Ettermonter et LED -lys: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Dette prosjektet startet fordi jeg hadde et LED -lys i skapet mitt som ikke var lyst nok til at jeg så godt. Jeg trodde batteriene bare ble svake, men da jeg byttet dem ble det ikke lysere! Jeg tenkte jeg skulle åpne lyset for å se hva som foregikk inne, og om jeg lett kunne legge til noen flere lysdioder for å gjøre det lysere. Men selvfølgelig gjør fargede lysdioder hvert prosjekt morsommere, så jeg bestemte meg for å legge til røde, grønne og blå lysdioder i stedet. Dette virket som en perfekt mulighet til å skrive noe til Made with Math Contest - hvis du ikke er kjent med Ohms lov eller hvordan du beregner den nåværende begrensende motstandsverdien for en LED, vil denne instruktøren vise deg hvordan.

Hvis du har spørsmål, ikke nøl med å legge igjen en kommentar, så skal jeg prøve å komme tilbake til deg!

Rekvisita

• Batteridrevet skyvelys, også kalt pucklys eller tappelys. Tilgjengelig på Amazon eller i maskinvarebutikker. Dette prosjektet vil fungere med både nyere LED -lys og eldre glødelamper.
• Valgfrie lysdioder
• Assorterte motstander - verdier vil avhenge av hvor mange batterier lyset ditt tar og hvilke lysdioder du velger (å finne ut av det er en del av denne instruksen!)
• Nål nesetang
• Mini skrutrekkersett (noen ganger nødvendig for å ta fra hverandre lyset)
• Loddejern (anbefalt)
• Multimeter (anbefalt)

Trinn 1: Demonter lyset ditt

Start med å demontere lyset ditt. Du trenger vanligvis en miniskrutrekker for å gjøre dette ved å fjerne bakdekselet. Inne i denne kan vi se en enkel krets bestående av batteripolene, en knapp, en LED og en motstand. En glødelampe vil se lik ut, men vil ikke ha en motstand - så du må legge til en hvis du bytter til lysdioder.

Trinn 2: Bestem hvilke lysdioder du vil ha, slå opp spesifikasjoner

Det finnes mange forskjellige typer LED -er der ute, og de kommer i alle forskjellige farger. Du må bestemme hvor mange og hvilken farge LED du vil bruke. Det enkleste er å sannsynligvis legge til flere lysdioder i samme farge parallelt. Hvis du vil legge til lysdioder i serie eller blande farger, må du gjøre litt mer matte - men det er det denne instruksen er til for! Vi går over hvert scenario.

Når du har bestemt deg for lysdioder, må du slå opp spenningsfallet og strømstyrken forover. Denne informasjonen er vanligvis tilgjengelig på nettstedet der du kjøpte lysdiodene eller i databladet. 5 mm lysdioder som de som er vist ovenfor er veldig vanlige, og de er vanligvis vurdert til en fremoverstrøm på 20mA. Spenningsfallet fremover varierer fra ca 2V-4V og avhenger av fargen.

Trinn 3: Bestem spenninger

Hvis du ikke har et multimeter, må du i det minste bestemme spenningen i lampens batterirom. Å kjenne spenningen til batteripakken er nødvendig for å beregne strømbegrensende motstand. Du kan gjøre dette ved å telle batteriene. Et enkelt alkalisk AA (eller AAA) batteri gir omtrent 1,5V, litt høyere når de er friske. Når du kombinerer batterier i serie, legger spenningene seg opp. Så i dette tilfellet, med fire friske AA -batterier, bør jeg forvente litt over 6V.

Hvis du har et multimeter hendig, kan det ikke skade å måle spenningene også. Gjør dette mens LED -lampen er på. I dette tilfellet kan du se at jeg får 6,26V fra batteripakken, mens jeg har en 3,26V fall over LED og en 2,98V fall over motstanden. Det er interessant å merke seg at jeg slipper nesten halvparten av spenningen over motstanden - det er mye bortkastet strøm! Mer om det senere. Hvis du ikke har lyst til å lese fargekoden, kan du også måle motstanden til motstanden din - gjør dette mens LED -en er slått av.

