Расчет резистора для светодиода: как подобрать сопротивление

СодержаниеПоказать

Светодиоды разных оттенков цвета имеют разные по величине прямые рабочие напряжения. Они задаются выбором токоограничивающего сопротивления светодиода. Чтобы вывести световой прибор на номинальный режим, нужно запитать p-n переход рабочим током. Для этого производят расчет резистора для светодиода.

Формулы для расчета

Рабочие напряжения светодиодов разные. Они зависят от материалов полупроводникового p-n перехода и связаны с длиной волны излучения света, т.е. оттенка цвета свечения.

Таблица номинальных режимов разных оттенков цвета для расчета токоограничивающих сопротивлений приведена ниже.

Цвет свечения	Прямое напряжение, В
Оттенки белого	3–3,7
Красный	1,6-2,03
Оранжевый	2,03-2,1
Желтый	2,1-2,2
Зеленый	2,2-3,5
Синий	2,5-3,7
Фиолетовый	2,8-4,04
Инфракрасный	Не более 1,9
Ультрафиолетовый	3,1-4,4

Из таблицы видно, что на 3 вольта можно включать излучатели всех видов свечения, кроме устройств с белым оттенком, частично фиолетовых и всех ультрафиолетовых. Это вязано с тем, что нужно какую-то часть напряжения источника питания «израсходовать» на ограничение тока через кристалл.

При источниках питания 5, 9 или 12 В можно питать единичные диоды или последовательные их цепочки из 3 и 5-6 штук.

Последовательные цепочки снижают надежность устройств, в которых они используются, примерно в число раз, соответствующее количеству светодиодов. А параллельное включение повышает надежность в той же пропорции: 2 цепочки – в 2 раза, 3 – в 3 раза и т.д.

Но небывалая для источников света длительность их работы от 30-50 до 130-150 тысяч часов оправдывает падение надежности, т.к. от нее зависит срок службы устройства. Даже 30-50 тыс. часов работы по 5 часов в сутки – 4 часа вечером и 1 утром каждый день — это 16-27 лет работы. За это время большинство светильников морально устареет и будет утилизировано. Поэтому последовательное соединение широко используется всеми производителями светодиодных устройств.

Виды расчета величины резистора-токоограничителя

На практике используют два вида расчета – графический, по ВАХ – вольтамперной характеристике конкретного диода, и математический – по его паспортным данным.

Принципиальная электрическая схема подключения излучателя к источнику питания.

На рисунке:

• Е – источник питания, имеющий на выходе величину Е;
• «+»/«–» – полярность подключения светодиода: «+» – анод, на схемах показывается треугольником, «-» – катод, на схемах – поперечная черточка;
• R – токоограничивающее сопротивление;
• U _led – прямое, оно же рабочее напряжение;
• I – рабочий ток через прибор;
• напряжение на резисторе обозначим как U_R.

Тогда схема для расчета примет вид:

Схема для расчета резистора.

Рассчитаем сопротивление для ограничения тока. Напряжение U в цепи распределится так:

U = U_R + U_led или U_R + I × R_led, в вольтах,

где R_led – внутреннее дифференциальное сопротивление p-n перехода.

Математическими преобразованиями получаем формулу:

R = (U-U_led)/I, в Ом.

Величину U_led можно подобрать из паспортных значений.

Проведем расчет величины токоограничивающего резистора для LED производства компании Cree модели Cree XM–L, имеющий бин T6.

Его паспортные данные: типовое номинальное U_LED = 2,9 В, максимальное U

LED = 3,5 В, рабочий ток I_LED=0,7 А.

Для расчета используем U_LED = 2,9 В.

Рассчитанная величина равна 3 Ом. Выбираем элемент с допуском точности ± 5%. Этой точности с избытком хватит чтобы установить рабочую точку на 700 мА.

Округлять величину сопротивления следует в большую сторону. Это уменьшит ток, световой поток диода и повысит надежность работы более щадящим тепловым режимом кристалла.

Рассчитаем требуемую мощность рассеивания для этого резистора:

Для надежности округлим ее до ближайшей большей величины – 2 Вт.

Схемы последовательного и параллельного включения LED широко используются и показывают особенности этих видов соединения. Последовательное включение одинаковых элементов делит напряжение источника поровну между ними. При разных внутренних сопротивлениях – пропорционально сопротивлениям. При параллельном соединении напряжение одинаковое, а ток – обратно пропорционален внутренним сопротивлениям элементов.

Видео: ПРОСТЕЙШИЙ РАСЧЕТ РЕЗИСТОРА

Расчет при последовательном соединении LED

При последовательном соединении первый в цепочке диод анодом соединен с «+» источника питания, а катодом – с анодом второго диода. И так до последнего в цепочке, катод которого соединен с «-» источника. Ток в последовательной цепи один и тот же во всех ее элементах. Т.е. через любой световой прибор он одной и той же величины. Внутреннее сопротивление открытого, т.е. излучающего свет кристалла, составляет десятки или сотни ом. Если через цепочку течет 15-20 мА при сопротивлении 100 Ом, то на каждом элементе будет по 1,5-2 В. Сумма напряжений на всех приборах должна быть меньше, чем у источника питания. Разницу обычно гасят специальным резистором, который выполняет две функции:

• ограничивает номинальный рабочий ток;
• обеспечивает номинальное прямое напряжение на светодиоде.

Расчет токоограничивающего резистора при параллельном соединении

Параллельное включение может быть выполнено двумя способами.

Электрическая схема параллельного соединения.

Верхняя картинка показывает как включать не желательно. При таком подключении одно сопротивление обеспечит равенство токов только при идеальных кристаллах и одинаковой длине подводящих проводников. Но разброс параметров полупроводниковых приборов при изготовлении не позволяет сделать их одинаковыми. А подбор одинаковых – резко увеличивает цену. Разница может достигать 50-70% и более. Собрав конструкцию, получите разницу в свечении не менее 50-70%.

Кроме того, выход из строя одного излучателя изменит работу всех: при обрыве цепи один погаснет, остальные станут светить ярче на 33% и станут больше греться. Перегрев будет способствовать их деградации – изменению оттенка свечения и уменьшению яркости.

В случае короткого замыкания в результате перегрева и сгорания кристалла возможен выход из строя токоограничивающего сопротивления.

Нижний вариант позволяет задать нужную рабочую точку любого диода даже при их разной номинальной мощности.

Схема последовательно-параллельного соединения устройств.

На напряжение 4,5 В последовательно подсоединяют по три LED-элемента и одно токоограничивающее сопротивление. Получившиеся цепочки соединяют параллельно. Через каждый диод течет 20 мА, а через все вместе – 60 мА. На каждом из них получается меньше, чем 1,5 В, а на токоограничителе – не менее, чем 0,2-0,5 В. Интересно, что если использовать источник питания 4,5 В, то с ним работать смогут только инфракрасные диоды с прямым напряжением менее 1,5 В, или нужно увеличивать питание хотя бы до 5 В.

Непосредственно параллельное соединение LED-элементов (верхняя часть схемы) использовать не рекомендуется из-за разброса параметров в 30-50% и более. Используют схему с индивидуальными сопротивлениями на каждый диод (нижняя часть) и соединяют уже пары диод-резистор параллельно.

Один светодиод

Резистор для одиночного LED используется только при их мощностях до 50-100 мВт. При больших значениях мощности заметно уменьшается КПД схемы питания.

Если прямое рабочее напряжение диода значительно меньше напряжения источника питания, применение ограничительного резистора ведет к большим потерям. Электроэнергия высокого качества и стабильности, с тщательно отфильтрованными пульсациями, обеспеченная 3-5 видами защиты блока питания не преобразуется в свет, а просто пассивно рассеивается в виде тепла.

На больших мощностях в ход идут драйверы – стабилизаторы тока номинальной величины.

Видео по теме: Как определить параметры светодиода

Калькулятор, используемый для расчета сопротивления

На многих сайтах по продаже LED-элементов имеется онлайн-калькулятор токоограничивающих элементов. Исходные данные для расчета:

• напряжение источника или блока питания, В;
• номинальное прямое напряжение устройства, В;
• прямой номинальный рабочий ток, мА;
• количество светодиодов в цепочке или включенных параллельно;
• схема подключения светодиода(ов).

Исходные данные можно взять из паспорта диода.

После введения их в соответствующие окна калькулятора нажмите на кнопку «Расчет» и получите номинальное значение резистора и его мощность.

Использование токоограничивающего резистора для задания рабочих характеристик светодиода – простой и надежный способ обеспечить его работу в оптимальном режиме.

Но при мощности диода более сотни милливатт нужно применять автономные или встроенные источники стабилизации тока или драйверы.

Как сделать расчёт сопротивления для светодиода онлайн?

Светодиод – полупроводниковый прибор, который при подаче прямого напряжения проводит электрический ток, при этом p-n переход излучает электромагнитные волны определенного спектра. При обратном напряжении он ток не проводит или значение этого тока очень мало. Промышленность, в зависимости от области применения этих приборов, выпускает светодиоды различного спектра излучения, мощности, угла рассеивания.

Как сделать правильный расчет сопротивления для светодиода?

Можно выделить три основные методики: при помощи онлайн калькулятора, расчет при помощи программы, установленной на компьютер и вычисление сопротивления резистора самостоятельно при помощи формул.

Расчет онлайн

Использовать калькулятор, который можно найти в интернете на многих сайтах применяемого при расчете необходимого параметра сопротивления. В этом случае вводятся паспортные данные светодиода, количество последовательно соединенных приборов и напряжение источника питания.

По справочнику узнать следующие параметры:

• номинальное напряжение полупроводника;
• рабочий ток светодиода.

Ввести все необходимые данные в готовую форму.

Получить готовый номинал ограничительного сопротивления и его мощность.

Расчет с помощью калькулятора

Есть программы вычисления данных сопротивления для ограничения прямого тока светодиода, которые можно приобрести в электронных магазинах, на оптических дисках или скачать с бесплатных сайтов. Установить калькулятор на компьютер. Определить напряжение питания цепи и количество последовательно соединенных светодиодов.

• Запустить программу.
• Ввести исходные данные.
• Получить сопротивление для резистора и его мощность рассеивания.

Расчет вручную

Для расчета вручную нужно вспомнить закон Ома: I = U / R . Узнать исходные данные:

• напряжение источника питания;
• его прямой ток;
• прямое напряжение прибора;
• определиться с количеством элементов в цепи и со схемой их включения.

Наиболее распространены две схемы питания светодиодов:

Расчета схемы последовательного соединения светодиода и резистора.

Сумма напряжений на светоизлучающем приборе VD 1 и на сопротивлении R 1 должно равняться напряжению источника питания — U пр. Ток, проходящий через светодиод и через резистор – равны между собой — I пр.

Исходные данные: U пр=3В, I пр=20мА, U ип-12В.

Рассчитать напряжение на R 1: U R 1 = U ип- U пр. U R 1 =12-3=9В.

Имея эти данные можно высчитать сопротивление ограничительного сопротивления в цепи: R 1= U R 1/ I пр. R 1=9/0,02=450Ом.

Сопротивление в цепи ставят для ограничения проходящего тока, при этом выделяется тепло. Важной характеристикой резистора является параметр «рассеиваемая мощность». Если ее недостаточно, то происходит перегрев элемента, подгорание и изменение параметров вплоть до разрушения, что приведет к неисправности цепи. Поэтому необходимо рассчитать и мощность рассеивания: P = I * U . P R 1 =0,02*9=0,18Вт.

