Светодиоды + резисторы.

Как ведёт себя светодиод с резистором нам понятно, а если последовательно соединено несколько светодиодов?

Например, два. Или три. Или лучше сразу пять. Падение напряжения на открытом диоде мало зависит от тока. На двух диодах падение будет в два раза больше, чем на одном, а на пяти – в пять. Порог зажигания такой цепи тоже увеличится кратно количеству диодов.

Если общее приложенное напряжение, делённое на количество светодиодов меньше напряжения отпирания светодиода, то никакого тока не возникнет и ни один светодиод светиться не будет. Это утверждение справедливо для цепочки из любого количества диодов и светодиодов любого цвета, включенных последовательно в прямом направлении.
  Падение напряжения на светодиодах при протекании через них слабого тока

РИС.1.     Три диода, соединены в цепочку (последовательно) и подключены к источнику питания через Золотой КилоОм. Протекающий ток вызывает падение напряжения на каждом элементе цепи. Поскольку на каждый (в данном случае красный) светодиод приходится напряжение больше порогового напряжения (1,5В) то возникает ток. На долю резистора приходится 0,5В. Ток, возникающий при этом равен 0,5мА.  Это маленький ток и напряжение на каждом диоде практически равно пороговому напряжению зажигания (отпирания).

  
 

РИС.2.     При повышении напряжения питания (до12…20В) заметно меняется ток цепи, но падение напряжения на диодах меняется на десятые доли Вольта, то есть падение напряжения на диоде мало зависит от тока.Если мы создадим набор цепочек с разным количеством светодиодов, то загораться они будут при различных напряжениях питания. Момент зажигания таких цепочек зависит от типа светодиодов (их цвета) и количества светодиодов в цепочке. Если все светодиоды одинаковые, то все параметры будут кратны количеству светодиодов в цепочке.
  

РИС.3.     В нижней части рисунка приведены падения напряжения на диодах в случае полного горения ветки (Зелёные цифры при токе 20мА), а также при начале зажигания светодиодов (Синий цифры при минимальном токе).
    При внимательном рассмотрении этой схемы становится понятно, что разные ветки находятся в неравноценных условиях. При напряжении батареи питания 22В на резисторе R1 упадёт ровно 20В и ток первой цепочки составит ровно 20мА. Светодиод LD1 будет гореть максимально ярко. При этом на резисторе R5 упадёт всего 12В (остальное заберут светодиоды LD5). Ток этой ветки составит 12мА. Это несправедливо и диоды будут гореть слабее. Для получения тока 20мА резистор R5 должен составлять 600 Ом.
Можно довести ситуацию до крайности, увеличив номинал резисторов на несколько порядков.
Резисторы на 100 КОм ограничат ток ветвей считанными микроАмперами, но для современных сверхъярких светодиодов этого достаточно для нужд индикации.
 
РИС.4.     На этой схеме все резисторы рассчитаны на максимальное приложенное напряжение 12В. При этом напряжении все светодиоды получают максимальный ток 20мА. Для целей индикации такая большая яркость чрезмерна, но иногда необходима, например для создания светодинамических устройств.

  
 
РИС.5.     На графике красными линиями обозначены Вольт-Амперные Характеристики (ВАХ) цепочек из светодиодов от одиночного диода до пяти. Синими линиями изображены ВАХ этих цепочек с подключенными резисторами. При питании 12В все синие ВАХ сходятся в одну точку. Это означает, что при напряжении 12В через каждую ветку течёт ток 20мА и все светодиоды горят на 100%. Отчётливо видно, что превышение номинального напряжения в первую очередь скажется на самой длинной цепочке. Её динамическое сопротивление самое низкое и примерно равно 100 Ом. Голубыми линиями изображены для сравнения ВАХ обычных резисторов разного номинала. 		 
  Подобный эффект можно получить и с несколькими однодиодными цепочками при условии различия в напряжении зажигания диодов в разных цепочках. Это становится возможным при использовании светодиодов разного цвета, так как пороговое напряжение у таких диодов заметно различается.

 РИС.5.     Практическая схема линейного индикатора на светодиодах разного цвета. Поскольку красный и жёлтый светодиоды имеют очень близкие характеристики и зажигаются практически одновременно применён резистор R2.2 для того, чтобы "отогнать жёлтый светодиод от красного.
Подробнее о конструкции индикатора написано в другой статье.		  

ГЛАВНАЯ