LED -tõuketule moderniseerimine: 9 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

See projekt sai alguse sellest, et mul oli kapis LED tõuketuli, mis polnud piisavalt hele, et ma hästi näeksin. Ma arvasin, et patareid hakkavad lihtsalt tühjaks saama, aga kui need välja vahetasin, siis heledamaks ei läinud! Mõtlesin, et avan valguse, et näha, mis seal sees toimub, ja kas saaksin kergemini lisada veel mõne valgusdioodi, et muuta see heledamaks. Kuid loomulikult muudavad värvilised LED -id iga projekti lõbusamaks, nii et otsustasin selle asemel lisada punased, rohelised ja sinised LED -id. See tundus ideaalne võimalus kirjutada midagi matemaatikavõistlusele - kui te ei tunne Ohmi seadust ega seda, kuidas arvutada LED -i voolu piirav takisti väärtus, näitab see juhend, kuidas seda teha.

Kui teil on küsimusi, jätke julgelt kommentaar ja proovin teiega ühendust võtta!

Tarvikud

• Patareitoitega tõuketuli, mida nimetatakse ka löögi- või kraanituleks. Saadaval Amazonist või riistvara kauplustest. See projekt töötab nii uuemate LED -tulede kui ka vanemate hõõglampidega.
• Teie valitud LED -id
• Erinevad takistid - väärtused sõltuvad sellest, kui palju patareisid teie tuli võtab ja milliseid LED -e valite (selle väljamõtlemine on osa sellest juhendist!)
• Nõela nina tangid
• Minikruvikeerajate komplekt (mõnikord on vaja valgust lahti võtta)
• Jootekolb (soovitatav)
• Multimeeter (soovitatav)

Samm: võtke valgus kokku

Alustage valguse lahtivõtmisega. Tavaliselt vajate selleks minikruvikeerajat, eemaldades tagakaane. Selle sees näeme lihtsat vooluahelat, mis koosneb aku klemmidest, nupust, LED -ist ja takistist. Hõõglambi ahel näeb välja sarnane, kuid sellel pole takistit - seega peate selle LED -idele üleminekul lisama.

Samm: otsustage, milliseid LED -e soovite, otsige spetsifikatsioone

Seal on palju erinevat tüüpi LED -e ja neid on erinevat värvi. Peate otsustama, kui palju ja mis värvi LED -e soovite kasutada. Lihtsaim asi on ilmselt paralleelselt lisada rohkem sama värvi LED -e. Kui soovite LED -e järjestikku lisada või värve segada, peate natuke rohkem matemaatikat tegema - aga see Instructable on selleks! Vaatame iga stsenaariumi üle.

Kui olete LED -ide valinud, peate otsima nende pingelanguse ja vooluhulga. See teave on tavaliselt saadaval veebisaidil, kust LED -id ostsite, või andmelehel. 5 mm LEDid, nagu ülaltoodud, on väga levinud ja tavaliselt on nende nimivool 20 mA. Edasine pingelangus jääb vahemikku 2V-4V ja sõltub värvist.

Samm: määrake pinged

Kui teil pole multimeetrit, peate vähemalt määrama oma valgusti patareipesa pinge. Voolupiirangu takistuse arvutamiseks on vaja teada aku pinget. Seda saate teha, lugedes ainult patareisid. Üks AA (või AAA) leelispatarei annab umbes 1,5 V, värskena veidi kõrgema. Kui ühendate patareid järjestikku, suurenevad pinged. Nii et sel juhul peaksin nelja värske AA patareiga ootama veidi üle 6V.

Kui teil on multimeeter käepärast, ei saa paha teha ka pingete mõõtmine. Tehke seda ajal, mil LED põleb. Sel juhul näete, et saan akust 6,26 V pinget, samas kui LED -i üle langeb 3,26 V ja takistil 2,98 V. Huvitav on tõdeda, et langetan peaaegu poole pingest üle takisti - see on palju raisatud energiat! Sellest pikemalt hiljem. Kui te ei viitsi värvikoodi lugeda, saate mõõta ka oma takisti takistust - tehke seda ajal, mil LED ei põle.

