Dodatočné vybavenie LED svetlometom: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Tento projekt sa začal, pretože v skrini som mal LED podsvietenie, ktoré nebolo dostatočne jasné na to, aby som dobre videl. Myslel som si, že batérie sú takmer vybité, ale keď som ich vymenil, už sa to nerozjasnilo! Myslel som, že rozsvietim svetlo, aby som zistil, čo sa deje vo vnútri, a či by som mohol ľahko pridať ďalšie LED diódy, aby boli jasnejšie. Ale samozrejme, farebné LED diódy robia každý projekt zábavnejším, a tak som sa namiesto toho rozhodol pridať červené, zelené a modré LED diódy. Vyzeralo to ako perfektná príležitosť napísať niečo pre súťaž Made with Math Contest - ak nie ste oboznámení s Ohmovým zákonom alebo ako vypočítať hodnotu odporu obmedzujúceho prúd pre LED, tento návod vám ukáže ako.

Ak máte akékoľvek otázky, neváhajte zanechať komentár a pokúsim sa vás kontaktovať!

Zásoby

• Batériové napájacie svetlo, nazývané tiež svetlo do puku alebo svetlo do kohútika. K dispozícii na Amazone alebo v železiarstve. Tento projekt bude fungovať s novšími LED svetlami aj so staršími žiarovkami.
• LED diódy podľa vášho výberu
• Rôzne odpory - hodnoty budú závisieť od toho, koľko batérií vaše svetlo potrebuje a aké diódy LED vyberiete (zistenie je súčasťou tohto návodu!)
• Ihlové kliešte na nos
• Mini súprava skrutkovačov (niekedy potrebná na rozobratie svetla)
• Spájkovačka (odporúča sa)
• Multimetr (odporúča sa)

Krok 1: Demontujte svetlo

Začnite rozobratím svetla. Na to budete spravidla potrebovať mini skrutkovač odstránením zadného krytu. Vnútri tohto vidíme jednoduchý obvod pozostávajúci z pólov batérie, tlačidla, diódy LED a rezistora. Žiarivkový svetelný obvod bude vyzerať podobne, ale nebude mať odpor - preto ho budete musieť pridať, ak prechádzate na LED diódy.

Krok 2: Rozhodnite sa, aké diódy LED chcete, vyhľadajte si špecifikácie

Existuje mnoho rôznych typov LED diód a sú k dispozícii vo všetkých rôznych farbách. Budete sa musieť rozhodnúť, koľko a aké farebné LED diódy chcete použiť. Najjednoduchšie je pravdepodobne pridať súbežne viac LED diód rovnakej farby. Ak chcete pridať LED diódy do série alebo kombinovať farby, budete musieť urobiť trochu viac matematiky - ale na to slúži tento návod! Prejdeme si každý scenár.

Akonáhle ste sa rozhodli pre LED diódy, budete musieť vyhľadať ich pokles napätia vpred a hodnotenie prúdu vpred. Tieto informácie sú zvyčajne k dispozícii na webových stránkach, kde ste kúpili LED diódy, alebo v technickom liste. 5 mm diódy LED, ako sú uvedené na obrázku vyššie, sú veľmi bežné a zvyčajne sú dimenzované na prúd vpred 20 mA. Dopredný pokles napätia sa pohybuje od približne 2V-4V a závisí od farby.

Krok 3: Stanovte napätie

Ak nemáte multimetr, budete musieť minimálne určiť napätie v priehradke na batérie vášho svetla. Na výpočet odporu obmedzujúceho prúd je potrebná znalosť napätia vašej batérie. Môžete to urobiť počítaním batérií. Jedna alkalická batéria AA (alebo AAA) poskytuje približne 1,5 V, o niečo vyššia, keď sú čerstvé. Keď kombinujete batérie v sérii, napätie sa sčíta. V tomto prípade by som teda so štyrmi čerstvými batériami AA mal očakávať niečo cez 6V.

Ak máte poruke multimetr, nie je na škodu zmerať aj napätie. Vykonajte to, pokiaľ LED dióda svieti. V tomto prípade vidíte, že z batérie dostávam 6,26 V, zatiaľ čo cez diódu LED mám pokles 3,26 V a cez odpor 2,98 V. Je zaujímavé poznamenať, že cez odpor znižujem takmer polovicu napätia - to je veľa zbytočných síl! Viac o tom neskôr. Ak sa vám nechce čítať kód farby, môžete tiež zmerať odpor vášho rezistora - urobte to, keď LED dióda nesvieti.

