Ta strona używa ciasteczek (plików cookies), dzięki którym może działać lepiej. Dowiedz się więcejRozumiem i akceptuję
30% rabatu »Setki ebooków o elektronice i programowaniu - kod: SANTAFORBOT. Sprawdź polecane bestsellery »

Jak dobrać rezystor do diody? Różne metody zasilania LED!

Podstawy 08.08.2017 Michał, Damian

led_diody_2Diody znajdują zastosowanie w wielu projektach. Niestety nie wszyscy potrafią dobrać rezystor do LEDa lub całkiem go pomijają. Wtedy dioda może zostać uszkodzona w ułamku sekundy!

W tym poradniku przedstawiamy przepis, jak dobrać rezystor do diody. Sprawdzamy również różne sposoby zasilania LEDów.

Artykuł został napisany z myślą o początkujących jako uzupełnienie naszego kursu elektroniki. W tym poradniku, oprócz odpowiedzi na pytanie: jak dobrać rezystor do diody, znaleźć można wytłumaczenie dlaczego tak jest i skąd biorą się wszystkie wzory oraz wartości. Zależy nam na dokładnym wyjaśnieniu podstaw, więc nie poruszamy tutaj bardziej „rozbudowanych” metod sterowania np. z użyciem źródeł prądowych, które nie są potrzebne początkującym.

Rezystor jest konieczny!

Na wstępie od razu warto zapamiętać, że rezystor musi towarzyszyć diodzie świecącej (LED). Nieważne, czy podłączamy ją do baterii/Arduino/Raspberry Pi lub czegoś innego, rezystor jest konieczny, ponieważ dioda jest elementem sterowanym prądowo!

Brak rezystora może uszkodzić diodę lub układ,
do którego ją podłączamy (np. Arduino/Raspberry Pi)!

Żywot diody zasilanej bez rezystora jest krótki, co widać na poniższej animacji:

Dlaczego? Diody świecące (LED) są bardzo „zachłanne” i chciałyby pobrać tak dużo prądu, jak to tylko możliwe. Niczym dziecko, które zje wszystkie słodycze znalezione w szafce. O ile takiego młodego odkrywcę jedynie rozboli brzuszek, to dioda, która „zje” cały dostępny prąd zacznie się grzać, co doprowadzi do przegrzania i uszkodzenia jej struktury! Konieczny jest więc opiekun w formie rezystora, który ograniczy ilość prądu „zjadanego” przez diodę.

Dioda bez rezystora, jest jak dziecko z nieograniczonym dostępem do zapasu słodyczy!

Osoby, które nie chcą zrozumieć tego zagadnienia mogą
ograniczyć się do zapamiętania prostego wzoru: R = (Uzas – Udiody) / Idiody

Zainteresowany dokładnym wyjaśnieniem tematu? Zaczynajmy!

Prąd przewodzenia diody świecącej

Pod względem zasady działania, diody świecące są bardzo podobne do diod prostowniczych. Inne jest jednak wykonanie. Pierwszą zasadniczą różnicą jet materiał półprzewodnikowy.

W przypadku diod prostowniczych jest to zazwyczaj krzem. LEDy wykonuje się z różnych półprzewodników w zależności od koloru, w którym mają świecić. Materiał determinuje napięcie przewodzenia, czyli napięcie odkładające się na LED, gdy płynie przez nią prąd przewodzenia.

Napięcie przewodzenia, to minimalne napięcie, przy którym przez diodę zaczyna płynąć prąd (prąd przewodzenia) i krótko mówiąc zaczyna ona wtedy świecić!

Napięcie przewodzenia i prąd przewodzenia.

Napięcie przewodzenia i prąd przewodzenia.

Warto zapamiętać: każda dioda charakteryzuje się innym napięciem przewodzenia, co jest ważne podczas doboru rezystora.

Napięcie przewodzenia zależy od:

  • temperatury otoczenia,
  • wartości płynącego prądu (im wyższy, tym większe napięcie odkłada  się na diodzie),
  • zastosowanego przez producenta materiału półprzewodnikowego.

Jaki prąd może płynąć przez diodę?

