Μετασκευάστε ένα φως ώθησης LED: 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Αυτό το έργο ξεκίνησε επειδή είχα ένα ντουλάπι LED που δεν ήταν αρκετά φωτεινό για να βλέπω καλά. Νόμιζα ότι οι μπαταρίες μόλις είχαν χαμηλώσει, αλλά όταν τις αντικατέστησα, δεν έγινε πιο φωτεινό! Σκέφτηκα ότι θα ανοίξω το φως για να δω τι συμβαίνει μέσα και αν θα μπορούσα εύκολα να προσθέσω μερικά ακόμη LED για να το κάνω πιο φωτεινό. Αλλά φυσικά, τα έγχρωμα LED κάνουν κάθε έργο πιο διασκεδαστικό, οπότε αποφάσισα να προσθέσω κόκκινα, πράσινα και μπλε LED. Αυτό φάνηκε σαν μια τέλεια ευκαιρία να γράψετε κάτι για τον Διαγωνισμό Made with Math - αν δεν είστε εξοικειωμένοι με το νόμο του Ohm ή πώς να υπολογίσετε την τιμή της αντίστασης που περιορίζει το ρεύμα για ένα LED, αυτό το Instructable θα σας δείξει πώς.

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, μη διστάσετε να αφήσετε ένα σχόλιο και θα προσπαθήσω να επικοινωνήσω μαζί σας!

Προμήθειες

• Φώτα ώθησης με μπαταρία, που ονομάζεται επίσης φως φωτισμού ή φως βρύσης. Διατίθεται στο Amazon ή σε καταστήματα υλικού. Αυτό το έργο θα λειτουργήσει τόσο με νεότερα φώτα LED όσο και με παλαιότερα φώτα πυρακτώσεως.
• LED της επιλογής σας
• Ανάμικτες αντιστάσεις - οι τιμές θα εξαρτηθούν από το πόσες μπαταρίες παίρνει το φως σας και ποια LED θα επιλέξετε (η διαπίστωση είναι μέρος αυτού του Instructable!)
• Πένσα μύτης βελόνας
• Μίνι σετ κατσαβιδιών (μερικές φορές απαιτείται για να διαχωριστεί το φως)
• Συγκολλητικό σίδερο (συνιστάται)
• Πολύμετρο (συνιστάται)

Βήμα 1: Αποσυναρμολογήστε το φως σας

Ξεκινήστε αποσυναρμολογώντας το φως σας. Συνήθως θα χρειαστείτε ένα μίνι κατσαβίδι για να το κάνετε αυτό αφαιρώντας το πίσω κάλυμμα. Μέσα σε αυτό μπορούμε να δούμε ένα απλό κύκλωμα που αποτελείται από τους ακροδέκτες της μπαταρίας, ένα κουμπί, ένα LED και μια αντίσταση. Ένα κύκλωμα πυρακτώσεως θα μοιάζει παρόμοιο, αλλά δεν θα έχει αντίσταση - οπότε θα χρειαστεί να το προσθέσετε αν αλλάξετε LED.

Βήμα 2: Αποφασίστε τι LED θέλετε, αναζητήστε προδιαγραφές

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι LED εκεί έξω και έρχονται σε όλα τα διαφορετικά χρώματα. Θα πρέπει να αποφασίσετε πόσες και τι χρώμα LED θέλετε να χρησιμοποιήσετε. Το πιο απλό πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι πιθανότατα να προσθέσετε περισσότερα LED του ίδιου χρώματος παράλληλα. Εάν θέλετε να προσθέσετε LED σε σειρά ή να αναμίξετε χρώματα, θα χρειαστεί να κάνετε λίγο περισσότερα μαθηματικά - αλλά αυτό είναι το Instructable! Θα εξετάσουμε κάθε σενάριο.

Μόλις αποφασίσετε για τις λυχνίες LED, θα πρέπει να αναζητήσετε την πτώση τάσης προς τα εμπρός και τη βαθμολογία ρεύματος προς τα εμπρός. Αυτές οι πληροφορίες είναι συνήθως διαθέσιμες στον ιστότοπο από τον οποίο αγοράσατε τα LED ή στο φύλλο δεδομένων. Οι λυχνίες LED 5 mm όπως αυτές που απεικονίζονται παραπάνω είναι πολύ συνηθισμένες και συνήθως βαθμολογούνται με ρεύμα προόδου 20mA. Η προς τα εμπρός πτώση τάσης κυμαίνεται από περίπου 2V-4V και εξαρτάται από το χρώμα.

Βήμα 3: Προσδιορίστε τις τάσεις

Εάν δεν έχετε πολύμετρο, τότε τουλάχιστον θα πρέπει να καθορίσετε την τάση του διαμερίσματος της μπαταρίας του φωτός σας. Γνωρίζοντας την τάση της μπαταρίας σας απαιτείται για τον υπολογισμό της αντίστασης περιορισμού ρεύματος. Μπορείτε να το κάνετε αυτό μετρώντας μόνο τις μπαταρίες. Μια μόνο αλκαλική μπαταρία AA (ή AAA) παρέχει περίπου 1,5V, λίγο υψηλότερη όταν είναι φρέσκα. Όταν συνδυάζετε μπαταρίες σε σειρά, οι τάσεις αθροίζονται. Σε αυτή την περίπτωση, με τέσσερις φρέσκες μπαταρίες ΑΑ, θα πρέπει να περιμένω κάτι παραπάνω από 6V.

Εάν έχετε ένα πολύμετρο εύχρηστο, δεν μπορεί να βλάψει να μετρήσετε επίσης τις τάσεις. Κάντε αυτό ενώ η λυχνία LED είναι αναμμένη. Σε αυτή την περίπτωση μπορείτε να δείτε ότι παίρνω 6,26V από τη μπαταρία, ενώ έχω πτώση 3,26V πάνω από το LED και 2,98V πτώση πάνω από την αντίσταση. Είναι ενδιαφέρον να σημειώσω ότι ρίχνω σχεδόν τη μισή τάση πάνω από την αντίσταση - αυτό είναι μεγάλη σπατάλη ισχύος! Περισσότερα για αυτό αργότερα. Εάν δεν σας αρέσει να διαβάζετε τον κωδικό χρώματος, μπορείτε επίσης να μετρήσετε την αντίσταση της αντίστασης σας - κάντε το ενώ η λυχνία LED είναι σβηστή.

Εάν δεν ξέρετε πώς να χρησιμοποιήσετε ένα πολύμετρο, υπάρχουν πολλά καλά σεμινάρια εκεί έξω, στα Instrucables και αλλού. Έφτιαξα αυτό.

Βήμα 4: Υπολογισμός της αντίστασης για ένα ενιαίο LED

Πριν προχωρήσουμε περαιτέρω, ας εξηγήσουμε πώς να υπολογίσουμε την τιμή της αντίστασης για ένα μόνο LED. Μια αντίσταση διέπεται από το νόμο του Ohm, ο οποίος δηλώνει ότι V = IR, ή

Εξίσωση 1: Τάση [βολτ] = Ρεύμα [αμπέρ] x Αντίσταση [ωμ]

Η τάση της μπαταρίας σας και η πτώση τάσης στο LED είναι (περίπου) σταθερά. Έτσι, στο κύκλωμα παραπάνω, η πτώση τάσης στην αντίσταση είναι

Εξίσωση 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Η εισαγωγή του στον νόμο του Ohm για την αντίσταση μας δίνει:

Εξίσωση 3: Vbatt-VLED = IR

Εάν έχουμε ένα ρεύμα -στόχο για το LED - ονομάστε το ILED - τότε γνωρίζουμε τα πάντα στην εξίσωση 3 εκτός από την αντίσταση. Μπορούμε να αναδιατάξουμε αυτήν την εξίσωση για να λύσουμε για το R:

Εξίσωση 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

Έτσι, για παράδειγμα, ας πούμε ότι έχουμε μια μπαταρία 2xAA (η οποία παρέχει 3V), ένα κόκκινο LED με πτώση τάσης 1,8V προς τα εμπρός και θέλουμε 20mA μέσω του LED. Συνδέοντας τους αριθμούς στην εξίσωση 4 μας δίνεται:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Οι αντιστάσεις τείνουν να εμφανίζονται σε αστείες τιμές - οπότε οι πιθανότητες είναι ότι δεν έχετε αντίσταση 60Ω. Εκεί είναι χρήσιμο να γνωρίζετε πώς να συνδυάζετε αντιστάσεις σε σειρά και παράλληλα. Ωστόσο, είναι εντάξει εάν δεν λάβετε ακριβώς 20mA μέσω της λυχνίας LED - το "αρκετά κοντά" είναι μάλλον εντάξει για τις περισσότερες εφαρμογές!

Τέλος, είναι μια κοινή εσφαλμένη αντίληψη ότι η αντίσταση πρέπει να έρθει πριν από το LED για να μειώσει την τάση ή να περιορίσει το ρεύμα. Αυτό στην πραγματικότητα δεν είναι αλήθεια - αποδεικνύεται ότι η αντίσταση μπορεί να τοποθετηθεί μετά το LED. Δείτε ένα βίντεο που εξηγεί γιατί είναι αλήθεια εδώ.

