Pas 'n LED -lig weer aan: 9 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Hierdie projek het begin omdat ek 'n LED -lig in my kas gehad het wat nie helder genoeg was om goed te sien nie. Ek het gedink die batterye raak net leeg, maar toe ek dit vervang, word dit nie helderder nie! Ek het gedink ek sal die lig oopmaak om te sien wat daar binne aangaan, en of ek maklik nog 'n paar LED's kan byvoeg om dit helderder te maak. Maar natuurlik maak gekleurde LED's elke projek lekkerder, so ek het besluit om eerder rooi, groen en blou LED's by te voeg. Dit was 'n uitstekende geleentheid om iets vir die Made with Math Contest te skryf - as u nie die wet van Ohm ken nie of hoe u die huidige beperkende weerstandswaarde vir 'n LED kan bereken, sal hierdie instruksies u wys hoe.

As u enige vrae het, moet asseblief nie huiwer om 'n opmerking te lewer nie, en ek sal probeer om terug te kom!

Voorrade

• Batterij-aangedrewe stootlig, ook 'n knippie of kraanlig genoem. Beskikbaar by Amazon of by hardewarewinkels. Hierdie projek werk met nuwer LED -ligte en ouer gloeilampe.
• LED's van u keuse
• Verskeie weerstande - die waardes hang af van hoeveel batterye u lig benodig en watter LED's u kies (dit is deel van hierdie instruksies!)
• Naald tang
• Mini skroewedraaierstel (soms nodig om die lig uitmekaar te haal)
• Soldeerbout (aanbeveel)
• Multimeter (aanbeveel)

Stap 1: Demonteer u lig

Begin deur u lig uitmekaar te haal. U benodig gewoonlik 'n mini -skroewedraaier om die agterkant te verwyder. Binne hierdie een kan ons 'n eenvoudige stroombaan sien wat bestaan uit die batteryklemme, 'n knoppie, 'n LED en 'n weerstand. 'N Gloeilamp sal soortgelyk lyk, maar sal nie 'n weerstand hê nie - dus moet u een byvoeg as u oorskakel na LED's.

Stap 2: Besluit watter LED's u wil hê, soek die spesifikasies

Daar is baie verskillende soorte LED's, en dit kom in verskillende kleure voor. U moet besluit hoeveel LED's u wil gebruik en in watter kleur. Die eenvoudigste is om meer LED's van dieselfde kleur parallel by te voeg. As u LED's in serie wil byvoeg of kleure wil meng, moet u 'n bietjie meer wiskunde doen - maar dit is waarvoor hierdie instruksionele doel is! Ons gaan oor elke scenario.

Sodra u op LED's besluit het, moet u die spanningverlies en die stroomsterkte na vore kyk. Hierdie inligting is gewoonlik beskikbaar op die webwerf waar u die LED's of in die datablad gekoop het. 5 mm LED's soos die hierbo op die foto is baie algemeen en word gewoonlik met 'n voorwaartse stroom van 20mA gegradeer. Die voorwaartse spanningsval wissel van ongeveer 2V-4V en hang af van die kleur.

Stap 3: Bepaal spanning

As u nie 'n multimeter het nie, moet u ten minste die spanning van die batterykompartement van u lig bepaal. Om die spanning van u battery te ken, is nodig vir die berekening van die stroombeperkende weerstand. U kan dit doen deur net die batterye te tel. 'N Enkele alkaliese AA (of AAA) battery lewer ongeveer 1,5V, 'n bietjie hoër as dit vars is. As u batterye in serie kombineer, neem die spannings toe. In hierdie geval, met vier vars AA -batterye, moet ek net meer as 6V verwag.

As u 'n multimeter byderhand het, kan dit ook nie skade doen om die spanning te meet nie. Doen dit terwyl die LED aan is. In hierdie geval kan u sien dat ek 6,26V uit die battery kry, terwyl ek 'n 3,26V -val oor die LED en 'n 2,98V -daling oor die weerstand het. Dit is interessant om daarop te let dat ek amper die helfte van my spanning oor die weerstand laat val - dit is baie vermorsde krag! Meer hieroor later. As u nie die kleurkode wil lees nie, kan u ook die weerstand van u weerstand meet - doen dit terwyl die LED af is.

As u nie weet hoe om 'n multimeter te gebruik nie, is daar baie goeie tutoriale oor Instrucables en elders. Ek het hierdie een gemaak.

Stap 4: Bereken die weerstand vir 'n enkele LED

Voordat ons verder gaan, laat ons verduidelik hoe u die weerstandswaarde vir 'n enkele LED kan bereken. 'N Weerstand word beheer deur Ohm's Law, wat bepaal dat V = IR, of

Vergelyking 1: Spanning [volt] = Stroom [ampère] x Weerstand [ohm]

Die spanning van u battery en die spanningsval oor die LED is (ongeveer) konstant. In die stroombaan hierbo is die spanningsval oor die weerstand

Vergelyking 2: Vresistor = Vbatt-VLED

As ons dit in die Ohm -wet vir die weerstand aansluit, kry ons:

Vergelyking 3: Vbatt-VLED = IR

As ons 'n doelstroom vir die LED het - noem dit ILED - dan weet ons alles in vergelyking 3 behalwe die weerstand. Ons kan die vergelyking herrangskik om op te los vir R:

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

Sê byvoorbeeld dat ons 'n 2xAA -batterypak (wat 3V verskaf) het, 'n rooi LED met 'n voorwaartse spanningsval van 1.8V, en ons wil 20mA deur die LED hê. As ons die getalle in vergelyking 4 koppel, kry ons:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Weerstands kom gewoonlik in snaakse waardes voor; so die kans is goed dat u nie 'n weerstand van 60Ω het nie. Dit is handig om te weet hoe om weerstande in serie en parallel te kombineer. Dit is egter OK as u nie presies 20mA deur die LED kry nie - 'naby genoeg' is waarskynlik goed vir die meeste toepassings!

Ten slotte is dit 'n algemene wanopvatting dat die weerstand voor die LED moet kom om die spanning te laat daal of die stroom te beperk. Dit is eintlik nie waar nie - dit blyk dat die weerstand in plaas daarvan agter die LED geplaas kan word. Kyk hier na 'n video wat verduidelik hoekom dit waar is.

Stap 5: Voeg meer LED's in parallel

Kom ons begin met die eenvoudigste geval: u wil net meer LED's van dieselfde kleur parallel voeg om u lig helderder te maak. Dit kan aanloklik wees om die LED's direk parallel met die bestaande een by te voeg, terwyl die enkele weerstand behoue bly. Dit werk, soos u op die foto's hierbo kan sien - al drie LED's brand - maar daar is 'n probleem! Die stroom deur die enkele weerstand verander nie eintlik as u meer LED's parallel voeg nie. Aangesien die LED's parallel is, gaan die stroom deur die enkele weerstand eweredig tussen hulle verdeel. Dus, voorheen, waar ek 20mA deur 'n enkele LED gehad het, kry ek nou net ongeveer 20/3 = 6,67mA deur elke LED - en hulle sal nie so helder wees nie!

As u in plaas daarvan 'n individuele weerstand in serie by elke LED voeg, kry u die volle hoeveelheid stroom deur elke LED. Die nadeel is dat u battery drie keer so vinnig leegloop. Dit is in my geval nie 'n groot probleem nie, want ek het die lig in 'n kas, en ek sal dit nie so gereeld gebruik nie.

As u dus hierdie benadering volg, het u vermy om wiskunde te doen - u benodig net nog 'n paar van dieselfde weerstand. In my geval het ek 'n weerstand van 100Ω en 'n wit LED - ek benodig net nog twee van elk om altesaam drie LED's parallel te kry. (Ongelukkig het ek vergeet om 'n foto van die stap te neem, voordat ek oorgeskakel het na gekleurde LED's).

