Výukové programy pre LED a jeho sériový rezistor - Arduino

rotering-net.de »Výukové programy» Arduino: LED a sériový rezistor

sériový

Základy Arduina: LED a jeho sériový rezistor

  1. O napätí, prúde a odpore
  2. LED
  3. Sériový rezistor
  4. Optimálna intenzita prúdu pre LED
  5. Rozdiel napätia
  6. Konkrétne príklady

V návode pre začiatočníkov v Arduine si môžete na začiatku prečítať, že LED diódu je možné prevádzkovať iba pomocou sériového odporu. Potom je jednoducho pripojený štandardný rezistor 220 О © do série s LED a je to. Tento článok sa pokúsi ísť trochu podrobnejšie.

O napätí, prúde a odpore

Keď pripojíte elektrické napätie k objektu, preteká ním prúd. Ak na (suchý) kus dreva použijete napätie 5 V, sotva budeme mať možnosť zmerať prúd, pretože je úplne malý. Ak na kúsok kovového drôtu použijeme rovnaké napätie, preteká toľko prúdu, že dôjde ku skratu. Rozdiel je v vodivosti materiálov. Zatiaľ čo kus dreva ponúka extrémne vysoký elektrický odpor, elektrický odpor v kúsku kovového drôtu je zanedbateľný. Vzťah medzi napätím, odporom a intenzitou prúdu je možné v praxi opísať pomocou Ohmovho zákona: Intenzita prúdu I zodpovedá pomeru napätia U a odporu R.

Sila a odpor prúdu sú navzájom nepriamo úmerné. Čím vyšší je odpor, tým nižší je prúd. Pri danom napätí môžeme prúd obmedziť rezistorom. Predpokladajme, že pripojíte +5 V Arduina k zemi cez rezistor 1 kО ©.

Pomocou Ohmovho zákona môžeme teraz vypočítať aktuálnu silu:

5 mA je bezpečný prúd pre Arduino, takže ho môžete bezpečne implementovať. Ak namiesto toho zvolíte iba odpor 10 О ©, výsledkom bude prúd 500 mA, čo by nás dostalo ďaleko nad prípustné špecifikácie. Preto dôrazne neodporúčam.

Na druhej strane môžeme nechať odpor v rovnici na pevnej hodnote a zmeniť napätie. Sila a napätie prúdu sú proporcionálne. Čím vyššie je napätie, tým vyšší je prúd. Ak zvýšime napätie na niekoľko miliónov voltov, môžeme aj napriek vysokému odporu namerať v našom kúsku dreva úctyhodný prúd. A preto by ste počas búrky nemali hľadať buky. Zostaňme ale pri našom rezistore 1 kO © a ukážme vzťah medzi napätím a prúdom ako schému:

Môžete vidieť: priamku. Nečakali sme nič iné, napätie a prúd sú navzájom úmerné.

LED

Rovnako ako tranzistor alebo dióda, aj LED je takzvaný polovodič. V prípade polovodiča vyzerá rovnaká schéma úplne inak.

Pojem polovodiče je založený na skutočnosti, že pod určitým napätím sa správajú ako kus dreva (ich odpor je taký veľký, že netečie prakticky žiadny prúd) a nad určitým napätím ako kúsok kovového drôtu (ich odpor je taký nízky, že prúd preteká takmer bez prekážok). Medzi nimi je malá prechodová oblasť, kde môže pretekať dostatok prúdu, aby LED svietila, ale nie príliš na vytvorenie skratu. Plné napätie +5 V je preto mimoriadne nevhodné na prevádzku LED. Môžete pokračovať v rade psychicky.

Bolo by teda zrejmé správne nastavenie napätia pre LED. Teoreticky je to tiež možné, ale v praxi je to ťažké vyriešiť. Na jednej strane výrobné procesy LED podliehajú výkyvom, čo znamená, že optimálne napätie je pre každú LED vždy mierne odlišné; na druhej strane je veľmi náročné časovo náročné nastavovať napätie s absolútnou presnosťou a udržiavať ho konštantné pri zaťažení. Napätie +5 V Arduina môže kolísať napríklad medzi +4,5 V a +5,5 V, podľa špecifikácie. Ako je však vidieť na diagrame, malé odchýlky napätia vedú k obrovským odchýlkam v intenzite prúdu, ktoré v lepšom prípade jednoducho spôsobia výrazné kolísanie jasu LED, v najhoršom prípade LED bliká alebo má výrazne zníženú životnosť.

