Berechnung des LED-Stroms nach dem Ohmschen Gesetz

Ich habe eine 4-stellige grüne 7-Segment-Anzeige (technisch 5, es stammt von einer Mikrowelle und die "5." Ziffer sind die Funktionsleuchten oben und unten). Ich habe kein Datenblatt dazu. Es ist eine gemeinsame Kathode, die ersten 2 und letzten 2 Kathoden steuern die Ziffern und die Mitte steuert die Funktionslichter. Ich möchte einen idealen Antriebsstrom herausfinden, damit ich ihn sicher von einem Arduino aus ansteuern kann. Wenn ich annehme, dass jedes Segment beispielsweise 10 mA benötigt, dann bezieht das Arduino, wenn dieses Segment an allen "5" -Ziffern leuchtet, 50 mA Strom durch einen einzelnen Pin, mehr als das empfohlene Maximum von 40 mA. Anstatt mich nur mit nicht mehr als 8 mA für insgesamt nicht mehr als 40 mA zufrieden zu geben, möchte ich tatsächlich etwas rechnen. Ich treibe das Display mit einem Buck-Regler, der zum Testen auf 2,2 V eingestellt ist

Jetzt saugt mein Multimeter. Das ist so ein kostenloser Scheiß aus der Hafenfracht. Ich mag es, weil es kostenlos ist und ich es missbrauchen (und kaputt machen) kann, ohne mich wirklich darum zu kümmern, weil ich ein anderes bekommen kann, aber ich hasse es, weil es so unvereinbar mit kleinen Maßen ist. Es hat eine Stromeinstellung von 20 mA, 200 mA und 10 A. Wenn ich es auf die Einstellung 10 A einstelle, beträgt die maximale Auflösung mehrere zehn mA und liegt zwischen 0,01 und 0,02 A. Wenn ich es auf die 200-mA-Einstellung ändere, sagt es 5,6 mA, und auf der 20-mA-Einstellung sagt es 4,8 mA. Das ist frustrierend, also habe ich versucht, den Strom zu lesen, indem ich ihn in eine Spannung über einem Widerstand umwandelte. Ich habe einen 100 Ohm / 0,1% Widerstand verwendet, ihn in Reihe geschaltet und die schwarze Leitung vom DMM mit Masse und die rote Leitung zwischen der LED und dem Widerstand verbunden und die Spannung in Millivolt abgelesen. Ich habe 130 mV. Also Ohmsches Gesetz:

.130 M v 100 Ω = .0013 M A
...1,3mA?! Ich kann verstehen, dass das beschissene Multimeter schlecht Strom messen kann, aber es ist normalerweise genau richtig mit Spannungen, weshalb ich es so gemacht habe. Ich kann aber nicht verstehen, dass ich so viele verschiedene Messungen bekomme.

Meine Frage ist also zweigeteilt. Erstens, habe ich die Messungen des Ohmschen Gesetzes richtig gemacht, oder habe ich etwas übersehen? Zweitens, da ich weder einen Konstantstrom-LED-Treiber habe, noch eine Möglichkeit habe, einen herzustellen, wie würden Sie mir empfehlen, den Strom dieser LEDs genau zu messen? Ich werde es direkt vom Arduino aus ansteuern, also werde ich Widerstände verwenden. Und bitte sei nett. Ich habe nicht viel Geld für Dinge, weshalb ich ein beschissenes kostenloses Multimeter habe, anstatt eines besseren, teureren.

