בחירת נגד מגביל זרם

מבוא

נגדים מגבילי זרם ממוקמים במעגל כדי להבטיח שכמות הזרם הזורמת לא תעלה על מה שהמעגל יכול להתמודד בבטחה. כאשר זורם זרם דרך נגד, ישנה, ​​בהתאם לחוק אוהם, מפל מתח מתאים על פני הנגד (חוק אוהם קובע שמפל המתח הוא מכפלת הזרם וההתנגדות: V=IR). הנוכחות של הנגד הזה מפחיתה את כמות המתח שיכולה להופיע על פני רכיבים אחרים שנמצאים בסדרה עם הנגד (כאשר רכיבים "בסדרה", יש רק נתיב אחד לזרם לזרום, וכתוצאה מכך אותה כמות זרם זורמת. דרכם; זה מוסבר עוד במידע הזמין דרך הקישור בתיבה מימין).

כאן אנו מעוניינים לקבוע את ההתנגדות לנגד מגביל זרם המוצב בסדרה עם LED. הנגד וה-LED מחוברים, בתורם, לאספקת מתח של 3.3V. זהו למעשה מעגל מסובך למדי מכיוון שה-LED הוא מכשיר לא ליניארי: הקשר בין הזרם דרך LED לבין המתח על פני LED אינו פועל לפי נוסחה פשוטה. לפיכך, נביא הנחות וקירובים מפשטים שונים.

בתיאוריה, ספק מתח אידיאלי יספק כל כמות זרם הדרושה כדי לנסות לשמור על המסופים שלו בכל מתח שהוא אמור לספק. (בפועל, לעומת זאת, ספק מתח יכול לספק רק כמות סופית של זרם.) לד מואר תהיה בדרך כלל מפל מתח של בערך 1.8V עד 2.4V. כדי להפוך דברים לקונקרטיים, נניח מפל מתח של 2V. כדי לשמור על כמות מתח זו על פני ה-LED נדרש בדרך כלל כ-15 mA עד 20 mA של זרם. שוב למען הקונקרטיות, נניח זרם של 15 mA. אם נחבר ישירות את ה-LED לספק המתח, ספק המתח ינסה ליצור מתח של 3.3V על פני LED זה. עם זאת, ללדים יש בדרך כלל מתח קדימה מרבי של כ-3V. ניסיון ליצור מתח גבוה מזה על פני ה-LED עשוי להרוס את ה-LED ולמשוך הרבה מאוד זרם. לפיכך, חוסר ההתאמה הזה בין מה שאספקת המתח רוצה לייצר לבין מה שה-LED יכול להתמודד עלולה לפגוע ב-LED או באספקת המתח או בשניהם! לכן אנו רוצים לקבוע התנגדות לנגד מגביל זרם שייתן לנו את המתח המתאים של כ-2V על פני ה-LED ויבטיח שהזרם דרך ה-LED הוא כ-15mA.

כדי לסדר את הדברים, זה עוזר ליצור מודל של המעגל שלנו באמצעות דיאגרמה סכמטית, כפי שמוצג באיור 1.

איור 1. תרשים סכמטי של מעגל.

באיור 1 אתה יכול לחשוב על מקור המתח של 3.3V כלוח chipKIT™. שוב, בדרך כלל אנו מניחים שמקור מתח אידיאלי יספק כל כמות זרם הדרושה למעגל, אבל לוח ה-chipKIT™ יכול לייצר רק כמות סופית של זרם. (מדריך העזר של Uno32 אומר שכמות הזרם המקסימלית שפין דיגיטלי בודד יכול לייצר היא 18 mA, כלומר 0.0018 A.) כדי להבטיח שלLED יש נפילת מתח של 2V, עלינו לקבוע את המתח המתאים על פני הנגד, שאותו אנו אתקשר ל-VR. אחת הדרכים לעשות זאת היא לקבוע את המתח של כל חוט. החוטים בין רכיבים נקראים לפעמים צמתים. דבר אחד שכדאי לזכור הוא שלחוט יש אותו מתח לכל אורכו. על ידי קביעת המתח של החוטים, נוכל לקחת את הפרש המתח מחוט אחד למשנהו ולמצוא את ירידת המתח על פני רכיב או על פני קבוצת רכיבים.

זה נוח להתחיל בהנחה שהצד השלילי של אספקת המתח הוא בפוטנציאל של 0V. זה, בתורו, הופך את הצומת המקביל שלו (כלומר, החוט המחובר לצד השלילי של אספקת המתח) ל-0V, כפי שמוצג באיור 2. כאשר אנו מנתחים מעגל, אנו חופשיים להקצות מתח הארקה של האות של 0V לנקודה אחת במעגל. כל שאר המתחים הם אז ביחס לאותה נקודת ייחוס. (מכיוון שמתח הוא מדד יחסי, בין שתי נקודות, זה בדרך כלל לא משנה לאיזו נקודה במעגל אנחנו מקצים ערך של 0V. הניתוח שלנו תמיד יניב את אותם זרמים ואותם מתח יורד על פני הרכיבים. עם זאת, זה מקובל להקצות למסוף השלילי של ספק מתח ערך של 0V.) בהינתן שהטרמינל השלילי של ספק המתח הוא ב-0V, ובהתחשב בכך שאנו שוקלים אספקת 3.3V, המסוף החיובי חייב להיות במתח של 3.3V (כמו החוט/צומת המחובר אליו). בהתחשב בכך שאנו רוצים ירידת מתח של 2V על פני ה-LED ובהינתן שהחלק התחתון של ה-LED הוא ב-0V, החלק העליון של ה-LED חייב להיות ב-2V (כמו כל חוט המחובר אליו).

איור 2. סכמטי המציג מתחי צומת.

עם מתחי הצומת המסומנים כפי שמוצג באיור 2, אנו יכולים כעת לקבוע את מפל המתח על פני הנגד כפי שנעשה בעוד רגע. ראשית, אנו רוצים לציין שבפועל כותבים לרוב את מפל המתח הקשור לרכיב ישירות ליד רכיב. כך, למשל, אנו כותבים 3.3V ליד מקור המתח בידיעה שזהו מקור 3.3V. עבור ה-LED, מכיוון שאנו מניחים מפל מתח של 2V, אנו יכולים פשוט לכתוב זאת ליד ה-LED (כמתואר באיור 2). באופן כללי, בהתחשב במתח הקיים בצד אחד של אלמנט ובהינתן ירידת המתח על פני אותו אלמנט, תמיד נוכל לקבוע את המתח בצד השני של האלמנט. לעומת זאת, אם אנחנו יודעים את המתח לכל צד של אלמנט, אז אנחנו יודעים את ירידת המתח על פני אותו אלמנט (או שנוכל לחשב אותה פשוט על ידי לקיחת הפרש המתחים לכל צד).

מכיוון שאנו יודעים את הפוטנציאל של החוטים לשני צידי הנגד (Wire1 ו-Wire3), אנו יכולים לפתור את ירידת המתח על פניו, VR:

חיבור הערכים הידועים נקבל:

לאחר חישוב מפל המתח על פני הנגד, נוכל להשתמש בחוק אוהם כדי לקשר את התנגדות הנגד למתח. חוק אוהם אומר לנו 1.3V=IR. במשוואה זו, נראה שיש שני לא ידועים, הזרם I וההתנגדות R. בהתחלה זה עשוי להראות שאנחנו יכולים לעשות ל-I ול-R כל ערכים בתנאי שהמוצר שלהם הוא 1.3V. עם זאת, כפי שהוזכר לעיל, LED טיפוסי עשוי לדרוש (או "למשוך") זרם של כ-15 mA כאשר יש עליו מתח של 2V. אז בהנחה ש-I הוא 15 mA ונפתור עבור R, נקבל

בפועל, יכול להיות קשה להשיג נגד עם התנגדות של 86.67 Ω בדיוק. אפשר אולי להשתמש בנגד משתנה ולהתאים את ההתנגדות שלו לערך הזה, אבל זה יהיה פתרון קצת יקר. במקום זאת, לעתים קרובות די בהתנגדות שהיא בערך נכונה. אתה אמור לגלות שהתנגדות בסדר גודל של מאתיים עד מאתיים אוהם עובדת בצורה סבירה (כלומר אנו מבטיחים שה-LED לא שואב יותר מדי זרם ובכל זאת הנגד מגביל הזרם אינו כה גדול עד שהוא מונע את ה-LED. מלהאיר). בפרויקטים אלה נשתמש בדרך כלל בנגד מגביל זרם של 220 Ω.

השאר הודעה 

רשימת הודעות