Перейти к содержанию

Диод и светодиод, резистор для светодиода

Диод пропускает ток в одном направлении и запирается в другом. Светодиод — тоже диод, только светится и падает на нём больше. Ток светодиода задаёт последовательный резистор, и его считают по закону Ома.

Обновлено Редакция GAW

Электроника с нуляурок 6 из 820 мин

Цель урока: Подключать диод и светодиод в правильной полярности и рассчитывать резистор для светодиода по его даташиту.

Резисторы из прошлых уроков одинаково проводят ток в обе стороны. Диод — первый полярный элемент трека: у него есть анод и катод, и ток идёт только от анода к катоду.

Диод

Диод похож на обратный клапан в водопроводе. Когда на аноде плюс относительно катода (прямое включение), диод открыт и на нём падает небольшое напряжение — у кремниевых диодов около 0,7 В, у германиевых около 0,3 В. Это прямое падение мало меняется при изменении тока, поэтому в простых расчётах его считают постоянным. В обратном включении диод заперт: через него течёт лишь крошечный ток утечки, пока обратное напряжение не превысит предельного — тогда диод пробивается и обычно выходит из строя.

Пример по даташиту: у сигнального диода 1N4148 (Vishay) прямое падение не больше 1 В при токе 10 мА, допустимое повторяющееся обратное напряжение 100 В.

Светодиод

Светодиод — диод, переход которого светится при прямом токе. Из-за других полупроводниковых материалов прямое падение у него больше: от 1,6 до 3 с лишним вольт в зависимости от цвета. Важно, что ток через светодиод задаёт не он сам, а внешний элемент — последовательный резистор. На резисторе падает разница между питанием и прямым падением:

R=Uпит−UFIFR = \frac{U_\text{пит} - U_F}{I_F}

Параметры берут из даташита. Для красного светодиода Kingbright WP7113ID:

ПараметрЗначение
Прямое напряжение при 10 мА1,9 В типовое, 2,3 В наибольшее
Постоянный прямой токдо 30 мА
Обратное напряжениедо 5 В
Рассеиваемая мощностьдо 75 мВт

Пример: светодиод от 5 В

Подключим WP7113ID к 5 В на ток 10 мА (расчёт наш, по данным даташита).

  1. R = (5 − 1,9) / 0,01 = 310 Ом. Ближайший стандартный номинал вверх — 330 Ом: с большим резистором ток только немного уменьшится.
  2. Реальный ток при типовом падении: (5 − 1,9) / 330 ≈ 9,4 мА, при наибольшем 2,3 В: (5 − 2,3) / 330 ≈ 8,2 мА. Оба значения далеко от предельных 30 мА.
  3. Мощность резистора: 3,1 В · 9,4 мА ≈ 29 мВт — подойдёт любой.
Светодиод с резистором: питание 5 В, R 330 Ом, WP7113ID, ток 9,4 мАОт плюса питания 5 В ток 9,4 мА идёт через резистор R 330 Ом в анод светодиода WP7113ID; катод подключён к общему проводу. Резистор задаёт ток.+5 ВR330 ОмVD1WP7113ID9,4 мА
Светодиод WP7113ID с резистором 330 Ом от 5 В: ток около 9,4 мА

Точность номинала не критична: у Капхальдта в похожем примере вместо расчётных 1,12 кОм ставят 1 кОм — светодиод чуть ярче, или 1,5 кОм — чуть тусклее. Но если светодиодов несколько и они включены параллельно, каждому нужен свой резистор: из-за разброса прямого напряжения общий резистор отдаст почти весь ток одному из них.

Задание

Тот же светодиод WP7113ID нужно питать от 12 В током около 10 мА. Подберите резистор из ряда E24 (…, 910, 1000, 1100, 1200 Ом, …), найдите ток и мощность резистора.

Ответ и решение

R = (12 − 1,9) / 0,01 = 1010 Ом. Ближайший номинал вверх из ряда E24 — 1,1 кОм.

Ток: (12 − 1,9) / 1100 ≈ 9,2 мА.

Мощность резистора: 10,1 В · 9,2 мА ≈ 93 мВт. Резистора на 0,25 Вт достаточно; на 0,125 Вт — уже впритык, лучше не ставить.

Что дальше

Как управлять светодиодом или более мощной нагрузкой от слабого сигнала, расскажет урок 7 о транзисторном ключе. Резистор для одного или нескольких светодиодов с номиналом из ряда посчитает калькулятор резистора для светодиода. Вольт-амперная характеристика, параметры даташита, диоды Шоттки и стабилитроны — в статье «Диоды»; таблица 1N4007, 1N4148 и 1N5819 — на странице диодов 1N4007, 1N4148 и 1N5819. Какой ток выбрать, разбирает ответ «Какой ток нужен светодиоду», а про прямое падение разных цветов — термин «Прямое напряжение светодиода».

Урок основан на учебнике T. R. Kuphaldt «Lessons In Electric Circuits», Vol. III — Semiconductors, лицензия CC BY 4.0. Материал переработан: пересказан по-русски, сокращён и дополнен нашими примерами и данными из даташитов.

Частые вопросы

Как определить анод и катод светодиода?

У обычного выводного светодиода катод — короткий вывод, а на корпусе у катода срезан край (плоская сторона). На схеме катод — черта, в которую упирается треугольник. Если выводы обрезаны, полярность покажет мультиметр в режиме проверки диодов: светодиод слабо засветится, когда красный щуп на аноде.

Почему без резистора светодиод сгорает?

Ток светодиода растёт очень круто при небольшом росте напряжения выше прямого падения, а ограничить его нечем: сопротивление самого светодиода в проводящем состоянии мало. Резистор берёт на себя разницу между питанием и прямым падением и по закону Ома задаёт ток.

Можно ли включить светодиод в обратной полярности?

Он просто не будет светиться, пока обратное напряжение невелико. Но допустимое обратное напряжение у светодиодов маленькое — у Kingbright WP7113ID всего 5 В, — поэтому светодиод нельзя ставить туда, где на него придёт большее обратное напряжение, например прямо в цепь переменного тока.

Источники

  1. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. III — Semiconductors, ch. 3 «Diodes and Rectifiers» — диод как обратный клапан; прямое падение кремниевого диода около 0,7 В, германиевого 0,3 В, мало зависит от тока; обратное напряжение ограничено (PIV); светодиоды: прямое падение от 1,6 до более чем 3 В в зависимости от цвета, типичный ток 20 мА, нужен последовательный резистор; пример 6 В и 1,6 В — 220 Ом, 88 мВт; при 24 В — 1,12 кОм, 448 мВт; плоская сторона и короткий вывод — катод; каждому параллельному светодиоду — свой резистор. CC BY 4.0
  2. Kingbright. WP7113ID, T-1 3/4 (5 мм) красный светодиод, DSAF0012, V.14A, 01/08/2026 — прямое напряжение 1,9 В типовое, 2,3 В наибольшее при 10 мА; постоянный прямой ток до 30 мА; обратное напряжение 5 В; рассеиваемая мощность 75 мВт
  3. Vishay. 1N4148: Small Signal Fast Switching Diodes (doc. 81857, Rev. 1.6, 07-Nov-2024) — прямое напряжение не больше 1 В при 10 мА; повторяющееся обратное напряжение 100 В; постоянный прямой ток 300 мА
  4. IEC 60063:2015. Preferred number series for resistors and capacitors — ряд E24 (те же значения, что в калькуляторе /tools/e-series/): номиналы в примере и задании урока

Нашли ошибку?