Es ist nicht klar, was Sie messen. Ein Schema könnte helfen. Haben Sie den + Anschluss des Abwärtsreglers, das Multimeter auf einen Strombereich eingestellt, eine der LEDs im Display und dann eine der gemeinsamen Kathoden, die wieder an den Anschluss des Abwärtsreglers angeschlossen sind? Typischerweise hat ein Multimeter verschiedene Widerstände, die in seinen Ampere-Schaltkreis geschaltet sind, um verschiedene Strombereiche zu messen, daher ist es wahrscheinlich, dass es einen anderen Stromwert misst, wenn es einen erheblichen Teil des Widerstands beiträgt.
Hört sich richtig an. Eine grüne LED benötigt fast 2,2 V, um mit dem Leuchten zu beginnen. Ich weiß nicht, welchen Serienwiderstand Sie verwendet haben, aber er begrenzte den Strom vermutlich auf etwa 6 mA ohne Multimeter, 5,6 mA mit dem im 200-mA-Bereich verwendeten niedrigen Widerstand und 4,8 mA mit dem zusätzlichen Widerstand des 20-mA-Shunts. Lassen Sie 0,13 weitere Volt über diesen 100R-Widerstand fallen, und Sie haben die LED praktisch vollständig ausgeschaltet. Stellen Sie in Zukunft den V-Regler auf etwa 3 V ein, damit Sie 0,8 V über einen Widerstand fallen lassen können (100 Ohm würden etwa 8 mA ergeben). Dadurch wird der kleine Widerstand des Messgeräts überschwemmt, um bei allen 3 Tests denselben Messwert zu erhalten.
Ja, ich schalte das DMM in Reihe mit der LED, um den Strom zu messen. Ich habe eine andere parallel, um die Spannung zu messen (aber ich habe getestet, ob dies den Strommesswert beeinflusst oder nicht.) Ich versuche nur herauszufinden, welchen Strom die LED aus 2 V zieht Buck-Regler. Verschiedene Messeinstellungen am DMM liefern mir unterschiedliche Ergebnisse, ohne die Schaltung überhaupt zu ändern (ich drehe nur den Regler von 200 mA auf 20 mA und es ändert sich).
Dann können Sie mit einem Messgerät die Strom-Shunt-Widerstände am anderen messen. Sieht so aus, als ob Ihr Messgerät in Ordnung ist, Sie wurden nur von der nichtlinearen IV-Beziehung der LED überrascht.
Ich beschloss, ein einzelnes Segment an jeder "Ziffer" zu beleuchten, also insgesamt 5 parallel, und bei genau 2 V vom Buck-Regler bekomme ich ~ 25,5 mA bei der 200-mA-Einstellung, und die Lichter sind bei Tageslicht anständig sichtbar. Wie leuchten sie bei nur 2 V? Nebenbei bemerkt, das Multimeter hat eine Diodentestfunktion, aber alles, was es tut, ist die LED schwach zu beleuchten, es sagt mir nicht die Vf, wahrscheinlich weil das für normale Dioden und nicht für LEDs ist?
5 mA pro LED klingen für mittlere Helligkeit in Ordnung. Eine 20-mA-Skala fügt wahrscheinlich zu viel Shunt R in Reihe hinzu und reduziert Ihren Strom in einem Fall um 12%
Sie geben sich an, ein Richter zu sein, und obwohl Sie bisher nicht nett oder liebenswürdig waren, da Sie nur Ihre Werkzeuge für Ihre eigenen Schwächen verantwortlich gemacht haben, warum glauben Sie, dass Ihnen das Privileg der Nettigkeit gewährt werden sollte?
Denken Sie daran, wenn MUXing-Ziffern einen Durchschnitt von 5 mA verwenden und der Spitzenwert das 4-fache von 20 mA beträgt. Wenn Sie Transistoren verwenden, verwenden Sie 10 % Basisstrom, um den Kollektor für den Kathodenzifferntreiber zu sättigen. LED ESR liegt bei etwa 20 Ohm. Ihr 100-Ohm-Messwert muss ein falscher R-Wert gewesen sein. DMM misst auch Pk und konvertiert in RMS unter der Annahme von Sinus, aber MUX-Impulse sind falsch, es sei denn, Sie machen einen LPF aus der Strommessung R, um reinen Gleichstrom zu messen
@EMFields Wie werde ich Richter? Ich stellte eine Frage mit allen relevanten Informationen, die ich selbst herausfinden konnte, und den Einzelheiten dessen, was ich getan hatte, um die Antwort selbst herauszufinden, und bat um Hilfe. Der einzige Grund, warum ich diesen Teil am Ende hinzugefügt habe, ist buchstäblich, weil in einer anderen Frage, die ich gestellt habe, als ich erwähnte, dass ich etwas geborgen hatte, und sagte: "Was würden Sie tun", jemand spöttisch antwortete: "Ich würde es zurück in den Müll werfen." . Ich wollte die "Kauf bessere Sachen"-Antworten vermeiden. Nicht jeder kann.
@EMFields Ich habe auch nicht "meine Werkzeuge für meine eigenen Schwächen verantwortlich gemacht", was auch immer das bedeutet. Das Messgerät ist scheiße, es gibt einen Grund, warum es 6 US-Dollar kostet oder mit einem Gutschein kostenlos ist. Ich habe buchstäblich 3 verschiedene verwendet, um dieselbe Messung von derselben Schaltung durchzuführen, und von jeder von ihnen ein anderes Ergebnis erhalten. Wenn Sie sich erinnern, sagte ich auch, bitte seien Sie nett. Ich war kein Idiot deswegen. Es ist nicht unhöflich, Leute zu bitten, nett zu sein (oder bedenke einfach die Tatsache, dass sich nicht jeder bessere Werkzeuge leisten kann). Es ist jedoch unhöflich, jemanden, der versucht zu lernen, dafür zu tadeln, dass er die Leute einfach um Rücksicht bittet.
@BrianDrummond Daran hatte ich nicht gedacht. Ich habe es versucht, indem ich einen Meter auf die 2000k-Einstellung und den anderen auf die 200mA-Einstellung eingestellt habe und ... "außerhalb des Bereichs" geriet. Ich habe die 20mA-Einstellung mit dem gleichen Ergebnis versucht. Das einzige, was mir etwas gebracht hat, war die 10A-Einstellung und ich habe 1,7 Ohm bekommen, also weiß ich, was ich jetzt tun soll.
@TonyStewart.EEsince'75 Ich bin mir nicht sicher, ob ich das verstehe. Ich werde jedoch Arduino-gesteuerte NPN-Transistoren verwenden, um den Strom von der Kathode zu senken. Und die 100 Ω, die ich erwähnt habe, habe ich verwendet, um den Strom in Spannung umzuwandeln. Ich muxe die LEDs nicht (obwohl ich es in Betracht gezogen habe), ich verwende nur einen DC-DC-Abwärtswandler, um 2 V zum Testen auszugeben. Ich wollte sie direkt aus dem Arduino fahren, aber wenn ich darüber nachdenke, könnte ich sie muxen, um es sicherer zu machen.

Antworten (1)

Ich treibe das Display mit einem Buck-Regler, der zum Testen auf 2,2 V eingestellt ist

Tu das nicht. Eine LED ist nicht wie ein Widerstand. Sobald der Strom eine bestimmte Schwellenspannung überschreitet, steigt er schnell an, sodass kleine Änderungen der Versorgungsspannung und/oder des Schaltungswiderstands eine große Änderung des LED-Stroms bewirken. Das folgende Diagramm zeigt einige Beispiele für LED-Strom vs. Spannung. Hier können Sie sehen, dass eine Erhöhung der Spannung der roten LED von 1,7 V auf 1,85 V (eine bloße Erhöhung um 9 %) zu einer zehnfachen (1000 %) Erhöhung der Stromaufnahme führte!

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie sollten die Stromversorgung auf eine höhere Spannung einstellen und den Strom mit einem Widerstand in Reihe begrenzen. Der Widerstand senkt die Spannungsdifferenz zwischen der Stromversorgung und der LED, was zu einem Stromfluss gemäß dem Ohmschen Gesetz führt, I = V / R (wobei V Vsupply - Vled ist).

Für diese Berechnung können Sie davon ausgehen, dass eine rote LED eine konstante Spannung von ~ 1,9 V, eine orange/gelbe ~ 2 V und eine grüne ~ 2,1 V abfällt (was nicht ganz stimmt, da die Spannung bei höherem Strom ansteigt, aber für die meisten nahe genug ist Zwecke). Wenn Sie eine höhere Genauigkeit wünschen, müssen Sie den Spannungsabfall Ihrer LEDs bei unterschiedlichen Strömen messen.

