Nadogradite LED svjetlo: 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Ovaj je projekt započeo jer sam u ormaru imao LED svjetlo koje nije bilo dovoljno svijetlo da bih mogao dobro vidjeti. Mislio sam da su baterije tek pri kraju, ali kad sam ih zamijenio, nisu postale svjetlije! Zaključio sam da ću otvoriti svjetlo da vidim što se događa unutra i mogu li lako dodati još LED dioda kako bi postalo svjetlije. No, naravno, LED u boji čine svaki projekt zabavnijim, pa sam umjesto toga odlučio dodati crvene, zelene i plave LED diode. Ovo se činilo kao savršena prilika da napišete nešto za natjecanje Made with Math - ako niste upoznati s Ohmovim zakonom ili kako izračunati vrijednost otpornika za LED koja ograničava struju, ovaj Instructable će vam pokazati kako.

Ako imate pitanja, ne ustručavajte se ostaviti komentar, a ja ću vam se javiti!

Pribor

• Svjetlo za potiskivanje na bateriju, koje se naziva i svjetlo za puck ili svjetlo za slavinu. Dostupno na Amazonu ili u trgovinama hardvera. Ovaj će projekt raditi i s novijim LED svjetlima i sa starijim svjetlima sa žarnom niti.
• LED diode po vašem izboru
• Različiti otpornici - vrijednosti će ovisiti o tome koliko baterija troši vaše svjetlo i koje LED diode odaberete (to je dio ovog uputstva!)
• Kliješta za iglasti nos
• Set mini odvijača (ponekad je potrebno za rastavljanje svjetla)
• Lemilica (preporučeno)
• Multimetar (preporučeno)

Korak 1: Rastavite svoje svjetlo

Započnite rastavljanjem svjetla. Za to će vam obično trebati mini odvijač uklanjanjem stražnjeg poklopca. Unutar ovog možemo vidjeti jednostavan sklop koji se sastoji od stezaljki baterije, gumba, LED diode i otpornika. Svijetlo sa žarnom niti će izgledati slično, ali neće imati otpornik - pa ćete ga morati dodati ako prelazite na LED diode.

Korak 2: Odlučite koje LED diode želite, potražite specifikacije

Postoji mnogo različitih vrsta LED dioda i dolaze u svim različitim bojama. Morat ćete odlučiti koliko LED dioda i koje boje želite koristiti. Najjednostavnije je vjerojatno paralelno dodati više LED dioda iste boje. Ako želite dodati LED diode u seriji ili miješati boje, morat ćete malo više izračunati - ali tome služi ovaj Instructable! Preći ćemo na svaki scenarij.

Nakon što se odlučite za LED diode, morat ćete potražiti njihov pad napona prema naprijed i nazivnu struju prema naprijed. Ove su informacije obično dostupne na web stranici na kojoj ste kupili LED diode ili u podatkovnom listu. LED diode od 5 mm, poput ovih na slici gore, vrlo su česte i obično imaju nazivnu struju od 20 mA. Prednji pad napona kreće se od oko 2V-4V i ovisi o boji.

Korak 3: Odredite napone

Ako nemate multimetar, morat ćete barem odrediti napon odjeljka za bateriju vašeg svjetla. Poznavanje napona vaše baterije potrebno je za izračun otpornika za ograničavanje struje. To možete učiniti samo brojeći baterije. Jedna alkalna AA (ili AAA) baterija daje oko 1,5V, malo više kad je svježa. Kada kombinirate baterije u seriji, naponi se zbrajaju. Dakle, u ovom slučaju, sa četiri svježe AA baterije, trebao bih očekivati nešto više od 6V.

Ako imate pri ruci multimetar, ne može naštetiti ni mjerenje napona. Učinite to dok LED svijetli. U ovom slučaju možete vidjeti da dobivam 6,26V iz baterije, dok imam pad od 3,26V preko LED -a i 2,98V preko otpornika. Zanimljivo je napomenuti da padam gotovo polovicu napona preko otpornika - to je jako uzalud potrošena snaga! O tome kasnije. Ako vam se ne sviđa čitanje koda boje, možete izmjeriti i otpor vašeg otpornika - učinite to dok je LED isključena.

Ako ne znate koristiti multimetar, postoji mnogo dobrih vodiča vani, o Instrucables -u i drugdje. Ja sam napravio ovaj.

Korak 4: Proračun otpornika za jednu LED

Prije nego nastavimo, objasnimo kako izračunati vrijednost otpornika za jednu LED. Otpor je podložan Ohmovom zakonu koji kaže da je V = IR, ili

Jednadžba 1: Napon [volti] = struja [ampera] x otpor [ohma]

Napon vaše baterije i pad napona na LED diodi su (približno) konstantni. Dakle, u gornjem krugu pad napona na otporniku je

Jednadžba 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Uključivanjem toga u Ohmov zakon za otpornik dobivamo:

Jednadžba 3: Vbatt-VLED = IR

Ako imamo ciljnu struju za LED - nazovimo je ILED - tada znamo sve u jednadžbi 3 osim otpora. Tu jednadžbu možemo preurediti kako bismo je riješili za R:

Jednadžba 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

Tako, na primjer, recimo da imamo 2xAA bateriju (koja napaja 3V), crvenu LED sa padom napona prema naprijed od 1,8 V, a želimo 20mA kroz LED. Uključivanjem brojeva u jednadžbu 4 dobivamo:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Otpornici dolaze u smiješnim vrijednostima - pa je vjerojatnost da nemate 60Ω otpornika. Tu dobro dođe znanje kombiniranja otpornika u nizu i paralelno. Međutim, u redu je ako ne dobijete točno 20mA kroz LED - "dovoljno blizu" vjerojatno je u redu za većinu aplikacija!

Konačno, uobičajena je zabluda da otpornik mora doći prije LED -a kako bi pao napon ili ograničio struju. To zapravo nije točno - pokazalo se da se otpornik može postaviti umjesto LED -a. Ovdje pogledajte video koji objašnjava zašto je to istina.

Korak 5: Paralelno dodavanje više LED dioda

Počnimo s najjednostavnijim slučajem: samo želite paralelno dodati više LED dioda iste boje kako bi vaše svjetlo postalo jače. Možda bi bilo primamljivo samo dodati LED diode izravno paralelno s postojećom, zadržavajući jedan otpornik. Ovo radi, kao što možete vidjeti na gornjim fotografijama - svijetle sve tri LED diode - ali postoji problem! Struja kroz jedan otpornik zapravo se ne mijenja ako paralelno dodate više LED dioda. Budući da su LED diode paralelne, struja kroz jedan otpornik će se ravnomjerno podijeliti između njih. Dakle, prije, gdje sam imao 20mA kroz jednu LED, sada dobivam samo 20/3 = 6.67mA kroz svaku LED - i oni neće biti tako sjajni!

Umjesto toga, ako dodate pojedinačni otpornik u seriju sa svakom LED diodom, dobit ćete punu količinu struje kroz svaku LED. Nedostatak je što će vam se baterija isprazniti tri puta brže. U mom slučaju ovo nije velika stvar jer imam svjetlo ugrađeno u ormar i neću ga koristiti tako često.

Dakle, ako se odlučite za ovaj pristup, izbjegli ste matematiku - samo vam treba još nekoliko istih otpornika. U mom slučaju imam otpornik od 100Ω i bijelu LED - samo mi trebaju još dvije od svake da dobijem ukupno tri LED paralelno. (Nažalost, zaboravio sam snimiti taj korak, prije nego što sam prešao na LED u boji).

