Светодиоды

Светодиод (LED, light-emitting diode) — это диод (урок 2.4), который светится, когда через него идёт прямой ток. На наших платах он будет почти везде: индикатор питания, статус, мигалка мультивибратора.

Главное правило

Светодиод управляется током, а не напряжением. Его ВАХ очень крутая: прибавь пару десятых вольта — и ток вырастет в разы. Поэтому подключать светодиод напрямую к источнику напряжения нельзя. Ток всегда ограничивают — резистором или специальным драйвером-источником тока (урок 1.6).

Расчёт резистора

Рис. 2.5. Резистор последовательно со светодиодом задаёт ток: всё напряжение, которое светодиод не «взял», падает на резисторе. Пример: 5 В питания, красный светодиод ~2 В, нужный ток 10 мА → R = 3 В / 10 мА = 300 Ом → ближайший номинал 300 Ом (E24).

Последовательно со светодиодом ставим резистор. По закону Кирхгофа напряжение питания делится между ними:

R = (Uпит − Vf) / I

1. Vf — прямое напряжение светодиода при выбранном токе (берём из даташита или из таблицы ниже).
2. I — желаемый ток. Для индикатора на плате обычно хватает 1–10 мА: современные светодиоды яркие.
3. Округляем R до ряда E24 в бо́льшую сторону и проверяем мощность резистора: P = (Uпит − Vf) · I.

Пример с рисунка: 5 В, красный светодиод (~2 В), 10 мА → R = 3 В / 10 мА = 300 Ом, P = 3 В · 10 мА = 30 мВт — подойдёт любой корпус от 0402.

Проверь в калькуляторе: найди R при U = 3 В (то, что осталось на резисторе) и I = 10 мА.

Калькулятор закона Ома

Найти:напряжение Uток Iсопротивление R

Напряжение U, ВТок I, А20m = 20 мАСопротивление R, Ом4,7к или 4k7 = 4700 Ом

Результат

—

Мощность P = U·I

—

Прямое напряжение по цветам

Цвет	Vf, типично	Примечание
Инфракрасный	1,2–1,5 В	не виден глазом, виден камерой телефона
Красный	1,8–2,2 В
Оранжевый, жёлтый	2,0–2,2 В
Зелёный (старый, жёлто-зелёный)	2,0–2,2 В
Зелёный (яркий, «изумрудный»), синий, белый	2,8–3,4 В	при питании 3,3 В почти не остаётся запаса

Это ориентиры для индикаторных светодиодов при токах порядка 10–20 мА. Точное значение и его зависимость от тока — всегда в даташите.

⚠️Внимание

Белый или синий светодиод от 3,3 В: на резистор остаётся 0,1–0,5 В, и ток сильно зависит от разброса Vf между экземплярами. Яркость будет «гулять». Для таких случаев питай светодиод от 5 В или используй драйвер.

📖Из учебникагл. 1, с. 65

У Хоровица светодиоды описаны в разделе про индикаторы: они ведут себя как обычные диоды, только прямое напряжение больше (в книге — 1,5–2,5 В для красных, жёлтых и зелёных светодиодов той эпохи), а для заметной яркости нужно 5–20 мА. Синих и белых светодиодов тогда не было, поэтому их напряжения в таблице выше взяты из современных даташитов.

Полярность

• Выводной светодиод: длинная ножка — анод (+), короткая — катод (−); со стороны катода у корпуса срез.
• SMD-светодиод: катод отмечен зелёной точкой, полоской, уголком или «Т»-образным знаком на нижней стороне. Метки у разных производителей разные — сверяйся с даташитом.
• Проверка: мультиметр в режиме →| (урок 1.8) — светодиод слабо засветится в прямом направлении.

Обратное напряжение у светодиодов маленькое (часто допускается всего около 5 В). Перевёрнутый светодиод в цепи с резистором обычно просто не горит, но рассчитывать на это при больших напряжениях нельзя.