Ak neviete, ako používať multimetr, existuje veľa dobrých návodov, návodov a inde. Vyrobil som tento.

Krok 4: Výpočet odporu pre jednu LED diódu

Predtým, ako pôjdeme ďalej, vysvetlíme si, ako vypočítať hodnotu odporu pre jednu LED diódu. Rezistor sa riadi Ohmovým zákonom, ktorý uvádza, že V = IR, príp

Rovnica 1: Napätie [volty] = prúd [ampéry] x odpor [ohmy]

Napätie vašej batérie a pokles napätia cez diódu LED sú (približne) konštantné. Takže vo vyššie uvedenom obvode je pokles napätia na rezistore

Rovnica 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Keď to zapojíme do Ohmovho zákona pre odpor, dostaneme:

Rovnica 3: Vbatt-VLED = IR

Ak máme pre LED cieľový prúd - nazvime ho ILED -, potom v rovnici 3 vieme všetko okrem odporu. Túto rovnicu môžeme usporiadať tak, aby bola vyriešená pre R:

Rovnica 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

Povedzme napríklad, že máme batériu 2xAA (ktorá dodáva 3 V), červenú diódu LED s poklesom napätia vpred o 1,8 V a chceme 20 mA prostredníctvom diódy LED. Po vložení čísel do rovnice 4 získame:

R = (3V-1,8V) /0,02A = 60 Ω

Rezistory majú zvyčajne zábavné hodnoty - takže je pravdepodobné, že nemáte okolo seba odpor 60 ohmov. Práve tam príde vhod vedieť kombinovať odpory v sérii a paralelne. Je však v poriadku, ak sa LED diódou nedostanete presne na 20 mA - „dostatočne blízko“je pravdepodobne v poriadku pre väčšinu aplikácií!

Nakoniec je bežnou mylnou predstavou, že odpor musí byť pred LED, aby znížil napätie alebo obmedzil prúd. To v skutočnosti nie je pravda - ukazuje sa, že rezistor môže byť namiesto neho umiestnený za LED diódu. Pozrite si video, ktoré vysvetľuje, prečo je to pravda.

Krok 5: Paralelné pridanie ďalších LED diód

Začnime s najjednoduchším prípadom: stačí pridať súbežne viac diód LED rovnakej farby, aby bolo vaše svetlo jasnejšie. Mohlo by byť lákavé pridať LED diódy priamo paralelne k existujúcej, pričom by bol zachovaný jeden odpor. Funguje to, ako vidíte na vyššie uvedených fotografiách - všetky tri diódy LED sa rozsvietia - ale je tu problém! Prúd cez jeden odpor sa v skutočnosti nemení, keď paralelne pridáte viac LED diód. Pretože LED diódy sú paralelné, prúd cez jeden odpor sa medzi ne rovnomerne rozdelí. Takže predtým, kde som mal 20mA cez jednu LED, teraz dostávam len asi 20/3 = 6,67mA cez každú LED - a nebudú také jasné!

Namiesto toho, ak ku každej LED pridáte jednotlivý odpor v sérii, potom cez každú LED získate plný prúd. Temnejšou stránkou veci je, že sa vám batéria vybije trikrát rýchlejšie. V mojom prípade to nie je veľký problém, pretože mám svetlo namontované v skrini a nebudem ho používať tak často.

Ak teda použijete tento prístup, vyhli ste sa akejkoľvek matematike - potrebujete ešte niekoľko rovnakého odporu. V mojom prípade mám odpor 100 ohmov a bielu LED diódu - potrebujem od každej ďalšie dve, aby som získal paralelne tri LED diódy. (Bohužiaľ som zabudol odfotiť ten krok, než som prešiel na farebné LED diódy).

Krok 6: Pridajte do série viac LED diód

Čo tak pridať ďalšie LED diódy do série? Táto možnosť funguje, ak je napätie batérie dostatočne vysoké. LED diódy sa vôbec nezapnú, ak je napätie batérie nižšie ako požadovaný pokles napätia vpred. Rovnako ako pre batérie, keď kombinujete LED diódy v sérii, ich napätie sa zvýši. V mojom prípade má biela dióda pokles napätia 3,4 V, takže zapojenie dvoch do série by vyžadovalo 6,8 V - viac, ako poskytuje moja batéria. Môžete to však urobiť napríklad pomocou dvoch (alebo dokonca troch) červených diód LED. Ak by každá červená LED mala pokles napätia o 2V a chceli by ste prúd 20mA, získate hodnotu odporu R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Porovnajte to s vložením iba jednej červenej LED do obvodu: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Pridaním druhej diódy LED v sérii ste výrazne zmenšili veľkosť odporu - ale stále čerpáte iba 20 mA, takže batériu nevybíjate rýchlejšie! Obvod ste urobili efektívnejším, pretože v rezistore rozptyľujete menej energie. To prináša ďalšiu rovnicu - pre rezistor sa výkon rovná prúdu na druhú krát odpor, príp

P = I^2*R

Takže 20mA cez odpor 200Ω rozptyľuje 80mW, zatiaľ čo 20mA cez odpor 100Ω rozptyľuje iba 40mW.

(opäť sa ospravedlňujem, že nemám obrázok tohto príkladu - prešiel som paralelne k farebným LED diódam)

Krok 7: Mixovanie rôznych farebných diód LED

Ak chcete kombinovať rôzne farebné LED diódy, máte dve možnosti:

• Zapojte ich do série - to funguje, pokiaľ je celkový úbytok napätia na diódach LED menší ako napätie batérie (pozri predchádzajúci krok).
• Zapojte ich paralelne, každý s vlastným odporom - za predpokladu, že chcete, aby všetky LED diódy mali rovnaký prúd, takže budú mať rovnaký jas, vypočítajte hodnotu odporu oddelene pre každú LED diódu vzhľadom na jej pokles napätia vpred.

Niekedy je jednoduchšie prototypovať obvody, ako je tento, najskôr na breadboarde (ak neviete, ako používať breadboard, pozrite si tento návod). Opäť možno nebudete mať po ruke presné hodnoty odporu, takže sa môžete hrať s rôznymi kombináciami v sérii/paralelne a doladiť tak svoj jas. V tomto prípade mám batériu 4xAA poskytujúcu asi 6 V a červenú, zelenú a modrú diódu LED s poklesom napätia asi 2 V, 2 V a 3 V. To mi dáva hodnotu rezistora R = (6-2) /0,02 = 200Ω pre červenú a zelenú LED a 150Ω pre modrú LED. Nemám k dispozícii tieto presné hodnoty, ale môžem vytvoriť odpor 200Ω kombináciou dvoch 100Ω odporov v sérii a dokážem sa „dostať dostatočne blízko“k 150Ω odporu kombináciou odporu 100 ohmov a odporu 47 ohmov v sérii.

Krok 8: Pridanie LED diód do série A paralelne

Cítite sa dobrodružne a chcete túto vec OPRAVDU rozjasniť? Pridajte LED diódy do série A paralelne! Opäť nezabudnite, že na to, aby sa LED diódy pridali do série, musí byť napätie vašej batérie vyššie ako súčet poklesov napätia LED; a ak pridáte paralelne LED diódy, rýchlejšie to vybije batériu. Vykonajte samostatný výpočet hodnoty odporu pre každú sadu LED v sérii.

Krok 9: Dajte to znova dohromady

Prototypovanie na doske, pomocou aligátorových svoriek alebo ohýbaním káblov spolu s kliešťami je dobrý spôsob, ako vyskúšať rôzne kombinácie diód LED a rezistorov pred dokončením návrhu. Keď ste hotoví, spájkovanie LED a rezistorov dohromady ich pri opätovnom zostavení svetla pomôže udržať na mieste. Niektorá páska alebo horúce lepidlo môže tiež zabrániť ich pohybu. S červeno-zeleno-modrými diódami LED som ich musel niekoľkokrát rozobrať a znova zložiť, kým som LED diódy neupravil tak, aby poskytovali rovnomerne rozptýlený efekt pre všetky tri farby. Konečný produkt tu pravdepodobne nebude veľmi užitočný v mojom šatníku, ale určite vyzerá oveľa chladnejšie!

Druhé miesto v súťaži Made with Math