Диод как подключать: КАК ПОДКЛЮЧИТЬ СВЕТОДИОД

Содержание

КАК ПОДКЛЮЧИТЬ СВЕТОДИОД

Светодиоды (LED – англ. Light-emitting diode, светящиеся диоды) используются во многих электронных проектах. Но не все могут правильно подключить или выбрать резистор для светодиода, и тогда его можно вывести из строя за доли секунды. Давайте разберёмся в этом и узнаем как всё делается.

Вначале стоит напомнить, что резистор обязательно должен сопровождать светодиод. Независимо от того, подключаете ли вы его к батарейке, Arduino или к чему-то еще, резистор необходим всегда, потому что светоизлучающий диод управляется током! Срок службы питаемого светодиода без резистора невелик, даже если поначалу он вроде бы светится.

Всё потому что LED элементы хотят потреблять как можно больше электроэнергии. Пока не начнет нагреваться, что приведет к перегреву и повреждению его структуры. Следовательно, необходим своеобразный предохранитель в виде резистора, который будет ограничивать количество тока, потребляемого светодиодом.

Какой ток светодиода

По принципу действия светодиоды очень похожи на обычные выпрямительные диоды. Только конструктивное исполнение другое. И первое существенное отличие – это полупроводниковый материал. В случае выпрямительных диодов это чаще кремний. Светодиоды же изготавливаются из разных полупроводников, в зависимости от цвета которым они светятся. Материал определяет прямое напряжение, то есть напряжение, которое прикладывается к светодиоду при прохождении прямого тока через него.

Прямое напряжение – напряжение, равное или превышающее то, при котором ток (прямой ток) начинает течь через диод, и он начинает светиться.

Прямое напряжение и прямой ток

Каждый диод имеет разное прямое напряжение, что важно при выборе ограничительного резистора.

Прямое напряжение зависит от таких факторов, как:

  1. температура окружающей среды,
  2. величина протекающего тока (чем она выше, тем большее напряжение прикладывается к диоду),
  3. используемого производителем полупроводникового материала.

Какой ток может течь через светодиод

Популярные в продаже светодиоды обычно работают с максимальным постоянным током 20-30 мА. Более подробную информацию по этому вопросу можно найти в документации (даташиту) к конкретному LED. Но чаще всего на этих элементах нет маркировки типа и производителя.

К счастью, производимые в настоящее время светодиоды ярко светят даже при гораздо меньшем токе (от 1–3 мА), поэтому нет необходимости подавать на них максимальный ток.

Запитывать типичные 3-5 мм светодиоды (с цветной линзой) током более 10 мА не имеет смысла. Интенсивность их свечения всё-равно существенно не увеличится! Чем больше ток протекает через светодиод (в пределах безопасного диапазона), тем ярче он будет светить. Но во многих случаях разница в яркости не будет иметь большого значения.

Какое напряжение идёт на диод

Производители указывают номинальное прямое напряжение. Это значение будет различным для каждого типа светодиода. Но не нужно каждый раз проверять значения в документации. Достаточно использовать примерную таблицу, содержащую безопасные диапазоны напряжения:

Прямое напряжение LED в зависимости от цвета

Приведенная таблица содержит значения, которые были записаны из даташитов наиболее популярных производителей светодиодов. Конечно есть исключения, например сверх-яркие или мощные светодиоды. Но в случае с обычными, можно смело пользоваться этой таблицей.

А это ещё одна, аналогичная.

Так почему важно контролировать именно ток, протекающий через диод? Правильно задать работу светодиода, задав на нем определенное напряжение, практически невозможно. Придется следить за изменениями температуры и структурными изменениями, что непросто. Поэтому используется постоянный ток.

В общем когда пропускаем через LED ток желаемой интенсивности (например 20 мА), то прямое напряжение на нем устанавливается само. 

Как выбрать резистор для LED

Всё что нужно для питания светодиода, – это источник питания и токоограничивающий элемент, то есть резистор. Предположим, что есть батарея на 9 В и красный светодиод, через который должно протекать 7 мА, или по грамотному говоря 0,007 Ампера. Схема подключения с обозначением напряжения LED и резистора показана далее.

Простейшее светодиодное соединение

Ток течет от «+» клеммы батареи, проходит через резистор, светодиод, а затем возвращается обратно к источнику питания. Подключение резистора последовательно со светодиодом необходимо, чтобы не повредить его протекающим слишком большим током. Можно сказать, что резистор действует как ограничитель тока.

По правилам электроники, напряжение от аккумулятора будет распределяться между резистором и светодиодом:

Нам известен ток протекающий в этой цепи (7 мА), поэтому будем использовать закон Ома:

Приведенная формула позволяет рассчитать номинал резистора, через который следует запитать светодиод.

Какое прямое напряжение на диоде? Известно допустим, что он светится красным цветом, маркировки на нем естественно нет. Значит промежуточное значение из таблицы, которое составляет 1,9 В, будет подходящим.

Расчетное значение резистора:

R = (9 В – 1,9 В) / 0,007 А = 1014 Ом

Сразу замечу, что такого резистора мы не найдем в продаже. Все исходит из определенного стандарта, по которому производятся элементы. Тогда будем использовать ближайший по номиналу доступный резистор в 1000 Ом, то есть 1 кОм.

0.1 Ом1 Ом10 Ом100 Ом1 кОм10 кОм100 кОм1 МОм10 МОм
0.11 Ом1.1 Ом11 Ом110 Ом1.1 кОм11 кОм110 кОм1.1 МОм11 МОм
0.12 Ом1.2 Ом12 Ом120 Ом1. 2 кОм12 кОм120 кОм1.2 МОм12 МОм
0.13 Ом1.3 Ом13 Ом130 Ом1.3 кОм13 кОм130 кОм1.3 МОм13 МОм
0.15 Ом1.5 Ом15 Ом150 Ом1.5 кОм15 кОм150 кОм1.5 МОм15 МОм
0.16 Ом1.6 Ом16 Ом160 Ом1.6 кОм16 кОм160 кОм1.6 МОм16 МОм
0.18 Ом1.8 Ом18 Ом180 Ом1.8 кОм18 кОм180 кОм1. 8 МОм18 МОм
0.2 Ом2 Ом20 Ом200 Ом2 кОм20 кОм200 кОм2 МОм20 МОм
0.22 Ом2.2 Ом22 Ом220 Ом2.2 кОм22 кОм220 кОм2.2 МОм22 МОм
0.24 Ом2.4 Ом24 Ом240 Ом2.4 кОм24 кОм240 кОм2.4 МОм24 МОм
0.27 Ом2.7 Ом27 Ом270 Ом2.7 кОм27 кОм270 кОм2.7 МОм27 МОм
0. 3 Ом3 Ом30 Ом300 Ом3 кОм30 кОм300 кОм3 МОм30 МОм
0.33 Ом3.3 Ом33 Ом330 Ом3.3 кОм33 кОм330 кОм3.3 МОм33 МОм
0.36 Ом3.6 Ом36 Ом360 Ом3.6 кОм36 кОм360 кОм3.6 МОм36 МОм
0.39 Ом3.9 Ом39 Ом390 Ом3.9 кОм39 кОм390 кОм3.9 МОм39 МОм
0.43 Ом4.3 Ом43 Ом430 Ом4. 3 кОм43 кОм430 кОм4.3 МОм43 МОм
0.47 Ом4.7 Ом47 Ом470 Ом4.7 кОм47 кОм470 кОм4.7 МОм47 МОм
0.51 Ом5.1 Ом51 Ом510 Ом5.1 кОм51 кОм510 кОм5.1 МОм51 МОм
0.56 Ом5.6 Ом56 Ом560 Ом5.6 кОм56 кОм560 кОм5.6 МОм56 МОм
0.62 Ом6.2 Ом62 Ом620 Ом6.2 кОм62 кОм620 кОм6. 2 МОм62 МОм
0.68 Ом6.8 Ом68 Ом680 Ом6.8 кОм68 кОм680 кОм6.8 МОм68 МОм
0.75 Ом7.5 Ом75 Ом750 Ом7.5 кОм75 кОм750 кОм7.5 МОм75 МОм
0.82 Ом8.2 Ом82 Ом820 Ом8.2 кОм82 кОм820 кОм8.2 МОм82 МОм
0.91 Ом9.1 Ом91 Ом910 Ом9.1 кОм91 кОм910 кОм9.1 МОм91 МОм

Таблица номиналов резисторов

Будет ли это иметь большое влияние на источник питания светодиодов? Давайте проверим, рассчитав ток, протекающий через светодиод, предполагая что знаем напряжение питания, напряжение приложенное к диоду, и точное значение резистора используя преобразованный закон Ома:

  • I max1 = (9 В – 1,9 В) / 1014 Ом = 7,0019 мА
  • I max2 = (9 В – 1,9 В) / 1000 Ом = 7,1 мА

Разница настолько мала (0,09 мА), что не о чем беспокоиться!

