Varžų parinkimas diodai ir LED yra pagrindinė elektronikos projektavimo ir grandinės realizavimo įgūdžio rūšis. Ar statytumėte paprastą indikatoriaus grandinę, ar sudarytumėte sudėtingą apšvietimo sistemą – varžos reikšmė tiesiogiai veikia komponentų ilgaamžiškumą, šviesos intensyvumą ir visos grandinės patikimumą. Netinkama varžos parinkimas gali sukelti komponentų gedimą, per didelį šilumos išsiskyrimą ar nepakankamą šviesos išvestį. Supratimas apie įtampų, srovės ir varžos tarpusavio ryšį yra būtinas kiekvienam, dirbančiam su puslaidininkių šviesos spinduliuojančiais įrenginiais bet kokioje srityje.
Teisingo rezistoriaus parinkimo procesas apima įtampos kritimo per komponentą skaičiavimą ir pageidaujamo srovės tekėjimo nustatymą. Puslaidininkių šviesos spinduliuojančiosios įrangos veikia tik tam tikrose srovės ribose, o šių ribų viršijimas sukelia nuolatinę žalą. Šiuolaikiniai LED naudingumo ir našumo reikalavimai reikalauja tikslaus srovės apribojimo, kad būtų pasiektas maksimalus ryškumas, išlaikant saugias eksploatacijos sąlygas. Šiame straipsnyje pateikiama visiška metodika tiksliai rezistorių matmenims nustatyti, apima teorinius principus ir praktines taikymo situacijas įvairiose grandinės konfiguracijose.
Įtampos kritimo ir srovės reikalavimų supratimas
Pagrindinė rezistorių parinkimo lygtis remiasi Omo dėsniu: V lygu I kart I R. Praktikoje pirmiausia reikia nustatyti tris esminius parametrus: maitinimo įtampą, pusrūdžio elemento tiesioginę įtampą ir pageidaujamą darbinę srovę. Tiesioginė įtampa priklauso nuo naudojamo įrenginio tipo ir jo konkrečios medžiagų sudėties. Raudonos šviesos diodai paprastai turi tiesioginę įtampą apie 2 V, o mėlynos ar balto spinduliavimo puslaidininkių šviesos šaltiniai gali reikalauti 3–4 V arba aukštesnės įtampos.
Tiesioginės įtampos techninės charakteristikos
Kiekvienas puslaidininkinis šviesos spinduliuojantis įrenginys turi techninę dokumentaciją, kurioje nurodyta jo tiesioginė įtampa esant nominaliajai srovei. Šis parametras yra labai svarbus, nes jis nustato įtampą, kurią galima pritaikyti srovės ribojančiajam rezistoriui. Kai iš maitinimo įtampos atimama tiesioginė įtampa, likusi įtampa turi būti nukrentama per rezistorių. Fotodiodų taikymo sritys bei šviesos diodų naudingumo ir veikimo rodikliai labai priklauso nuo to, ar įrenginys veikia savo nominaliame darbo intervale. Tiesioginės įtampos ribų viršijimas pablogina įrenginio kokybę ir sutrumpina jo veikimo trukmę.
Srovės nominalioji reikšmė ir šviesos diodų naudingumas bei veikimo rodikliai
Tipiškas veikimo srovės dydis standartinėms LED lemputėms yra nuo 10 iki 20 mA, nors kai kurios didelės šviesos našumo puslaidininkių šviesos šaltinių įrangos priemonės gali reikalauti kitų verčių. Didelės galios LED lemputės, skirtos pramoniniam apšvietimui, dažnai veikia 350 mA arba aukštesne srove, todėl reikia atidžiai valdyti šilumą ir apskaičiuoti rezistoriaus galios charakteristikas. LED efektyvumas ir našumas pagerėja, kai prietaisas veikia numatyta srove. Per maža srovė sumažina šviesumą ir nenaudoja komponento galimybių iki galo, o per didelė srovė sukuria per daug šilumos ir žymiai sutrumpina tarnavimo laiką.
