Светодиод нельзя подключать к источнику напряжения напрямую: его ток резко растёт даже при небольшом превышении прямого напряжения. Самый простой ограничитель — последовательный резистор. Его сопротивление равно напряжению, которое на нём должно упасть, делённому на ток светодиода: R = (Uпит − Uf) / I. Например, для белого светодиода (3,2 В, 20 мА) от 12 В нужен резистор 440 Ом — ставят ближайший больший стандартный, 470 Ом.
Как пользоваться калькулятором
- Введите напряжение питания. Для батарей берите максимальное значение: у свежего Li-ion аккумулятора это 4,2 В, а не номинальные 3,7 В.
- Выберите цвет светодиода или введите прямое напряжение Vf из даташита. Пресеты — типичные значения для индикаторных светодиодов 3–5 мм.
- Задайте ток. Для обычных 5 мм светодиодов максимум 20 мА, а для индикации на панели часто хватает 2–5 мА.
- Если светодиодов несколько, укажите, сколько их соединено последовательно в одной цепочке и сколько таких цепочек включено параллельно.
Формулы
Для цепочки из последовательных светодиодов:
Калькулятор берёт ближайшее большее значение из выбранного ряда, пересчитывает реальный ток и мощность:
Номинальную мощность резистора выбирают как минимум вдвое больше рассеиваемой. Доля мощности, которая доходит до светодиодов, равна — остальное уходит в тепло на резисторе.
Пример расчёта
Белый светодиод, В, ток 20 мА, питание 12 В:
В ряду E24 после 430 Ом идёт 470 Ом. Реальный ток мА, мощность на резисторе Вт — нужен резистор на 0,5 Вт. КПД всего 27 %: почти три четверти энергии уходит в тепло на резисторе.
Если включить три таких светодиода последовательно, на резисторе останется В, сопротивление Ом, мощность 0,048 Вт, а КПД вырастет до 80 %. Поэтому от 12 В выгоднее питать цепочки по три светодиода.
Прямое напряжение светодиодов
| Светодиод | Vf типично, В | Диапазон, В |
|---|---|---|
| Красный | 2 | 1,8–2,5 |
| Оранжевый | 2 | 1,9–2,5 |
| Жёлтый | 2,1 | 1,9–2,5 |
| Зелёный (GaP, тусклый) | 2,2 | 2–2,6 |
| Зелёный (InGaN, яркий) | 3,2 | 2,8–3,6 |
| Синий | 3,2 | 2,8–3,6 |
| Белый | 3,2 | 2,8–3,6 |
| Ультрафиолетовый | 3,4 | 3–4 |
| Инфракрасный 940 нм | 1,3 | 1,1–1,6 |
Прямое напряжение зависит от материала кристалла, тока и температуры: при нагреве оно снижается. Значения в таблице — ориентир для индикаторных светодиодов при 20 мА; для расчёта лучше взять Vf из даташита конкретной модели.
Последовательно или параллельно
Последовательная цепочка — лучший вариант: ток через все светодиоды одинаков, а резистор один. Ограничение — сумма прямых напряжений должна быть заметно меньше напряжения питания. Если на резисторе остаётся меньше 15–20 % питания, ток начинает сильно зависеть от разброса Vf и температуры; калькулятор предупреждает об этом.
Параллельные ветви — каждой нужен свой резистор. Два светодиода с одним общим резистором делят ток неравномерно: при Vf 3,1 и 3,3 В почти весь ток пойдёт через первый.
Советы и ограничения
- Вывод микроконтроллера. У ATmega328P абсолютный максимум — 40 мА на вывод, но выходное напряжение под нагрузкой проседает, а суммарный ток портов ограничен. Для индикации берите 5–10 мА; для более мощной нагрузки используйте транзисторный ключ.
- Обратное напряжение. Светодиоды выдерживают в обратном направлении всего около 5 В. При питании переменным напряжением параллельно светодиоду встречно включают обычный диод.
- Мощные светодиоды на 350 мА и больше питают от драйвера — источника стабильного тока. Простой вариант — LM317 в режиме источника тока.
- Если нужного номинала нет, его можно получить из двух резисторов в калькуляторе последовательного и параллельного соединения.
Частые вопросы
Какой резистор нужен для светодиода на 12 вольт?
Для белого или синего светодиода (около 3,2 В при 20 мА) расчёт даёт 440 Ом, ближайший стандартный номинал вверх — 470 Ом, мощность резистора 0,5 Вт. Для красного (около 2 В) — 500 Ом, берут 510 Ом на 0,5 Вт. Точное прямое напряжение возьмите из даташита своего светодиода.
Какой резистор нужен для светодиода на 5 вольт?
Для красного светодиода при токе 20 мА — 150 Ом, для белого или синего — 91 Ом. Если светодиод подключён к выводу микроконтроллера, ток лучше снизить до 5–10 мА: современные светодиоды хорошо светят и при таком токе.
Можно ли подключить несколько светодиодов параллельно через один резистор?
Нельзя: прямое напряжение у светодиодов отличается на десятые доли вольта, и почти весь ток пойдёт через тот, у которого оно меньше. Он перегреется, его напряжение ещё снизится, и диод выйдет из строя. Каждой параллельной ветви нужен свой резистор.
Почему номинал округляется вверх, а не до ближайшего?
Чтобы ток не превысил заданный. Больший резистор немного уменьшает ток и яркость, что почти незаметно, а меньший может вывести ток за пределы допустимого с учётом разброса прямого напряжения.
Какой мощности нужен резистор?
Мощность, выделяемая на резисторе, равна квадрату тока, умноженному на сопротивление. Резистор выбирают с запасом минимум в два раза: при 0,165 Вт рассеиваемой мощности ставят резистор на 0,5 Вт. Калькулятор подбирает такой номинал мощности сам.
Источники
- Microchip. ATmega328P datasheet (DS40002061) — предельный ток вывода порта, раздел Electrical Characteristics
- IEC 60063:2015. Preferred number series for resistors and capacitors — ряды номиналов E12, E24, E96
Обновлено . Нашли ошибку в расчёте? Напишите нам.