На самом деле мы даже не знаем точно, какое прямое напряжение на светодиоде. Так давайте проверим, как этот параметр повлияет на ток, протекающий через LED. Предположим, что сопротивление резистора равно 1000 Ом, а напряжение батареи 9 В. Вместо прямого напряжения диода подставим в формулу крайние значения из таблицы.

  • I макс = (9 В – 1,6 В) / 1000 Ом = 0,0074 А = 7,4 мА
  • I мин = (9 В – 2,2 В) / 1000 Ом = 0,0068 А = 6,8 мА

Отклонение от запланированных 7 мА не может превышать 0,4 мА, т.е. всего 6%. Это подтверждает, что нет смысла использовать очень точные данные о прямом напряжении на диоде для расчетов – любое отклонение в любом случае будет минимальным.

Напряжение питания не должно быть слишком низким. Теперь проверим что будет, если запитать тот же красный диод от источника напряжением 2,5 В. Для начала нужно рассчитать резистор. Предположим светодиод U = 1,9 В.

R = (2,5 В – 1,9 В) / 0,007 А = 85 Ом

В этом случае понадобится резистор на 85 Ом, конечно такое значение нигде не найдём. Но оставим это для дальнейших расчетов. Теперь оценим диапазон, в котором будет находиться прямой ток, если прямое напряжение диода достигнет экстремальных значений:

  • I макс = (2,5 В – 1,6 В) / 85 Ом = 10,5 мА
  • I мин = (2,5 В – 2,2 В) / 85 Ом = 3,5 мА

Здесь отклонение может составить 3,5 мА от принятого значения 7 мА, то есть до 50%! Ну и чем вызваны эти несоответствия? Изменилось только напряжение питания: оно уменьшилось с 9 В до 2,5 В. Это и привело к снижению напряжения на резисторе. Затем небольшие колебания прямого напряжения вызывали резкое изменение тока диода.

Поэтому по возможности на токоограничивающем резисторе должно падать максимально возможное напряжение. Это положительно скажется на стабилизации прямого тока диода.

Имейте ввиду, что чем больше напряжения подается на резистор, тем больше энергии потребляемой источником питания теряется. Особенно позаботимся об экономии энергии при работе от батарей. Так что всегда должен быть разумный компромисс.

Допуск точности резисторов

Каждый изготовленный радиоэлемент отличается определенной точностью исполнения, называемой допуском. Чем меньше допуск, выраженный в процентах, тем лучше. Фактическое сопротивление резистора может тогда отличаться меньше от номинального сопротивления, указанного на корпусе. Допуск можно прочитать на корпусе резистора, информация об этом закодирована в виде цвета последней полоски:

На практике, два резистора номиналом 1 кОм при измерении омметром вообще не будут равны 1000 Ом!

После расчета резистора нужно посмотреть в таблицу стандартов номиналов и найти значение, наиболее близкое к искомому. Безопаснее всего выбирать значение выше расчетного.

Вернемся к примеру, где нужно запитать красный светодиод от источника питания 2,5 В. Расчеты показали, что нужен резистор 85 Ом. Меньший резистор 82 Ом будет ближайшим в стандарте. Проверим, можно ли его безопасно использовать:

  • I макс = (2,5 В – 1,6 В) / 82 Ом = 10,9 мА
  • I мин = (2,5 В – 2,2 В) / 82 Ом = 3,6 мА

Даже в худшем случае максимальный ток будет далеко от предельного (20-30 мА), поэтому легко можете использовать этот радиоэлемент с меньшим сопротивлением.

Как питать несколько светодиодов

Предположим, есть 4 светодиода для подключения. Первый и самый простой вариант, – подключить каждый из них через отдельный резистор:

Независимое питание каждого светодиода

С точки зрения стабилизации рабочих параметров диодов это лучший подход: каждый из них запитан отдельно и не влияет на остальные. Проблемы с одним не повлияют на остальных. К сожалению, такой способ питания связан с большими потерями энергии. Вот пример питания 4-х красных светодиодов – каждый из них подключен через отдельный резистор 330 Ом. При таком подключении на каждый резистор подается напряжение, необходимое для правильного питания одного светодиода. С каждым последующим LED и его резистором потребление тока всей схемы соответственно увеличивается/

Параллельное соединение светодиодов

Светодиоды имеют две ножки, поэтому их можно успешно подключать параллельно или последовательно. Если бы все диоды были соединены параллельно, схема выглядела бы так:

Но это недопустимое решение!