Rezistoriaus vertės ir galios charakteristikos apskaičiavimas
Kai tik nustačius maitinimo įtampą ir pageidaujamą srovę, pasinaudojus Omo dėsniu, rezistoriaus reikšmės apskaičiavimas tampa paprastas. Norėdami rasti įtampos kritimą per rezistorių, iš maitinimo įtampos atimkite tiesioginę įtampą. Tada šį įtampos kritimą padalykite iš pageidaujamos srovės amperais, kad nustatytumėte varžos reikšmę omomis. Pavyzdžiui, esant 5 V maitinimo įtampai, 2 V tiesioginei LED įtampai ir pageidaujamai 15 mA srovei, skaičiavimas būtų (5 minus 2), padalinta iš 0,015, kas lygu 200 omams. Visada pasirinkite artimiausią gamintojų siūlomą standartinę rezistoriaus reikšmę, kad supaprastėtų pirkimas ir būtų užtikrintas patikimas veikimas.
Galios išsisklaidymas rezistoriuose
Varžos išsklaido galia pagal formulę P lygi I kvadratu kartu R arba alternatyviai P lygi V kartu I. Ši galios išsklaida sukuria šilumą, kurią reikia tinkamai valdyti. 200 omų varža, per kurią teka 15 mA srovė, išsklaido 0,045 vato galios, todėl saugumo atsarga reikalauja bent 0,125 vato varžos. Nepaisant galios vertės skaičiavimų, varžos perkaista ir grandinė sužlunga. Fotodiodų taikymuose dažnai pasitaiko mažesnių srovių ir minimalios galios išsklaidos, tačiau didelės srovės LED naudingumo ir veikimo projektavime būtina atidžiai įvertinti šiluminius aspektus. Visada renkitės varžas, kurių galios išsklaidos vertė būtų bent dvigubai didesnė už apskaičiuotąją, kad užtikrintumėte ilgalaikį patikimumą.
Temperatūros koeficientas ir stabilumas
Varžų reikšmės šiek tiek keičiasi priklausomai nuo temperatūros – šią savybę apibrėžia temperatūros koeficiento specifikacija. Anglies plėvelės varžos dažniausiai turi temperatūros koeficientą nuo 100 iki 500 dalių per milijoną vienam laipsniui Celsijaus. Nors šis pokytis paprastai yra priimtinas paprastoms LED grandinėms, tiksliaiems fotodiodų taikymams bei sistemoms, kurios reikalauja stabilios LED naudingumo ir veikimo efektyvumo, naudingiau naudoti varžas su žemesniu koeficientu. Aukštos temperatūros aplinkoje arba esant plačiam veikimo temperatūrų diapazonui būtina naudoti metalo plėvelės varžas, kurios pasižymi geresne stabilumu. Visada įsitikinkite, kad pasirinktos varžos užtikrina priimtiną veikimą visame jūsų taikymo veikimo temperatūrų diapazone.
Grandinės konfigūracijos apsvarstymai
Varžos parinkimo reikalavimai skiriasi priklausomai nuo to, ar projektuojate nuosekliąją grandinę, ar įdiegiate sudėtingesnes topologijas. Nuosekliosios grandinės yra paprasčiausia konfigūracija, kur viena varža riboja srovę vienam ar keliems puslaidininkių šviesos diodams. Kiekviena konfigūracija kelia skirtingus parinkimo iššūkius ir reikalauja ypatingo dėmesio į įtampų pasiskirstymą bei srovės balansavimą. Šių skirtumų supratimas užtikrina optimalią LED našumą ir veikimą įvairiose pramoninėse bei vartotojinėse programose.
Nuosekliosios grandinės su vienu įrenginiu
Dažniausiai pasitaikanti varžos vertės parinkimo situacija – vienas LED prijungiamas nuosekliai su srovės ribojančia varža prie maitinimo šaltinio. Ši konfigūracija yra paprasta ir pasitaiko beveik kiekviename taikymo srityje – nuo indikatorių šviesų iki paprastų būsenos rodmenų. Varža apsaugo puslaidininkių šviesos spinduliuojantį įrenginį nuo per didelės srovės tekėjimo. Kai apskaičiuojate varžos vertę naudodami anksčiau aprašytą metodą, jos įdiegimas tampa paprastas ir patikimas. Šis požiūris gerai veikia mažos galios taikymuose, tačiau tampa neefektyvus aukštos galios LED sistemoms, kurios reikalauja didelės srovės.
