홍라이프 계산기LED 저항 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
LED는 전원에 바로 연결하면 안 됩니다. 전압이 조금만 올라도 전류가 급격히 늘어 순식간에 타 버릴 수 있기 때문입니다. 이 계산기는 LED 전류를 정해 주는 직렬 저항값을 구하고, 다음 표준 E12 값으로 올림하며, 저항에서 소모되는 전력을 보여 줍니다. LED 한 개 또는 같은 LED 여러 개를 직렬로 연결한 경우에 쓸 수 있습니다.
계산 방법
- 저항: R = (V_s − n · V_f) / I_f이며, I_f는 mA를 A로 바꿔 넣습니다.
- 가장 가까운 E12 상위값: 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, 8.2 계열(10의 거듭제곱 배)에서 바로 위 값입니다.
- 저항 전력: P = (V_s − n · V_f) × I_f이며, I_f를 mA로 넣으면 mW가 됩니다.
V_s는 전원 전압, V_f는 LED 한 개의 순방향 전압, n은 직렬 LED 수입니다. 전원이 n · V_f보다 높지 않으면 저항으로는 동작시킬 수 없어 전원이 부족하다고 표시합니다.
원리
LED는 일단 도통하면 대략 일정한 전압 강하처럼 행동합니다. 키르히호프 전압 법칙에 따라 전원 전압은 LED와 저항이 나눠 가지므로 저항에는 남은 V_s − n·V_f가 걸리고, 옴의 법칙으로 전류가 정해집니다. 표준값으로 올림하면 전류가 조금 줄어드는데, 이것이 안전한 방향입니다. 저항에 걸리는 여유 전압이 클수록 LED 개체 차이나 온도에 따른 V_f 변화가 전류에 주는 영향이 작아집니다.
예제 풀이
- 저항 양단 전압: 5 − 1 × 2.0 = 3.0 V입니다.
- 전류: 20 mA = 0.020 A입니다.
- R = 3.0 / 0.020 = 150 Ω입니다.
- 150 Ω은 E12 값이므로 상위 E12 값도 150 Ω입니다.
- 전력: 3.0 V × 20 mA = 60 mW이므로 1/8 W(125 mW)나 1/4 W 저항이면 충분합니다.
| LED 전류 (mA) | 저항 (Ω) |
|---|---|
| 5 | 600 |
| 10 | 300 |
| 15 | 200 |
| 20 | 150 |
| 25 | 120 |
| 30 | 100 |
| 40 | 75 |
결과 해석
순방향 전압은 빨강·노랑·주황 LED가 약 1.8~2.2 V, 파랑·흰색·순녹색 LED가 약 2.8~3.4 V이지만 반드시 데이터시트를 확인하십시오. 소형 표시용 LED는 정격 20 mA가 많아도 2~10 mA에서 충분히 밝은 경우가 많습니다. 저항은 계산 전력의 2배 이상 정격을 골라야 발열이 적습니다.
흔한 실수
- 병렬 LED 여러 개에 저항 하나만 쓰는 경우
- 직렬 LED를 너무 많이 넣어 여유 전압이 거의 없는 경우
- 저항값을 내림해 전류가 목표보다 커지는 경우
- USB나 배터리 전압이 부하와 잔량에 따라 변한다는 점을 잊는 경우
자주 묻는 질문
12 V 전원에는 어떤 저항이 필요한가요?
2 V LED 한 개, 20 mA라면 (12 − 2) / 0.02 = 500 Ω이므로 E12의 560 Ω을 쓰며, 이때 전류는 약 17.9 mA, 저항 소모 전력은 약 0.18 W입니다.
3.3 V에 저항 없이 LED를 연결해도 되나요?
권하지 않습니다. 전압이 V_f보다 조금만 높아도 전류가 크게 변합니다.
저항은 LED 앞에 다나요, 뒤에 다나요?
어느 쪽이든 됩니다. 직렬 회로에서는 모든 부품에 같은 전류가 흐르기 때문입니다.
출처: Horowitz, Hill, The Art of Electronics, 3판, Cambridge University Press · IEC 60063, Preferred number series for resistors and capacitors