Dodatečná montáž LED osvětlení: 9 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Tento projekt začal, protože jsem měl ve skříni LED tlačné světlo, které nebylo dostatečně jasné, abych dobře viděl. Myslel jsem, že baterie jsou téměř vybité, ale když jsem je vyměnil, nebylo to jasnější! Usoudil jsem, že rozsvítím světlo, abych viděl, co se děje uvnitř, a zda mohu snadno přidat další LED diody, aby bylo jasnější. Barevné LED diody ale samozřejmě dělají každý projekt zábavnějším, a tak jsem se místo toho rozhodl přidat červené, zelené a modré LED diody. Vypadalo to jako ideální příležitost napsat něco pro soutěž Made with Math Contest - pokud nejste obeznámeni s Ohmovým zákonem nebo jak vypočítat hodnotu odporu omezující proud pro LED, tento Instructable vám ukáže jak.

Pokud máte nějaké dotazy, neváhejte zanechat komentář a já se pokusím vás kontaktovat!

Zásoby

• Bateriově napájené tlačné světlo, nazývané také světlo na puk nebo světlo na baterii. K dispozici na Amazonu nebo v železářstvích. Tento projekt bude fungovat s novějšími LED světly i staršími žárovkami.
• LED podle vašeho výběru
• Různé odpory - hodnoty budou záviset na tom, kolik baterií vaše světlo potřebuje a jaké LED diody zvolíte (zjištění tohoto je součástí tohoto Instructable!)
• Jehlové kleště
• Sada mini šroubováků (někdy je potřeba k rozebrání světla)
• Páječka (doporučeno)
• Multimetr (doporučeno)

Krok 1: Demontujte své světlo

Začněte rozebráním světla. K tomu budete obvykle potřebovat mini šroubovák odstraněním zadního krytu. Uvnitř tohoto vidíme jednoduchý obvod skládající se z vývodů baterie, tlačítka, LED a rezistoru. Žárovkový světelný obvod bude vypadat podobně, ale nebude mít odpor - proto jej budete muset přidat, pokud přecházíte na LED diody.

Krok 2: Rozhodněte se, jaké LED diody chcete, vyhledejte si specifikace

Existuje mnoho různých typů LED diod a jsou k dispozici ve všech různých barvách. Budete se muset rozhodnout, kolik a jaké barevné LED diody chcete použít. Nejjednodušší je pravděpodobně přidat paralelně více LED diod stejné barvy. Pokud chcete přidat LED diody do série nebo míchat barvy, budete muset trochu více počítat - ale k tomu je tento Instructable! Projdeme si každý scénář.

Jakmile se rozhodnete pro LED diody, budete muset vyhledat jejich pokles napětí vpřed a hodnocení proudu vpřed. Tyto informace jsou obvykle k dispozici na webových stránkách, kde jste LED diody zakoupili, nebo v datovém listu. 5mm LED diody, jako jsou ty na obrázku výše, jsou velmi běžné a obvykle jsou dimenzovány na dopředný proud 20mA. Dopředný pokles napětí se pohybuje přibližně od 2V do 4V a závisí na barvě.

Krok 3: Určení napětí

Pokud nemáte multimetr, pak minimálně budete muset určit napětí v bateriovém prostoru vašeho světla. Pro výpočet odporu omezujícího proud je zapotřebí znát napětí vaší baterie. To lze provést počítáním baterií. Jedna alkalická baterie AA (nebo AAA) poskytuje přibližně 1,5 V, o něco vyšší, když jsou čerstvé. Když kombinujete baterie v sérii, napětí se sčítá. V tomto případě bych tedy se čtyřmi čerstvými AA bateriemi měl očekávat něco přes 6V.

Pokud máte po ruce multimetr, není na škodu měřit také napětí. Udělejte to, když LED dioda svítí. V tomto případě vidíte, že dostávám 6,26 V z baterie, zatímco mám 3,26 V pokles přes LED a 2,98 V pokles přes odpor. Je zajímavé poznamenat, že přes odpor snižuji téměř polovinu svého napětí - to je hodně zbytečné energie! Více o tom později. Pokud se vám nechce číst barevný kód, můžete také změřit odpor vašeho rezistoru - proveďte to, když LED nesvítí.