В результате расчетов получится, что для устойчивой работы прибора с параметрами U пр=3 В, I пр=20 мА в цепи с источником постоянного тока напряжением 12 вольт необходим резистор сопротивлением 450 Ом мощностью 0,18Вт.

Расчета для схемы последовательного соединения резистора и трех светодиодов.

Подобный расчет можно провести и для цепи с последовательно соединенными одним сопротивлением и тремя светоизлучающими элементами. Их количество может быть произвольным, но при условии, что сумма напряжений на них не менее напряжения источника питания.

Все приведенные выше расчеты справедливы и для этой схемы. Разница лишь в том, что для питания трех последовательно соединенных элементов будет необходимо не 3 вольта, а в три раза больше. Для питания трех светодиодов требуется 9 вольт, а на резисторе будет падение напряжения: U R 1= U ип — ( U VD 1+ U VD 2+ U VD 3 ). Получается 3 вольта. Ток в цепи не изменится, потому, что через три последовательно соединенных светодиода будет проходить тот же ток — I пр=20мА.

Изменятся соответственно и параметры резистора. R 1= U R 1/ I пр. R 1=3/0,02=150Ом.

Мощность тоже поменяется: P R 1 =0,02*3=0,06Вт.

Существуют другие комбинированные схемы включения светодиодов с ограничительными резисторами. Расчет для них не отличается от предыдущих. Нужно лишь разбить их на участки с известными схемами.

Для тех, кто не очень хорошо знаком с резисторами: промышленность выпускает резисторы с определенными номиналами. Если требуется элемент с такими данными – 50Ом, 0,18Вт, а их в наличии нет, тогда можно использовать 51Ом, который есть в линейке номиналов и 0,25Вт, что выше требуемого значения и подойдет не хуже расчетного значения.

Также можно подобрать нужное значение, соединяя элементы последовательно или параллельно. При последовательном соединении значения сопротивления суммируются. При параллельном – рассчитывается по специальной формуле.

Альтернативой пассивным элементам в схеме ограничения тока можно отметить стабилизаторы тока, которые намного сложнее, но работа их более надежна и экономична.

Как подбирать сопротивления для светодиодов

Лада 2107 Плакса › Бортжурнал › Расчёт резистора для светодиода. Подключение светодиодов к бортовой сети. Часть 1. Заповедь 1 — не сожги

Вот тут я обещал рассказать о том, как можно рассчитать номинал резистора для того, чтобы бортовая сеть вашего автомобиля не сожгла светодиоды, которые вы к ней подключите.
Для начала определимся с терминологией (люди, знакомые с электроникой, могут перейти к следующему пункту).

Падение напряжения — напряжение U (измеряется в вольтах, V) — которое потребляет светодиод (да-да, совершенно нагло съедает его!).
Оно же — напряжение питания. Не путать с напряжением источника питания.
Рабочий ток — ток I (измеряется в амперах, А.

мы будем измерять в миллиамперах — 1 мА = 0.001 А).
Сопротивление — R измеряется в омах — Ом. Именно в этих единицах измеряются резисторы (сопротивления).

Напряжение источника питания — в нашем случае напряжение бортовой сети автомобиля и равно примерно 12V при заглушенном двигателе и 14V при заведённом (при условии исправной работы генератора).

С терминологией вроде всё. Перейдём к теории.
Вот примерное падение напряжения для каждого из основных цветов светодиодов.

Красный — 1,6-2,03Оранжевый — 2,03-2,1вЖёлтый — 2,1-2,2вЗелёный — 2,2-3,5вСиний — 2,5-3,7вФиолетовый — 2,8-4в

Белый — 3-3,7в

Реальные значения могут немного колебаться в ту или иную сторону. О том, как точно выяснить сколько потребляет конкретный светодиод — ссылка ниже.
Разница связана с использованием в них разных материалов кристалла, что и даёт, собственно говоря, разную длину испускаемой волны, а равно и разный цвет.

Средний же рабочий ток для маломощных светодиодов составляет около 0.02А = 20мА.
В чём же, спросите вы, загвоздка? Всё ведь просто — подключил светодиод соблюдая полярность и он светит тебе.

Да, всё так, но светодиод – предмет тёмный, изучению не подлежит интересный.
Тогда как напряжения питания он забирает на себя ровно столько, сколько ему требуется, ток превышающий его рабочий ток, попросту сожжёт кристалл.

Давайте возьмём пример. Имеется светодиод оранжевого цвета, который, согласно приведённой выше таблице, имеет напряжение питания порядка 2,1V, и рабочий ток 20мА.

Если мы обрушим на него всю мощь бортовой сети нашего автомобиля, то напряжение в цепи, в которую он включен, снизится на ~2.

1V, правда, избыточный ток тут же его сожжёт…Как же быть, если нам, например, нужно установить светодиод для подсветки замка зажигания?

Всё просто – нужно лишить участок цепи, в которую включен светодиод, избыточного тока.

Как? – спросите вы. Всё просто. Был такой дядя, Георг Ом, который вывел известную любому старшекласснику формулу (закон Ома для участка цепи) – U=I*R (где U – напряжение, I – ток, R – сопротивление.

)
Переворачиваем эту прекрасную формулу, получая R=U/I.В нашем случае R – сопротивление (номинал резистора), которое нам потребуется; U – напряжение в участке цепи, I – рабочий ток нашего светодиода.

Vs – напряжение источника питанияVl – напряжение питания светодиода

Таким образом R=(Vs-Vl)/I=(12-2.1)/0.02=9.9/0.02=495 Ом – номинал резистора, который необходимо включить в цепь, дабы напрямую подключить светодиод к бортовой сети при выключенном двигателе.

Для работы при включенном двигателе рассчитываем так же, только Vs берём уже 14В.

Настоятельно рекомендую производить расчёты для авто, беря за напряжение бортовой сети 14В, иначе ваши светодиоды достаточно быстро выйдут из строя.

Если взять номинал больше, например 550-600 Ом, то светодиод будет светить чуть менее ярко.
Если номинал будет меньше, то «свет твоей звезды будет коротким, хоть и очень ярким».

Достоверно узнать, сколько вольт потребляет конкретный светодиод, можно подключив его к источнику постоянного напряжения в 3-5 вольт, подсоединив последовательно вольтметр (можно использовать электронный мультиметр, включив его в соответствующий режим), после чего посчитать насколько снизилось напряжение в цепи. И исходя уже их этих, конкретных данных, рассчитать требуемый вам резистор. Подробнее об этом методе читайте здесь.

В конце хочу сказать вам, что настоятельно рекомендую использовать номинал резистора немного выше чем расчётный, что, несомненно, продлит жизнь светодиодам.Для определения резистора по цветовой маркировке (а именно так обозначены все современные резисторы) рекомендую использовать этот онлайн-калькулятор.

www.chipdip.ru/info/rescalc

Спасибо, что читаете мой БЖ, мне очень приятно. Если остались вопросы — задавайте не стесняясь — всем отвечу.

Цена вопроса: 3 ₽ Пробег: 0 км

Источник: https://www.drive2.ru/l/465865551663596012/

Основы электроники. Урок №4: Расчет резистора для светодиода

Сегодня мы начнем с изучения нового элемента, а именно светодиода. Основные сведения о светодиоде собраны в отдельной статье здесь.

Светодиод, в основном, имеет 2 вывода: длинный вывод (анод) соединяется с плюсом питания, более короткий вывод (катод) с минусом. Светодиод, подключенный наоборот не будет светиться, и кроме того, при превышении определенного напряжения может даже сгореть.

С чего следует начать при работе со светодиодом? С просмотра технических параметров на конкретный светодиод! Иногда необходимые нам сведения можно также получить при покупке в магазине. Что же нам нужно знать? То, что мы ищем – это прямой ток (forward current) и прямое напряжение (forward voltage).

При изучении datasheet для одноцветных светодиодов размером 5мм вот что было обнаружено:

• красный светодиод: 20 мА / 2,1 В
• зеленый светодиод: 20 мА / 2,2 В
• желтый светодиод: 20 мА / 2,2 В
• оранжевый светодиод: 25 мА / 2,1 В
• синий светодиодный индикатор: 20 мА / 3,2 В
• светодиод белый: 25 мА / 3,4 В

(параметры светодиодов могут незначительно отличаться в зависимости от экземпляра и производителя светодиодов)

Нашим источником питания, как и в предыдущих упражнениях, является кассета из 4 батареек, дающие напряжение около 6 вольт. Теперь встает вопрос: как подобрать резистор для ограничения тока красного светодиода, подключенного согласно следующей схеме:

Наша батарея обеспечивает напряжение порядка 6 вольт. Красному светодиоду необходим ток около 20мА. Плюс ко всему нужно учесть падение напряжения на этом светодиоде, т. е. 2,1 вольт:

UR1 = UB1 – UD1

UR1 = 6В – 2,1В

UR1 = 3,9В

 Теперь достаточно подставить наши данные в формулу:

R1 = UR1 / I

R1 = 3,9В / 20мА

R1 = 3,9В / 0,02А

R1 = 195 Ом

Таким вот простым способом мы рассчитали сопротивление резистора R1 для красного светодиода, который должен иметь сопротивление минимум 195 Ом. Но вы не сможете найти резистор такого номинала! Что же делать в таком случае? Надо взять из номинального ряда резистор большей величины, но с максимально близким сопротивлением.

Ближайший в номинальном ряду резисторов находится резистор с сопротивлением 200 Ом, и именно такой мы должны использовать в нашей схеме. Почему? Конечно, ничто не мешает нам использовать резистор большего сопротивления, например, 470 Ом, 2,2 кОм… Но как это повлияет на свечение нашего светодиода? Давайте проверим!

На фото этого конечно не заметно, но светодиод светит очень ярко с резистором 200 Ом. Но что случится, если мы заменим резистор на другой, с большим сопротивлением, например, 470 Ом? Светодиод по-прежнему горит.

Дальше будем последовательно увеличивать сопротивление: 2,2кОм, 3,9кОм, 4,7кОм…

Обратите внимание, что светодиод с увеличением сопротивления резистора светит все слабее и слабее пока, наконец, вообще не перестает светиться.

Еще одно замечание по существу — необходимо использовать резисторы немного больше, чем это следует из расчетов (например, 210 Ом вместо 200 Ом).

Почему? Наверно вы обратили внимание, что для расчетов мы взяли номинальное напряжение нашей батареи, в реальности свежие батарейки могут давать более высокое напряжение и поэтому сопротивление резистора может быть недостаточным.

Ток на светодиоде будет выше необходимого, что в конечном счете скажется на сроке его службы.

Еще один пример, из жизни (вернее из частых вопросов). Как подобрать резистор для схемы (в автомобиль) , в которой последовательно соединены два красных светодиода (прямой ток 20 мА, прямое напряжение 2,1 В)?

Величину сопротивления резистора R1 рассчитываем аналогично, как в примере выше, с той лишь разницей, что от напряжения бортовой сети автомобиля (14В), необходимо вычесть падение напряжения на обоих диодах D1 и D2:

UR1 = UE1 – UD1 – UD2

UR1 = 14В – 2,1В – 2,1В

UR1 = 9,8В

Теперь подставим данные в формулу:

R1 = UR1 / I

R1 = 9,8В / 20мА

R1 = 9,8В / 0,02А

R1 = 490 Ом

Резистор R1, к которому подключены последовательно два красных светодиода, должен иметь сопротивление минимум 490 Ом. Ближайший в ряду является резистор номиналом 510 Ом. Если у вас нет резистора номиналом 510 Ом, помните, что вы можете соединить последовательно несколько резисторов, например, 5 резисторов по 100 Ом.

