Modernizuokite LED stumiamąją lemputę: 9 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Šis projektas prasidėjo, nes mano spintoje buvo LED stumiama lemputė, kuri nebuvo pakankamai ryški, kad galėčiau gerai matyti. Maniau, kad akumuliatoriai tiesiog išsikrauna, bet kai juos pakeičiau, jie nebuvo šviesesni! Aš supratau, kad atidarysiu šviesą, kad pamatyčiau, kas vyksta viduje, ir ar galėčiau lengvai pridėti dar keletą šviesos diodų, kad būtų šviesiau. Bet, žinoma, spalvoti šviesos diodai daro kiekvieną projektą linksmesnį, todėl nusprendžiau vietoj to pridėti raudonos, žalios ir mėlynos šviesos diodų. Tai atrodė kaip puiki proga ką nors parašyti konkursui „Pagaminta naudojant matematiką“- jei nesate susipažinę su Omo dėsniu ar kaip apskaičiuoti srovės ribojančią rezistoriaus vertę šviesos diodui, ši instrukcija parodys, kaip tai padaryti.

Jei turite klausimų, nedvejodami palikite komentarą ir aš pasistengsiu su jumis susisiekti!

Prekės

• Baterija maitinama stūmoklinė lemputė, dar vadinama ritulio lempute arba čiaupo lempute. Galima įsigyti „Amazon“arba techninės įrangos parduotuvėse. Šis projektas veiks tiek su naujesnėmis LED lemputėmis, tiek su senesnėmis kaitrinėmis lempomis.
• Jūsų pasirinkti šviesos diodai
• Įvairūs rezistoriai - vertės priklausys nuo to, kiek baterijų jūsų lemputė užima ir kokius šviesos diodus pasirinksite (išsiaiškinti yra šios instrukcijos dalis!)
• Adatos nosies replės
• Mini atsuktuvų rinkinys (kartais reikalingas šviesai išardyti)
• Lituoklis (rekomenduojama)
• Multimetras (rekomenduojama)

1 žingsnis: išardykite šviesą

Pradėkite išardydami šviesą. Paprastai tam reikės mini atsuktuvo, nuimant galinį dangtelį. Viduje matome paprastą grandinę, kurią sudaro akumuliatoriaus gnybtai, mygtukas, šviesos diodas ir rezistorius. Kaitinamųjų lempučių grandinė atrodys panašiai, tačiau neturės rezistoriaus, todėl turėsite ją pridėti, jei pereisite prie šviesos diodų.

2 žingsnis: nuspręskite, kokių šviesos diodų norite, ieškokite specifikacijų

Yra daug įvairių tipų šviesos diodų, ir jie yra įvairių spalvų. Turėsite nuspręsti, kiek ir kokios spalvos šviesos diodų norite naudoti. Paprasčiausias dalykas, ko gero, yra lygiagrečiai pridėti daugiau tos pačios spalvos šviesos diodų. Jei norite pridėti serijinius šviesos diodus arba maišyti spalvas, turėsite šiek tiek daugiau atlikti matematiką - bet šiam tikslui ši instrukcija yra skirta! Mes apsvarstysime kiekvieną scenarijų.

Nusprendę pasirinkti šviesos diodus, turėsite sužinoti jų įtampos kritimą į priekį ir srovės stiprį. Ši informacija paprastai pateikiama svetainėje, kurioje įsigijote šviesos diodus, arba duomenų lape. 5 mm šviesos diodai, tokie kaip aukščiau pavaizduoti, yra labai paplitę ir paprastai yra vertinami esant 20 mA srovei. Priekinis įtampos kritimas svyruoja nuo maždaug 2V-4V ir priklauso nuo spalvos.

3 žingsnis: nustatykite įtampą

Jei neturite multimetro, bent jau turėsite nustatyti lempos baterijos skyriaus įtampą. Norint apskaičiuoti srovės ribojimo rezistorių, reikia žinoti akumuliatoriaus įtampą. Tai galite padaryti tiesiog suskaičiavę baterijas. Viena šarminė AA (arba AAA) baterija tiekia apie 1,5 V, šiek tiek didesnė, kai jie švieži. Sujungus baterijas nuosekliai, įtampa padidėja. Taigi šiuo atveju, turėdamas keturias šviežias AA baterijas, turėčiau tikėtis šiek tiek daugiau nei 6 V.

Jei turite po ranka esantį multimetrą, nepakenks išmatuoti ir įtampą. Padarykite tai, kol šviečia šviesos diodas. Tokiu atveju matote, kad iš akumuliatoriaus gaunu 6,26 V įtampą, o šviesos diodas nukrenta 3,26 V, o rezistorius - 2,98 V. Įdomu pastebėti, kad per rezistorių numeta beveik pusę savo įtampos - tai daug iššvaistytos galios! Daugiau apie tai vėliau. Jei nenorite skaityti spalvų kodo, taip pat galite išmatuoti savo rezistoriaus varžą - darykite tai, kai šviesos diodas neužsidega.