Hvis du ikke vet hvordan du bruker et multimeter, er det mange gode opplæringsprogrammer der ute, på Instrucables og andre steder. Jeg lagde denne.

Trinn 4: Beregning av motstanden for en enkelt LED

La oss forklare hvordan vi beregner motstandsverdien for en enkelt LED før vi går videre. En motstand styres av Ohms lov, som sier at V = IR, eller

Ligning 1: Spenning [volt] = Strøm [ampere] x Motstand [ohm]

Spenningen på batteriet og spenningsfallet over LED -en er (omtrent) konstant. Så i kretsen ovenfor er spenningsfallet over motstanden

Ligning 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Å koble det til Ohms lov for motstanden gir oss:

Ligning 3: Vbatt-VLED = IR

Hvis vi har en målstrøm for LED -en - kall den ILED - så vet vi alt i ligning 3 bortsett fra motstanden. Vi kan omorganisere denne ligningen for å løse for R:

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

Så for eksempel, si at vi har en 2xAA batteripakke (som leverer 3V), en rød LED med et spenningsfall på 1,8V fremover, og vi vil ha 20mA gjennom LED -en. Å koble tallene i ligning 4 gir oss:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Motstander har en tendens til å komme i morsomme verdier - så det er sannsynlig at du ikke har en 60Ω motstand som ligger rundt. Det er der det er nyttig å vite hvordan man kombinerer motstander i serie og parallell. Imidlertid er det OK hvis du ikke får akkurat 20mA gjennom LED -en - "nær nok" er sannsynligvis OK for de fleste applikasjoner!

Til slutt er det en vanlig misforståelse at motstanden må komme foran lysdioden for å slippe spenningen eller begrense strømmen. Det er faktisk ikke sant - det viser seg at motstanden kan plasseres etter lysdioden i stedet. Se en video som forklarer hvorfor det er sant her.

Trinn 5: Legge til flere lysdioder i parallell

La oss starte med det enkleste tilfellet: du vil bare legge til flere lysdioder i samme farge parallelt for å gjøre lyset ditt lysere. Det kan være fristende å legge til lysdiodene direkte parallelt med den eksisterende, og beholde den ene motstanden. Dette fungerer, som du kan se på bildene ovenfor - alle tre lysdiodene lyser - men det er et problem! Strømmen gjennom enkeltmotstanden endres faktisk ikke når du legger til flere lysdioder parallelt. Siden lysdiodene er parallelle, kommer strømmen gjennom den enkelte motstanden til å dele seg jevnt mellom dem. Så før, hvor jeg hadde 20mA gjennom en enkelt LED, nå får jeg bare omtrent 20/3 = 6,67mA gjennom hver LED - og de blir ikke like lyse!

I stedet, hvis du legger til en individuell motstand i serie med hver LED, får du hele strømmen gjennom hver LED. Ulempen er at dette vil tømme batteriet tre ganger så fort. Dette er ikke så farlig i mitt tilfelle fordi jeg har lyset montert i et skap, og kommer ikke til å bruke det så ofte.

Så hvis du tar denne tilnærmingen, har du unngått å gjøre matte - du trenger bare noen flere av den samme motstanden. I mitt tilfelle har jeg en 100Ω motstand og en hvit LED - jeg trenger bare ytterligere to av hver for å få totalt tre lysdioder parallelt. (Dessverre glemte jeg å ta et bilde av det trinnet, før jeg gikk over til fargede lysdioder).

