Virtaa rajoittavan vastuksen valitseminen

esittely

Virtaa rajoittavat vastukset sijoitetaan piiriin sen varmistamiseksi, että virtaava virran määrä ei ylitä sitä, mitä piiri pystyy käsittelemään turvallisesti. Kun virta kulkee vastuksen läpi, on Ohmin lain mukaan vastaava jännitehäviö vastuksen yli (Ohmin lain mukaan jännitehäviö on virran ja vastuksen tulo: V=IR). Tämän vastuksen läsnäolo vähentää jännitteen määrää, joka voi ilmaantua muiden komponenttien yli, jotka ovat sarjassa vastuksen kanssa (kun komponentit ovat "sarjassa", virralla on vain yksi polku ja näin ollen sama määrä virtaa niiden kautta; tämä selitetään tarkemmin tiedoissa, jotka ovat saatavilla oikealla olevan laatikon linkin kautta).

Tässä olemme kiinnostuneita määrittämään resistanssin virtaa rajoittavalle vastukselle, joka on asetettu sarjaan LEDin kanssa. Vastus ja LED puolestaan ​​on kytketty 3.3 V jännitesyöttöön. Tämä on itse asiassa melko monimutkainen piiri, koska LED on epälineaarinen laite: LEDin läpi kulkevan virran ja LEDin jännitteen välinen suhde ei noudata yksinkertaista kaavaa. Siksi teemme erilaisia ​​yksinkertaistavia oletuksia ja likiarvoja.

Teoriassa ihanteellinen jännitesyöttö syöttää minkä tahansa määrän virtaa, joka on tarpeen, jotta sen liittimet yritettäisiin ylläpitää millä tahansa jännitteellä, jonka sen on tarkoitus syöttää. (Käytännössä jännitesyöttö voi kuitenkin syöttää vain rajallisen määrän virtaa.) Valaistun LEDin jännitehäviö on tyypillisesti noin 1.8 V - 2.4 V. Jotta asiat olisivat konkreettisia, oletetaan 2 V:n jännitehäviö. Tämän jännitteen ylläpitäminen LEDin yli vaatii tyypillisesti noin 15 mA - 20 mA virtaa. Jälleen kerran konkreettisuuden vuoksi oletetaan, että virta on 15 mA. Jos kiinnitämme LEDin suoraan jännitesyöttöön, jännitelähde yrittäisi muodostaa 3.3 V:n jännitteen tämän LEDin yli. Kuitenkin LEDien suurin myötäjännite on tyypillisesti noin 3 V. Tätä korkeamman jännitteen yrittäminen LEDin yli tuhoaa LEDin ja kuluttaa paljon virtaa. Näin ollen tämä epäsuhta sen välillä, mitä jännitelähde haluaa tuottaa ja mitä LED pystyy käsittelemään, voi vahingoittaa LEDiä tai jännitesyöttöä tai molempia! Haluamme siis määrittää resistanssin virtaa rajoittavalle vastukselle, joka antaa meille sopivan noin 2 V:n jännitteen LEDin yli ja varmistaa, että LEDin läpi kulkeva virta on noin 15 mA.

Asioiden selvittämiseksi se auttaa mallintamaan piirimme kaaviolla, kuten kuvassa 1 on esitetty.

Kuva 1. Piirin kaavio.

Kuvassa 1 voit ajatella 3.3 V:n jännitelähdettä chipKIT™-levynä. Jälleen yleisesti oletetaan, että ihanteelliset jännitelähteet syöttävät minkä tahansa määrän virtaa, joka tarvitaan piiriin, mutta chipKIT™-kortti voi tuottaa vain rajallisen määrän virtaa. (Uno32:n viitekäsikirjassa sanotaan, että yksittäisen digitaalisen nastan enimmäisvirran määrä on 18 mA, eli 0.0018 A.) Jotta LEDin jännitehäviö olisi 2 V, meidän on määritettävä sopiva jännite vastuksen yli. Soitan VR:lle. Yksi tapa tehdä tämä on määrittää kunkin johtimen jännite. Komponenttien välisiä johtoja kutsutaan joskus solmuiksi. Yksi asia on pidettävä mielessä, että johdolla on sama jännite koko pituudeltaan. Määrittämällä johtojen jännitteen voimme ottaa jännitteen eron johtimien välillä ja löytää jännitehäviön komponentin tai komponenttiryhmän välillä.

