Výber rezistora obmedzujúceho prúd

úvod

Rezistory obmedzujúce prúd sú umiestnené v obvode, aby sa zabezpečilo, že množstvo pretekajúceho prúdu nepresiahne to, čo obvod môže bezpečne zvládnuť. Keď prúd preteká odporom, v súlade s Ohmovým zákonom dôjde k zodpovedajúcemu poklesu napätia na rezistore (Ohmov zákon hovorí, že pokles napätia je súčinom prúdu a odporu: V=IR). Prítomnosť tohto odporu znižuje množstvo napätia, ktoré sa môže objaviť na iných komponentoch, ktoré sú v sérii s odporom (keď sú komponenty „v sérii“, existuje iba jedna cesta pre prúdenie prúdu, a preto preteká rovnaké množstvo prúdu prostredníctvom nich; je to vysvetlené ďalej v informáciách dostupných prostredníctvom odkazu v poli vpravo).

Tu nás zaujíma určenie odporu pre rezistor obmedzujúci prúd umiestnený v sérii s LED. Rezistor a LED sú zase pripojené k zdroju napätia 3.3 V. Toto je v skutočnosti pomerne komplikovaný obvod, pretože LED je nelineárne zariadenie: vzťah medzi prúdom cez LED a napätím cez LED sa neriadi jednoduchým vzorcom. Budeme teda robiť rôzne zjednodušujúce predpoklady a aproximácie.

Teoreticky bude ideálny zdroj napätia dodávať akékoľvek množstvo prúdu potrebného na udržanie jeho svoriek pri akomkoľvek napätí, ktoré má dodávať. (V praxi však môže napájací zdroj dodávať len obmedzené množstvo prúdu.) Rozsvietená LED dióda má typicky pokles napätia približne 1.8 V až 2.4 V. Aby to bolo konkrétne, budeme predpokladať pokles napätia 2V. Na udržanie tohto množstva napätia na LED je zvyčajne potrebný prúd približne 15 mA až 20 mA. Ešte raz pre konkrétnosť budeme predpokladať prúd 15 mA. Ak by sme priamo pripojili LED k zdroju napätia, zdroj napätia by sa pokúsil vytvoriť napätie 3.3 V cez túto LED. Avšak LED diódy majú zvyčajne maximálne dopredné napätie asi 3V. Pokus o vytvorenie vyššieho napätia na LED dióde pravdepodobne zničí LED a odoberie veľké množstvo prúdu. Tento nesúlad medzi tým, čo chce napájací zdroj produkovať, a tým, čo LED dokáže zvládnuť, môže poškodiť LED alebo zdroj napätia alebo oboje! Chceme teda určiť odpor pre odpor obmedzujúci prúd, ktorý nám poskytne príslušné napätie približne 2 V na LED a zabezpečí, že prúd cez LED bude približne 15 mA.

Aby sme si veci utriedili, pomôže namodelovať náš obvod pomocou schematického diagramu, ako je znázornené na obr.

Obrázok 1. Schéma zapojenia.

Na obr. 1 si môžete predstaviť zdroj napätia 3.3 V ako dosku chipKIT™. Opäť všeobecne predpokladáme, že ideálne zdroje napätia budú dodávať akékoľvek množstvo prúdu potrebného pre obvod, ale doska chipKIT™ môže produkovať iba obmedzené množstvo prúdu. (Referenčná príručka Uno32 hovorí, že maximálne množstvo prúdu, ktorý môže produkovať jednotlivý digitálny kolík, je 18 mA, tj 0.0018 A.) Aby sme sa uistili, že LED má úbytok napätia 2 V, musíme určiť vhodné napätie na rezistore, ktoré zavolám VR. Jedným zo spôsobov, ako to urobiť, je určiť napätie každého drôtu. Drôty medzi komponentmi sa niekedy nazývajú uzly. Jedna vec, ktorú treba mať na pamäti, je, že drôt má po celej svojej dĺžke rovnaké napätie. Určením napätia vodičov môžeme zobrať rozdiel v napätí medzi jedným vodičom a druhým a nájsť pokles napätia na komponente alebo na skupine komponentov.