Каждый светодиод имеет прямое напряжение, которое может незначительно отличаться от одного светодиода к другому – даже в пределах одной и той же серии. Ток для всех 4 LED течет от резистора и распределяется между диодами. В этом случае на светодиодах будет выставлено одно напряжение, потому что они включены параллельно. Сколько это будет? Неизвестно.

Ведь может оказаться, что на одном светодиоде прямое напряжение будет намного ниже, чем на остальных. Тогда почти весь ток, пропускаемый резистором, будет проходить именно через него. Светодиоды станут светить неравномерно, и со временем могут быть повреждены.

Так что стоит помнить: подключение нескольких светодиодов параллельно с использованием одного резистора недопустимо, потому что нет контроля над током, протекающим через каждый из диодов!

Что еще хуже, когда один из светодиодов выходит из строя и перестает светить, его ток будет распространяться на другие диоды. Таким образом, вместо 4 светодиодов, через которые протекает, например 10 мА (всего 40 мА), в схеме будет уже 3 светодиода, через которые протекает ~ 13 мА (ведь всего 40 мА). А если сразу 3 LED повреждены, весь ток (40 мА) будет проходить через последний, что приведет к его гарантированному повреждению!

Если светодиоды не идентичны, одни светятся ярче, другие – темнее. Этот эффект особенно заметен, когда берем светодиоды разного цвета.

Последовательное соединение светодиодов

Один и тот же по величине ток всегда течет через последовательно соединенные компоненты.

Питание светодиодов, соединенных последовательно

При таком подключении получим такой ток, как если бы питали только один светодиод. А вот количество энергии, затрачиваемой на резистор, будет уменьшено, потому что падение напряжения на светодиодах будет большим.

Но напряжение, подаваемое на резистор – уменьшилось. Из 9 В, обеспечиваемых батареей, около 8 В должны быть выделены на диоды, включенные последовательно. Как мы знаем, меньший ток, подаваемый на резистор, ухудшит стабильность тока светодиода. Посчитаем насколько. Сначала выберем соответствующий токоограничивающий резистор для этих LED элементов. Предположим, надо чтобы в цепи протекало только около 4 мА.

R = (9 В – 4,19 В) / 0,004 А = 350 Ом

Расчетный резистор лучше всего округлить до ближайшего стандартного из серии – 330 Ом. Теперь оценим, какой ток будет протекать в наихудших возможных условиях, то есть когда прямое напряжение всех LED будет самым низким и самым высоким:

  • I макс = (9 В – 4 · 1,6 В) / 330 Ом = ~ 8 мА
  • I мин = (9 В – 4 · 2,2 В) / 330 Ом = ~ 1 мА

Всегда полезно проводить такой анализ наихудшего случая. Благодаря этому можно проверить, будет ли схема работать должным образом во всех возможных условиях.

Расчеты показали, что в зависимости от прямого напряжения на светодиоде ток, протекающий по цепи, может изменяться в широких пределах (1-8 мА). Конечно таких значений достаточно, чтобы светодиоды нормально светились. Но гораздо безопаснее будет их комбинировать следующим образом:

Питание светодиодов соединенных параллельно и последовательно

Давайте подсчитаем, насколько ток может колебаться в каждой ветви приведенной схемы. Предположим, что используем красные светодиоды и резисторы 330 Ом.

Что если подключим последовательно 4 белых светодиода с прямым напряжением 3 В? Это дает в сумме 4 х 3 В = 12 В, что выше чем напряжение источника питания (9 В). Значит такое соединение невозможно. Потребовалось бы найти источник питания с более высоким напряжением или подключить светодиоды в другой конфигурации.

Многие новички в электронике задаются вопросом, можно ли поменять местами компоненты в ряду – например разместить резистор позади светодиода, а не перед ним. Они опасаются что такая замена может повредить компоненты. Так что должно быть первым: светодиод или резистор? Важен ли порядок последовательного подключения?

