Izbira upora za omejevanje toka

Predstavitev

Tokovno omejevalni upori so nameščeni v vezju, da zagotovijo, da količina toka, ki teče, ne presega tistega, kar vezje lahko varno prenese. Ko tok teče skozi upor, je v skladu z Ohmovim zakonom ustrezen padec napetosti na uporu (Ohmov zakon pravi, da je padec napetosti produkt toka in upora: V=IR). Prisotnost tega upora zmanjša količino napetosti, ki se lahko pojavi na drugih komponentah, ki so v seriji z uporom (ko so komponente "v seriji", obstaja samo ena pot za pretok toka in posledično enaka količina toka prek njih; to je podrobneje razloženo v informacijah, ki so na voljo prek povezave v polju na desni).

Tukaj nas zanima določitev upora za tokovno omejevalni upor, ki je nameščen zaporedno z LED. Upor in LED sta po drugi strani priključena na napetost 3.3 V. To je pravzaprav precej zapleteno vezje, ker je LED nelinearna naprava: razmerje med tokom skozi LED in napetostjo na LED ne sledi preprosti formuli. Tako bomo naredili različne poenostavitvene predpostavke in približke.

V teoriji bo idealna napetost napajala poljubno količino toka, ki je potrebna za vzdrževanje svojih terminalov pri kateri koli napetosti, ki naj bi jo napajala. (V praksi pa lahko napajalnik z napetostjo dovaja le končno količino toka.) Osvetljena LED ima običajno padec napetosti od približno 1.8 V do 2.4 V. Za konkretizacijo bomo predpostavili padec napetosti 2V. Za vzdrževanje te količine napetosti na LED običajno potrebujete približno 15 mA do 20 mA toka. Še enkrat zaradi konkretnosti predvidevamo tok 15 mA. Če bi LED neposredno priključili na napajanje, bi napetostni napajalnik poskušal vzpostaviti napetost 3.3 V na tej LED. Vendar imajo LED diode običajno največjo napetost naprej približno 3 V. Poskus vzpostavitve napetosti, ki je višja od te na LED diodi, bo verjetno uničil LED in potegnil veliko toka. Tako lahko ta neusklajenost med tem, kar želi napajalnik ustvariti, in tem, kar LED lahko prenese, poškoduje LED ali napetost ali oboje! Tako želimo določiti upor za tokovno omejevalni upor, ki nam bo dal ustrezno napetost približno 2 V na LED in zagotovil tok skozi LED približno 15 mA.

Če želite stvari urediti, pomaga modelirati naše vezje s shematskim diagramom, kot je prikazano na sliki 1.

Slika 1. Shematski diagram vezja.

Na sliki 1 si lahko predstavljate vir napetosti 3.3 V kot ploščo chipKIT™. Spet na splošno domnevamo, da bodo idealni viri napetosti zagotovili poljubno količino toka, ki je potrebna za vezje, vendar lahko plošča chipKIT™ proizvede le končno količino toka. (Referenčni priročnik Uno32 pravi, da je največja količina toka, ki jo lahko proizvede posamezen digitalni pin, 18 mA, tj. 0.0018 A.) Da zagotovimo, da ima LED padec napetosti 2 V, moramo določiti ustrezno napetost na uporu, ki ga pokličem VR. Eden od načinov za to je določitev napetosti vsake žice. Žice med komponentami se včasih imenujejo vozlišča. Ena stvar, ki jo je treba upoštevati, je, da ima žica po celotni dolžini enako napetost. Z določitvijo napetosti žic lahko vzamemo razliko napetosti od ene žice do druge in ugotovimo padec napetosti na komponenti ali na skupini komponent.

Primerno je začeti s predpostavko, da je negativna stran napajalne napetosti pri potencialu 0V. To pa naredi njegovo ustrezno vozlišče (tj. žica, pritrjena na negativno stran napajalne napetosti) 0V, kot je prikazano na sliki 2. Ko analiziramo vezje, lahko svobodno dodelimo signal ozemljitveno napetost 0V na eno točko v vezju. Vse druge napetosti so nato relativne glede na to referenčno točko. (Ker je napetost relativno merilo, med dvema točkama, običajno ni pomembno, kateri točki v vezju dodelimo vrednost 0V. Naša analiza bo vedno pokazala enake tokove in enake padce napetosti na komponentah. Kljub temu je običajna praksa, da se negativnemu priključku napajalne napetosti dodeli vrednost 0V.) Glede na to, da je negativni terminal napajalne napetosti pri 0V in glede na to, da razmišljamo o napajanju 3.3V, mora biti pozitivni terminal pod napetostjo 3.3 V (kot je nanjo pritrjena žica/vozlišče). Glede na to, da želimo padec napetosti na LED diodi za 2 V in glede na to, da je dno LED diode pri 0 V, mora biti zgornji dio LED pri 2 V (kot je katera koli žica, ki je nanjo pritrjena).

Slika 2. Shematski prikaz napetosti vozlišča.

Z napetostmi vozlišča, označenimi, kot je prikazano na sliki 2, lahko zdaj določimo padec napetosti na uporu, kot bomo to storili v trenutku. Najprej želimo poudariti, da v praksi pogosto zapišemo padec napetosti, ki je povezan s komponento, neposredno ob komponento. Tako na primer zraven vira napetosti zapišemo 3.3V, vedoč, da je vir 3.3V. Za LED, ker predvidevamo padec napetosti 2V, lahko to preprosto zapišemo poleg LED (kot je prikazano na sliki 2). Na splošno lahko glede na napetost, ki obstaja na eni strani elementa in glede na padec napetosti na tem elementu, vedno določimo napetost na drugi strani elementa. Nasprotno, če poznamo napetost na kateri koli strani elementa, potem poznamo padec napetosti na tem elementu (ali pa ga lahko izračunamo preprosto tako, da vzamemo razliko napetosti na kateri koli strani).

Ker poznamo potencial žic na obeh straneh upora (Wire1 in Wire3), lahko rešimo padec napetosti na njem, VR:

Če dodamo znane vrednosti, dobimo:

Ko smo izračunali padec napetosti na uporu, lahko uporabimo Ohmov zakon, da povežemo upor upora z napetostjo. Ohmov zakon nam pove 1.3V = IR. V tej enačbi se zdi, da obstajata dve neznanki, tok I in upor R. Sprva se lahko zdi, da lahko I in R naredimo poljubni vrednosti, če je njun produkt 1.3 V. Vendar pa, kot je omenjeno zgoraj, lahko tipična LED dioda zahteva (ali "vleče") tok približno 15 mA, če ima napetost na sebi 2 V. Torej, ob predpostavki, da je I 15 mA in rešimo za R, dobimo

V praksi je lahko težko dobiti upor z uporom natančno 86.67 Ω. Morda bi lahko uporabili spremenljiv upor in prilagodili njegovo odpornost na to vrednost, vendar bi bila to nekoliko draga rešitev. Namesto tega je pogosto dovolj, da imamo odpor, ki je približno pravi. Ugotoviti bi morali, da upor reda od 220 do dvesto ohmov deluje razmeroma dobro (kar pomeni, da zagotavljamo, da LED ne črpa preveč toka, kljub temu pa upor za omejevanje toka ni tako velik, da bi preprečil LED od osvetlitve). V teh projektih bomo običajno uporabljali upor za omejevanje toka XNUMX Ω.

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo