Szeregowe łączenie diod LED wymaga precyzyjnego doboru rezystora ograniczającego prąd, aby uniknąć przepalenia układu i zapewnić długą żywotność diod. W takim połączeniu prąd płynie przez wszystkie diody kolejno, co sumuje ich napięcia progowe (VF), ale utrzymuje stały prąd znamionowy If, zazwyczaj 10-20 mA. Bez dobrego rezystora szeregowego napięcie źródła (Vs) może przekroczyć granice, powodując przegrzanie i awarię. Na przykład, przy zasilaniu 12 V i trzech czerwonych LED-ach (każda VF ≈ 2 V), suma VF wynosi około 6 V, pozostawiając 6 V na rezystor. Zgodnie z prawem Ohma: R = (Vs – ΣVF) / If. To proste obliczenie zapobiega scenariuszom, w których diody pracują powyżej 30 mA, co skraca ich żywotność o nawet 80%.

Jak obliczyć rezystor ograniczający dla diod LED w szeregu?

Obliczanie rezystora do szeregowego łączenia diod LED opiera się na wzorze: R = (Vs – n × VF) / If, gdzie n to liczba diod. Dodaj margines 10-20% na wahania napięcia (np. akumulator Li-Ion spada z 4,2 V do 3,6 V). Oto kroki obliczeniowe w formie listy:

1. Określ Vs źródła – np. 5 V z Arduino lub 24 V przemysłowe.
2. Zmierz lub sprawdź VF diod (czerwona: 1,8-2,2 V; niebieska: 3-3,4 V).
3. Wybierz If – standardowo 15-20 mA dla jasności bez przegrzania.
4. Oblicz sumę: ΣVF = n × VF średnie.
5. R = (Vs – ΣVF) / (If w A); zaokrąglaj w górę do najbliższej wartości E12 (np. 330 Ω, 470 Ω).
6. Zweryfikuj moc rezystora: P = I²R > 0,25 W dla bezpieczeństwa.

Spadek napięcia na diodach VF przy 20 mA:

(Tabela na podstawie danych Nichia r.)

Unikanie przepalenia w szeregowym układzie LED: przydatne dobre rady?

Wiedziałeś, jak zapobiec przegrzaniu LED w połączeniu szeregowym? Używaj diod o identycznych VF (tolerancja <0,1 V), bo różnice powodują nierównomierny prąd – jedna dioda „ucieka” z prądem 40 mA, w czasie gdy inne głodują. W „układach wielodiodeowych” (powyżej 4 LED) stosuj balastowe rezystory równoległe lub przetwornice DC-DC typu buck (efektywność >90%). Testuj multimeterm w trybie stałego prądu: jeśli prąd rośnie powyżej If o 20%, zwiększ rezystancję dwukrotnie. W aplikacjach automotive (12-14 V) dodaj diodę Zenera 15 V dla ochrony (np. 1N4744A). Pamiętaj: temperatura otoczenia powyżej 50°C redukuje żywotność o 50% wg norm IEC 60810. (A co, jeśli Vs fluktuuje – jak w solarnych instalacjach?) Stabilizuj kondensatorem 100 µF.

Jak poprawnie połączyć diody LED szeregowo, aby uniknąć ich spalenia? Tutaj omówimy schemat i zasady działania takiego obwodu. Połączenie szeregowe diod LED pozwala na efektywne wykorzystanie napięcia źródłowego.

Zasady działania obwodu z diodami LED w szeregu

W połączeniu szeregowym prąd płynie przez wszystkie diody LED identycznie, co wynosi zazwyczaj 20 mA. Napięcie spada na każdej diodzie o jej wielkość progową – dla standardowych diod czerwonych to ok. 2 V, dla białych nawet 3,2 V. Suma spadów napięcia musi być mniejsza lub równa napięciu zasilania, np. trzy diody czerwone (6 V) na źródle 9 V. Obowiązkowy jest rezystor ograniczający prąd, obliczany wzorem R = (U_zasil – U_diody) / I. Bez niego diody ulegną przegrzaniu w ułamku sekundy. Pamiętaj o polaryzacji: dłuższa nóżka to anoda (+).

Schemat połączenia diód LED szeregowo z rezystorem

Prosty schemat połączenia diód LED w szeregu wygląda tak: bateria 9 V podłączona do rezystora 150 Ω (dla 20 mA), potem katoda pierwszej diody do anody drugiej, aż do ostatniej katody wracającej do masy. Oto przykładowy kod HTML do wizualizacji w edytorze:

Dla czterech diód białych (12,8 V) na 12 V użyj rezystora 50 Ω. Testuj zawsze multimetrem – napięcie na rezystorze nie powinno przekraczać 0,5 V przy 20 mA.

