Robototexnika · Elektronika asoslari · 7-sinf

LED va rezistor: Om qonuni

Rezistorsiz ulangan LED nega chirt etib o‘chadi? Qaysi rezistor kerak?

Vaziyat

Velosipedingizga orqa chiroq yasamoqchisiz: qizil LED va ikkita AA batareya bor. Do‘stingiz LED ni batareyaga to‘g‘ridan-to‘g‘ri ulagan edi — bir zum yorqin yonib, chirt etib o‘chdi va boshqa yonmadi. Nega LED ga rezistor kerak? Qaysi rezistorni tanlasa, chiroq yorqin yonadi-yu, kuymaydi? Maketli platada zanjirni yig‘ing, rezistorni almashtiring, tokni o‘lchang — va ataylab bitta LED ni kuydirib ko‘ring.

Mavzu

LED va rezistor: Om qonuni. Velosiped orqa chirog‘i: rezistorsiz ulangan LED chirt etib o‘chadi — qaysi rezistor kerak

Asosiy tushunchalar

Om qonuni
LED kuchlanishi
Tok chegarasi

Formulalar

I = \frac{U - U_{L E D}}{R}

Zanjirdagi tok: manba kuchlanishidan LED kuchlanishi ayiriladi, qolgani rezistorga tushadi (Om qonuni).

R = \frac{U - U_{L E D}}{I}

Kerakli rezistor: istalgan tok (odatda 10–20 mA) uchun hisoblanadi, so‘ng yaqin standart qiymat olinadi.

U = U_{L E D} + I \cdot R

Kuchlanishlar yig‘indisi: manba kuchlanishi LED va rezistor o‘rtasida bo‘linadi.

P_{R} = I^{2} R = \frac{{(U - U_{L E D})}^{2}}{R}

Rezistorda ajralayotgan quvvat — oddiy rezistor uchun 0,25 Vt dan oshmasligi kerak.

Nazariya

Zanjir: manba, o‘tkazgich, iste’molchi

Tok faqat yopiq zanjirda oqadi: batareyaning musbat qutbidan simlar va rezistor orqali LED ga, undan manfiy qutbga. Kalit simini olib qo‘ysangiz, zanjir ochiladi — tok nol. Maketli platada bir ustundagi beshta teshik ichkaridan metall tasma bilan ulangan, shuning uchun qismlarning oyoqlari bir ustunga tushsa — ular ulangan bo‘ladi.

LED — yorug‘lik chiqaruvchi diod

LED oddiy lampochka emas: u diod, tokni faqat bir tomonga o‘tkazadi (uzun oyoq — anod, «+» tomonga). Tok o‘tishi uchun unga ma’lum kuchlanish — $U_{L E D}$ — kerak: qizil ≈ 1,9 V, sariq ≈ 2 V, yashil ≈ 2,2 V, ko‘k va oq ≈ 3,1–3,2 V. Bu kuchlanish yarimo‘tkazgich materialiga bog‘liq. Ushbu kuchlanishdan keyin LED ning o‘z qarshiligi juda kichik — tokni LED emas, rezistor cheklaydi.

Om qonuni va rezistor hisobi

Rezistorga manba kuchlanishining qolgan qismi tushadi: $U_{R} = U - U_{L E D}$ , va Om qonuni bo‘yicha $I = U_{R} / R$ . Masalan, 4,5 V manba, qizil LED (1,9 V), 150 Ω: $I = (4,5 - 1,9) / 150 \approx 0,017$ A = 17 mA — ayni me’yor. Rezistor yo‘q bo‘lsa, $R$ o‘rnida faqat simlar va batareyaning ichki qarshiligi (bir necha o‘ndan bir om) qoladi — tok amperlarga yetadi.

Nega LED kuyadi

Oddiy 5 mm LED uchun odatdagi tok 20 mA, mutlaq chegara 30 mA. Undan oshsa kristall qiziydi: 2 baravar oshiqcha tok — bir necha soniyada, 50 baravar — bir zumda. Chirt etgan tovush va dumalab chiqqan tutun — kristall yonganining belgisi; bunday LED boshqa yonmaydi. Rezistor ham qiziydi: $P = I^{2} R$ ; 0,25 Vt dan oshsa, rang o‘zgaradi va hid chiqadi.

Teskari ulash va yetmagan kuchlanish

LED ni teskari ulasangiz (anod «−» tomonda), diod yopiq — tok oqmaydi, LED yonmaydi, lekin 5 V gacha teskari kuchlanishga chidaydi (buzilmaydi). Manba kuchlanishi $U_{L E D}$ dan kichik bo‘lsa ham yonmaydi: ko‘k LED (3,1 V) ikkita AA (3 V) bilan zo‘rg‘a miltillaydi yoki umuman yonmaydi — qancha rezistor qo‘ymang, foyda yo‘q.

Model haqida

Zanjir tugunlar usulida hisoblanadi. LED bo‘lakli model: $U_{L E D}$ gacha tok yo‘q, undan keyin 2 Ω qarshilik (haqiqiy LED da kuchlanish tok bilan biroz o‘sadi). Batareyaning ichki qarshiligi hisobga olingan (AA ≈ 0,15 Ω dan, «krona» ≈ 1,7 Ω). Qizish — sodda issiqlik modeli: 30 mA dan oshiqcha tok vaqt bo‘yicha yig‘iladi; haqiqiy LED lar biroz farq qiladi, lekin tartib shu.

Bilasizmi?

Birinchi ko‘rinadigan (qizil) LED ni 1962-yilda General Electric kompaniyasida Nik Holonyak yaratgan; o‘shandan beri LED lar fonarlardan telefon ekranlarigacha hamma joyda.
Yorqin ko‘k LED ni 1993-yilda Shuji Nakamura (Nichia) yaratdi; shu kashfiyot uchun Isamu Akasaki, Hiroshi Amano va Shuji Nakamura 2014-yilda fizika bo‘yicha Nobel mukofotini oldilar — ko‘k LED tufayli oq LED lampalar paydo bo‘ldi.

Tajribada nima bor

Haqiqiy plata qo‘lda chizilgan rasmda: uni aylantirasiz, qismlarni joylaysiz, zanjirni ulaysiz, kodni yozib yuklaysiz — tok va kuchlanish o‘sha zahoti hisoblanadi, xato ulashda qism kuyadi. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Elektr zanjiri: fonar — 5–6-sinf
Maketli plata: qatorlar — 5–6-sinf
Rezistorlar: rang kodi — 7-sinf
Kuchlanish bo‘luvchi va potensiometr — 7-sinf