Калькулятор цветовой маркировки резисторов, Электротехнические и радиотехнические калькуляторы, Конвертер величин

Определения и расчет

Резистор и сопротивление

Резистор — пассивный электрический элемент, создающий электрическое сопротивление в электронных схемах. Резисторы можно найти практически во всех электронных устройствах. Они используются для различных целей, в частности, для ограничения тока в цепях, в качестве делителей напряжения, для обеспечения напряжения смещения для активных элементов электрических цепей, в качестве терминаторов (согласованных нагрузок) линий передачи, в резистивно-емкостных цепях в качестве времязадающего элемента… Список можно продолжать бесконечно.

Декадный магазин сопротивлений

Электрическое сопротивление резистора или любого проводника является мерой его противодействия протеканию электрического тока. В СИ сопротивление измеряется в омах. Сопротивление имеет практически любой материал кроме сверхпроводников, имеющих нулевое сопротивление. Подробнее о сопротивлении, удельном сопротивлении и проводимости.

Допустимое отклонение от номинального значения

Конечно, можно сделать резистор с очень точным значением сопротивления, однако он будет очень дорогим. К тому же, очень точные и дорогие резисторы бывают нужны достаточно редко, например, в качестве делителей напряжения в мультиметрах. Здесь мы поговорим о недорогих и не очень точных резисторах, используемых в электронных устройствах. В большинстве случаев точность ±20% вполне допустима. Для резистора сопротивлением 1 кОм это означает, что любой резистор с сопротивлением в диапазоне от 800 Ом до 1200 Ом будет считаться резистором 1 кОм. Допуск на некоторые особо критичные компоненты может быть ±1% или даже ±0.05%. В то же время следует отметить, что в наше время сложно найти резисторы с допуском 20%. Обычными являются 5-процентные и 1-процентные резисторы. Такие резисторы были дорогими 60 лет назад, во времена ламповых и первых транзисторных радиоприемников. Но те времена остались в далеком прошлом.

Сравнение 0,1-ваттных резисторов для поверхностного монтажа в корпусе 1608 (1,6 × 0,8 мм) с 10-ваттным керамическим резистором сопротивлением 1 Ом

Рассеиваемая мощность

Если через резистор проходит электрический ток, электрическая энергия преобразуется в тепловую и резистор нагревается. Тепло рассеивается в окружающую среду. Причем, тепловая энергия должна быть передана в окружающую среду так, чтобы температура резистора и окружающих его элементов оставалась в пределах нормы. Мощность, выделяемая на резисторе, определяется по формуле:

Здесь V — напряжение в вольтах на резисторе сопротивлением R в омах, I — протекающий через резистор ток в амперах. Мощность, которую резистор может рассеивать без ухудшения параметров в течение длительного периода времени, называется предельной рассеиваемой мощностью. В общем случае, чем больше корпус резистора, тем большую мощность может он рассеивать. Выпускаются резисторы различной мощности и можно встретить резисторы от 0,01 Вт до сотен ватт. Углеродистые резисторы обычно выпускаются мощностью 0,125–2 Вт.

Резисторы с цветовой кодировкой мощностью 0,125, 0,25, 0,5 и 1 Вт в компьютерном блоке питания

Ряды предпочтительных величин электронных компонентов

В начале XX века резисторы использовались главным образом в радиоприемниках и назывались вместе с другими компонентами радиодеталями. Сейчас это название относится ко всем элементам, применяемым в электронных схемах, которые к радио не имеют отношения и поэтому радиодетали стали называть электронными элементами компонентами (это, как всегда, калька с английского). Хотя это как сказать! В телефоне есть как минимум пять радиоприемников (для связи с базовой станцией, GPS/GLONASS, Wi-Fi, NFC, УКВ-приемник), но никто об этом не помнит и не считает телефон радиоприемным устройством. Но мы отвлеклись от темы.
Несмотря на то, что можно изготовить резистор с любым сопротивлением, удобнее выпускать ограниченное число компонентов, особенно если учесть, что каждый резистор имеет определенный допуск на номинал. Более точные резисторы стоят дороже, чем менее точные. Обычная логика показывает, что для стандартных значений удобно выбрать логарифмическую шкалу, с одинаковыми интервалами между стандартными значениями, которые определяются с учетом допустимого отклонение от номинала. Например, для точности ±10% имеет смысл для декады (интервала, в котором сопротивление изменяется от 1 до 10, от 10 до 100 и так далее) взять 12 значений: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2, затем 10; 12; 15; 18; 22; 27; 33; 39; 47; 56; 68;82 и так далее. Эти значения называют рядами номиналов. Они стандартизированы в форме

рядов E3–E192 и используются не только для резисторов, но также для конденсаторов, катушек индуктивности и стабилитронов. Каждый ряд (E3, E3, E6, E12, E24, E48, E96, и E192) разделяет декаду на 3, 6, 12, 24, 48, 96 и 192 стандартных значения. Отметим, что ряд E3 устарел и используется крайне редко.

Список значений номинальных рядов E6–E192

Современный мощный 10-ваттный керамический резистор 8,6 Ом и 2-ваттный резистор ВЗР 3,3 кОм советского производства, изготовленный в 1969 г.

Значения E6 (допуск 20%):

1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8.

Значения E12 (допуск 10%):

1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2.

Значения E24 (допуск 5%):

1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1.

Значения E48 (допуск 2%):

1,00; 1,05; 1,10; 1,15; 1,21; 1,27; 1,33; 1,40; 1,47; 1,54; 1,62; 1,69; 1,78; 1,87; 1,96; 2,05; 2,15; 2,26; 2,37; 2,49; 2,61; 2,74; 2,87; 3,01; 3,16; 3,32; 3,48; 3,65; 3,83; 4,02; 4,22; 4,42; 4,64; 4,87; 5,11; 5,36; 5,62; 5,90; 6,19; 6,49; 6,81; 7,15; 7,50; 7,87; 8,25; 8,66; 9,09; 9,53.

Значения E96 (допуск 1%):

1,00; 1,02; 1,05; 1,07; 1,10; 1,13; 1,15; 1,18; 1,21; 1,24; 1,27; 1,30; 1,33; 1,37; 1,40; 1,43; 1,47; 1,50; 1,54; 1,58; 1,62; 1,65; 1,69; 1,74; 1,78; 1,82; 1,87; 1,91; 1,96; 2,00; 2,05; 2,10; 2,15; 2,21; 2,26; 2,32; 2,37; 2,43; 2,49; 2,55; 2,61; 2,67; 2,74; 2,80; 2,87; 2,94; 3,01; 3,09; 3,16; 3,24; 3,32; 3,40; 3,48; 3,57; 3,65; 3,74; 3,83; 3,92; 4,02; 4,12; 4,22; 4,32; 4,42; 4,53; 4,64; 4,75; 4,87; 4,99; 5,11; 5,23; 5,36; 5,49; 5,62; 5,76; 5,90; 6,04; 6,19; 6,34; 6,49; 6,65; 6,81; 6,98; 7,15; 7,32; 7,50; 7,68; 7,87; 8,06; 8,25; 8,45; 8,66; 8,87; 9,09; 9,31; 9,53; 9,76.

Значения E192 (допуск 0.5% и точнее):

1,00; 1,01; 1,02; 1,04; 1,05; 1,06; 1,07; 1,09; 1,10; 1,11; 1,13; 1,14; 1,15; 1,17; 1,18; 1,20; 1,21; 1,23; 1,24; 1,26; 1,27; 1,29; 1,30; 1,32; 1,33; 1,35; 1,37; 1,38; 1,40; 1,42; 1,43; 1,45; 1,47; 1,49; 1,50; 1,52; 1,54; 1,56; 1,58; 1,60; 1,62; 1,64; 1,65; 1,67; 1,69; 1,72; 1,74; 1,76; 1,78; 1,80; 1,82; 1,84; 1,87; 1,89; 1,91; 1,93; 1,96; 1,98; 2,00; 2,03; 2,05; 2,08; 2,10; 2,13; 2,15; 2,18; 2,21; 2,23; 2,26; 2,29; 2,32; 2,34; 2,37; 2,40; 2,43; 2,46; 2,49; 2,52; 2,55; 2,58; 2,61; 2,64; 2,67; 2,71; 2,74; 2,77; 2,80; 2,84; 2,87; 2,91; 2,94; 2,98; 3,01; 3,05; 3,09; 3,12; 3,16; 3,20; 3,24; 3,28; 3,32; 3,36; 3,40; 3,44; 3,48; 3,52; 3,57; 3,61; 3,65; 3,70; 3,74; 3,79; 3,83; 3,88; 3,92; 3,97; 4,02; 4,07; 4,12; 4,17; 4,22; 4,27; 4,32; 4,37; 4,42; 4,48; 4,53; 4,59; 4,64; 4,70; 4,75; 4,81; 4,87; 4,93; 4,99; 5,05; 5,11; 5,17; 5,23; 5,30; 5,36; 5,42; 5,49; 5,56; 5,62; 5,69; 5,76; 5,83; 5,90; 5,97; 6,04; 6,12; 6,19; 6,26; 6,34; 6,42; 6,49; 6,57; 6,65; 6,73; 6,81; 6,90; 6,98; 7,06; 7,15; 7,23; 7,32; 7,41; 7,50; 7,59; 7,68; 7,77; 7,87; 7,96; 8,06; 8,16; 8,25; 8,35; 8,45; 8,56; 8,66; 8,76; 8,87; 8,98; 9,09; 9,20; 9,31; 9,42; 9,53; 9,65; 9,76; 9,88.

