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Arduino第一課:LED串流電阻的學問

   
 

一般而言,在Arduino學習中,第一步都是學習驅動(點亮)LED,這就如同學習程式語言一樣,第一課都是如何顯示出「Hello! World!」字串。

不過,多數Arduino初學書也多會說,在將13號接腳接到LED正極前,必須串接一個220歐姆的電阻,或者在LED負極接地前,要串接上一個220Ω(歐姆)的電阻,二擇一均可。

更粗略的教學書可能說不用串,但比較詳細的教學書會說這個電阻要串,否則容易因過高的驅動電壓而損壞LED。另外有一種更粗略的教學,因為有些Arduino系統板已經直接在13號腳位接上LED,所以連外接LED的電路都不說明,直接教導用程式驅動系統板上的LED,那所學到的就更少了。

即便如此,一般教學書不會進一步解釋,為何是220歐姆的電阻?而不是221歐姆的電阻?也不是219歐姆的電阻?但在這裡,我們要對此進行解釋,這個電阻阻值是如何決定的,但在說明之前,各位必須先了解何謂歐姆定律,以及電壓的分壓技術才行。

認識基本原理

1. Arduino的I/O最高驅動力

首先說明Arduino的I/O驅動力,Arduino的接腳設定為輸出時,若為高電位輸出,電壓為5V,最大可以的輸出電流為40mA(毫安培),若輸出電流比這個大,則Arduino的主控晶片(ATmega系列微控制器)是會燒毀的。

2. LED的最低驅動要求

想要點亮LED,一般而言(在此以億光的313型LED為主)需要2V電壓及20mA電流,最高則可承受2.4V電壓與瞬間160mA電流,超過這個限度,LED就會燒毀。

達到省電效果的設計

了解上述後,我們只是確保如何安全點亮LED,才不會燒毀Arduino晶片或燒毀LED,但確保之後我們進一步需要的,是如何以最低的用電來點亮LED,達到省電效果。

1. 從LED電氣特性下手

要達到這個效果,先要了解LED的電氣特性,LED是發光二極體,二極體自身的電阻值,是隨著電壓高低與電流高低而不同的,各位先看下圖圖a,在電壓2V時電流是20mA,而電壓2.2V時電流是30mA,各位除一除,會發現電阻值是會變的:

313 LED Curve

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陸向陽

Author: 陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。

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3 Comments

  1. 二極體的導通電阻應該是v-i特性曲線的斜率倒數,不能用絕數的電流數值去除以電壓值。以圖一來說,其v-i特性曲線幾近直線,斜率固定,故其電阻也幾近定值,約為(2.4-2.0)V / (40-20)mA = 0.02kΩ = 20Ω。

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  2. 如何知道 目前使用的 LED 的最大可用電壓與電流
    (因為買了一段時間,找不到當時的紀錄)

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  3. 你好!抱歉剛接觸想問問所以電阻都是計算出來的?
    如果買條狀的http://goods.ruten.com.tw/item/show?21105246351707
    兩條串聯。接arduino要幾多少電阻呢?
    算法是?
    謝謝

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