On kätevää aloittaa olettaen, että jännitelähteen negatiivinen puoli on 0 V:n potentiaalissa. Tämä puolestaan ​​tekee sen vastaavan solmun (eli jännitteensyötön negatiiviseen puolelle kiinnitetyn johdon) 0 V:n, kuten kuvassa 2 on esitetty. Kun analysoimme piiriä, voimme vapaasti määrittää signaalin maajännitteen 0 V yhteen pisteeseen piirissä. Kaikki muut jännitteet ovat silloin suhteessa tähän vertailupisteeseen. (Koska jännite on suhteellinen mitta, kahden pisteen välillä, ei tyypillisesti ole väliä mihin pisteeseen piirissä annamme arvon 0V. Analyysimme antaa aina samat virrat ja samat jännitehäviöt komponenttien välillä. Siitä huolimatta se on yleinen käytäntö antaa jännitelähteen negatiiviselle navalle arvo 0 V.) Koska jännitteensyötön negatiivinen napa on 0 V ja harkitsemme 3.3 V:n syöttöä, positiivisen navan on oltava jännitteessä 3.3 V (kuten siihen kiinnitetty johto/solmu). Ottaen huomioon, että haluamme 2V jännitehäviön LEDin yli ja koska LEDin alaosa on 0V, LEDin yläosan on oltava 2V (kuten minkä tahansa siihen kiinnitetyn johdon).

Kuva 2. Kaavio solmujännitteistä.

Solmujännitteillä, jotka on merkitty kuvan 2 mukaisesti, voimme nyt määrittää jännitehäviön vastuksen yli, kuten teemme hetken kuluttua. Ensinnäkin haluamme huomauttaa, että käytännössä komponenttiin liittyvä jännitehäviö kirjoitetaan usein suoraan komponentin viereen. Joten esimerkiksi kirjoitamme 3.3 V jännitelähteen viereen tietäen, että se on 3.3 V lähde. LEDille, koska oletamme 2V jännitehäviön, voimme yksinkertaisesti kirjoittaa sen LEDin viereen (kuten kuvassa 2). Yleisesti ottaen, kun otetaan huomioon elementin toisella puolella oleva jännite ja jännitehäviö kyseisen elementin yli, voimme aina määrittää jännitteen elementin toisella puolella. Päinvastoin, jos tiedämme elementin jommankumman puolen jännitteen, tiedämme sitten jännitehäviön kyseisen elementin yli (tai voimme laskea sen yksinkertaisesti ottamalla jommankumman puolen jännitteiden eron).

Koska tiedämme vastuksen kummallakin puolella olevien johtimien potentiaalin (Wire1 ja Wire3), voimme ratkaista sen yli menevän jännitehäviön, VR:

Kytkemällä tunnetut arvot saamme:

Laskettuamme jännitehäviön vastuksen yli, voimme käyttää Ohmin lakia suhteuttaa vastuksen vastus jännitteeseen. Ohmin laki kertoo meille 1.3 V = IR. Tässä yhtälössä näyttää olevan kaksi tuntematonta, virta I ja vastus R. Aluksi saattaa vaikuttaa siltä, ​​että voimme tehdä I:stä ja R:stä mitä tahansa arvoja, jos niiden tulo on 1.3 V. Kuitenkin, kuten edellä mainittiin, tyypillinen LED saattaa vaatia (tai "vetää") noin 15 mA virran, kun sen jännite on 2 V. Joten, olettaen, että I on 15 mA ja ratkaisemalla R:n, saamme

Käytännössä voi olla vaikeaa saada vastus, jonka resistanssi on täsmälleen 86.67 Ω. Voisi ehkä käyttää säädettävää vastusta ja säätää sen vastus tähän arvoon, mutta se olisi hieman kallis ratkaisu. Sen sijaan usein riittää, että on oikea vastarinta. Sinun pitäisi huomata, että 220-XNUMX ohmin resistanssi toimii kohtuullisen hyvin (eli varmistamme, että LED ei ota liikaa virtaa ja silti virtaa rajoittava vastus ei ole niin suuri, että se estäisi LEDin valaisemasta). Näissä projekteissa käytämme tyypillisesti XNUMX Ω:n virtaa rajoittavaa vastusta.

Jätä viesti 

viestiluettelo