LED의 전압 강하 및 전류?

브레드 보드에 다음 회로를 만들고 전원 공급 장치에 Arduino Uno 3.3V 공급 장치를 사용했습니다.

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
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(3.3V)                                     |
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Arduino의 웹 사이트에서 3.3V 핀의 전류는 0.05A입니다. KVL에 따르면 3.3V-(330 Ohms * 0.05A)-LED의 전압 강하 = 0

방정식에 따르면 LED의 전압 강하가 음이되어 LED가 켜지지 않아야합니다. 그러나 브레드 보드에서 LED가 켜집니다. 왜? 이것은 기본 이론과 완전히 반대입니다 ... 이것이 정상입니까? 아니면 내가 어딘가에 실수를했기 때문에 가능합니까? = O

문제는 당신이 (-) 올바른 기본 이론을 이해하지 못한다는 것입니다.

그러나 스스로 해결해 주셔서 감사합니다. 그것을 유지하면 곧 올바르게 계산하는 방법에 익숙해 질 것입니다.

물과 유사하게 전압과 전류 및 저항을 합리적으로 잘 모델링 할 수 있습니다. 전압은 저수지의 펌핑 압력 또는 "헤드"압력과 유사하며, 전류는 전류 흐름과 유사하며 저항은 물 흐름에 대한 파이프 저항 또는 유압 모터가 제공하는 흐름 저항과 유사합니다.

따라서 모델의 "오류"는 Arduino의 정격 전류가 전압 또는 펌핑 압력 일 때 무슨 일이 일어 났는지 알 수 있다고 가정합니다.

아두 이노의 3V3 회로는 50mA이 최대 전류 평가가 있으면 흐르게해야 하고 있지 전류량 해야 흐른다.

ASCII 아트 회로도 사용 :

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
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(3.3V)                                     |
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여기서 핵심 방정식은 (옴의 법칙의 한 가지 배열)

• I = V / R

이것은인가 전압이 증가함에 따라 전류가 증가하고 저항이 증가함에 따라 감소한다는 것을 의미합니다. 더 흥미로운 것들을 만들기 위해 여기에 추가 요소가 있습니다. LED는 대략 정전압 "싱크"와 같은 역할을합니다. 즉, 전류가 일부 초기 한계 이상으로 증가함에 따라 전압은 전류에 따라 선형 적으로 증가하지 않습니다. 전류가 증가하지만 전류 증가 속도보다 낮은 속도로 증가합니다.

얻은 방정식을 재정렬

• R = V / I

이를 통해 주어진 가용 전압으로 주어진 전류를 얻는 데 필요한 저항 값을 계산할 수 있습니다. 우리가 그것을 적용하기 전에 우리가 이해해야 할 "gotcha"가 있습니다.

설계 전류 범위에서 작동 할 때 대부분의 LED는 전압 강하 범위가 상당히 제한됩니다. 현대적인 흰색 LED는 LED 전체에서 약 2.8V "드롭"으로 눈에 띄게 빛을 발산하기 시작하고 20mA에서 3V3 (= 3.3V)의 강하를 갖습니다 (일반적으로 3mm 및 5mm 리드 LED의 최대 설계 전류) )) LED를 가로 지르는 3V8에서 과도한 전류로 인해 소손됩니다. 일반적인 수치는 다양하지만 약간의 아이디어를 제공합니다. 최신 빨간색 LED는 정격 전류 2.5V에서 작동 할 때 순방향 전압 강하를 가질 수 있으며 적외선 LED는 일반적으로 1.8V에서 작동 할 수 있습니다. LED 전류를 계산할 때는 LED 데이터 시트에서 일반적인 순방향 전압 강하를 사용하여 시작할 수 있습니다.

전형적인 적색 LED

다음 은 전형적인 현대식 적색 LED에 대한 데이터 시트입니다 . Kingbright WP7113ID입니다. Digikey에서 가장 저렴한 재고 5mm 리드 LED를 찾아서 선택했습니다. 1 년대 미국 11 센트입니다.

데이터 시트에 따르면 순방향 전압은 일반적으로 20mA에서 2.0V이므로이 수치를 사용하겠습니다.

20mA에서 작동

LED는 거의 일정한 전압을 갖기 때문에 저항을 통해 전류를 "펌핑"하는 가용 전압에서 해당 전압을 빼야합니다. LED 정격 최대 값 인 20mA를 제공하도록 회로를 설계합니다. 그래서 우리의 이전 공식이됩니다.

• R = (V_ 공급-V_LED) / I

V_LED = 2v0 및 Vsupply = 3V3의 경우

• R = (3.3-2.0) / .020 = 1.3 / .02 = 65 옴.

68 Ohms는 가장 가까운 표준 "E12"* 저항 값입니다.

위와 같이 저항의 전압 강하 = 3.3-2.0 = 1.3V-. 데이터 시트에 따르면 LEd의 Vf는 20mA에서 최대 2V5 일 수 있습니다. 20mA에서 Vf = 2.5V의 LED를 사용하면 어떻게 될지 살펴 보겠습니다.

위와 같이 I = V / R = (Vsupply-VLED) / R

여기서 우리는 이제 I = (3.3-2.5) / 68 = 0.8 / 68 = 0.00176A ~ = 12 mA를 사용합니다.

따라서 우리는 20mA를 설계했지만이 경우 약 12mA를 얻었습니다. 마찬가지로 LED의 Vf가 20mA에서 2.0V보다 낮 으면 (가능한 경우) 전류는 20mA보다 높을 수 있습니다. 전체 LED 전류는 LED Vf의 생산 편차로 인해 2 : 1 이상 변동될 수 있습니다. 이것이 "실제"LED 드라이브 설계가 정전류 소스를 사용하거나 정전류 소스에 근접한 회로를 사용하는 이유입니다. 그러나 그것은 또 다른 이야기입니다.

330ohm 저항으로 작동

330R 저항 기용.

LED Vf = 2V0로. I_LED = V / R = (3.3-2V) / 330 = ~ 4 mA

LED Vf = 2V5로. I_LED = V / R = (3.3-2.5V) / 330 = ~ 2.4 mA

데이터 시트는 Vf의 최소값 (전형적이고 최대 값 만)을 나타내지 않지만 1.8V라고 가정합니다.

I_LED = V / R = (3.3-1.8) / 330 = 4.5 mA

따라서 LED 전류는 LED Vf에 따라 2.4mA ~ 4mA = 1 : 1.666 비율로 달라질 수 있습니다.

그러나 데이터 시트의 Vf는 20mA입니다. 전류가 떨어지면 Vf는 "약간"떨어집니다. 데이터 시트에서 선택한 LED의 특성은 다음과 같습니다.

우리는 Vf가 2mA에서 약 1.7V이고 4mA에서 약 1.78V이므로 1.8V의 가정 값이 우리의 목적에 충분하다는 것을 알 수 있습니다.

• E12-5 % 정확도의 가장 일반적인 저항 계열-10 년마다 12 개의 저항

선호하는 숫자 시리즈-E12를 검색 한 후 나머지도 읽어보십시오. :-)

E12 특정-값 및 색상 코드-보다 집중적이지만 전체적으로 덜 유용

LED 전압 강하로 시작해야합니다. 그것은 다른 방향이 아니라 전류를 결정하는 것입니다. 그 이유는 LED 전압이 다소 고정 된 반면 전류는 가변적이며 회로 요구에 적응하기 때문입니다.
KVL은 실제로 필요한 것입니다. LED 전압 강하가 2V이면 저항 전압은 3.3V-2V = 1.3V이므로 회로의 전류

$I = \dfrac{1.3V}{330\Omega} = 4mA$

따라서 저항의 전압 강하가 너무 크면 전류를 낮춤으로써 자동으로 더 낮은 값으로 조정됩니다.

참고 : 50mA는 핀 이 제공 할 수 있는 것입니다. 그것이 실제로 제공 하는 것은 회로에 의해 요구 되는 것에 달려 있으며, 더 높으면 안됩니다. 우리의 경우에는 훨씬 더 낮으므로 괜찮습니다.

대부분의 상황에서 고정 LED 전압 강하를 가정하는 위의 계산이면 충분하지만 때로는보다 정확한 답을 원할 때 가변 순방향 전압을 고려합니다. 대부분의 경우 전류 대 순방향 전압에 대한 방정식은 없지만 그래프 만 있습니다. 그것은 당신이 그것을 분석적으로 해결할 수 없다는 것을 의미합니다. 그래픽으로 쉽게 해결할 수 있음을 알 수 있습니다.

트릭은 빨간 선에 있습니다. 주어진 그래프에서 이것은 100 저항과 3V 전원 의로드 라인입니다 . 선을 그리려면 축과 교차하는 지점을 찾으십시오. X 축의 포인트는 전원 공급 전압이며 여기에서는 3V입니다. Y 축의 점은 LED 전압이 0V 인 경우 전류이므로 = 30mA입니다. Y 축이 보이도록 그래프를 확장해야 할 수도 있습니다. 빨간색 선은 주어진 LED 전압의 전류를 나타냅니다. LED 전압이 3V이면 전류는 0입니다. LED 전압이 2V이면 LED 전류는 = 10mA 등입니다.이 함수는 선형이므로 직선입니다.3 $\Omega$ 3V-2-$\dfrac{3V}{100\Omega}$
$\dfrac{3V - 2V}{100\Omega}$
이제로드 라인이 LED 그래프와 교차하는 지점을 찾으면됩니다. 주어진 상황에서 LED 전압은 1.81V이고 전류는 12mA입니다. 복잡한 공식을 사용하는 것은 쉽지만 번거롭지 않습니다.

저항 값을 계산하는 방법을 알아 보려면 이 질문 을 참조하십시오 .

두 가지 가능성 :

• 현재 등급은 소싱 장치가 손상 / 과열없이 처리 할 수있는 수준이지만 자체적으로 제한하기위한 조치는 아닙니다.

• LED 양단의 전압 강하가 생각보다 높으므로 저항 양단의 전압 강하와이를 통한 전류는 50mA보다 낮습니다. 방금 발굴 한 임의의 LED 데이터 시트는 1.85v의 순방향 전압을 나열했습니다. 저항에서 1.45v의 강하와 44mA의 전류를 제공합니다 (선택한 LED에 권장되는 것의 두 배입니다)- 더 큰 저항을 고려하고 싶을 수도 있습니다. 이전 라디오 판잣집 키트는 3v 배터리 공급 장치와 함께 680 옴을 사용합니다)

전압계 (또는 아마도 arduino의 자체 아날로그 입력)가 있으면 저항과 LED 사이의 노드 전압을 측정하고 저항과 LED의 각 방울 및 알려진 저항의 방울의 전류를 결정할 수 있습니다 .

짧은 대답 :

전원 사양이 0.05A라고해서 전류가 0.05A가되지는 않습니다. 전원 공급 장치 사양에 전류가 공급되는 경우 최대 전류를 가져와야합니다. 실제로 전류를 얻는 것은 부하에 달려 있습니다.

즉, 다른 답변에 제공된 멋진 그래프 중 일부 에서이 특정 사례에 대한 정량적 답변을 얻을 수 있습니다.