Velge en strømbegrensende motstand

Introduksjon

Strømbegrensende motstander er plassert i en krets for å sikre at mengden strøm som flyter ikke overstiger det kretsen trygt kan håndtere. Når det går strøm gjennom en motstand, er det, i henhold til Ohms lov, et tilsvarende spenningsfall over motstanden (Ohms lov sier at spenningsfallet er produktet av strømmen og motstanden: V=IR). Tilstedeværelsen av denne motstanden reduserer mengden spenning som kan vises over andre komponenter som er i serie med motstanden (når komponenter er "i serie", er det bare én vei for strøm å flyte, og følgelig den samme mengden strøm flyter gjennom dem; dette er forklart videre i informasjonen tilgjengelig via lenken i boksen til høyre).

Her er vi interessert i å bestemme motstanden for en strømbegrensende motstand plassert i serie med en LED. Motstanden og LED-en er på sin side koblet til en 3.3V spenningsforsyning. Dette er faktisk en ganske komplisert krets fordi LED-en er en ikke-lineær enhet: forholdet mellom strømmen gjennom en LED og spenningen over LED-en følger ikke en enkel formel. Derfor vil vi gjøre ulike forenklinger og tilnærminger.

I teorien vil en ideell spenningsforsyning levere en hvilken som helst mengde strøm som er nødvendig for å prøve å holde terminalene på den spenningen den skal levere. (I praksis kan imidlertid en spenningsforsyning bare levere en begrenset mengde strøm.) En opplyst LED vil typisk ha et spenningsfall på ca. 1.8V til 2.4V. For å gjøre ting konkret, antar vi et spenningsfall på 2V. For å opprettholde denne spenningsmengden over LED-en krever det vanligvis omtrent 15 mA til 20 mA strøm. Nok en gang for konkrethetens skyld antar vi en strøm på 15 mA. Hvis vi koblet lysdioden direkte til spenningsforsyningen, ville spenningsforsyningen prøve å etablere en spenning på 3.3V over denne lysdioden. Imidlertid har LED vanligvis en maksimal fremspenning på ca. 3V. Forsøk på å etablere en høyere spenning enn dette over lysdioden vil sannsynligvis ødelegge lysdioden og trekke mye strøm. Dermed kan dette misforholdet mellom hva spenningsforsyningen ønsker å produsere og hva LED-en tåler skade LED-en eller spenningsforsyningen eller begge deler! Vi ønsker derfor å bestemme en motstand for en strømbegrensende motstand som vil gi oss en passende spenning på ca. 2V over lysdioden og sikre at strømmen gjennom lysdioden er ca. 15 mA.

For å ordne opp, hjelper det å modellere kretsen vår med et skjematisk diagram, som vist i fig. 1.

Figur 1. Skjematisk diagram av en krets.

I fig. 1 kan du tenke på 3.3V spenningskilden som chipKIT™-kortet. Igjen, vi antar generelt at en ideell spenningskilde vil levere en hvilken som helst mengde strøm som er nødvendig for kretsen, men chipKIT™-kortet kan bare produsere en begrenset mengde strøm. (Referansemanualen til Uno32 sier at den maksimale mengden strøm en individuell digital pin kan produsere er 18 mA, dvs. 0.0018 A.) For å sikre at LED-en har et 2V spenningsfall, må vi bestemme riktig spenning over motstanden, som vi Jeg ringer VR. En måte å gjøre dette på er å bestemme spenningen til hver ledning. Ledningene mellom komponenter kalles noen ganger noder. En ting å huske på er at en ledning har samme spenning over hele lengden. Ved å bestemme spenningen til ledningene kan vi ta forskjellen i spenning fra en ledning til den neste og finne spenningsfallet over en komponent eller over en gruppe komponenter.

Det er praktisk å starte med å anta at den negative siden av spenningsforsyningen har et potensial på 0V. Dette gjør igjen dens tilsvarende node (dvs. ledningen festet til den negative siden av spenningsforsyningen) 0V, som vist i fig. 2. Når vi analyserer en krets, står vi fritt til å tilordne en signaljordspenning på 0V til ett punkt i kretsen. Alle andre spenninger er da i forhold til det referansepunktet. (Fordi spenning er et relativt mål, mellom to punkter, spiller det typisk ingen rolle hvilket punkt i kretsen vi tildeler en verdi på 0V. Analysen vår vil alltid gi de samme strømmene og samme spenningsfall over komponentene. Likevel er det er vanlig praksis å tildele den negative terminalen til en spenningsforsyning en verdi på 0V.) Gitt at den negative terminalen til spenningsforsyningen er på 0V, og gitt at vi vurderer en 3.3V-forsyning, må den positive terminalen være på en spenning på 3.3V (som ledningen/noden er festet til den). Gitt at vi ønsker et spenningsfall på 2V over LED-en og gitt at bunnen av LED-en er på 0V, må toppen av LED-en være på 2V (som enhver ledning festet til den).

Figur 2. Skjematisk som viser nodespenninger.

Med nodespenningene merket som vist i fig. 2, kan vi nå bestemme spenningsfallet over motstanden slik vi vil gjøre om et øyeblikk. Først vil vi påpeke at man i praksis ofte skriver spenningsfallet knyttet til en komponent rett ved siden av en komponent. Så for eksempel skriver vi 3.3V ved siden av spenningskilden vel vitende om at det er en 3.3V-kilde. For LED, siden vi antar et 2V spenningsfall, kan vi ganske enkelt skrive det ved siden av LED (som vist i fig. 2). Generelt, gitt spenningen som eksisterer på den ene siden av et element og gitt spenningsfallet over det elementet, kan vi alltid bestemme spenningen på den andre siden av elementet. Omvendt, hvis vi kjenner spenningen til hver side av et element, vet vi spenningsfallet over det elementet (eller vi kan beregne det ganske enkelt ved å ta forskjellen mellom spenningene til hver side).

Fordi vi kjenner potensialet til ledningene til hver side av motstanden (Wire1 og Wire3), kan vi løse for spenningsfallet over den, VR:

Ved å plugge inn de kjente verdiene får vi:

Etter å ha beregnet spenningsfallet over motstanden, kan vi bruke Ohms lov til å relatere motstandens motstand til spenningen. Ohms lov forteller oss 1.3V=IR. I denne ligningen ser det ut til at det er to ukjente, strømmen I og motstanden R. Først kan det se ut til at vi kan gjøre I og R til alle verdier forutsatt at produktet deres er 1.3V. Men som nevnt ovenfor, kan en typisk LED kreve (eller "trekke") en strøm på omtrent 15 mA når den har en spenning på 2V. Så, forutsatt at I er 15 mA og løser for R, får vi

I praksis kan det være vanskelig å få en motstand med en motstand på nøyaktig 86.67 Ω. Man kan kanskje bruke en variabel motstand og justere motstanden til denne verdien, men det ville vært en litt dyr løsning. I stedet er det ofte nok å ha en motstand som er omtrent rett. Du bør finne ut at en motstand i størrelsesorden ett til to hundre ohm fungerer rimelig bra (det betyr at vi sørger for at LED-en ikke trekker for mye strøm og likevel ikke er den strømbegrensende motstanden så stor at den hindrer LED-en. fra å lyse). I disse prosjektene vil vi typisk bruke en strømbegrensende motstand på 220 Ω.

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste