Pourquoi avons-nous besoin de résistances en led

J'ai fait des recherches et il est dit que les résistances limitent le courant traversant la LED.

Mais cette affirmation m'embrouille parce que nous savons que dans un circuit série, le courant est constant à chaque point, alors comment se fait-il qu'une résistance puisse limiter le courant qui coule?

Les LED ont une tension assez constante entre elles, comme 2,2 V pour une LED rouge, qui n'augmente que légèrement avec le courant. Si vous fournissez 3V à cette LED sans résistance série, la LED essaiera de définir une combinaison tension / courant pour ce 3V. Il n'y a pas de courant qui va avec ce type de tension, théoriquement ce serait 10s, peut-être 100s d'ampères, qui détruiraient la LED. Et c'est exactement ce qui se passe si votre alimentation peut fournir suffisamment de courant.
La solution est donc une résistance série. Si votre LED a besoin de 20mA, vous pouvez calculer la LED rouge dans l'exemple

$R = \dfrac{\Delta V}{I} = \dfrac{3V - 2.2V}{20mA} = 40 \Omega$

Vous pouvez penser que la fourniture directe de 2,2 V fonctionnera également, mais ce n'est pas vrai. La moindre différence de LED ou de tension d'alimentation peut faire en sorte que la LED s'allume très faiblement, très brillamment, voire même se détruise. Une résistance série garantit que de légères différences de tension n'ont qu'un effet mineur sur le courant de la LED, à condition que la chute de tension à travers la résistance soit suffisamment importante.

Le fait est qu'une LED est une diode de toute façon et les diodes ont une très faible résistance interne (dans le sens "direct" bien sûr), donc à moins qu'il y ait autre chose en série, la résistance globale est très faible et le courant est à peine limité et ce courant à peine limité peut endommager la LED et surcharger le circuit qui l'alimente.

Alors oui, vous avez tout à fait raison, le courant est le même à chaque point du circuit lorsque les éléments sont connectés en série, mais lorsque vous ajoutez une résistance, vous augmentez la résistance globale de la série et cela diminue le courant.

Toujours avec des réponses compliquées ;-). Vois-le de cette façon. Que se passe-t-il lorsque vous placez un fil entre les bornes d'une batterie? Dans un monde parfait, vous obtenez un courant infini qui fait fondre le fil. Nous appelons cela un court-circuit. Parce que les diodes sont conçues pour avoir une résistance directe minimale, nous obtenons le même effet qu'un court-circuit. Mettez une résistance là-dedans pour fournir quelque chose à résister au courant pour le limiter à l'infini

Imagine ça

• Vous aviez un moteur à eau dont la vitesse était proportionnelle au débit actuel.

• Le moteur lui-même offrait très peu de résistance au flux de courant - il fallait contrôler le flux de courant externe à une pompe.

• Vous avez une pompe capable de pomper 10 litres par seconde à travers un tuyau de 10 mètres vers le moteur, puis à travers le moteur, puis à travers un autre tuyau de 10 mètres vers le côté aspiration de la pompe. (Le débit était lié à la pression exercée par la pompe et à la résistance du pipeline - c.-à-d. PAS à une pompe volumétrique.

• Lorsque la pompe a fonctionné, vous avez constaté que le moteur fonctionnait BEAUCOUP trop vite et que vous deviez limiter le débit à environ 1 litre / seconde.

Pour atteindre l'exigence, vous pouvez placer une vanne de réduction dans le circuit pour faire baisser la majeure partie de la pression et limiter le débit. La valve a fonctionné pour laisser tomber une certaine quantité de pression à travers elle à un débit donné et aussi réglable. (Il s'agit du nombre de vannes d'eau rel qui fonctionnent).

Vous pourriez placer la vanne N'IMPORTE O in dans le circuit et cela permettrait d'obtenir le résultat souhaité. Il pourrait être à l'entrée ou à la sortie de la pompe ou à la sortie ou à l'entrée du moteur ou n'importe où dans l'un ou l'autre des tuyaux.

Ceci est une analogie étroite avec votre question LED. Le courant doit être limité car il est trop élevé sans limiteur. Le limiteur peut être placé n'importe où dans le circuit.

