Spis treści:
Cílem tohoto článku je představit rozdíl mezi sériovým a paralelním zapojením LED diod. Když si chceme vyzdobit domácnost světelnými diodami, realizovat nějakou dekoraci v autě, přemýšlíme, jak to udělat, abychom tyto diody “nespálili”. Nejdůležitější je přitom správně zvolený proud, který ovlivňuje životnost diody a intenzitu světla.
Začněme trochou teorie:
Elektrický obvod
Elektrický obvod je obvod tvořený elektrickými a elektronickými součástkami spojenými tak, aby existovala alespoň jedna uzavřená cesta pro průtok elektrického proudu. Každý obvod je zmapován pomocí schématu, které formou grafických symbolů znázorňuje součástky a jejich zapojení.
Termíny pro elektrické obvody
- elektrická svorka a svorkovnice je součástka, která se používá k připojení k jiným součástkám v elektrickém obvodu pomocí vodičů. Svorka s vyšším potenciálem je označena jako “+” (kladný pól) a svorka s nižším potenciálem je označena jako “-” (záporný pól).
- rozdíl potenciálů mezi svorkami zdroje napětí za podmínek, kdy zdroj nedodává elektrickou energii do zátěže, se nazývá elektromotorická síla (napětí zdroje).Polarita se označuje šipkou, jejíž hrot označuje vyšší potenciál, tj. “+”.
- větev elektrického obvodu – je jedna nebo více součástek zapojených do série.
- uzel elektrického obvodu – je bod v elektrickém obvodu, ze kterého vycházejí alespoň tři větve.
- očko elektrického obvodu – je soubor větví spojených tak, aby tvořily uzavřenou cestu pro tok elektrického proudu.
Zákony elektrického obvodu
První Kirchhoffův zákon
Jsou-li spotřebiče zapojeny paralelně, je na jejich svorkách stejné napětí. Všechny přijímače jsou přepínány mezi stejnou dvojicí uzlů, takže existuje vztah zvaný 1. Kirchhoffův zákon, který vyjadřuje vztah mezi elektrickými proudy. Součet elektrických proudů vstupujících do elektrického uzlu se rovná součtu proudů vystupujících z elektrického uzlu. Tento zákon se vztahuje k intenzitě elektrického proudu (proudový zákon).
Druhý Kirchhoffův zákon
V každé síti stejnosměrného elektrického obvodu se součet úbytků napětí na odporových prvcích sítě rovná součtu napětí zdrojů působících v síti.
Základní součást elektrického obvodu, jejíž funkcí je klást odpor proudu, který jí protéká. Různé způsoby zápisu odporu na schématech (čárka se nahrazuje písmenem R, k nebo M v závislosti na jednotce, ve které je hodnota odporu uvedena): 0R49 = 0,49Ω; 3R7 = 3,7Ω; 3k7 = 3,7kΩ; 370k = 370kΩ; 6M4 = 6,4MΩ.
Označení rezistorů lze rozdělit třemi způsoby:
- Digitální – spočívá v záznamu hodnoty odporu, tolerance , teplotního součinitele odporu pomocí číslic, např: 210[Ω],
- Digitální – písmenový – zahrnuje nahrazení některých hodnot písmeny,
Hodnota elektrického odporu
0,24 [Ω]
4,5 [Ω]
470 [Ω]
Podle IEC
R 24
4 R 5
470 K, M47
- Paskový (barevný) – spočívá v čtení barvy jednotlivých pruhů a přiřazení jim odpovídající hodnoty. Na rezistoru může být tři až šest pruhů. V případě třípásmového určení představují první dva sloupce první dvě hodnoty odporu a třetí sloupec je tzv. násobitel, tj. hodnota, kterou se vynásobí první dvě číslice. Ve čtyřtaktním kódu používaném u standardních rezistorů určují hodnotu odporu první tři čísla, čtvrtý tah je násobitel a pátý je tolerance. V šestičárkovém kódu jsou první tři čárky první tři čísla hodnoty odporu, čtvrtý je násobitel , pátý je tolerance a šestý je teplotní součinitel.
Symboly rezistorů
Pevný odpor:
Proměnný odpor:
Nastavitelný rezistor:
Polovodičové materiály
Materiály používané k výrobě elektronických zařízení se podle své hodnoty dělí na kovy a nekovy (polovodiče, dielektrika). Běžně používanými polovodičovými materiály jsou křemík a germanium (patří do IV. skupiny periodické tabulky prvků). Polovodičové materiály se vyrábějí v monokrystalické formě, což znamená, že jsou v krystalové mřížce vázány kovalentními vazbami.
Rozlišují se vnitřní polovodiče, tj. polovodiče, které neobsahují v krystalové mřížce žádné cizí atomy, a nesamostatné polovodiče, tj. polovodiče, které obsahují v krystalové mřížce jiný atom. Vzniká takzvaná příměs. Rozlišují se dva druhy příměsí: akceptorové a donorové.
Polovodič, který ve své krystalické struktuře obsahuje atomy prvků z V. skupiny periodické tabulky prvků, se nazývá polovodičem typu N (donorová příměs). Polovodič, který ve struktuře krystalové mřížky obsahuje atomy prvků III. skupiny periodické tabulky, se nazývá polovodič typu P (akceptorový příměs). Spojení dvou krystalů pevného tělesa tak, že tvoří těsný kontakt, se nazývá spoj.
V elektronice je nejběžnějším typem přechodu polovodič-polovodič. Spojení polovodiče typu P s polovodičem typu N se nazývá PN přechod.
Polovodičové diody
Polovodičová dioda je součástka vyrobená z polovodiče, která obsahuje jeden přechod PN, z něhož vycházejí dvě svorky – anoda a katoda. Delší rameno je anoda (+) a kratší rameno je katoda (-).
Rozlišujeme různé barvy diod, které se obvykle popisují podle vlnové délky vyzařovaného světla:
Barva
Vlnová délka
Infračervená
Červená
Oranžová
Žlutá
Zelená
Modrá
Fialová
Ultrafialové záření
Více než 700 nm
Od 630 nm do 700 nm
Od 590 nm do 630 nm
Od 570 nm do 590 nm
Od 500 nm do 570 nm
Od 450nm do 500nm
Od 390 nm do 450 nm
Pod 390 nm
Světelné diody (LED) - diody vyzařující světlo
V následujícím textu bude analyzován obvod sestávající z napájecího zdroje 12 V DC a tří různobarevných LED diod: modré (D1) , zelené (D2) a červené (D3) .
Sériově zapojené diody
Vypočítejte úbytek napětí na rezistoru R1. Z Kirchhoffova druhého zákona: UR1 = Uz = UR1 + UD1 + UD2 + UD3 ==>UR1 = Uz – UD1 – UD2 – UD3 tj. UR1 = 12V – 3,1V – 3,2V – 2,0V = 3,7V.
Odpor rezistoru R1:
R1 = UR1 / I
R1 = 3,7V / 20mA = 185Ω
Do obvodu lze připojit ještě jednu diodu – bílou LED:
Uz = UD1 + UD2 + UD3 + UD4 + UR1
V této situaci je napájecí napětí dokonce větší než úbytky napětí na diodách (12 V>11,4 V) – v obvodu by měl být stále zapotřebí rezistor, protože napětí zdroje v obvodu není rovno součtu napětí spotřebičů (diod).
Paralelně zapojené diody
Vypočítejte proudy : I1 (proud tekoucí ve větvi s rezistorem R1 a diodou D1), I2 (proud tekoucí ve větvi s rezistorem R2 a diodou D2), I3 (proud tekoucí ve větvi s rezistorem R3 a diodou D3).
Z prvního Kirchhoffova zákona: I = I1 + I2 + I3, tj. I = 20mA + 20mA + 20mA = 60mA. Poté se vypočítá úbytek napětí na jednotlivých rezistorech:
UR1 = Uz – UD1
UR1 = 12 V – 3,1 V = 8,9 V
UR2 = Uz – UD2
UR2 = 12 V – 3,2 V = 8,8 V
UR3 = Uz – UD3
UR3 = 12V – 2,0V = 10,0V
R1 = UR1 / I1
R1 = 8,9V / 20mA = 445Ω
R2 = UR2 / I2
R2 = 8,8V / 20mA = 440Ω
R3 = UR3 / I3
R3 = 10,0V / 20mA = 500Ω
Shrnutí - připojení diod
Sériové
Paralelní
Jeden odpor pro všechny diody
Výpadek jedné diody vyřadí celý obvod.
Je třeba mít napětí, které zohledňuje úbytky napětí na jednotlivých diodách.
Jeden rezistor pro každou diodu
Porucha jedné diody nevyřadí z provozu celý systém.
Napájecí napětí může být rovno vodivostnímu napětí diod.
