Zmodernizuj lampkę LED Push: 9 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Ten projekt zaczął się, ponieważ miałem w szafie lampkę LED, która nie była wystarczająco jasna, abym dobrze widziała. Myślałem, że baterie się kończą, ale kiedy je wymieniłem, nie było już jaśniej! Pomyślałem, że otworzę światło, aby zobaczyć, co dzieje się w środku i czy mógłbym łatwo dodać więcej diod LED, aby było jaśniej. Ale oczywiście kolorowe diody LED sprawiają, że każdy projekt jest przyjemniejszy, więc zamiast tego zdecydowałem się dodać czerwone, zielone i niebieskie diody LED. Wydawało się to idealną okazją do napisania czegoś na konkurs Made with Math – jeśli nie znasz prawa Ohma lub jak obliczyć wartość rezystora ograniczającego prąd dla diody LED, ten Instruktaż pokaże ci, jak to zrobić.

Jeśli masz jakieś pytania, nie wahaj się zostawić komentarza, a postaram się do Ciebie odpowiedzieć!

Kieszonkowe dzieci

• Zasilana bateryjnie lampka pchająca, zwana również lampką krążkową lub lampką kranową. Dostępne na Amazon lub w sklepach ze sprzętem. Ten projekt będzie działał zarówno z nowszymi lampami LED, jak i starszymi lampami żarowymi.
• Diody do wyboru
• Różne rezystory - wartości będą zależeć od tego, ile baterii weźmie twoje światło i jakie diody LED wybierzesz (rozwiązanie tego jest częścią tej instrukcji!)
• Szczypce półokrągłe
• Zestaw mini śrubokrętów (czasami potrzebny do rozebrania światła)
• Lutownica (zalecane)
• Multimetr (zalecany)

Krok 1: Zdemontuj swoje światło

Zacznij od demontażu światła. Zwykle do tego potrzebny jest mini śrubokręt, zdejmując tylną pokrywę. Wewnątrz widzimy prosty obwód składający się z zacisków akumulatora, przycisku, diody LED i rezystora. Obwód światła żarowego będzie wyglądał podobnie, ale nie będzie miał rezystora - więc będziesz musiał go dodać, jeśli przełączasz się na diody LED.

Krok 2: Zdecyduj, jakie diody LED chcesz, sprawdź specyfikacje

Istnieje wiele różnych typów diod LED i są one dostępne w różnych kolorach. Musisz zdecydować, ile i jakiego koloru diody LED chcesz użyć. Najprostszą rzeczą do zrobienia jest prawdopodobnie równoległe dodanie większej liczby diod LED o tym samym kolorze. Jeśli chcesz dodać diody LED w seriach lub mieszać kolory, musisz wykonać trochę więcej matematyki – ale do tego służy ten Instructable! Omówimy każdy scenariusz.

Gdy zdecydujesz się na diody LED, musisz sprawdzić ich spadek napięcia w kierunku przewodzenia i wartość prądu przewodzenia. Informacje te są zwykle dostępne na stronie internetowej, na której kupiłeś diody LED lub w arkuszu danych. Diody LED 5 mm, takie jak te na zdjęciu powyżej, są bardzo popularne i zazwyczaj mają prąd przewodzenia wynoszący 20 mA. Spadek napięcia przewodzenia waha się od około 2V-4V i zależy od koloru.

Krok 3: Określ napięcia

Jeśli nie masz multimetru, to przynajmniej będziesz musiał określić napięcie w komorze baterii swojej latarki. Znajomość napięcia akumulatora jest wymagana do obliczenia rezystora ograniczającego prąd. Możesz to zrobić, po prostu licząc baterie. Pojedyncza bateria alkaliczna AA (lub AAA) zapewnia około 1,5 V, nieco więcej, gdy są świeże. Gdy łączysz akumulatory szeregowo, napięcia się sumują. Tak więc w tym przypadku, przy czterech nowych bateriach AA, powinienem spodziewać się nieco ponad 6V.

Jeśli masz pod ręką multimetr, nie zaszkodzi również zmierzyć napięcia. Zrób to, gdy dioda LED jest włączona. W tym przypadku widać, że z akumulatora otrzymuję 6,26 V, podczas gdy mam spadek 3,26 V nad diodą LED i 2,98 V nad rezystorem. Ciekawe, że zrzucam prawie połowę napięcia na rezystorze - to dużo zmarnowanej mocy! Więcej o tym później. Jeśli nie masz ochoty czytać kodu koloru, możesz również zmierzyć rezystancję rezystora - zrób to, gdy dioda LED jest wyłączona.

