ЛЕР и неговиот сериски отпорник - Ардуино - упатства
rotering-net.de »Упатства» Ардуино: ЛЕР и неговиот сериски отпорник
Основи на Ардуино: ЛЕР и неговиот сериски отпорник
- За напон, струја и отпор
- ЛЕР
- Отпорник на сериите
- Оптимална моќност за ЛЕР
- Разликата во напон
- Конкретни примери
Во секое упатство за почетници „Ардуино“ можете да прочитате на почетокот дека ЛЕР може да се работи само со сериски отпорник. Тогаш, едноставно, стандардниот отпорник 220 О © е поврзан во серија со ЛЕР и тоа е тоа. Оваа статија ќе се обиде да влезе во повеќе детали.
За напон, струја и отпор
Кога поврзувате електричен напон со објект, струја тече низ него. Ако нанесете напон од 5 V на (суво) парче дрво, тешко дека ќе имаме шанса да измериме струја бидејќи е апсолутно мала. Ако го примениме истиот напон на парче метална жица, тече толку многу струја што се појавува краток спој. Разликата е во спроводливоста на материјалите. Додека парче дрво нуди исклучително голема електрична отпорност, електричниот отпор во парче метална жица е занемарлив. Односот помеѓу напонот, отпорот и интензитетот на струјата може да се опише во пракса со употреба на законот Ом: Интензитетот на струјата I одговара на односот на напон U и отпорност Р.
Тековната јачина и отпорноста се обратно пропорционални едни на други. Колку е поголем отпорот, толку е помала струјата. Со даден напон можеме да ја ограничиме јачината на струјата со отпорник. Да претпоставиме дека го поврзувате +5 V на Arduino со земјата преку отпорник 1 kО ©.
Со помош на законот на Ом сега можеме да ја пресметаме моменталната јачина:
5 mA е безбедна струја за Arduino, така што ќе можете безбедно да го спроведете ова. Ако наместо тоа изберете само отпорник 10 О ©, резултатот е струја од 500 mA, што би нè ставило далеку од дозволените спецификации. Затоа, јас силно советувам против тоа.
Од друга страна, можеме да го оставиме отпорот во равенката на фиксна вредност и да го смениме напонот. Јачината и напонот на струјата се пропорционални. Колку е поголем напонот, толку е поголема струјата. Ако го зголемиме напонот на неколку милиони волти, можеме да измериме и респектабилна струја во нашето парче дрво, и покрај големиот отпор. И затоа не треба да барате буки за време на грмотевици. Но, да останеме со нашиот отпорник 1 kО © и да ја покажеме врската помеѓу напонот и струјата како дијаграм:
Можете да видите: права линија. Не очекувавме ништо друго, напонот и струјата се пропорционални едни на други.
ЛЕР
Како транзистор или диода, ЛЕР е таканаречен полупроводник. Во случај на полупроводник, истиот дијаграм изгледа сосема поинаку.
Терминот полупроводници се заснова на фактот дека под одреден напон тие се однесуваат како парче дрво (нивниот отпор е толку голем што практично не тече струја) и над одреден напон како парче метална жица (нивната отпорност е толку мала што струјата тече низ речиси непречено). Меѓу нив има мала преодна област каде што може да тече доволно струја за да свети LED-то, но не премногу за да се создаде краток спој. Целиот напон од +5 V е крајно несоодветен за работа на ЛЕР. Можете да ја продолжите линијата ментално.
Затоа, би било очигледно правилно да го поставите напонот за ЛЕР. Теоретски, ова е исто така можно, но во пракса е тешка задача да се реши. Од една страна, процесите на производство на ЛЕР се предмет на флуктуации, што значи дека оптималниот напон е секогаш малку различен за секоја ЛЕР; од друга страна, многу е време да се постави напон со апсолутна прецизност и да се задржи постојан под оптоварување. +5 V напон на Arduino може да варира помеѓу +4,5 V и +5,5 V, на пример, според спецификацијата. Сепак, како што може да се види на дијаграмот, малите отстапувања во напон доведуваат до огромни отстапувања во интензитетот на струјата, што во најдобар случај едноставно предизвикува осветленоста на ЛЕР да варира во голема мера, во најлош случај ЛЕР трепери или има значително намален животен век.
Отпорник на сериите
Да го погледнеме од другата страна. Нашиот проблем е всушност дека, од одреден напон наваму, ЛЕР ја пропушта струјата скоро непречена; ние едноставно претпоставуваме дека отпорот на ЛЕР тогаш би бил 0 О ©. Значи, за да ја ограничиме струјата, не ни треба ништо друго освен дополнителен отпорник. Дали се сеќавате на нашиот отпорник 1 kО © кој пропушташе само 5 mA? Ако сега додадеме дополнителна компонента без значителен отпор (т.е. нашата ЛЕР) во серија во ова коло, тогаш таму ќе течат само 5 mA. Па, строго кажано, тоа веќе не е 5 mA, но повеќе за тоа во еден момент.
Оптимална моќност за ЛЕР
Значи, прво треба да разјасниме која количина струја ни е потребна за ЛЕР. Иако LED диодите работат со многу различни полупроводнички материјали во зависност од светлата боја, но исто така и понекогаш со иста светла боја, оптималната струја е скоро секогаш 20 mA. Во овој контекст, оптимално значи дека добиваме максимална осветленост од ЛЕР без да му го скратиме работниот век. Многу компјутери со сериски отпор што можат да се најдат на Интернет, работат со фиксна струја од 20 mA. Сепак, дури и најевтините LED диоди се денес поефикасни отколку пред 20 години. Ова значи дека работата со 20 mA е сè уште оптимална, но загубата на осветленост при пониски струи е само минимална. На следната слика можете да видите четири зелени LED диоди. Низ неа тече струја од 18 mA, 9 mA и 6,5 mA од лево надесно. Десната ЛЕР нема никаква функција и е само за повикување.
Ако не сакате да користите ЛЕР за осветлување, сосема е доволно да се пресмета со струја од 15 mA. Ова ја штити ЛЕР, излезите на Arduino и тешко дека забележувате губење на осветленоста.
Разликата во напон
Ако ја пробаме нашата формула од горе, добиваме струја од околу 15 mA на напон од 5 V со отпорник од 330 О ©. Но, ние го занемаруваме фактот дека вкупниот напон (UB) од +5 V не се применува дури и на отпорникот, бидејќи ЛЕР поврзан во серија веќе генерира загуба на напон (UF). Нашиот отпор всушност се должи само на разликата помеѓу UB и UF. Иако е јасно дека вкупниот напон е UB = 5 V, ние треба да откриеме што е таканаречениот напон UF на ЛЕР.
Додека оптималниот интензитет на струјата за LED диоди е практично секогаш ист, напонот на проток е многу специфичен за користените полупроводнички материјали. Можете да најдете табели на Интернет кои доделуваат одреден напон нанапред на светла боја. Или внесете голем опсег на вредности или претпоставете полупроводник што често се користи во времето кога е креирана табелата. Двете се со ограничена употреба. Во најдобар случај, имате податочен лист за секоја ЛЕР, во кој е наведен напонот нанапред (побарајте „напон нанапред“, „напон нанапред“, „напон напред“, „УП“ или „VF“). Меѓутоа, со многу комплети за стартување Arduino, честопати се вклучени само неколку LED диоди без дополнителни коментари. Во мојот комплетен старт имаше лист со податоци за вклучената ЛЕР, но податоците беа едноставно погрешни. Веројатно во одреден момент започнавте да вклучувате LED диоди од друг добавувач. Тогаш само експериментирање и мерење ќе помогнат.
Конкретни примери
Да земеме црвена ЛЕД со UF = 2,1 V како пример.Тогаш останатите 2,9 V се уште се присутни кај нашиот отпорник. Со насочена струја од 15 mA, т.е. 0,015 A, добиваме:
Најблиските стандардни отпори се 150 О © и 220 О ©. Пресметувајќи наназад, ќе добиеме со отпорник 150 О © до 19,3 mA (непотребно висок), со отпорник 220 О © до 13,2 mA (совршен). Како втор пример, да земеме сина ЛЕР со UF = 3,2 V. Тогаш останатите 1,8 V се присутни на нашиот отпорник. Значи, добиваме:
Најблиските стандардни отпори се 100 О © и 150 О ©. Пресметувајќи наназад, ќе добиеме со отпорник од 100 О © до 18,0 mA (можете да го направите тоа), со отпорник од 150 О © до 12,0 mA (исто така можете да го направите тоа).
Дизајнот е заснован на образецот „Canvass“ од Бесплатни CSS обрасци.