Avec le circuit LED batterie - résistance

La LED a une certaine chute de tension définie à un courant choisi.
Pour être précis, disons qu'à 20 mA, la LED chute exactement de 3,00 Volts. Ceci est typique de certaines LED modernes.
Si nous souhaitons faire fonctionner la LED à 20 mA, nous DEVONS faire en sorte qu'elle baisse de 3 V - ni plus ni moins.
Si nous souhaitons utiliser une alimentation 9V pour faire fonctionner la LED, nous N = DEVONS "nous débarrasser" de 9-3 = 6B d'une manière ou d'une autre.
La résistance fait cela.
Pour laisser tomber 6V à 20 mA, la résistance nécessaire est R = V / I = 6 / 0,02 = 300 ohms.
Dans cet exemple, une pile 9V + une résistance + une LED fonctionnera à 20 mA. La résistance peut être placée avant ou après la LED. Le courant est traversé dans l'un ou l'autre emplacement.

Ce n'est pas pertinent pour cette question mais extrêmement important de savoir que votre déclaration

• "on sait qu'en série ciircuit, le courant est constant en tout point."

est incorrect.

Il y a beaucoup de circuits où c'est rue -mais aussi beaucoup de circuits où ce n'est pas vrai.
Dans les circuits CC avec uniquement des composants résistifs, comme ce 1 LED, 1 circuit de résistance, alors c'est vrai. MAIS lorsqu'il y a des composants réactifs tels que des inductances et des condensateurs ou certains autres éléments non linéaires, alors ce n'est souvent PAS vrai.

Concentrons-nous sur ce qui est important ici: la courbe caractéristique de la LED (qui est une diode). Veuillez regarder cette image de wikipedia. Comme vous pouvez le voir, pour les tensions positives aux bornes de la diode, son courant augmente de façon exponentielle. Imaginez maintenant que vous connectez votre LED à une alimentation sans résistance. Vous devrez régler la tension exacte aux bornes de la diode pour obtenir le courant exact dont vous avez besoin pour allumer la LED. Si pour une raison quelconque, votre alimentation électrique augmente un peu au-dessus de la tension dont vous avez besoin, le courant sera exponentiellement plus élevé qu'auparavant, ce qui peut (cela endommagera!) Votre diode. Alors, comment une résistance peut-elle nous aider avec ce problème? RETOUR D'INFORMATION!L'un des concepts les plus importants de l'électronique! Revenons à notre exemple, et ajoutons une résistance en série avec la diode et l'alimentation. Maintenant, chaque fois que votre alimentation dépasse sa tension nominale, la diode augmentera à nouveau son courant de façon exponentielle, mais comme le courant a augmenté, la tension aux bornes de la résistance sera également plus élevée, ce qui signifie que la tension aux bornes de la diode diminuera, compensant ainsi l'alimentation. augmentation de la tension.

Une LED est une diode fabriquée à partir d'un matériau semi-conducteur qui génère des photons de lumière lorsque le courant traverse le matériau. Plus la LED est à jour, plus la LED émet de lumière, plus elle est lumineuse. Cependant, il existe une limite supérieure qui est la quantité de courant suffisante pour endommager la LED.

Une LED offre peu de résistance au courant qui la traverse. La majeure partie du peu de résistance qu'il offre provient de l'énergie perdue de la lumière émise et la génération de photons est si efficace que la résistance est assez négligeable. Cependant, à mesure que le courant augmente, augmentant la quantité de lumière, la LED échouera à un moment donné car la quantité de courant traversant la LED provoque des défaillances matérielles. Avec des quantités suffisamment importantes de courant, une vaporisation catastrophique des matériaux peut entraîner ce qui équivaut à une petite explosion dans l'enveloppe extérieure des LED. Avec les niveaux de courant plus bas trouvés dans les circuits numériques 3,3v ou 5v, le résultat le plus probable est que le matériau semi-conducteur tombe en panne et cesse de conduire et la LED ne brille plus.

Comment la tension du circuit affecte-t-elle la consommation de courant d'une LED? Puisqu'une LED est un type de diode, l'équation de la diode Shockley décrit le courant qu'une diode permet à différents niveaux de tension. L'équation montre que les résultats de la fonction Shockley pour une plage de tension donnée suivent une courbe exponentielle. Cela signifie que de petits changements de tension peuvent entraîner de grands changements de courant. Ainsi, l'utilisation d'une LED dans un circuit simple dont la tension est supérieure à la tension directe de la LED risque de faire en sorte que la LED consomme étonnamment plus de courant que ses niveaux recommandés, ce qui entraîne une défaillance de la LED.

Voir le sujet Wikipedia Circuit LED ainsi que le sujet Wikipedia Équation de la diode Shockley .

L'idée est donc de concevoir le circuit LED de manière à limiter la quantité de courant traversant la LED. Nous voulons équilibrer le fait d'avoir suffisamment de courant pour provoquer le niveau de luminosité souhaité sans que le matériau LED ne tombe en panne. La méthode la plus courante pour limiter le courant consiste à ajouter une résistance au circuit.

