Verwendung größerer Widerstandswerte

Auswahl des Vorwiderstands für eine LED:

• Sie müssen die Durchlassspannung Ihrer LED kennen (Vf im Datenblatt). Diese variiert je nach Farbe. Beispielsweise hat eine typische rote LED eine VF von ~2 V, eine blaue LED eine Vf von ~3,5 V.

• Sie müssen sich dann für den Strom entscheiden, mit dem Sie Ihre LED betreiben möchten. Er muss unter dem im Datenblatt angegebenen maximalen Dauerstrom (Imax) liegen. Eine typische 5-mm-Anzeige-LED (wie im Tutorial zu sehen) hat einen Imax von 20 mA.
  Als grobe Richtlinie gilt für diese Art von LED, dass sie bei 1-2 mA gerade noch sichtbar ist und bei 5-10 mA für eine Innenanzeige durchaus brauchbar ist. Bei 20 mA wird es sehr hell sein (schmerzhaft, wenn eine ultrahelle LED zu nahe betrachtet wird)

• Nehmen wir an, Sie gehen für 10 mA und haben eine rote LED mit einem VF von 2 V. Ich gehe davon aus, dass die Rpi-Versorgungsspannung 3,3 V beträgt, sodass der hohe Pin-Ausgang 3,3 V beträgt. Der Widerstand geht in Reihe mit der LED. Die Spannung über dem Widerstand ist die Versorgungsspannung minus der LED Vf. Mit diesen Informationen verwenden wir zur Berechnung des Widerstandswerts das Ohmsche Gesetz:
  R = V/I = (3,3 V - 2 V) / 0,010 A = 130 Ω Wenn
  die Versorgungsspannung niedriger als die LED Vf ist, gilt die obige Formel nicht anwenden (Versorgungs-V muss > Vf sein) Die LED schaltet sich nicht ein (wenn knapp unter Vf ein kleiner Strom fließen kann, siehe die IC-Kurve unten, es ist keine perfekt scharfe Ecke an der mit Vd markierten Stelle [auch bekannt als Vf]) Siehe Bearbeiten am Ende für die Lösung.

Sie könnten also den 100-Ω-Widerstand verwenden und einen LED-Strom von 13 mA haben ((3,3 V - 2 V) / 100 Ω = 13 mA), was für die meisten Standard-LEDs innerhalb der Spezifikationen liegen sollte. Mit dem 1kΩ-Widerstand wird die LED bei nur 1,3mA ziemlich schwach sein.

Nur für den Fall, dass Sie sich fragen, warum die LED-Spannung auf eine bestimmte Spannung festgelegt zu sein scheint, es ist nicht ganz so einfach, aber eine nützliche Annäherung. Da eine LED eine Art Diode ist, sieht die LED wie eine sehr hohe Impedanz aus und es fließt kein Strom, wenn die Spannung darüber niedriger als Vf ist. Wenn die LED ihre Vf erreicht, steigt der Strom bei einer winzigen Spannungsänderung sehr stark an, sodass sie plötzlich niederohmig aussieht. Das heißt, wenn wir einen Widerstand in Reihe schalten, können wir einen großen Strombereich für nur eine kleine Änderung von Vf wählen.
Um dies zu veranschaulichen, werfen Sie einen Blick auf dieses Diagramm, das eine typische Dioden-IV-Kurve (Strom in Bezug auf Spannung) zeigt:

Sie können sehen, wenn die Spannung den Punkt Vd erreicht, steigt der Strom bei einer sehr kleinen Spannungsänderung stark an, sodass wir irgendwo in diesem Bereich einen Strom "wählen" und eine ähnliche Spannung erhalten können.

Was ist mit dem Ansteuern von LEDs mit einer höheren Vf als der verfügbaren Versorgungsspannung?

In diesem Fall müssen wir die Spannung erhöhen, und zum Glück gibt es viele billige ICs, die dies für uns tun. Sie sind in verschiedenen Varianten erhältlich und verwenden lineare Konstantstrom-, Buck/Boost- (geschaltete Induktivität) und Ladungspumpen- (geschaltete Kondensatoren) Topologien.

Beispielsweise treibt der NCP5006 bis zu 5 weiße/blaue LEDs in Reihe von einer 2,7-V-5,5-V-Versorgung an:

Für eine Mehrkanaloption, die jede LED einzeln steuern kann, treibt der auf einer Ladungspumpe basierende TPS60250 bis zu 7 weiße/blaue LEDs von einem Eingang von bis zu 3 V an. I2C wird für die Steuerschnittstelle verwendet:

Diese wurden nach dem Zufallsprinzip aus über 700 Optionen auf Farnell ausgewählt (unter „LED-Treiber“ und ausgewählten Boost-/Ladepumpenoptionen).

1K wird gut funktionieren. Alternativ liefern drei 100-Ohm-Widerstände in Reihe 300 Ohm, was so nahe an 270 liegt, dass Sie den Unterschied nicht erkennen werden. Aber beide Wege sind in Ordnung, wenn Sie nur beobachten möchten, wie die LED ein- oder ausgeschaltet wird.

Dazu benötigen wir das Ohmsche Gesetz und das Kirchhoffsche Spannungsgesetz (KVL). KVL sagt, dass die Summe der Spannungen in einer geschlossenen Schleife Null ist. Die Ausgangsspannung des RPi ist vorgegeben, das sind 3,3 V. Die Spannung der LED ist auch mehr oder weniger konstant, hängt aber von der Farbe ab , für eine rote LED sind 2 V ein typischer Wert. Dann bleibt nur noch ein Bauteil übrig, und das ist der Widerstand, an dem nach Kirchhoff 3,3 V - 2 V = 1,3 V anliegen.

Der Widerstand steuert den Strom durch die LED. Ohm sagt, der Strom ist Spannung / Widerstand, oder anders ausgedrückt Widerstand = Spannung / Strom. Eine Anzeige-LED wird oft mit 20 mA spezifiziert (70 % der 15.000 LEDs von Digikey sind es). Sie arbeiten mit weniger Strom, leuchten aber weniger hell. Nehmen wir also an, Sie haben eine 20-mA-LED und wählen 20 mA, weil Sie sie auch an einem hellen, sonnigen Tag leuchten sehen möchten. Dann sollte der Widerstand sein

$R = \dfrac{V}{I} = \dfrac{1.3 V}{20 mA} = 65 \Omega$

Wenn Sie nur 100-Ω-Widerstände haben, können Sie einen 65-Ω-Widerstand herstellen, indem Sie zwei 100-Ω-Widerstände in Reihe und einen dritten parallel dazu schalten. Oder Sie können es dann mit nur 100 Ω versuchen

$I = \dfrac{1.3 V}{100 \Omega} = 13 mA$

Überprüfen Sie in jedem Fall immer das Datenblatt der LED auf den Durchlassspannungsabfall und den maximal zulässigen Strom. Die Vorwärtsspannung können Sie auch messen, indem Sie einen sicheren Wert für den Vorwiderstand verwenden (die 1 kΩ sind in Ordnung).