, что показана выше или такую как рассмотрим далее.

Рекомендуем посмотреть видео о том, что такое универсальный транзистор-тестер и как им проверять радиоэлектронные компоненты.

Тестер, также как и мультиметр, проверяет целостность р-n перехода и корректно определяет напряжением стабилизации стабилитронов до 4,5 вольт.

При ремонте аппаратуры, рекомендуется элемент стабилизации менять на новый. Не зависимо от наличия исправного p-n перехода. Т.к. высока вероятность, что у диода изменилось напряжение стабилизации или оно может произвольно меняться в процессе работы аппаратуры.

4. Как распределены светодиоды?

Другим важным критерием эффективного теплоотвода и, следовательно, длительного срока службы светового оборудования является равномерное распределенные светодиодов. При их скученном, концентрированном размещении на малой площади, светодиоды будут перегреваться, через 2 — 3 года эксплуатации световой поток уменьшится как минимум в 2 раза, а срок службы светодиодов сократится в 6 — 10 раз. Размещение светодиодов должно быть распределённым равномерно на всей площади, тогда они смогут эффективно охлаждаться, а не «подогревать» друг друга. У каждого светодиода должна быть своя «территория».

Выбирайте светильники со светодиодами, которые равномерно распределены на всей площади корпуса светильника.

Как рассчитать ток?

Наш расчет мощности также работает как калькулятор тока, поскольку он касается простой формулы тока. Когда указаны напряжение (В) и расчет сопротивления, вам следует использовать формулу для расчет тока по мощности. Вы можете рассчитать ток по данной формуле!

Текущая формула:

[Ток (I) = Напряжение (В) ÷ Сопротивление (R)] I (А) = В (В) ÷ R (Ом)

Например:

Найдите ток, протекающий через резистор 3 Ом, когда к нему приложена разность потенциалов 30 В.

Решение: Ток (I) = V ÷ R; I = 30 В ÷ 3 Ом; I = 10 А

Проверка при помощи мультиметра

При помощи данного прибора можно определить не только полярность, а и работоспособность LED элемента. Измерения проводят в режиме – омметр. В современных моделях мультиметров есть встроенная функция – «тестирование диода».

Для определения плюса-минуса щупы прибора подсоединить к тестируемому элементу и наблюдать показания измерительного аппарата. Если на экране показано «бесконечное» сопротивление, тогда щупы нужно поменять между собой местами.

Если аппарат выводит на экран конечный результат тестирования сопротивления, это свидетельствует о том, что полярность определена правильно и по щупам мультиметра можно определить у светодиодного элемента место анода-катода.

Нужно учитывать такой нюанс – у некоторых моделях стрелочных аппаратов не совпадает полярность щупов при определении напряжения и при работе в режиме омметра. Такое несоответствие наблюдается в тестерах старых моделей (ТЛ-4М).

Поэтому прежде чем тестировать светодиодный элемент, нужно проверить соответствие катод-анод на щупах при работе в разных режимах.

Тестирование мультиметра можно провести с помощью вольтметра.

Принцип аппаратной проверки не отличается от тестирования при помощи батарейки – если элемент исправен и правильно подсоединен, он начинает светиться. Но в то же время, не все диоды светятся, потому что у открытого светодиода происходит падение напряжения до 1,5-3,2 В, и это намного больше, чем у полупроводникового устройства.

Показатель снижения напряжения напрямую зависит от мощности светодиода и его цвета. Измерительные аппараты с низковольтным напряжением не имеют на щупах достаточной мощности тока для зажигания света в LED лампочке. Низковольтными тестерами невозможно определить работоспособность LED-элемента.

Если в тестере есть отсек для проверки транзисторов PNP и NPN, то с его помощью можно определить и полярность LED-лампы. Если в отсек PNP катод вставить в отверстие «С», а противоположный конец в «Е» тогда LED-устройство начнет светиться. В отсеке NPN ножки необходимо поменять местами – и тогда LED-элемент тоже даст свет.

Это самый быстрый метод инструментального тестирования.

Каждый метод тестирования полярности имеет недостатки и преимущества. Выбирать его приходится исходя из условий, в которых нужно пройти тестирование, и наличия подручных инструментов.