Podstawowy element: rezystor szeregowy w obwodzie LED

Podłączając diodę LED do źródła napięcia stałego, dobór rezystora ograniczającego prąd jest absolutnie potrzebny. Ten pozornie prosty element chroni diodę przed uszkodzeniem, stabilizuje pracę układu i decyduje o jej jasności oraz żywotności. Bez niego, napięcie źródła spowodowałoby przepływ prądu przekraczający wielkość maksymalną, co w ułamku sekundy prowadzi do termicznego zniszczenia półprzewodnika. Dlatego poprawne obliczenie wartości rezystancji to podstawa każdego sprawnego projektu oświetleniowego.

Praktyczny wzór i podstawowe parametry

Wartość rezystora oblicza się, korzystając z przekształconego prawa Ohma: R = (Uźródła – Uled) / Iled. W tym równaniu Uled to napięcie przewodzenia konkretnej diody (zazwyczaj 1.8-3.6 V zależnie koloru i technologii), a Iled to żądany prąd pracy, który znajdziemy w karcie katalogowej producenta. Na przykład, dla ciekawej niebieskiej diody 5 mm (Uled=3.2V, Iled=20mA) zasilanej z baterii 9V, rezystor będzie wynosił: (9V – 3.2V) / 0.020A = 290Ω. Wybieramy najbliższą wielkość z szeregu E24, czyli 300 Ω. Musimy wiedzieć, że moc wydzielana na rezystorze to kolejny ważny parametr – obliczamy ją ze wzoru P = Iled² R lub P = (Uźródła – Uled) Iled.

Aby uniknąć błędów, zawsze sprawdź następujące dane w dokumentacji diody:

1. Maksymalny prąd ciągły (np. 20 mA dla standardowych LED 5 mm).
2. Typowe napięcie przewodzenia (Forward Voltage, Vf) dla danego koloru.
3. Dopuszczalną moc strat dla wybranego rezystora (standardowe 0.25W lub 0.5W).
4. Napięcie zasilania całego układu (bateria, zasilacz).
5. Tolerancję rezystora (np. 5% dla szeregu E24).
6. Liczbę diod połączonych szeregowo w jednej gałęzi.

Dla łączenia wielu LED szeregowo, napięcia przewodzenia sumują się. Dlatego dla trzech czerwonych diod (Uled=2V każda) i zasilania 12V, obliczenia będą wyglądać następująco: (12V – (3 * 2V)) / 0.020A = 300Ω. Prawidłowy dobór rezystora ograniczającego jest gwarantem, że Twoje oświetlenie LED będzie działać poprawnie przez tysiące godzin, zgodnie z deklaracjami producentów, którzy szacują żywotność na ponad 50 000 godzin.

Dobór dobrego rezystora szeregowego do diod LED to ważna sprawa dla poprawności i trwałości każdego układu elektronicznego. Jego wielkość decyduje , czy diody będą świecić z właściwą jasnością, czy też ulegną szybkiemu uszkodzeniu na skutek przepływu zbyt dużego prądu. Dla pojedynczej diody sprawa jest prosta – wystarczy podstawić dane do prostego wzoru. Jednak obliczanie wartości rezystora dla różnej liczby diod w połączeniu szeregowym wymaga już uwzględnienia kilku ważnych parametrów.

Podstawowy wzór i podstawowe parametry

Aby bardzo dokładnie określić wielkość potrzebnej rezystancji, musimy posłużyć się prawem Ohma i znać trzy fundamentalne wielkości: napięcie zasilania (Uzas), sumaryczne napięcie przewodzenia wszystkich diod (Udiod) oraz pożądany prąd pracy diod (Id). Ogólny wzór przyjmuje postać: R = (Uzas – Udiod) / Id. Właśnie suma spadków napięć na diodach jest tu czynnikiem różnicującym – dla jednej czerwonej diody LED (około 1.8V) będzie zupełnie inna niż dla trzech diod białych połączonych szeregowo (nawet 9.6V).

Praktyczny przykład obliczeniowy

Przeanalizujmy konkretny przypadek: zasilacz 12V i trzy niebieskie diody LED (każda o napięciu przewodzenia 3.2V) połączone szeregowo, które chcemy zasilać bezpiecznym prądem 20 mA (0.02 A). Sumaryczne napięcie na diodach to 3 * 3.2V = 9.6V. Podstawiając do wzoru: R = (12V – 9.6V) / 0.02A = 2.4V / 0.02A = 120 Ω. Otrzymana wielkość 120 omów jest teoretyczna – ogólnie wybieramy najbliższy standardowy rezystor o wyższej wartości, np. 120 Ω lub 150 Ω, co też zabezpieczy diody.

Pamiętajmy o mocy rezystora: dla powyższego przykładu obliczamy ją jako P = (Uzas – Udiod) Id, czyli 2.4V 0.02A = 0.048W. Bezpiecznym wyborem będzie rezystor 0.125W (1/8 W). Ważne jest, aby zawsze sumować napięcia wszystkich diod w szeregu – to częsty błąd początkujących. Z pomocą poprawnemu doborowi rezystora dla kilku diod LED zyskujemy pewność stabilnej i długotrwałej pracy całego oświetlenia lub wskaźnika.