Кривая I - V с Arduino: 5 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Я решил создать ВАХ светодиодов. Но у меня всего один мультиметр, поэтому я создал простой измеритель I-V с Arduino Uno.

Из Wiki: вольт-амперная характеристика или ВАХ (вольт-амперная кривая) - это взаимосвязь, обычно представленная в виде диаграммы или графика, между электрическим током, протекающим через цепь, устройство или материал, и соответствующим напряжением, или разность потенциалов на нем.

Шаг 1: Список материалов

Для этого проекта вам понадобятся:

Arduino Uno с USB-кабелем

макетная плата и кабель duponts

светодиоды (я использовал 5 мм красный и синий светодиоды)

капельный резистор (шунтирующий резистор) - я решил на 200 Ом (для 5В максимальный ток 25 мА)

резисторы или потенциометр, я использую смесь резисторов - 100 кОм, 50 кОм, 20 кОм, 10 кОм, 5 кОм, 2.2 кОм, 1 кОм, 500 кОм

Шаг 2: Схема

Цепь состоит из тестового светодиода, шунтирующего резистора (R_drop) для измерения тока. Для изменения падения напряжения и тока я использую различные резисторы (R_x).

Основной принцип:

• получить полный ток I в цепи
• получить падение напряжения при тестировании светодиода Ul

Общий ток I

Чтобы получить полный ток, я измеряю падение напряжения Ur на шунтирующем резисторе. Для этого я использую аналоговые контакты. Измеряю напряжение:

• U1 между GND и A0
• U2 между GND и A2

Разное из этих напряжений равно падению напряжения на шунтирующем резисторе: Ur = U2-U1.

Общий ток I равен: I = Ur / R_drop = Ur / 250

Падение напряжения Ul

Чтобы получить падение напряжения на светодиоде, я вычитаю U2 из общего напряжения U (которое должно быть 5 В): Ul = U - U2

Шаг 3: Код

поплавок U = 4980; // напряжение между GND и Arduino VCC в мВ = общее напряжение

поплавок U1 = 0; // 1 зонд

поплавок U2 = 0; // 2 зонд

float Ur = 0; // падение напряжения на шунтирующем резисторе

float Ul = 0; // падение напряжения на светодиоде

поплавок I = 0; // общий ток в цепи

float R_drop = 200; // сопротивление замыкающего резистора

установка void ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode (A0, ВХОД);

pinMode (A1, ВХОД);

}

пустой цикл ()

{

U1 = float (analogRead (A0)) / 1023 * U; // получаем напряжение между GND и A0 в милливольтах

U2 = float (analogRead (A1)) / 1023 * U; // получаем напряжение между GND и A1 в милливольтах

Ур = U2-U1; // падение напряжения на шунтирующем резисторе

I = Ur / R_drop * 1000; // общий ток в микроампер

Ul = U-U2; // падение напряжения на светодиоде

Serial.print («1»);

Серийный принт (U1);

Serial.print («2»);

Серийный принт (U2);

Serial.print ("////");

Serial.print («Падение напряжения на шунтирующем резисторе:»);

Serial.print (Ур);

Serial.print («падение напряжения на светодиоде:»);

Serial.print (Ul);

Serial.print ("общий ток:");

Serial.println (I);

// Пауза

задержка (500);

}

Шаг 4: Тестирование

Я тестировал 2 светодиода, красный и синий. Как вы можете видеть, синий светодиод имеет большее напряжение колена, и поэтому синий светодиод требует, чтобы синий светодиод начал дуть около 3 вольт.

Шаг 5: Тестирование резистора

Я делаю ВАХ для резистора. Как видите, график линейный. Графики показывают, что закон Ома работает только для резисторов, а не для светодиодов. Я рассчитываю сопротивление, R = U / I. Измерения неточны при малых значениях токов, потому что аналого-цифровой преобразователь в Arduino имеет разрешение:

5 В / 1024 = 4,8 мВ, а ток -> 19,2 мкА.

Я считаю, что ошибки измерения:

• Контанты макета не являются суперконтантами и допускают некоторые ошибки в напряжении
• Используемые резисторы имеют около 5% разницы в сопротивлении
• Значения АЦП из аналогового считывания осциллируют