А можем ли мы в этой схеме последовательно подключить еще 5 светодиодов? Нет! На каждом из подключенных светодиодов возникает некоторое падение напряжения, другими словами каждый из них потребляет некоторое количество напряжения, например, каждому красному светодиоду нужно 2,1 вольт. Легко подсчитать, что наша батарея не в состоянии обеспечить такое напряжение:

14В

14В

Приведенный выше пример касается схемы, установленной в автомобиле, где источник напряжения 14В.

Таким же образом вы можете рассчитать сопротивление резистора для аналогичной схемы с напряжением питания 6 вольт. Какое получится сопротивление резистора R1? По нашим расчетам следует, что 90 Ом.

Следующий пример будет касаться параллельного соединения светодиодов, так как показано на следующем рисунке:

На этот раз предположим, что светодиод — D1 красный (прямой ток 20 мА, прямое напряжение около 2,1 В), а светодиод D2 имеет белый цвет (прямой ток 25 мА, прямое напряжение 3,4 В).

Из первого закона Кирхгофа мы знаем, что:

I = I1 + I2

I = 20мА + 25мА

I =45 мА

Подключая светодиоды параллельно к источнику питания, следует помнить, что каждый светодиод должен иметь свой резистор! Теперь давайте посчитаем падение напряжения на каждом из резисторов:

UR1 = UB1 – UD1

UR1 = 6В – 2,1В

UR1 = 3,9В

UR2 = UB1 – UD2

UR2 = 6В – 3,4В

UR2 = 2,6В

Мы знаем, силу тока и напряжение, давайте посчитаем сопротивление:

R1 = UR1 / I1

R1 = 3,9В / 20мА

R1 = 3,9В / 0,02А

R1 = 195 Ом

R2 = UR2 / I2

R2 = 2,6В / 25мА

R2 = 2,6В / 0,025А

R2 = 104 Ом

Резистор R1 должен иметь сопротивление как минимум 195 Ом (ближайший в номинальном ряду резистор на 200 Ом), а резистор R2 должен иметь сопротивление не менее 104 Ом (ближайший в ряду будет на 120 Ом).

Как лучше соединять светодиоды: последовательно или параллельно? Ответ не простой, потому что оба варианта имеют свои плюсы и минусы:

Вид соединения светодиодов
последовательное	параллельное
для всех светодиодов достаточно одногорезистор	каждый светодиод должен иметь свой собственный резистор
повреждение одного светодиода приводит котключению всей цепочки светодиодов	при повреждении одного или несколько светодиодов, остальные светодиоды будут светятся
низкое значение тока	ток в цепи увеличивается с каждым последующим светодиодом (токкаждой ветви суммируется)
требуется более высокое напряжение источника питания с учетом падения напряжения накаждый из светодиодов	напряжение питания в схеме может бытьнизким

Под конец урока рассмотрим еще один популярный вид – мощные светодиоды. Благодаря им, мы можем получить яркий свет. Мощные светодиоды используются, например, в автомобилях, поэтому следующий пример будет касаться именно проблемы установки мощных светодиодов в автомобиле.

Напряжение в сети автомобиля 14 вольт. Мощный светодиод имеет прямой ток 350 мА и падение напряжения 3,3 вольт. Рассчитаем сопротивление для мощного светодиода так, как мы это делали выше:

UR1 = UE1 – UD1

UR1 = 14В – 3,3В

UR1 = 10,7В

R1 = UR1 / I R1 = 10,7В / 350мА

R1 = 31 Ом

Для нашего примера надо подобрать резистор минимум 31 Ом. Проблема в том, что мощный светодиод, как указывает само название, имеет большую мощность и здесь обычный резистор не достаточен. Помимо соответствующего сопротивления наш резистор должен иметь соответствующую номинальную мощность, т. е. допустимую мощность, которая выделяется на резисторе при его работе.

Помните, что основная задача резистора — это сопротивление току. При сопротивлении всегда будет выделяться тепло в той или иной степени. Слишком большая мощность может повредить резистор.
Мощность вычисляем по следующей формуле:

P = U x I

P = UR1 x I1

P = 10,7В x 350мА

P = 3,7 Вт

Номинальная мощность нашего резистора — это минимум 3,7 Вт. В связи с этим, наши стандартные резисторы мощностью 0,25 Вт быстро сгорят.

В приведенном выше примере необходимо применить резистор на 5 Вт, но лучшим решением использование нескольких резисторов по 5 Вт, соединенных последовательно или параллельно.

Почему? Причина в том, что резисторы плохо отводят тепло (хотя бы из-за их формы), а использование нескольких резисторов сразу увеличит общую площадь поверхности, через которую происходит отдача тепла.

При подборе резистора для мощного светодиода необходимо дополнительно учитывать значительное повышение температуры самого светодиода, что вызывает изменение прямого тока. Поэтому лучше взять резистор большего сопротивления, что обеспечит стабильную работу светодиода при увеличении прямого тока из-за его нагрева во время работы.

Но на практике для питания мощных светодиодов применяют стабилизаторы тока, которые будут обсуждаться в последующих уроках.

Общее правило при подборе резистора (резисторов) для светодиодов является использование чуть большего сопротивления, чем это следует из расчетов. Прямой ток и падение напряжения, протекающие через светодиод лучше измерить мультиметром, чтобы в расчетах учитывать реальные параметры конкретного светодиода.

Источник: http://www.joyta.ru/7692-osnovy-elektroniki-urok-4-raschet-rezistora-dlya-svetodioda/

Расчет сопротивления для светодиода

Онлайн программа для расчета резистора при подключении светодиодов

Светодиод – нелинейный полупроводниковый прибор, которому для правильной и надежной работы необходим стабильный ток. Перегрузки по току могут вывести светодиод из строя.

Самый простой вариант схемы питания в таком случае – ограничительный резистор, включенный последовательно. Расчет номинального сопротивления  и мощности резистора для светодиода не очень сложная задача, если правильно понимать физику процесса.

Рассмотрим общие принципы такого расчета, а затем разберем несколько конкретных примеров из практики.

Теория

В общем случае схема выглядит так.

Рисунок 1

Между контактами «+» и «-» прикладывается напряжение. Обозначим его буквой U. Ток через резистор и светодиод будет протекать одинаковый, т.к. соединение последовательное. Согласно закону Ома получаем:

где R – сопротивление резистора;

rLED– сопротивление светодиода (дифференциальное).

Отсюда выражаем формулу, по которой можно произвести расчет сопротивления резистора R при заданном токе I:

Разберемся что такое дифференциальное сопротивление светодиода rLED. Для этого нам потребуется его вольтамперная характеристика (ВАХ).

Рисунок 2

Как видно из графиков ВАХ светодиодов – нелинейна. Говоря простым языком, его сопротивление постоянному току r=U/I есть переменная величина, которая уменьшается с ростом напряжения. Поэтому вводится понятие дифференциального сопротивления rLED=dU/dI, которое характеризует сопротивление диода в отдельно взятой точке кривой ВАХ.

Чтобы произвести расчет резистора для светодиода, определяем по графику прямое напряжение на светодиоде ULED при заданном токе I. Затем подставляем получившееся значение в формулу (2) и получаем

Еще один способ решения задачи – графический.

Допустим необходимо рассчитать сопротивление резистора для обеспечения светодиоду рабочего тока величиной 100 мА при напряжении источника питания – 5 вольт.

Для этого сначала на графике ВАХ светодиода отмечаем точку соответствующую току 100 мА (см. рисунок 3), затем проводим через эту точку и точку соответствующую 5 вольтам на оси абсцисс нагрузочную прямую до пересечения с осью ординат.

Определяем значение тока, соответствующее этому пересечению (в нашем случае 250 мА) и по закону Ома производим расчет сопротивления резистора R= U / Iкз= 5 В / 0,25 А =20 Ом.

Перед расчетом не забываем осуществлять перевод единиц измерения к надлежащему виду.

Рисунок 3

Следующим шагом будет определение мощности рассеиваемой на резисторе. Формула должна быть знакома всем из школьной физики (как и закон Ома):

P=I2×R.          (4)

Практика

Рассмотрим несколько конкретный пример расчета.

Исходные данные: напряжение питания 12В, белый светодиод XPE (CREE) требуется включить на номинальный ток 350 мА согласно схеме, представленной на рисунке 1.

Находим в data sheet значение прямого падения напряжения при токе 350 мА (рисунок 4).

Рисунок 4

Типовое значение по таблице — 3,2 вольта. Максимальное значение может достигать 3,9 вольт.

То есть в результате производственного процесса может получиться как светодиод с прямым напряжением 3,2 В так и 3,9 В (или любым другим промежуточным значением), но вероятность получения 3,2 вольт наиболее высока (если хотите – это «математическое ожидание» этой величины). По этой причине в расчет обычно берется типовое значение.

Используя формулу (3) и калькулятор получаем:

R=(12-3,2)/0,35»25,1 Ом.

Ближайшее значение из ряда Е24 – 24 Ом. Значение тока при этом сопротивлении получится 367 мА, что на 5% превышает требуемое значение. Если учесть еще и допуск на номинал резистора, который для ряда Е24 также 5%, то в худшем случае получается вообще 386 мА.

Если такое отклонение не допустимо, то можно добавить в цепь последовательно еще один резистор номиналом 1 Ом. Все эти действия рекомендуется сопровождать реальными измерениями сопротивлений резисторов и получающихся токов, иначе ни о какой точности не может идти и речи.

Резистор 24 Ом может иметь погрешность в сторону увеличения до 25,2 Ом, добавив 1 Ом, получим 26, 2 и «перекос» силы тока через светодиод в противоположную сторону.

Предположим, что нам не нужна высокая точность задания тока и резистор 24 Ом нас устраивает.

Определим мощность, которая будет рассеиваться на резисторе по формуле (4):

P=0,3672×24»3,2 Вт.

Номинальная мощность рассеяния резистора должна быть с запасом не менее 30%, иначе он будет перегреваться. А если условия отвода тепла затруднены (например, в корпусе плохая конвекция), то запас должен быть еще больше.

В итоге выбираем резистор мощностью 5 Вт с номинальным сопротивлением 24 Ом.

Для того чтобы оценить эффективность получившегося светотехнического устройства необходимо рассчитать КПД схемы питания:

Таким образом, КПД подобной схемы питания составляет всего 27%. Такая низкая эффективность обусловлена слишком высоким питающим напряжением 12 вольт, а точнее разницей между U и ULED.

Получается, что 8,8 вольт мы вынуждены «гасить» на резисторе за счет бесполезного рассеяния мощности в окружающее пространство. Для повышения КПД требуется либо снизить напряжения питания, либо найти светодиод с большим прямым напряжением.

Как вариант можно включить несколько светодиодов последовательно, выполнив подбор таким образом, чтобы суммарное падение было ближе к напряжению питания, но ни в коем случае не превышало его.

Необходимое значение сопротивления для резистора можно и подобрать, если имеется в наличии магазин сопротивлений и амперметр.

Включаем магазин и амперметр в цепь последовательно светодиоду (на место предполагаемого резистора), устанавливаем максимальное значение сопротивления и подключаем к источнику напряжения.

Далее начинаем уменьшать значение сопротивления до тех пор, пока сила тока не достигнет нужного значения или светодиод нужной яркости (в зависимости от того, что будет являться критерием). Останется только считать значение сопротивления с магазина и выполнить подбор ближайшего номинала.

Ремарка

В данных расчетах мы пренебрегли зависимостью прямого напряжения светодиода от его температуры, однако не следует забывать, что такая зависимость существует и характеризуется параметром «температурный коэффициент напряжения» или сокращенно ТКН.

Его значения отличается для разных видов светодиодов, но всегда имеет отрицательное значение. Это значит что при повышении температуры кристалла, прямое напряжение на нем становится меньше. Например, для рассмотренного выше белого светодиода XPE значение ТКН (оно приводится производителем в data sheet) составляет -4 мВ/°С.

Следовательно при увеличении температуры кристалла на 25°С, прямое напряжение на нем уменьшится на 0,1 В.

Рисунок 5

Многие ведущие производители светодиодов имеют на официальных сайтах специальный сервис – «онлайн калькулятор», предназначенный для вычисления параметров светодиодов в различных режимах эксплуатации (в зависимости от температуры, тока и пр. ). Этот инструмент значительно облегчает процедуры расчета и экономит время разработчику.

Источник: http://le-diod.ru/podklyuchenie-ustanovka/raschet-soprotivleniya-dlya-svetodioda/

Как подобрать резистор для светодиода

Светодиод является полупроводниковым прибором, который при пропускании через него тока создаёт оптическое излучение. Светодиоды служат хорошей заменой для ламп накаливания.

Освещение, которое создано при помощи светодиодных ламп, даёт возможность хорошо экономить количество энергии, которое мы потребляем.

В настоящее время невозможно представить бытовую или промышленную аппаратуру, которая не использует светодиоды в качестве индикаторов.

1

Чтобы правильно подобрать резистор для светодиода, необходимо знать номинальный прямой ток светодиода и напряжение источника, к которому он будет подключён, и, используя закон Ома, рассчитать необходимое сопротивление резистора.

2

Следует учитывать, что светодиоды должны быть подключены к резистору правильно, обязательно нужно знать их полярность. Придерживайтесь мер безопасности при работе в цепях с высоким напряжением. Светодиоды могут работать как от постоянного тока, так и от переменного.

3

При последовательной схеме включения светодиодов ток в цепи должен быть равен номинальному току светодиода и соответственно току, проходящему через резистор.

А при параллельном включении ток в цепи резисторов во столько раз больше, сколько будет подключено параллельно светодиодов.

Для расчета номинальной мощности применяемого токоограничивающего резистора необходимо рассчитать мощность тепловыделения резистором.

4

 Однако большинство светодиодов начинают свое свечение при токах, значительно ниже номинальных. Соответственно, там, где нет специальных требований к излучаемой мощности свечения, рекомендуется уменьшить ток в цепи (увеличив сопротивление токоограничивающего резистора), тем самым уменьшить потребляемую мощность и значительно увеличить срок службы светодиода.

Нужно помнить, что светодиоды никогда нельзя напрямую подключать к источнику питания. В светодиоде возрастёт ток и он может практически моментально сгореть. Поэтому следует соблюдать все правила при подключении светодиода в электрическую цепь.

Источник: http://SovetClub.ru/kak-podobrat-rezistor-dlya-svetodioda

Делаем расчет резистора для параллельного или последовательного включения светодиодов

Светодиод — прибор, который при прохождении через него тока излучает свет.

В зависимости от типа используемого материала для изготовления прибора, светодиоды могут излучать свет различного цвета. Эти миниатюрные, надежные, экономичные приборы используются в технике, для освещения и в рекламных целях.

Особенности включения светодиода

Светодиод обладает такой же вольтамперной характеристикой, как и обычный полупроводниковый диод. При этом при повышении прямого напряжения на светодиоде проходящий через него ток резко возрастает.

Например, для зеленого светодиода типа WP710A10LGD компании Kingbright при изменении приложенного прямого напряжения от 1,9 В до 2 В ток меняется в 5 раз и достигает 10 мА. Поэтому при прямом подключении светодиода к источнику напряжения при небольшом изменении напряжения ток светодиода может возрасти до очень большого значения, что приведет к сгоранию p-n перехода и светодиода.

Такого явления не произойдет, если светодиод питается от специального источника стабилизированного тока – драйвера.

При использовании драйвера с постоянным стабилизированным током обеспечиваются лучшие характеристики излучения светодиода, и, кроме того, увеличивается срок его работы. Однако такие источники тока дорогие и используются только для ответственных случаев.

При отсутствии источника со стабилизированным током для предотвращения сгорания светодиода от нестабильности питающего напряжения последовательно с ним обычно включается ограничивающий резистор.

Формулы расчета резистора для светодиода

В общем случае расчет сопротивления резистора для светодиодов производится по закону Ома. Зная напряжение и ток, можно определить величину сопротивления участка цепи:

R=U/I, где:

• R- сопротивление, Ом;
• U- напряжение на участке цепи, В;
• I-ток, протекающий в цепи, А.

В данном случае, выбрав необходимое рабочее значение тока светодиода Iсв и определив по вольтамперной характеристике рабочее напряжение светодиода Uсв, с учетом напряжения питания схемы Uпит можно определить величину сопротивления ограничивающего резистора Rогр:

Rогр=(Uпит-Uсв)/(Iсв*0,75)

Коэффициент 0,75 предназначен для обеспечения некоторого запаса.

Определив величину сопротивления, надо найти ближайший к нему номинал резистора.

Далее рассчитывается мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе:

Pрас =Iсв²*Rогр, где:

• Pрас — мощность, рассеиваемая на ограничивающем резисторе, Вт;
• Iсв — ток светодиода, А;
• Rогр – сопротивление ограничивающего резистора, Ом.

После расчета мощности резистора для светодиода необходимо выбрать элемент со стандартным максимально допустимым значением. При этом необходимо ориентироваться на большую из ближайших к рассчитанной мощности величин.

Параллельное и последовательное включение светодиодов

При параллельном включении светодиодов необходимо иметь в виду, что соединение к одному ограничивающему резистору не рекомендуется. Это связано с тем, что даже светодиоды одного типа имеют большие разбросы по току.

Это приводит к тому, что при таком включении через светодиоды будут течь токи разной величины. Светодиоды будут светиться с разной яркостью.

Кроме того, в случае, если сгорит один источник света, то по остальным светодиодам потечет большой ток, что может привести к выходу из строя всех остальных.

Поэтому при параллельном включении светодиодов обычно к каждому прибору последовательно подключают свой ограничивающий резистор. Расчет сопротивления и мощности такого резистора ничем не отличается от ранее рассмотренного случая.

При последовательном включении светодиодов необходимо включать приборы одного типа.

Кроме того, надо учитывать то, что напряжение источника должно быть не меньше суммарного рабочего напряжения всей группы светодиодов.

Расчет токоограничивающего резистора для светодиодов последовательного включения считаются также, как и раньше. Исключение состоит в том, что при вычислении вместо величины Uсв используется величина Uсв*N. В данном случае N — это количество включенных приборов.

Выводы:

1. Светодиоды — широко распространенные приборы, используемые в технике, для освещения и рекламы.
2. Во избежание выхода из строя светодиодов из-за их чувствительности к изменениям напряжения для них часто используют ограничивающие резисторы.
3. Расчет значения сопротивления ограничивающего резистора делается на основе закона Ома.

Расчет резистора для подключения светодиодов на видео

Источник: http://elektrik24. net/elektrooborudovanie/rezistory/raschet/dlya-svetodioda.html

Расчет резистора для светодиодов: примеры, онлайн калькулятор

При подключении светодиодов небольшой мощности чаще всего используется гасящий резистор.  Это наиболее простая схема подключения, которая позволяет получить требуемую яркость без использования дорогостоящих драйверов. Однако, при всей ее простоте, для обеспечения оптимального режима работы необходимо провести расчет резистора для светодиода.

Светодиод как нелинейный элемент

Рассмотрим семейство вольт-амперных характеристик (ВАХ) для светодиодов различных цветов:

Эта характеристика показывает зависимость тока, проходящего через светоизлучающий диод, от напряжения, приложенного к нему.

Как видно на рисунке, характеристики имеют нелинейный характер. Это означает, что даже при небольшом изменении напряжения на несколько десятых долей вольта, ток может измениться в несколько раз.

Однако при работе со светодиодами обычно используют наиболее линейный участок (т.н. рабочую область) ВАХ, где ток изменяется не так резко. Чаще всего производители указывают в характеристиках светодиода положение рабочей точки, то есть значения напряжения и тока, при которых достигается заявленная яркость свечения.

На рисунке показаны типовые значения рабочих точек для красных, зеленых, белых и голубых светодиодов при токе 20 мА. Здесь можно заметить, что led разных цветов при одинаковом токе имеют разное падение напряжения в рабочей области. Эту особенность следует учитывать при проектировании схем.

Представленные выше характеристики были получены для светоизлучающих диодов, включенных в прямом направлении. То есть отрицательный полюс питания подключен к катоду, а положительный – к аноду, как показано на картинке справа:

Полная же ВАХ выглядит следующим образом:

Здесь видно, что обратное включение бессмысленно, поскольку светодиод не будет излучать, а при превышении некоторого порога обратного напряжения выйдет из строя в результате пробоя.

 Излучение же происходит только при включении в прямом направлении, причем интенсивность свечения зависит от тока, проходящего через led. Если этот ток ничем не ограничивать, то led перейдет в область пробоя и перегорит.

Если нужно установить рабочий светодиод или нет, то Вам будет полезна статья подробно раскрывающая все способы проверки led.

Как подобрать резистор для одиночного светодиода

Для ограничения тока светоизлучающего диода можно использовать резистор, включенный таким образом:

Теперь определяем, какой резистор нужен. Для расчета сопротивления используется формула:

где U пит  — напряжение питания,

U пад- падение напряжения на светодиоде,

I — требуемый ток светодиода.

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, будет пропорциональна квадрату тока:

Например, для красного светодиода Cree C503B-RAS типовое падение напряжения составляет 2.1 В при токе 20 мА. При напряжении питания 12 В сопротивление резистора будет составлять

Из стандартного р

Калькулятор светодиодного резистора

| Калькулятор сопротивления светодиодов

Этот простой в использовании калькулятор мгновенно подскажет, какой резистор нужно использовать с учетом характеристик конкретного светодиода и напряжения источника питания. Правильный выбор резистора важен для правильной работы светодиода.

Светодиоды

, или светодиоды, представляют собой полупроводниковые устройства, излучающие свет различных цветов в зависимости от подложки, используемой между слоями P и N.Они используются в таких приложениях, как световые индикаторы и инфракрасные пульты дистанционного управления. В последнее десятилетие доступные светодиоды более высокой мощности заменяют люминесцентные лампы и лампы накаливания.

В электрическом отношении светодиоды работают так же, как и другие диоды. Они действуют как переключатель, позволяя течь току при приложении их порогового напряжения. Величина тока экспоненциально увеличивается в узком диапазоне напряжений. Таким образом, важно поддерживать постоянный ток, регулируя напряжение. В этом задача резистора и почему его значение имеет решающее значение.

Для использования этого калькулятора вам потребуются два значения из спецификации светодиода и напряжение, подаваемое вашим источником питания:

1. Прямое напряжение светодиода, Вф
2. Прямой ток светодиода, если
3. Напряжение питания, Вс

прямое напряжение Vf

Vf берется из таблицы данных вашего светодиода и указывает пороговое значение, при котором светодиод включается. В таблице данных также указано максимальное значение Vf. Как правило, разница между ними составляет менее чем вольт.

прямой ток, если

Это значение указано как максимальный номинальный ток. Если оно превышено, светодиод может выйти из строя.

Напряжение питания против

Напряжение источника питания Vs — это величина напряжения, поступающего на резистор. Он всегда больше Vf. Например, если вы питаете светодиод от четырех щелочных батареек AA, то напряжение питания составляет 4 x 1,5 В = 6 В.

Пример

Допустим, вы хотите воспользоваться одним из новейших светодиодов высокой мощности в цепи, мощностью 3 Вт.В паспорте такого светодиода обычно приводятся такие значения для такого устройства, как:

Vf — 2,95-3,25V
Если — макс. 700 мА

Если вы используете источник питания на 12 В для схемы, то V будет 12 В.

Чтобы найти резистор подходящего размера для этого светодиода, в полях калькулятора введите:

• Напряжение питания: 12
• Прямое напряжение: 2,95
• Прямой ток: 0,7 (Примечание: единицы измерения в этом поле — амперы, а не мА. Ток, выраженный в мА, необходимо сначала разделить на 1000).

Нажмите «Рассчитать», и калькулятор выдаст результат 12,9 Ом. Выберите номинал резистора в пределах 10% от этого значения. Также не забудьте проверить калькулятор светодиодного освещения.

* Совет: убедитесь, что номинальная мощность резистора достаточна (больше Vf x If). Также убедитесь, что ваш источник напряжения обеспечивает достаточный ток.

Давайте будем честными — иногда лучший калькулятор светодиодного резистора — это тот, который прост в использовании и не требует, чтобы мы даже знали, какова формула светодиодного резистора в первую очередь! Но если вы хотите узнать точную формулу для расчета светодиодного резистора, проверьте поле «Формула» выше.

Вы можете получить бесплатный онлайн-калькулятор светодиодного резистора для своего веб-сайта, и вам даже не нужно загружать калькулятор светодиодного резистора — вы можете просто скопировать и вставить! Калькулятор светодиодных резисторов в том виде, в котором вы его видите выше, на 100% бесплатен. Если вы хотите настроить цвета, размер и многое другое, чтобы они лучше соответствовали вашему сайту, тогда цена начинается всего с 29,99 долларов за разовую покупку. Нажмите кнопку «Настроить» выше, чтобы узнать больше!

Значения сопротивления изоляции (IR) | Электротехнические примечания и статьи

Введение:

Измерение сопротивления изоляции — это стандартное стандартное испытание, выполняемое для всех типов электрических проводов и кабелей.Как производственное испытание, это испытание часто используется как приемочное испытание заказчиком, с минимальным сопротивлением изоляции на единицу длины, часто указываемым заказчиком. Результаты, полученные при ИК-тесте, не предназначены для использования при обнаружении локальных дефектов в изоляции, как при истинном тесте HIPOT, а скорее дают информацию о качестве материала, используемого в качестве изоляции.

Даже если это не требуется конечному потребителю, многие производители проводов и кабелей используют испытание сопротивления изоляции для отслеживания процессов производства изоляции и выявления возникающих проблем до того, как переменные процесса выйдут за допустимые пределы.

Выбор ИК-тестеров (Megger):

• Доступны тестеры изоляции с испытательным напряжением 500, 1000, 2500 и 5000 В.
• Рекомендуемые характеристики тестеров изоляции приведены ниже:

Уровень напряжения	ИК-тестер
650 В	500 В постоянного тока
1,1 кВ	1 кВ постоянного тока
3,3 кВ	2.5 кВ постоянного тока
66кВ и выше	5 кВ постоянного тока

Испытательное напряжение для мегомметра:

• Когда используется напряжение переменного тока, практическое правило: Испытательное напряжение (переменного тока) = (2X напряжение на заводской табличке) +1000.
• Когда используется напряжение постоянного тока (наиболее часто используется во всех мегомметрах), Испытательное напряжение (постоянный ток) = (2X напряжение с заводской таблички).

Характеристики оборудования / кабеля	Испытательное напряжение постоянного тока
24 В до 50 В	от 50 В до 100 В
от 50 В до 100 В	от 100 В до 250 В
От 100 В до 240 В	250 В до 500 В
440 В до 550 В	500 В до 1000 В
2400 В	от 1000 В до 2500 В
4100В	от 1000 В до 5000 В

Диапазон измерения мегомметра:

Испытательное напряжение	Диапазон измерения
250 В постоянного тока	от 0 МОм до 250 ГОм
500 В постоянного тока	от 0 МОм до 500 ГОм
1 кВ постоянного тока	от 0 МОм до 1 ТОм
2.5 кВ постоянного тока	от 0 МОм до 2,5 ТОм
5 кВ постоянного тока	от 0 МОм до 5 ТОм

Меры предосторожности при мегомметрии:

Перед Меггерингом:

• Убедитесь, что все соединения в испытательной цепи затянуты.
• Проверьте мегомметр перед использованием, дает ли он значение INFINITY , когда он не подключен, и НУЛЬ, когда два терминала соединены вместе и ручка повернута.

Во время мегомера:

• При проверке заземления убедитесь, что дальний конец проводника не соприкасается, в противном случае при испытании будет выявлено нарушение изоляции, хотя на самом деле это не так.
• Убедитесь, что заземление, используемое при тестировании заземления и разомкнутых цепей, хорошее, иначе тест даст неверную информацию
• Запасные жилы не следует перерабатывать, когда другие рабочие жилы того же кабеля подключены к соответствующим цепям.

После завершения кабельного Меггеринга:

• Убедитесь, что все проводники правильно подключены.
• Проверьте правильность работы точек, треков и сигналов, подключенных через кабель.
• В случае сигналов аспект необходимо проверить лично.
• В случае точек проверьте позиции на месте. Проверьте, не произошло ли случайно заземление любой полярности проводки, проходящей через кабель.

Требования безопасности для мегомметров:

• Все тестируемое оборудование ДОЛЖНО быть отключено и изолировано.
• Оборудование должно быть разряжено (шунтировано или закорочено), по крайней мере, на время подачи испытательного напряжения, чтобы быть абсолютно безопасным для человека, проводящего испытание.
• Никогда не используйте Megger во взрывоопасной атмосфере.
• Убедитесь, что все переключатели заблокированы, а концы кабелей промаркированы должным образом в целях безопасности.
• Концы кабеля, которые необходимо изолировать, должны быть отключены от источника питания и защищены от контакта с питанием, заземлением или случайным контактом.
• Установка защитных ограждений с предупреждающими знаками и открытый канал связи между испытательным персоналом.
• Не выполняйте мегомметр при влажности более 70%.
• Хорошая изоляция: показания мегомметра сначала увеличиваются, а затем остаются постоянными.
• Плохая изоляция: показания мегомметра сначала увеличиваются, а затем уменьшаются.
• Ожидаемое значение IR попадает в Temp. От 20 до 30 градусов по Цельсию.
• Если указанная выше температура снизится на 10 градусов по Цельсию, значения ИК-излучения увеличатся в два раза.
• При увеличении вышеуказанной температуры на 70 градусов значения ИК-излучения уменьшаются в 700 раз.

Как использовать Megger:

• Meggers оснащен тремя клеммами подключения линии (L), клеммой заземления (E) и клеммой защиты (G).

• Сопротивление измеряется между клеммами линии и заземления, где ток будет проходить через катушку 1. Клемма «Guard» предназначена для особых ситуаций тестирования, когда одно сопротивление должно быть изолировано от другого. Давайте рассмотрим одну ситуацию, когда необходимо проверить сопротивление изоляции в двухпроводном кабеле.
• Чтобы измерить сопротивление изоляции между проводником и внешней стороной кабеля, нам необходимо подключить «линейный» вывод мегомметра к одному из проводов и подключить заземляющий провод мегомметра к проводу, намотанному на оболочку кабель.

• В этой конфигурации Megger должен считывать сопротивление между одним проводником и внешней оболочкой.
• Мы хотим измерить сопротивление между проводниками-2 и оболочками, но на самом деле Megger измеряет сопротивление параллельно с последовательной комбинацией сопротивления проводник-проводник (R _c1-c2 ) и первого проводника к оболочке (R _c1-s ).
• Если нас не волнует этот факт, мы можем продолжить тест в соответствии с настройками.Если мы хотим измерить только сопротивления между вторым проводником и оболочкой (R _c2-s ), тогда нам нужно использовать клемму «Guard» мегомметра.

• При подключении клеммы «Guard» к первому проводнику два проводника имеют почти равный потенциал . При небольшом напряжении между ними или его отсутствии сопротивление изоляции почти бесконечно, и поэтому между двумя проводниками не будет тока .Следовательно, показание сопротивления мегомметра будет основываться исключительно на токе, протекающем через изоляцию второго проводника, через оболочку кабеля и к намотанному вокруг провода, а не на токе, протекающем через изоляцию первого проводника.
• Защитный зажим (если он установлен) действует как шунт для удаления подключенного элемента из зоны измерения. Другими словами, это позволяет вам избирательно оценивать определенные компоненты большого электрического оборудования.Например, рассмотрим двухжильный кабель с оболочкой. Как показано на диаграмме ниже, необходимо учитывать три сопротивления.

• Если мы измеряем между сердечником B и оболочкой без подключения к защитному выводу, некоторый ток пройдет от B к A и от A к оболочке. Наше измерение было бы низким. При подключении защитной клеммы к A две жилы кабеля будут иметь почти одинаковый потенциал, и, таким образом, эффект шунтирования устранен.

(1) Значения IR для электрических аппаратов и систем :

(PEARL Standard / NETA MTS-1997, таблица 10.1)

Максимальное номинальное напряжение оборудования	Размер мегомметра	Мин. Значение ИК-излучения
250 Вольт	500 Вольт	25 МОм
600 Вольт	1,000 Вольт	100 МОм
5 кВ	2,500 Вольт	1000 МОм
8 кВ	2,500 В	2000 МОм
15 кВ	2,500 В	5000 МОм
25 кВ	5000 Вольт	20000 МОм
35 кВ	15000 Вольт	100000 МОм
46 кВ	15000 Вольт	100000 МОм
69 кВ	15000 Вольт	100000 МОм

Правило одного мегома для значения ИК для оборудования:

• На основе рейтинга оборудования:
• <1 кВ = 1 МОм минимум
• > 1 кВ = 1 МОм / 1 кВ

Согласно правилам IE-1956:

• При давлении 1000 В, приложенном между каждым токоведущим проводом и землей в течение одной минуты, сопротивление изоляции высоковольтных установок должно быть не менее 1 МОм или в соответствии с требованиями Бюро индийских стандартов.
• Установки среднего и низкого напряжения — При давлении 500 В, приложенном между каждым токоведущим проводом и землей в течение одной минуты, сопротивление изоляции установок среднего и низкого напряжения должно быть не менее 1 МОм или в соответствии с требованиями Бюро Индийские стандарты] время от времени.

В соответствии со спецификациями CBIP допустимые значения составляют 2 МОм на киловольт

(2) Значение IR для трансформатора:

• Испытания сопротивления изоляции проводятся для определения сопротивления изоляции между отдельными обмотками и землей или между отдельными обмотками.Испытания сопротивления изоляции обычно измеряются непосредственно в МОмах или могут быть рассчитаны на основе измерений приложенного напряжения и тока утечки.
• Рекомендуемая практика измерения сопротивления изоляции — всегда заземлять резервуар (и жилу). Замкните накоротко каждую обмотку трансформатора на выводах проходного изолятора. Затем измеряется сопротивление между каждой обмоткой и всеми другими заземленными обмотками.

• Обмотки никогда не оставляются в плавающем состоянии для измерения сопротивления изоляции.С глухозаземленной обмотки необходимо удалить заземление, чтобы измерить сопротивление изоляции заземленной обмотки. Если заземление невозможно удалить, как в случае некоторых обмоток с глухозаземленной нейтралью, сопротивление изоляции обмотки невозможно измерить. Относитесь к нему как к части заземленной части цепи.
• Нам нужно проверить обмотку на обмотку и обмотку на землю (E). Для трехфазных трансформаторов нам нужно проверить обмотку (L1, L2, L3) с заменой заземления для трансформатора треугольника или обмотки (L1, L2, L3) с заземлением (E) и нейтраль (N) для трансформаторов звездой.

Значение IR для трансформатора (Ссылка: «Руководство по техническому обслуживанию трансформатора» Дж. Дж. Келли. С. Д. Майер)
Трансформатор	Формула
1-фазный трансформатор	Значение IR (МОм) = C X E / (√KVA)
Трехфазный трансформатор (звезда)	Значение IR (МОм) = C X E (P-n) / (√KVA)
Трехфазный трансформатор (треугольник)	Значение IR (МОм) = C X E (P-P) / (√KVA)
Где C = 1.5 для масляного термостата с масляным баком, 30 для масляного термостата без масляного бака или сухого типа T / C.

• Температурный поправочный коэффициент (базовая 20 ° C):

Температурный поправочный коэффициент
О С	O F	Поправочный коэффициент
0	32	0.25
5	41	0,36
10	50	0,50
15	59	0,720
20	68	1,00
30	86	1.98
40	104	3,95
50	122	7,85

• Пример: для 1600 кВА, 20 кВ / 400 В, трехфазный трансформатор
• Значение IR на стороне ВН = (1,5 x 20000) / √ 1600 = 16000/40 = 750 МОм при 20 ⁰ C
• Значение IR на стороне НН = (1,5 x 400) / √ 1600 = 320/40 = 15 МОм при 20 ⁰ C
• Значение IR при 30 ⁰ C = 15X1.98 = 29,7 МОм

Сопротивление изоляции обмотки трансформатора

Трансформатор Напряжение катушки	Размер мегомметра	Мин. Значение ИК T / C с жидким наполнением	Мин. Значение ИК для сухого типа T / C
0 — 600 В	1кВ	100 МОм	500 МОм
600 В до 5 кВ	2.5кВ	1000 МОм	5000 МОм
от 5 кВ до 15 кВ	5кВ	5000 МОм	25000 МОм
15кВ до 69кВ	5кВ	10000 МОм	50000 МОм

IR Значение трансформаторов:

Напряжение	Испытательное напряжение (постоянный ток) Сторона низкого напряжения	Испытательное напряжение (постоянный ток) Сторона ВН	Мин. Значение IR
415В	500 В	2.5кВ	100 МОм
До 6,6 кВ	500 В	2,5 кВ	200 МОм
от 6,6 кВ до 11 кВ	500 В	2,5 кВ	400 МОм
от 11 кВ до 33 кВ	1000 В	5кВ	500 МОм
от 33кВ до 66кВ	1000 В	5кВ	600 МОм
от 66 кВ до 132 кВ	1000 В	5кВ	600 МОм
от 132 кВ до 220 кВ	1000 В	5кВ	650 МОм

Шаги для измерения IR трансформатора:

• Выключите трансформатор и отсоедините перемычки и молниеотводы.
• Разрядите емкость обмотки.
• Тщательно очистите все втулки
• Замыкание обмоток.
• Защитите клеммы, чтобы исключить поверхностную утечку через клеммные втулки.
• Запишите температуру.
• Подключите измерительные провода (избегайте стыков).
• Подайте испытательное напряжение и запишите показания. ИК. Значение через 60 секунд после подачи испытательного напряжения называется сопротивлением изоляции трансформатора при температуре испытания.
• Нейтральная втулка трансформатора должна быть отключена от земли во время испытания.
• Все заземляющие соединения устройства защиты от перенапряжения низкого напряжения должны быть отключены во время испытания.
• Из-за индуктивных характеристик трансформаторов показания сопротивления изоляции не следует снимать до стабилизации испытательного тока.
• Избегайте мегомметров, когда трансформатор находится в вакууме.

Контрольные соединения трансформатора для ИК-теста (не менее 200 МОм) :

1. (ВН + НН) — Земля
2. HV — (LV + GND)
3. LV — (ВН + Земля)

• Трехобмоточный трансформатор:

1. HV — (LV + TV + GND)
2. LV — (HV + TV + GND)
3. (HV + LV + TV) — GND
4. ТВ — (ВН + НН + ЗЕМЛЯ)

• Автотрансформатор (двухобмоточный):

1. (ВН + НН) — ЗЕМЛЯ

• Автотрансформатор (трехобмоточный):

1. (HV + LV) — (TV + GND)
2. (HV + LV + TV) — GND
3. ТВ — (ВН + НН + ЗЕМЛЯ)

Для любой установки измеренное сопротивление изоляции должно быть не менее:

• ВН — Земля 200 МОм
• LV — Земля 100 МОм
• ВН — НН 200 МОм

Факторы, влияющие на значение IR трансформатора

На значение IR трансформаторов влияет

• Состояние поверхности клеммной втулки
• качество масла
• качество изоляции обмоток
• температура масла
• продолжительность приложения и значение испытательного напряжения

(3) Значение IR для переключателя ответвлений:

• IR между ВН и НН, а также между обмотками на землю.
• Минимальное значение IR для переключателя ответвлений составляет 1000 Ом на вольт рабочее напряжение

(4) Значение IR для Электродвигатель:

Для электродвигателя мы использовали измеритель сопротивления изоляции для измерения сопротивления обмотки двигателя с заземлением (E).

• Для номинального напряжения ниже 1 кВ, измеренного мегомметром на 500 В постоянного тока.
• Для номинального напряжения выше 1 кВ, измеренного мегомметром на 1000 В постоянного тока.
• В соответствии с IEEE 43, пункт 9.3 следует применять следующую формулу.
• Мин. Значение IR (для вращающейся машины) = (Номинальное напряжение (В) / 1000) + 1

Согласно стандарту IEEE 43 1974,2000
Значение IR в МОм
IR (мин.) = КВ + 1	Для большинства обмоток, изготовленных примерно до 1970 г., все обмотки возбуждения и другие, не описанные ниже
ИК (мин) = 100 МОм	Для большинства обмоток якоря постоянного тока и обмоток переменного тока, построенных примерно после 1970 г. (в форме катушек)
ИК (мин.) = 5 МОм	Для большинства машин с катушками статора с произвольной обмоткой и катушками с формованной обмоткой номиналом менее 1 кВ

• Пример-1: для трехфазного двигателя 11 кВ.
• Значение IR = 11 + 1 = 12 МОм, но согласно IEEE43 оно должно быть 100 МОм
• Пример-2: для 415 В, трехфазный двигатель
• Значение IR = 0,415 + 1 = 1,41 МОм, но согласно IEEE43 оно должно быть 5 МОм.
• Согласно IS 732 Мин. Значение IR двигателя = (20XVoltage (p-p / (1000 + 2XKW))

IR Значение двигателя согласно NETA ATS 2007. Раздел 7.15.1

Заводская табличка двигателя (V)	Испытательное напряжение	Мин. Значение IR
250 В	500 В постоянного тока	25 МОм
600 В	1000 В постоянного тока	100 МОм
1000 В	1000 В постоянного тока	100 МОм
2500В	1000 В постоянного тока	500 МОм
5000В	2500 В постоянного тока	1000 МОм
8000 В	2500 В постоянного тока	2000 МОм
15000 В	2500 В постоянного тока	5000 МОм
25000 В	5000 В постоянного тока	20000 МОм
34500В	15000 В постоянного тока	100000 МОм

Значение IR погружного двигателя:

IR Значение погружного двигателя
Мотор вне скважины (без кабеля)	Значение IR
Новый мотор	20 МОм
Подержанный двигатель, который можно переустановить	10 МОм
Двигатель установлен в скважине (с кабелем)
Новый мотор	2 МОм
Подержанный двигатель, который можно переустановить	0.5 МОм

(5) Значение IR для электрического кабеля и проводки:

• Для проверки изоляции нам необходимо отключить панель или оборудование и изолировать их от источника питания. Проводку и кабели необходимо проверить друг на друга (между фазами) с помощью кабеля заземления (E). Ассоциация инженеров по изолированным силовым кабелям (IPCEA) предлагает формулу для определения минимальных значений сопротивления изоляции.

• R = K x Лог 10 (D / d)

• R = значение IR в МОм на 1000 футов (305 метров) кабеля.
• K = постоянная изоляционного материала (лакированный Cambric = 2460, термопластичный полиэтилен = 50000, композитный полиэтилен = 30000)
  D = внешний диаметр изоляции жилы для одножильных проводов и кабелей
• (D = d + 2c + 2b диаметр одножильного кабеля)
  d — Диаметр жилы
  c — Толщина изоляции жилы
  b — Толщина изоляции оболочки

Высоковольтное испытание нового кабеля из сшитого полиэтилена (согласно стандарту ETSA)

Заявка	Испытательное напряжение	Мин. Значение IR
Новые кабели — Оболочка	1 кВ постоянного тока	100 МОм
Новые кабели — изоляция	10 кВ постоянного тока	1000 МОм
После ремонта — Оболочка	1 кВ постоянного тока	10 МОм
После ремонта — Утеплитель	5 кВ постоянного тока	1000 МОм

Кабели 11 кВ и 33 кВ между жилами и землей (согласно стандарту ETSA)

Приложение	Испытательное напряжение	Мин. Значение IR
Новые кабели 11 кВ — оболочка	5 кВ постоянного тока	1000 МОм
11кВ После ремонта — Оболочка	5 кВ постоянного тока	100 МОм
33кВ TF не подключен	5 кВ постоянного тока	1000 МОм
33кВ с подключенными TF.	5 кВ постоянного тока	15 МОм

Измерение ИК-значений (проводник к проводнику (перекрестная изоляция))

• Первый проводник, для которого измеряется поперечная изоляция, должен быть подключен к линейному выводу мегомметра. Остальные проводники соединены петлей (с помощью зажимов типа «крокодил») i. е. Провод 2 и далее подключаются к клемме заземления мегомметра. На другом конце провода остаются свободными.
• Теперь поверните ручку мегомметра или нажмите кнопку мегомметра.Показания счетчика покажут поперечную изоляцию между проводником 1 и остальными проводниками. Показания изоляции должны быть записаны.
• Теперь подключите следующий провод к клемме Line мегомметра, а остальные проводники подключите к клемме заземления мегомметра и выполните измерения.

Измерение ИК-значений ( , изоляция проводник — земля)

• Подключите проверяемый провод к линейной клемме мегомметра.
• Подключите клемму заземления мегомметра к земле.
• Поверните ручку мегомметра или нажмите кнопку мегомметра. Показания счетчика покажут сопротивление изоляции проводов. Показания изоляции должны быть записаны после подачи испытательного напряжения в течение примерно минуты до получения стабильного показания.

Измерения ИК-значений:

• Если во время периодических испытаний сопротивление изоляции кабеля обнаруживается между 5 и 1 МОм / км при температуре под землей, соответствующий кабель следует запрограммировать для замены.
• Если сопротивление изоляции кабеля находится в пределах от 1000 до 100 кОм / км , при температуре под землей, соответствующий кабель необходимо срочно заменить в течение года.
• Если сопротивление изоляции кабеля окажется ниже 100 кОм / км., Соответствующий кабель необходимо немедленно заменить в экстренных случаях.

(6) Значение IR для линии передачи / распределения:

Оборудование.	Размер мегомметра	Мин. Значение IR
S / S. Оборудование	5 кВ	5000 МОм
EHVLines.	5 кВ	10 МОм
H.T. Линии.	1 кВ	5 МОм
LT / Линии обслуживания.	0,5 кВ	5 МОм

(7) Значение IR для Panel Bus:

• Значение IR для панели = 2 x номинальное напряжение панели в кВ.
• Например, для панели 5 кВ минимальная изоляция составляет 2 x 5 = 10 МОм.

(8) Значение IR для оборудования подстанции:

Обычно измеряемые значения оборудования подстанции.

. Типичное значение IR для S / S оборудования
Оборудование		Размер мегомметра	Значение IR (мин.)
Автоматический выключатель	(Фаза-Земля)	5 кВ, 10 кВ	1000 МОм
	(фаза-фаза)	5 кВ, 10 кВ	1000 МОм
	Цепь управления	0.5кВ	50 МОм
CT / PT	(Pri-Earth)	5 кВ, 10 кВ	1000 МОм
	(вторая фаза)	5 кВ, 10 кВ	50 МОм
	Цепь управления	0,5 кВ	50 МОм
Изолятор	(Фаза-Земля)	5 кВ, 10 кВ	1000 МОм
	(фаза-фаза)	5 кВ, 10 кВ	1000 МОм
	Цепь управления	0.5кВ	50 МОм
L.A	(Фаза-Земля)	5 кВ, 10 кВ	1000 МОм
Электродвигатель	(Фаза-Земля)	0,5 кВ	50 МОм
LT Распределительное устройство	(Фаза-Земля)	0.5кВ	100 МОм
Трансформатор LT	(Фаза-Земля)	0,5 кВ	100 МОм

IR Стоимость S / S оборудования согласно стандарту DEP
Оборудование	Меггеринг	Значение IR во время ввода в эксплуатацию ( M Ом)	Значение IR во время обслуживания ( M Ом)
Распределительное устройство	Автобус HV	200 МОм	100 МОм
	LV Автобус	20 МОм	10 МОм
	Электропроводка НН	5 МОм	0.5 МОм
Кабель (мин. 100 метров)	HV и LV	(10XKV) / км	(кВ) / км
Двигатель и генератор	Фаза-Земля	10 (кВ + 1)	2 (кВ + 1)
Трансформатор с масляным погружением	HV и LV	75 МОм	30 МОм
Сухой трансформатор	HV	100 МОм	25 МОм
	LV	10 МОм	2 МОм
Стационарное оборудование / инструменты	Фаза-Земля	5 кОм / вольт	1 кОм / вольт
Подвижное оборудование	Фаза-Земля	5 МОм	1 МОм
Распределительное оборудование	Фаза-Земля	5 МОм	1 МОм
Автоматический выключатель	Главная цепь	2 МОм / кВ
	Цепь управления	5 МОм
Реле	Д.C Цепь-Земля	40 МОм
	LT Цепь-Земля	50 МОм
	LT-D.C Схема	40 МОм
	LT-LT	70 МОм

(9) Значение IR для бытовой / промышленной проводки:

• Низкое сопротивление между фазным и нейтральным проводниками или между токоведущими проводниками и землей приведет к току утечки.Это приводит к ухудшению изоляции, а также к потере энергии, что увеличивает эксплуатационные расходы установки.
• Сопротивление между фазой-фазой-нейтралью-землей не должно быть меньше 0,5 МОм для обычных напряжений питания.
• В дополнение к току утечки из-за сопротивления изоляции существует дополнительная утечка тока в реактивном сопротивлении изоляции, поскольку она действует как диэлектрик конденсатора. Этот ток не рассеивает энергию и не является вредным, но мы хотим измерить сопротивление изоляции, , поэтому напряжение постоянного тока используется для предотвращения включения реактивного сопротивления в измерение .

Однофазное подключение:

• ИК-тест между естественной фазой и землей должен проводиться на всей установке с выключенным главным выключателем, с соединенными вместе фазой и нейтралью, с отключенными лампами и другим оборудованием, но с включенными предохранителями, включенными автоматическими выключателями и всей цепью. переключатели замкнуты.
• Если подключено двухстороннее переключение, будет проверяться только один из двух проводов для зачистки. Для проверки другого следует задействовать оба двусторонних переключателя и повторно протестировать систему.При желании можно испытать установку в целом, когда должно быть достигнуто значение не менее 0,5 МОм.

Трехфазное подключение:

• В случае очень большой установки, где есть много параллельных заземляющих путей, ожидается, что показание будет ниже. Если это произойдет, установку следует разделить и повторно протестировать, когда каждая часть должна соответствовать минимальным требованиям.

• Испытания на ИК-излучение должны выполняться между фазой-фазой-нейтралью-землей с минимальным допустимым значением для каждого теста равным 0.5 МОм.

ИК-тестирование на низкое напряжение
напряжение цепи	Испытательное напряжение	Значение IR (мин.)
Сверхнизкое напряжение	250 В постоянного тока	0,25 МОм
До 500 В, кроме более	500 В постоянного тока	0,5 МОм
500 В до 1кВ	1000 В постоянного тока	1,0 МОм

• Мин. Значение IR = 50 M Ом / Нет электрической розетки.(Все электрические точки с фитингами и заглушками).

• Мин. Значение IR = 100 M Ом / Нет электрической розетки. (Все электрические точки без фитингов и вилок).

Необходимые меры предосторожности:

• Электронное оборудование, такое как электронные флуоресцентные переключатели стартера, сенсорные переключатели, диммерные переключатели, контроллеры мощности, таймеры задержки, может быть повреждено подачей высокого испытательного напряжения.
• Конденсаторы и индикаторные или контрольные лампы должны быть отключены, иначе результаты теста будут неточными.
• Если какое-либо оборудование отключено для целей тестирования, оно должно быть подвергнуто собственному испытанию изоляции с использованием напряжения, которое вряд ли приведет к повреждению. Результат должен соответствовать указанному в соответствующем британском стандарте или составлять не менее 0,5 МОм, если стандарт отсутствует.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Микроволны101 | Потеря линии передачи

Щелкните здесь, чтобы перейти на страницу нашей главной линии передачи

Щелкните здесь, чтобы перейти на страницу с минимальным затуханием

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу констант распространения

Щелкните здесь, чтобы перейти к нашему «Что такое Непер?» стр.

Здесь мы рассмотрим некоторые математические операции для расчета радиочастотных потерь (затухания) в линиях передачи по частоте.Мы направим вас на некоторые другие наши страницы, на которых показаны расчеты затухания для линий передачи различной геометрии.

Вот индекс для этой страницы.

Потеря в линии передачи Практическое правило 1

Затухание или отклонение?

Модель линии передачи

Четыре механизма потерь:

Эмпирическое правило линии передачи 2

Затухание из-за металла ( _C )

Затухание из-за тангенса угла диэлектрических потерь ( _D )

Затухание из-за диэлектрической проводимости ( _G )

Затухание из-за излучения ( _R )

Давайте предложим эмпирическое правило, прежде чем мы даже начнем обсуждать потери в линиях электропередачи:

Затухание в линии передачи Практическое правило # 80

Для данной частоты волновод дает самые низкие потери на единицу длины.Потери в коаксиальном кабеле будут примерно в 10 раз выше (в дБ). Потери в линии передачи на MMIC (микрополосковый или копланарный волновод) примерно в 10 раз хуже, чем в коаксиальном, или в 100 раз больше, чем в волноводе (но длина линий передачи действительно мала!) Полосковая линия, в зависимости от ее геометрии, обычно будет немного выше потерь чем коаксиальный.

Затухание или отклонение?

Нам нужно провести различие между «реальными» потерями (затуханием) и потерями из-за рассогласования (отклонением). Фильтр может использоваться для подавления сигнала, но отклонение обычно означает отражение .Отклоненный сигнал возвращается в генератор, где он рассеивается. При наличии соответствующей согласующей сети «потери» фильтра теоретически можно отрегулировать до нуля дБ.

Затухание можно уменьшить, увеличив характеристическое сопротивление системы (обычно не вариант), но нельзя полностью отрегулировать, если вы не можете изменить характеристическое сопротивление до бесконечности. Это никогда не вариант!

На этой странице мы обсуждаем «реальные» потери, а не потери из-за несоответствия.

Трансмиссия модели

Модель линии передачи используется во многих расчетах потерь. Когда вы решаете уравнения Максвелла для распространения электромагнитных волн, решения для электрического поля выглядят следующим образом: E (z, t) = E * cos (γz — ωt).
Установка в качестве аргумента функции cos константы — все равно что выбрать точку на волне и поехать по ней.
Решая для z, получаем:

z = (ω / γ) t.

Пусть γ = α + jβ или α + j (2π / λ)

Теперь мы пришли к отдельным свойствам, которые определяют рабочие характеристики схемы и которые обычно используются в наших решениях для линий передачи, где:

γ = комплекс постоянная распространения
α = постоянная затухания (неперы на единицу длины)
β = фазовая постоянная (радианы на единицу длины)
λ = длина волны
ω = угловая частота (радиан / секунда)

Мы рекомендуем вам изучить нашу страницу о константе распространения и, в частности, ознакомиться с «константой затухания» , прежде чем вы продолжите читать эту страницу о потерях в линии передачи.Постоянная распространения — это то, что определяет фазу и амплитуду сигнала в линии передачи. Обозначается греческой буквой гамма:

Модель линии передачи предназначена для бесконечно малого участка линии, линия может состоять из четырех сгруппированных элементов:

Обратите внимание, что обозначение «штрих» здесь означает, что параметры нормализованы по длине. C ‘в Фарадах / метр, L’ в Генри / метр, R ‘в Ом / метр и G’ в Сименсах / метр.С помощью этих четырех сосредоточенных элементов можно выразить множество параметров линии передачи, включая характеристический импеданс, постоянную распространения и фазовую скорость.

Четыре вида потерь

Для квантования ВЧ-потерь в линиях передачи нам необходимо вычислить константу затухания, которая выражается в «естественных» единицах Неперс / метр. Константу затухания можно разбить, по крайней мере, на четыре составляющих: одна представляет потери металла, одна представляет диэлектрические потери из-за тангенса угла потерь, одна из-за проводимости диэлектрика и одна из-за паразитного излучения:

Ниже мы рассмотрим каждый из этих механизмов потерь с точки зрения модели линии передачи.

Каждая из четырех составляющих потерь зависит от геометрии, что означает, что расчет для коаксиального кабеля сильно отличается от, например, для волновода. Мы просто коснемся каждого предмета ниже и перенесем большую часть математики на отдельные страницы на разных линиях передачи. Но сначала пришло время для еще одной микроволны101 Практическое правило:

Практическое правило затухания в линии передачи # 79

Различные механизмы потерь имеют разное поведение по частоте. Потери металла пропорциональны частоте квадратного корня.Диэлектрические потери пропорциональны частоте. Потери диэлектрической проводимости постоянны по частоте.

Затухание из-за проводимости металла ( _C )

В общих потерях большинства линий передачи преобладают потери в металле на микроволновых частотах. Потеря металла в основном изменяется как SQRT (f). Потери металла моделируются компонентом R ‘в модели линии передачи, который представляет собой последовательное сопротивление на единицу длины. Термин R ‘является функцией геометрии линии передачи и высокочастотного сопротивления металлической системы, которая используется.

Сопротивление листа RF может быть на больше , чем сопротивление листа постоянного тока (спасибо, Лорен!), Из-за скин-эффекта. Скин-эффект говорит о том, что на все более высокой частоте путь сигнала группируется вверх по направлению к внешней стороне проводника, на поверхности, по которой распространяется электромагнитная волна.

Потери металла в основном изменяются как SQRT (f), поскольку ВЧ сопротивление листа изменяется как SQRT (f). ВЧ листовое сопротивление для системы из одного металла рассчитывается как:

сигма — проводимость металла в Сименсах на метр; сигма — 1 / rho, где rho — удельное сопротивление в единицах Ом-метров.Единицы сопротивления ВЧ листа — Ом / квадрат. Вычисление радиочастотного сопротивления многослойной металлической системы объяснено на нашей странице глубины скин-слоя. Вот ВЧ листовое сопротивление в зависимости от частоты для трех милей меди (много, много толщины пленки на микроволновых частотах), что вы можете рассматривать как лучшее, что вы когда-либо делали, если только кто-то не начнет делать печатные монтажные платы со следами чистого серебра имеет меньшее объемное сопротивление, чем медь.

Следующим шагом в вычислении потерь металла в линии передачи является определение ВЧ-сопротивления на единицу длины R ‘(преобразование Ом / квадрат в Ом / метр) на основе физических размеров конструкции и ВЧ сопротивления листа.Этот расчет отличается для коаксиального кабеля, волновода, микрополосковой или любой другой структуры линии передачи. Дьявол кроется в деталях! Ссылки ниже помогут вам в этой части расчета. Обратите внимание, что, за исключением волновода, сопротивление на длину имеет две составляющие в линиях передачи; необходимо суммировать вклад «горячего» проводника с проводником заземляющего слоя (или заземляющего проводника , проводника в случае копланарного волновода).

Последний шаг в вычислении радиочастотных потерь из-за металла: из сопротивления на единицу длины вы найдете потери на единицу длины:

Обратите внимание, что «естественными» единицами потерь в линии передачи являются неперы / длина.Чтобы получить потери в дБ на длину, умножьте Неперс на 8,686.

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о микрополосковых потерях из-за металла

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о потерях в коаксиальном кабеле из-за металла

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о потерях в волноводе из-за металла

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о минимизации затухания из-за металла

Щелкните здесь, чтобы узнать о влиянии шероховатости поверхности на потерю металла

Затухание из-за тангенса угла диэлектрических потерь ( _D )

Потери из-за тангенса угла диэлектрических потерь (tanδ) могут быть очень важны на микроволновых частотах.Тангенс угла потерь также известен как коэффициент рассеяния, или аббревиатура DF. Этот член пропорционален частоте, поэтому чем выше вы поднимаетесь, тем больше вероятность, что он будет доминировать в общих потерях (потеря металла пропорциональна SQRT частоты).

Расчет потерь из-за угла потерь прост и использует элементы модели линии передачи с одним условием. Мы упоминали, что конденсатор C ‘в линии передачи может иметь потери? Тангенс угла потерь — это мера отношения его проводимости к его восприимчивости (например, «Q»).После того, как вы рассчитали емкостную восприимчивость / длину для конкретной геометрии, все, что вам нужно сделать, это умножить на тангенс угла потерь, чтобы получить частотно-зависимый член проводимости, который вызывает потери тангенса угла потерь:

Для любой линии передачи с ПЭМ с любым импедансом уравнение для потерь тангенса угла диэлектрических потерь можно упростить до следующего:

(Неперс / длина)

Здесь единицы длины будут соответствовать единицам, которые вы используете для длины волны.Преобразование Непера в дБ (умножение на 8,686) дает более знакомый результат:

(дБ / длина)

Пойдем на шаг дальше, чем большинство учебников. Кто тратит много времени на размышления о длине волны в свободном космосе? Вот уравнение для частоты:

(дБ / длина)

И далее, предположим, что частота указана в ГГц, а скорость света — 29,979 см / наносекунда. Тогда:

(дБ / см)

Обратите внимание, что потери по касательной потерь не зависят от геометрии.Хотя вы можете уменьшить потери металла, используя более толстый коаксиальный кабель, вы все равно будете испытывать те же диэлектрические потери, если будете использовать тот же диэлектрический материал.

Рискну повториться, потеря тангенса угла потерь пропорциональна частоте, в отличие от потери металла, которая пропорциональна SQRT (частоте). Это означает, что по мере увеличения частоты тангенс угла потерь в какой-то момент начинает преобладать над потерями в линии передачи. Если вы работаете в W-диапазоне, вы больше не можете следовать совету ваших предшественников в X-диапазоне, которые могли быть «просто игнорируйте его».Кроме того, как никогда важно получить точные данные о касательной потерь. Если вы поищете в Интернете, вы увидите сильно отличающиеся значения тангенса угла потерь для зрелой технологии подложек, такой как GaAs. Это общеотраслевая проблема, и, возможно, стоит подумать о ней (измерения материалов). Обратите внимание, что тангенс угла потерь часто является функцией частоты, температуры, качества материала … поэтому никогда не вешайте шляпу на одно число.

Теперь давайте посмотрим на график потерь по касательной. Здесь мы сместили tanδ от 0 до 0.01 с шагом 0,001, для E _r = 1. Обратите внимание, потери составляют почти точно 1 дБ / см на частоте 110 ГГц для 1% тангенса угла потерь (для невозможного условия, когда E _r = 1). Если вы помните эту одну точку данных, вы могли бы масштабировать потерю тангенса угла потерь в уме, если бы у вас не было такого похмелья. Но не забудьте умножить на SQRT (E _r )!

Говоря о E _r , что произойдет, если вы используете линию передачи квази-ТЕМ, такую ​​как CPW или микрополосковый? Оказывается, вы можете заменить Keff на E _r в приведенном выше уравнении и получить почти правильный результат (проверьте это с помощью программного обеспечения EDA, если вы нам не доверяете).Вот пример: рассмотрим микрополоску на GaAs с тангенсом угла потерь = 0,0016 и E _r = 12,9. Если не учитывать (на данный момент) компонент E _r , потери на частоте 110 ГГц составят 0,16 дБ / см. Обоснованное предположение о Кэфф в любой микрополосковой линии состоит в том, что 70% полей содержится в подложке, поэтому Кэфф составляет ~ 9. Извлеките квадратный корень (3) и умножьте на 0,16 дБ / см, чтобы оценить потери тангенса угла потерь на GaAs MMIC ~ 0,5 дБ / см. Обратите внимание, что потеря металла будет доминирующим эффектом на большинстве интересующих частот….

Теперь пришло время для еще одной микроволновки. 101 Практическое правило:

Потери касательной потери Практическое правило № 116

Линия передачи TEM

, тангенс угла потерь 0,01 (что довольно много) приводит к потерям почти точно в 1 дБ / см на частоте 110 ГГц, , до масштабирования с помощью SQRT (диэлектрическая постоянная) . Поскольку он линейен с частотой, вы должны уметь масштабировать затухание тангенса угла потерь в уме. Вы можете приблизительно оценить затухание в микрополосках или CPW, если масштабировать по эффективной диэлектрической проницаемости.

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о потерях в коаксиальном кабеле из-за тангенса угла диэлектрических потерь

Затухание из-за проводимости подложки ( _G )

Примечание: во многих учебниках термин потерь проводимости в подложке связывается с термином потерь тангенса угла потерь. Мы решили разделить их, они ведут себя по-разному.

Благодаря отличным диэлектрикам, которые у нас есть для коаксиальных кабелей (таких как PTFE) и MMIC (GaAs), потери из-за проводимости подложки часто игнорируются, поскольку они обычно очень малы, поскольку диэлектрик имеет чрезвычайно низкую проводимость.Однако распространение кремния в микроволновую область вернуло нам этот термин, потому что кремний имеет относительно плохие электроизоляционные свойства (настоящий полупроводник!). Давайте добавим еще одно полезное правило микроволн, чтобы провести линию, где должна быть проводимость подложки. рассмотрено:

Потеря в линии передачи Практическое правило № 80

При рассмотрении потерь в линии передачи из-за диэлектрической проводимости, если удельное сопротивление диэлектрика превышает 10 000 Ом-см, забудьте об этом! Это в значительной степени исключает все подложки, кроме кремния, которые могут иметь сопротивление от 1 Ом-см (очень потери) до 10 000 Ом-см (очень дорогой кремний с плавающей зоной).ПТФЭ 1Е18 Ом см!

Вот общее уравнение для этого механизма потерь с использованием элемента G ‘модели линии передачи:

Одна вещь, которую вы должны знать о потерях из-за проводимости подложки: это НЕ функция частоты! Так что, если вы используете дешевый омметр для измерения сопротивления постоянному току на двух проводниках линии передачи (и не подключаете другой конец, это было бы глупо!), У вас есть все необходимое для прогнозирования потерь из-за проводимости на частоте 10 ГГц!

Еще одна вещь, которую вы должны знать: для среды передачи с однородной диэлектрической средой (коаксиальный кабель, полосковая линия) расчет G ‘по сути такой же, как и C’, за исключением того, что вы подставляете проводимость диэлектрика вместо его диэлектрической проницаемости.Мы рассмотрим это более подробно по ссылкам ниже.

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о микрополосковых потерях из-за проводимости подложки

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу о потерях в коаксиальном кабеле из-за диэлектрической проводимости

Затухание из-за излучения ( _R )

Это еще один механизм ослабления, который имеет очень небольшой эффект, если ваши схемы работают нормально. На самом деле это не затухание в том смысле, в котором энергия увеличивается при нагревании, это скорее потеря утечки.Но влияние на ваш сигнал в любом случае одно и то же, он теряет энергию.

Как правило, более толстые подложки теряют больше радиации, чем более тонкие, а изгибы будут излучать больше, чем прямые участки линий. Вы можете избежать потерь излучения, если будете придерживаться волновода, и минимизировать их, если используете полосковую линию.

Нет простого способа учесть ослабление из-за излучения с помощью модели линии передачи или популярных линейных симуляторов, таких как Microwave Office или ADS.Это одна из причин, почему трехмерные симуляторы электромагнитных конструкций так популярны!

Новое в декабре 2015 г .: — это бесплатный код для MatLab, который поможет вам рассчитать радиационные потери, спасибо Свену ван Беркелю на нашей доске сообщений! Он основан на квазианалитическом подходе и был написан в Делфтском техническом университете. Проверьте это и расскажите, как это работает для вас. Это автономный исполняемый файл, поэтому вам не нужна лицензия MatLab. Все необходимые библиотеки включены в исполняемый файл.Благодаря!

http://terahertz.tudelft.nl/Research/project.php?id=74&ti=27

.