J'ai créé le circuit suivant sur une planche à pain et utilisé l'alimentation Arduino Uno 3.3V pour l'alimentation:
330 ohms .......
------------------^^^^---------| LED |-----
| ``````` |
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(3.3V) |
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| |
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Il est mentionné sur le site Web d'Arduino que la broche 3,3 V a un courant de 0,05 A. Selon KVL, cela nous donnerait 3,3 V - (330 Ohms * 0,05 A) - Chute de tension aux DEL = 0
Selon l'équation, la chute de tension à travers la LED sera négative et la LED ne devrait donc PAS s'allumer. Cependant, sur la maquette, la LED s'allume ... POURQUOI? Cela va complètement à l' encontre de la théorie de base ... est-ce normal? ou est-ce seulement possible parce que j'ai fait une erreur quelque part? = O
Réponses:
Le problème est que vous ne comprenez pas (encore) la bonne théorie de base à appliquer :-).
Cependant - félicitations pour avoir essayé de le résoudre vous-même. Continuez ainsi et vous vous familiariserez bientôt avec la façon de le calculer correctement.
La tension, le courant et la résistance peuvent être modélisés assez bien par une analogie avec l'eau. La tension est similaire à la pression de pompage ou à la pression de "tête" dans un réservoir, le courant est similaire au débit de courant et la résistance est similaire à la résistance du tuyau au débit d'eau ou à la résistance au débit offerte par un moteur hydraulique.
Donc, l '"erreur" avec votre modèle suppose que le courant nominal de l'Arduino est ce qui a motivé ce qui s'est passé, alors que ce qui importe est la tension ou la pression de pompage.
Si le circuit 3V3 de l'Arduino a une valeur nominale de 50 mA, c'est le courant maximum qui doit être autorisé à circuler , et non la quantité de courant qui doit circuler.
Utilisation de votre schéma de circuit ASCII art:
L'équation clé ici (un arrangement de la loi d'Ohm) est
Cela signifie que le courant augmentera avec l'augmentation de la tension appliquée et diminuera avec l'augmentation de la résistance. Il y a un facteur supplémentaire ici juste pour rendre les choses plus intéressantes. Les LED agissent approximativement comme un "puits" à tension constante. C'est-à-dire que lorsque le courant augmente au-dessus d'une certaine limite initiale, la tension n'augmentera pas linéairement avec le courant - elle augmentera mais à un taux inférieur au taux d'augmentation du courant.
Réorganiser cette équation que vous obtenez
Cela vous permet de calculer la valeur de résistance requise nécessaire pour obtenir un courant donné avec une tension disponible donnée. Avant de pouvoir l'appliquer, il y a un "gotcha" que nous devons comprendre.
Lorsqu'elles sont utilisées dans leurs plages de courant de conception, la plupart des LED ont une plage raisonnablement limitée de chutes de tension. Une LED blanche moderne peut commencer à émettre de la lumière visiblement avec environ 2,8 V de «chute» à travers la LED, avoir une chute de disons 3V3 (= 3,3 Volt) à 20 mA (qui est généralement le courant de fonctionnement de conception maximal pour les LED au plomb de 3 mm et 5 mm ) et brûler à cause d'un excès de courant, disons 3V8 à travers la LED. Les chiffres typiques varient mais cela donne une idée. Une LED rouge moderne peut avoir une chute de tension directe lorsqu'elle fonctionne à un courant nominal de 2,5 V et une LED infrarouge peut fonctionner à 1,8 V. Lors du calcul du courant LED, vous pouvez commencer par utiliser la chute de tension directe typique de la fiche technique de la LED.
LED rouge typique
Voici la fiche technique d'une LED rouge moderne typique . C'est un Kingbright WP7113ID. Je l'ai choisi en trouvant la LED au plomb 5 mm en stock la moins chère vendue par chez Digikey. Dans 1, c'est 11 cents US.
La fiche technique indique que la tension directe est généralement de 2,0 V à 20 mA, je vais donc utiliser ce chiffre.
Fonctionnement à 20 mA
Parce que la LED a une tension approximativement constante à travers elle, nous devons soustraire cette tension de la tension disponible qui "pompera" le courant à travers la résistance. Nous allons concevoir le circuit pour donner 20 mA - la valeur maximale nominale des LED. Donc, notre formule antérieure devient.
Pour V_LED = 2v0 et Vsupply = 3V3, nous obtenons
68 Ohms est la valeur de résistance standard "E12" * la plus proche.
La chute de tension aux bornes de la résistance = 3,3 - 2,0 = 1,3 V - comme ci-dessus. La feuille de données indique que le Vf du LEd PEUT être autant que 2V5 à 20 mA. Voyons ce qui se passerait si nous utilisions une LED avec Vf = 2,5 V à 20 mA.