Sériový rezistor

Pozrime sa na to z druhej strany. Náš problém je v skutočnosti v tom, že od určitého napätia ďalej LED necháva prúd takmer bez prekážok; jednoducho predpokladáme, že odpor LED by potom bol 0 О ©. Aby sme obmedzili prúd, nepotrebujeme nič iné ako ďalší odpor. Pamätáte si náš odpor 1 kO ©, ktorý prepúšťal iba 5 mA? Ak teraz v tomto obvode pridáme do série ďalší komponent bez výrazného odporu (t. J. Našu LED), potom tam bude tiecť iba 5 mA. No, prísne povedané, už to nie je 5 mA, ale o tom viac za chvíľu.

Optimálna intenzita prúdu pre LED

Najprv si teda musíme ujasniť, aké množstvo prúdu pre LED potrebujeme. Aj keď LED pracujú s veľmi rozdielnymi polovodičovými materiálmi v závislosti od farby svetla, ale niekedy tiež s rovnakou farbou svetla, optimálny prúd je takmer vždy 20 mA. V tejto súvislosti optimálny znamená, že z LED diódy dostaneme maximálny jas bez toho, aby sa skrátila jej životnosť. Mnoho počítačov so sériovým odporom, ktoré je možné nájsť na internete, preto pracuje s pevným prúdom 20 mA. Avšak aj tie najlacnejšie LED diódy sú dnes efektívnejšie ako pred 20 rokmi. To znamená, že prevádzka s 20 mA je stále optimálna, ale strata jasu pri nižších prúdoch je len minimálna. Na nasledujúcom obrázku vidíte štyri zelené LED diódy. Zľava doprava ním preteká prúd 18 mA, 9 mA a 6,5 ​​mA. Pravá LED dióda nemá žiadnu funkciu a slúži len na informačné účely.

Ak nechcete používať LED na osvetlenie, stačí vypočítať s prúdom 15 mA. Chráni to LED, výstupy Arduina a stratu jasu si všimnete len ťažko.

Rozdiel napätia

Ak vyskúšame náš vzorec zhora, dostaneme prúd asi 15 mA pri napätí 5 V s odporom 330 О ©. Ale prehliadame skutočnosť, že celkové napätie (UB) +5 V sa na rezistor ani neaplikuje, pretože LED zapojená do série už generuje stratu napätia (UF). Náš odpor je vlastne len kvôli rozdielu medzi UB a UF. Aj keď je zrejmé, že celkové napätie je UB = 5 V, musíme zistiť, aké je takzvané dopredné napätie UF LED.

Zatiaľ čo optimálna intenzita prúdu pre LED diódy je prakticky vždy rovnaká, prietokové napätie je pre použité polovodičové materiály veľmi špecifické. Na internete nájdete tabuľky, ktoré priraďujú určité priepustné napätie farbe svetla. Buď zadajte veľký rozsah hodnôt, alebo predpokladajte polovodič, ktorý sa často používa v čase vytvorenia tabuľky. Obidve majú obmedzené použitie. V lepšom prípade máte k dispozícii údajový list pre každú LED, v ktorom je špecifikované napätie vpred (hľadajte „napätie vpred“, „napätie vpred“, „napätie vpred“, „UP“ alebo „VF“). U mnohých štartovacích súprav Arduino je však často bez bližšieho vysvetlenia zahrnutých iba niekoľko LED diód. V mojej štartovacej súprave bol údajový list zahrnutej LED, ale údaje boli jednoducho nesprávne. Pravdepodobne ste v určitom okamihu začali obsahovať LED diódy od iného dodávateľa. Potom pomôže iba experimentovanie a meranie.

Konkrétne príklady

Vezmime si ako príklad červenú LED s UF = 2,1 V. Potom zostáva zvyšných 2,9 V na našom rezistore. Pri cieľovom prúde 15 mA, t. J. 0,015 A, dostaneme:

Najbližšie štandardné odpory sú 150 О © a 220 О ©. Pri spätnej práci by sme sa dostali s odporom 150 О © na 19,3 mA (zbytočne vysoký), s odporom 220 О © na 13,2 mA (perfektné). Ako druhý príklad si vezmime modrú LED s UF = 3,2 V. Potom zostáva zvyšných 1,8 V na našom odpore. Takže dostaneme:

Najbližšie štandardné odpory sú 100 О © a 150 О ©. Pri výpočte dozadu by sme sa dostali s odporom 100 О © na 18,0 mA (môžete to urobiť), so odporom 150 О © na 12,0 mA (môžete to urobiť tiež).

Dizajn je založený na šablóne „Canvass“ z bezplatných šablón CSS.