Jeśli nie wiesz, jak korzystać z multimetru, istnieje wiele dobrych samouczków, w Instrucables i gdzie indziej. Zrobiłem ten.

Krok 4: Obliczanie rezystora dla pojedynczej diody LED

Zanim przejdziemy dalej, wyjaśnijmy, jak obliczyć wartość rezystora dla pojedynczej diody LED. Rezystor podlega prawu Ohma, które mówi, że V = IR, lub

Równanie 1: Napięcie [wolty] = Prąd [ampery] x Rezystancja [omy]

Napięcie baterii i spadek napięcia na diodzie LED są (w przybliżeniu) stałe. Zatem w powyższym obwodzie spadek napięcia na rezystorze wynosi

Równanie 2: Vrezystor=Vbatt-VLED

Podpięcie tego do prawa Ohma dla rezystora daje nam:

Równanie 3: Vbatt-VLED = IR

Jeśli mamy docelowy prąd dla diody LED - nazwijmy go ILED - to w równaniu 3 wiemy wszystko oprócz rezystancji. Możemy zmienić to równanie, aby rozwiązać R:

Równanie 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

Na przykład, powiedzmy, że mamy zestaw baterii 2xAA (która dostarcza 3V), czerwoną diodę LED ze spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia 1,8V i chcemy, aby przez diodę LED przepływało 20mA. Podstawiając liczby do równania 4 otrzymujemy:

R = (3V-1,8V)/0,02A = 60 Ω

Rezystory mają zwykle śmieszne wartości - więc istnieje prawdopodobieństwo, że nie masz w pobliżu rezystora 60 Ω. Tutaj przydaje się umiejętność łączenia rezystorów szeregowo i równolegle. Jednak jest w porządku, jeśli dioda LED nie dostarcza dokładnie 20 mA – „wystarczająco blisko” jest prawdopodobnie w porządku dla większości zastosowań!

Wreszcie, powszechnym błędem jest przekonanie, że rezystor musi znajdować się przed diodą LED, aby obniżyć napięcie lub ograniczyć prąd. To właściwie nieprawda – okazuje się, że rezystor można umieścić za diodą LED. Obejrzyj film wyjaśniający, dlaczego tak jest tutaj.

Krok 5: Dodawanie większej liczby diod LED równolegle

Zacznijmy od najprostszego przypadku: po prostu chcesz dodać więcej diod LED tego samego koloru równolegle, aby światło było jaśniejsze. Kuszące może być dodanie diod LED bezpośrednio równolegle do istniejącego, zachowując pojedynczy rezystor. Działa to, jak widać na powyższych zdjęciach - świecą wszystkie trzy diody - ale jest problem! Prąd płynący przez pojedynczy rezystor nie zmienia się w rzeczywistości po równoległym dodaniu większej liczby diod LED. Ponieważ diody LED są równoległe, prąd płynący przez pojedynczy rezystor zostanie równomiernie rozdzielony między nimi. Tak więc wcześniej, kiedy miałem 20 mA przez pojedynczą diodę LED, teraz otrzymuję tylko około 20/3 = 6,67 mA przez każdą diodę - i nie będą tak jasne!

Zamiast tego, jeśli dodasz oddzielny rezystor szeregowo z każdą diodą LED, otrzymasz pełną ilość prądu przez każdą diodę LED. Minusem jest to, że rozładuje to baterię trzy razy szybciej. W moim przypadku nie jest to wielka sprawa, ponieważ mam lampę zamontowaną w szafie i nie będę jej często używać.

Więc jeśli przyjmiesz takie podejście, unikniesz matematyki - potrzebujesz tylko kilku więcej tego samego rezystora. W moim przypadku mam rezystor 100Ω i białą diodę LED – po prostu potrzebuję jeszcze dwóch z każdego, aby w sumie uzyskać trzy diody równolegle. (Niestety zapomniałem zrobić zdjęcie tego kroku, zanim przełączyłem się na kolorowe diody LED).