Jei nežinote, kaip naudoti multimetrą, ten yra daug gerų vadovėlių, instrukcijų ir kitur. Aš padariau šį.

4 žingsnis: Vieno šviesos diodo rezistoriaus apskaičiavimas

Prieš eidami toliau, paaiškinkime, kaip apskaičiuoti vieno šviesos diodo rezistoriaus vertę. Rezistoriui taikomas Omo įstatymas, kuriame teigiama, kad V = IR arba

1 lygtis: įtampa [voltai] = srovė [amperai] x varža [omai]

Akumuliatoriaus įtampa ir įtampos kritimas šviesos dioduose yra (maždaug) pastovūs. Taigi aukščiau esančioje grandinėje įtampos kritimas per rezistorių yra

2 lygtis: rezistorius = Vbatt-VLED

Prijungę jį prie Omo dėsnio rezistoriui, gauname:

3 lygtis: Vbatt-VLED = IR

Jei mes turime šviesos diodo tikslinę srovę - vadinkite ją ILED - tada mes žinome viską 3 lygtyje, išskyrus atsparumą. Mes galime pertvarkyti šią lygtį, kad išspręstume R:

4 lygtis: R = (Vbatt-VLED)/ILED

Pavyzdžiui, tarkime, kad turime 2xAA bateriją (kuri tiekia 3 V įtampą), raudoną šviesos diodą, kurio priekinė įtampa nukrenta 1,8 V, ir mes norime 20 mA per LED. Sujungę skaičius 4 lygtyje gauname:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Rezistoriai dažniausiai būna juokingų verčių - taigi yra tikimybė, kad neturite 60Ω rezistoriaus. Čia praverčia žinoti, kaip nuosekliai ir lygiagrečiai sujungti rezistorius. Tačiau gerai, jei per šviesos diodą negausite tiksliai 20 mA - „pakankamai arti“tikriausiai tinka daugeliui programų!

Galiausiai paplitusi klaidinga nuomonė, kad rezistorius turi būti prieš šviesos diodą, kad sumažėtų įtampa arba apribotų srovę. Tai iš tikrųjų nėra tiesa - pasirodo, kad rezistorius gali būti dedamas po LED. Žiūrėkite vaizdo įrašą, paaiškinantį, kodėl tai tiesa čia.

5 veiksmas: pridėkite daugiau šviesos diodų lygiagrečiai

Pradėkime nuo paprasčiausio atvejo: tiesiog norite lygiagrečiai pridėti daugiau tos pačios spalvos šviesos diodų, kad jūsų šviesa būtų ryškesnė. Gali būti viliojanti tiesiog pridėti šviesos diodus lygiagrečiai su esamais, išlaikant vieną rezistorių. Tai veikia, kaip matote aukščiau esančiose nuotraukose - visi trys šviesos diodai užsidega, tačiau yra problema! Srovė per vieną rezistorių iš tikrųjų nesikeičia, kai lygiagrečiai pridedate daugiau šviesos diodų. Kadangi šviesos diodai yra lygiagrečiai, srovė per vieną rezistorių tolygiai pasiskirsto tarp jų. Taigi anksčiau, kai turėjau 20 mA per vieną šviesos diodą, dabar per kiekvieną šviesos diodą gaunu tik apie 20/3 = 6,67 mA - ir jie nebus tokie ryškūs!

Vietoj to, jei prie kiekvieno šviesos diodo pridėsite atskirą rezistorių, tada per kiekvieną šviesos diodą gausite visą srovės kiekį. Neigiama yra tai, kad baterija išeikvos tris kartus greičiau. Mano atveju tai nėra didelė problema, nes šviesa yra sumontuota spintoje ir jos nenaudosiu taip dažnai.

Taigi, jei pasirinksite šį metodą, vengėte atlikti bet kokią matematiką - jums tereikia dar kelių to paties rezistoriaus. Mano atveju aš turiu 100Ω rezistorių ir baltą šviesos diodą - man reikia tik dar dviejų kiekvienos, kad iš viso gautų tris šviesos diodus lygiagrečiai. (Deja, prieš pereidamas prie spalvotų šviesos diodų, pamiršau nufotografuoti tą žingsnį).