Светодиод от вывода микроконтроллера

Вывод МК можно использовать двумя способами:

• на ток вытекания (source): вывод → резистор → светодиод → земля. Светится при логической 1.
• на ток втекания (sink): питание → резистор → светодиод → вывод. Светится при логическом 0.

Оба варианта рабочие. Важно не превысить допустимый ток вывода и суммарный ток порта, они указаны в даташите МК. Для нескольких светодиодов по 2–5 мА это почти никогда не проблема. Если нужно больше — ставь транзисторный ключ (уроки 2.6–2.7).

Несколько светодиодов

• Последовательно — один резистор на цепочку, ток одинаковый: R = (Uпит − n·Vf) / I. Работает, если хватает напряжения.
• Параллельно — каждому светодиоду свой резистор. С одним общим резистором светодиод с меньшим Vf заберёт почти весь ток.

🛠Особенность Altium

У светодиода в Altium, как у диода, важно соответствие выводов A и K между символом и посадочным местом. Для SMD светодиодов метка катода на шелкографии платы должна совпадать с меткой на детали, иначе сборщик поставит её наоборот. Позиционное обозначение по ГОСТ для индикатора — HL, в зарубежной практике — D или LED.

Практика

1. 12 В, зелёный светодиод с Vf = 2,1 В, ток 5 мА. R и мощность? (9,9 В / 5 мА = 1980 Ом → 2 кОм (E24); P ≈ 49 мВт.)
2. 3,3 В от вывода МК, красный светодиод 2,0 В, ток 3 мА. R? (1,3 / 0,003 ≈ 433 Ом → 470 Ом (ток ≈ 2,8 мА).)
3. Три красных светодиода последовательно от 9 В, 10 мА. R? (9 − 3·2 = 3 В → 300 Ом.)

🧯 Типичные ошибки

Светодиод вспыхнул и погас навсегда

Почему Подключён без ограничительного резистора, ток превысил допустимый.

Как исправить Всегда последовательный резистор или драйвер. Считай R по формуле, ток бери с запасом.

Светодиоды в параллели светятся по-разному

Почему Один общий резистор на несколько параллельных светодиодов: ток делится по разбросу Vf.

Как исправить Каждому светодиоду — свой резистор.

SMD-светодиод не горит после сборки

Почему Метка катода в посадочном месте не совпала с реальной меткой на корпусе — деталь стоит наоборот.

Как исправить Сверь метку катода в даташите конкретного светодиода с шелкографией посадочного места.

Проверь себя

1. 1. Питание 5 В, светодиод с Vf = 3 В, нужен ток 20 мА. Какой резистор?

   250 Ом100 Ом150 Ом1 кОм
2. 2. Какая ножка у выводного светодиода — анод?

   КороткаяДлиннаяТа, что со стороны среза корпуса
3. 3. Почему нельзя подключить светодиод прямо к батарейке 3 В без резистора?

   Он будет светить слишком тусклоТок определяется крутой ВАХ и может многократно превысить допустимыйБатарейка выдаёт переменный ток
4. 4. Два светодиода нужно включить параллельно. Как правильно?

   Один общий резисторКаждому свой резисторБез резисторов, они поделят ток сами

🎯Практическое задание~20 мин

В мультивибраторе модуля 7 светодиоды стоят в цепях коллекторов транзисторов. Посчитай резистор для красного светодиода (Vf ≈ 2 В) при питании 5 В и токе 10 мА, если на открытом транзисторе падает 0,2 В. Затем то же для питания 9 В. Сравни мощности резисторов и выбери корпуса по правилу «не больше половины номинала» из урока 1.3. (5 В: (5 − 2 − 0,2)/0,01 = 280 Ом → 300 Ом, ≈ 26 мВт. 9 В: 680 Ом, ≈ 68 мВт — по правилу половины нужен уже корпус 1206.)