Krok 6: Dodaj więcej diod LED w serii

A co z dodawaniem większej liczby diod LED szeregowo? Ta opcja działa, jeśli napięcie akumulatora jest wystarczająco wysokie. Diody LED w ogóle się nie zapalą, jeśli napięcie akumulatora jest poniżej wymaganego spadku napięcia w przód. Podobnie jak w przypadku baterii, gdy łączysz diody szeregowo, ich napięcia się sumują. W moim przypadku moja biała dioda LED ma spadek napięcia 3,4V, więc umieszczenie dwóch w szeregu wymagałoby 6,8V - więcej niż zapewnia mój akumulator. Można to jednak zrobić np. za pomocą dwóch (a nawet trzech) czerwonych diod LED. Jeśli każda czerwona dioda LED miałaby spadek napięcia 2V i chciałbyś mieć prąd 20mA, to dałoby ci to wartość rezystora R = (6 - 4) / 0,02 = 100 Ω. Porównaj to z umieszczeniem tylko jednej czerwonej diody LED w obwodzie: R = (6 - 2) / 0,02 = 200 Ω. Dodając drugą diodę LED szeregowo, znacznie zmniejszyłeś rozmiar rezystora - ale nadal pobierasz tylko 20 mA, więc nie wyczerpujesz baterii szybciej! Sprawiłeś, że obwód jest bardziej wydajny, ponieważ rozpraszasz mniej mocy w rezystorze. To daje kolejne równanie - dla rezystora moc równa się kwadratowi prądu razy rezystancja, lub

P=I^2*R

Tak więc 20mA przez rezystor 200Ω rozprasza 80mW, podczas gdy 20mA przez rezystor 100Ω rozprasza tylko 40mW.

(znowu przepraszam, że nie mam zdjęcia z tego przykładu - poszedłem od razu do kolorowych diod LED równolegle)

Krok 7: Mieszanie różnych kolorowych diod LED

Jeśli chcesz mieszać różne kolorowe diody LED, masz dwie możliwości:

• Połącz je szeregowo - działa to tak długo, jak całkowity spadek napięcia na diodach LED jest mniejszy niż napięcie akumulatora (patrz poprzedni krok).
• Połącz je równolegle, każdy z własnym rezystorem - zakładając, że chcesz, aby wszystkie diody miały ten sam prąd, aby miały tę samą jasność, po prostu obliczasz wartość rezystora osobno dla każdej diody LED, biorąc pod uwagę jej spadek napięcia w przód.

Czasami łatwiej jest najpierw prototypować takie obwody na płytce prototypowej (jeśli nie wiesz, jak korzystać z płytki prototypowej, zapoznaj się z tym samouczkiem). Ponownie, możesz nie mieć dokładnych wartości rezystorów, które chcesz, więc możesz bawić się różnymi kombinacjami szeregowo/równoległymi, aby precyzyjnie dostroić jasność. W tym przypadku mam pakiet baterii 4xAA dostarczający około 6V oraz diody czerwone, zielone i niebieskie o spadkach napięcia odpowiednio około 2V, 2V i 3V. To daje mi wartość rezystora R = (6-2)/0,02 = 200 Ω dla czerwonej i zielonej diody oraz 150 Ω dla niebieskiej diody LED. Nie mam dostępnych dokładnych wartości, ale mogę stworzyć rezystor 200 Ω, łącząc szeregowo dwa oporniki 100 Ω, i mogę zbliżyć się "dostatecznie" do opornika 150 Ω, łącząc szeregowo rezystor 100 Ω i opornik 47 Ω.

Krok 8: Dodawanie diod LED w trybie szeregowym i równoległym

Masz ochotę na przygodę i chcesz, aby to było NAPRAWDĘ jasne? Dodaj diody LED szeregowo ORAZ równolegle! Ponownie pamiętaj, że aby dodać diody LED szeregowo, napięcie baterii musi być wyższe niż suma spadków napięcia diod LED; a jeśli dodasz diody LED równolegle, spowoduje to szybsze rozładowanie baterii. Wykonaj oddzielne obliczenia dla wartości rezystora dla każdego zestawu diod LED w szeregu.

Krok 9: Złóż to z powrotem

Prototypowanie na płytce stykowej, za pomocą zacisków krokodylkowych lub zginanie wyprowadzeń za pomocą szczypiec to dobry sposób na wypróbowanie różnych kombinacji diod LED/rezystorów przed ukończeniem projektu. Kiedy skończysz, lutowanie razem diod LED i rezystorów pomoże utrzymać je na miejscu podczas ponownego montażu lampy. Niektóre taśmy lub gorący klej mogą również pomóc w zapobieganiu ich przemieszczaniu się. Z czerwono-zielono-niebieskimi diodami musiałem go kilka razy rozbierać i ponownie składać, aż udało mi się ustawić diody w taki sposób, aby dawały równomiernie rozproszony efekt dla wszystkich trzech kolorów. Końcowy produkt tutaj prawdopodobnie nie będzie zbyt przydatny w mojej szafie, ale z pewnością wygląda o wiele fajniej!

Drugie miejsce w konkursie Made with Math