Цветовая маркировка резисторов

Маркировка резисторов

Большие резисторы, такие как показаны на этом рисунке, обычно маркируются цифрами и буквами и понять такую маркировку несложно. Однако, величину сопротивления непросто напечатать на маленьких резисторах (и других электронных компонентах), особенно цилиндрической формы, даже при использовании современных технологий нанесения маркировки. Поэтому в последние 100 лет для маркировки радиодеталей использовалась цветовая кодировка. Такая кодировка используется не только для резисторов, но также для конденсаторов, диодов, катушек индуктивности и других элементов.

Цветовая маркировка резисторов

Для маркировки резисторов используется до шести цветных полосок. Чаще используется код из четырех полосок, в котором первая и вторая полоски представляют первую и вторую значащую цифру, третья полоска кодирует множитель, а четвертая — допуск. Между третьей и четвертой полоской обычно имеется плохо различимый увеличенный зазор, который позволяет определить направление чтения кода — компоненты ведь симметричные! 20-процентные резисторы обычно маркируются только тремя полосками — там не указывается допуск. Их полоски обозначают цифру, цифру и множитель.

Для 2-процентных или более точных резисторов используют пять или более полосок, представляющих величину сопротивления. Последняя полоска в маркировке из шести полосок представляет температурный коэффициент сопротивления в частях на миллион на кельвин (ppm/K). На рисунке в верхней части страницы показан принцип цветовой маркировки.

Полоски считываются слева направо. Они обычно группируются ближе к левому концу элемента. Если между последней полоской и остальными полосками имеется зазор, он обычно показывать, что эта сторона элемента — правая. Также если имеется золотая или серебряная полоска, они всегда находятся на правой стороне. Когда значение по полоскам определено, сравните его с таблицей предпочтительных величин. Если значения там нет — попробуйте прочитать маркировку с другого конца. Обратите внимание: в этом калькуляторе цветовая кодировка соответствует международному стандарту IEC 60062:2016..

Нажмите на приведенные ниже примеры, чтобы посмотреть цветовую кодировку резисторов:

10 кОм ±20%, 12 Ом ±20%, 15 МОм ±1%, 18 МОм ±2%, 22 кОм ±10%, 27 Ом ±5%, 33 кОм ±5%, 39 МОм ±0,5%, 0,47 Ом ±0,25%, 0,56 Ом ±0,1%, 68 Ом ±0,05%, 0,82 Ом ±20%

Цифровая маркировка

На поверхности относительно больших резисторов, предназначенных для поверхностного монтажа (англ. SMT — surface-mount technology или SMD — surface-mount device), а также на относительно больших резисторах с выводами для монтажа в отверстия для маркировки печатают цифры. В связи с ограниченным местом, эти цифры часто бывает трудно прочитать. Маркировка используется, в основном, при ремонте, так как в процессе производства резисторы и другие электронные элементы подаются в автоматы для монтажа на лентах, которые хорошо промаркированы. Многие резисторы вообще не имеют маркировки и после того, как автомат установил их на плату, единственным способом узнать их сопротивление является его измерение.

Резисторы 39 × 10⁰ = 39 Ом 0,1 Вт для поверхностного монтажа в корпусах 1608 (1,6 × 0,8 мм)

Для маркировки используется несколько систем: три или четыре цифры, две цифры и буква, три цифры и буква, код стандарта RKM, в котором буква, обозначающая единицу измерения, ставится на место десятичного разделителя. Если на элементе есть только три цифры, они представляют две значащие цифры номинала и множитель. Например, 103 на резисторе для поверхностного монтажа означает 10 × 10³ = 10 кОм.

Система из четырех цифр используется для маркировки резисторов высокой точности, например, для резисторов рядов E96 и E192. Пример кодировки: 2743 = 274 × 10³ = 274 кОм.

Для резисторов меньшего размера используется другая система. Например, для серии E96 используются две цифры и буква. Такая система позволяет сэкономить один знак по сравнению с системой из четырех цифр. Это связано с тем, что ряд E96 содержит менее 100 значений, которые могут быть представлены двумя цифрами, если их последовательно пронумеровать. То есть 01 — 100, 02 — 102, 03 — 105 и так далее. Буквой кодируют множитель. Отметим, что изготовители часто используют собственные, нестандартные системы маркировки. Поэтому лучшим способом определения сопротивления всегда является его измерение мультиметром.

В кодировке RKM буква, означающая единицу измерения сопротивления, помещается на место десятичного разделителя, так как запятая или точка могут не пропечататься или просто исчезнуть на элементах или на копиях документов. Кроме того, данный метод позволяет использовать меньше символов. Например, R22 или E22 означает 0,22 Ом, 2К7 означает 2,7 кОм и 1М5 означает 1,5 МОм.

Измерение сопротивления резистора МЛТ 3,3 МОм 0,5 Вт с помощью осциллографа-мультиметра

Измерение сопротивления

Сопротивление можно измерить с помощью аналогового (со стрелкой) или цифрового омметра или мультиметра с функцией измерения сопротивления. Для измерения сопротивления присоедините резистор к щупам и считайте значение. Иногда можно приблизительно измерить сопротивление, не извлекая резистор из схемы. Однако перед таким измерением необходимо отключить питание и разрядить все конденсаторы.

Мультиметр используется не только для измерения сопротивления резисторов, но и для измерения контактного сопротивления различных переключающих элементов, например реле и выключателей. С помощью мультиметра можно, например, определить, что пора заменить кнопку компьютерной мышки. Для этого нужно аналоговым или цифровым мультиметром с аналоговой шкалой измерить контактное сопротивление. Аналоговая шкала полезна для диагностики или настройки, так как она выполняет роль стрелки и показывает мгновенные изменения сопротивления, которые на цифровом дисплее с мигающими сегментами сложно понять. Таким мультиметром можно легко обнаружить плохие контакты, например, повышенный дребезг контактов реле, подвергающегося вибрационным нагрузкам и требующего замены.

В заключение еще несколько примеров:

Резистор 2,7 кОм ±5%: красный, фиолетовый, красный, золотой

Резистор 100 кОм ±5%: коричневый, черный, желтый, золотой

Резистор 220 кОм ±5%: красный, красный, желтый, золотой

Резистор 330 кОм ±5%: оранжевый, оранжевый, желтый, золотой

Резистор 390 кОм ±5%: оранжевый, белый, желтый, золотой

Резистор 430 кОм ±5%: желтый, оранжевый, желтый, золотой

Резистор 470 кОм ±5%: желтый, фиолетовый, желтый, золотой

Резистор 510 кОм ±5%: зеленый, коричневый, желтый, золотой

Резистор 560 кОм ±5%: зеленый, синий, желтый, золотой

Резистор 750 кОм ±5%: фиолетовый, зеленый, желтый, золотой

Резистор 910 кОм ±5%: белый, коричневый, желтый, золотой

Калькулятор параллельных сопротивлений, Электротехнические и радиотехнические калькуляторы, Конвертер величин

Калькулятор определяет сопротивление нескольких параллельно соединенных резисторов.

Пример. Рассчитать эквивалентное сопротивление двух резисторов 20 Ом and 30 Ом, соединенных параллельно.

Входные данные

Добавить резистор

Выходные данные

Эквивалентное сопротивление

R ом (Ом)

Введите величины сопротивлений в поля R₁, R₂ и т.д., добавляя при необходимости нужное количество полей для ввода, выберите единицы сопротивления в миллиомах (мОм), омах (Ом), килоомах (кОм) или мегаомах (МОм) и нажмите кнопку Рассчитать.

1 мОм = 0,001 Ом. 1 кОм = 1 000 = 10³ Ом. 1 МОм = 1 000 000 = 10⁶ Ом.

Эквивалентное сопротивление R_eq группы параллельно соединенных резисторов является величиной, обратной сумме величин, обратно пропорциональных сопротивлениям этих резисторов.

