Modificați o lumină LED cu apăsare: 9 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Acest proiect a început pentru că aveam în dulapul meu o lampă cu LED-uri care nu era suficient de strălucitoare pentru ca eu să văd bine. Am crezut că bateriile se descărcează, dar când le-am înlocuit, nu s-au mai aprins! M-am gândit să deschid lumina pentru a vedea ce se întâmplă în interior și dacă aș putea adăuga cu ușurință câteva LED-uri pentru a o face mai strălucitoare. Dar, bineînțeles, LED-urile colorate fac ca fiecare proiect să fie mai distractiv, așa că am decis să adaug în schimb LED-uri roșii, verzi și albastre. Aceasta mi s-a părut o oportunitate perfectă pentru a scrie ceva pentru Concursul Made with Math - dacă nu sunteți familiarizați cu legea lui Ohm sau cum să calculați valoarea rezistorului care limitează curentul pentru un LED, acest instructiv vă va arăta cum.

Dacă aveți întrebări, nu ezitați să lăsați un comentariu și voi încerca să vă răspund!

Provizii

• Lumină de împingere alimentată de la baterie, numită și lumină puck sau lumină de atingere. Disponibil pe Amazon sau la magazinele de hardware. Acest proiect va funcționa atât cu lumini LED mai noi, cât și cu lumini incandescente mai vechi.
• LED-uri la alegere
• Rezistențe asortate - valorile vor depinde de câte baterii iau lumina și de ce LED-uri alegeți (calcularea acesteia face parte din acest instructabil!)
• Cleste pentru nas
• Mini șurubelniță (uneori este necesar pentru a dezlipi lumina)
• Fier de lipit (recomandat)
• Multimetru (recomandat)

Pasul 1: Demontați-vă lumina

Începeți prin a vă dezasambla lumina. De obicei, veți avea nevoie de o mini șurubelniță pentru a face acest lucru, îndepărtând capacul din spate. În interiorul acestuia putem vedea un circuit simplu format din bornele bateriei, un buton, un LED și un rezistor. Un circuit de lumină incandescentă va arăta similar, dar nu va avea rezistor - deci va trebui să adăugați unul dacă treceți la LED-uri.

Pasul 2: decideți ce LED-uri doriți, căutați specificațiile

Există multe tipuri diferite de LED-uri acolo și vin în toate culorile diferite. Va trebui să decideți câte LED-uri și ce culoare doriți să utilizați. Cel mai simplu lucru de făcut este probabil să adăugați mai multe LED-uri de aceeași culoare în paralel. Dacă doriți să adăugați LED-uri în serie sau să amestecați culorile, va trebui să faceți un pic mai multă matematică - dar pentru asta este acest Instructable! Vom trece peste fiecare scenariu.

Odată ce ați decis LED-urile, va trebui să căutați căderea de tensiune înainte și valoarea curentă înainte. Aceste informații sunt de obicei disponibile pe site-ul de unde ați cumpărat LED-urile sau în fișa tehnică. LED-urile de 5 mm precum cele din imaginea de mai sus sunt foarte frecvente și, de obicei, sunt evaluate la un curent direct de 20 mA. Căderea de tensiune înainte variază de la aproximativ 2V-4V și depinde de culoare.

Pasul 3: Determinați tensiunile

Dacă nu aveți un multimetru, atunci cel puțin va trebui să determinați tensiunea compartimentului bateriei luminii. Cunoașterea tensiunii acumulatorului dvs. este necesară pentru calcularea rezistorului de limitare a curentului. Puteți face acest lucru doar numărând bateriile. O singură baterie alcalină AA (sau AAA) oferă aproximativ 1,5 V, puțin mai mare când sunt proaspete. Când combinați bateriile în serie, tensiunile se adună. Deci, în acest caz, cu patru baterii AA proaspete, ar trebui să mă aștept la puțin peste 6V.

Dacă aveți un multimetru la îndemână, nu poate strica să măsurați și tensiunile. Faceți acest lucru în timp ce LED-ul este aprins. În acest caz, puteți vedea că primesc 6,26 V din baterie, în timp ce am o cădere de 3,26 V peste LED și o cădere de 2,98 V peste rezistor. Este interesant de observat că scap aproape jumătate din tensiunea mea peste rezistor - asta înseamnă multă energie pierdută! Mai multe despre asta mai târziu. Dacă nu aveți chef să citiți codul de culoare, puteți măsura și rezistența rezistorului - faceți acest lucru în timp ce LED-ul este oprit.

