Правила подключения и расчет светодиодов

Купить светодиоды различного назначения

Светодиоды различного назначения прочно вошли в нашу жизнь, и сегодня уже ни у кого не вызывает сомнений тот факт, что классические лампы накаливания постепенно будут вытеснены с рынка. Преимущества LED большинству из нас давно знакомы, а вот о правилах их подключения известно далеко не всем. А ведь данный осветительный элемент как никакой другой зависит от корректности подаваемого напряжения и силы тока.

В наш магазин электронных компонентов нередко поступают вопросы, касающиеся особенностей подключения светодиодов, обладающих теми или иными характеристиками. В данной статье мы постараемся доступно разъяснить базовые моменты, зная которые каждый из вас сможет правильно подключить и запитать приобретённые электронные компоненты самостоятельно.

Устройство светодиода

Чтобы понять принцип подключения светодиодов и научиться рассчитывать силу подаваемого тока, нужно хорошо представлять себе, как работают данные электронные компоненты. Основу любого светодиода составляет искусственный полупроводниковый кристалл, в котором реализован p-n-переход (область контакта двух полупроводников с различными типами проводимости). Цвет свечения этого кристалла зависит от его состава, а для усиления его яркости к нему примешиваются всевозможные добавки. Кристалл помещён на металлическое основание — катод, выполняющий по совместительству функцию отражателя. Параллельно катоду размещён анод, соединённый с кристаллом посредством тонкого проводка. Вся эта конструкция запаивается в корпус, именуемый по аналогии с лампами накаливания колбой.

Соблюдаем полярность

Светодиоды могут пропускать ток лишь в одном направлении — от анода к катоду, в связи с чем соблюдение полярности при их подключении является важнейшим условием. Как правило, длинный вывод светодиода является анодом, а короткий — катодом. Однако всецело полагаться на это негласное правило не стоит, лучше свериться лишний раз с документацией производителя, чем сжечь электронный компонент.

Резистор обязателен

В силу своего устройства светодиоды очень чувствительны к силе подаваемого на них тока, в связи с чем наличие ограничительного резистора в схеме является обязательным. Многие потребители пренебрегают данным условием, из-за чего ресурс светодиода существенно сокращается. Однако экономия на копеечном резисторе оборачивается в итоге постоянными расходами на то и дело выходящие из строя светодиоды. Зная это, некоторые производители электронных компонентов включают резистор в выпускаемые осветительные элементы на базе LED уже с завода, продлевая тем самым срок их службы. Однако такая продукция встречается на рынке не так уж часто. В подавляющем большинстве случаев резистор необходимо включать в схему самостоятельно. В связи с этим запомните: приобретая светодиоды, купите и резисторы к ним. Иначе может получиться так, что вместо энергоэффективного источника света вы получите нестабильно работающий расходник.

Рассчитываем номинал резистора

Чтобы правильно рассчитать номинал резистора, нужно вспомнить закон Ома. Все мы проходили его в школе, однако лишний раз освежить его в памяти не помешает. Наиболее простой для восприятия, на наш взгляд, является следующая форма записи формулы данного закона:

I = U/R,

где U — напряжение, I — сила тока, R — сопротивление.

Таким образом, сила тока в сегменте электрической цепи прямо пропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна сопротивлению (R). Зная напряжение и силу тока, по этой формуле можно легко высчитать сопротивление. Оно будет равняться напряжению, делёному на силу тока, что можно выразить в виде формулы

R = U/I.

Звучит сложно, но на практике всё гораздо проще. Рассмотрим пример. У нас есть светодиоды 3 мм, в спецификациях которых указано, что их необходимо запитывать током 3 В 20 мА. В наличии у нас имеется стандартный блок питания, выдающий 5 В. Следовательно, для корректной работы светодиодов с данным источником питания из 5 вольт нужно сделать 3. Для этого необходимо купить резисторы, способные рассеивать лишние 2 вольта. Именно тут в действие вступает закон Ома и вышеупомянутая формула расчёта сопротивления — R = U/I. Из формулы следует, что для вычисления целевого сопротивления резистора нам следует излишек напряжения разделить на силу тока:

2В / 0.02 А = 100 Ом.

Итак, в соответствии с расчётами нам нужны резисторы номиналом 100 Ом. Однако не всегда у вас будет получаться такое ровное значение. Вам может потребоваться сопротивление 112 или 136 Ом. В таких ситуациях ваш выбор должен падать на резистор большего номинала, ближайшего к целевому. Да, светодиод при таком сценарии не сможет функционировать на полную мощность. Однако это не принесёт ему никакого вреда. Напротив, работа в режиме 85-90% от заявленной мощности продлит ему эксплуатационный срок, при этом на глаз потерю яркости будет заметить крайне сложно.

Зная силу тока (I) и напряжение (U), мы можем высчитать не только номинальное сопротивление резистора, но и его предельную рассеиваемую мощность. Для этого следует перемножить I и U. Полученный результат и будет отображать требуемую мощность резистора в ваттах. В разбираемом нами примере:

0.02 A × 2 B = 0.04 Вт.

Следовательно, для наших светодиодов 3 мм 3 B 20 мА нам потребуются резисторы с рассеиваемой мощностью 0,04 Вт.

Способы подключения

Как правило, светодиоды 5 мм и 3 мм включаются в схему группами по несколько штук. Делать это можно как последовательно, так и параллельно, используя всего один резистор на группу. Главное помнить простое правило: при последовательном подключении суммируется напряжение, а при параллельном — сила тока.

Схема параллельного подключения

Схема последовательного подключения

Прибегать к объединению светильников в группы можно лишь в том случае, если вы используете электронные компоненты с одинаковыми характеристиками. Если в группе присутствуют отличающиеся по характеристикам светодиоды (даже если эти отличия находятся в рамках погрешности), целесообразно рассчитывать номинал резистора отдельно для каждого из них. Аналогичным образом лучше поступать и в тех случаях, когда светодиодов в группе много. Дело в том, что даже в рамках одной модели может наблюдаться незначительное расхождение в характеристиках, и при одновременном подключении большого количества диодов эти расхождения могут суммироваться и привести к выходу из строя целой группы электронных компонентов.

Подводные камни

Главный подводный камень при работе со светодиодами состоит в том, что магазин радиодеталей может публиковать на своём сайте неточные данные о характеристиках реализуемых электронных компонентов. При этом многие светодиоды также не имеют чётко прописанного номинального напряжения. Как правило, оно лежит в каком-то диапазоне, а не представлено в виде фиксированной числовой величины. При небольшом количестве подключенных светодиодов данный фактор не будет иметь решающего значения, в то время как при большом количестве находящихся в одной группе LED выйти из строя может сразу вся группа. Чтобы избежать подобных эксцессов, мы рекомендуем разбивать светодиоды на группы по 3-5 единиц и каждую подключать через собственный резистор. Цена реализуемого проекта при этом возрастёт не сильно, а вот эксплуатационный срок диодов существенно увеличится.