или

Иными словами, проводимость G параллельно соединенных резисторов равна сумме проводимостей этих резисторов:

Эта формула для R_eq и используется в данном калькуляторе для расчетов. Например, общее сопротивление трех резисторов 10, 15 и 20 ом, соединенных параллельно, равно 4.62 Ом:

Если параллельно соединены только два резистора, формула упрощается:

или

Если имеется n соединенных параллельно одинаковых резисторов R, то их эквивалентное сопротивление будет равно

Отметим, что общее сопротивление группы из любого количества соединенных параллельно резисторов всегда будет меньше, чем наименьшее сопротивление резистора в группе и добавление нового резистора всегда приведет к уменьшению эквивалентного сопротивления.

Отметим также, что все резисторы, соединенные параллельно находятся под одним и тем же напряжением. Однако токи, протекающие через отдельные резисторы, отличаются и зависят от их сопротивления. Общий ток через группу резисторов равен сумме токов в отдельных резисторах.

При соединении нескольких резисторов параллельно всегда нужно учитывать их допуски и рассеиваемую мощность.

Различные постоянные и переменные резисторы

Примеры применения параллельного соединения резисторов

Одним из примеров параллельного соединения резисторов является шунт в приборе для измерения токов, которые слишком велики для того, чтобы быть напрямую измеренными прибором, предназначенным для измерения небольших токов или напряжений. Для измерения тока параллельно гальванометру или электронному прибору, измеряющему напряжение, подключается резистор с очень маленьким точно известным сопротивлением, изготовленный из материала со стабильными характеристиками. Этот резистор называется шунтом. Измеряемый ток протекает через шунт. В результате на нем падает небольшое напряжение, которое и измеряется вольтметром. Поскольку падение напряжения пропорционально току, протекающему через шунт с известным и точным сопротивлением, вольтметр, подключенный параллельно шунту, можно проградуировать непосредственно в единицах тока (амперах).

Установленный в мультиметре шунт для измерения ток до 20 ампер. Отметим, что если этим мультиметром измеряется большой ток непрерывно более 10 секунд, шунт перегреется и его сопротивление изменится, что приведет к ошибке измерения

Параллельные и последовательные схемы часто используются для получения точного сопротивления или если резистора с требуемым сопротивлением нет или он слишком дорог, если его приобретать в небольших количествах для массового производства. Например, если устройство содержит много резисторов по 20 кОм и необходим только один резистор 10 кОм. Конечно, несложно найти резистор на 10 кОм. Однако для массового производства иногда бывает лучше поставить два резистора на 20 кОм параллельно, чтобы получить необходимые 10 кОм. Это приведет к снижению себестоимости печатной платы, так как будет снижена оптовая цена компонентов, а также стоимость монтажа, так как будет уменьшено количество типоразмеров элементов, которые должен установить на плату автомат установки компонентов.

Резисторы поверхностного монтажа на печатной плате

Цветовая маркировка резисторов онлайн калькулятор

Всем привет. На этой странице размещен онлайн калькулятор цветовой маркировки резисторов.

Инструкция по работе с калькулятором

Для точного определения номинала Вашего резистора, сначала посчитайте количеств цветных полос на резисторе, и установите переключатель в нужное положение (4 или 5 полос). Далее  выберете на калькуляторе те цвета, которые нанесены на Вашем резисторе. Не забывайте то,  что первая полоса нанесена наиболее ближе к ножке резистора.

Калькулятор может работать и в обратном режиме, а именно показать маркировку резистора, исходя из номинала, который Вы введете в поле результата (R = ______).

Автор публикации

325 Комментарии: 38Публикации: 54Регистрация: 11-12-2017 Загрузка… « Предыдущая запись Следующая запись »

Калькулятор светодиодов. Расчет ограничительных резисторов для одиночных светодиодов и светодиодных массивов, Электротехнические и радиотехнические калькуляторы, Конвертер величин

Калькулятор нарисует принципиальную и монтажную схему одного светодиода с ограничительным резистором или светодиодного массива, состоящего из нескольких параллельных ветвей светодиодов, с последовательно включенным ограничительным резистором. Если вы только начинаете изучать электронику или учитесь в техническом университете, вы можете использовать этот калькулятор для изучения светодиодов. Если же вы не в первый раз разрабатываете массив светодиодов, воспользуйтесь им для проверки своих расчетов. И конечно, этот и другие калькуляторы на TranslatorsCafe.com пригодятся всем, кто хочет изучить технический английский, так как все они есть и в английской версии.

Пример: Рассчитать последовательно-параллельный массив, состоящий из 30 красных светодиодов с прямым напряжением 2 В и прямым током 20 мА для напряжения источника 12 В.

Входные данные

Напряжение источника питания

V_sВ

Напряжение источника питания должно быть выше прямого напряжения светодиода и менее 250 В.

Прямой ток светодиода

I_fмА

Для питания мощных светодиодов необходимо использовать стабилизаторы тока, а не ограничительные резисторы.

Выберите тип светодиода

Выберите тип светодиодаинфракрасныйкрасныйзелёныйжёлтыйоранжевый/янтарныйсинийбелыйдругой

или Прямое напряжение светодиода

V_fВ

Количество светодиодов в массиве

N_t

Количество светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов с ограничительным резистором. Если этот параметр не задан, он будет рассчитан автоматически.

N_s

Число светодиодов в цепи последовательно включенных светодиодов не должно быть больше {0} для заданных напряжения источника питания и прямого напряжения светодиода.

Выходные данные

Такая схема имеет слишком низкий КПД из-за большой мощности, рассеиваемой на одном или нескольких ограничительных резисторах.

Массив {0} x {1}, всего светодиодов {2}

Число светодиодов в одной цепи {0}

Принципиальная схема

Монтажная схема

Номинал и максимальная рассеиваемая мощность резистора для последовательной цепи с максимальным для данного напряжения питания количеством светодиодов:

Общая мощность, рассеиваимая на всех ограничительных резисторах:

Общая мощность, рассеиваемая всеми светодиодами:

Общая мощность, потребляемая массивом светодиодов:

Ток, потребляемый от источника питания:

Количество светодиодов в матрице:

Количество последовательных ветвей, соединенных параллельно:

Количество светодиодов в последовательной ветви с макс. количеством светодиодов:

Количество светодиодов в дополнительной ветви с количеством светодиодов, меньшим максимального:

Определения и формулы для расчета

Одиночный светодиод

Светодиод (светоизлучающий диод) — полупроводниковый источник излучения в оптическом диапазоне с двумя или более выводами. Монохромные светодиоды обычно имеют два вывода, двухцветные — два или три вывода, трехцветные снабжены четырьмя выводами. Светодиод излучает свет, если к его вывода приложено определенное прямое напряжение.

Обычный инфракрасный светодиод и его условное обозначение на принципиальных схемах (на российских принципиальных схемах светодиоды изображают без разрыва проводника). Квадратный кристалл светодиода установлен на отрицательном электроде (катоде). К положительному электроду (аноду) кристалл подключается с помощью тонкого проводника.

Для подключения светодиода к источнику питания можно использовать простую схему с последовательно включенным токоограничительным резистором. Резистор необходим в связи с тем, что падение напряжение на светодиоде является постоянным в относительно широком диапазоне рабочих токов.

Цвета светодиодов, материал полупроводника, длина волны и падение напряжения
Цвет	Материал полупроводника	Длина волны	Падение напряжения
Инфракрасный	Арсенид галлия (GaAs)	850-940 нм
Красный	Арсенид-фосфид галлия (GaAsP)	620-700 нм	1.6—2.0 В
Оранжевый	Арсенид-фосфид галлия (GaAsP)	590-610 нм	2.0—2.1 В
Желтый	Арсенид-фосфид галлия (GaAsP)	580-590 нм	2.1—2.2 В
Зеленый	Фосфид алюминия-галлия (AlGaP)	500-570 нм	1.9—3.5 В
Синий	Нитрид индия-галлия (InGaN)	440-505 нм	2.48—3.6 В
Белый	Диоды с люминофором или трехцветные RGB	Широкий спектр	2.8—4.0 В

Поведение светодиодов и резисторов в схемах отличается. В соответствии с законом Ома, резисторы имеют линейную зависимость падения напряжения от протекающего через них тока:

Вольтамперные характеристики типичных светодиодов различных цветов

Если напряжение на резисторе увеличивается, ток также пропорционально увеличивается (здесь мы предполагаем, что величина сопротивления резистора остается постоянной). Светодиоды ведут себя не так. Их поведение соответствует поведению обычных диодов. Вольтамперные характеристики светодиодов разного цвета приведены на рисунке. Они показывают, что ток через светодиод не прямо пропорционален падению напряжения на светодиоде. Видно, что имеется экспоненциальная зависимость тока от прямого напряжения. Это означает, что при небольшом изменении напряжения ток может измениться очень сильно.

Если прямое напряжение на светодиоде невелико, его сопротивление очень большое и светодиод не горит. При превышении указанного в технических характеристиках порогового уровня светодиод начинает светиться и его сопротивление быстро падает. Если приложенное напряжение превышает рекомендуемую величину прямого напряжения, которое может быть в пределах 1,5—4 В для светодиодов различных цветов, ток через светодиод резко растет, что может привести к выходу его из строя. Для ограничения этого тока, последовательно со светодиодом включают резистор, который ограничивает ток таким образом, что он не превышал рабочий ток, указанный в характеристиках светодиода.

Формулы для расчетов

Светодиод в прямоугольном корпусе с плоским верхом применяется, например, для индикаторов уровня

Ток через ограничительный резистор R_s можно рассчитать по формуле закона Ома, в которой из напряжения питания V_s вычитается прямое падение напряжения на светодиоде V_f:

Здесь V_s напряжение источника питания в вольтах (например, 5 В от шины USB), V_f прямое падение напряжения на светодиоде и I прямой ток через светодиод в амперах. Значения V_f и I_f приводятся в технических характеристиках светодиода. Типичные значения V_f показаны выше в таблице. Типичный ток индикаторных светодиодов 20 мА.

После расчета сопротивления резистора, из ряда номиналов сопротивлений выбирается ближайшее большее стандартное значение. Например, если расчет показывает, что нужен резистор R_s = 145 ом, мы (и калькулятор) выберем резистор R_s = 150 ом.

Токоограничительный резистор рассеивает определенную мощность, которая рассчитывается по формуле

Оранжевые светодиоды обычно используются в маршрутизаторах для указания скорости обмена 10/100 Мбит/с. Зеленые светодиоды горят при скорости 1000 Мбит/с

Для надежной работы резистора его мощность выбирается вдвое выше расчетой. Например, если по формуле получилось 0,06 Вт, мы выберем резистор на 0,125 Вт.

А теперь рассчитаем эффективность работы нашей схемы (ее КПД), который покажет какой процент мощности, отдаваемой источником питания, потребляется светодиодом. На светодиоде рассеивается такая мощность:

Тогда общее потребление будет равно

КПД схемы включения светодиода с ограничительным резистором:

Для выбора источника питания необходимо рассчитать ток, который он должен отдавать в схему. Это делается по формуле:

Светодиодная лента со светодиодами типа 5050; цифры 50 и 50 означают длину и ширину микросхемы в миллиметрах; токоограничительные резисторы 150 ом уже установлены на ленте последовательно со светодиодами

Светодиодные массивы

Одиночный светодиод можно зажигать с помощью токоограничительного резистора. Однако для питания светодиодных массивов, которые все чаще используются для освещения, подсветки в телевизорах и компьютерных мониторах, в рекламе и для других целей, необходимы специализированные источники питания. Мы все привыкли к источникам, выдающим стабилизированное напряжение питания. Однако, для питания светодиодов нужны источники, в которых стабилизируется ток, а не напряжение. Однако и с такими источниками ограничительные резисторы все равно устанавливают.

Если нужно изготовить светодиодный массив, используют несколько последовательных светодиодных цепей, соединенных параллельно. Для цепи из последовательных светодиодов необходим источник питания с напряжением, которое превышает сумму падений напряжений на отдельных светодиодах. Если его напряжение выше этой суммы, необходимо включить в цепь один токоограничительный резистор. Через все светодиоды течет одинаковый ток, что (до определенной степени) позволяет получить одинаковую яркость.

Однако если один из светодиодов в цепи откажет так, что он будет в обрыве (именно такой отказ чаще всего и происходит), вся цепочка светодиодов погаснет. В некоторых схемах и конструкциях для предотвращения таких отказов вводят особый шунт, например, ставят стабилитрон параллельно каждому диоду. Когда диод сгорает, напряжение на стабилитроне становится достаточно высоким и он начинает проводить ток, обеспечивая работу исправных светодиодов. Этот подход хорош для маломощных светодиодов, однако в схемах, предназначенных для наружного освещения, нужны более сложные решения. Конечно, это приводит к увеличению стоимости и габаритов устройств. Сейчас (в 2018 году) можно наблюдать, что светодиодные фонари на улицах, при планируемом сроке службы в 10 лет служат не более года. То же относится и к бытовым светодиодным лампам, в том числе и производителей с известными именами.