Pokud nevíte, jak používat multimetr, existuje spousta dobrých návodů, jak na Instrucables, tak i jinde. Udělal jsem tenhle.

Krok 4: Výpočet odporu pro jednu LED

Než půjdeme dále, vysvětlíme si, jak vypočítat hodnotu odporu pro jednu LED. Rezistor se řídí Ohmovým zákonem, který říká, že V = IR, příp

Rovnice 1: Napětí [volty] = proud [ampéry] x odpor [ohmy]

Napětí vaší baterie a pokles napětí na LED jsou (přibližně) konstantní. Takže v obvodu výše je pokles napětí na rezistoru

Rovnice 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Když to zapojíme do Ohmova zákona pro odpor, dostaneme:

Rovnice 3: Vbatt-VLED = IR

Pokud máme pro LED cílový proud - říkejme tomu ILED - pak v rovnici 3 víme všechno kromě odporu. Tuto rovnici můžeme přeskupit, abychom ji vyřešili pro R:

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

Řekněme například, že máme 2xAA bateriový zdroj (který dodává 3V), červenou LED s poklesem dopředného napětí 1,8V a chceme 20mA přes LED. Připojením čísel v rovnici 4 získáme:

R = (3V-1,8V) /0,02A = 60 Ω

Rezistory mají obvykle zábavné hodnoty - takže je pravděpodobné, že kolem sebe nemáte odpor 60 Ohmů. Právě tam se hodí vědět, jak kombinovat odpory v sérii a paralelně. Je však v pořádku, pokud nedostanete přes LED přesně 20 mA - „dostatečně blízko“je pravděpodobně v pořádku pro většinu aplikací!

Nakonec je běžnou mylnou představou, že odpor musí přijít před LED, aby snížil napětí nebo omezil proud. To ve skutečnosti není pravda - ukazuje se, že odpor lze místo toho umístit za LED. Podívejte se na video s vysvětlením, proč je to pravda.

Krok 5: Paralelní přidání více LED diod

Začněme od nejjednoduššího případu: stačí přidat paralelně více LED diod stejné barvy, aby bylo vaše světlo jasnější. Mohlo by být lákavé přidat LED diody přímo paralelně k té stávající, ponechat jediný odpor. Funguje to, jak můžete vidět na fotografiích výše - všechny tři LED diody se rozsvítí - ale je tu problém! Proud přes jediný odpor se ve skutečnosti nemění, když přidáte více LED diod paralelně. Vzhledem k tomu, že LED diody jsou paralelní, proud přes jeden odpor se mezi ně rovnoměrně rozdělí. Takže dříve, kde jsem měl 20mA přes jednu LED, nyní dostávám jen asi 20/3 = 6,67mA přes každou LED - a nebudou tak jasné!

Místo toho, pokud přidáte jednotlivý odpor v sérii s každou LED, pak získáte plné množství proudu přes každou LED. Nevýhodou je, že to vybije baterii třikrát rychleji. V mém případě to není velký problém, protože mám světlo namontované ve skříni a nebudu ho používat tak často.

Pokud tedy použijete tento přístup, vyhnete se jakékoli matematice - potřebujete jen několik dalších stejného odporu. V mém případě mám odpor 100Ω a bílou LED - stačí mi po dvou dalších od každého, abych získal celkem tři LED diody paralelně. (Bohužel jsem zapomněl vyfotit ten krok, než jsem přešel na barevné LED diody).

