Na różnego rodzaju forach dyskusyjnych spotykam się czasem z pytaniami o dobór rezystora w układzie z diodą świecącą, czyli LED. Zazwyczaj chodzi o najprostszy przypadek obwodu elektronicznego składającego się ze źródła zasilania, rezystora i diody świecącej. Wydaje się proste, a początkujący elektronik często ma z tym problem. W tym krótkim artykule postaram się pokazać Ci, że to nie takie trudne. Wystarczy znać bardzo podstawowe zależności, obowiązujące w elektronice.

Chodzi o układ tego typu.

LED

Tak naprawdę wystarczy znać dwa wzory:

…i tyle. Oczywiście mówimy tu o obwodach prądu stałego. Do pełni szczęścia potrzebujemy jeszcze znajomości parametrów diody, którą chcemy „zaświecić”. Oczywiście nie wszystkich, najistotniejsze dla nas będą:

  • napięcie pracy (najczęściej podane w woltach [V])
  • prąd przewodzenia (często w miliamperach [mA])

Ważnym parametrem może być również moc. My jednak zajmujemy się prostszym przypadkiem, czyli diodami LED małej mocy (o średnicy 5 mm i podobnymi). Często ich parametry niewiele różnią się od siebie, co obrazuje poniższa, przykładowa tabela.

Napięcie pracy [V] Prąd przewodzenia [mA]
Czerwona  2.0  20
Żółta  2.3  20
Zielona  2.3  20
Niebieska  3.3  20

Jak widać wyjątkiem jest jedynie dioda niebieska, dla której napięcie pracy określono na poziomie 3.3V. Jednakże prąd przewodzenia we wszystkich czterech przypadkach jest ten sam i wynosi 20mA. Jeśli nie znasz parametrów swojej diody, a jest ona niewielkich rozmiarów i koloru czerwonego, żółtego lub zielonego to dla uproszczenia możesz przyjąć, że potrzebuje ona napięcia o wartości rzędu 2V i prądu 20mA.

Przejdźmy teraz do obliczeń. 🙂

LED

Domyślasz się, co oznaczają poszczególne litery? Jeśli nie, to już wyjaśniam.

$\rm{U_{ZAS}}$ – napięcie źródła zasilania, np. baterii 9V czy 3V
$\rm{U_{R}}$ – spadek napięcia na rezystorze
$\rm{U_{LED}}$ – napięcie pracy diody LED (lub spadek napięcia na niej)
$\rm{I_{LED}}$ – prąd przewodzenia diody LED

Na początek musimy ustalić sobie jakieś źródło zasilania, załóżmy, że posłużymy się baterią 9V. Jako parametry diody LED przyjmiemy zaproponowane wcześniej napięcie równe 2V i natężenie prądu wynoszące 20mA. To wszystko, czego potrzebujemy do znalezienia wartości potrzebnego nam rezystora.

Skorzystamy z prawa Ohma… Zaraz, zaraz, ale nie znamy spadku napięcia na rezystorze! Skąd wziąć tę wartość? Założyliśmy sobie, że do zasilania układy użyjemy baterii 9V. Potrzebujemy jednak tylko 2V (nie podłączaj diody LED bezpośrednio do baterii 9V, bo możesz ją bardzo szybko uszkodzić). Co zrobić z pozostałymi 7V? Właśnie do tego potrzebny jest nam rezystor. Wystąpi na nim spadek napięcia wynoszący właśnie 7V, niepotrzebna energia elektryczna zamieni się w ciepło. Formalnie zapiszemy to w ten sposób:

$\rm{U_{R}=U_{ZAS}-U_{D}}$

Podstawiając nasze wartości:

$\rm{U_{R}=9V-2V=7V}$

Znając już wartość spadku napięcia, jaki chcemy uzyskać na rezystorze, możemy przejść do wyznaczenia jego wartości. Znamy też wartość prądu, jaki ma popłynąć w układzie. Wynosi ona 20mA (ustalenie wartości prądu, to druga rola rezystora w tym obwodzie). Wykorzystamy wspomniany wcześniej wzór wynikający z prawa Ohma.

$\rm{U=IR}$

Musimy je jednak nieco przekształcić, bo przecież chcemy obliczyć wartość rezystancji, nie napięcia.