6 veiksmas: pridėkite daugiau šviesos diodų serijiniu būdu

Ką daryti, jei serijiniu būdu pridedate daugiau šviesos diodų? Ši parinktis veikia, jei akumuliatoriaus įtampa yra pakankamai aukšta. Šviesos diodai visai neįsijungs, jei akumuliatoriaus įtampa bus mažesnė už reikiamą priekinės įtampos kritimą. Kaip ir naudojant baterijas, kai serijiniu būdu derinate šviesos diodus, padidėja jų įtampa. Mano atveju, mano balto šviesos diodo įtampa nukrenta 3,4 V, todėl norint sujungti du iš eilės, reikės 6,8 V - daugiau nei mano akumuliatorius. Tačiau, pavyzdžiui, galite tai padaryti naudodami du (ar net tris) raudonus šviesos diodus. Jei kiekvieno raudono šviesos diodo įtampa nukristų 2 V, o jūs norėtumėte 20 mA srovės, tai rezistoriaus vertė būtų R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Palyginkite tai su tik vieno raudono šviesos diodo įjungimu į grandinę: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Pridėję antrą serijinį šviesos diodą, jūs žymiai sumažinote rezistoriaus dydį, tačiau vis tiek pritraukiate tik 20 mA srovę, todėl akumuliatorius neišsikrauna greičiau! Jūs padarėte grandinę efektyvesnę, nes rezistoriuje išsklaidote mažiau energijos. Tai suteikia dar vieną lygtį - rezistoriaus galia yra lygi dabartinei kvadrato kartos pasipriešinimui, arba

P = I^2*R

Taigi 20mA per 200Ω rezistorių išsklaido 80mW, o 20mA per 100Ω rezistorių išsklaido tik 40mW.

(dar kartą atsiprašau, kad neturiu šio pavyzdžio nuotraukos - lygiagrečiai nuėjau prie spalvotų šviesos diodų)

7 žingsnis: skirtingų spalvų šviesos diodų maišymas

Jei norite maišyti skirtingų spalvų šviesos diodus, turite dvi parinktis:

• Sujunkite juos nuosekliai - tai veikia tol, kol bendras šviesos diodų įtampos kritimas yra mažesnis nei akumuliatoriaus įtampa (žr. Ankstesnį veiksmą).
• Prijunkite juos lygiagrečiai, kiekvienas su savo rezistoriumi - darant prielaidą, kad norite, kad visi šviesos diodai turėtų tą pačią srovę, kad jie būtų vienodo ryškumo, tiesiog apskaičiuokite rezistoriaus vertę atskirai kiekvienam šviesos diodui, atsižvelgiant į jo priekinės įtampos kritimą.

Kartais pirmiausia lengviau sukurti tokių grandinių prototipus ant duonos lentos (jei nežinote, kaip naudoti duonos lentą, peržiūrėkite šią mokymo programą). Vėlgi, galbūt neturėsite tikslių rezistorių verčių, kurių norite, todėl galite žaisti įvairiais deriniais nuosekliai/lygiagrečiai, kad sureguliuotumėte savo ryškumą. Šiuo atveju turiu 4xAA baterijų paketą, tiekiantį apie 6 V, ir raudonus, žalius ir mėlynus šviesos diodus, kurių įtampa atitinkamai sumažėja maždaug 2 V, 2 V ir 3 V. Tai suteikia man rezistoriaus reikšmę R = (6-2)/0,02 = 200Ω raudoniems ir žaliems šviesos diodams ir 150Ω mėlynam šviesos diodui. Neturiu tų tikslių verčių, bet galiu sukurti 200Ω rezistorių, sujungdamas du 100Ω rezistorius nuosekliai, ir galiu „pakankamai priartėti“prie 150Ω rezistoriaus, sujungdamas 100Ω rezistorių ir 47Ω rezistorių.

8 žingsnis: Šviesos diodų pridėjimas serijomis IR lygiagrečiai

Jaučiatės nuotykių kupinas ir norite, kad šis dalykas būtų TIKRAI ryškus? Pridėkite šviesos diodus nuosekliai IR lygiagrečiai! Dar kartą atminkite, kad norint nuosekliai pridėti šviesos diodų, jūsų akumuliatoriaus įtampa turi būti didesnė nei šviesos diodų įtampos kritimo suma; ir jei lygiagrečiai pridedate šviesos diodus, akumuliatorius išsikraus greičiau. Atskirai apskaičiuokite rezistoriaus vertę kiekvienam serijiniam šviesos diodų rinkiniui.

9 žingsnis: sudėkite jį atgal

Prototipų kūrimas ant duonos lentos, su aligatoriaus spaustukais arba sulenkiant laidus kartu su replėmis yra geras būdas išbandyti įvairius šviesos diodų ir rezistorių derinius prieš baigiant dizainą. Kai baigsite, šviesos diodų ir rezistorių litavimas kartu padės išlaikyti juos vietoje, kai surinksite šviesą. Kai kurios juostos ar karšti klijai taip pat gali padėti išvengti jų judėjimo. Naudojant raudonai žaliai mėlyną šviesos diodą, keletą kartų turėjau jį išardyti ir surinkti, kol šviesos diodai buvo išdėstyti taip, kad suteiktų tolygiai išsklaidytą visų trijų spalvų efektą. Galutinis produktas čia tikriausiai nebus labai naudingas mano spintoje, bet tikrai atrodo daug vėsiau!

Konkurso „Made with Math“laimėtojas