Dacă nu știi cum să folosești un multimetru, există o mulțime de tutoriale bune acolo, pe Instrucables și în alte părți. L-am făcut pe acesta.

Pasul 4: Calcularea rezistenței pentru un singur LED

Înainte de a merge mai departe, să explicăm cum să calculăm valoarea rezistorului pentru un singur LED. Un rezistor este guvernat de legea lui Ohm, care afirmă că V = IR sau

Ecuația 1: Tensiune [volți] = curent [amperi] x rezistență [ohmi]

Tensiunea bateriei și căderea de tensiune pe LED sunt (aproximativ) constante. Deci, în circuitul de mai sus, căderea de tensiune peste rezistor este

Ecuația 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Conectarea la Legea lui Ohm pentru rezistor ne oferă:

Ecuația 3: Vbatt-VLED = IR

Dacă avem un curent țintă pentru LED - numiți-l ILED - atunci știm totul în ecuația 3, cu excepția rezistenței. Putem rearanja acea ecuație pentru a rezolva pentru R:

Ecuația 4: R = (Vbatt-VLED) / ILED

Deci, de exemplu, să spunem că avem un acumulator 2xAA (care furnizează 3V), un LED roșu cu o cădere de tensiune directă de 1,8V și vrem 20mA prin LED. Conectarea numerelor în ecuația 4 ne oferă:

R = (3V-1,8V) / 0,02A = 60 Ω

Rezistoarele tind să apară în valori amuzante - deci șansele sunt că nu aveți un rezistor de 60Ω așezat în jur. Acolo este bine să știi cum să combini rezistențele în serie și paralel. Totuși, este OK dacă nu primiți exact 20mA prin LED - „suficient de aproape” este probabil OK pentru majoritatea aplicațiilor!

În cele din urmă, este o concepție greșită obișnuită că rezistența trebuie să vină înaintea LED-ului pentru a scădea tensiunea sau a limita curentul. De fapt, acest lucru nu este adevărat - se pare că rezistența poate fi plasată după LED. Urmăriți un videoclip care explică de ce este adevărat aici.

Pasul 5: Adăugarea mai multor LED-uri în paralel

Să începem cu cel mai simplu caz: doriți doar să adăugați mai multe LED-uri de aceeași culoare în paralel pentru a vă face lumina mai strălucitoare. Ar putea fi tentant să adăugați LED-urile direct în paralel cu cel existent, păstrând rezistorul unic. Acest lucru funcționează, după cum puteți vedea în fotografiile de mai sus - toate cele trei LED-uri se aprind - dar există o problemă! Curentul prin rezistorul unic nu se schimbă de fapt atunci când adăugați mai multe LED-uri în paralel. Deoarece LED-urile sunt în paralel, curentul prin rezistorul unic se va împărți uniform între ele. Deci, înainte, unde aveam 20mA printr-un singur LED, acum primesc doar aproximativ 20/3 = 6,67mA prin fiecare LED - și nu vor fi la fel de luminoase!

În schimb, dacă adăugați un rezistor individual în serie cu fiecare LED, atunci veți obține cantitatea completă de curent prin fiecare LED. Dezavantajul este că acest lucru vă va consuma bateria de trei ori mai repede. Acest lucru nu este mare lucru în cazul meu, deoarece am lumina montată într-un dulap și nu o voi folosi atât de des.

Deci, dacă luați această abordare, ați evitat să faceți orice matematică - aveți nevoie doar de încă câteva din același rezistor. În cazul meu, am un rezistor de 100Ω și un LED alb - mai am nevoie de încă două din fiecare pentru a obține un total de trei LED-uri în paralel. (Din păcate am uitat să fac o poză cu acel pas, înainte să trec la LED-uri colorate).

Pasul 6: Adăugați mai multe LED-uri în serie

Dar despre adăugarea mai multor LED-uri în serie? Această opțiune funcționează dacă tensiunea bateriei este suficient de mare. LED-urile nu se vor aprinde deloc dacă tensiunea acumulatorului este sub căderea de tensiune înainte necesară. La fel ca în cazul bateriilor, atunci când combinați LED-uri în serie, tensiunile lor se adaugă. În cazul meu, LED-ul meu alb are o cădere de tensiune de 3,4 V, așa că punerea a două în serie ar necesita 6,8 V - mai mult decât oferă bateria mea. Cu toate acestea, de exemplu, ați putea face acest lucru cu două (sau chiar trei) LED-uri roșii. Dacă fiecare LED roșu ar avea o cădere de tensiune de 2V și ați dori un curent de 20mA, acest lucru vă va oferi o valoare a rezistorului R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Comparați acest lucru doar cu plasarea unui singur LED roșu în circuit: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Prin adăugarea unui al doilea LED în serie, ați redus foarte mult dimensiunea rezistorului - dar totuși trageți doar 20mA, deci nu vă consumați bateria mai repede! Ați făcut circuitul mai eficient deoarece disipați mai puțină energie în rezistor. Asta aduce o altă ecuație - pentru un rezistor, puterea este egală cu rezistența curentă la pătrat sau

P = I ^ 2 * R

Deci, 20mA printr-un rezistor de 200Ω disipează 80mW, în timp ce 20mA printr-un rezistor de 100Ω disipă doar 40mW.

(din nou, îmi cer scuze că nu am o imagine a acestui exemplu - am mers direct la LED-uri colorate în paralel)

Pasul 7: Amestecarea diferitelor LED-uri de culoare

Dacă doriți să amestecați LED-uri de culori diferite, aveți două opțiuni:

• Conectați-le în serie - funcționează atâta timp cât căderea totală de tensiune pe LED-uri este mai mică decât tensiunea acumulatorului (a se vedea pasul anterior).
• Conectați-le în paralel, fiecare cu propriul rezistor - presupunând că doriți ca toate LED-urile să aibă același curent, astfel încât să aibă aceeași luminozitate, trebuie doar să calculați valoarea rezistorului separat pentru fiecare LED, având în vedere căderea sa de tensiune înainte.

Uneori este mai ușor să prototipezi circuite de genul acesta mai întâi pe un panou (dacă nu știi cum să folosești un panou, vezi acest tutorial). Din nou, este posibil să nu aveți la îndemână valorile exacte ale rezistorului, astfel încât să puteți juca cu diferite combinații în serie / paralel pentru a vă regla luminozitatea. În acest caz, am un pachet de baterii 4xAA care oferă aproximativ 6V și LED-uri roșii, verzi și albastre cu căderi de tensiune de aproximativ 2V, respectiv 2V și respectiv 3V. Asta îmi oferă o valoare a rezistenței R = (6-2) / 0,02 = 200Ω pentru LED-urile roșii și verzi și 150Ω pentru LED-urile albastre. Nu am acele valori exacte disponibile, dar pot crea un rezistor de 200Ω prin combinarea a două rezistențe de 100Ω în serie și pot ajunge „suficient de aproape” de un rezistor de 150Ω combinând un rezistor de 100Ω și un rezistor de 47Ω în serie.

Pasul 8: Adăugarea de LED-uri în serie ȘI paralel

Vă simțiți aventuros și doriți să faceți acest lucru cu adevărat luminos? Adăugați LED-uri în serie ȘI paralele! Amintiți-vă din nou că, pentru a adăuga LED-uri în serie, tensiunea bateriei trebuie să fie mai mare decât suma scăderilor de tensiune LED; iar dacă adăugați LED-uri în paralel, acesta va scurge mai repede bateria. Faceți un calcul separat pentru valoarea rezistenței pentru fiecare set de LED-uri din serie.

Pasul 9: Puneți-l înapoi împreună

Prototiparea pe o placă de prindere, cu agrafe de aligator sau prin îndoirea cablurilor împreună cu clești este o modalitate bună de a încerca diferite combinații de LED-uri / rezistențe înainte de a finaliza designul. Când ați terminat, lipirea LED-urilor și a rezistențelor împreună va ajuta la menținerea lor în loc atunci când reasamblați lumina. Unele benzi sau adeziv fierbinte pot, de asemenea, ajuta la prevenirea deplasării. Cu LED-urile roșu-verde-albastru, a trebuit să-l demontez și să-l remontez de câteva ori până când am aranjat LED-urile astfel încât să ofere un efect uniform difuz pentru toate cele trei culori. Produsul final de aici probabil nu va fi foarte util în dulapul meu, dar sigur pare mult mai cool!

Runner Up în concursul Made with Math