Ihr Multimeter mag scheiße sein, aber Sie sollten es nicht dafür verantwortlich machen, dass es unterschiedliche Strommesswerte in verschiedenen Bereichen anzeigt. Die meisten Messgeräte messen den Strom, indem sie die Spannung über einem Shunt-Widerstand mit niedrigem Wert messen. Wenn die für einen Skalenendwert erforderliche Spannung dieselbe ist (z. B. 100 mV), muss der Shunt-Widerstandswert in den unteren Bereichen höher sein. Da Ihre Schaltung sehr empfindlich auf den Serienwiderstand reagiert, reicht bereits der kleine Widerstand Ihres Messgerät-Shunts aus, um den Strom zu ändern.

Wenn Sie einen 100-Ω-Widerstand eingefügt und die Spannung darüber gemessen haben, haben Sie effektiv einen Shunt-Widerstand mit großem Wert hinzugefügt. Der Strom fiel dann aufgrund der geringen Differenz zwischen der Versorgungsspannung und dem Spannungsabfall der LED sehr gering ab. Die Antwort auf dieses Problem besteht darin, den Widerstand mit großem Wert in der Schaltung zu belassen und die Versorgungsspannung zu erhöhen, bis Sie eine angemessene Stromaufnahme erhalten.

Vielen Dank dafür, es war sehr informativ. Ein paar Fragen, wenn ich darf. Angenommen, 2,1 V für eine grüne LED und eine 5-V-Versorgung (Arduino), um beispielsweise 10 mA an der LED zu erhalten, bräuchte ich einen (5 - 2,1) / 0,01 = 290 Ω-Widerstand, richtig? Nachdem ich herumgelesen habe, plane ich, das Display zu multiplexen, damit ich nicht mehr Strom beschaffen kann, als der Arduino zu einem bestimmten Zeitpunkt verarbeiten kann. Ich möchte jedoch nicht wirklich 2,1 V annehmen. Gibt es eine Möglichkeit, die Vf einer LED durch Messung genau zu bestimmen?
Das ist irgendwie der Grund, warum ich verwirrt bin. Ich weiß, dass eine Konstantstromquelle zum Ansteuern von LEDs verwendet werden soll , aber ich habe keine. Eine LED hat diesen Vf-Wert. Für eine blaue 20-mA-LED sind es ungefähr 3,3 V, aber wenn Sie sie mit einer 20-mA-Konstantstromquelle ansteuern, werden nur 2,9 V verwendet (gemäß diesem Schaltungssimulator). Wie ist das möglich?
Ein Schaltungssimulator ist nur so genau wie seine Modelle. "Ungefähr" 3,3 V könnten für eine bestimmte LED bei diesem Strom 2,9 V sein - oder nicht, abhängig von der einzelnen LED. Die genaue Bestimmung des Vorwärtsabfalls einer LED ist einfach - messen Sie ihn! Bei 290 Ohm sollte der Strom nicht mehr als 10 mA betragen (wahrscheinlich etwas weniger aufgrund des Innenwiderstands des Ausgangstreibers des Arduino). Aber ein paar mA weniger sind kein Grund zur Sorge. Der Vorteil des Widerstands besteht darin, dass er einen relativ konstanten Strom aufrechterhält, indem er kleine Schwankungen des LED-Spannungsabfalls und anderer Widerstände in der Schaltung „überschwemmt“.
Ok, jetzt verstehe ich es irgendwie. Ich habe die Mathematik aus dieser Antwort (und die Werte für If vs Vf aus einem Datenblatt für eine andere grüne 4-stellige 7-Segment-Anzeige) verwendet, um festzustellen, dass der Innenwiderstand 20 Ω beträgt und die Eigenspannung daher tatsächlich 1,8 V beträgt Warum, obwohl die Vf für diese LEDs normalerweise 2,2 V beträgt, fallen sie bei 20 mA nur um 1,8 V ab. Praktischerweise habe ich das auch schon in einer anderen Simulation gesehen. Perfekte Welt, ich weiß, aber es hat mir geholfen zu verstehen, genau wie du. Danke schön!
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