Βήμα 5: Προσθήκη περισσότερων LED παράλληλα

Ας ξεκινήσουμε με την απλούστερη περίπτωση: απλά θέλετε να προσθέσετε περισσότερα LED του ίδιου χρώματος παράλληλα για να κάνετε το φως σας πιο φωτεινό. Mightσως είναι δελεαστικό να προσθέσετε τα LED απευθείας παράλληλα με τα υπάρχοντα, διατηρώντας την ενιαία αντίσταση. Αυτό λειτουργεί, όπως μπορείτε να δείτε στις παραπάνω φωτογραφίες - ανάβουν και τα τρία LED - αλλά υπάρχει πρόβλημα! Το ρεύμα μέσω της αντίστασης δεν αλλάζει στην πραγματικότητα όταν προσθέτετε περισσότερα LED παράλληλα. Δεδομένου ότι οι λυχνίες LED είναι παράλληλες, το ρεύμα μέσω της αντίστασης θα χωριστεί ομοιόμορφα μεταξύ τους. Έτσι, πριν, όπου είχα 20mA μέσω ενός μόνο LED, τώρα παίρνω περίπου 20/3 = 6,67mA μέσω κάθε LED - και δεν θα είναι τόσο φωτεινά!

Αντ 'αυτού, εάν προσθέσετε μια μεμονωμένη αντίσταση σε σειρά με κάθε LED, τότε θα λάβετε όλη την ποσότητα ρεύματος μέσω κάθε LED. Το μειονέκτημα είναι ότι αυτό θα εξαντλήσει την μπαταρία σας τρεις φορές πιο γρήγορα. Αυτό δεν είναι μεγάλη υπόθεση στην περίπτωσή μου επειδή έχω το φως τοποθετημένο σε μια ντουλάπα και δεν θα το χρησιμοποιώ τόσο συχνά.

Εάν ακολουθήσετε αυτήν την προσέγγιση, αποφύγατε να κάνετε οποιοδήποτε μαθηματικό - χρειάζεστε μόνο μερικές ακόμη από την ίδια αντίσταση. Στην περίπτωσή μου, έχω μια αντίσταση 100Ω και ένα λευκό LED - χρειάζομαι δύο ακόμη από το καθένα για να πάρω συνολικά τρία LED παράλληλα. (Δυστυχώς ξέχασα να τραβήξω μια φωτογραφία αυτού του βήματος, προτού μεταβώ σε έγχρωμα LED).

Βήμα 6: Προσθέστε περισσότερα LED σε σειρά

Τι γίνεται με την προσθήκη περισσότερων LED στη σειρά; Αυτή η επιλογή λειτουργεί εάν η τάση της μπαταρίας σας είναι αρκετά υψηλή. Οι λυχνίες LED δεν ανάβουν καθόλου εάν η τάση της μπαταρίας είναι κάτω από την απαιτούμενη πτώση τάσης προς τα εμπρός. Όπως και με τις μπαταρίες, όταν συνδυάζετε LED σε σειρά, οι τάσεις τους προστίθενται. Στην περίπτωσή μου, το λευκό μου LED έχει πτώση τάσης 3,4V, οπότε η τοποθέτηση δύο σε σειρά θα απαιτούσε 6,8V - περισσότερο από ό, τι παρέχει η μπαταρία μου. Ωστόσο, για παράδειγμα, θα μπορούσατε να το κάνετε με δύο (ή και τρεις) κόκκινες λυχνίες LED. Εάν κάθε κόκκινο LED είχε πτώση τάσης 2V και θέλετε ρεύμα 20mA, αυτό θα σας έδινε τιμή αντίστασης R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Συγκρίνετε αυτό με την τοποθέτηση ενός μόνο κόκκινου LED στο κύκλωμα: R = (6 - 2) / 0.02 = 200Ω. Προσθέτοντας ένα δεύτερο LED σε σειρά, μειώσατε πολύ το μέγεθος της αντίστασης - αλλά εξακολουθείτε να σχεδιάζετε μόνο 20mA, οπότε δεν αποφορτίζετε την μπαταρία σας γρηγορότερα! Κάνατε το κύκλωμα πιο αποτελεσματικό επειδή διαχέετε λιγότερη ισχύ στην αντίσταση. Αυτό φέρνει μια άλλη εξίσωση - για έναν αντιστάτη, η ισχύς ισούται με το τρέχον τετράγωνο των χρόνων αντίστασης, ή

P = I^2*R

Έτσι, 20mA μέσω αντίστασης 200Ω διαχέει 80mW, ενώ 20mA μέσω αντίστασης 100Ω διαχέει μόνο 40mW.

