Ostatnimi czasy trafiałem na dużo pytań w stylu jaki rezystor do diody, albo dlaczego dioda się pali mimo rezystora. Najczęściej okazywało się, że pytający nie miał pojęcia jak obliczyć rezystor i dlaczego dioda się pali. Więc postanowiłem opisać krok po kroku jak obliczyć potrzebny jest nam rezystor, jak dokładnie go dobrać.

Ten artykuł jest ważny tylko dla diod LED małej mocy.

Zacząć trzeba od tego, że maksymalny prąd jaki może przepływać przez diodę LED to 20mA. Ale nie oznacza to, że zawsze taki musi przepływać. Współczesne diody LED świecą bardzo mocno przy mniejszym prądzie, na przykład 10mA, a czasem nawet i mniej. Osobiście nie lubię stosować dużego prądu dla diody, ponieważ przy tych maksymalnych 20mA ciężko patrzy się na światło, a w ciemnym pomieszczeniu wręcz oślepia. Kolejnym argumentem za stosowaniem mniejszego prądu jest oszczędność energii, gdy damy tylko 10mA zamiast 20mA, to zużywamy tylko połowę energii. Przy wielu diodach LED i zasilaniu bateryjnym ma to bardzo duże znaczenie.

Następnym ważnym parametrem jaki należy wziąć pod uwagę jest spadek napięcia na diodzie LED, którego wartość zależna jest od koloru jakim świeci dana dioda i mieści się w pewnym przedziale zależnym dokładniej długości fali jaką emituje dana dioda LED. Poniższa tabela przedstawia te wartości zależnie od koloru.

Kolor	Długość fali [nm]	Spadek napięcia [v]
Podczerwień	λ > 760	ΔV < 1.9
Czerwony	610 < λ < 760	1.63 < ΔV < 2.03
Pomarańczowy	590 < λ < 610	2.03 < ΔV < 2.10
Żółty	570 < λ < 590	2.10 < ΔV < 2.18
Zielony	500 < λ < 570	1.9 < ΔV < 4.0
Niebieski	450 < λ < 500	2.48 < ΔV < 3.7
Fioletowy	400 < λ < 450	2.76 < ΔV < 4.0
Ultrafiolet	λ < 400	3.1 < ΔV < 4.4
Biały	Całe spektrum	ΔV = 3.5

W celu obliczenia wartości rezystora dla diody LED skorzystamy z dwóch praw:

• Drugie prawo Kirchhoffa – o sumie napięć w oczku
• Prawo Ohma – o zależności prądu napięcia oraz rezystancji

Poznanie i zrozumienie tych praw pozwoli zrozumieć dalszą część artykułu.

Póki co pomijam typ diody i wartość napięcia zasilania, a będę posługiwał się tylko symbolami.  Pierwszym krokiem będzie narysowanie schematu w jakim będzie pracowała nasza dioda.

Następnym krokiem będzie określenie kierunku oczka.

Teraz określamy kierunek przepływu prądu I₁.

Ostatnim krokiem podczas nanoszenia szczegółów na schemat będzie zaznaczenie napięć jakie znamy w tym obwodzie. A będzie to U_P1 oraz U_D1.

Pozostaje jeszcze ostatnie napięcie, czyli UR1, którego nie znamy.

Teraz kierując się drugą zasadą Kirchhoffa możemy zapisać równanie dla napięć jakie występują w tym obwodzie:

U_P1 – U_R1 – U_D1 = 0

co można przekształcić tak aby wyliczyć wartość UR1, której nie znamy.

-U_R1 = U_D1 – U_P1

a następnie:

U_R1 = – U_D1 + U_P1

Teraz możemy przejść do prądów, a w tym celu musimy wykorzystać prawo Ohma. Możemy zapisać równanie.

R₁ = U_R1/I₁

I podstawiamy wartość U_R1:

R₁ = (U_P1 – U_D1)/I₁

I to jest nasze równanie na rezystor jaki należy dobrać do diody. Krótko mówiąc jest to różnica napięcia zasilania i spadku napięcia na diodzie LED podzielona przez prąd jaki chcemy aby płynął przez diodę.

Dla przykładu obliczmy jaki należy dać rezystor, aby przy napięciu zasilania 5V przepływający przez czerwoną diodę LED prąd wynosił 20mA. W takim razie odczytujemy spadek napięcia dla diody czerwonej, powiedzmy, że będzie to wartość średnia około 1,8V i podstawiamy wszystkie dane do wzoru.

R₁ = (5V – 1,8V)/20mA = 3,2V/20 * 10^-3A = 160Ω

Jednak należy pamiętać, że taka wartość rezystora może być już niebezpieczna dla diody LED, ponieważ pracujemy na granicy wytrzymałości i dobrze jest założyć zdecydowanie niższy prąd na przykład 10mA. Więc podstawiamy:

R₁ = (5V – 1,8V)/10 * 10^-3A = 320Ω

I te 320Ω można przyjąć za bezpieczną wartość rezystora. A jak pisałem na samym początku współczesne diody świecą już bardzo jasno nawet przy dużo niższych prądach. Osobiście do diod sygnalizujących jakieś działanie przy zasilaniu 5V stosuje rezystory 1kΩ i diody zawsze świecą odpowiednio mocno i uważam, że jest to bardzo dobra reguła. Dla zobrazowania przy jakich prądach już świecą współczesne diody przedstawiam poniżej obliczenia.

I₁ = (U_P1 – U_D1)/R₁ = (5V – 1,8V)/1KΩ = 3,2V/10³ = 3,2mA

Jak widać jest to kilkukrotnie mniejszy prąd niż 20mA, co będzie skutkowało dużo większą oszczędnością energii, co ma dosyć duże znaczenie w większości urządzeń.

Ostatnim etapem obliczeń jest ustalenie jaką minimalną moc musi umieć wytrzymać rezystor.W tym celu wykorzystamy wzór na moc elektryczną. Więc podstawimy dane z poprzedniego przykładu:

P = U_R1 * I₁ = 3,2V * 3,2A *10^-3 = 0,0102W

Po obliczeniu można spokojnie stwierdzić, że rezystor o maksymalnej mocy 0,25W bez problemu wystarczy. Warto sprawdzać jaka moc odkłada się na rezystorze, ponieważ czasem nawet przy małym prądzie a dużym spadku napięcia odkłada się na rezystorze duża moc.

Myślę, że tym artykułem opisałem jak obliczać rezystancję opornika który znajduję się w szereg z diodą LED. Mam nadzieje, że dzięki takiemu opisowi zniknie ta cała masa czasem głupich pytań, które wynikają z braku podstawowej wiedzy. Równocześnie ten problem natchnął mnie do napisania kilku artykułów z podstaw elektroniki, a pojawią się one pewnie podczas najbliższych tygodni.