Ho studiato e dice che i resistori limitano la corrente che scorre attraverso il LED.
Ma questa affermazione mi confonde perché sappiamo che in un circuito in serie, la corrente è costante in ogni punto, quindi come mai un resistore può limitare il flusso di corrente?
Risposte:
I LED hanno una tensione abbastanza costante attraverso di essi, come 2,2 V per un LED rosso, che aumenta solo leggermente con la corrente. Se si forniscono 3 V a questo LED senza resistore in serie, il LED proverà a impostare una combinazione tensione / corrente per questo 3 V. Non c'è corrente che accompagni questo tipo di tensione, teoricamente sarebbero 10, forse 100 ampere, che distruggerebbero il LED. Ed è esattamente ciò che accade se l'alimentatore può fornire abbastanza corrente.
Quindi la soluzione è un resistore in serie. Se il tuo LED ha bisogno di 20 mA, puoi calcolare il LED rosso nell'esempio
Potresti pensare che anche la fornitura diretta di 2,2 V funzionerà, ma non è vero. La minima differenza nel LED o nella tensione di alimentazione può far illuminare il LED molto fioco, molto luminoso o addirittura distruggerlo. Un resistore in serie assicurerà che lievi differenze di tensione abbiano solo un effetto minore sulla corrente del LED, a condizione che la caduta di tensione sul resistore sia sufficientemente grande.
Il punto è che un LED è comunque un diodo e i diodi hanno una resistenza interna molto piccola (nella direzione "in avanti" ovviamente), quindi a meno che non ci sia qualcos'altro in serie la resistenza complessiva è molto bassa e la corrente è a malapena limitata e questa corrente a malapena limitata può danneggiare il LED e sovraccaricare il circuito che lo alimenta.
Quindi sì, hai perfettamente ragione che la corrente è la stessa in ogni punto del circuito quando gli elementi sono collegati in serie, ma quando aggiungi un resistore aumenti la resistenza complessiva della serie e questo diminuisce la corrente.
Sempre con le risposte complicate ;-). Guardate in questo modo. Cosa succede quando si mette un filo attraverso i terminali di una batteria? In un mondo perfetto ottieni una corrente infinita che scioglie il filo. Lo chiamiamo un breve curcuit. Poiché i diodi sono progettati per avere una resistenza minima in avanti, otteniamo lo stesso effetto di un corto. Inserire un resistore per fornire qualcosa per resistere alla corrente per limitarlo dall'infinito
Immaginalo
Avevi un motore ad acqua la cui velocità era proporzionale al flusso di corrente.
Il motore stesso offriva pochissima resistenza al flusso di corrente: dovevi controllare il flusso di corrente esterno a una pompa.
Hai una pompa in grado di pompare 10 litri al secondo attraverso un tubo di 10 metri al motore, quindi attraverso il motore e poi attraverso un altro tubo di 10 metri sul lato di aspirazione della pompa. (La portata era correlata alla pressione esercitata dalla pompa e alla resistenza della tubazione, ovvero NON a una pompa volumetrica positiva.
Quando la pompa era in funzione, hai scoperto che il motore funzionava MOLTO troppo velocemente e che era necessario limitare il flusso a circa 1 litro / secondo.
Per raggiungere il requisito, è possibile inserire una valvola di riduzione nel circuito per scaricare la maggior parte della pressione e limitare il flusso. La valvola ha funzionato per far cadere una certa quantità di pressione attraverso di essa ad una determinata portata e come regolabile. (Si tratta di quante valvole dell'acqua rel funzionano).
È possibile posizionare la valvola OVUNQUE nel circuito e raggiungerebbe il risultato desiderato. Potrebbe essere all'ingresso o all'uscita della pompa o all'uscita o all'ingresso del motore o in qualsiasi punto di uno dei due tubi.
Questa è una stretta analogia con la tua domanda sui LED. La corrente deve essere limitata poiché è troppo alta senza un limitatore. Il limitatore può essere posizionato ovunque nel circuito.
Con il circuito LED della batteria - resistenza
Il LED ha una certa caduta di tensione definita a una corrente scelta.
Per essere precisi, diciamo che a 20 mA il LED scende esattamente a 3,00 Volt. Questo è tipico di alcuni moderni LED.
Se desideriamo far funzionare il LED a 20 mA, DEVIAMO fare in modo che scenda 3 V - non di più e non di meno.
