Een stroombeperkende weerstand kiezen

Introductie

Stroombeperkende weerstanden worden in een circuit geplaatst om ervoor te zorgen dat de hoeveelheid stroom die vloeit niet groter is dan wat het circuit veilig aankan. Wanneer stroom door een weerstand vloeit, is er, in overeenstemming met de wet van Ohm, een overeenkomstige spanningsval over de weerstand (de wet van Ohm stelt dat de spanningsval het product is van de stroom en de weerstand: V=IR). De aanwezigheid van deze weerstand vermindert de hoeveelheid spanning die kan verschijnen over andere componenten die in serie staan ​​met de weerstand (wanneer componenten "in serie" zijn, is er maar één pad voor stroom om te stromen, en bijgevolg vloeit dezelfde hoeveelheid stroom vloeit via hen; dit wordt verder uitgelegd in de informatie die beschikbaar is via de link in het vak aan de rechterkant).

Hier zijn we geïnteresseerd in het bepalen van de weerstand voor een stroombegrenzende weerstand die in serie is geplaatst met een LED. De weerstand en LED zijn op hun beurt aangesloten op een 3.3V-voeding. Dit is eigenlijk een nogal gecompliceerde schakeling omdat de LED een niet-lineair apparaat is: de relatie tussen de stroom door een LED en de spanning over de LED volgt geen eenvoudige formule. We zullen dus verschillende vereenvoudigende aannames en benaderingen maken.

In theorie zal een ideale spanningsvoorziening elke hoeveelheid stroom leveren die nodig is om te proberen zijn klemmen op de spanning te houden die hij zou moeten leveren. (In de praktijk kan een voedingsspanning echter slechts een eindige hoeveelheid stroom leveren.) Een verlichte LED heeft typisch een spanningsval van ongeveer 1.8 V tot 2.4 V. Om het concreet te maken, gaan we uit van een spanningsval van 2V. Om deze hoeveelheid spanning over de LED te behouden, is doorgaans ongeveer 15 mA tot 20 mA stroom nodig. Wederom voor de duidelijkheid gaan we uit van een stroomsterkte van 15 mA. Als we de LED direct op de voeding zouden aansluiten, zou de voeding proberen om een ​​spanning van 3.3V over deze LED te krijgen. LED's hebben echter typisch een maximale voorwaartse spanning van ongeveer 3V. Pogingen om een ​​hogere spanning dan deze over de LED tot stand te brengen, zullen de LED waarschijnlijk vernietigen en veel stroom trekken. Dus deze mismatch tussen wat de spanningsvoorziening wil produceren en wat de LED aankan, kan de LED of de spanningsvoorziening of beide beschadigen! We willen dus een weerstand bepalen voor een stroombegrenzende weerstand die ons de juiste spanning van ongeveer 2V over de LED geeft en ervoor zorgt dat de stroom door de LED ongeveer 15 mA is.

Om dingen uit te zoeken, helpt het om ons circuit te modelleren met een schematisch diagram, zoals weergegeven in Fig. 1.

Figuur 1. Schematisch diagram van een circuit.

In Fig. 1 kun je de 3.3V-spanningsbron zien als het chipKIT™-bord. Nogmaals, we nemen over het algemeen aan dat een ideale spanningsbron elke hoeveelheid stroom zal leveren die nodig is voor het circuit, maar het chipKIT™-bord kan slechts een eindige hoeveelheid stroom produceren. (De Uno32-referentiehandleiding zegt dat de maximale hoeveelheid stroom die een individuele digitale pin kan produceren 18 mA is, dwz 0.0018 A.) Om ervoor te zorgen dat de LED een spanningsval van 2 V heeft, moeten we de juiste spanning over de weerstand bepalen, die we zal VR bellen. Een manier om dit te doen is door de spanning van elke draad te bepalen. De draden tussen componenten worden soms knooppunten genoemd. Een ding om in gedachten te houden is dat een draad over de hele lengte dezelfde spanning heeft. Door de spanning van de draden te bepalen, kunnen we het verschil in spanning van de ene draad naar de andere nemen en de spanningsval over een component of over een groep componenten vinden.

Het is handig om te beginnen door aan te nemen dat de negatieve kant van de voedingsspanning een potentiaal van 0V heeft. Dit maakt op zijn beurt het bijbehorende knooppunt (dwz de draad die aan de negatieve kant van de voedingsspanning is bevestigd) 0V, zoals weergegeven in Fig. 2. Wanneer we een circuit analyseren, zijn we vrij om een ​​signaalaardingsspanning van 0V toe te wijzen naar één punt in het circuit. Alle andere spanningen zijn dan relatief ten opzichte van dat referentiepunt. (Omdat spanning een relatieve maat is, maakt het tussen twee punten meestal niet uit op welk punt in het circuit we een waarde van 0V toekennen. Onze analyse zal altijd dezelfde stromen en dezelfde spanningsdalingen over de componenten opleveren. Desalniettemin is het is gebruikelijk om de negatieve klem van een spanningsvoorziening een waarde van 0V toe te kennen.) Aangezien de negatieve klem van de spanningsvoorziening op 0V staat, en aangezien we een 3.3V voeding overwegen, moet de positieve klem een ​​spanning hebben van 3.3 V (net als de draad / knoop die eraan is bevestigd). Aangezien we een spanningsval van 2V over de LED wensen en aangezien de onderkant van de LED op 0V staat, moet de bovenkant van de LED op 2V staan ​​(zoals elke draad die eraan is bevestigd).

Figuur 2. Schematische weergave van knooppuntspanningen.

Met de knooppuntspanningen gelabeld zoals weergegeven in Fig. 2, kunnen we nu de spanningsval over de weerstand bepalen, zoals we zo zullen doen. Ten eerste willen we erop wijzen dat men in de praktijk vaak de spanningsval die bij een component hoort, direct naast een component schrijft. Dus we schrijven bijvoorbeeld 3.3V naast de spanningsbron, wetende dat het een 3.3V-bron is. Voor de LED, aangezien we uitgaan van een spanningsval van 2V, kunnen we dat eenvoudig naast de LED schrijven (zoals weergegeven in Fig. 2). Over het algemeen kunnen we, gezien de spanning die aan de ene kant van een element bestaat en gezien de spanningsval over dat element, altijd de spanning aan de andere kant van het element bepalen. Omgekeerd, als we de spanning aan weerszijden van een element kennen, kennen we de spanningsval over dat element (of we kunnen het eenvoudig berekenen door het verschil van de spanningen naar beide kanten te nemen).

Omdat we het potentieel van de draden aan weerszijden van de weerstand kennen (draad1 en draad3), kunnen we de spanningsval erover oplossen, VR:

Als we de bekende waarden inpluggen, krijgen we:

Nadat we de spanningsval over de weerstand hebben berekend, kunnen we de wet van Ohm gebruiken om de weerstand van de weerstand te relateren aan de spanning. De wet van Ohm vertelt ons 1.3V=IR. In deze vergelijking lijken er twee onbekenden te zijn, de stroom I en de weerstand R. In eerste instantie lijkt het erop dat we I en R elke waarde kunnen maken, op voorwaarde dat hun product 1.3 V is. Zoals hierboven vermeld, kan een typische LED echter een stroom van ongeveer 15 mA nodig hebben (of "trekken") wanneer er een spanning over is van 2V. Dus, aangenomen dat I 15 mA is en oplossend voor R, krijgen we

In de praktijk kan het moeilijk zijn om een ​​weerstand te verkrijgen met een weerstand van precies 86.67 . Je zou misschien een variabele weerstand kunnen gebruiken en de weerstand aan deze waarde kunnen aanpassen, maar dat zou een wat dure oplossing zijn. In plaats daarvan is het vaak voldoende om een ​​weerstand te hebben die ongeveer goed is. Je zou moeten constateren dat een weerstand in de orde van grootte van één tot tweehonderd ohm redelijk goed werkt (wat betekent dat we ervoor zorgen dat de LED niet te veel stroom trekt en toch is de stroombegrenzende weerstand niet zo groot dat het de LED verhindert van verhelderend). In deze projecten zullen we meestal een stroombegrenzende weerstand van 220 gebruiken.

Laat een bericht achter 

Message List