Nadogradite LED svjetlo: 9 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Ovaj projekt je 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 odlučio umjesto toga dodati crvene, zelene i plave LED diode. Ovo se činilo kao savršena prilika da napišete nešto za takmičenje 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!

Supplies

• Svjetlo za potiskivanje na baterije, koje se naziva i svjetlo sa pakiranjem ili svjetlo sa slavine. Dostupno na Amazonu ili u trgovinama hardvera. Ovaj projekat će raditi i sa 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 s iglastim nosem
• Set mini odvijača (ponekad je potrebno za rastavljanje svjetla)
• Lemilica (preporučeno)
• Multimetar (preporučeno)

Korak 1: Rastavite svjetlo

Počnite rastavljanjem svjetla. Obično će vam za to trebati mini odvijač uklanjanjem stražnjeg poklopca. Unutar ovog možemo vidjeti jednostavno kolo koje se sastoji od stezaljki baterije, dugmeta, 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 dodati paralelno 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 scenario.

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. Za izračunavanje otpornika za ograničavanje struje potrebno je poznavanje napona vaše baterije. To možete učiniti samo brojeći baterije. Jedna alkalna AA (ili AAA) baterija daje otprilike 1,5 V, malo više kada su svježe. 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 dobijam 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 svog napona preko otpornika - to je mnogo uzalud potrošene energije! 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 o Instrucables -u i drugdje. Ja sam napravio ovaj.

Korak 4: Proračun otpornika za jednu LED

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

Jednačina 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

Jednačina 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Uključivanjem toga u Ohmov zakon za otpornik dobivamo:

Jednačina 3: Vbatt-VLED = IR

Ako imamo ciljnu struju za LED - nazovimo je ILED - tada znamo sve u jednadžbi 3 osim otpora. Tu jednačinu možemo preurediti da riješimo za R:

Jednačina 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

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

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Otpornici obično dolaze do smiješnih vrijednosti - pa je velika vjerojatnost da nemate oko 60Ω otpornika. Tu dobro dolazi znanje o kombiniranju otpornika u nizu i paralelno. Međutim, u redu je ako ne prođete točno 20mA kroz LED - "dovoljno blizu" je vjerojatno 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 istina - 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 direktno paralelno sa postojećom, zadržavajući jedan otpornik. Ovo funkcionira, kao što možete vidjeti na gornjim fotografijama - sve tri LED diode svijetle - 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 diodu - i oni neće biti tako jaki!

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 ovo isprazniti bateriju 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 je potrebno 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 još LED dioda u seriji

Šta je sa dodavanjem više LED dioda u seriji? Ova opcija radi ako je napon 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 povećavaju. U mom slučaju, moja bijela LED dioda ima pad napona od 3,4 V, pa bi za postavljanje dvije u seriju bilo potrebno 6,8 V - više nego što moja baterija pruža. Međutim, na primjer, to možete učiniti s dvije (ili čak tri) crvene LED diode. Ako bi svaka crvena LED dioda imala pad napona od 2 V i želite struju od 20 mA, to bi vam dalo vrijednost otpornika R = (6 - 4) / 0,02 = 100 Ω. Uporedite to sa stavljanjem samo jedne crvene LED diode u kolo: R = (6 - 2) / 0.02 = 200Ω. Dodavanjem druge LED serije u seriji, uvelike ste smanjili veličinu otpornika - ali i dalje crpite samo 20mA, pa ne trošite bateriju brže! Učinili ste krug efikasnijim jer rasipate 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 izvinjavam što nemam sliku ovog primjera - paralelno sam prešao na obojene LED diode)

Korak 7: Miješanje LED u različitim bojama

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

• Spojite ih serijski - ovo funkcionira sve dok je ukupni pad napona na LED -ima manji od napona baterije (pogledajte prethodni korak).
• Spojite ih paralelno, svaki sa svojim otpornikom - pod pretpostavkom da želite da sve LED diode imaju istu struju kako bi bile iste svjetline, samo izračunajte vrijednost otpornika posebno 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 seriji/paralelno kako biste fino podesili svjetlinu. U ovom slučaju imam bateriju od 4xAA koja daje oko 6V i crvenu, zelenu i plavu LED diodu s padom napona od oko 2V, 2V i 3V respektivno. To mi daje vrijednost otpornika R = (6-2)/0,02 = 200 Ω za crvenu i zelenu LED diodu i 150 Ω za plavu LED. Nemam na raspolaganju te tačne vrijednosti, ali mogu stvoriti otpornik od 200 Ω kombiniranjem dva otpornika od 100 Ω u seriji, a mogu se približiti otporniku od 150 Ω kombiniranjem otpornika od 100 Ω i 47 Ω otpornika u seriji.

Korak 8: Dodavanje LED dioda u seriji I paralelno

Osećate se avanturistički i želite ovu stvar učiniti ZAISTA sjajnom? Dodajte LED diode u seriji I paralelno! Opet, zapamtite da za dodavanje LED dioda u seriju napon vaše baterije mora biti veći od zbroja padova 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, sa štipaljkama od aligatora 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. Sa crveno-zeleno-plavim LED diodama morao sam ga rastaviti i sastaviti nekoliko puta dok LED diode ne rasporedim tako da daju ravnomjerno raspršen efekat za sve tri boje. Krajnji proizvod ovdje vjerojatno neće biti od velike koristi u mom ormaru, ali svakako izgleda puno hladnije!

Drugoplasirani na takmičenju Made with Math