Падение напряжения и ток для светодиода?

Проблема в том, что вы (пока) не понимаете правильную базовую теорию для применения :-).

Однако - поздравляю с попыткой решить это самостоятельно. Продолжайте в том же духе, и вскоре вы научитесь правильно его рассчитывать.

Напряжение, ток и сопротивление можно достаточно хорошо смоделировать по аналогии с водой. Напряжение аналогично давлению нагнетания или «напорному» давлению в резервуаре, ток аналогичен текущему потоку, а сопротивление аналогично сопротивлению трубы потоку воды или сопротивлению потоку, создаваемому гидравлическим двигателем.

Таким образом, «ошибка» с вашей моделью предполагает, что номинальный ток Arduino был причиной того, что произошло, когда значение имеет напряжение или давление накачки.

Если схема Arduino 3V3 имеет номинал 50 мА, это максимальный ток, который должен протекать , а не величина тока, который должен протекать.

Используя вашу художественную схему ASCII:

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
 |                              ```````    |
 |                                         |
(3.3V)                                     |
 |                                         |
 |                                         |
 -------------------------------------------

Ключевое уравнение здесь (одно из положений закона Ома) таково:

• Я = В/Р

Это говорит о том, что ток будет увеличиваться с увеличением приложенного напряжения и уменьшаться с увеличением сопротивления. Здесь добавлен дополнительный фактор, чтобы сделать вещи более интересными. Светодиоды действуют примерно как «сток» постоянного напряжения. То есть, когда ток увеличивается выше некоторого начального предела, напряжение не будет увеличиваться линейно с током - оно будет увеличиваться, но с меньшей скоростью, чем скорость увеличения тока.

Переставляя это уравнение, вы получаете

• Р = В/И

Это позволяет рассчитать требуемое значение резистора, необходимого для получения заданного тока при заданном доступном напряжении. Прежде чем мы сможем применить его, нам нужно понять одну «ошибку».

При работе в своих расчетных диапазонах тока большинство светодиодов имеют разумно ограниченный диапазон падения напряжения. Современный белый светодиод может начать излучать свет с «падением» около 2,8 В на светодиоде, иметь падение, скажем, 3 В3 (= 3,3 В) при 20 мА (что обычно является максимальным расчетным рабочим током для светодиодов с выводами 3 мм и 5 мм). ,) и сгорят от избыточного тока скажем 3V8 через светодиод. Типичные цифры будут отличаться, но это дает некоторое представление. Современный красный светодиод может иметь прямое падение напряжения при работе при номинальном токе 2,5 В, а инфракрасный светодиод может работать при типичном напряжении 1,8 В. При расчете тока светодиода вы можете начать с типичного прямого падения напряжения из таблицы данных светодиода.

Типичный красный светодиод

Вот техническое описание типичного современного красного светодиода . Это Kingbright WP7113ID. Я выбрал его, найдя самый дешевый в наличии 5-миллиметровый светодиод, продаваемый Digikey. В 1 это 11 центов США.

В техническом описании указано, что прямое напряжение обычно составляет 2,0 В при 20 мА, поэтому я буду использовать это значение.

Работа при 20 мА

Поскольку светодиод имеет примерно постоянное напряжение, нам нужно вычесть это напряжение из доступного напряжения, которое будет «прокачивать» ток через резистор. Мы разработаем схему так, чтобы она давала 20 мА — максимальное номинальное значение светодиодов. Таким образом, наша предыдущая формула становится.

• R = (V_supply - V_LED)/ I

Для V_LED = 2v0 и Vsupply = 3V3 получаем

• R = (3,3 - 2,0) / 0,020 = 1,3 / 0,02 = 65 Ом.

68 Ом - это ближайшее стандартное значение резистора "E12"*.

Падение напряжения на резисторе = 3,3 - 2,0 = 1,3В - как указано выше. В техническом паспорте говорится, что Vf светодиода МОЖЕТ составлять 2V5 при 20 мА. Давайте посмотрим, что произойдет, если мы используем светодиод с Vf = 2,5 В при 20 мА.

Как указано выше, I = V/R = (Vsupply-VLED)/R

Здесь мы теперь используем I = (3,3-2,5)/68 = 0,8/68 = 0,00176 А ~= 12 мА.

Итак, мы рассчитывали на 20 мА, но в данном случае получили около 12 мА. Точно так же, если бы Vf светодиода было ниже 2,0 В при 20 мА (что может случиться), ток был бы выше 20 мА. В целом ток светодиода может варьироваться > 2:1 из-за производственных различий в Vf светодиодов. По этой причине в «настоящей» конструкции привода светодиодов используются источники постоянного тока или схемы, приближенные к источнику постоянного тока. Но это уже другая история.

Работа с резистором 330 Ом

Для вашего резистора 330R.

Со светодиодом Vf = 2V0. I_LED = V/R = (3,3-2 В)/330 =~ 4 мА

Со светодиодом Vf = 2V5. I_LED = V/R = (3,3-2,5 В)/330 =~ 2,4 мА

В техническом описании не указано минимальное значение Vf — только типичное и максимальное — но допустим, что оно равно 1,8 В.

I_LED = V/R = (3,3-1,8)/330 = 4,5 мА

Таким образом, ток светодиода может варьироваться от 2,4 мА до 4 мА = соотношение 1:1,666 в зависимости от Vf светодиода.

НО Vf в паспорте был на уровне 20 мА. При падении тока Vf упадет «несколько». Вот характеристики выбранного светодиода из его таблицы данных.

Мы видим, что Vf составляет около 1,7 В при 2 мА и около 1,78 В при 4 мА, поэтому предполагаемое значение 1,8 В достаточно для наших целей.

---

• E12 - наиболее распространенная серия резисторов с точностью 5% - 12 резисторов на декаду.

Предпочтительный номерной ряд - ищите E12, а потом читайте и остальные :-)

Специально для E12 — значения и цветовые коды — более сфокусированные, но в целом менее полезные

Начать нужно с падения напряжения на светодиодах. Это то, что определяет ток, а не наоборот. Причина в том, что напряжение светодиода более или менее фиксировано, а ток будет переменным и адаптируется к требованиям схемы.
КВЛ действительно то, что вам нужно. Если бы падение напряжения на светодиоде было бы 2 В, то напряжение на резисторе было бы 3,3 В - 2 В = 1,3 В, и, следовательно, ток в цепи

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

Таким образом, если падение напряжения на резисторе будет слишком большим, оно автоматически подстраивается под более низкое значение за счет снижения тока.

Примечание . 50 мА — это то, что может обеспечить контакт . То, что он выдает на самом деле, зависит от того, что запрашивает схема, и это не должно быть выше. А в нашем случае намного ниже, так что все в порядке.

---

В большинстве случаев приведенного выше расчета, предполагающего фиксированное падение напряжения на светодиоде, достаточно, но иногда требуется более точный ответ, учитывающий переменное прямое напряжение. В большинстве случаев у вас не будет уравнения зависимости тока от прямого напряжения, а будет только график. Это означает, что вы не можете решить его аналитически. Мы увидим, что это легко решить графически.

Хитрость в красной линии. На данном графике это линия нагрузки для 100$\Omega$резистор и питание 3В. Чтобы нарисовать линию, нужно найти точки, в которых она пересекается с осями. Точка по оси X — это напряжение питания, здесь 3В. Точка на оси Y — это ток, если бы напряжение светодиода было равно 0 В, поэтому$\dfrac{3V}{100\Omega}$= 30 мА. Возможно, вам придется расширить график, чтобы стала видна ось Y.
Красная линия показывает ток для данного напряжения светодиода. Если напряжение светодиода равно 3 В, ток равен 0. Если напряжение светодиода равно 2 В, ток светодиода равен$\dfrac{3V - 2V}{100\Omega}$= 10 мА и т. д. Функция линейная, следовательно, прямая.
Теперь все, что вам нужно сделать, это найти точку, где линия нагрузки пересекается с графиком светодиода. Таким образом, для данной ситуации напряжение светодиода будет 1,81 В, а ток 12 мА. Это так просто, никаких хлопот со сложными формулами.

---

См. также этот вопрос , чтобы узнать, как рассчитать значение резистора.

Две возможности:

• номинальный ток — это то, с чем устройство-источник может работать без повреждений/перегрева, а не с тем, чем оно ограничивает себя

• падение напряжения на светодиоде выше, чем вы думаете, следовательно, падение напряжения на резисторе и ток через него меньше 50 мА. Случайный лист данных светодиода, который я только что откопал, указал прямое напряжение 1,85 В, что дало бы вам падение 1,45 В на резисторе и ток 44 мА (что вдвое больше, чем рекомендуется для светодиода, который я выбрал). возможно, вы захотите рассмотреть резистор большего размера - старые комплекты для радиомагазинов использовали бы 680 Ом с питанием от батареи 3 В)

Если у вас есть вольтметр (или, возможно, собственный аналоговый вход Arduino), вы можете измерить напряжение узла между резистором и светодиодом и определить соответствующие падения на резисторе и светодиоде и, следовательно, ток от падения на известном сопротивлении. .

Краткий ответ:

Ток не будет 0,05А просто потому, что в спецификации на источник питания указано 0,05А; когда в спецификации источника питания указан ток, это максимум, который вы должны попытаться получить от него. То, что вы на самом деле получите за ток, зависит от нагрузки.

Тем не менее, вы можете получить количественные ответы для этого конкретного случая из некоторых хороших графиков, которые были даны в других ответах.