Je vhodné začať s predpokladom, že záporná strana zdroja napätia má potenciál 0 V. To zase spôsobí, že jeho zodpovedajúci uzol (tj drôt pripojený k zápornej strane zdroja napätia) bude 0 V, ako je znázornené na obr. 2. Keď analyzujeme obvod, môžeme priradiť napätie uzemnenia signálu 0 V do jedného bodu v okruhu. Všetky ostatné napätia sú potom relatívne k tomuto referenčnému bodu. (Pretože napätie je relatívna miera medzi dvoma bodmi, zvyčajne nezáleží na tom, ktorému bodu v obvode priradíme hodnotu 0 V. Naša analýza vždy poskytne rovnaké prúdy a rovnaké poklesy napätia na komponentoch. Napriek tomu je bežnou praxou priradiť zápornej svorke napájacieho zdroja hodnotu 0 V.) Vzhľadom na to, že záporná svorka napájacieho zdroja je 0 V a vzhľadom na to, že uvažujeme o napájaní 3.3 V, kladná svorka musí mať napätie 3.3 V (ako je k nemu pripojený vodič/uzol). Vzhľadom na to, že požadujeme úbytok napätia 2 V na LED a vzhľadom na to, že spodná časť LED je na 0 V, horná časť LED musí byť na 2 V (rovnako ako akýkoľvek drôt k nej pripojený).

Obrázok 2. Schéma znázorňujúca napätie uzla.

S napätiami uzla označenými ako je znázornené na obr. 2, môžeme teraz určiť pokles napätia na rezistore, ako to urobíme o chvíľu. Najprv chceme poukázať na to, že v praxi sa často úbytok napätia spojený s komponentom píše priamo vedľa komponentu. Takže napríklad vedľa zdroja napätia napíšeme 3.3V s vedomím, že ide o zdroj 3.3V. Pre LED, keďže predpokladáme úbytok napätia 2V, to môžeme jednoducho napísať vedľa LED (ako je znázornené na obr. 2). Vo všeobecnosti, vzhľadom na napätie, ktoré existuje na jednej strane prvku a vzhľadom na pokles napätia na tomto prvku, môžeme vždy určiť napätie na druhej strane prvku. Naopak, ak poznáme napätie na oboch stranách prvku, potom poznáme pokles napätia na tomto prvku (alebo ho môžeme vypočítať jednoducho tak, že vezmeme rozdiel napätí na oboch stranách).

Pretože poznáme potenciál vodičov na oboch stranách odporu (Wire1 a Wire3), môžeme vyriešiť pokles napätia na ňom, VR:

Zapojením známych hodnôt dostaneme:

Po vypočítaní poklesu napätia na rezistore môžeme použiť Ohmov zákon na spojenie odporu odporu s napätím. Ohmov zákon nám hovorí 1.3 V=IR. V tejto rovnici sa zdá, že existujú dve neznáme, prúd I a odpor R. Najprv by sa mohlo zdať, že I a R môžeme urobiť ľubovoľné hodnoty za predpokladu, že ich súčin je 1.3 V. Ako je však uvedené vyššie, typická LED dióda môže vyžadovať (alebo „načerpať“) prúd približne 15 mA, keď má napätie na nej 2 V. Takže za predpokladu, že I je 15 mA a vyriešením pre R, dostaneme

V praxi môže byť ťažké získať rezistor s odporom presne 86.67 Ω. Dalo by sa možno použiť premenlivý odpor a upraviť jeho odpor na túto hodnotu, ale to by bolo trochu drahé riešenie. Namiesto toho často stačí mať odpor, ktorý je približne správny. Mali by ste zistiť, že odpor rádovo jedna až dvesto ohmov funguje primerane dobre (to znamená, že zabezpečíme, aby LED neodoberala príliš veľa prúdu a napriek tomu odpor obmedzujúci prúd nie je taký veľký, aby bránil LED dióde od osvetlenia). V týchto projektoch zvyčajne použijeme odpor obmedzujúci prúd 220 Ω.

Zanechajte správu 

zoznam správ