Cadute di tensione e corrente per LED?

Ho creato il seguente circuito su una breadboard e ho usato l'alimentatore Arduino Uno 3.3V per l'alimentazione:

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
 |                              ```````    |
 |                                         |
(3.3V)                                     |
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Sul sito Web di Arduino viene menzionato che il pin da 3,3 V ha una corrente di 0,05 A. Secondo KVL questo ci darebbe 3,3 V - (330 Ohm * 0,05 A) - Caduta di tensione attraverso il LED = 0

Secondo l'equazione La caduta di tensione sui LED sarà negativa e quindi il LED NON dovrebbe accendersi. Tuttavia, sulla breadboard il LED si illumina ... PERCHÉ? Questo va completamente contro la teoria di base ... è normale? o è possibile solo perché ho fatto un errore da qualche parte? = O

Il problema è che non capisci (ancora) la teoria di base corretta da applicare :-).

Tuttavia, congratulazioni per aver provato a risolverlo da solo. Continuate così e presto imparerete a calcolarlo correttamente.

La tensione, la corrente e la resistenza possono essere modellate ragionevolmente bene mediante un'analogia dell'acqua. La tensione è simile alla pressione di pompaggio o alla pressione di "prevalenza" in un serbatoio, la corrente è simile al flusso di corrente e la resistenza è simile alla resistenza del tubo al flusso d'acqua o alla resistenza al flusso offerta da un motore idraulico.

Quindi l '"errore" con il tuo modello sta assumendo che l'attuale valutazione di Arduino sia stata ciò che ha guidato ciò che è accaduto, quando ciò che conta è la tensione o la pressione di pompaggio.

Se il circuito 3V3 di Arduino ha una potenza nominale di 50 mA, questa è la corrente massima a cui dovrebbe essere consentito il flusso e non la quantità di corrente che deve fluire.

Usando il tuo schema circuitale di arte ASCII:

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
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(3.3V)                                     |
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L'equazione chiave qui (una disposizione della legge di Ohm) è

• I = V / R

Ciò dice che la corrente aumenterà all'aumentare della tensione applicata e diminuirà all'aumentare della resistenza. C'è un fattore in più inserito qui solo per rendere le cose più interessanti. I LED agiscono approssimativamente come un "dissipatore" a tensione costante. Cioè, quando la corrente viene aumentata oltre un certo limite iniziale, la tensione non aumenterà linearmente con la corrente: aumenterà ma a una velocità inferiore rispetto alla velocità di aumento della corrente.

Riorganizzando quell'equazione che ottieni

• R = V / I

Ciò consente di calcolare il valore di resistenza richiesto necessario per ottenere una data corrente con una determinata tensione disponibile. Prima di poterlo applicare c'è un "gotcha" che dobbiamo capire.

Se utilizzati nelle loro gamme di corrente progettuali, la maggior parte dei LED ha una gamma ragionevolmente limitata di cadute di tensione. Un moderno LED bianco può iniziare a emettere luce in modo visibile con una "caduta" di circa 2,8 V sul LED, con una caduta di 3V3 (= 3,3 Volt) a 20 mA (che è in genere la corrente massima di progettazione per LED con piombo da 3mm e 5mm ,) e bruciano per eccesso di corrente, ad esempio 3V8 attraverso il LED. Le figure tipiche varieranno, ma questo dà un'idea. Un moderno LED rosso può avere una caduta di tensione diretta quando viene azionato a una corrente nominale di 2,5 V e un LED a infrarossi può funzionare a 1,8 V tipico. Quando si calcola la corrente del LED, è possibile iniziare utilizzando la tipica caduta di tensione diretta dal foglio dati del LED.

LED rosso tipico

Ecco la scheda tecnica per un tipico LED rosso moderno . È un Kingbright WP7113ID. L'ho scelto trovando il LED piombato da 5mm in stock più economico venduto da Digikey. In 1 è di 11 centesimi di dollaro USA.

Il foglio dati dice che la tensione diretta è in genere 2,0 V a 20 mA, quindi userò quella cifra.

Funzionamento a 20 mA

Poiché il LED ha una tensione approssimativamente costante attraverso di esso, dobbiamo sottrarre quella tensione dalla tensione disponibile che "pomperà" la corrente attraverso il resistore. Progetteremo il circuito in modo da fornire 20 mA - il valore massimo nominale dei LED. Quindi la nostra formula precedente diventa.

• R = (V_supply - V_LED) / I

Per V_LED = 2v0 e Vsupply = 3V3 otteniamo

• R = (3.3 - 2.0) / .020 = 1.3 / .02 = 65 ohm.

68 Ohm è il valore di resistenza "E12" * standard più vicino.

La caduta di tensione sul resistore = 3,3 - 2,0 = 1,3 V - come sopra. La scheda tecnica dice che il LEf Vf può essere fino a 2 V5 a 20 mA. Vediamo cosa succederebbe se usassimo un LED con Vf = 2,5 V a 20 mA.

Come sopra I = V / R = (Vsupply-VLED) / R

Qui ora usiamo I = (3.3-2.5) / 68 = 0.8 / 68 = 0.00176A ~ = 12 mA.

Quindi abbiamo progettato per 20 mA ma abbiamo ottenuto circa 12 mA in questo caso. Allo stesso modo, se il LED Vf fosse stato inferiore a 2,0 V a 20 mA (come può accadere) la corrente sarebbe stata superiore a 20 mA. Nel complesso, la corrente del LED potrebbe variare di> 2: 1 a causa delle variazioni di produzione nella Vf dei LED. Questo è il motivo per cui il design "reale" del drive LED utilizza sorgenti di corrente costante o circuiti che si avvicinano a una sorgente di corrente costante. Ma questa è un'altra storia.

Funzionamento con resistenza da 330 ohm

Per la tua resistenza 330R.

Con LED Vf = 2V0. I_LED = V / R = (3.3-2V) / 330 = ~ 4 mA

Con LED Vf = 2V5. I_LED = V / R = (3.3-2.5V) / 330 = ~ 2.4 mA

Il foglio dati non dice quale sia il minimo Vf - solo tipico e massimo - ma supponiamo che sia 1,8 V.

I_LED = V / R = (3.3-1.8) / 330 = 4.5 mA

Quindi la corrente del LED può variare da 2,4 mA a 4 mA = un rapporto 1: 1.666 a seconda del LED Vf.

MA il Vf nella scheda tecnica era a 20 mA. Quando la corrente scende, Vf cadrà "in qualche modo". Ecco le caratteristiche del LED scelto dal suo foglio dati.

Possiamo vedere che Vf è di circa 1,7 V a 2 mA e di circa 1,78 V a 4 mA, quindi il valore assunto di 1,8 V è abbastanza buono per i nostri scopi.

• E12 - serie di resistori più comuni con precisione del 5% - 12 resistori per decennio.

Serie di numeri preferiti: cerca E12, quindi leggi anche il resto :-)

E12 specifico - valori e codici colore - più focalizzato ma meno utile nel complesso

Devi iniziare con la caduta di tensione del LED. È ciò che determina la corrente, non il contrario. Il motivo è che la tensione del LED è più o meno fissa, mentre la corrente sarà variabile e si adatterà alle esigenze del circuito.
KVL è davvero ciò di cui hai bisogno. Se la caduta di tensione del LED fosse 2 V, la tensione del resistore sarebbe 3,3 V - 2 V = 1,3 V, e quindi la corrente nel circuito

$I = \dfrac{1.3V}{330\Omega} = 4mA$

Quindi, se la caduta di tensione sul resistore sarebbe troppo grande, si regola automaticamente su un valore più basso abbassando la corrente.

Nota: il 50mA è ciò che il pin può fornire. Ciò che offre in realtà dipende da ciò che viene richiesto dal circuito e che non dovrebbe essere più elevato. E nel nostro caso è molto più basso, quindi va bene.

Per la maggior parte delle situazioni il calcolo di cui sopra, che suppone una caduta di tensione fissa del LED, è sufficiente, ma a volte si desidera una risposta più esatta, che tenga conto della tensione diretta variabile. La maggior parte delle volte non avrai un'equazione per la corrente rispetto alla tensione diretta, ma solo un grafico. Ciò significa che non puoi risolverlo analiticamente. Vedremo che è facile da risolvere graficamente.

$\Omega$$\dfrac{3V}{100\Omega}$
$\dfrac{3V - 2V}{100\Omega}$

Vedi anche questa domanda per scoprire come calcolare il valore del resistore.

Due possibilità:

• la valutazione attuale è ciò che il dispositivo di sourcing è in grado di gestire senza danni / surriscaldamento, ma non qualcosa che adotta misure per limitarsi a

• la caduta di tensione attraverso il LED è maggiore di quanto si pensi, quindi la caduta di tensione attraverso la resistenza e la corrente attraverso di essa sono inferiori a 50 ma. Un foglio dati a LED casuale che ho appena estratto elencava una tensione diretta di 1,85 V - che ti darebbe una caduta di 1,45 V attraverso il resistore e una corrente di 44 mA (che è il doppio di quanto è raccomandato per il LED che ho scelto - potresti prendere in considerazione una resistenza più grande: i vecchi kit radio shack userebbero 680 ohm con una batteria da 3 v)

Se hai un voltmetro (o forse l'ingresso analogico dell'arduino) puoi misurare la tensione del nodo tra la resistenza e il LED e determinare le rispettive cadute attraverso la resistenza e il LED, e quindi la corrente dalla caduta attraverso la resistenza nota .

La breve risposta:

La corrente non sarà di 0,05 A semplicemente perché le specifiche per l'alimentazione indicano 0,05 A; quando una specifica di alimentazione fornisce una corrente, questo è solo il massimo che dovresti provare a prendere da essa. Ciò che si ottiene effettivamente per la corrente dipende dal carico.

Detto questo, puoi ottenere risposte quantitative per questo caso particolare da alcuni dei bei grafici che sono stati forniti nelle altre risposte.