P вт =U в ×I A
Где, P (Вт) – мощность; U (В) – напряжение; I (А) – ток.
Как видим из формулы, зависит от напряжения и тока. В реальной схеме через сопротивление протекает заданный ток. Поскольку резистор имеет определенное сопротивлением, то под действием идущего через него тока нагревается. На нём выделяется какое-либо количество тепла. Это и есть не то, что иное как мощность, которая рассеивается на сопротивлении.
Если в схему включить сопротивление меньшей мощности рассеивания, чем необходимо, то резистор будет сильно греться и через небольшое время сгорит. Не забывайте это при сборке принципиальных схем и радиолюбительских конструкций.
Пример расчета мощности резистора |
Возьмем за основу вот эту общеизвестную формулу.
Ult, P(Вт) – мощность; R(Ом) – сопротивление резистора; I(А) – ток, идущий через резистор.
Все расчеты следует осуществлять, соблюдая размерность. Допустим если сопротивление резистора 1 кОм, то в формулу нужно подставить значение в Омах, - 1000 Ом. Тоже правило размерности относится и другим величинам (ток, напряжение).
В реальную схему требуется устанавливать сопротивление с мощностью в полтора – два раза выше рассчитанной.
Существует еще одна простая формула для расчета мощности резистора. Она используется в случае, если неизвестен ток, который течет через сопротивление.
Для последовательного, параллельного и смешанного соединение резисторов. Мощность рассеивания определяется в соответствии с формулами ниже:
Мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно и параллельно соединенных резисторов, равны сумме мощностей на отдельных сопротивлениях
Еще из школьной физики известен "Закон Ома" . В школе учились все, поэтому, наверняка, это должен знать каждый, или, по крайней мере, помнить такое словосочетание. Так же, потребуется формула расчета мощности. Вот, оперируя этими двумя формулами, можно подобрать нужный резистор для подключения светодиода к 12В. Да и не только к 12В, к любому напряжению.
Пример:
В качестве примера, возьмем светодиод L-132XYD. Его параметры: Ток = 10мA, напряжение = 2,5В. Его требуется подключить к автомобильному аккумулятору, в котором напряжение, в среднем, 13В. Помимо двух, изложенных выше, формул, следует так же знать, что еще существует, так называемый коэффициент надежности светодиода (видел на каком-то сайте, а потом, несколько знакомых сказали, что такая вещь действительно существует). Он равен 0,75. На этот коэффициент следует умножать ток потребления самого светодиода.
И так, по закону Ома, если сила тока (I) прямо пропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна сопротивлению (R), то, отсюда следует, что, искомое сопротивление (R) будет равняться отношению напряжения (U) к силе тока (I). Получилась формула расчета сопротивления (R). Теперь, в эту формулу следует добавить коэффициент надежности (0,75) и умножить его на ток (I):
Так же, существует понятие, как падение напряжения на светодиоде. Проще говоря, это напряжение светодиода, которое, в нашем случае, равняется 2,5В. Это нужно знать для того, чтобы правильно рассчитать напряжение, которое следует понизить. Т.е., Uформ. (напряжение, которое надо вставить в формулу) равняется разнице Uсущ. (существующее напряжение, к которому надо подсоединить светодиод, в нашем случае 13В) и Uпад. (падение напряжения на светодиоде, в данном случае 2,5В).
Так как сила тока измеряется в амперах (А), а ток светодиода дан в миллиамперах (мА), то следует перевести ток светодиода из миллиампер в амперы (А). Так как 1А=1000мА, то, 10мА=0,01А. Вот эту величину и следует вставлять в формулу.
Теперь, зная все, что нужно, можно рассчитать требуемый номинал резистора по следующей формуле:
Теперь, в уже готовую формулу, надо вставить нужные значения:
И так, номинал резистора известен, но, если, не удается найти именно такой резистор, то следует взять резистор с одним из стандартных значений, близкому к расчетному, но, тогда, только больше. В данном случае, можно использовать резистор в 1,5кОм, т.е. 1500Ом. Если номинал будет меньше расчетного, например 1,2кОм, то срок службы светодиода может заметно сократиться. Разница в 100-200Ом, на яркости светодиода, практически не скажется, по крайней мере, заметить ее будет очень сложно.
Так как сопротивление резистора нам уже известно, пора рассчитать его мощность. Дело в том, что у резистора, как я уже упоминал выше, есть, так же, такой параметр, как мощность. Есть несколько стандартных значений мощности резистора: 0,125Вт, 0,25Вт, 0,5Вт, 1Вт, 2Вт, 3Вт. Чем больше мощность резистора, тем он толще. Если поставить в цепь резистор с мощностью меньшей, чем через него проходит, то он начнет очень сильно нагреваться и, в конце концов, просто сгорит, потребуется его замена. Чтобы этого избежать, надо заранее определиться с мощностью нужного резистора. Считается это очень легко, по приведенной ниже формуле. Значения которые нужно знать - это ток светодиода (в нашем случае 0,01А), существующее напряжение (у нас 13В) и напряжение падения (2,5В).
