СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД (СИД): ПОЧЕМУ ОН НЕ МОЖЕТ ЖИТЬ БЕЗ СВОЕГО РЕЗИСТОРА?

​АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается фундаментальное взаимодействие резистора и диода в электронных схемах. На примере питания светодиода демонстрируется симбиотическая взаимосвязь этих компонентов: резистор выполняет функцию ограничителя тока, защищая диод от разрушения, в то время как диод направляет и контролирует поток электрического тока. Представлены расчеты на основе закона Ома и практические рекомендации по подбору номиналов компонентов.

Ключевые слова: резистор; диод; светодиод; закон Ома; электронная схема; ограничение тока.

В электротехнике некоторые компоненты образуют неразлучные пары, становясь настоящей основой любой электронной схемы. Среди них дуэт, состоящий из резистора и диода, выделяется своей простотой и поразительной эффективностью. Один действует как интеллектуальный тормоз, тогда как другой функционирует как элетрический односторонний клапан. В этой статье мы разберем, почему это сочетание является столь фундаментальным, на конкретном и универсальном примере питания светодиода. Вы поймете, как эти два компонента, используемые совместно, становятся стражами правильного функционирования и долговечености цепи.

Чтобы показать необходимость этого дуэта, расмотрим светоизлучающий диод (СИД). СИД – это полупроводниковый компонент с двумя ключевыми электрическими характеристиками:

• Пороговое напряжение ( или прямое напряжение) около  для красных или зеленых светодиодов. Ниже этого напряжения он практически не проводит ток.
• Чрезвычайная чувствительность к прямому току. При превышении типичного значения  светодиод перегревается и безвозвратно разрушается.

Представим, что мы подключим этот светодиод напрямую к клеммам батареи  без других компонентов. Применяя закон Ома и учитывая, что внутреннее сопротивление светодиода очень мало (возьмем, к примеру, 5 Ом), расчет тока будет катастрофическим:

Ток  почти в 100 раз превышает максимальный допустимый ток для стандартного светодиода. Результат мгновенный и необратимый: светодиод мгновенно сгорает.

Почему светодиод сгораеает без резистора?

Потому что он подвергается слишком высокому напряжению без орграничения тока. Он ведет себя как короткое замыкание и рассеивает слишком большую мощность в виде тепла.

Изучение установленных фактов приводит нас к рекомендации приведенного ниже решения.

Здесь вступает в силу наша ударная пара. Решение простое: последовательно с диодом (СИД) установить резистор.

В чём состоит функция резистора?

Резистор, обозначаемый специальным символом и измеряемый в Омах (Ω), служит ограничителем тока. Сопротивляясь прохождению тока, он поглощает избыточное напряжение, которое было бы фатальным для светодиода.

Для правильного подбора резистора используем прямое применение закона Ома с учетом порогового напряжения светодиода:

Вернемся к нашему примеру с батареей , светодиодом с пороговым напряжением  и целевым током  () :

Резистор на  (выбираем ближайшее стандартное значение -для получения тока около или   для немного меньшей яркости при токе около ) гарантирует, что светодиод будет получать безопасный ток около , позволяя ему светиться без риска. Резистор действительно является защитником схемы.

Каково назначение диода?

Светодиод, как диод, устанавливает фундаментальное условие: направление тока. Его схематическое обозначение в виде стрелки четко показывает разрешенное направление прохождения тока (от анода к катоду). При обратном включении он ведет себя как разомкнутая цепь и практически полностью блокирует ток. Он пропускает ток только когда напряжение на его выводах превышает пороговое напряжение и соблюдается полярность.

Таким образом, он является дирижером, который направляет и контролирует направление циркуляции тока - роль, абсолютно критичная при преобразовании переменного тока в постоянный (выпрямление) и для защиты от обратной полярности.

Конкретный пример: схема и объяснение.

Вот схематическое представление этого фундаментального дуэта в действии:

Рисунок 1. Схема подключения светодиода через ограничительный резистор.

1. Батарея  обеспечивает энергию

2. Диод задает направление тока

3. Резистор  ограничивает ток до безопасного значения для светодиода

Если пересчитать с резистором, подтверждаем его роль:

Напряжение на резисторе :

Ток в цепи :

Ток идеально контролируется. Простая схема - эффективная команда.

Таким образом, мы приходим к выводу, что: резистор и диод образуют стратегический союз в электротехнике. Их взаимодополняемость идеальна:

• Без резистора диод был бы мгновенно разрушен чрезмерным током;
• Без диодной природы управление направлением тока было бы невозможно, что сделало бы многие электронные фунции нереализуемыми.

Резистор защищает ограничивая, диод обеспечивает безопасность, направляя. Овладение этим взаимодействием является первым шагом к проектированию схем, которые не только функциональны, но также надежны и долговечны. Это понимание открывает путь к изучению более сложных схем, где этот фундаментальный дуэт продолжает оставаться важнейшим элементом.

Список литературы:

1. Александров А.И., Александрова Т.Б. основы электротехники и электроники. — М.: Высшая школа, 2020. —  456 с.
2. Петров П.С. Полупроводниковые приборы и их применение. — СПБ.:лань, 2019. — 320 с
3. Сидоров В.К.расчет и проектирование электронных схем. — М.: Техносфера, 2021. — 278 с.
4. Johnson D., Hilburn J. Rapid Practical Design of Electronic Circuits. — New York: Wiley, 2018. — 415 p.