Alegerea unui rezistor limitator de curent

Introducere

Rezistoarele de limitare a curentului sunt plasate într-un circuit pentru a se asigura că cantitatea de curent care curge nu depășește ceea ce circuitul poate gestiona în siguranță. Când curentul trece printr-un rezistor, există, în conformitate cu Legea lui Ohm, o cădere de tensiune corespunzătoare pe rezistor (Legea lui Ohm spune că căderea de tensiune este produsul dintre curent și rezistență: V=IR). Prezența acestui rezistor reduce cantitatea de tensiune care poate apărea peste alte componente care sunt în serie cu rezistorul (când componentele sunt „în serie”, există o singură cale de curgere a curentului și, în consecință, aceeași cantitate de curent curge prin intermediul acestora; acest lucru este explicat în continuare în informațiile disponibile prin linkul din caseta din dreapta).

Aici ne interesează determinarea rezistenței pentru un rezistor de limitare a curentului plasat în serie cu un LED. Rezistorul și LED-ul sunt, la rândul lor, atașate la o sursă de tensiune de 3.3 V. Acesta este de fapt un circuit destul de complicat, deoarece LED-ul este un dispozitiv neliniar: relația dintre curentul printr-un LED și tensiunea pe LED nu urmează o formulă simplă. Astfel, vom face diverse ipoteze simplificatoare și aproximări.

În teorie, o sursă de tensiune ideală va furniza orice cantitate de curent necesară pentru a încerca să-și mențină bornele la orice tensiune ar trebui să o furnizeze. (În practică, totuși, o sursă de tensiune poate furniza doar o cantitate finită de curent.) Un LED iluminat va avea de obicei o cădere de tensiune de aproximativ 1.8 V până la 2.4 V. Pentru a concretiza lucrurile, vom presupune o cădere de tensiune de 2V. Pentru a menține această cantitate de tensiune pe LED-ul necesită, de obicei, aproximativ 15 mA până la 20 mA de curent. Încă o dată, de dragul concretizării, vom presupune un curent de 15 mA. Dacă am atașat direct LED-ul la sursa de tensiune, sursa de tensiune ar încerca să stabilească o tensiune de 3.3 V pe acest LED. Cu toate acestea, LED-urile au de obicei o tensiune maximă directă de aproximativ 3V. Încercarea de a stabili o tensiune mai mare decât aceasta pe LED-ul este probabil să distrugă LED-ul și să atragă o cantitate mare de curent. Astfel, această nepotrivire între ceea ce dorește să producă sursa de tensiune și ceea ce poate face față LED-ului poate deteriora LED-ul sau sursa de tensiune sau ambele! Astfel, dorim să determinăm o rezistență pentru un rezistor de limitare a curentului care ne va oferi tensiunea adecvată de aproximativ 2V pe LED și să ne asigurăm că curentul prin LED este de aproximativ 15 mA.

Pentru a rezolva lucrurile, este util să modelăm circuitul nostru cu o diagramă schematică, așa cum se arată în Fig. 1.

Figura 1. Schema schematică a unui circuit.

În Fig. 1 vă puteți gândi la sursa de tensiune de 3.3 V ca fiind placa chipKIT™. Din nou, presupunem în general că o sursă de tensiune ideală va furniza orice cantitate de curent necesară pentru circuit, dar placa chipKIT™ poate produce doar o cantitate finită de curent. (Manualul de referință Uno32 spune că cantitatea maximă de curent pe care o poate produce un pin digital individual este de 18 mA, adică 0.0018 A.) Pentru a ne asigura că LED-ul are o cădere de tensiune de 2 V, trebuie să determinăm tensiunea corespunzătoare pe rezistor, pe care o avem Voi suna VR. O modalitate de a face acest lucru este să determinați tensiunea fiecărui fir. Firele dintre componente sunt uneori numite noduri. Un lucru de reținut este că un fir are aceeași tensiune pe toată lungimea sa. Prin determinarea tensiunii firelor, putem lua diferența de tensiune de la un fir la altul și putem găsi căderea de tensiune la o componentă sau la un grup de componente.

Este convenabil să începeți prin a presupune că partea negativă a sursei de tensiune este la un potențial de 0V. Aceasta, la rândul său, face ca nodul său corespunzător (adică firul atașat la partea negativă a sursei de tensiune) 0 V, așa cum se arată în Fig. 2. Când analizăm un circuit, suntem liberi să atribuim o tensiune de masă a semnalului de 0 V. la un punct al circuitului. Toate celelalte tensiuni sunt apoi relativ la acel punct de referință. (Deoarece tensiunea este o măsură relativă, între două puncte, de obicei nu contează în ce punct din circuit atribuim o valoare de 0V. Analiza noastră va produce întotdeauna aceiași curenți și aceleași căderi de tensiune între componente. Cu toate acestea, este este o practică obișnuită să atribuiți bornei negative a unei surse de tensiune o valoare de 0V.) Având în vedere că borna negativă a sursei de tensiune este la 0V și având în vedere că luăm în considerare o sursă de 3.3V, borna pozitivă trebuie să fie la o tensiune de 3.3 V (cum este firul/nodul atașat la acesta). Având în vedere că dorim o scădere de tensiune de 2V pe LED și având în vedere că partea de jos a LED-ului este la 0V, partea superioară a LED-ului trebuie să fie la 2V (la fel ca orice fir atașat la acesta).

Figura 2. Schemă care arată tensiunile nodului.

Cu tensiunile nodului etichetate așa cum se arată în Fig. 2, acum putem determina căderea de tensiune pe rezistor așa cum vom face într-un moment. În primul rând, dorim să subliniem că în practică se scrie adesea căderea de tensiune asociată cu o componentă direct lângă o componentă. Deci, de exemplu, scriem 3.3V lângă sursa de tensiune știind că este o sursă de 3.3V. Pentru LED, deoarece presupunem o cădere de tensiune de 2V, putem scrie pur și simplu asta lângă LED (așa cum se arată în Fig. 2). În general, având în vedere tensiunea care există pe o parte a unui element și având în vedere căderea de tensiune pe acel element, putem determina întotdeauna tensiunea pe cealaltă parte a elementului. În schimb, dacă cunoaștem tensiunea de fiecare parte a unui element, atunci cunoaștem căderea de tensiune pe acel element (sau o putem calcula pur și simplu luând diferența de tensiuni de fiecare parte).

Deoarece cunoaștem potențialul firelor de ambele părți ale rezistorului (Fir1 și fir3), putem rezolva căderea de tensiune pe acesta, VR:

Introducând valorile cunoscute, obținem:

După ce am calculat căderea de tensiune pe rezistor, putem folosi legea lui Ohm pentru a lega rezistența rezistenței la tensiune. Legea lui Ohm ne spune 1.3V=IR. În această ecuație, par să existe două necunoscute, curentul I și rezistența R. La început ar putea părea că putem face I și R orice valoare cu condiția ca produsul lor să fie 1.3V. Cu toate acestea, așa cum sa menționat mai sus, un LED tipic poate necesita (sau „trage”) un curent de aproximativ 15 mA atunci când are o tensiune pe el de 2V. Deci, presupunând că I este 15 mA și rezolvând pentru R, obținem

În practică, poate fi dificil să obțineți un rezistor cu o rezistență de exact 86.67 Ω. S-ar putea, poate, să folosească un rezistor variabil și să-și ajusteze rezistența la această valoare, dar aceasta ar fi o soluție oarecum costisitoare. În schimb, de multe ori este suficient să ai o rezistență aproape corectă. Ar trebui să descoperiți că o rezistență de ordinul a una până la două sute de ohmi funcționează rezonabil de bine (înseamnă că ne asigurăm că LED-ul nu consumă prea mult curent și totuși rezistența de limitare a curentului nu este atât de mare încât să împiedice LED-ul de la iluminare). În aceste proiecte vom folosi de obicei un rezistor de limitare a curentului de 220 Ω.

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje