Akım Sınırlayıcı Direnç Seçimi

Giriş

Akım sınırlayıcı dirençler, akan akımın miktarının devrenin güvenli bir şekilde kaldırabileceğini aşmamasını sağlamak için bir devreye yerleştirilir. Akım bir dirençten geçtiğinde, Ohm Yasasına göre direnç boyunca buna karşılık gelen bir voltaj düşüşü vardır (Ohm Yasası, voltaj düşüşünün akım ve direncin ürünü olduğunu belirtir: V=IR). Bu direncin varlığı, dirençle seri olan diğer bileşenlerde görülebilecek voltaj miktarını azaltır (bileşenler "seri" olduğunda, akımın akması için yalnızca bir yol vardır ve sonuç olarak aynı miktarda akım akar. aracılığıyla; bu, sağdaki kutudaki bağlantı aracılığıyla mevcut olan bilgilerde daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır).

Burada, bir LED ile seri olarak yerleştirilmiş bir akım sınırlayıcı direncin direncini belirlemekle ilgileniyoruz. Direnç ve LED sırayla 3.3V voltaj kaynağına bağlanır. Bu aslında oldukça karmaşık bir devredir çünkü LED doğrusal olmayan bir cihazdır: Bir LED'den geçen akım ile LED'deki voltaj arasındaki ilişki basit bir formülü takip etmez. Bu nedenle, çeşitli basitleştirici varsayımlar ve yaklaşımlar yapacağız.

Teoride, ideal bir voltaj kaynağı, sağlaması gereken voltaj ne olursa olsun, terminallerini korumaya çalışmak için gerekli olan herhangi bir miktarda akımı sağlayacaktır. (Ancak pratikte, bir voltaj kaynağı yalnızca sınırlı miktarda akım sağlayabilir.) Aydınlatılmış bir LED tipik olarak yaklaşık 1.8V ila 2.4V arasında bir voltaj düşüşüne sahip olacaktır. İşleri somutlaştırmak için 2V'luk bir voltaj düşüşü kabul edeceğiz. LED boyunca bu miktarda voltajı korumak için tipik olarak yaklaşık 15 mA ila 20 mA akım gerekir. Bir kez daha somutluk adına, 15 mA'lık bir akım kabul edeceğiz. LED'i doğrudan voltaj kaynağına bağlarsak, voltaj kaynağı bu LED üzerinden 3.3V'luk bir voltaj oluşturmaya çalışır. Bununla birlikte, LED'ler tipik olarak yaklaşık 3V'luk bir maksimum ileri voltaja sahiptir. LED'de bundan daha yüksek bir voltaj oluşturmaya çalışmak, muhtemelen LED'i yok edecek ve çok fazla akım çekecektir. Böylece, voltaj kaynağının üretmek istediği ile LED'in kaldırabileceği arasındaki bu uyumsuzluk, LED'e veya voltaj kaynağına veya her ikisine birden zarar verebilir! Bu nedenle, bize LED boyunca yaklaşık 2V'luk uygun voltajı verecek ve LED'den geçen akımın yaklaşık 15 mA olmasını sağlayacak bir akım sınırlayıcı direnç için bir direnç belirlemek istiyoruz.

İşleri sıralamak için, devremizi Şekil 1'de gösterildiği gibi şematik bir diyagramla modellemeye yardımcı olur.

Şekil 1. Bir devrenin şematik diyagramı.

Şekil 1'de 3.3V voltaj kaynağını chipKIT™ kartı olarak düşünebilirsiniz. Yine, genellikle ideal bir voltaj kaynaklarının devre için gereken herhangi bir miktarda akımı sağlayacağını varsayıyoruz, ancak chipKIT™ kartı yalnızca sınırlı miktarda akım üretebilir. (Uno32 referans kılavuzu, tek bir dijital pinin üretebileceği maksimum akım miktarının 18 mA, yani 0.0018 A olduğunu söylüyor.) LED'in 2V voltaj düşüşüne sahip olduğundan emin olmak için, direnç boyunca uygun voltajı belirlememiz gerekiyor. VR'yi arayacağım. Bunu yapmanın bir yolu, her bir telin voltajını belirlemektir. Bileşenler arasındaki kablolara bazen düğüm denir. Akılda tutulması gereken bir şey, bir telin tüm uzunluğu boyunca aynı voltaja sahip olmasıdır. Tellerin voltajını belirleyerek, bir telden diğerine voltaj farkını alabilir ve bir bileşen veya bir grup bileşen boyunca voltaj düşüşünü bulabiliriz.

Voltaj kaynağının negatif tarafının 0V potansiyelde olduğunu varsayarak başlamak uygundur. Bu da karşılık gelen düğümünü (yani voltaj kaynağının negatif tarafına bağlı teli) Şekil 0'de gösterildiği gibi 2V yapar. Bir devreyi analiz ettiğimizde, 0V'luk bir sinyal toprak voltajı atamakta özgürüz. devrede bir noktaya Diğer tüm voltajlar bu referans noktasına göredir. (Gerilim göreceli bir ölçü olduğundan, iki nokta arasında genellikle devrede hangi noktaya 0V değer atadığımız önemli değildir. Analizimiz her zaman bileşenler arasında aynı akımları ve aynı voltaj düşüşlerini verecektir. Bununla birlikte, Bir voltaj kaynağının negatif terminaline 0V değeri atamak yaygın bir uygulamadır.) Voltaj kaynağının negatif terminalinin 0V olduğu ve 3.3V beslemeyi düşündüğümüz göz önüne alındığında, pozitif terminal bir voltajda olmalıdır. 3.3V (ona bağlı tel/düğüm gibi). LED'de 2V'luk bir voltaj düşüşü istediğimiz ve LED'in alt kısmının 0V olduğu göz önüne alındığında, LED'in üst kısmı (ona bağlı herhangi bir kablo gibi) 2V'da olmalıdır.

Şekil 2. Düğüm voltajlarını gösteren şema.

Şekil 2'de gösterildiği gibi etiketlenen düğüm voltajları ile, birazdan yapacağımız gibi artık direnç üzerindeki voltaj düşüşünü belirleyebiliriz. İlk olarak, pratikte bir bileşenle ilişkili voltaj düşüşünün doğrudan bir bileşenin yanına yazıldığını belirtmek isteriz. Yani örneğin 3.3V kaynak olduğunu bilerek voltaj kaynağının yanına 3.3V yazıyoruz. LED için 2V'luk bir voltaj düşüşü varsaydığımız için bunu LED'in yanına yazabiliriz (Şekil 2'de gösterildiği gibi). Genel olarak, bir elemanın bir tarafında bulunan voltaj ve o eleman üzerindeki voltaj düşüşü verildiğinde, elemanın diğer tarafındaki voltajı her zaman belirleyebiliriz. Tersine, bir elemanın her iki tarafındaki voltajı biliyorsak, o elemandaki voltaj düşüşünü de biliriz (veya her iki taraftaki voltajların farkını alarak basitçe hesaplayabiliriz).

Direncin her iki tarafına (Tel1 ve Tel3) giden tellerin potansiyelini bildiğimiz için, VR üzerindeki voltaj düşüşünü çözebiliriz:

Bilinen değerleri takarak şunları elde ederiz:

Direnç boyunca voltaj düşüşünü hesapladıktan sonra, direncin direncini voltajla ilişkilendirmek için Ohm Yasasını kullanabiliriz. Ohm Yasası bize 1.3V=IR diyor. Bu denklemde, mevcut I ve direnç R olmak üzere iki bilinmeyen var gibi görünüyor. İlk başta, çarpımlarının 1.3V olması koşuluyla I ve R'nin herhangi bir değerini yapabiliriz gibi görünebilir. Bununla birlikte, yukarıda bahsedildiği gibi, tipik bir LED, üzerinde 15V'luk bir voltaj olduğunda yaklaşık 2 mA'lık bir akım gerektirebilir (veya "çekebilir"). Yani, I'in 15 mA olduğunu varsayarsak ve R için çözersek, şunu elde ederiz:

Pratikte, tam olarak 86.67 Ω dirençli bir direnç elde etmek zor olabilir. Belki değişken bir direnç kullanabilir ve direncini bu değere ayarlayabilir, ancak bu biraz pahalı bir çözüm olacaktır. Bunun yerine, genellikle haklı bir direnişe sahip olmak yeterlidir. Bir ila iki yüz ohm mertebesinde bir direncin oldukça iyi çalıştığını görmelisiniz (yani, LED'in çok fazla akım çekmediğinden ve yine de akım sınırlayıcı direncin LED'i önleyecek kadar büyük olmadığından emin oluyoruz) aydınlatmaktan). Bu projelerde tipik olarak 220 Ω'luk bir akım sınırlayıcı direnç kullanacağız.

Mesaj bırakın 

İleti listesi