Как считаются резисторы RGB-светодиода
RGB-светодиод — это три отдельных кристалла (красный, зелёный, синий) в одном корпусе. Чтобы задать каждому безопасный ток, последовательно с кристаллом ставят токоограничивающий резистор — ровно так же, как для одиночного диода в калькуляторе гасящего резистора для LED. Разница в том, что здесь резисторов три, и рассчитывать их нужно по отдельности: у красного кристалла прямое падение напряжения ниже, чем у зелёного и синего, поэтому и сопротивления получаются разными.
R = (Vпит − Vf) / If (отдельно для R, G, B)
В числителе — разность между напряжением питания и прямым падением на кристалле (Vf): это то напряжение, которое «лишнее» и должно осесть на резисторе. В знаменателе — рабочий ток канала If (в амперах; в поле он задаётся в миллиамперах и делится на 1000). Чем ниже Vf канала, тем больше «лишнего» напряжения и тем крупнее резистор — вот почему у красного он всегда самый большой. Калькулятор считает точное сопротивление, а затем округляет к ближайшему большему номиналу ряда E24, чтобы значение можно было купить в магазине. Округление идёт вверх намеренно: больший резистор чуть занижает ток и держит его в безопасном пределе, тогда как меньший, наоборот, превысил бы паспортный ток кристалла. Рядом с округлённым значением виджет показывает и точный расчёт — так видно, насколько ближайший номинал отличается от идеального, и стоит ли искать более точный из ряда E96.
Почему нельзя один общий резистор
Соблазн поставить один резистор на все три канала велик, но так делать нельзя. Кристаллы включаются не одновременно и с разным током, а общий резистор создаёт между ними взаимозависимость: как только загорается второй цвет, падение на общем резисторе растёт, ток первого проседает, и оттенок «плывёт». Смешать точный жёлтый или бирюзовый при таком раскладе не получится — цвет будет зависеть от того, сколько каналов активно. Единственно правильная схема — свой резистор на каждый кристалл, тогда каналы независимы и микроконтроллер управляет ими предсказуемо, в том числе через ШИМ-регулировку яркости. Ровно поэтому калькулятор считает три отдельных значения, а не одно усреднённое: каждое сопротивление привязано к своему Vf, и подмена одного номинала на «средний» сразу сместит белую точку в сторону того канала, которому досталось больше тока.
Общий анод и общий катод
RGB-светодиоды выпускают в двух вариантах: с общим анодом (все плюсы кристаллов соединены, каналы управляются «минусом») и с общим катодом (наоборот). На номинал резисторов это не влияет — формула R = (Vпит − Vf) / If одинакова в обоих случаях, потому что резистор ограничивает ток независимо от того, с какой стороны кристалла он стоит. Отличается только логика управления: для общего анода канал открывается низким уровнем на выводе, для общего катода — высоким. Если гасящий резистор ставится в общий провод (а не в каждый канал), он превращается в тот самый «один на всех» — так делать нельзя по причинам выше.
Типичное Vf по цветам
Прямое падение напряжения зависит от материала кристалла и потому сильно различается по цветам. Красный делают на AlGaInP с низким Vf, а зелёный и синий — на нитриде галлия (InGaN), у которого падение почти в полтора раза выше. Точное значение всегда смотрите в даташите конкретного светодиода: разброс между партиями достигает нескольких десятых вольта. Ориентировочные диапазоны:
| Канал | Vf, В | Материал кристалла |
| Красный | 1,8–2,2 | AlGaInP |
| Зелёный | 3,0–3,4 | InGaN |
| Синий | 3,0–3,4 | InGaN |
В полях калькулятора по умолчанию заданы 2,0 В для красного и 3,2 В для зелёного и синего — это усреднённые значения для распространённых 5-мм RGB-светодиодов при токе 20 мА. Меняйте их под свой компонент.
Ток канала и мощность резистора
Рабочий ток задают исходя из яркости и допустимого тока кристалла; для индикации хватает 5–10 мА, для полной яркости берут 20 мА. Превышать паспортный максимум кристалла нельзя: перегретый переход быстро деградирует и цвет тускнеет. Важен и баланс белого — при одинаковом токе каналы светят с разной силой, а глаз к зелёному чувствительнее всего, поэтому для честного белого ток красного и зелёного часто подстраивают отдельно, а не гонят все три на 20 мА. Гибче всего яркость задаётся не током, а скважностью: канал мигает с высокой частотой, и средняя яркость меняется без сдвига оттенка — этим и занимается драйвер при ШИМ-регулировке.
Рассеиваемую резистором мощность прикиньте по формуле P = (Vпит − Vf) · If: у красного при 5 В и 20 мА это 3 · 0,02 = 0,06 Вт, у зелёного и синего — 1,8 · 0,02 = 0,036 Вт. Оба значения с большим запасом укладываются в обычный резистор 0,25 Вт, но при высоком питании и токе запас стоит проверить калькулятором мощности и дератинга резистора: перегретый резистор уходит от номинала, и ток канала плывёт. Готовый номинал удобно сверить по цветовой маркировке прямо перед пайкой, чтобы не перепутать похожие кольца.
Где применяют — и где не годится
Расчёт нужен для RGB-индикаторов состояния, подсветки корпусов, декоративных модулей и учебных плат с микроконтроллером. Если светодиодов в цепи несколько последовательно или параллельно, сопротивление считают иначе — там работает калькулятор соединения светодиодов. Для адресных лент (WS2812 и подобных) резисторы вообще не нужны: ток стабилизирует встроенный драйвер каждого пикселя, поэтому такую светодиодную ленту считают по питанию, а не по гасящему резистору. Не подходит метод и для мощных RGB-светодиодов на 350 мА и выше — там ставят драйвер тока, а не резистор, иначе потери и нагрев станут неприемлемыми. Если напряжение питания ниже Vf канала (например, 3 В на синий кристалл 3,2 В), резистор не поможет — нужен повышающий преобразователь; проверить деление напряжений удобно калькулятором делителя напряжения.
Пример
На значениях по умолчанию (Vпит = 5 В, If = 20 мА): красный при Vf 2,0 В даёт R = (5 − 2) / 0,02 = 150 Ом (точный номинал E24). Зелёный и синий при Vf 3,2 В: R = (5 − 3,2) / 0,02 = 90 Ом, ближайший больший номинал ряда E24 — 91 Ом. Виджет покажет «150 Ом» для красного и «91 Ом (расч. 90 Ом)» для зелёного и синего.
См. также: резистор для светодиода · соединение светодиодов · ШИМ-яркость · светодиодная лента · все калькуляторы
|