(πάλι, συγγνώμη που δεν έχω εικόνα αυτού του παραδείγματος - πήγα παράλληλα σε έγχρωμα LED παράλληλα)

Βήμα 7: Ανάμειξη διαφορετικών χρωμάτων LED

Εάν θέλετε να αναμίξετε LED διαφορετικού χρώματος, έχετε δύο επιλογές:

• Συνδέστε τα σε σειρά - αυτό λειτουργεί εφόσον η συνολική πτώση τάσης στα LED είναι μικρότερη από την τάση της μπαταρίας (δείτε προηγούμενο βήμα).
• Καλωδίστε τα παράλληλα, το καθένα με τη δική του αντίσταση - υποθέτοντας ότι θέλετε όλα τα LED να έχουν το ίδιο ρεύμα, ώστε να έχουν την ίδια φωτεινότητα, απλώς υπολογίστε την τιμή της αντίστασης ξεχωριστά για κάθε LED, δεδομένης της εμπρόσθιας πτώσης τάσης.

Μερικές φορές είναι πιο εύκολο να πρωτοτυπώσετε κυκλώματα όπως αυτό πρώτα σε ένα breadboard (αν δεν ξέρετε πώς να χρησιμοποιήσετε ένα breadboard, δείτε αυτό το σεμινάριο). Και πάλι, μπορεί να μην έχετε τις ακριβείς τιμές αντίστασης που θέλετε, ώστε να μπορείτε να παίξετε με διαφορετικούς συνδυασμούς σε σειρά/παράλληλα για να ρυθμίσετε τη φωτεινότητα σας. Σε αυτήν την περίπτωση, έχω μια μπαταρία 4xAA που παρέχει περίπου 6V και κόκκινα, πράσινα και μπλε LED με πτώση τάσης περίπου 2V, 2V και 3V αντίστοιχα. Αυτό μου δίνει μια τιμή αντίστασης R = (6-2) /0.02 = 200Ω για τα κόκκινα και πράσινα LED και 150Ω για το μπλε LED. Δεν έχω αυτές τις ακριβείς τιμές, αλλά μπορώ να δημιουργήσω μια αντίσταση 200Ω συνδυάζοντας δύο αντιστάσεις 100Ω σε σειρά και μπορώ να φτάσω "αρκετά κοντά" σε μια αντίσταση 150Ω συνδυάζοντας μια αντίσταση 100Ω και μια αντίσταση 47Ω σε σειρά.

Βήμα 8: Προσθήκη LED σε σειρά ΚΑΙ παράλληλη

Νιώθετε περιπετειώδεις και θέλετε να κάνετε αυτό το πράγμα ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ φωτεινό; Προσθέστε LED σε σειρά ΚΑΙ παράλληλα! Και πάλι, θυμηθείτε ότι για να προσθέσετε LED σε σειρά, η τάση της μπαταρίας σας πρέπει να είναι υψηλότερη από το άθροισμα των πτώσεων της τάσης LED. και αν προσθέσετε παράλληλα LED, θα αδειάσει πιο γρήγορα η μπαταρία. Κάντε ξεχωριστό υπολογισμό για την τιμή της αντίστασης για κάθε σύνολο LED σε σειρά.

Βήμα 9: Βάλτε το ξανά μαζί

Η πρωτοτυπία σε μια σανίδα ψωμιού, με συνδετήρες αλιγάτορα ή κάμπτοντας μολύβια μαζί με πένσα είναι ένας καλός τρόπος να δοκιμάσετε διαφορετικούς συνδυασμούς LED/αντιστάσεων πριν ολοκληρώσετε το σχέδιό σας. Όταν τελειώσετε, η συγκόλληση των LED και των αντιστάσεων μαζί θα σας βοηθήσει να τα κρατήσετε στη θέση τους όταν ξανασυναρμολογείτε το φως. Κάποια ταινία ή καυτή κόλλα μπορεί επίσης να τα βοηθήσει να μην κινούνται. Με τα κόκκινα-πράσινα-μπλε LED, έπρεπε να το αποσυναρμολογήσω και να το ξανασυναρμολογήσω μερικές φορές έως ότου πήρα τα LED τακτοποιημένα έτσι ώστε να δώσουν ένα ομοιόμορφα διάχυτο αποτέλεσμα και για τα τρία χρώματα. Το τελικό προϊόν εδώ πιθανότατα δεν θα είναι πολύ χρήσιμο στην ντουλάπα μου, αλλά σίγουρα φαίνεται πολύ πιο δροσερό!

Διαγωνισμός στο Made with Math