W układzie z diodą LED zasilaną ze źródła napięciowego konieczne jest ograniczenie prądu, ponieważ charakterystyka prądowo-napięciowa LED jest silnie nieliniowa: niewielki wzrost napięcia może spowodować duży wzrost prądu i uszkodzenie diody. Najprostszy sposób to rezystor połączony szeregowo z LED.
1) Napięcie na rezystorze
Rezystor "przejmuje" różnicę między napięciem zasilania a napięciem przewodzenia LED:
VR = Uz − UD
VR = 24 V − 2 V = 22 V.
2) Wartość rezystancji
Prąd nie powinien przekroczyć 15 mA, więc przyjmujemy I = 0,015 A. Z prawa Ohma:
Rz = VR / I
Rz = 22 V / 0,015 A ≈ 1467 Ω. W praktyce dobiera się wartość z szeregu handlowego (np. E12/E24), czyli 1,5 kΩ, co dodatkowo lekko zmniejsza prąd względem granicznego.
3) Moc wydzielana na rezystorze
Moc strat można policzyć na dwa równoważne sposoby: P = VR · I albo P = I² · R. Najprościej:
P = VR · I
P = 22 V · 0,015 A ≈ 0,33 W.
4) Dobór mocy znamionowej
Wynik 0,33 W to moc tracona w danych warunkach, a nie to samo co moc znamionowa elementu. Rezystor powinien mieć moc katalogową wyższą od obliczonej (zapas na tolerancję, temperaturę, możliwe wahania zasilania i gorsze chłodzenie). Dlatego wybór 0,5 W jest właściwy, natomiast 0,25 W byłoby zbyt małe i groziłoby przegrzewaniem.
Dlaczego pozostałe propozycje są błędne?
- "Rz=1,5 kΩ, P=0,25 W" – rezystancja jest właściwa, ale moc 0,25 W jest niższa od ok. 0,33 W strat, więc rezystor pracowałby ponad dopuszczalnym obciążeniem.
- "Rz=2,2 kΩ, P=0,3 W" – większa rezystancja ograniczyłaby prąd bardziej niż potrzeba (mniejsza jasność), a dodatkowo moc 0,3 W nadal jest poniżej ok. 0,33 W (brak zapasu).
- "Rz=1 kΩ, P=0,5 W" – moc znamionowa jest akceptowalna, ale rezystancja 1 kΩ da prąd około 22 V / 1000 Ω ≈ 22 mA, czyli przekroczy dopuszczalne 15 mA dla LED.