Popularne diody świecące, pracują typowo z maksymalnym prądem ciągłym 20-30 mA. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w nocie katalogowej konkretnej diody. Niestety, to może być ciężkie, bo na elementach tych nie znajdziemy symbolu producenta…

Wycinek z noty katalogowej czerwonej diody L-53ID.

Na szczęście aktualnie produkowane LEDy świecą wyraźnie nawet przy znacznie mniejszym prądzie rzędu 2-3 mA, więc nie trzeba dostarczać im zawsze maksymalnego prądu.

Zasilanie typowych diod sygnalizacyjnych (z kolorową soczewką)
prądem większym od 10mA nie ma większego sensu.
Intensywność ich świecenia nie wzrośnie znacząco!

Przykładowe porównanie diod, przez które płynie różny prąd – od lewej ~21 mA (rezystor 330R), ~7 mA (rezystor 1k), ~1 mA (rezystor 10k). Zdjęcie nie oddaje jasności poszczególnych LEDów, warto wykonać samodzielnie taki test!

Porównanie jasności świecenia diod zasilanych różnym prądem od 1 do 21mA.

Porównanie jasności świecenia diod zasilanych różnym prądem od 1 do 21 mA.
Wykorzystana uniwersalna podstawka.

Warto zapamiętać: im większy prąd płynie przez diodę (w bezpiecznym zakresie), tym jaśniej będzie ona świecić. W wielu zastosowaniach różnice w jasności nie będą jednak robiły wielkiej różnicy.

Jakie napięcie odkłada się na diodzie?

Producenci określają nominalne napięcie przewodzenia. Wartość ta będzie różna dla każdego rodzaju diody. Na szczęście nie trzeba za każdym razem sprawdzać wartości w dokumentacji. Wystarczy korzystać z przykładowej tabeli, która zawiera bezpieczne przedziały napięcia:

Napięcie przewodzenia diod w zależności od kolorów.

Napięcie przewodzenia diod w zależności od kolorów.

Tabelę oraz inne najważniejsze informacje znaleźć można
na naszych kieszonkowych tablicach do kursu elektroniki, poziom I.

Powyższa tabela zawiera wartości, które zostały spisane z przykładowych not katalogowych najpopularniejszych producentów diod świecących. Oczywiście można znaleźć przykłady, które nie będą pasowały do zestawienia (np. w przypadku diod superjasnych lub diod dużej mocy). Jednak w przypadku zwykłych, popularnych LEDów można spokojnie bazować na tej tabeli!

Dlaczego kontrolujemy prąd płynący przez diodę?

Praktycznie nie da się poprawnie kontrolować pracy diody poprzez ustalenie na niej określonego napięcia. Musiałoby ono podążać za zmianami temperatury i zmianami struktury, co nie jest proste. Dlatego stosuje się zasilanie określonym, stałym prądem.

Najprościej zrozumieć to następująco: przepuszczamy przez diodę prąd o żądanym natężeniu (np.10 mA), a napięcie przewodzenia na niej ustala się samo. 

Jak dobrać rezystor do diody?

Do zasilenia LEDa wystarczy źródło zasilania oraz element ograniczający prąd, czyli rezystor. W jaki sposób ma on spełnić swoje zadanie? Załóżmy, że do dyspozycji mamy baterię 9V oraz diodę koloru czerwonego, przez którą powinno popłynąć 7 mA, czyli 0,007 A.

Schemat połączeń (z zaznaczonym napięciem odkładającym się na diodzie i rezystorze):

Podłączenie jednej diody LED.

Zgodnie z zasadami świata elektroniki napięcie z baterii rozłoży się na rezystor i diodę:

Znamy prąd, jaki ma płynąć w tym obwodzie (7 mA), więc trzeba skorzystać z prawa Ohma:

Powyższy wzór pozwala obliczyć wartość rezystora, przez który należy zasilić diodę! Warto zapamiętać wzór w takiej postaci!

Jakie przyjąć napięcie przewodzenia diody? Wiadomo tylko, że świeci na czerwono, nie posiada oznaczeń. Rozsądna będzie wartość pośrednia z naszej tabeli, czyli 1,9 V.

Wyliczona wartość rezystora:

R = (9V – 1,9V) / 0,007A ≈ 1014Ω

Jak łatwo się zorientować (spoglądając na oferty sklepów z elektroniką) nie znajdziemy takiego rezystora. Wszystko wynika z pewnego standardu, zgodnie z którym produkowane są elementy. Więcej na ten temat, czyli o typoszeregach, będzie za chwilę. Teraz przyjmijmy, że skorzystamy z dostępnego rezystora 1000Ω, czyli 1kΩ.

Czy będzie miało to duży wpływ na zasilanie LEDa? Sprawdźmy obliczając prąd płynący przez diodę przy założeniu, że znamy napięcie zasilania, napięcie odkładające się na diodzie oraz dokładną wartość rezystora (korzystamy z przekształconego prawa Ohma):

Imax1 = (9V – 1,9V) / 1014Ω ≈ 7,0019 mA
Imax2 = (9V – 1,9V) / 1000Ω ≈ 7,1 mA

Różnica jest na tyle mała (0,09mA), że w tym wypadku zdecydowanie
nie musimy się tym przejmować!

Zanim przejdziemy dalej, pora na szybki test, czy układ działa poprawnie i dioda świeci:

Dioda świeci, czyli układ działa poprawnie! Wykorzystana uniwersalna podstawka.

Tak na prawdę ważniejsze jest, że nie wiemy jednak jakie jest dokładnie napięcie przewodzenia diody. Sprawdźmy więc jak parametr ten wpłynie na prąd płynący przez LED. Założymy przy tym, że opornik ma rezystancję równą dokładnie 1000Ω, a napięcie baterii, to dokładnie 9V. W miejscu napięcia przewodzenia diody wstawiamy do wzoru skrajne wartości z naszej tabelki.

Imax = (9V – 1,6V) / 1000Ω = 0,0074A = 7,4mA

Imin = (9V – 2,2V) / 1000Ω = 0,0068A = 6,8mA

Odchyłka względem planowanych 7mA może wynieść maksymalnie 0,4mA, czyli zaledwie 6%. Eksperyment ten potwierdza, że nie trzeba do obliczeń korzystać z bardzo precyzyjnych danych na temat napięcia przewodzenia diody – ewentualna odchyłka i tak będzie minimalna.

Sprawdźmy jaki prąd płynie w prawdziwym obwodzie! W tym celu do złożonego układu dodajemy szeregowo amperomierz. Jak widać uzyskany wynik pokrywa się z powyższymi obliczeniami!

Pomiar poboru prądu przez diodę. Wykorzystana uniwersalna podstawka.

Napięcie zasilania nie może być zbyt niskie!

Sprawdźmy teraz, co się stanie, jeżeli tę samą czerwoną diodę zasililibyśmy ze źródła o napięciu 2,5V. W pierwszej kolejności, należy obliczyć rezystor. Przyjmijmy, jak poprzednio, Udiody = 1,9V.

R = (2,5V – 1,9V) / 0,007A = 85Ω

W tym wypadku potrzebny byłby rezystor 85Ω, oczywiście takiej wartości również nigdzie nie kupimy. Jednak zostawmy ją do dalszych obliczeń, aby nie wprowadzać zamieszania. Teraz oszacujmy, w jakim przedziale będzie się znajdował prąd przewodzenia, jeżeli napięcie przewodzenia diody osiągnie skrajne wartości:

Imax = (2,5V – 1,6V) / 85Ω = 10,5 mA

Imin = (2,5V – 2,2V) / 85Ω = 3,5 mA

Tutaj odchyłka może wynieść już 3,5 mA
od przyjętej wartości 7 mA, czyli aż 50%!

Zastanówmy się, co jest przyczyną tych rozbieżności. Zmianie uległo jedynie napięcie zasilające: zmalało z 9V do 2,5V. Przełożyło się to na mniejsze napięcie do odłożenia na rezystorze. Wtedy niewielkie wahania napięcia przewodzenia spowodowały drastyczną zmianę prądu diody.

Warto zapamiętać, że: na rezystorze ograniczającym prąd należy odłożyć jak najwyższe napięcie, o ile tylko jest taka możliwość. Wpłynie to pozytywnie na stabilizację prądu przewodzenia diody.

Niestety, im większe napięcie odkłada się na rezystorze, tym większa moc pobrana ze źródła zasilania jest marnowana. Na oszczędzaniu energii zależy nam przede wszystkim przy zasilaniu bateryjnym. Zawsze należy więc przyjąć bezpieczny kompromis.

Typoszeregi – ograniczenia wartości rezystorów

W poprzedniej sekcji wyniki obliczeń podpowiedziały rezystor o wartości 85Ω. Rzeczywistość jest jednak bardziej brutalna, ponieważ takiego elementu nie da się kupić.

Producenci wytwarzają elementy w tzw. typoszeregach. Wartości (tutaj: rezystancji) zostały sprowadzone do liczb z przedziału [1;10), po czym mnoży się je przez całkowite potęgi liczby 10. Tak zostają usystematyzowane wszystkie rezystancje. Przykładowo, najprostszy typoszereg E3 zawiera trzy wartości: 1, 2,2 i 4,7.

Oporniki produkowane w tym typoszeregu mogą mieć…

[1/2] Czytaj dalej, druga część artykułu »

Powiadomienia o nowych, darmowych artykułach!

Komentarze

Treker
Administrator

12:19, 08.08.2017

#1

Jak łatwo się domyślić artykuł był pisany z myślą o początkujących. Dlatego celowo pominęliśmy inne typy diod (np. diody mocy), źródła prądowe itd. Skupiliśmy się na tym, co sprawia największe problemy początkującym adeptom elektroniki. Mam nadzieję, że ten artykuł rozwiąże problem raz na zawsze :)

PyNone

12:29, 08.08.2017

#2

Nadal nie rozumiem czym tak naprawdę jest prąd przewodzenia i napięcie przewodzenia. Ktoś może mi to wytłumaczyć?

Sabre

12:56, 08.08.2017

#3

PyNone, napięcie przewodzenia to minimalne napięcie, przy którym przez diodę zaczyna płynąć prąd (prąd przewodzenia) i krótko mówiąc zaczyna ona wtedy świecić. Dla przykładu, diody czerwone mają zazwyczaj napięcie przewodzenia około 1,6V do 2,2V. Dioda ta nie zacznie świecić gdy zasilisz ją z jednej baterii 1,5V (typowego paluszka) ponieważ napięcie tej baterii jest niższe niż napięcie przewodzenia diody. To samo dioda biała mająca napięcie przewodzenia około 3V nie będzie świeciła na jednym paluszku, bo po prostu napięcie jest zbyt niskie. Ledy potrzebują pewnego minimalnego napięcia, aby w ogóle zaczął przez nie płynąć prąd. Poniżej tego napięcia (przewodzenia), nie świecą.

A prąd przewodzenia to prąd jaki płynie przez diodę gdy zacznie ona świecić, czyli przewodzić prąd :D.

Treker
Administrator

12:58, 08.08.2017

#4

PyNone, Sabre mnie już wyręczył z odpowiedzią - od siebie dodam, że warto to wszystko sprawdzić w praktyce, pomierzyć itd. Na pewno wtedy łatwiej zrozumieć temat :)

Sabre

13:09, 08.08.2017

#5

Dodam jeszcze, że to napięcie przewodzenia można zmierzyć :). Można również zmierzyć rzeczywiste napięcie jakie aktualnie odkłada się na diodzie przy znanym płynącym prądzie. Wystarczy woltomierzem zmierzyć napięcie na nóżkach diody. Będzie to spadek napięcia na diodzie przy przepływie danego prądu, oczywiście prądu ograniczonego rezystorem dobranym zgodnie z artykułem. Napięcie to będzie trochę wyższe niż napięcie przewodzenia, gdyż wraz ze wzrostem prądu, napięcie jakie odkłada się na ledach rośnie. Różnica ta przy prądzie zalecanym przez producenta będzie na tyle mała, że przy prądzie rzędu 10mA napięcie jakie odłoży się na diodzie będzie mniej więcej równe napięciu przewodzenia diody.

