W skrócie:

1. Rezystor w tym obwodzie jest „rezystorem ograniczającym prąd”
2. Rezystancja zależy od spadku napięcia przewodzenia i wymagań prądowych diody LED .
3. Uziemienie stanowi część obwodu. Mikrokontroler jest również podłączony do masy. Jest to punkt odniesienia, względem którego mierzone są wszystkie inne napięcia w obwodzie.

Bardziej szczegółowo:

Dioda LED wymaga pewnej ilości prądu do zaświecenia. Ma również określone napięcie, które działa. Nigdy nie są one takie same, jak 5v Arduino wysyła przez swoje piny IO. Tak więc, jeśli dioda LED ma napięcie przewodzenia 2,2 V i maksymalny prąd znamionowy 25 mA, a Arduino wystawia 5 V, musimy stracić część tego napięcia, aby obniżyć je do 2,2 V. Rezystor robi to za nas.

Obliczamy wartość rezystora za pomocą prawa Ohma, zgodnie z którym:

\ $ R = \ frac {V} {I} \ $

Albo rezystancja to napięcie podzielone przez prąd.

Tak więc dla naszej diody LED 2,2 V będziemy musieli stracić 2,8 V za pomocą rezystora. Dioda LED może pobierać 25 mA (maks. Bez spalania), jak wspomniano powyżej.

Więc możemy umieścić te wartości we wzorze naszego prawa Ohma:

\ $ R = \ frac { 2.8} {0.025} \ $

Co daje nam odpowiedź 112Ω

W przypadku diody LED, którą wybrałem losowo powyżej, użyłbyś rezystora 112Ω, aby powstrzymać ją przed zapaleniem pop . Ponieważ nie wytwarzają one powszechnie rezystorów 112 Ω (można uzyskać dowolną wartość, ale kosztują one zmniejszenie obciążenia), wybierana jest następna wartość wyższa - zwykle 120 Ω.

Nie znając dokładnych specyfikacji diody LED, nie można dokładnie wiedzieć, jakiego rezystora należy użyć, ale rezystor o wyższej wartości jest bezpieczniejszy niż rezystor o niższej wartości (po prostu może nie świecić tak jasno), a obszar wokół 500Ω jest rozsądną wartością do pokrycia większość diod LED.

Jeśli chodzi o połączenie z masą - to tylko kolejny przewód - połączenie „powrotne”, które utrzymuje prąd w pętli. Tylko dlatego, że nazywa się „gruntem”, nie czyni go wyjątkowym - jest tylko punktem odniesienia. 5 V w obwodzie to w rzeczywistości „5 V w odniesieniu do masy”. Wszystkie części obwodu oznaczone symbolem masy są ze sobą połączone - to po prostu oszczędza rysowanie przewodów.

Prosta żarówka może działać bezpośrednio na, powiedzmy, 3 V, 5 V, 12 V (w zależności od tego, jaką otrzymujesz). Dioda LED jest inna, potrzebuje pewnej ilości prądu, zanim się zaświeci. Ponieważ dioda LED jest rodzajem diody (symbolika to pokazuje), napięcie pozostaje prawie stałe, gdy przewodzi. Trochę wzrośnie, ale to prawie nieistotne.

Typowa dioda LED wymaga minimum 1 lub 2 mA do zaświecenia. Większość ma maksymalnie około 20 mA. Napięcie zależy od koloru i czasami rodzaju posiadanej diody LED. Powiedzmy, że masz prostą czerwoną diodę LED. Zwykle będzie to oznaczać „spadek 2 V przy 20 mA”. Oznacza to, że jeśli przepuścisz przez niego 20 mA, nastąpi spadek napięcia o 2 V (NIE odwrotnie - na początku może to być trochę trudne do zrozumienia) .Ale mamy zasilanie 5 V, prawda? Więc jeśli dodamy do niego 5V, dioda LED będzie przewodzić znacznie więcej niż 20mA i wybuchnie. Chcemy utworzyć obwód, w którym rezystor pobiera 3 V, a 20 mA przepłynie zarówno przez rezystor, jak i diodę LED (ponieważ są połączone szeregowo).

Możemy to zrobić zgodnie z prawem Ohma. Opisuje zależność między prądem a napięciem rezystora: R = U / II W tym przypadku chcemy U 3V (napięcie na rezystorze) i I o wartości 20mA. Wypełniamy więc: R = 3 V / 20 mA = 3 V / 0,02 A = 150 omów.

Teraz, ponieważ dioda LED działa w Arduino, mikrokontroler może nie być w stanie dostarczyć 20 mA. Ponadto nie znam dokładnych specyfikacji diody LED, która może być inna. Więc zakładam, że obliczyli 560 omów na dobrej podstawie.

Dlaczego oczywiście nie jest to 20k lub 2 omy ... cóż. Jeśli umieścisz całe 5 V na rezystorze 20 k, uzyskasz tylko 0,25 mA prądu. Zakładając, że dioda LED trochę potrwa, prawie w ogóle nie będzie światła, a jeśli weźmiesz 2 omy, wysadzisz diodę LED. Przepłynie tak dużo prądu, że dioda LED się pali.

Co do arduino; Arduino zawiera chip mikrokontrolera. Są to inteligentne urządzenia, które mogą zmieniać wyjście pinu. Może sprawić, że pin będzie wysoki (5 V) lub niski (0 V). Możemy to zaprogramować za pomocą oprogramowania.Jeśli ustawisz pin na wysokim poziomie, po prostu przyłoży 5V do diody LED i rezystora. Prąd będzie płynął, dioda LED zaświeci się itp. Jeśli ustawisz niski, ustawi 0V na diodzie LED i rezystorze. To niewiele da, a dioda LED zgaśnie.

Obwody zawsze wymagają pętli, ale mikrokontroler ma w sobie sprzęt, który to naprawi. Pomyśl o tym jak o przełącznikach wewnątrz, które będą podłączać zasilanie 5 V do pinu 13 lub GND (jeśli jego stan jest niski). Dioda LED i rezystor są podłączone do masy, więc uzupełnia ten obwód. Mogliśmy też zrobić to na odwrót, ale wtedy dioda LED będzie WŁĄCZONA, jeśli ustawisz pin na niski (0V) i wyłączysz, jeśli ustawisz pin na wysokim (5V).

3. Myślałem, że obwody mają się kręcić, żeby prąd płynął non stop? Jaki jest powód zakończenia obwodu na gnd?

Zgadza się. Musi istnieć pełna pętla, aby ładunki elektryczne przepływały wokół pętli i aby energia elektryczna przepływała z akumulatora do diody LED.

W tym przypadku ładunki elektryczne przepływają (bardzo wolno) w zamkniętej pętli przez rezystor, przez diodę LED, przez przełącznik wewnątrz Arduino podłączony do pinu + 5 V, przez regulator napięcia, przez akumulator iz powrotem do rezystora.

Zasilanie elektryczne przepływa (bardzo szybko) z akumulatora do diody LED wzdłuż ścieżki (przepływu Poyntinga), która jest tak skomplikowana, że niewiele osób zadaje sobie trud narysowania tego.

W rzeczywistości zwykle nawet nie zawracają sobie głowy rysowaniem całej pętli dla ścieżki przepływu ładunków elektrycznych Często mamy dziesiątki urządzeń, z których każde ma co najmniej jeden pin, który musi być fizycznie podłączony do ujemnego końca baterii, ale zamiast rysować dziesiątki linie od baterii do dziesiątek urządzeń na całym schemacie, symbolizujemy to połączenie małym trójkątnym „symbolem uziemienia”.

S Czasami tworzymy symbole dla innych punktów, do których podłączonych jest wiele przewodów i wielu komponentów. Więc mój schemat może mieć grupę komponentów z „+5 V” na górze i „GND” poniżej, co wydaje się odizolowane od wszystkiego innego na schemacie.

Ale ta grupa komponentów nie jest fizycznie izolowana To część kompletnej pętli, bo jak wspominam deszcz pada mi na głowę, a potem kapie z moich ubrań na ziemię, to nie mówię, że woda wypłynęła znikąd, a potem w tajemniczy sposób zniknęła, gdy uderzyła w grunt - pomijam szczegóły dotyczące zlewni i formowania się rzek oraz cyklu wodnego, ponieważ zakończenie pętli jest powszechnie znane.

(Zakładam, że używasz akumulatora 12 V do zasilania Arduino i (pośrednio) migającej diody LED. Istnieje wiele innych źródeł zasilania, które równie dobrze będą migać diodą LED, ale ich wyjaśnienie jest trudniejsze).