Comme ci-dessus I = V / R = (Vsupply-VLED) / R
Ici, nous utilisons maintenant I = (3,3-2,5) / 68 = 0,8 / 68 = 0,00176A ~ = 12 mA.
Nous avons donc conçu pour 20 mA mais obtenu environ 12 mA dans ce cas. De même, si le Vf de la LED avait été inférieur à 2,0 V à 20 mA (comme cela peut arriver), le courant aurait été supérieur à 20 mA. Globalement, le courant des LED peut varier de> 2: 1 en raison des variations de production du Vf des LED. C'est la raison pour laquelle la conception «réelle» de LED utilise des sources de courant constant, ou des circuits se rapprochant d'une source de courant constant. Mais c'est une autre histoire.
Fonctionnement avec une résistance de 330 ohms
Pour votre résistance 330R.
Avec LED Vf = 2V0. I_LED = V / R = (3,3-2 V) / 330 = ~ 4 mA
Avec LED Vf = 2V5. I_LED = V / R = (3,3-2,5 V) / 330 = ~ 2,4 mA
La fiche technique ne dit pas ce qu'est le Vf minimum - seulement typique et maximum - mais supposons qu'il soit de 1,8 V.
I_LED = V / R = (3,3-1,8) / 330 = 4,5 mA
Le courant LED peut donc varier de 2,4 mA à 4 mA = un rapport de 1: 1,666 en fonction de la LED Vf.
MAIS le Vf dans la fiche technique était à 20 mA. Au fur et à mesure que le courant baisse, Vf chute "quelque peu". Voici les caractéristiques de la LED choisie dans sa fiche technique.
Nous pouvons voir que Vf est d'environ 1,7 V à 2 mA et d'environ 1,78 V à 4 mA, donc la valeur supposée de 1,8 V est suffisamment bonne pour nos besoins.
Séries de numéros préférées - recherchez E12, puis lisez le reste :-)
Spécifique E12 - valeurs et codes de couleur - plus ciblé mais moins utile dans l'ensemble
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Vous devez commencer par la chute de tension des LED. C'est ce qui détermine le courant, et non l'inverse. La raison en est que la tension LED est plus ou moins fixe, alors que le courant sera variable, et s'adaptera aux demandes du circuit.
KVL est en effet ce dont vous avez besoin. Si la chute de tension de la DEL serait de 2 V, la tension de la résistance serait de 3,3 V à 2 V = 1,3 V, et donc le courant dans le circuit.
Donc, si la chute de tension sur la résistance est trop importante, elle s'ajuste automatiquement à une valeur inférieure en abaissant le courant.
Remarque: Le 50mA est ce que la broche peut fournir. Ce qu'il offre en réalité dépend de ce qui est demandé par le circuit, et cela ne devrait pas être plus élevé. Et dans notre cas, c'est beaucoup plus bas, donc ça va.
Dans la plupart des situations, le calcul ci-dessus, qui suppose une chute de tension LED fixe, est suffisant, mais parfois vous voulez une réponse plus précise, qui tient compte de la tension directe variable. La plupart du temps, vous n'aurez pas d'équation entre le courant et la tension directe, mais seulement un graphique. Cela signifie que vous ne pouvez pas le résoudre analytiquement. Nous verrons qu'il est facile de résoudre graphiquement.
Voir aussi cette question pour savoir comment calculer la valeur de la résistance.
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Deux possibilités:
la cote actuelle est ce que le dispositif d'approvisionnement est capable de gérer sans dommage / surchauffe, mais pas quelque chose qu'il prend des mesures pour se limiter à
la chute de tension aux bornes de la LED est plus élevée que vous ne le pensez, d'où la chute de tension aux bornes de la résistance et le courant qui la traverse sont inférieurs à 50 mA. Une feuille de données LED aléatoire que je viens de déterrer répertorie une tension directe de 1,85 V - qui vous donnerait une chute de 1,45 V à travers la résistance et un courant de 44 mA (qui se trouve être le double de ce qui est recommandé pour la LED que j'ai choisie - vous voudrez peut-être envisager une résistance plus grande - les anciens kits de cabane radio utiliseraient 680 ohms avec une alimentation 3v)
Si vous avez un voltmètre (ou peut-être la propre entrée analogique de l'arduino), vous pouvez mesurer la tension du nœud entre la résistance et la LED et déterminer les chutes respectives à travers la résistance et la LED, et donc le courant de la goutte à travers la résistance connue .
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La réponse courte:
Le courant ne sera pas de 0,05 A simplement parce que la spécification de l'alimentation indique 0,05 A; lorsqu'une spécification d'alimentation fournit un courant, c'est juste le maximum que vous devriez essayer d'en tirer. Ce que vous finissez par obtenir pour le courant dépend de la charge.
Cela dit, vous pouvez obtenir des réponses quantitatives pour ce cas particulier à partir de certains des beaux graphiques qui ont été donnés dans les autres réponses.
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