Технический форум - Зачем светодиоду нужен резистор?

Посидел я на форуме и когда мне надоело отвечать на вопрос "зачем нужны резисторы светодиодам" и поправлять каждый раз, когда кто-то заявляет что его диод рассчитан на напряжение ПИТАНИЯ в 3v и т.п. - я решил написать этот пост.
Попробую вам объяснить на пальцах что, как и почему, чтоб в будущем вы не задавали глупых вопросов.

Вот вам для начала самый главный закон электротехники в более доходчивой форме - образной. Знакомьтесь. Закон Ома:

Мало кто из нас не знаком с основной задачей коробки передач в автомобиле. Она нужна для более быстрого разгона т.к. на первых передачах мы получаем большую тягу, а соответственно и ускорение. Но мы не можем развить большой скорости. На последних же передачах наоборот. Если нам нужно набрать большую скорость на ровной дороге - нам не требуется большой тяги. Нам важнее обороты. Если же мы едим по каким-то огородам после дождя - нам для такой же скорости потребуется гораздо большая тяга. Грунт сопротивляется движению и нам приходится его пропахивать бампером. Если же у нас не хватит тяги - начнут падать обороты. Причём мы заглохнем, если не понизим передачу.

То же самое происходит и в груде лампочек с проводами. Провода - автострада, а лампочки - огород. Тяга это напряжение (вольты), а скорость - ток (амперы). Именно ток нам и нужен всегда. Так же как и от автомобиля нам требуется не тяга, а скорость, которую мы получаем необходимой тягой.
Коробку передач можно представить в электронике как трансформатор, резистор как сцепление, светодиод как тормоз, а двигатель как розетку.
Общего достаточно много для сравнения.

Почему напряжение не столь существенно? Да потому что нам требуется его столько, чтоб ток смог преодолеть препятствие - сопротивление. Если напряжения будет больше - оно всё равно упадёт до нужного нам значения. Какая разница между Жигулём и Хамером, если нам надо ехать по городу не нарушая правил? У Хамера запас больше, вот и всё. На скорость это не повлияет. А вот если ток не контролируется и его нагрузка может брать столько, сколько ей дадут, то брать она будет столько, на сколько хватит напряжения. Это всё равно что выжать педаль газа до упора, а регулировать скорость сцеплением. Казалось бы бред, но в схемах резисторов, которые и являются сцеплением, обычно больше всех остальных деталей. Это потому что педали газа (импульсное управление током) в электронике делать сложнее и дороже сцепления. Поэтому лучше использовать источник питания с как можно меньшим, необходимым для работы прибора, напряжением. Чтоб меньше приходилось "палить диски". Тогда больше ценной энергии пойдёт на нужное дело, а не на нагрев "сцепления".

Поняли что из себя представляют эти всякие вольты и амперы?
Вольт – напряжение – тяга автомобиля
Ампер – ток – скорость автомобиля
Ом – сопротивление – трение дороги, воздуха, тормозных колодок, сцепления и т.п. Именно в различных видах сопротивления электрическая энергия выполняет свою работу.
Вот эти три строки вам надо на время чтения, того что ниже, запомнить.

Ну а теперь о самой сути:

Зачем нужен резистор светодиоду?

Все мы привыкли к тому, что лампочка горит, если её напрямую подключить к источнику питания. Сгорает она только от перегрева нити накала, если перестараться с напряжением. Это происходит потому, что лампочка сама как резистор. Ток через неё пробирается с трудом и ему тем легче, чем выше напряжение. Но зря вы приравниваете сложный полупроводниковый прибор (в народе просто светодиод) с примитивным стеклянным пузырём с куском вольфрама внутри.

Дело в том, что светодиод токовый прибор. Если лампочка сама себе выберет ток, то светодиод выбирает себе напряжение. Т.е. если он выбирает для себя 1,8v, а мы подадим на него 1,9v, то ток вырастет на столько, что он сгорит. Это происходит потому, что он пытается удержать своё напряжение в 1,8v, а источник пытается выдать свои 1,9v. Вот такое соревнование. Если источник слабый и светодиод сумеет просадить на нём напряжение до нужного - он уцелеет, а нет - питальник выиграет смертельную для светодиода битву. Резистор ослабляет источник питания, работая как сцепление в автомобиле с заклинившей педалью газа, чтоб сбросить его скорость.

Зачем вешать на каждый светодиод по отдельному резистору?

Если у вас последовательная цепочка светодиодов (друг за другом), то хватит и одного резистора. Ток во всех точках этой цепи протекает один и тот же.
Но параллельное включение светодиодов не допустимое. Из-за их не идеального производства параметры от светодиода к светодиоду немного прыгают и весь ток, предназначенный для всех светодиодов, на себя потянет тот, который требует наименьшее напряжение. Он посадит напряжение до своей нормы, а остальным светодиодам его не хватит. В итоге получаем сгоревший светодиод. Дальше эстафета передаётся следующему по списку и так мы получаем груду поджаренных диодов.

Несколько замечаний и уточнений:

На светодиодах пишут не напряжение питания, а напряжение падения на них (то, которое они себе выбирают). И оно указывается приблизительное. Это число предназначено только для расчёта резистора и минимального напряжения питания. От напряжения питания нужно отнимать напряжение падения светодиода. Таким образом мы получаем напряжение на резисторе, а ток, который через него протекает, рассчитывается делением напряжения (оставшегося на нём) на его же сопротивление.
Если нужно рассчитать сопротивление этого резистора - делим напряжение, оставшееся на нём, на ток, который нам нужен. Все единицы в омах, вольтах и амперах. Если амперы променяем на миллиамперы, то сопротивление получаем в килоомах.

Современные сверх яркие синие, зелёные и белые светодиоды начали немного походить по свойствам на лампочки. Их можно запитывать напрямую от источника питания, но это ненадёжно т.к. они по прежнему остаются светодиодами и не лишены полностью своего порока. По сути это всё те же светодиоды, но со встроенным резистором где-то на 20 Ом. Ещё они боятся статики, но это отдельная история.

Светодиоды не такие уж и точные в плане удержания напряжения. Если поднимать ток - напряжение падения на них тоже немножечко подымается. Этим можно воспользоваться при параллельном подключении светодиодов с одной партии (у них разброс характеристик минимальный). Сверх яркие вообще можно запаралеливать просто однотипные. На однопартийность им всё равно.

Светодиоды можно отобрать и вручную обычной прозвонкой в мультиметре. Она показывает напряжение падения в милливольтах. Можно отобрать как можно более похожие. Их можно будет соединять параллельно, но все эти методы только для крайних случаев. Личные диетологи светодиодам не повредят.

Вот я и отписался. Надеюсь вы не заснули за клавиатурой, пока пытались осилить всю эту занудятину.
Со всеми жалобами на перегрев мозга обращайтесь ко мне (INFERIONу).