С какой стороны ставить резистор?

Сначала резисторы переключателей. Перемещать один из них слева от переключателей бессмысленно: он просто будет между +6 В и землей и будет потреблять постоянный малый ток. Переключатели увидят только 6 В и даже не узнают, что там есть резистор.

Микросхема 4511 представляет собой КМОП-микросхему, обладающую очень высоким входным сопротивлением. Настолько высокое, что напряжение на нем может меняться само по себе, если оставить его неподключенным, что мы называем плавающим. В лучшем случае это может изменить число на вашем дисплее, в худшем случае вход может быть поврежден. Когда вы замыкаете переключатель, на этом входе будет высокий уровень, и тогда проблем не будет.

Но когда переключатель разомкнут, вы хотите, чтобы этот вход был низким. Вы не можете просто подключить контакт напрямую к земле, потому что замыкание переключателя приведет к короткому замыканию источника питания. Таким образом, вы используете резистор, чтобы привести вход к определенному низкому значению. Когда через резистор протекает ток, это вызовет падение напряжения в соответствии с законом Ома, но при входе с высоким импедансом ток никуда не может прийти, и тогда напряжение на резисторе будет равно нулю, так что вход будет на уровне 0 В.

Здесь они используют резисторы на 10 кОм, что нормально. Более низкое значение сопротивления даст вам более прочное соединение с землей, но также вызовет больший ток при замыкании переключателя. Замыкание переключателя приведет этот вход к +6 В, а затем через резисторы потечет ток: 6 В / 10 кОм = 0,6 мА. Это довольно мало, но в цепях с очень малой мощностью они могут использовать более высокое значение сопротивления; 100 кОм все еще в порядке и еще больше уменьшит ток, когда переключатели замкнуты.

Затем резисторы дисплея. Если бы все светодиоды были одинаковыми , вы действительно могли бы заменить 7 резисторов одним на стороне катода. Но этот мир не идеален, и могут быть небольшие различия в напряжении светодиодов. Если на один светодиод 2 В, а на соседний 1,95 В, то ток пойдет на последний. Светодиоды имеют внутреннее сопротивление, которое немного уравновешивает токи, но разница в токе и, следовательно, в яркости все равно будет.

И, как заметил Оли, становится еще хуже. Напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает, что оно уменьшается при повышении температуры. Ток вызывает рассеивание мощности в светодиоде, что увеличивает его температуру. Затем светодиод с самым высоким током, который уже имел самое низкое напряжение, увидит, что его напряжение еще больше уменьшится, так что ток увеличится еще больше. Это может привести к так называемому тепловому разгону , и только последовательный резистор и небольшой балансирующий эффект внутреннего сопротивления светодиодов могут его остановить.

Это одна из причин иметь резистор для каждого светодиода. Другая причина заключается в том, что у вас не всегда будет одинаковое количество включенных светодиодов. Если на дисплее отображается «1», горят только 2 светодиода, а «8» — это 7. Предположим, вы используете один резистор и хотите, чтобы через ваши светодиоды проходил ток 10 мА. Если они имеют падение напряжения 2 В, ваш резистор должен быть (7 В - 2 В)/(7$\times$10 мА) = 71 Ом. Отобразите «8», и светодиоды получат по 10 мА каждый. Но для «1» это будет выше. Падение напряжения на резисторе по-прежнему составляет 5 В, поэтому ток по-прежнему будет 70 мА, но на этот раз только для 2 светодиодов, то есть по 35 мА на светодиод. Мало того, что яркость будет варьироваться для каждой цифры, но и 35 мА вполне могут быть выше максимально допустимого.

Предоставление каждому светодиоду собственного резистора решает все это. Ток будет либо нулевым, либо 10 мА, независимо от того, сколько других светодиодов горит, и независимо от небольшой разницы в напряжении светодиодов.

Для дисплея необходим резистор на каждом сегменте/светодиоде, чтобы один светодиод не перехватывал весь ток. Это связано с тем, что настоящие светодиоды не идеальны, и у каждого светодиода немного разное прямое напряжение. Кроме того, если не все из них включены одновременно, каждый светодиод получит большую часть доступного тока.

Если мы предположим, что вы установили один резистор, это было 1/8 от исходного значения (поскольку один резистор теперь должен нести ток для всех 7 светодиодов).
Теперь, если все включены, и один светодиод имеет немного более низкое Vf (вперед напряжение) потребуется немного больше тока. Это приведет к его нагреву, что приведет к падению Vf, поэтому потребуется немного больше тока и так далее.

В вашем примере давайте посмотрим, что происходит с одним резистором:

Предположим, что прямое напряжение 2 В для каждого светодиода (типично для красного светодиода)

При напряжении питания 6 В и 470 Ом на каждом резисторе получаем (6 - 2)/470 = 8,5 мА через каждый светодиод.

При одиночном питании, чтобы обеспечить 8,5 мА для каждого светодиода, нам нужен резистор, который позволит 8,5 мА * 7 = 59,5 мА.
Итак, (6 - 2) / 59,5 мА = 67,2 Ом (назовем это 67)
. Давайте забудем о перегрузке тока и предположим, что у нас есть идеальные светодиоды.

Если у нас горят все 7 светодиодов, то, как и ожидалось, мы получаем 59,5 мА / 7 = 8,5 мА каждый.

Для 4 включенных светодиодов мы получаем 59,5 мА / 4 = 14,9 мА каждый (они будут ярче, но все равно нормально, так как большинство светодиодов рассчитаны на 20 мА или более)

Для 2 включенных светодиодов мы получаем 59,5 мА / 2 = 29,7 мА каждый, что выше номинала многих стандартных светодиодов.

Только для одного светодиода мы получаем полные 59,5 мА, что, безусловно, приведет к его повреждению. Так что даже без нынешних заеданий есть большая проблема.

В случае регулирования тока это имеет место при постоянном напряжении или при постоянном токе.
Светодиодный привод BridgeLux Примечание к приложению (соответствует странице 12)
Кроме того, предыдущий вопрос здесь задает об этом (все полезные / правильные ответы)

Для кнопок резисторы предназначены не для ограничения тока, а для удержания напряжения на выводах, притянутого к земле (0 В), когда кнопка нажата. Это связано с тем, что входы CMOS имеют очень высокий импеданс, поэтому на «плавающий» вход может легко повлиять внешний источник шума, поэтому вход может случайным образом колебаться между 1 и 0.
Вот ссылка для ознакомления.

Мы не можем поместить один резистор на катод, потому что по закону Ома (напряжение = сопротивление * ток) при увеличении тока на резисторе мы также увеличиваем падение напряжения, а это означает, что падение напряжения на сегментах будет уменьшаться.

Использование резистора для каждого сегмента позволяет нам контролировать ток, подаваемый на каждый сегмент отдельно.

Что касается 4 резисторов на входах: они нужны для того, чтобы избежать подачи плавающих значений на входы. Таким образом, гарантируется, что входы всегда будут низкими, если только переключатели не замкнуты.