Stap 6: Voeg meer LED's in die reeks by

Wat van die toevoeging van meer LED's in serie? Hierdie opsie werk as u batteryspanning hoog genoeg is. LED's sal glad nie aanskakel as die spanning van die battery onder die vereiste voorwaartse spanningsval is nie. Net soos met batterye, voeg die spannings toe as u LED's in serie kombineer. In my geval het my wit LED 'n spanningsval van 3.4V, dus om twee in serie te plaas, verg 6.8V - meer as wat my battery verskaf. U kan dit byvoorbeeld byvoorbeeld doen met twee (of selfs drie) rooi LED's. As elke rooi LED 'n spanningsval van 2V het en u 'n stroom van 20mA wil hê, gee dit u 'n weerstandswaarde van R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Vergelyk dit met slegs 'n enkele rooi LED in die stroombaan: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Deur 'n tweede LED in serie by te voeg, het u die grootte van die weerstand aansienlik verminder - maar u trek nog net 20mA, sodat u u battery nie vinniger leegmaak nie! U het die stroombaan doeltreffender gemaak omdat u minder krag in die weerstand afbreek. Dit bring 'n ander vergelyking in - vir 'n weerstand is krag gelyk aan die kwadraat in die weerstand, of

P = I^2*R

Dus 20mA deur 'n 200Ω weerstand versprei 80mW, terwyl 20mA deur 'n 100Ω weerstand slegs 40mW verdryf.

(weereens, ekskuus dat ek nie 'n prentjie van hierdie voorbeeld het nie - ek het parallel met gekleurde LED's gegaan)

Stap 7: Meng verskillende kleure LED's

As u verskillende LED's wil meng, het u twee opsies:

• Verbind dit in serie - dit werk solank die totale spanningsval oor die LED's kleiner is as die batteryspanning (sien vorige stap).
• Draai hulle parallel, elk met hul eie weerstand - as u wil hê dat alle LED's dieselfde stroom moet hê, sodat hulle dieselfde helderheid sal hê, bereken u die weerstandswaarde afsonderlik vir elke LED, gegewe die voorwaartse spanningsval.

Soms is dit makliker om sulke kringe eers op 'n broodbord te prototipe (kyk na hierdie tutoriaal as u nie weet hoe om 'n broodbord te gebruik nie). Weereens, miskien het u nie die presiese weerstandswaardes wat u wil hê nie, sodat u met verskillende kombinasies in serie/parallel kan speel om u helderheid te verfyn. In hierdie geval het ek 'n 4xAA -batterypak met ongeveer 6V en rooi, groen en blou LED's met 'n spanningsval van onderskeidelik 2V, 2V en 3V. Dit gee my 'n weerstandswaarde van R = (6-2) /0.02 = 200Ω vir die rooi en groen LED's, en 150Ω vir die blou LED. Ek het nie die presiese waardes beskikbaar nie, maar ek kan 'n 200Ω -weerstand skep deur twee 100Ω -weerstande in serie te kombineer, en ek kan 'naby genoeg' by 'n 150Ω -weerstand kom deur 'n 100Ω -weerstand en 47Ω -weerstand in serie te kombineer.

Stap 8: Voeg LED's by in reeks EN parallel

Avontuurlustig en wil u hierdie ding regtig helder maak? Voeg LED's in serie EN parallel! Onthou weereens: om LED's in serie te voeg, moet u batteryspanning hoër wees as die som van die LED -spanningsvalle; en as u parallelle LED's byvoeg, sal die battery vinniger leegloop. Doen 'n aparte berekening vir die weerstandswaarde vir elke stel LED's in serie.

Stap 9: Sit dit weer saam

Om 'n prototipe op 'n broodbord, met krokodilleknipsels of deur buise saam met 'n tang te buig, is 'n goeie manier om verskillende kombinasies van LED/weerstand uit te probeer voordat u u ontwerp voltooi. As u klaar is, sal die LED's en weerstande aanmekaar soldeer om hulle op hul plek te hou as u die lig weer aanmekaar sit. Bande of warm gom kan ook verhoed dat hulle rondbeweeg. Met die rooi-groen-blou LED's, moes ek dit 'n paar keer uitmekaar haal en weer aanmekaar sit totdat ek die LED's so ingerig het dat dit 'n eweredige verspreiding van die drie kleure gee. Die finale produk hier sal waarskynlik nie baie nuttig in my kas wees nie, maar dit lyk beslis baie koeler!

Naaswenner in die Made with Math -wedstryd