На самом деле одинаковый ток протекает через последовательно соединенные компоненты. Так что никакой разницы в работе вышеперечисленных схем не будет. Элементы соединенные последовательно, можно перемещать между собой любым способом. Ток, протекающий через такую ??схему, будет одинаковым! Единственное условие – соблюдать полярность таких элементов как диоды, электролитические конденсаторы и так далее.

Простые примеры расчётов

1) Рассчитаем резистор, которым хотим запитать один зеленый светодиод от батареи 9 В. Диод предполагается использовать как сигнализатор, поэтому достаточно, чтобы он светился несильно.

  • U пит = 9 В
  • U диода = 2,85 В
  • I диода = 2 мА

Идеальное значение резистора: (9 – 2,85) / 0,002 = 3075 Ом. Соответствующий резистор по стандарту: 3 кОм.

2) Рассчитаем резисторы, которыми хотим запитать два желтых светодиода, соединенных последовательно. Источник – блок питания 6 В. Светодиоды должны светиться достаточно ярко.

  • U пит = 6 В
  • U диода = 2,15 В, итого 2 х 2,15 = 4,3 В
  • I диода = 7 мА

Идеальное значение резистора: (6 – 4,3) / 0,007 = 242 Ом. Соответствующий резистор: 240 Ом.

Источник питания для схемы

В приведенных рассуждениях специально упущен тот факт, что источник питания является еще одним ограничением. Имейте в виду, что батарейки вообще не обеспечивают стабильного напряжения. Не всегда на выходе батареи Крона мы получим 9 В. Может быть больше у свежей, а может быть меньше у подсевшей. Этот параметр также необходимо учитывать при подробных расчетах.

Выше для наглядности таблица с параметрами напряжения на свинцовой батарее при разной степени разряда.

Подведём итоги

Правильный выбор резистора – дело несложное, всего несколько простых формул и вольт-амперных зависимостей. Помните, что расчеты никогда не покажут идеальное значение, которое обычно недостижимо. Следовательно их результаты необходимо корректировать в зависимости от того, что есть в распоряжении по деталям. Главное, ни в коем случае не подключать светодиод без резистора!

И в дополнение несколько практических материалов о работе со светодиодами:

  • Драйвер для светодиодов
  • Как сделать мигающий светодиод
  • Как узнать напряжение светодиода
  • Питание светодиода от батарейки
  • Питание для светодиодной ленты
  • Стабилизаторы тока с малым падением напряжения

   Форум по LED

Подключение светодиода к сети 220 В

Сегодня будем рассматривать один из интереснейших вопросов — подключение светодиода к сети 220 В. В принципе, данная система достаточно проста и в этом нет ничего сложного.

Как правило, для подключения светодиодов используют драйверы. Но если Вам необходимо подключить только один светодиод, то использование таких драйверов просто-напросто нецелесообразно.

Т.к. светодиод — это полупроводниковый «прибор», то сопротивление полупроводника нелинейное, т.е., если смотреть более «кухарским» языком — нелинейно зависит от величины приложенного напряжения. Соответственно, для того, чтобы подключить светодиод к сети 220 В необходимо применять резистор.

При использовании постоянного напряжения можно применять только резистор. Если применять переменное напряжение, то можно использовать конденсатор и катушку индуктивности. Вдаваться в подробности полупериод и передачу-накопление энергии в полупериод не буду, т.к. это не та статья, где надо забивать голову этим.

Подключение светодиода к сети 220 В — простейшие схемы


В данном разделе будем рассматривать схемы, которые можно самостоятельно и быстро воплотить в жизнь, для того, чтобы выполнить подключение светодиода к сети 220 В самостоятельно.

Подключение светодиода к 220 В с использованием резистора — схема


Выше вы можете видеть схему, которая используется повсеместно в цепях индикации. Т.е. если Вы разберете выключатель со светодиодной подсветкой, то обязательно увидите именно такую схему подключения светодиодов к сети 220 В. Такое соединение к 220 В у светодиода не только в выключателях. но и в индикации чайника, утюга и т.п. электротехнических устройствах. Мало того, что это самая простая схема подключения светодиодов к сети 220 В, так она еще и самая надежная.

Схема — подключение светодиода к сети 220 В при помощи резистора и диода


Для защиты светодиода используют схему подключения встречно-параллельного обычного диода.

