←
GpioLab pin je součástka, ne symbol
Otevřít interaktivní verzi → Do kalkulačky →

Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.

Pod tím leží

LED a rezistor — a co v tom vzorci chybí

Nejčastěji stavěný obvod na světě má vzorec, který zná každý:

R = (VDD − VF) / Ia chybí v něm jeden člen
5,0 VV_Frezistorúbytek diody1,90 Vodpor pinu40 Ωspočítaný rezistor270 Ωz řady E12270 Ωskutečný proud10,0 mAbez rezistoru by teklo 78 mAv mezích pinuv pinu se topí 4 mWATmega328P (5 V) · červená
  1. VDD = 5,0 V

    Nad diodou a rezistorem se musí rozdělit napětí napájení. Nic víc k rozdělení není.

  2. VF = 1,9 V

    Úbytek na diodě je skoro nezávislý na proudu — je to vlastnost polovodiče, ne odpor. Modrá si bere 3,1 V, červená 1,9 V.

  3. Rpin = 40 Ω

    Pin není ideální zdroj — má svůj odpor, přesně ten z LogicLabu. Na obvyklých vzorcích chybí a je to vidět na jasu.

  4. R = (VDD − VF)/I − Rpin = 270 Ω

    Zbytek napětí dělený požadovaným proudem je odpor. A z toho se ještě odečte odpor pinu.

  5. 270 Ω → I = 10,0 mA

    Řada E12 nemá každou hodnotu. Zaokrouhlí se na nejbližší a spočítá se, co doopravdy poteče.

Napájení jako pruh, který se rozdělí. Dioda si vezme svoje, pin taky, a co zbyde, patří rezistoru. Přepni na modrou při 3,3 V.

Ten chybějící člen

Pin má vlastní odpor. Je to týž RON, kterým LogicLab vysvětluje ztracenou šumovou rezervu — u 5V AVR 40 Ω na horní straně, u 3,3V mikrokontroléru zhruba 50. Při 10 mA to je půl voltu, které vzorec rozdělil rezistoru, a dostal je pin.

R = (VDD − VF) / I − Rpina tohle je celý rozdíl

Na červené diodě z pěti voltů je to rozdíl mezi 310 Ω a 270 Ω, tedy jeden krok v řadě E12 — v praxi nic. Na modré diodě z 3,3 V je to celý obvod, protože nad ní zbývá jen 0,2 V a odpor pinu je z nich větší část.

Modrá dioda na 3,3 V

VF = 3,1 V, napájení 3,3 V, zbývá 0,2 V. Rezistor podle vzorce vychází na 40 Ω, ale pin má svých 50 — rezistor tedy vychází záporný. Nástroj to nehlásí jako chybu, protože to chyba není: znamená to, že pin sám je celý proudový omezovač a poteče 4 mA, ať se udělá cokoli. Dioda bude svítit slabě, obvod bude fungovat, a rezistor tam nepatří.

Kam se poděje výkon: na diodu, na rezistor a do čipu. Ta třetí část se přehlíží, a přitom u osmi diod po 10 mA na 3,3V pinech dělá zhruba 40 mW rozprostřených po pouzdře — samo o sobě málo, ale sčítá se to se vším ostatním a je to uvnitř čipu, kde se to nejhůř chladí.

Nahoru, nebo dolů?

Dioda se dá zapojit z pinu do země (pin ji napájí), nebo z napájení do pinu (pin ji stahuje). U většiny čipů je spodní strana silnější — a u 5V AVR je to poznat: horní strana má 40 Ω, spodní 45. Rozdíl je malý, ale u starších obvodů býval několikanásobný, a odtud pochází zvyk zapojovat indikační diody „proti napájení“, kdy pin svítí nulou.

Vzorce v této kapitole

R — rezistor k diodě
R = (V_DD − V_F)/I − R_pin [Ω] Ohmův zákon