Trinn 6: Legg til flere lysdioder i serien

Hva med å legge til flere lysdioder i serie? Dette alternativet fungerer hvis batterispenningen er høy nok. Lysdioder slås ikke på i det hele tatt hvis batterispenningen er lavere enn det nødvendige spenningsfallet fremover. På samme måte som med batterier, når du kombinerer lysdioder i serie, øker spenningen. I mitt tilfelle har min hvite LED et spenningsfall på 3,4V, så å sette to i serie vil kreve 6,8V - mer enn batteripakken min gir. Imidlertid kan du for eksempel gjøre det med to (eller til og med tre) røde lysdioder. Hvis hver rød LED hadde et spenningsfall på 2V og du ønsket en strøm på 20mA, ville det gi deg en motstandsverdi på R = (6-4) / 0,02 = 100Ω. Sammenlign det med bare å sette en enkelt rød LED i kretsen: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Ved å legge til en annen LED i serie, har du redusert størrelsen på motstanden sterkt - men du tegner fremdeles bare 20mA, så du tapper ikke batteriet raskere! Du har gjort kretsen mer effektiv fordi du avleder mindre strøm i motstanden. Det bringer inn en annen ligning - for en motstand er kraft lik strøm i kvadrat ganger motstand, eller

P = I^2*R

Så 20mA gjennom en 200Ω motstand forsvinner 80mW, mens 20mA gjennom en 100Ω motstand bare forsvinner 40mW.

(igjen, beklager at jeg ikke har et bilde av dette eksemplet - jeg gikk rett til fargede lysdioder parallelt)

Trinn 7: Blanding av forskjellige farger -lysdioder

Hvis du vil blande lysdioder i forskjellige farger, har du to alternativer:

• Koble dem i serie - dette fungerer så lenge det totale spenningsfallet over lysdiodene er mindre enn batteripakkens spenning (se forrige trinn).
• Koble dem parallelt, hver med sin egen motstand - forutsatt at du vil at alle lysdiodene skal ha samme strøm, så de vil ha samme lysstyrke, beregner du bare motstandsverdien separat for hver lysdiode, gitt spenningsfallet fremover.

Noen ganger er det lettere å prototype kretser som dette på et brødbrett først (hvis du ikke vet hvordan du bruker et brødbrett, sjekk denne opplæringen). Igjen har du kanskje ikke de eksakte motstandsverdiene du vil ha praktisk, så du kan leke med forskjellige kombinasjoner i serie/parallell for å finjustere lysstyrken. I dette tilfellet har jeg en 4xAA batteripakke som gir ca 6V og røde, grønne og blå lysdioder med spenningsfall på henholdsvis 2V, 2V og 3V. Det gir meg en motstandsverdi på R = (6-2) /0.02 = 200Ω for de røde og grønne lysdiodene, og 150Ω for den blå LED-en. Jeg har ikke de eksakte verdiene tilgjengelig, men jeg kan lage en 200Ω motstand ved å kombinere to 100Ω motstander i serie, og jeg kan komme "nær nok" til en 150Ω motstand ved å kombinere en 100Ω motstand og 47Ω motstand i serie.

Trinn 8: Legge til lysdioder i serie OG parallell

Føler du deg eventyrlystne og ønsker å gjøre denne tingen VIRKELIG lys? Legg til lysdioder i serie OG parallell! Igjen, husk at for å legge til lysdioder i serie, må batterispenningen være høyere enn summen av LED -spenningen synker; og hvis du legger til lysdioder parallelt, tømmes det fortere. Gjør en egen beregning for motstandsverdien for hvert sett med lysdioder i serie.

Trinn 9: Sett det sammen igjen

Prototyping på et brødbrett, med krokodilleklipp eller ved å bøye ledninger sammen med en tang er en god måte å prøve forskjellige kombinasjoner av LED/motstand før du fullfører designet. Når du er ferdig, vil lodding av lysdiodene og motstandene holde dem på plass når du monterer lyset igjen. Litt tape eller varmt lim kan også bidra til å forhindre at de beveger seg. Med de rød-grønn-blå lysdiodene måtte jeg demontere og montere det et par ganger til jeg fikk ordnet lysdiodene slik at de ga en jevnt spredt effekt for alle tre fargene. Det endelige produktet her vil sannsynligvis ikke være veldig nyttig i skapet mitt, men det ser sikkert mye kulere ut!

Andreplass i konkurransen Made with Math