Для чего в этой схеме надо использовать диод? А все просто… В проводящий полупериод на светодиоде напряжение снижается до 3В. В момент когда он заперт (непроводящий полупериод) к его выводам прикладывается обратное полное действующее напряжение 220 В, амплитуда которого может достигать аж 310 В. А это, само-собой влечет возможность вывода из строя светодиод. Но… Если мы создадим путь протекания тока в непроводимый полупериод времени, то амплитуда обратного напряжения будет снижена. Именно для этого и применяется шунтирующий диод, показанный на схеме. В общем, если Вы хотите, чтобы Ваш светодиод при подключении к сети 220 В с резистором не погорел синем пламенем, используйте диод.

Схема — подключение светодиода к сети 220 В с диодом подключенным не встречно-параллельно


Существует возможность подключать ограничительный диод и не встречно-параллельно.

По сравнению с предыдущей схемой мы можем видеть, что ток протекает через резистор в 2 раза меньше. А это означает, что на нем выделится мощности ровно в 4 раза меньше.

Отрицательная сторона такого подключения светодиода к 220 В

К защитному диоду прикладывается ПОЛНОЕ напряжение сети, поэтому абы какой диод мы тут установить не можем. Для этого нам необходимо подобрать диод с обратным напряжением не менее 440 В — 1N4007.

Развенчаю домыслы многих радиолюбителей… В отрицательные полупериоды светодиод будет находиться в состоянии электрического пробоя! Но благодаря тому, что сопротивление p-n перехода защитного диода велико, тока будет недостаточно, чтобы вывести его из строя.

Электробезопасность при подключении светодиода к сети 220 В

Не забываем, что любая простая схема подключения светодиода к 220 В при прикосновении к ней человека может привести к негативным последствиям. Поэтому, дабы обезопасить себя и возможно детей от высокого напряжения необходимо поделить номинал резистора по полам и определить его на обе «линии».

Данное видоизменение используйте не только к такому типу подключения светодиодов, но и на ВСЕ схемы, где вы будете подключать светодиоды к сети 220 В без специальных устройств в виде драйвера.

Схема — подключение светодиода к сети 220 В при помощи аналогичного светодиода


Если подходящего диода нет, то подойдет и светодиод, с аналогичными характеристиками, для подключения его встречно-параллельно.

После того, как соберете данную схему, будет казаться, что в момент подключения оба светодиода будут светиться. Однако, это ошибочное представление, т.к. они мерцают с частотой в 50 Гц.

Светодиоды работают в противофазе. Когда первый работает, второй гаснет.

Здесь Вам стоит отметить следующее:

  1. Ток протекает через оба полупериода
  2. Ток протекает через резистор

Соответственно и номинал резистора стоит снизить вдвое.

Подключение светодиода к сети 220 В с применением конденсатора


Конденсатор обладает реактивным сопротивлением переменному току. Если перевести на обывательский язык, то он не»ест» активную мощность, как это делает резистор, а соответственно и не нагревается. Постоянный ток не пропускается и является своеобразным сопротивлением, которое с легкостью приравнивается к разрыву цепи. Любые конденсаторы, которые вы будете использовать в своих схемах должны быть не менее 400 В.

Подключение светодиода с одним конденсатором


При подаче переменного напряжения на конденсатор через него будет течь ток. Сопротивление его будет обратно пропорционально зависеть от частоты. Т.е. с ростом частоты сопротивление будет падать. Сопротивление также зависит и от емкости.

Основной минус такой схемы в том, что в момент подключения к сети 220 В протекает большой ток. Величина которого может в несколько раз превышать номинальный ток светодиода, естественно из-за чего светоизлучающий диод может выйти из строя.

Подключение светодиода к сети 220 В с использованием конденсатора и резистора


Чем больше емкость конденсатора, тем выше значение тока в момент включения. Чтобы защитить светодиод следует использовать резистор, подключенный последовательно с конденсатором.

Если Вы будете рассчитывать номинал резистора, емкость конденсатора, то сможете понять, что данная схема просто нерентабельна из-за большой потери мощности.

Однако, мы тут рассматриваем различные возможности подключения светодиода к сети 220 В, а не их применение.

В общем, я попытался Вам показать все возможные варианты подключения светодиодов к сети 220 В. Может чего-то не хватает — пишите в комментариях, добавлю.

Что происходит при последовательном соединении стабилитронов?

Ключевые выводы

  • Стабилитроны

    могут быть размещены последовательно или параллельно с другими элементами схемы, в которую входят другие стабилитроны.

  • При последовательном подключении стабилитронов распределение тока и напряжения будет подчиняться законам Кирхгофа, и вы можете получить конкретное соотношение для распределения напряжения и тока в ваших диодах.

  • Стабилитроны серии

    Back-to-back обеспечивают некоторые полезные характеристики в цепях переменного тока благодаря их выпрямляющим свойствам.

Эти стабилитроны можно соединить последовательно.

Зенеровские диоды — это фундаментальные полупроводниковые устройства, используемые во многих интегральных схемах. Эти компоненты просты, поскольку обеспечивают выпрямление с высокой крутизной при прямом смещении. Они могут производиться серийно для использования в ряде систем и могут использоваться как отдельные компоненты. В некоторых схемах вы можете захотеть воспользоваться выпрямительным поведением стабилитронов, включенных последовательно, чтобы обеспечить некоторое полезное электрическое поведение. Если это сделано в ваших схемах, как последовательное расположение стабилитронов влияет на электрические характеристики?

Ответ зависит от того, как последовательно расположены стабилитроны — впритык или впритык. Когда вы последовательно размещаете стабилитроны таким образом, вы можете использовать некоторые простые приложения законов Кирхгофа и закона Ома для определения распределения напряжения и тока в последовательном расположении. Вот когда вы можете столкнуться с диодами Зенера, включенными последовательно, и как различные схемы влияют на распределение тока и напряжения в последовательной цепи.

Последовательное соединение стабилитронов

Как и другие элементы схемы, несколько стабилитронов могут быть соединены последовательно. Существует два типа последовательного соединения диодов. Сквозные схемы располагаются последовательно с катодами, обращенными друг к другу, или с обращенными друг к другу анодами. В этом случае один стабилитрон будет смещен в прямом направлении, а другой — в обратном. В сквозной схеме катод одного диода соединен с анодом другого диода, поэтому оба будут смещены в прямом направлении или оба будут смещены в обратном направлении.

Последовательно соединенные сквозные и встречно-параллельные вольт-амперные диоды.

Эффекты выпрямления в каждом последовательном диоде будут определять, как напряжение порождает ток в этой схеме. Если вы посмотрите на уравнение тока стабилитрона, выпрямительное поведение стабилитрона вызывает насыщение тока в обоих направлениях в встречно-параллельном стабилитроне. Другими словами, поскольку один диод всегда смещен в обратном направлении, ток будет ограничен током насыщения даже в диоде с прямым смещением. Этого не происходит при сквозном расположении, и его вольтамперная кривая будет выглядеть точно так же, как типичная вольтамперная кривая для одиночного стабилитрона. На приведенном ниже графике показано, как сравниваются токи в приведенных выше схемах «спина к спине» и «конец в конец».

Сквозная и встречная зависимость ток-напряжение для последовательно включенных стабилитронов.

Поскольку характеристики тока и напряжения сквозных диодов очень похожи на характеристики одиночного диода, нам не нужно проводить дополнительные исследования. Используя закон напряжения Кирхгофа и закон Ома, вы можете показать, что падения напряжения на каждом диоде в сквозной конфигурации равны, если диоды имеют одинаковый коэффициент идеальности и ток насыщения. Для встречно-параллельных диодов это не так, как мы увидим ниже.

Напряжение и ток в встречно-параллельных диодах

Чтобы понять, почему такое поведение насыщения возникает при встречно-параллельном расположении диодов, нам нужно посмотреть на распределение тока и напряжения в двух диодах, используя законы Кирхгофа и Закон Ома. Когда встречно-параллельные одинаковые стабилитроны последовательно подключены к источнику постоянного напряжения, происходит следующее:

  1. Диод с обратным смещением работает в режиме насыщения, поэтому он имеет самый высокий импеданс, а диод с прямым смещением имеет самый низкий импеданс (согласно закону Ома).

  2. Поскольку диод с обратным смещением имеет самый высокий импеданс, он имеет самое большое падение напряжения, что ограничивает ток, создаваемый диодом с прямым смещением (согласно закону напряжения Кирхгофа).

  3. Поскольку напряжение, подаваемое на пару диодов, продолжает увеличиваться, ток в цепи приближается к току насыщения (согласно закону тока Кирхгофа).

В общем случае можно определить падение напряжения на каждом диоде, взглянув на токи насыщения и коэффициенты идеальности для каждого диода, установленного встречно-параллельно. Если вы используете закон Кирхгофа для тока, вы можете определить падение напряжения на диоде VB, смещенном в обратном направлении, и на диоде VF, смещенном в прямом направлении. Это определяется в приведенном ниже уравнении:

Напряжение обратного и прямого смещения в встречно-параллельном стабилитроне.