Krok 6: Přidejte další LED diody do série

A co přidání dalších LED do série? Tato možnost funguje, pokud je napětí baterie dostatečně vysoké. LED diody se vůbec nerozsvítí, pokud je napětí baterie nižší než požadovaný dopředný pokles napětí. Stejně jako u baterií, když kombinujete LED diody v sérii, jejich napětí se zvyšuje. V mém případě má bílá LED pokles napětí 3,4 V, takže zapojení dvou do série by vyžadovalo 6,8 V - více, než poskytuje moje baterie. Můžete to však například udělat pomocí dvou (nebo dokonce tří) červených LED diod. Pokud by každá červená LED měla pokles napětí o 2 V a chtěli byste proud 20 mA, dalo by vám to hodnotu rezistoru R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Srovnejte to s vložením jediné červené LED do obvodu: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Přidáním druhé LED v sérii jste výrazně zmenšili velikost rezistoru - ale stále čerpáte pouze 20 mA, takže baterii nevybíjíte rychleji! Zefektivnili jste obvod, protože v rezistoru rozptylujete méně energie. To přináší další rovnici - pro odpor se výkon rovná proudu na druhou krát odpor, nebo

P = I^2*R

Takže 20mA přes odpor 200Ω rozptyluje 80mW, zatímco 20mA přes odpor 100Ω rozptyluje pouze 40mW.

(opět se omlouvám, že nemám obrázek tohoto příkladu - šel jsem paralelně k barevným LED diodám)

Krok 7: Míchání různých barevných LED diod

Pokud chcete kombinovat různé barevné LED diody, máte dvě možnosti:

• Zapojte je do série - to funguje, pokud je celkový pokles napětí na LED diodách menší než napětí baterie (viz předchozí krok).
• Zapojte je paralelně, každý s vlastním odporem - za předpokladu, že chcete, aby všechny LED diody měly stejný proud, takže budou mít stejný jas, stačí vypočítat hodnotu odporu samostatně pro každou LED, vzhledem k jejímu dopřednému poklesu napětí.

Někdy je jednodušší prototypovat obvody takto na prkénku nejprve (pokud nevíte, jak na prkénku použít, podívejte se na tento návod). Opět možná nebudete mít po ruce přesné hodnoty odporu, takže si můžete pohrát s různými kombinacemi v sérii/paralelně a doladit tak svůj jas. V tomto případě mám baterii 4xAA poskytující asi 6V a červenou, zelenou a modrou LED s poklesem napětí asi 2V, 2V a 3V. To mi dává hodnotu odporu R = (6-2)/0,02 = 200Ω pro červenou a zelenou LED a 150Ω pro modrou LED. Nemám k dispozici tyto přesné hodnoty, ale mohu vytvořit odpor 200Ω kombinací dvou rezistorů 100Ω v sérii a mohu se dostat „dostatečně blízko“k rezistoru 150Ω kombinací rezistoru 100Ω a rezistoru 47Ω v sérii.

Krok 8: Přidání LED diod do řady AND Parallel

Cítíte se dobrodružně a chcete tuto věc OPRAVDU rozzářit? Přidejte LED diody do série A paralelně! Opět nezapomeňte, že k přidání LED diod do série musí být napětí vaší baterie vyšší než součet poklesů napětí LED; a pokud přidáte paralelně LED diody, rychleji to vybije baterii. Proveďte samostatný výpočet hodnoty odporu pro každou sadu LED v sérii.

Krok 9: Dejte to dohromady

Prototypování na prkénku, s krokosvorkami nebo ohnutím vodičů společně s kleštěmi je dobrý způsob, jak vyzkoušet různé kombinace LED/odporů před dokončením návrhu. Až budete hotovi, pájení diod LED a odporů dohromady je pomůže při opětovném sestavení světla udržet na místě. Nějaká páska nebo horké lepidlo může také zabránit jejich pohybu. S červeno-zeleno-modrými LED diodami jsem je musel několikrát rozebrat a znovu sestavit, dokud LED diody nebudou uspořádány tak, aby poskytovaly rovnoměrně rozptýlený efekt pro všechny tři barvy. Konečný produkt zde pravděpodobně nebude v mé skříni příliš užitečný, ale určitě vypadá mnohem chladněji!

Druhé místo v soutěži Made with Math