Memilih Resistor Pembatas Arus

Pengantar

Resistor pembatas arus ditempatkan di sirkuit untuk memastikan bahwa jumlah arus yang mengalir tidak melebihi apa yang dapat ditangani oleh sirkuit dengan aman. Ketika arus mengalir melalui resistor, ada, sesuai dengan Hukum Ohm, penurunan tegangan yang sesuai pada resistor (Hukum Ohm menyatakan bahwa penurunan tegangan adalah produk dari arus dan resistansi: V = IR). Kehadiran resistor ini mengurangi jumlah tegangan yang dapat muncul di komponen lain yang seri dengan resistor (ketika komponen "dirangkai", hanya ada satu jalur untuk arus mengalir, dan akibatnya jumlah arus yang sama mengalir. melalui mereka; ini dijelaskan lebih lanjut dalam informasi yang tersedia melalui tautan di kotak di sebelah kanan).

Di sini kita tertarik untuk menentukan resistansi untuk resistor pembatas arus yang ditempatkan secara seri dengan LED. Resistor dan LED, pada gilirannya, dilampirkan ke suplai tegangan 3.3V. Ini sebenarnya adalah rangkaian yang agak rumit karena LED adalah perangkat nonlinier: hubungan antara arus yang melalui LED dan tegangan melintasi LED tidak mengikuti rumus sederhana. Dengan demikian, kami akan membuat berbagai asumsi dan perkiraan penyederhanaan.

Secara teori, suplai tegangan yang ideal akan memasok sejumlah arus yang diperlukan untuk mencoba mempertahankan terminalnya pada tegangan berapa pun yang seharusnya disuplai. (Namun, dalam praktiknya, suplai tegangan hanya dapat memasok arus dalam jumlah terbatas.) LED yang menyala biasanya memiliki penurunan tegangan sekitar 1.8V hingga 2.4V. Untuk membuat hal-hal konkret, kita akan menganggap penurunan tegangan 2V. Untuk mempertahankan jumlah tegangan melintasi LED ini biasanya membutuhkan sekitar 15 mA hingga 20 mA arus. Sekali lagi demi kekonkritan, kita asumsikan arus sebesar 15 mA. Jika kita langsung memasang LED ke suplai tegangan, suplai tegangan akan mencoba menghasilkan tegangan 3.3V pada LED ini. Namun, LED biasanya memiliki tegangan maju maksimum sekitar 3V. Mencoba untuk menetapkan tegangan lebih tinggi dari ini di LED kemungkinan akan menghancurkan LED dan menarik banyak arus. Jadi, ketidaksesuaian antara apa yang ingin dihasilkan oleh suplai tegangan dan apa yang dapat ditangani oleh LED dapat merusak LED atau suplai tegangan atau keduanya! Oleh karena itu, kami ingin menentukan resistansi untuk resistor pembatas arus yang akan memberi kami tegangan yang sesuai sekitar 2V melintasi LED dan memastikan arus yang melalui LED sekitar 15 mA.

Untuk menyelesaikan masalah, ada baiknya untuk memodelkan rangkaian kita dengan diagram skematik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.

Gambar 1. Diagram skema rangkaian.

Pada Gambar 1 Anda dapat menganggap sumber tegangan 3.3V sebagai papan chipKIT™. Sekali lagi, kami umumnya menganggap sumber tegangan ideal akan memasok sejumlah arus yang dibutuhkan untuk rangkaian, tetapi papan chipKIT™ hanya dapat menghasilkan jumlah arus yang terbatas. (Manual referensi Uno32 mengatakan jumlah arus maksimum yang dapat dihasilkan oleh masing-masing pin digital adalah 18 mA, yaitu 0.0018 A.) Untuk memastikan LED memiliki penurunan tegangan 2V, kita perlu menentukan tegangan yang sesuai pada resistor, yang kita akan menelepon VR. Salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan menentukan tegangan masing-masing kawat. Kabel antar komponen kadang-kadang disebut node. Satu hal yang perlu diingat adalah bahwa kabel memiliki tegangan yang sama di seluruh panjangnya. Dengan menentukan tegangan kabel, kita dapat mengambil perbedaan tegangan dari satu kabel ke kabel berikutnya dan menemukan penurunan tegangan pada suatu komponen atau pada sekelompok komponen.

Lebih mudah untuk memulai dengan mengasumsikan sisi negatif dari suplai tegangan pada potensial 0V. Ini, pada gilirannya, membuat simpul yang sesuai (yaitu, kabel yang terpasang ke sisi negatif dari suplai tegangan) 0V, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2. Ketika kita menganalisis rangkaian, kita bebas untuk menetapkan tegangan ground sinyal 0V ke satu titik di sirkuit. Semua tegangan lainnya kemudian relatif terhadap titik referensi itu. (Karena tegangan adalah ukuran relatif, antara dua titik, biasanya tidak masalah titik mana dalam rangkaian yang kami berikan nilai 0V. Analisis kami akan selalu menghasilkan arus yang sama dan penurunan tegangan yang sama di seluruh komponen. adalah praktik umum untuk menetapkan terminal negatif dari suplai tegangan dengan nilai 0V.) Mengingat bahwa terminal negatif dari suplai tegangan berada pada 0V, dan mengingat bahwa kita mempertimbangkan suplai 3.3V, terminal positif harus berada pada tegangan dari 3.3V (seperti kabel/simpul yang terpasang padanya). Mengingat bahwa kita menginginkan penurunan tegangan 2V melintasi LED dan mengingat bahwa bagian bawah LED berada pada 0V, bagian atas LED harus berada pada 2V (seperti halnya kabel yang terpasang padanya).

Gambar 2. Skema yang menunjukkan tegangan simpul.

Dengan tegangan simpul yang diberi label seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2, sekarang kita dapat menentukan penurunan tegangan pada resistor seperti yang akan kita lakukan sebentar lagi. Pertama, kami ingin menunjukkan bahwa dalam praktiknya, seseorang sering menulis penurunan tegangan yang terkait dengan komponen langsung di sebelah komponen. Jadi, misalnya, kami menulis 3.3V di sebelah sumber tegangan dengan mengetahui bahwa itu adalah sumber 3.3V. Untuk LED, karena kita mengasumsikan penurunan tegangan 2V, kita cukup menuliskannya di sebelah LED (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2). Secara umum, mengingat tegangan yang ada di satu sisi elemen dan diberikan penurunan tegangan di elemen itu, kita selalu dapat menentukan tegangan di sisi lain elemen. Sebaliknya, jika kita mengetahui tegangan pada salah satu sisi suatu elemen, kita kemudian mengetahui penurunan tegangan pada elemen tersebut (atau kita dapat menghitungnya hanya dengan mengambil perbedaan tegangan pada kedua sisi).

Karena kita mengetahui potensi kabel di kedua sisi resistor (Kabel1 dan Kawat3), kita dapat menyelesaikan penurunan tegangan yang melewatinya, VR:

Dengan memasukkan nilai yang diketahui, kita memperoleh:

Setelah menghitung penurunan tegangan pada resistor, kita dapat menggunakan Hukum Ohm untuk menghubungkan resistansi resistor dengan tegangan. Hukum Ohm memberitahu kita 1.3V = IR. Dalam persamaan ini, tampaknya ada dua yang tidak diketahui, arus I dan hambatan R. Pada awalnya mungkin tampak bahwa kita dapat membuat nilai I dan R berapa pun asalkan produknya 1.3V. Namun, seperti yang disebutkan di atas, LED tipikal mungkin memerlukan (atau "menarik") arus sekitar 15 mA ketika memiliki tegangan 2V. Jadi, dengan asumsi I adalah 15 mA dan penyelesaian untuk R, kita peroleh

Dalam praktiknya, sulit untuk mendapatkan resistor dengan resistansi tepat 86.67 . Seseorang dapat, mungkin menggunakan resistor variabel dan menyesuaikan resistansinya dengan nilai ini, tetapi itu akan menjadi solusi yang agak mahal. Sebaliknya, seringkali cukup untuk memiliki perlawanan yang hampir benar. Anda harus menemukan bahwa resistansi pada urutan satu hingga dua ratus ohm bekerja dengan cukup baik (artinya kami memastikan bahwa LED tidak menarik terlalu banyak arus, namun resistor pembatas arus tidak terlalu besar sehingga mencegah LED dari menerangi). Dalam proyek ini kami biasanya akan menggunakan resistor pembatas arus sebesar 220 .

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan