Hvorfor skal LED'en tilsluttes gennem en modstand
LED-strimlen har modstande, PCB'er (hvor LED'er tjener som indikatorer) har modstande, endda LED-pærer - og det er modstande. Hvad er problemet? Hvorfor er en LED normalt forbundet via en modstand? Hvad er en modstand til en LED?
Faktisk er alt meget enkelt: En LED behøver meget lidt jævnspænding for at fungere, og hvis du anvender mere, vil LED'en brænde ud. Selv hvis du anvender lidt mere, 0,2 volt mere end den nominelle, vil LED-ressourcen allerede begynde at falde hurtigt, og meget snart vil levetiden for denne halvlederlyskilde ende med tårer.
For eksempel skal en rød LED nøjagtigt bruge 2,0 volt til normal drift, mens dens strømforbrug er 20 milliampere. Og hvis du anvender 2,2 volt, vil der være et sammenbrud af p-n krydset.
For forskellige LED-producenter, afhængigt af de anvendte halvledere og LED-teknologien, kan driftsspændingen variere lidt i den ene eller den anden retning. Se dog på strømspændingskarakteristikken for en rød SMD LED fra en velkendt producent, for eksempel:
Her kan du se, at allerede ved 1,9 volt begynder LED'en at lyse svagt, og når præcis 2 volt tilføres dens udgange, vil gløden vise sig at være ret kraftig, dette er dens nominelle tilstand. Hvis vi nu øger spændingen til 2,1 volt, vil LED'en begynde at overophede og hurtigt miste sin ressource. Og når der tilføres mere end 2,1 volt, vil LED'en brænde.
Lad os nu huske Ohms lov for en del af et kredsløb: Strømmen i kredsløbssektionen er direkte proportional med spændingen i enderne af denne sektion og omvendt proportional med dens modstand:
Derfor, hvis vi har en strøm gennem LED svarende til 20 mA med en spænding over dens terminaler på 2,0 V, hvilken LED har så en modstand i aktion, baseret på denne lov? Korrekt: 2,0 / 0,020 = 100 ohm. LED'en i driftstilstand svarer i sine karakteristika til en 100 ohm modstand med en effekt på 2 * 0,020 = 40 mW.
Men hvad nu hvis der kun er 5 volt eller 12 volt ombord? Hvordan forsyner man en LED med så høj spænding, så den ikke brænder ud? Her er udviklerne overalt og besluttede, at det er mest bekvemt at bruge yderligere modstand.
Hvorfor en modstand? Fordi det er den mest rentable, den mest økonomiske, den billigste med hensyn til ressourcer og strømafbrydelse, måden at løse problemet med at begrænse strømmen gennem LED'en.
Så hvis der er 5 volt til rådighed, og du skal have 2 volt over en 100 ohm «modstand», så skal du dele de 5 volt mellem vores nyttige 100 ohm glødemodstand (som er denne LED) og en anden modstand, den nominelle værdi , hvoraf nu skal beregnes ud fra, hvad der er tilgængeligt:
I dette kredsløb er strømmen konstant, ikke variabel, alle elementer er lineære i steady state, derfor vil strømmen i hele kredsløbet være den samme værdi, i vores eksempel 20 mA - det er hvad LED'en har brug for. Derfor vil vi vælge en modstand R1 med en sådan værdi, at strømmen gennem den også vil være 20 mA, og spændingen på den vil kun have 3 volt, som skal sættes et sted.
Altså: ifølge Ohms lov I = U / R, derfor R = U / I = 3 / 0,02 = 150 Ohm. Og hvad med styrke? P = U2/ R = 9/150 = 60 mW. En 0,125W modstand er fin, så den ikke bliver for varm. Nu er det klart for enhver, hvad modstanden til LED'en er.
Se også: LED specifikationer