نحوه محاسبه مقاومت مورد نیاز برای راه اندازی LED ها

در این آموزش نحوه انتخاب مقاومت مورد نیاز برای راه اندازی LED ها از لحاظ توان و مقدار را بیان می کنیم. وظیفه مقاومت سری با LED، کنترل میزان جریان و ولتاژ دو سر LED می باشد که به طور مستقیم بر روی میزان نور و عمر LED تاثیرگذار است. عدم استفاده از مقاومت سری و اعمال ولتاژ مستقیم به LED، بسته به مقدار ولتاژ اعمالی باعث آسیب دیدن و حتی سوختن LED خواهد شد.

پارامترهای مهم LED ها

LED که به آن دیود نوری نیز گفته می شود، مانند تمام دیودها دارای دو پارامتر مهم و اصلی V_f و I_f می باشد.

 V_f برابر است با حداقل مقدار ولتاژ مورد نیاز برای روشن شدن LED و عبور جریان از آن.

I_f برابر است با مقدار جریانی که دیود، زمانی که ولتاژ V_f به آن اعمال شد، از خود عبور می دهد.

در صورتی که مقدار ولتاژ اعمالی به دو سر LED از ولتاژ V_f بیشتر باشد، یا مقدار جریان عبوری از آن از I_f بیشتر شود و کنترلی بر روی آن وجود نداشته باشد، LED آسیب خواهد دید و در نهایت می سوزد.

LED های موجود در بازار از لحاظ رنگ و توان مصرفی با هم متفاوت هستند. به طور مثال LED های ۵mm و ۳mm دارای I_f با مقدار ۲۰mA تا ۳۰mA هستند و مقدار V_f آنها با توجه به رنگ LED متفاوت است. به طوری که مقدار V_f برای LED های رنگ قرمز، سبز و زرد ۲V تا ۲.۴V و برای LED های رنگ آبی و سفید برابر با ۳.۲V می باشد.

البته در صورتی که اطلاعات دقیق سازنده LED که خریداری کرده اید را می شناسید، می توانید با دانلود دیتاشیت آن، مقادیر دقیق را بدست بیاورید.

در ادامه دیتاشیت چند LED به عنوان نمونه آمده­است. پارامترهای مهمی که هنگام مطالعه دیتاشیت LED باید به آن توجه کرد با رنگ زرد هایلایت شده­است.

تصویر  ۱ . اطلاعات دیتاشیت LED 3mm رنگ سفید

تصویر  ۲. اطلاعات دیتاشیت LED 5mm  رنگ آبی

تصویر  ۳. اطلاعات دیتاشیت LED 3mm رنگ قرمز، زرد و سبز

تصویر  ۴ . اطلاعات دیتاشیت LED 5mm رنگ قرمز

دلیل استفاده از مقاومت سری با LED

همان طور که گفته شد، LED یک دیود نوری است و با رسیدن ولتاژ دو سر آن به مقدار V_f جریان را از خود عبور می دهد. حال اگر ولتاژ بالاتر از V_f به طور مستقیم به LED اعمال شود، علاوه بر اینکه این ولتاژ می تواند به LED آسیب بزند، ما بر روی جریان عبوری از LED هم هیچ کنترلی نداریم و عبور جریان بیش از مقدار I_f نیز باعث آسیب دیدن LED خواهد شد.

حال اگر یک مقاومت را به صورت سری با LED قرار دهیم و تغذیه را به دو سر مجموع مقاومت و LED متصل کنیم(مشابه تصویر زیر)، تا زمانی که ولتاژ ورودی کمتر از ولتاژ V_f باشد، LED خاموش بوده و جریانی از مدار عبور نمی کند. وقتی ولتاژ تغذیه به مقدار V_f می رسد، LED روشن شده و جریان را از خود عبور می دهد. از این ولتاژ به بعد، اختلاف ولتاژ ورودی و ولتاژ V_f بر روی مقاومت می افتد و با توجه به قانون اهم، میزان جریان عبوری از مدار تنظیم می شود.

تصویر ۵. شماتیک مدار راه اندازی LED

نحوه محاسبه مقاومت مورد نیاز برای LED

به طور مثال قصد داریم یک LED 5mm قرمز رنگ را به یک منبع تغذیه ۱۲V متصل کنیم.

در این حالت باید مقدار ولتاژ V_f را از مقدار ولتاژ تغذیه کم کنیم تا ولتاژی که بر روی مقاومت می افتد، بدست آید:

 ۱۲V-2V=10V

حال با توجه به اینکه جریان I_f برابر با ۲۰mA است، مقدار مقاومت با استفاده از قانون اهم به دست می­آید:

 V=R*I   >>  ۱۰=R*0.02 >> R=500

در نتیجه مقدار مقاومت باید برابر یا بزرگتر از ۵۰۰ اهم باشد.

دقت شود در صورتی که مقاومت ۵۰۰ اهم انتخاب شود، جریان I_f از دیود عبور می­کند و روشنایی دیود حداکثر مقدار ممکن خواهد بود. در بسیاری از موارد، مقدار مقاومت محاسبه شده در بازار موجود نیست. در این حالت باید مقاومتی بزرگتر از مقدار محاسبه شده (در این مثال ۵۰۰اهم) انتخاب کنیم. هر چه مقدار مقاومت انتخاب شده از۵۰۰اهم بیشتر باشد، جریان کمتری از دیود عبور می­کند و روشنایی دیود کمتر خواهد بود.

نحوه انتخاب توان مقاومت

یکی از پارامترهای مهم در انتخاب مقاومت، توان آن است. برای مثال اگر توان مقاومت ۰.۵W باشد به این معناست که حداکثر توانی که مقاومت می­تواند تحمل کند بدون اینکه آسیب ببیند، ۰.۵W است.

لذا ابتدا باید با استفاده از یکی از روابط زیر، توان تلف شده روی مقاومت را محاسبه کنید:

 P=V*I , P=R*I^۲ , P=V^۲/R

سپس مقاومتی انتخاب کنید که توان آن، از توان تلف شده بیشتر باشد.

برای مثال فوق، با توجه به مقادیر به دست آمده، مقدار توان تلف شده بر روی مقاومت برابر است با:

P=10*0.02=0.2W

در نتیجه می توانید از مقاومت ¼ وات استفاده کنید.

نحوه محاسبه مقاومت مورد نیاز برای چند LED سری شده

در صورتی که چند LED به صورت سری با یکدیگر قرار بگیرند، باید مقدار مجموع ولتاژهای V_f همه LED ها را حساب کرده و از ولتاژ تغذیه کم کنید تا مقدار ولتاژی که بر روی مقاومت می افتد به دست آید. حال با روشی مشابه روش بالا، می توانید مقدار مقاومت را حساب کنید.

تصویر  ۶ . شماتیک راه اندازی LED های سری

به طور مثال اگر سه LED 5mm قرمز رنگ مشابه تصویر شماره ۶ به صورت سری با یکدیگر قرار گرفته باشند، مقدار مجموع V_f آنها برابر با ۶V خواهد شد. اگر منبع تغذیه را ۱۲V در نظر بگیریم، ولتاژ ۶V بر روی مقاومت می افتد. با توجه به اینکه مقدار جریان If برابر با ۲۰mA می باشد، با استفاده از قانون اهم مقدار مقاومت برابر است با:

 V=R*I >> 6=R*0.02 >> R=300

 در نتیجه باید از مقاومت بزرگتر یا مساوی ۳۰۰ اهم با توان ¼ وات استفاده کنیم.

امیدواریم این آموزش اطلاعات مناسبی را در اختیار شما قرار داده باشد. با ارائه نظرات، پیشنهادات و انتقادات خود ما را در هرچه بهتر شدن ارائه مطالب یاری کنید.