Une LED doit avoir une fiche technique qui décrit les caractéristiques électriques et les tolérances de la LED. Voir par exemple cette fiche technique n ° de modèle: YSL-R531R3D-D2 .

Les premières caractéristiques qui nous intéressent sont (1) quel est le courant maximum que la LED peut supporter avant qu'une défaillance matérielle ne soit possible entraînant une défaillance de la LED et (2) quelle est la plage de courant recommandée. Ces valeurs maximales et d'autres pour une LED rouge standard standard (différentes LED auront des valeurs différentes) sont dans un tableau tel que reproduit ci-dessous.

Dans le tableau de la fiche technique de cette LED rouge standard, nous voyons que le courant maximum est de 20mA avec une plage recommandée de 16mA à 18mA. Cette plage recommandée est le courant pour que la LED soit la plus brillante sans risquer une défaillance matérielle. Nous voyons également que la dissipation de puissance nominale est de 105 mW. Nous voulons nous assurer que dans notre conception de circuits LED, nous restons dans ces plages recommandées.

En regardant dans le tableau suivant, nous trouvons une valeur de tension directe pour la LED de 2,2v. La valeur de tension directe est la chute de tension lorsque le courant traverse la LED dans le sens direct, de l'anode à la cathode. Voir Qu'est-ce que la tension «directe» et «inverse» lorsque vous travaillez avec des diodes? .

Si nous devions utiliser cette LED dans un circuit avec 2,2 V et un courant de 20 mA, la LED dissiperait 44 mW, ce qui est bien dans notre zone de sécurité de dissipation de puissance. Si le courant passe de 20 mA à 100 mA, la dissipation sera 5 fois supérieure ou 220 mW, ce qui est bien supérieur à la dissipation de puissance nominale de 105 mW pour la LED, de sorte que nous pouvons nous attendre à ce que la LED tombe en panne. Voir Qu'advient-il de ma LED lorsque je fournis trop de courant? .

Pour réduire le courant à travers la LED aux niveaux recommandés, nous allons introduire une résistance dans le circuit. Quelle résistance de valeur devrions-nous utiliser?

Nous calculons une valeur de résistance en utilisant la loi d' Ohm, V = I x R. Cependant, nous ferons une transformation algébrique parce que nous voulons résoudre pour la résistance plutôt que pour la tension, nous utilisons donc la formule R = V / I.

La valeur de I, courant en ampères, est assez évidente, permet simplement d'utiliser le minimum recommandé de 16mA ou .016A de la fiche technique LED dans la formule transformée. Mais quelle valeur devrions-nous utiliser pour les volts, V?

Nous devons utiliser la chute de tension de la résistance, qui est la contribution de la résistance à la chute de tension totale de l'ensemble du circuit. Nous devrons donc soustraire la contribution de la chute de tension de la LED de la tension totale du circuit pour déterminer la contribution de la chute de tension nécessaire à la résistance. La chute de tension d'une LED est la valeur de tension directe, la chute de tension dans le sens direct de l'anode à la cathode, du tableau ci-dessus.

Pour un projet Raspberry Pi standard utilisant le rail 3,3 V comme source d'alimentation, le calcul serait (3.3v - 2.2v) / .016A = 69 ohms (rounding 68.75 up)

Alors, pourquoi une valeur de résistance telle que 200 ohms est-elle couramment utilisée lorsque les calculs indiquent 69 ohms?

La réponse simple est qu'une résistance de 200 ohms est une résistance commune incluse dans de nombreux kits d'expérimentation. Nous voulons utiliser une résistance commune si la lumière émise par la LED ne diminuera pas sensiblement.

Donc, si nous passons d'une résistance de 69 ohms à une résistance de 200 ohms, quelle est la variation du courant? Encore une fois, nous utilisons la loi d'Ohm cette fois pour résoudre le courant dans le circuit, I = V / Rou 3.3v / 200 ohms = .0165Aet lorsque nous regardons la fiche technique des LED, nous voyons que cette valeur est dans la plage recommandée de 16 mA à 18 mA, la LED doit donc être suffisamment lumineuse.

Simplement, la led a une faible résistance, si elle est connectée à un battary seul, le courant qui la traverse sera très élevé (I = V / R), un courant élevé signifie plus de puissance dissipée dans la résistance de la petite led, ce qui conduit à brûler la diode (thermiquement), car le matériau a une constante de transfert de chaleur très faible.

Notez que la puissance dissipée = (I ^ 2 × R).