Это хорошо обобщает поведение постоянного тока и напряжения двух последовательно соединенных стабилитронов при включении встречно-параллельно: распределение напряжения полностью определяется коэффициентом идеальности диода, смещенным в прямом направлении, и токами насыщения в обоих диодах. диоды. Обратите внимание, что это поведение относится ко всем последовательно включенным диодам, а не только к последовательно включенным стабилитронам. Отличие последовательно включенных стабилитронов от некоторых других диодов заключается в их напряжении пробоя и обратном токе при пробое, а вольт-амперные характеристики будут напоминать те, которые наблюдаются у одиночного диода при пробое.

Ограничение переменного тока в встречно-параллельных диодах

Поведение выпрямления, характерное для одиночных диодов с обратным смещением, вызывает насыщение сигнала переменного тока, что затем ограничивает ток, который может подаваться в цепь при обратном смещении; это основа для выпрямительных мостов. Если вы используете встречно-параллельное последовательное расположение стабилитронов, вы можете создать ограничитель тока, обеспечивающий обрезание волны переменного тока.

Эффект выпрямления в встречно-параллельном диоде можно использовать для создания схемы ограничения. В приведенном ниже примере показан ограничитель с входной синусоидой 20 Гц. Выходной сигнал берется через последовательное расположение диодов и отображается во временной области, как показано на схеме и графике ниже.

Цепь стабилитрона с двойным ограничением.

Если у вас есть доступ к пакету SPICE, вы можете использовать стандартные модели диодов для построения графика, подобного показанному выше. Это делается с помощью анализа переходных процессов, который покажет вам изменение переменного тока в цепи во временной области, когда ток управляется переменным напряжением. Это имитирует поведение стабилизатора напряжения на основе стабилитрона, распространяя выпрямление на положительные и отрицательные части формы входного сигнала переменного тока. Затем вы можете подать этот обрезанный сигнал в другую схему, например компаратор, для генерации чистой прямоугольной волны.

После того, как вы разработали схемы с последовательными диодами Зенера, вы можете использовать лучшее программное обеспечение для компоновки печатных плат и проектирования, чтобы зафиксировать свои проекты в качестве исходной компоновки печатной платы. Allegro PCB Designer включает в себя функции, необходимые для компоновки плат для любого приложения. Затем вы можете использовать инструменты анализа Cadence для моделирования и анализа поведения вашей силовой электроники.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

 

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на Linkedin

Посетить сайт

Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

Защита цепи

— Как подключить TVS диод

\$\начало группы\$

Я хочу использовать TVS-диод 824021 в своей схеме. Вход 5В, а фиксация диода TVS на 7В.

Какая из следующих двух схем подключения является правильной A или B? Или, лучше сказать, нужно ли подключать обе клеммы или можно использовать только одну клемму, как показано на рисунке А?

А:

B:

  • защита цепи
  • защита от перенапряжения
  • телевизоры

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Это зависит от того, что вы защищаете. Хотя это ваш выбор, в вашей схеме вы должны учитывать сигналы, которые вы защищаете.

Если вы подключите два диода параллельно, вы удвоите емкость. Это может повлиять на сигналы, которые вы защищаете. В этом случае емкость диода составляет около 60-70 пФ, что немаловажно. Удвоение этого значения до 120-140 пФ может стать настоящей проблемой. Например, предположим, что вы можете защитить высокоскоростной сигнал HDMI.

Наиболее важным элементом является то, что вы внимательно следите за импедансом проводов/дорожек от вашего внешнего края (разъемы) до защищенных цепей. Убедитесь, что на печатной плате и сигнальных дорожках с контролируемым импедансом есть заземление. Когда TVS лавинообразен, вам нужно какое-то раннее импеданс/сопротивление, против которого можно сбросить избыточное напряжение.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

У вас нет делать что-либо, я имею в виду: это на ваш выбор .

Подключить только один диод и оставить другой контакт открытым (ваша первая схема) — это нормально. Тогда вы бы просто не использовали диод, подключенный к неподключенному контакту.

Но поскольку у вас все равно два диода, я бы использовал оба параллельно, как показано на вашей второй схеме. Вы получите немного лучшую защиту, потому что два параллельных диода могут выдерживать больший ток, чем один диод.