Keli įrenginiai ir sudėtingos topologijos
Puslaidininkių šviesos spindulių įrenginių lygiagretūs jungimo būdai reikalauja atidžesnio analizavimo, nes srovė pasiskirsto tarp įrenginių pagal jų tiesioginės įtampos charakteristikas. Net nedideliai puslaidininkių šviesos spindulių įrenginių skirtumai sukelia srovės nelygybę, kai kai kurie įrenginiai praleidžia daugiau srovės nei kiti. Šis nelyginis pasiskirstymas sumažina bendrą LED naudingumo koeficientą ir veikimą, nes ryškesni įrenginiai praleidžia daugiau srovės ir sensta greičiau. Nuosekliai-lygiagretūs masyvai šiuos reikalavimus išsprendžia, tačiau reikalauja papildomų varžų įdėjimo ir sudėtingesnių skaičiavimų. Fotodiodų taikymo srityse dažnai naudojamos įvairios grandinės topologijos, kurios yra pritaikytos signalo stiprinimui ir matavimams, o ne paprastam apšvietimui.
DUK
Kas nutiks, jei naudosiu per mažos varžos rezistorių?
Per mažo varžos elemento naudojimas leidžia per dideliam srovei tekėti per puslaidininkių šviesos spinduliuojantį įrenginį, dėl ko jis greitai sušyla ir negrįžtamai sugenda. Įrenginys viduje įkaista ir sugenda per kelias sekundes po įtampos prijungimo. Be to, pats varžos elementas gali sudegti dėl per didelės galios išsisklaidymo. Ši situacija iliustruoja, kodėl tikslūs dydžių skaičiavimai yra būtini bet kurioje diodų ir LED taikymo srityje. Visada patikrinkite savo skaičiavimus ir naudokite standartinę varžos reikšmę, kuri yra arčiausiai apskaičiuotos reikšmės, bet ne mažesnę.
Kaip fotodiodų taikymai skiriasi nuo LED dydžių nustatymo?
Fotodiodų taikymo sritys apima atvirkštinės įtampos veikimą ir jautrumą šviesai, o ne šviesos spinduliavimą. Srovės ribojantys rezistoriai fotodiodų grandinėse atlieka skirtingas funkcijas, dažnai veikdami kartu su transimpedansiniais stiprintuvais, o ne paprastomis nuosekliomis konfigūracijomis. Komponentų matmenų nustatymo metodika remiasi signalo stiprinimo reikalavimais ir triukšmo charakteristikomis, o ne šviesumo išvestimi. Šio skirtumo supratimas padeda inžinieriams parinkti tinkamus komponentus kiekvienai konkrečiai taikymo sričiai. Nors abu prietaisai principiškai yra puslaidininkių šviesą spinduliuojantys įrenginiai, jų grandinės vaidmenys ir matmenų nustatymo metodika žymiai skiriasi.
Kodėl LED naudingumo koeficientą ir našumą veikia rezistorių matmenys?
LED našumas ir veikimas priklauso nuo to, ar jie veikia nurodyta nominaliąja srove, nurodyta įrenginio techninėje dokumentacijoje. Per mažų varžų naudojimas gali pažeisti įrenginį dėl per didelės srovės, o per didelių varžų naudojimas sumažina srovę žemiau nominaliosios reikšmės, todėl šviesos intensyvumas silpsta ir nepanaudojamas įrenginio galimas maksimalus šviesos našumas. Tinkamas varžos parinkimas užtikrina, kad įrenginys veiktų savo projektuotame taške, kuriame pasiekiamas maksimalus našumas ir optimalus tarnavimo laikas. Šis ryšys tarp varžos vertės ir puslaidininkių šviesos spindulių įrenginio veikimo daro varžos apskaičiavimus būtinomis bet kurio profesionalaus montavimo ar grandinės projektavimo užduotyje.
EN
