전류 제한 저항 선택

개요

전류 제한 저항은 흐르는 전류의 양이 회로가 안전하게 처리할 수 있는 양을 초과하지 않도록 하기 위해 회로에 배치됩니다. 전류가 저항을 통해 흐를 때 옴의 법칙에 따라 저항 양단에 상응하는 전압 강하가 있습니다(옴의 법칙에 따르면 전압 강하는 전류와 저항의 곱: V=IR). 이 저항기의 존재는 저항기와 직렬로 연결된 다른 구성 요소에 걸쳐 나타날 수 있는 전압의 양을 줄입니다(구성 요소가 "직렬로" 있을 때 전류가 흐르는 경로는 하나뿐이므로 결과적으로 동일한 양의 전류가 흐릅니다) 오른쪽 상자의 링크를 통해 제공되는 정보에 자세히 설명되어 있습니다.)

여기서 우리는 LED와 직렬로 배치된 전류 제한 저항의 저항을 결정하는 데 관심이 있습니다. 저항과 LED는 차례로 3.3V 전압 공급 장치에 연결됩니다. 이것은 실제로 LED가 비선형 장치이기 때문에 다소 복잡한 회로입니다. LED를 통과하는 전류와 LED를 가로지르는 전압 사이의 관계는 간단한 공식을 따르지 않습니다. 따라서 다양한 단순화 가정과 근사치를 만들 것입니다.

이론적으로 이상적인 전압 공급 장치는 공급해야 하는 전압이 무엇이든 터미널을 유지하는 데 필요한 모든 양의 전류를 공급합니다. (그러나 실제로 전압 공급 장치는 한정된 양의 전류만 공급할 수 있습니다.) 발광 LED는 일반적으로 약 1.8V ~ 2.4V의 전압 강하를 가집니다. 구체적으로 설명하기 위해 2V의 전압 강하를 가정합니다. LED에서 이 정도의 전압을 유지하려면 일반적으로 약 15mA ~ 20mA의 전류가 필요합니다. 다시 한 번 구체성을 위해 15mA의 전류를 가정합니다. LED를 전압 공급 장치에 직접 연결하면 전압 공급 장치는 이 LED에서 3.3V의 전압을 설정하려고 합니다. 그러나 LED는 일반적으로 최대 순방향 전압이 약 3V입니다. LED 전체에 이보다 높은 전압을 설정하려고 하면 LED가 파손되고 많은 양의 전류가 흐를 수 있습니다. 따라서 전압 공급 장치가 생성하려는 것과 LED가 처리할 수 있는 것 사이의 이러한 불일치는 LED나 전압 공급 장치 또는 둘 모두를 손상시킬 수 있습니다! 따라서 우리는 LED에 약 2V의 적절한 전압을 제공하고 LED를 통과하는 전류가 약 15mA가 되도록 하는 전류 제한 저항에 대한 저항을 결정하려고 합니다.

문제를 분류하려면 그림 1과 같이 회로도를 사용하여 회로를 모델링하는 것이 도움이 됩니다.

그림 1. 회로의 개략도.

그림 1에서 3.3V 전압 소스를 chipKIT™ 보드로 생각할 수 있습니다. 다시 말하지만, 우리는 일반적으로 이상적인 전압 소스가 회로에 필요한 모든 양의 전류를 공급할 것이라고 가정하지만 chipKIT™ 보드는 한정된 양의 전류만 생성할 수 있습니다. (Uno32 참조 설명서에는 개별 디지털 핀이 생성할 수 있는 최대 전류량이 18mA, 즉 0.0018A라고 나와 있습니다.) LED의 전압 강하가 2V인지 확인하려면 저항에 걸리는 적절한 전압을 결정해야 합니다. VR을 호출합니다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 각 와이어의 전압을 결정하는 것입니다. 구성 요소 사이의 와이어를 노드라고도 합니다. 명심해야 할 한 가지는 와이어가 전체 길이에 걸쳐 동일한 전압을 갖는다는 것입니다. 전선의 전압을 결정함으로써 한 전선에서 다음 전선까지의 전압 차이를 파악하고 구성 요소 또는 구성 요소 그룹 전체의 전압 강하를 찾을 수 있습니다.

전압 공급 장치의 음극 측 전위가 0V라고 가정하여 시작하는 것이 편리합니다. 그러면 그림 0와 같이 해당 노드(즉, 전압 공급 장치의 음극에 연결된 와이어)가 2V가 됩니다. 회로를 분석할 때 0V의 신호 접지 전압을 자유롭게 할당할 수 있습니다. 회로의 한 지점으로. 다른 모든 전압은 해당 기준점을 기준으로 합니다. (전압은 두 지점 사이의 상대적 측정이기 때문에 일반적으로 회로의 어떤 지점에 0V 값을 지정하는지는 중요하지 않습니다. 우리의 분석은 항상 구성 요소에서 동일한 전류와 동일한 전압 강하를 생성합니다. 그럼에도 불구하고 그것은 전압 공급 장치의 음극 단자에 0V 값을 지정하는 것이 일반적입니다.) 전압 공급 장치의 음극 단자가 0V이고 3.3V 공급 장치를 고려하고 있다고 가정할 때 양극 단자는 전압에 있어야 합니다. 3.3V(연결된 와이어/노드)입니다. LED 양단에 2V의 전압 강하가 필요하고 LED 하단이 0V인 경우 LED 상단은 2V여야 합니다(연결된 모든 와이어와 마찬가지로).

그림 2. 노드 전압을 보여주는 개략도.

그림 2와 같이 노드 전압에 레이블이 지정되어 있으므로 이제 곧 수행할 저항 양단의 전압 강하를 결정할 수 있습니다. 첫째, 실제로는 구성 요소 바로 옆에 구성 요소와 관련된 전압 강하를 쓰는 경우가 많다는 점을 지적하고 싶습니다. 예를 들어 전압 소스가 3.3V 소스라는 것을 알면서 전압 소스 옆에 3.3V를 씁니다. LED의 경우 2V 전압 강하를 가정하므로 LED 옆에 간단하게 쓸 수 있습니다(그림 2 참조). 일반적으로 요소의 한쪽에 존재하는 전압과 해당 요소의 전압 강하가 주어지면 항상 요소의 다른 쪽 전압을 결정할 수 있습니다. 반대로, 요소의 양쪽에 대한 전압을 알고 있으면 해당 요소의 전압 강하를 알 수 있습니다(또는 양쪽의 전압 차이를 취하여 간단하게 계산할 수 있음).

우리는 저항기(Wire1 및 Wire3)의 양쪽에 대한 전선의 전위를 알고 있기 때문에 전압 강하 VR을 해결할 수 있습니다.

알려진 값을 연결하면 다음을 얻습니다.

저항 양단의 전압 강하를 계산한 후 옴의 법칙을 사용하여 저항의 저항과 전압을 연관시킬 수 있습니다. 옴의 법칙에 따르면 1.3V=IR입니다. 이 방정식에는 전류 I와 저항 R이라는 두 가지 미지수가 있는 것으로 보입니다. 처음에는 제품이 1.3V인 경우 I와 R을 임의의 값으로 만들 수 있는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 위에서 언급한 바와 같이 일반적인 LED는 15V의 전압이 있을 때 약 2mA의 전류를 필요로 할 수 있습니다. 따라서 I가 15mA라고 가정하고 R을 풀면 다음과 같이 됩니다.

실제로 저항이 정확히 86.67Ω인 저항을 얻는 것은 어려울 수 있습니다. 아마도 가변 저항을 사용하고 저항을 이 값으로 조정할 수 있지만 이는 다소 비용이 많이 드는 솔루션입니다. 대신에 거의 올바른 저항을 갖는 것으로 충분합니다. 220~XNUMX옴 정도의 저항이 합리적으로 잘 작동한다는 것을 알 수 있습니다(즉, LED가 너무 많은 전류를 끌어오지 않도록 하고 전류 제한 저항이 너무 커서 LED를 방해하지 않도록 함) 조명에서). 이 프로젝트에서는 일반적으로 XNUMXΩ의 전류 제한 저항을 사용합니다.

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