Treker
Administrator

20:06, 08.08.2017

#6

Dostałem kilka pytań, które można streścić do "dlaczego nie wspomnieliście nic o mocy rezystorów?". Otóż nie chcieliśmy, aby artykuł był jeszcze dłuży. Za tydzień pojawi się kolejny tekst, który będzie "ogólnie o mocy", pojawi się tam przykład dotyczący LEDów. Do tego pokażemy również rezystory z zakresu 0,125 do 5W :)

PyNone

20:56, 08.08.2017

#7

Ale wg waszych wzorów 9V i 1kOM to 7mA więc nie 9V, ale 7V, bo 0,007*1000 to 7V a nie 9V. Więc o co tu chodzi?

Treker
Administrator

21:18, 08.08.2017

#8

PyNone, o którym dokładnie przykładzie mówisz? Nie rozumiem Twojego pytania, jeśli dobrze się domyślam... to chyba pominąłeś napięcie przewodzenia diody.

Obliczenie rezystora dla diody czerwonej (napięcie przewodzenia diody 1,9V), przy zasilaniu z baterii 9V. Chcemy, aby przez diodę płynęło 7mA:

Uzas - Udiody = 9-1,9 = 7,1

R = (Uzas - Udiody) / Idiody = 7,1 / 0,007 = ~1014R ~1k - czyli tak jak w artykule.

Czy wykonałeś po kolei wszystkie ćwiczenia? Przelicz przykłady na kartce, na pewno wszystko się wyjaśni :)

deshipu

22:16, 08.08.2017

#9

Za dużo tekstu na raz. Trzeba było zrobić komiks.

Treker
Administrator

22:52, 08.08.2017

#10

A nawet kiedyś planowałem, aby robić takie streszczenia artykułów ;)

deshipu

23:33, 08.08.2017

#11

https://www.nostarch.com/mg_electricity.htm

grzesiek2718

1:25, 09.08.2017

#12

połączenie równoległe z jednym rezystorem nie jest żądnym błędem, jeśli się dobierze odpowiednio dużą rezystancję, aby nie przekroczyć prądu znamionowego na diodzie z najmniejszym napięciem, oraz nie przekroczy mocy znamionowej rezystora(rezystor się grzeje i zmniejsza rezystancję pod wpływem ciepła).

Ja najczęściej ustawiam około 15mA na leda w tym połączeniu oraz zbliżone napięcia aby nie było różnic w jasności świecenia.

A to że na diodzie w środku są dwie blaszki, wieksza oznacza minus, odwrotnie podłączony led nie zaświeci

jak komuś nie chce się liczyć http://kalkulor.pl/rezystor-do-led tylko trzeba pamiętać o jednostkach.

Treker
Administrator

16:06, 09.08.2017

#13

grzesiek2718, witam na forum :) Oczywiście można ryzykować, tylko żadne obliczenia nie uchronią Cie przed sytuacją, w której jedna dioda się uszkodzi. Wtedy przez pozostałe popłynie cały prąd. Jeśli diody będą różnego koloru, to będzie jeszcze większy problemy. Ogólnie takie połączenie nie jest polecane i raczej nie warto go stosować.

Informacji na temat wyprowadzeń diod nie podawaliśmy w tym artykule, ponieważ znajdują się one w kursie elektroniki, do którego ten artykuł nawiązuje :) Dla zainteresowanych: Kurs elektroniki – #6 – diody krzemowe oraz świecące (LED)

darekcho

13:58, 18.08.2017

#14

Witam. W drugim artykule dobrze też byłoby dodać część jak podpiąć diodę do zasilania zmiennego. Dla wielu osób, z którymi rozmawiam to jest kłopot. Pozdrawiam

Treker
Administrator

22:17, 18.08.2017

#15

darekcho, witam na forum :) Do tej pory trochę specjalnie nie poruszamy w żadnych tekstach tematów związanych z napięciem zmiennych, bo nie było zbyt wielu zainteresowanych czytelników (przynajmniej kiedyś). Nie wykluczam jednak, że za jakiś czas zajmiemy się tematem szerzej - dzięki za sugestię :)

Treker
Administrator

12:01, 22.08.2017

#16

Kolejny artykuł uzupełniający kurs elektroniki, który jest również związany z doborem rezystorów: Czym jest moc? Jak dobrać odpowiednie elementy?

Zobacz wszystkie komentarze (20) na forum

FORBOT Damian Szymański © 2006 - 2017 Zakaz kopiowania treści oraz grafik bez zgody autora. vPRsLH.