Полученное значение очень близкое к стандартному 0,125Вт, это самое "слабое" стандартное значение. Чем больше мощностные характеристики рассчитанного резистора, тем меньше он будет нагреваться.
Итак, с помощью нехитрых расчетов, мы вычислили, что для подключения светодиода L-132XYD (10мА; 2,5В) к автомобильной электросети, потребуется резистор номиналом 1,5кОм и мощностью 0,125Вт.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ
При последовательном соединении, в принципе, особо не меняется ничего. Ток в цепи останется постоянным, а напряжение будет падать на каждом из светодиодов.
Для примера, можно взять все тот же светодиод L-132XYD (10мА; 2,5В), только не один, а, допустим три. А подключить их можно все к тому же автомобильному аккумулятору. Формулы расчета резистора и его мощности те же. Разница будет только в расчете напряжения.
Uпад.1,Uпад.2, Uпад.3 - это падение напряжение на каждом светодиоде. Как я уже говорил, ток, в последовательной цепи, не изменяется. А раз это так, то можно сразу посчитать искомый резистор. Для данной задачи, берем выше приведенные цифры:
У резистора есть довольно важный параметр, который целиком и полностью влияет на надёжность его работы. Этот параметр называется мощностью рассеивания . Он уже упоминался в статье о параметрах резистора .
Сама по себе мощность постоянного тока рассчитывается по простой формуле:
Здесь, P (Вт) – мощность;
U (В) – напряжение;
I (А) – ток.
Как видим, мощность зависит от напряжения и тока. В реальной цепи через резистор протекает определённый ток. Поскольку резистор обладает сопротивлением, то под действием протекающего тока резистор нагревается. На нём выделяется какое-то количество тепла. Это и есть та мощность, которая рассеивается на резисторе.
Если в схему установить резистор меньшей мощности рассеивания, чем требуется, то резистор будет нагреваться и в результате сгорит. Поэтому, если в схеме нужно заменить резистор мощностью 0,5 Ватт, то ставим на 0,5 Ватт и более. Но никак не меньше !
Каждый резистор рассчитан на свою мощность. Стандартный ряд мощностей рассеивания резисторов состоит из значений:
- 0,125 Вт
- 0,25 Вт
- 0,5 Вт
- Более 2 Вт.
Чем больше резистор по размерам, тем, как правило, на большую мощность рассеивания он рассчитан.
Допустим, у нас есть резистор с номинальным сопротивлением 100 Ом. Через него течёт ток 0,1 Ампер. На какую мощность должен быть рассчитан этот резистор?
Тут нам потребуется формула. Выглядит она так:
Здесь, P (Вт) – мощность;
R (Ом) – сопротивление цепи (в данном случае резистора);
I (А) – ток, протекающий через резистор.
Все расчёты следует производить, строго соблюдая размерность. Так, если сопротивление резистора не 100 Ом, а 1 кОм, то в формулу нужно подставить значение в Омах, т.е. 1000 Ом (1 кОм = 1000 Ом). Тоже правило касается и других величин (тока, напряжения).
Рассчитаем мощность для нашего резистора:
Мы получили мощность 1 Ватт. Теперь небольшое отступление.
В реальную схему необходимо устанавливать резистор с мощностью в полтора – два раза выше рассчитанной.
Поэтому нам подойдёт резистор мощностью 2 Вт (см. резисторов).
Также есть и другая формула для расчёта мощности. Она применяется в том случае, если неизвестен ток, который протекает через резистор.
Всё бы хорошо, но в жизни бывают случаи, когда применяется последовательное или параллельное соединение резисторов . Как рассчитать мощность рассеивания для каждого из резисторов в последовательной или параллельной цепи?
Допустим, нам требуется заменить резистор сопротивлением 100 Ом. Протекающий через него ток равен 0,1 Ампер. Следовательно, мощность этого резистора 1 Ватт.
Для его замены можно применить два соединённых последовательно резистора сопротивлением 20 Ом и 80 Ом. На какую мощность должны быть рассчитаны эти резисторы?
Для последовательной цепи действует одно правило. Через последовательно соединённые резисторы течёт один и тот же ток. Теперь применим формулу для расчёта мощности и получим, что мощность рассеивания резистора на 20 Ом должна быть равна 0,2 Вт, а резистора на 80 Ом - 0,8 Вт. Выбираем резисторы согласно стандартному ряду мощностей:
R 1 – 20 Ом (0,5 Вт );
R 2 – 80 Ом (1 Вт )
Как видим, если сопротивления резисторов будут разные, то и мощность на них будет выделяться разная.
Мощность, рассеивающаяся на резисторе, зависит в первую очередь от тока, который течёт через данный резистор. А ток зависит от сопротивления резистора. Поэтому, если вы соединяете последовательно резисторы разных номиналов, то и рассеивающаяся мощность распределиться между ними.
Это обстоятельство необходимо учитывать при самостоятельном конструировании электронных самоделок иначе при неправильном подборе резисторов может получиться так, что на одном резисторе выделиться больше мощности, чем на другом, и он будет работать в тяжёлом температурном режиме.