$\rm{R=\frac{U}{I}}$

Dodając do tego nasze symbole mamy:

$\rm{R=\frac{U_{R}}{I_{D}}}$

Wystarczy podstawić wartości:

$\rm{R=\frac{7V}{20mA}=350Ω}$

Rezystor o takiej właśnie wartości rezystancji jest Ci potrzebny. Prawda, że proste? No nie do końca 🙂 Problem w tym, że takiego rezystora (prawie na pewno) nie masz! Nie wgłębiając się w szczegóły nie należy on do szeregu wartości E24. Nie wszystko jednak stracone. Wystarczy, że z rezystorów, które posiadasz, dobierzesz taki, którego wartość jest najbliższa 350Ω, najlepiej żeby była nieco większa. W moim przypadku jest to 360Ω. Czy to już wszystko? Prawie… Na początku wspomniałem o dwóch wzorach. Oprócz użytego już przez nas $\rm{U=IR}$, był tam wzór na moc.

Napomknąłem wcześniej, że na rezystorze wydziela się ciepło. Im większy spadek napięcia i im większy prąd przez niego płynie, tym bardziej się on nagrzewa. Innymi słowy – wydziela się na nim jakaś moc. Każdy rezystor ma jakąś moc znamionową, graniczną. W przypadku najbardziej popularnych i najtańszych zestawów rezystorów wartość ta wynosi ćwierć wata, czyli 0.25W (równe 250mW). Wartości tej nie należy przekraczać. Sprawdźmy zatem, jaka moc wydzieli się na rezystorze w naszym przypadku i czy nie przekroczymy wspomnianych 250mW.

Spadek napięcia na rezystorze wynosi 7V, a prąd przez niego płynący ma wartość 20mA… Uwaga! Wzięliśmy rezystor o innej wartości! Czy nie pozostanie to bez wpływu na wspomniane parametry? Jeśli jego wartość jest niewiele większa od obliczonej, to nie ma obaw, znaczącej różnicy nie będzie. Jeśli jednak weźmiesz zamiast 350Ω, rezystor 750Ω, to wpływ będzie już dużo większy. Wracając jednak do sedna…

$\rm{P=UI}$ – pamiętasz ten wzór?

Podstawiając nasze wartości…

$\rm{P=U_{R}I_{D}=7V\cdot20mA=140mW}$

Jak widać moc, jaka wydzieli się na rezystorze jest mniejsza od wartości znamionowej. Warto się jednak zastanowić czy nie lepiej byłoby zastosować źródła zasilania o niższym napięciu, np. dwóch baterii 1.5V. Wtedy moc, którą tracimy byłaby około 7 razy mniejsza i wynosiłaby mniej więcej 20mW.

Podsumujmy zatem 😀

  • Do dobrania odpowiedniego rezystora (o odpowiedniej wartości rezystancji) musisz znać dwa parametry diody LED: napięcie pracy i prąd przewodzenia
  • Jeśli nie wiesz, jakie parametry ma Twoja dioda możesz założyć, że napięcie pracy wynosi 2V. Prąd przewodzenia jest równy 20mA (nie gwarantuję, że będą one na pewno właściwe!)
  • Do obliczeń potrzebujesz też wartości napięcia źródła zasilania, którego chcesz użyć w układzie. Może to być np. bateria 9V.
  • Pierwszy krok to obliczenie pożądanego spadku napięcia na rezystorze. Kolejny to już obliczenie samej wartości rezystora. Te dwa kroki można zawrzeć w jednym wzorze:

$\rm{R=\frac{U_{ZAS}-U_{D}}{I_{D}}}$

  • Otrzymana wartość rezystancji może nie odpowiadać posiadanym przez Ciebie rezystorom. Dobierz taki, którego wartość jest nieco większa, ale możliwie najbliższa tej, którą obliczyłeś.
  • Ostatnim (przez wiele osób pomijanym krokiem) jest sprawdzenie jaka moc może wydzielić się na rezystorze, zgodnie ze wzorem:

$\rm{P=UI}$

  • Pamiętaj, że duża różnica rezystancji pomiędzy rezystorem dobranym przez Ciebie, a tym, który obliczyłeś, może mieć wpływ na wartość prądu w układzie. Im większa wartość rezystora, tym mniejszy jest prąd. Z drugiej strony – za mała rezystancja to większy prąd i możliwość uszkodzenia diody LED.

Dobrnęliśmy do końca. Mam nadzieję, że wpis okazał się pomocny. Jeśli masz jakieś pytania/sugestie/uwagi, albo artykuł po prostu Ci się spodobał, to napisz o tym w komentarzu.

Zachęcam Cię do polubienia profilu elektroniczny.eu na facebooku. 🙂

Zdjęcie: c3o / IWoman / CC BY