Se desideriamo utilizzare un'alimentazione a 9 V per far funzionare il LED, N = DEVE "sbarazzarci di" 9-3 = 6B in qualche modo.
Il resistore fa questo.
Per far scendere 6 V a 20 mA, la resistenza necessaria è R = V / I = 6 / 0,02 = 300 ohm.
In questo esempio una batteria da 9 V + una resistenza + un LED funzionerà a 20 mA. La resistenza può essere posizionata prima o dopo il LED. La corrente viene rilasciata attraverso di essa in entrambe le posizioni.
Non è rilevante per questa domanda, ma estremamente importante sapere che la tua affermazione
non è corretto.
Ci sono molti circuiti in cui questo è rue, ma anche molti circuiti in cui non è vero.
Nei circuiti DC con solo componenti resistivi, come questo 1 LED, 1 circuito resistore, allora è vero. MA quando sono presenti componenti reattivi come induttori e condensatori o alcuni altri elementi non lineari, spesso NON è vero.
Concentriamoci su ciò che è importante qui: la curva caratteristica del LED (che è un diodo). Si prega di guardare questa immagine da Wikipedia. Come puoi vedere, per tensioni positive attraverso il diodo la sua corrente aumenta esponenzialmente. Immagina ora di collegare il tuo LED a un alimentatore senza resistenza. Dovresti impostare la tensione esatta attraverso il diodo per ottenere la corrente esatta necessaria per accendere il LED. Se per qualsiasi motivo il tuo alimentatore aumenta un po 'al di sopra della tensione di cui hai bisogno, la corrente sarà esponenzialmente più alta di prima e ciò potrebbe (danneggerà!) Il tuo diodo. Quindi, come può un resistore aiutarci con questo problema? RISPOSTA!Uno dei concetti più importanti in elettronica! Torniamo al nostro esempio e aggiungiamo un resistore in serie con il diodo e l'alimentatore. Ora, ogni volta che l'alimentatore supera la sua tensione nominale, il diodo aumenterà nuovamente la sua corrente in modo esponenziale, ma poiché la corrente è aumentata, anche la tensione attraverso il resistore sarà più alta, il che significa che la tensione attraverso il diodo diminuirà, compensando l'alimentazione aumento di tensione.
Un LED è un diodo costituito da un materiale semiconduttore che genera fotoni di luce quando la corrente scorre attraverso il materiale. Più corrente passa attraverso il LED, più luce emette il LED, più luminoso sarà. Tuttavia esiste un limite superiore che è la quantità di corrente sufficiente a danneggiare il LED.
Un LED offre poca resistenza alla corrente che lo attraversa. Gran parte della poca resistenza che offre proviene dall'energia persa dalla luce emessa e la generazione di fotoni è così efficiente che la resistenza è piuttosto trascurabile. Tuttavia all'aumentare della corrente, aumentando la quantità di luce, il LED a un certo punto fallirà perché la quantità di corrente che passa attraverso il LED provoca guasti materiali. Con quantità sufficientemente elevate di corrente, la vaporizzazione catastrofica del materiale può provocare una piccola esplosione all'interno dell'involucro esterno del LED. Con i livelli di corrente più bassi rilevati nei circuiti digitali 3.3v o 5v, il risultato più probabile è che il materiale semiconduttore non funziona e smette di condurre e il LED non si illumina più.
In che modo la tensione del circuito influisce sull'assorbimento di corrente di un LED? Poiché un LED è un tipo di diodo, l'equazione del diodo Shockley descrive la corrente che un diodo consente a vari livelli di tensione. L'equazione mostra che i risultati della funzione Shockley per un determinato intervallo di tensione seguono una curva esponenziale. Ciò significa che piccoli cambiamenti nella tensione possono apportare grandi cambiamenti nella corrente. Pertanto, l'utilizzo di un LED in un semplice circuito la cui tensione è superiore alla tensione diretta del LED rischia di far assorbire sorprendentemente più corrente del LED rispetto ai livelli raccomandati, causando un guasto del LED.
Vedi l' argomento Wikipedia Circuito LED e l' argomento Wikipedia Equazione del diodo di Shockley .
Quindi l'idea è di progettare il circuito LED in modo da limitare la quantità di corrente che scorre attraverso il LED. Vogliamo bilanciare avendo abbastanza corrente per causare il livello di luminosità desiderato senza avere così tanto che il materiale LED non riesce. Il metodo più comune per limitare la corrente è aggiungere un resistore al circuito.