Korak 6: Dodajte više LED dioda u nizu

Što je s dodavanjem više LED dioda u seriji? Ova opcija radi ako je napon vaše baterije dovoljno visok. LED diode se uopće neće uključiti ako je napon baterije ispod njihovog potrebnog pada napona prema naprijed. Baš kao i kod baterija, kada kombinirate LED diode u seriji, njihovi naponi se zbrajaju. U mom slučaju, moja bijela LED dioda ima pad napona od 3,4 V, pa bi postavljanje dvije u seriju zahtijevalo 6,8 V - više nego što mi pruža baterija. Međutim, na primjer, to možete učiniti s dvije (ili čak tri) crvene LED diode. Ako bi svaka crvena LED imala pad napona od 2 V, a vi želite struju od 20 mA, to bi vam dalo vrijednost otpornika R = (6 - 4) / 0,02 = 100 Ω. Usporedite to sa stavljanjem samo jedne crvene LED diode u krug: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Dodavanjem druge LED diode u seriji, uvelike ste smanjili veličinu otpornika - ali i dalje crpite samo 20 mA, pa ne trošite bateriju brže! Učinili ste krug učinkovitijim jer trošite manje snage u otporniku. To donosi drugu jednadžbu - za otpornik, snaga je jednaka struji na kvadrat puta otporu, ili

P = I^2*R

Dakle, 20mA kroz otpornik od 200Ω rasipa 80mW, dok 20mA kroz otpornik od 100Ω rasipa samo 40mW.

(opet se ispričavam što nemam sliku ovog primjera - paralelno sam prešao na LED u boji)

Korak 7: Miješanje LED -ica različitih boja

Ako želite miješati LED u različitim bojama, imate dvije mogućnosti:

• Spojite ih serijski - ovo radi sve dok je ukupni pad napona na LED -ima manji od napona baterije (pogledajte prethodni korak).
• Spojite ih paralelno, svaki sa svojim otporom - pod pretpostavkom da želite da sve LED diode imaju istu struju pa će imati istu svjetlinu, samo izračunate vrijednost otpornika zasebno za svaku LED, s obzirom na pad napona naprijed.

Ponekad je lakše prvo izraditi prototip ovakvih krugova na ploči (ako ne znate koristiti ploču, pogledajte ovaj vodič). Opet, možda nemate potrebne vrijednosti otpornika koje želite, pa se možete igrati s različitim kombinacijama u nizu/paralelno kako biste fino podesili svjetlinu. U ovom slučaju imam bateriju od 4xAA koja daje oko 6V, odnosno crvenu, zelenu i plavu LED diodu s padom napona od oko 2V, 2V i 3V. To mi daje vrijednost otpornika R = (6-2)/0,02 = 200 Ω za crvenu i zelenu LED i 150 Ω za plavu LED. Nemam na raspolaganju te točne vrijednosti, ali mogu stvoriti otpornik od 200 Ω kombiniranjem dva otpornika od 100 Ω u seriji, a mogu se "dovoljno približiti" otporniku od 150 by kombiniranjem otpornika od 100 Ω i 47 Ω otpornika u seriji.

Korak 8: Dodavanje LED dioda u seriji I paralelno

Osjećate se avanturistički i želite ovu stvar učiniti STVARNO svijetlom? Dodajte LED diode u nizu I paralelno! Opet, zapamtite da za dodavanje LED dioda u seriju napon vaše baterije mora biti veći od zbroja pada napona LED dioda; a ako paralelno dodate LED diode, brže će se isprazniti baterija. Napravite zaseban izračun vrijednosti otpornika za svaki niz LED dioda u nizu.

Korak 9: Vratite to zajedno

Izrada prototipa na ploči s aligatorskim isječcima ili savijanjem žica zajedno s kliještima dobar je način da isprobate različite kombinacije LED/otpornika prije nego dovršite dizajn. Kada sve završite, lemljenje LED dioda i otpornika zajedno pomoći će vam da ih držite na mjestu pri ponovnom sastavljanju svjetla. Neka traka ili vruće ljepilo također mogu spriječiti njihovo kretanje. S crveno-zeleno-plavim LED diodama morao sam ga rastaviti i sastaviti nekoliko puta dok LED diode nisam rasporedio tako da daju ravnomjerno raspršen učinak za sve tri boje. Ovdje konačni proizvod vjerojatno neće biti od velike koristi u mom ormaru, ali svakako izgleda puno hladnije!

Drugoplasirani na natjecanju Made with Math