Чтобы не ломать голову и не рассчитывать мощность каждого в отдельности резистора, можно поступать так:
Мощность каждого резистора, входящего в составляемую нами цепь (параллельную или последовательную) должна быть равна мощности заменяемого резистора. Иными словами, если нам надо заменить резистор, мощностью 1 Вт, то каждый из резисторов для его замены должен иметь мощность не менее 1 Ватта. На практике это самое быстрое и эффективное решение.
Для параллельного соединения резисторов нужно учитывать, что через резистор с меньшим сопротивлением протекает больший ток. Следовательно, и мощности на нём будет рассеиваться больше.
Светодиод имеет очень небольшое внутреннее сопротивление, если его подключить напрямую к блоку питания, то сила тока будет достаточной высокой, чтобы он сгорел. Медные или золотые нити, которыми кристалл подключается к внешним выводам, могут выдерживать небольшие скачки, но при сильном превышении перегорают и питание прекращает поступать на кристалл. Онлайн расчёт резистора для светодиода производится на основе его номинальной рабочей силы тока.
Онлайн калькулятор
Онлайн калькулятор покажет вам точное сопротивление в Омах. Как правило окажется, что резисторы с таким номиналом не выпускаются, и вам будет показан ближайший стандартный номинал. Если не удаётся сделать точный подбор сопротивления, то используйте больший номинал. Подходящий номинал можно сделать подключая сопротивление параллельно или последовательно. Расчет сопротивления для светодиода можно не делать, если использовать мощный переменный или подстроечный резистор. Наиболее распространены типа 3296 на 0,5W. При использовании питания на 12В, последовательно можно подключить до 3 LED.
Резисторы бывают разного класса точности, 10%, 5%, 1%. То есть их сопротивление может погрешность в этих пределах в положительную или отрицательную сторону.
Не забываем учитывать и мощность токоограничивающего резистора, это его способность рассеивать определенное количество тепла. Если она будет мала, то он перегреется и выйдет из строя, тем самым разорвав электрическую цепь.
Чтобы определить полярность можно подать небольшое напряжение или использовать функцию проверки диодов на мультиметре. Отличается от режима измерения сопротивления, обычно подаётся от 2В до 3В.
Основные параметры
Так же при расчёте светодиодов следует учитывать разброс параметров, для дешевых они будут максимальны, для дорогих они будут более одинаковыми. Чтобы проверить этот параметр, необходимо включить их в равных условиях, то есть последовательно. Уменьшая тока или напряжение снизить яркость до слегка светящихся точек. Визуально вы сможете оценить, некоторые будут светится ярче, другие тускло. Чем равномернее они горят, тем меньше разброс. Калькулятор расчёта резистора для светодиода подразумевает, что характеристики светодиодных чипов идеальные, то есть отличие равно нулю.
Напряжение падения для распространенных моделей маломощных до 10W может быть от 2В до 12В. С ростом мощности увеличивается количество кристаллов в COB диоде, на каждом есть падение. Кристаллы включаются цепочками последовательно, затем они объединяются в параллельные цепи. На мощностях от 10W до 100W снижение растёт с 12В до 36В.
Этот параметр должен быть указан в технических характеристиках LED чипа и зависит от назначения:
- цвета синий, красный, зелёный, желтый;
- трёхцветный RGB;
- четырёхцветный RGBW;
- двухцветный, теплый и холодный белый.
Особенности дешёвых ЛЕД
Прежде чем подобрать резистор для светодиода на онлайн калькуляторе, следует убедится в параметрах диодов. Китайцы на Aliexpress продают множество led, выдавая их за фирменные. Наиболее популярны модели SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Всё самое плохое обычно делается под брендом Epistar.
Например, чаще всего китайцы обманывают на SMD5630 и SMD5730. Цифры в маркировке обозначают лишь размер корпуса 5,6мм на 3,0мм. В фирменных такой большой корпус используется для установки мощных кристаллов на 0,5W , поэтому у покупателей диодов СМД5630 напрямую ассоциируется с мощностью 0,5W. Хитрый китаец этим пользуется, и в корпус 5630 устанавливает дешевый и слабенький кристалл в среднем на 0,1W , при этом указывая потребление энергии 0,5W.
Китайские светодиодные лампы кукурузы
Наглядным примером будут автомобильные лампы и светодиодные кукурузы, в которых поставлено большое количество слабеньких и некачественных ЛЕД чипов. Обычный покупатель считает, чем больше светодиодов чем лучше светит и выше мощность.
Автомобильные лампы на самых слабых лед 0,1W
Чтобы сэкономить денежку, мои светодиодные коллеги ищут приличные ЛЕД на Aliexpress. Ищут хорошего продавца, который обещает определённые параметры, заказывают, ждут доставку месяц. После тестов оказывается, что китайский продавец обманул, продал барахло. Повезёт, если на седьмой раз придут приличные диоды, а не барахло. Обычно сделают 5 заказов, и не добившись результата и идут делать заказ в отечественный магазин, который может сделать обмен.