Voolu piirava takisti valimine

Sissejuhatus

Voolu piiravad takistid asetatakse vooluringi tagamaks, et voolav vooluhulk ei ületaks seda, mida vooluahel suudab ohutult käsitseda. Kui vool liigub läbi takisti, tekib vastavalt Ohmi seadusele takistile vastav pingelang (Ohi seadus ütleb, et pingelang on voolu ja takistuse korrutis: V=IR). Selle takisti olemasolu vähendab pinge hulka, mis võib ilmneda teiste takistiga jadamis olevate komponentide vahel (kui komponendid on jadamis, on voolul ainult üks tee ja järelikult voolab sama palju voolu nende kaudu; seda selgitatakse lähemalt parempoolses kastis oleva lingi kaudu saadaolevas teabes).

Siin oleme huvitatud LED-iga järjestikku asetatud voolu piirava takisti takistuse määramisest. Takisti ja LED on omakorda ühendatud 3.3 V pingega. See on tegelikult üsna keeruline vooluahel, kuna LED on mittelineaarne seade: LED-i läbiva voolu ja LED-i pinge vaheline suhe ei järgi lihtsat valemit. Seega teeme erinevaid lihtsustavaid eeldusi ja lähendusi.

Teoreetiliselt annab ideaalne pingeallikas mis tahes voolu, mis on vajalik, et püüda hoida oma klemmid mis tahes pingel, mida see toidab. (Praktikas suudab pingeallikas anda siiski ainult piiratud koguse voolu.) Valgustatud LED-i pingelangus on tavaliselt umbes 1.8 V kuni 2.4 V. Asjade konkreetseks muutmiseks eeldame, et pingelangus on 2 V. Sellise pinge säilitamiseks LED-il on tavaliselt vaja umbes 15 mA kuni 20 mA voolu. Konkreetsuse huvides oletame veel kord, et voolutugevus on 15 mA. Kui ühendaksime LED-i otse pingeallikaga, prooviks pingeallikas selle LED-i vahel luua pinge 3.3 V. LED-ide maksimaalne päripinge on tavaliselt umbes 3 V. Katse luua LED-i üle sellest kõrgema pinge võib tõenäoliselt LED-i hävitada ja võtta palju voolu. Seega võib see mittevastavus selle vahel, mida pingeallikas soovib toota ja mida LED suudab toime tulla, kahjustada LED-i või pingeallikat või mõlemat! Seega tahame määrata voolu piirava takisti takistuse, mis annab meile sobiva pinge ligikaudu 2 V üle LED-i ja tagab, et LED-i läbiv vool on ligikaudu 15 mA.

Asjade lahendamiseks aitab meie vooluringi modelleerimine skemaatilise diagrammi abil, nagu on näidatud joonisel 1.

Joonis 1. Vooluahela skemaatiline diagramm.

Joonisel 1 võite mõelda 3.3 V pingeallikale kui chipKIT™ plaadile. Jällegi eeldame üldiselt, et ideaalsed pingeallikad annavad vooluringi jaoks vajaliku koguse voolu, kuid chipKIT™ plaat suudab toota ainult piiratud koguse voolu. (Uno32 viitejuhendis öeldakse, et maksimaalne vooluhulk, mida üks digitaalne kontakt võib toota, on 18 mA, st 0.0018 A.) Et tagada LED-i 2 V pingelangus, peame määrama takistile sobiva pinge. Helistan VR-ile. Üks võimalus selleks on määrata iga juhtme pinge. Komponentide vahelisi juhtmeid nimetatakse mõnikord sõlmedeks. Üks asi, mida meeles pidada, on see, et juhtmel on kogu selle pikkuses sama pinge. Juhtmete pinge määramisel saame võtta pinge erinevuse ühelt juhtmelt teisele ja leida pingelanguse komponendi või komponentide rühma vahel.

Alustuseks on mugav eeldada, et toiteallika negatiivne pool on 0 V potentsiaalil. See omakorda muudab selle vastava sõlme (st toiteallika negatiivsele poolele kinnitatud juhtme) väärtuseks 0 V, nagu on näidatud joonisel 2. Kui analüüsime vooluringi, saame vabalt määrata signaali maanduspinge 0 V ahela ühte punkti. Kõik muud pinged on siis selle võrdluspunkti suhtes suhtelised. (Kuna pinge on suhteline mõõt kahe punkti vahel, ei ole tavaliselt vahet, millisele ahela punktile omistame väärtuse 0 V. Meie analüüs annab alati samad voolud ja samad pingelangud komponentide vahel. Sellegipoolest on see tavapärane on omistada toiteallika negatiivsele klemmile väärtus 0 V.) Arvestades, et toiteallika negatiivne klemm on 0 V ja me kaalume 3.3 V toiteallikat, peab positiivne klemm olema pinge all. 3.3 V (nagu ka selle külge kinnitatud juhe/sõlm). Arvestades, et soovime LED-i pingelangust 2 V ja LED-i alumine osa on 0 V, peab LED-i ülaosa olema 2 V (nagu ka iga selle külge kinnitatud juhe).

Joonis 2. Sõlmede pingete skeem.

Joonisel 2 näidatud sõlmede pingetega saame nüüd määrata takisti pingelanguse, nagu teeme hetke pärast. Esiteks tahame juhtida tähelepanu sellele, et praktikas kirjutatakse sageli komponendiga seotud pingelang otse komponendi kõrvale. Nii näiteks kirjutame pingeallika kõrvale 3.3V teades, et tegemist on 3.3V allikaga. LED-i puhul, kuna eeldame 2 V pingelangust, võime selle lihtsalt LED-i kõrvale kirjutada (nagu on näidatud joonisel 2). Üldiselt, võttes arvesse pinget, mis eksisteerib elemendi ühel küljel, ja arvestades selle elemendi pingelangust, saame alati määrata pinge elemendi teisel küljel. Ja vastupidi, kui me teame pinget elemendi kummalgi küljel, siis teame selle elemendi pingelangust (või saame selle arvutada lihtsalt mõlema külje pingete erinevuse abil).

Kuna me teame takisti mõlemal küljel olevate juhtmete potentsiaali (Traat1 ja Wire3), saame lahendada selle pingelanguse, VR:

Ühendades teadaolevad väärtused, saame:

Olles arvutanud takisti pingelanguse, saame kasutada Ohmi seadust, et seostada takisti takistust pingega. Ohmi seadus ütleb meile, et 1.3 V = IR. Selles võrrandis näib olevat kaks tundmatut, vool I ja takistus R. Esialgu võib tunduda, et saame määrata I ja R mis tahes väärtused eeldusel, et nende korrutis on 1.3 V. Kuid nagu eespool mainitud, võib tüüpiline LED nõuda (või "tõmmata") umbes 15 mA voolu, kui selle pinge on 2 V. Seega, eeldades, et I on 15 mA ja lahendades R, saame

Praktikas võib olla keeruline saada takistit, mille takistus on täpselt 86.67 Ω. Võib-olla võiks kasutada muutuvat takistit ja reguleerida selle takistust sellele väärtusele, kuid see oleks mõnevõrra kallis lahendus. Selle asemel piisab sageli õigest vastupanust. Peaksite leidma, et takistus suurusjärgus üks kuni kakssada oomi töötab suhteliselt hästi (see tähendab, et me tagame, et LED ei võtaks liiga palju voolu ja voolu piirav takisti ei ole siiski nii suur, et takistaks LED-i valgustamisest). Nendes projektides kasutame tavaliselt voolu piiravat takistit 220 Ω.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri