Светодиоды - типовые схемы включения
1 Основная схема
Для начала напомню некоторые азбучные истины: светодиод светится при прохождении через него тока в прямом направлении, т.е. когда "плюс" источника питания подключен к аноду, а "минус" — к катоду светодиода. Непосредственно к источнику питания светодиод подключать нельзя, т.к. прямой ток через светодиод может превысить предельное значение (за счет экспоненциального характера ВАХ диодов) и в результате светодиод может выйти из строя. Чтобы этого не произошло, светодиод следует включать через балластный токоограничивающий резистор
Балластный резистор можно рассчитать по формулам:
Rдоб = (Uип – Uсд) / Iсд, (1)
где: Rдоб - сопротивление токоограничивающего резистора;
Uип - напряжение источника питания;
Uсд - падение напряжения на светодиоде;
Iсд - рабочий ток светодиода.
P = I²сд·R, (2)
где: P - расчётная мощность резистора Rдоб;
Iсд - максимальный рабочий ток светодиода;
R - выбранное сопротивление резистора Rдоб.
По формуле (1) рассчитываем сопротивление токоограничивающего резистора, по формуле (2) - его мощность. Для начинающих замечу, что ряды сопротивлений и мощностей резисторов стандартизированы и поэтому нужно выбрать по результатам расчетов ближайшее большее значение из стандартного ряда. Рабочий ток большинства светодиодов составляет 10-20 мА. Падение напряжения на светодиоде зависит от цвета свечения. Наименьшее оно у красных, наибольшее — у синих и белых.
Мощные светодиоды, применяемые в качестве источников освещения, имеют некоторые особенности и соответственно более сложные схемы включения. Особый класс составляют светодиодные лампы — это светодиоды со встроенными резисторами или специальными схемами, конструктивно оформленные в виде обычных ламп накаливания. По сравнению с лампами накаливания светодиодные лампы имеют значительно большие сроки службы: не менее 15-25 тыс. ч против 800-1200 ч у ламп накаливания.
2 Схемы включения светодиодов для индикации логических уровней
Логические "0" и "1" в цифровых схемах задаются различными способами. Рассмотрим наиболее частые случаи - цифровая логика ТТЛ и КМОП. "0" и "1" в этих видах логики задаются положительным напряжением. Уровни напряжения логических уровней составляют:
"0" или "низкий уровень" — от 0 до +0,8 В (для ТТЛ микросхем) или от 0 до +1,5 В (для КМОП микросхем);
"1" или "высокий уровень" — больше +2 В (для ТТЛ микросхем) или больше +1,5 В (для КМОП микросхем).
Сопротивление резистора R для ТТЛ-схем составляет 220—360 Ом, его мощность — 0,125 или 0,25 Вт. Ввиду того, что напряжение питания КМОП-схем может быть различным, то данный резистор нужно рассчитать по формулам (1), (2). В качестве транзисторов можно использовать практически любые маломощные, например: КТ315/КТ361 или КТ3102/КТ3107. По зарубежной классификации подобные транзисторы часто обозначаются на схемах: TUN — транзистор универсальный n-p-n или TUP — транзистор универсальный p-n-p. При расчете балластного резистора необходимо принимать во внимание падение напряжение на выходе микросхемы и транзисторе и вносить соответствующие поправки. Переходим к конкретным схемам:
2.1 Схемы для индикации "1" - высокого уровня
Схема 1
Нагрузка на выход микросхемы составляет: при "1" — I≈3,3/R; при "0" — около 0.
Недостатки: с данного выхода микросхемы нельзя снимать сигнал на входы логических схем.
Схема 2
Нагрузка на выход микросхемы составляет: при "1" — около 0; при "0" — I=5/R.
Характеристики и недостатки:
- Используется только для выходов микросхем с открытым коллектором (стоком);
- С данного выхода микросхемы нельзя снимать сигнал на входы логических схем;
- Мощность потребляется при выключенном светодиоде.
Схема 3
Нагрузка на выход микросхемы составляет: при "1" — около 0; при "0" — около 0.
Характеристика: можно использовать только микросхемы с активным выходом.
Схема 4
Нагрузка на выход микросхемы составляет: при "1" — около 0; при "0" — около 0.
Характеристика: можно использовать только микросхемы с активным выходом.
Схема 5
Нагрузка на выход микросхемы составляет: при "1" — около 0; при "0" — около 0.
Характеристики и недостатки:
- Можно использовать микросхемы с активным выходом или с открытым коллектором (стоком);
- Мощность потребляется при выключенном светодиоде.
2.2 Схемы для индикации "0" - низкого уровня
Схема 6
Нагрузка на выход микросхемы составляет: при "1" — около 0; при "0" — I≈3,3/R.
Характеристики и недостатки:
- Можно использовать микросхемы с активным выходом или с открытым коллектором (стоком);
- C данного выхода микросхемы нельзя снимать сигнал на входы логических схем.
Схема 7
Нагрузка на выход микросхемы составляет: при "1" — около 0; при "0" — около 0 для R1>5 кОм.
Характеристики и недостатки:
- Можно использовать только микросхемы с активным выходом;
- Мощность потребляется при выключенном светодиоде.
Схема 8
Нагрузка на выход микросхемы составляет: при "1" — около 0; при "0" — около 0.
Характеристики: можно использовать микросхемы с активным выходом или с открытым коллектором (стоком);
2.3 Общие замечания по схемам индикации логических уровней
- Схемы 1,2,6: светодиод подключен непосредственно на выход микросхемы и ограничение последнего по коэффициенту разветвления не позволяет одновременно снимать сигнал на другие нагрузки;
- Схемы 3,4,5,7,8: в связи с тем, что используются буферные транзисторы, предыдущая проблема не возникает;
- Схемы 3,8: используются, если не важна проводимость транзисторов;
- Схемы 5,7: неудовлетворяют требованиям экономичности - мощность потребляется при выключенном светодиоде;
- Схема 1: ток при включении светодиода сильно зависит от сопротивления резистора в цепи коллектора выходного каскада ТТЛ-вентиля.
Литература: "Электроника", 1977 (т.50) № 5.
[ Вернуться назад ]
Типовые схемы и расчёты | 