Un LED dovrebbe avere una scheda tecnica che descriva le caratteristiche elettriche e le tolleranze del LED. Ad esempio, vedere questa scheda tecnica Modello: YSL-R531R3D-D2 .
Le prime caratteristiche a cui siamo interessati sono (1) qual è la corrente massima che il LED può sostenere prima che sia possibile un guasto del materiale con conseguente guasto del LED e (2) qual è l'intervallo di corrente raccomandato. Questi e altri valori nominali massimi per un tipico LED rosso standard (LED diversi avranno valori diversi) sono in una tabella come duplicato di seguito.
Nella tabella della scheda tecnica per questo LED rosso standard vediamo che la corrente massima è di 20 mA con l'intervallo raccomandato compreso tra 16 mA e 18 mA. Questa gamma consigliata è la corrente per cui il LED è al massimo della sua luminosità senza rischiare di danneggiare il materiale. Vediamo anche che la dissipazione di potenza nominale è di 105mW. Vogliamo assicurarci che nel nostro design del circuito LED rimangiamo all'interno di queste gamme consigliate.
Guardando nella tabella seguente troviamo un valore di Forward Forward per il LED di 2.2v. Il valore di Forward Forward è la caduta di tensione quando la corrente fluisce attraverso il LED in avanti, dall'anodo al catodo. Vedere Cos'è la tensione "diretta" e "inversa" quando si lavora con diodi? .
Se dovessimo usare questo LED in un circuito con 2,2 V e una corrente di 20 mA, il LED dissiperà 44mW, che è ben all'interno della nostra zona di sicurezza di dissipazione di potenza. Se la corrente cambia da 20 mA a 100 mA, la dissipazione sarà 5 volte maggiore o 220 mW, che è ben al di sopra della dissipazione di potenza nominale di 105 mW per il LED, quindi potremmo aspettarci che il LED fallisca. Vedi Cosa succede al mio LED quando fornisco troppa corrente? .
Per ridurre la corrente attraverso il LED ai livelli raccomandati, introdurremo una resistenza nel circuito. Quale valore di resistenza dovremmo usare?
Calcoliamo un valore di resistenza utilizzando la legge Ohm, V = I x R. Tuttavia faremo una trasformazione algebrica perché vogliamo risolvere la Resistenza piuttosto che la Tensione, quindi usiamo invece la formula R = V / I.
Il valore per I, corrente in ampere, è abbastanza ovvio, consente di utilizzare solo il minimo consigliato di 16mA o .016A dalla scheda tecnica LED nella formula trasformata. Ma quale valore dovremmo usare per volt, V?
Dobbiamo usare la caduta di tensione della resistenza che è il contributo che la resistenza fornisce alla caduta di tensione totale dell'intero circuito. Quindi dovremo sottrarre il contributo di caduta di tensione del LED dalla tensione del circuito totale per determinare il contributo di caduta di tensione necessario dal resistore. La caduta di tensione di un LED è il valore di tensione diretta, la caduta di tensione in avanti da anodo a catodo, dalla tabella sopra.
Per un progetto Raspberry Pi standard che utilizza la guida 3.3v come fonte di alimentazione, il calcolo sarebbe (3.3v - 2.2v) / .016A = 69 ohms (rounding 68.75 up)
Quindi perché un valore di resistenza come 200 ohm è comunemente usato quando i calcoli indicano 69 ohm?
La risposta semplice è che una resistenza da 200 ohm è una resistenza comune inclusa in molti kit di esperimenti. Vogliamo utilizzare un resistore comune se la luce emessa dal LED non diminuirà sensibilmente.
Quindi, se passiamo da una resistenza da 69 ohm a una resistenza da 200 ohm, qual è il cambiamento nella corrente? Ancora una volta usiamo la legge di Ohm questa volta per risolvere la corrente nel circuito, I = V / Ro 3.3v / 200 ohms = .0165Ae quando guardiamo la scheda tecnica dei LED vediamo che questo valore è nell'intervallo raccomandato da 16 mA a 18 mA, quindi il LED dovrebbe essere sufficientemente luminoso.
Semplicemente, il led ha una bassa resistenza, se collegato a un solo battaglione la corrente che lo attraversa sarà molto alta (I = V / R), alta corrente significa più potenza dissipata nella resistenza del piccolo led, che porta a bruciare il diodo (termicamente), perché il materiale ha una costante trasfear di calore molto bassa.
Si noti che potenza dissipata = (I ^ 2 × R).