Kui te ei tea, kuidas multimeetrit kasutada, on seal palju häid õpetusi, nii juhendites kui ka mujal. Mina tegin selle.

Samm: ühe LED -i takisti arvutamine

Enne kui läheme kaugemale, selgitame, kuidas arvutada takisti väärtus ühe LED -i jaoks. Takisti reguleerib Ohmi seadus, mis ütleb, et V = IR või

Võrrand 1: Pinge [volti] = vool [amprit] x takistus [oomi]

Aku pinge ja LED -i pingelangus on (ligikaudu) konstantsed. Nii et ülaltoodud vooluahelas on pingelangus üle takisti

Võrrand 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Selle ühendamine takisti Ohmi seadusega annab meile:

Võrrand 3: Vbatt-VLED = IR

Kui meil on LED -i jaoks sihtvool - nimetage seda ILED -ks -, siis teame võrrandis 3 kõike, välja arvatud takistus. Saame selle võrrandi R -i lahendamiseks ümber korraldada:

Võrrand 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

Oletame näiteks, et meil on 2xAA patareipakk (mis toidab 3 V), punane LED, mille pingekaotus on 1,8 V, ja me tahame LED -i kaudu 20 mA. Võrrandi 4 numbrite ühendamine annab meile:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Takistid on tavaliselt naljakate väärtustega - seega pole tõenäoline, et teil on 60Ω takisti. Siin tulebki kasuks teadmine, kuidas takisteid järjestikku ja paralleelselt kombineerida. Siiski on OK, kui te ei saa LED -i kaudu täpselt 20 mA - "piisavalt lähedal" on ilmselt enamiku rakenduste jaoks OK!

Lõpuks on levinud eksiarvamus, et pinge langetamiseks või voolu piiramiseks peab takisti tulema LED -i ette. See pole tegelikult tõsi - selgub, et takisti saab asetada LED -i asemel. Vaata videot, mis selgitab, miks see siin nii on.

Samm: lisage paralleelselt rohkem LED -e

Alustame lihtsaimast juhtumist: soovite lihtsalt paralleelselt lisada rohkem sama värvi LED -e, et muuta valgus heledamaks. Võib olla ahvatlev lihtsalt lisada LED -id otse paralleelselt olemasolevaga, säilitades ühe takisti. See toimib, nagu näete ülaltoodud fotodelt - kõik kolm LED -i põlevad -, kuid seal on probleem! Ühe takisti läbiv vool tegelikult ei muutu, kui lisate paralleelselt rohkem LED -e. Kuna valgusdioodid on paralleelsed, jaguneb vool läbi ühe takisti ühtlaselt nende vahel. Nii et varem, kus mul oli ühe LED -i kaudu 20 mA, nüüd saan iga LED -i kaudu ainult umbes 20/3 = 6,67 mA - ja need pole nii eredad!

Selle asemel, kui lisate iga LED -iga järjestikku individuaalse takisti, saate iga LED -i kaudu täisvoolu. Negatiivne külg on see, et aku tühjeneb kolm korda kiiremini. See pole minu puhul suur asi, sest mul on valgus kappi paigaldatud ja ma ei kasuta seda nii tihti.

Nii et kui valite selle lähenemisviisi, olete vältinud igasugust matemaatikat - vajate lihtsalt veel mõnda sama takisti. Minu puhul on mul 100Ω takisti ja valge valgusdiood - mul on vaja lihtsalt mõlemat veel kahte, et saada paralleelselt kokku kolm LED -i. (Kahjuks unustasin sellest sammust pilti teha, enne kui läksin üle värvilistele LED -idele).

Samm: lisage järjestikku rohkem LED -e

Kuidas oleks järjestikku LED -ide lisamisega? See valik töötab, kui teie aku pinge on piisavalt kõrge. LED -id ei sütti üldse, kui aku pinge on alla nõutava edasipingelanguse. Nii nagu patareide puhul, kombineerides LED -e järjestikku, suureneb nende pinge. Minu puhul on minu valge LED -i pingelangus 3,4 V, nii et kahe järjestikune panemine nõuaks 6,8 V - rohkem kui minu aku pakub. Kuid näiteks saate seda teha kahe (või isegi kolme) punase LED -iga. Kui iga punase LED -i pingelangus oleks 2 V ja te sooviksite voolu 20 mA, annaks see teile takisti väärtuseks R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Võrrelge seda ainult ühe punase LED -i lülitamisega ahelasse: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Lisades järjestikku teise valgusdioodi, vähendasite takisti suurust märkimisväärselt - kuid joonistate siiski ainult 20 mA, nii et te ei tühjenda akut kiiremini! Olete muutnud vooluringi tõhusamaks, kuna hajutate takistis vähem energiat. See toob kaasa veel ühe võrrandi - takisti puhul võrdub võimsus praeguse ruutkorra takistusega või

P = I^2*R

Seega hajutab 20mA läbi 200Ω takisti 80mW, samas kui 20mA läbi 100Ω takisti hajub ainult 40mW.

(veelkord vabandust, et mul pole sellest näitest pilti - läksin paralleelselt värviliste LED -ide juurde)

Samm: eri värvi LED -ide segamine

Kui soovite segada erinevat värvi LED -e, on teil kaks võimalust.

• Ühendage need järjestikku - see töötab seni, kuni kogu LED -i pingelangus on väiksem kui aku pinge (vt eelmist sammu).
• Ühendage need paralleelselt, igaüks oma takistiga - eeldades, et soovite, et kõigil LED -idel oleks sama vool, nii et nende heledus oleks sama, arvutate lihtsalt iga LED -i jaoks eraldi takisti väärtuse, võttes arvesse selle pinget.

Mõnikord on lihtsam selliseid ahelaid prototüüpida esmalt leivaplaadil (kui te ei tea, kuidas leivaplaati kasutada, vaadake seda õpetust). Jällegi ei pruugi teil olla täpselt soovitud takisti väärtusi, nii et saate heleduse peenhäälestamiseks mängida erinevate kombinatsioonidega järjestikku/paralleelselt. Sel juhul on mul 4xAA patarei, mis pakub umbes 6 V, ja punased, rohelised ja sinised LED -id, mille pingelangus on vastavalt umbes 2 V, 2 V ja 3 V. See annab mulle takisti väärtuse R = (6-2) /0,02 = 200Ω punaste ja roheliste LED-ide jaoks ning 150Ω sinise LED-i jaoks. Mul pole neid täpseid väärtusi saadaval, kuid ma saan luua 200Ω takisti, kombineerides kaks 100Ω takisti järjestikku, ja ma saan 150Ω takisti "piisavalt lähedale", kombineerides 100Ω takisti ja 47Ω takisti järjestikku.

8. samm: LED -ide lisamine seeriasse ja paralleelselt

Kas tunnete end seiklushimulisena ja soovite selle asja PÄRISELT säravaks muuta? Lisage LED -id järjestikku JA paralleelselt! Jällegi pidage meeles, et LED -ide järjestikuseks lisamiseks peab teie aku pinge olema suurem kui LED -i pingelanguste summa; ja kui lisate paralleelselt LED -e, tühjeneb aku kiiremini. Tehke eraldi arvutus takistite väärtuse kohta iga LED -i jada jaoks.

Samm: pange see kokku tagasi

Prototüüpimine leivaplaadil, alligaatorklambritega või juhtmete painutamine koos tangidega on hea viis proovida erinevaid LED/takisti kombinatsioone enne disaini lõplikku vormistamist. Kui olete kõik valmis, aitab valgusdioodide ja takistite jootmine koos neid valguse kokkupanekul paigal hoida. Mõni lint või kuum liim võib samuti aidata vältida nende liikumist. Punakasrohelise-sinise valgusdioodiga pidin selle paar korda lahti võtma ja uuesti kokku panema, kuni sain LED-id korraldatud nii, et need andsid ühtlaselt hajutatud efekti kõigile kolmele värvile. Siinne lõpptoode pole minu kapis ilmselt eriti kasulik, kuid tundub kindlasti palju lahedam!

Matemaatikavõistluse teine koht