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  • Committer: edam
  • Date: 2011-11-04 13:48:15 UTC
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electronics-information
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Why can't I use a potentiometer to get a different voltage?
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===========================================================
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Suppose that you have 12V and you need 6V. Why can't you use an
 
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Suppose that you have 12V and you need 6V.  Why can't you use an
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5
arrangement like this to get your 6Vs?
6
6
 
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    +12V -------+---------
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                |
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                [] R
 
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               |¯|
 
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               |_| R
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                |
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                +--------o  6V, yes?
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                |
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                [] R
 
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               |¯|
 
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               |_| R
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                |
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      0V -------+---------
 
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     GND -------+---------
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You *do* get 6V, but it isn't actually practical to do this. The
 
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You *do* get 6V, but it isn't actually practical to do this.  The
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problem is that, when R is suitably high, you've limited the current
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so much that it isn't really useful.
 
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at the 6V pin so much that it isn't really useful.
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And when R is suitably low, there isn't enough resistance between the
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+12V and 0V rails to prevent a lot of current flowing. Lets work this
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out (lets suppose that R is 1 ohm).
 
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+12V and GND rails to prevent a lot of current flowing.  Lets work
 
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this out (lets suppose that R is 1 ohm).
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        V = IR, therefor I = V/R
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        P = VI = V(V/R) = RV^2 = 1 * 12 ^ 2 = 144W
 
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        P = VI = V(V/R) = (V^2)/R = ( 12 ^ 2 ) / 1 = 144W
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        P = VI, therefor I = P/V = 144/12 = 12A
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That's a lot of current and a lot of power, flowing continuously, just
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actually change the ratio of the potentiometer, so you wouldn't get 6V
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anyway.
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The solution is to use a voltage regulator. The 7805 will give out 5V
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(so long as you can supply it with at least 7V). But the arduinos
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already have something similar on-board and so can take an input
 
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The solution is to use a voltage regulator.  The 7805 will give out 5V
 
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(so long as you can supply it with at least 7V).  But the arduinos
 
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already have something similar on-board and they can take an input
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voltage in the range 6-20V (although 7-12V is recommended).
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Wiring up multiple LEDs in series to a single arduino pin
 
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=========================================================
 
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First, lets think about a single LED.
 
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             |
 
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    Arduino  |     ___      ,,
 
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            o-----|___|-----►|---- GND
 
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             |      R       D
 
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             |
 
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The arduino pin, when raised high, is at 5V and no more than 20mA can
 
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be taken from it.  The LED will take about 10mA and wants about 1.5V.
 
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You can think of this as a potentiometer arrangement, with the
 
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resistance of R and D proportionally splitting the voltage between the
 
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two components.  We want 1.5V across the LED, so we need 3.5V (that's
 
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5 - 1.5) across the resistor.  Now, we don't know the resistance of
 
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the LED, but we don't need to.  If we know that we want 10mA through
 
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the whole series (the resistor and the diode), then we can use V=IR as
 
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follows...
 
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    V=IR, therefore R=V/I
 
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    R = 3.5 / .01 = 350Ω
 
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Which is why the standard resistor you'd use with one LED is orange,
 
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orange, brown (actually, 340 ohms).
 
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Now lets consider more than one LED in series.
 
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             |
 
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    Arduino  |     ___      ,,     ,,
 
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            o-----|___|-----►|-----►|---- GND
 
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             |      R       D1     D2
 
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             |
 
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Ok, so now you still need 10mA through the whole series, but you want
 
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1.5V across the first diode and 1.5V across the second as well.  That
 
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leaves 2V across R, the resistor (5 - 1.5 - 1.5).
 
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    R = V/I = 2 / .01 = 200Ω
 
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You can see that beyond three or perhaps, at a push, four LEDs you're
 
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not going to get the required 1.5V across each LED. So three (or four)
 
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is the limit to how many LEDs you can drive in series from one pin on
 
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the arduino.
 
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Wiring up multiple LEDs in parallel to a single arduino pin
 
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===================================--======================
 
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Image we have
 
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             |
 
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    Arduino  |     ___        ,,
 
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            o-----|___|---+---►|---.
 
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             |      R     |   D1   |
 
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             |            |        |
 
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             |            |   ,,   |
 
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             |            '---►|---+--- GND
 
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             |                D2
 
105
 
 
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This wouldn't work. We can't use one resistor in series with the two
 
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LEDs because the resistance of the two LEDs wont actually be exactly
 
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the same.  You'll end up running one brighter than the other and burn
 
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one out quicker.
 
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So, imagine we have this instead
 
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             |
 
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    Arduino  |        ___        ,,
 
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            o----+---|___|----►|---.
 
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             |   |     R1     D1   |
 
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             |   |                 |
 
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             |   |    ___     ,,   |
 
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             |   '---|___|----►|---+--- GND
 
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             |         R2     D2
 
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This is ok.  R1 and R2 are just the usual 340 ohms.  But we have to
 
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bare in mind that each LED requires 10mA.  So the total current drawn
 
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from the arduino pin will be 20mA, which is the most you're allowed to
 
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draw.  So two LEDs is the most that we can drive, in parallel, directly
 
126
from a pin.
 
127
 
 
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Using a transistor to drive multiple LEDs
 
130
=========================================
 
131
 
 
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In both of the following diagrams, the resistor on the arduino pin,
 
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R1, just needs to be something suitably high to provide a small
 
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current on the base of the transistor. So, R1 could be 1kΩ.
 
135
 
 
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Here's an "in series" set up
 
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                           .----- 12V
 
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                           |
 
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                          |¯|
 
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                          |_| R2
 
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                           |
 
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                           |
 
144
                           ▼  D1
 
145
                           ¯``
 
146
                           |
 
147
             |             |
 
148
             |             ▼  D2
 
149
             |             ¯``
 
150
             |             |
 
151
             |             |
 
152
             |             ▼  D3
 
153
             |             ¯``
 
154
             |             |
 
155
    Arduino  |    ___    ,-|
 
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            o----|___|--(|< ) T
 
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             |     R1    `-|
 
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             |             |
 
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             |             '----- GND
 
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This is fine. D1, D2 and D3 will require a total of 4.5V across them
 
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(1.5V each), leaving plenty of headroom (you've got 12V to play with).
 
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R2 would be
 
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    R2 = V/I = ( 12 - 1.5 - 1.5 - 1.5 ) / 0.01 = 750Ω
 
166
 
 
167
So the limit here is about 8 LEDs.
 
168
 
 
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Something else to consider here is that the transistor actually also
 
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requires 0.7V across it.  So in that calculation, the desired voltage
 
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across R2 should actually be 12 - 1.5 - 1.5 - 1.5 - 0.7, but we can
 
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safely ignore it in this example.
 
173
 
 
174
Here's an "in parallel" set up
 
175
 
 
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                           .-------+-------+----- 12V
 
177
                           |       |       |
 
178
                          |¯|     |¯|     |¯|
 
179
                          |_| R3  |_| R4  |_| R5
 
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             |             |       |       |  
 
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             |             |       |       |
 
182
             |             ▼  D1   ▼  D2   ▼  D3
 
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             |             ¯``     ¯``     ¯``
 
184
             |             |       |       |
 
185
             |             +-------+-------'
 
186
             |             |
 
187
    Arduino  |    ___    ,-|
 
188
            o----|___|--(|< )
 
189
             |     R1    `-|
 
190
             |             |
 
191
             |             '----- GND
 
192
 
 
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Here, R3 = R4 = R5 = 340Ω, as usual.  The numbher of LEDs is limited
 
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only by the current that can be drawn from the power supply.