Полоса светодиодов, используемая для подсветки телевизионного ЖК -дисплея. Такая полоска устанавливается с двух сторон панели дисплея. Данная конструкция позволяет делать очень тонкие дисплеи. Отметим, что телевизионные ЖК-дисплеи со светодиодной подсветкой, которые обычно продаются под названием LED TV, то есть «светодиодные телевизоры» таковыми на самом деле не являются. В настоящих светодиодных телевизорах (OLED TV) используются светодиодные графические экраны на органических светодиодах и стоят они значительно дороже телевизоров с ЖК-дисплеем.

При расчете требуемого сопротивления токоограничительного резистора R_s, все падения напряжения на каждом светодиоде складываются. Например, если падение напряжения на каждом из пяти соединенных последовательно горящих светодиодов составляет 2 В, то полное падение напряжение на всех пяти будет 2 × 5 = 10 В.

Несколько идентичных светодиодов можно соединять и параллельно. У параллельно соединенных светодиодов прямые напряжения V_f должны быть одинаковыми — иначе в них не будут протекать одинаковые токи и их яркость будет различной. Если светодиоды соединяются параллельно, очень желательно ставить токоограничительный резистор последовательно с каждым из них. При параллельном соединении отказ одного светодиода, при котором он будет в обрыве, не приведет к выходу из строя всего массива — он будет работать нормально. Другой проблемой параллельного соединения является выбор эффективного источника питания, обеспечивающего большой ток при низком напряжении. Такой источник питания будет стоить намного больше, чем источник той же мощности, но на высокое напряжение и меньший ток.

В этом обычном уличном фонаре 8 параллельных цепей из пяти последовательно соединенных мощных светодиодов питаются от источника питания со стабилизацией тока с высоким КПД. Отметим, что две цепи в этом фонаре (слева вверху и справа внизу), установленном всего несколько месяцев назад, уже сгорели, так как в каждой из них светодиоды соединены последовательно, а схемы для предотвращения отказов отсутствуют или не работают.

Расчет токоограничительных резисторов

Если количество светодиодов в последовательной цепи N_{LEDs in string} (обозначенное N_s в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов N_{LEDs in string max} определяется как

Если количество светодиодов в последовательной цепи N_{LEDs in string} (обозначенное N_s в поле ввода) введено, то максимальное количество светодиодов в цепи последовательно соединенных светодиодов N

LEDs in string max определяется как

Светодиоды типа 3014 (3,0 × 1,4 мм) для поверхностного монтажа, используемые для боковой подсветки ЖК-панели телевизора.

Количество цепей с максимальным количество светодиодов в цепи N_strings:

Количество светодиодов в дополнительной цепи с остатком светодиодов N_{remainder LEDs} :

Если N_{remainder LEDs} = 0, то дополнительной цепи не будет.

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с максимальным количеством светодиодов:

Определим сопротивление токоограничительного резистора в цепи с количеством светодиодов меньше максимального:

Общая мощность P_LED, рассеиваемая всеми светодиодами:

Мощность, потребляемая всеми резисторами:

Гибкие светодиодные дисплеи на железнодорожной станции; в таких дисплеях используются группы светодиодов в качестве отдельных пикселей. В связи с высокой яркостью светодиодов и их хорошей видимостью при ярком солнечном свете, такие дисплеи часто можно увидеть на наружной рекламных щитах и дорожных указателях маршрута. Светодиодные дисплеи также можно использовать для освещения и в этой роли их часто используют в фонарях с регулируемой цветовой температурой для видео и фотосъемки.

Номинальная мощность резисторов определяется с учетом двойного запаса k = 2, который обеспечивает надежную работу резистора. Выбираем из ряда значений мощности : 0.125; 0.25; 0.5; 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 16, 25, 50 W резистор с мощностью вдвое выше, чем расчетная.

Рассчитаем общую мощность, потребляемую всеми резисторами:

Рассчитаем общую мощность, потребляемую светодиодным массивом:

Рассчитаем ток, который должен обеспечить источник питания:

И наконец, рассчитаем КПД нашего массива:

Возможно, вас заинтересуют конвертеры Яркости, Силы света and Освещенности.