Die keuse van 'n stroombeperkende weerstand

Inleiding

Stroombeperkende weerstande word in 'n stroombaan geplaas om te verseker dat die hoeveelheid stroom wat vloei nie oorskry wat die stroombaan veilig kan hanteer nie. Wanneer stroom deur 'n weerstand vloei, is daar, in ooreenstemming met Ohm se wet, 'n ooreenstemmende spanningsval oor die resistor (Ohm se wet stel dat die spanningsval die produk van die stroom en die weerstand is: V=IR). Die teenwoordigheid van hierdie weerstand verminder die hoeveelheid spanning wat kan voorkom oor ander komponente wat in serie met die weerstand is (wanneer komponente "in serie" is, is daar net een pad vir stroom om te vloei, en gevolglik dieselfde hoeveelheid stroom vloei deur hulle; dit word verder verduidelik in die inligting wat beskikbaar is via die skakel in die blokkie regs).

Hier stel ons belang om die weerstand te bepaal vir 'n stroombeperkende weerstand wat in serie met 'n LED geplaas word. Die resistor en LED is op hul beurt aan 'n 3.3V-spanningstoevoer gekoppel. Dit is eintlik 'n taamlik ingewikkelde stroombaan omdat die LED 'n nie-lineêre toestel is: die verhouding tussen die stroom deur 'n LED en die spanning oor die LED volg nie 'n eenvoudige formule nie. Ons sal dus verskeie vereenvoudigende aannames en benaderings maak.

In teorie sal 'n ideale spanningstoevoer enige hoeveelheid stroom verskaf wat nodig is om sy terminale te probeer handhaaf op watter spanning dit ook al veronderstel is om te verskaf. (In die praktyk kan 'n spanningstoevoer egter slegs 'n eindige hoeveelheid stroom verskaf.) 'n Verligte LED sal tipies 'n spanningsval van ongeveer 1.8V tot 2.4V hê. Om dinge konkreet te maak, sal ons 'n spanningsval van 2V aanneem. Om hierdie hoeveelheid spanning oor die LED te handhaaf, benodig gewoonlik ongeveer 15 mA tot 20 mA stroom. Weereens, ter wille van konkreetheid, sal ons 'n stroom van 15 mA aanneem. As ons die LED direk aan die spanningstoevoer gekoppel het, sal die spanningstoevoer probeer om 'n spanning van 3.3V oor hierdie LED te vestig. LED's het egter tipies 'n maksimum voorwaartse spanning van ongeveer 3V. As u probeer om 'n spanning hoër as dit oor die LED te vestig, sal dit waarskynlik die LED vernietig en 'n groot deel van die stroom trek. Dus, hierdie wanverhouding tussen wat die spanningstoevoer wil produseer en wat die LED kan hanteer, kan die LED of die spanningstoevoer of albei beskadig! Ons wil dus 'n weerstand vir 'n stroombeperkende resistor bepaal wat vir ons die toepaslike spanning van ongeveer 2V oor die LED sal gee en verseker dat die stroom deur die LED ongeveer 15 mA is.

Om dinge uit te sorteer, help dit om ons stroombaan met 'n skematiese diagram te modelleer, soos in Fig. 1 getoon.

Figuur 1. Skematiese diagram van 'n stroombaan.

In Fig. 1 kan jy aan die 3.3V-spanningsbron dink as die chipKIT™-bord. Weereens, ons neem oor die algemeen aan dat 'n ideale spanningsbron enige hoeveelheid stroom sal verskaf wat nodig is vir die stroombaan, maar die chipKIT™-bord kan slegs 'n eindige hoeveelheid stroom produseer. (Die Uno32-verwysingshandleiding sê die maksimum hoeveelheid stroom wat 'n individuele digitale pen kan produseer, is 18 mA, maw 0.0018 A.) Om te verseker dat die LED 'n 2V spanningsval het, moet ons die toepaslike spanning oor die weerstand bepaal, wat ons sal VR bel. Een manier om dit te doen is om die spanning van elke draad te bepaal. Die drade tussen komponente word soms nodusse genoem. Een ding om in gedagte te hou is dat 'n draad dieselfde spanning oor sy hele lengte het. Deur die spanning van die drade te bepaal, kan ons die verskil in spanning van een draad na die volgende neem en die spanningsval oor 'n komponent of oor 'n groep komponente vind.

Dit is gerieflik om te begin deur aan te neem dat die negatiewe kant van die spanningstoevoer op 'n potensiaal van 0V is. Dit maak op sy beurt sy ooreenstemmende nodus (dws die draad wat aan die negatiewe kant van die spanningstoevoer geheg is) 0V, soos in Fig. 2 getoon. Wanneer ons 'n stroombaan ontleed, is ons vry om 'n seingrondspanning van 0V toe te ken tot een punt in die stroombaan. Alle ander spannings is dan relatief tot daardie verwysingspunt. (Omdat spanning 'n relatiewe maatstaf is, tussen twee punte, maak dit tipies nie saak watter punt in die stroombaan ons 'n waarde van 0V toeken nie. Ons analise sal altyd dieselfde strome lewer en dieselfde spanning val oor die komponente. Nietemin, dit is algemene praktyk om die negatiewe terminaal van 'n spanningstoevoer 'n waarde van 0V toe te ken.) Gegewe dat die negatiewe terminaal van die spanningstoevoer op 0V is, en gegewe dat ons 'n 3.3V toevoer oorweeg, moet die positiewe terminaal op 'n spanning wees van 3.3V (soos die draad/knooppunt daaraan gekoppel is). Aangesien ons 'n spanningsval van 2V oor die LED verlang en gegewe dat die onderkant van die LED op 0V is, moet die bokant van die LED op 2V wees (soos enige draad wat daaraan gekoppel is).

Figuur 2. Skematiese toon nodus spanning.

Met die nodusspannings gemerk soos in Fig. 2 getoon, kan ons nou die spanningsval oor die resistor bepaal soos ons binne 'n oomblik sal doen. Eerstens wil ons daarop wys dat 'n mens in die praktyk dikwels die spanningsval wat met 'n komponent geassosieer word, direk langs 'n komponent skryf. So, byvoorbeeld, skryf ons 3.3V langs die spanningsbron met die wete dat dit 'n 3.3V-bron is. Vir die LED, aangesien ons 'n 2V spanningsval aanneem, kan ons dit eenvoudig langs die LED skryf (soos getoon in Fig. 2). Oor die algemeen, gegewe die spanning wat aan die een kant van 'n element bestaan ​​en gegewe die spanningsval oor daardie element, kan ons altyd die spanning aan die ander kant van die element bepaal. Omgekeerd, as ons die spanning aan weerskante van 'n element ken, ken ons dan die spanningsval oor daardie element (of ons kan dit eenvoudig bereken deur die verskil van die spannings na weerskante te neem).

Omdat ons die potensiaal van die drade aan weerskante van die weerstand (Draad1 en Draad3) ken, kan ons die spanningsval daaroor oplos, VR:

As ons die bekende waardes inprop, kry ons:

Nadat ons die spanningsval oor die resistor bereken het, kan ons Ohm se wet gebruik om die weerstand se weerstand met die spanning in verband te bring. Ohm se wet sê vir ons 1.3V=IR. In hierdie vergelyking blyk dit twee onbekendes te wees, die stroom I en die weerstand R. Aanvanklik kan dit voorkom asof ons I en R enige waardes kan maak mits hul produk 1.3V is. Soos hierbo genoem, kan 'n tipiese LED egter 'n stroom van ongeveer 15 mA vereis (of "trek") wanneer dit 'n spanning van 2V daaroor het. Dus, as ons aanvaar dat I 15 mA is en R oplos, kry ons

In die praktyk kan dit moeilik wees om 'n weerstand met 'n weerstand van presies 86.67 Ω te verkry. 'n Mens kan miskien 'n veranderlike weerstand gebruik en sy weerstand op hierdie waarde aanpas, maar dit sal 'n ietwat duur oplossing wees. In plaas daarvan is dit dikwels genoeg om 'n weerstand te hê wat omtrent reg is. Jy behoort te vind dat 'n weerstand in die orde van een- tot tweehonderd ohm redelik goed werk (wat beteken dat ons verseker dat die LED nie te veel stroom trek nie en tog is die stroombeperkende weerstand nie so groot dat dit die LED verhoed nie van verlig). In hierdie projekte sal ons tipies 'n stroombeperkende weerstand van 220 Ω gebruik.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys