مقاوم سازی چراغ فشار LED: 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

این پروژه به این دلیل شروع شد که چراغ LED در گنجه من بود که به اندازه کافی روشن نبود تا بتوانم خوب ببینم. من فکر می کردم باتری ها فقط کم می شوند ، اما وقتی آنها را تعویض کردم ، روشن تر نشد! من فکر کردم که چراغ را باز می کنم تا ببینم در داخل چه می گذرد و آیا می توانم به راحتی چند LED دیگر اضافه کنم تا روشن تر شود. اما البته ، LED های رنگی هر پروژه را سرگرم کننده تر می کند ، بنابراین تصمیم گرفتم به جای آن LED های قرمز ، سبز و آبی را اضافه کنم. به نظر می رسید که این یک فرصت عالی برای نوشتن چیزی برای مسابقه ساخته شده با ریاضی است - اگر با قانون اهم یا نحوه محاسبه مقدار مقاومت محدودکننده جریان برای یک LED آشنا نیستید ، این دستورالعمل به شما نشان می دهد که چگونه.

اگر س questionsالی دارید ، از نظر دادن دریغ نکنید ، و من سعی می کنم به شما پاسخ دهم!

تدارکات

• چراغ فشار باتری ، که به آن چراغ روشن یا چراغ ضربه ای نیز گفته می شود. در آمازون یا فروشگاه های سخت افزار موجود است. این پروژه با چراغ های LED جدیدتر و چراغ های رشته ای قدیمی کار می کند.
• LED های دلخواه شما
• مقاومتهای متنوع - مقادیر بستگی به تعداد باتری هایی دارد که نور شما مصرف می کند و LED هایی را که انتخاب می کنید (فهمیدن آن بخشی از این دستورالعمل است!)
• دم باریک
• مینی پیچ گوشتی (گاهی اوقات برای جدا کردن نور لازم است)
• لحیم کاری (توصیه می شود)
• مولتی متر (توصیه می شود)

مرحله 1: نور خود را جدا کنید

با جدا کردن نور خود شروع کنید. برای این کار معمولاً با برداشتن درپوش پشتی به یک پیچ گوشتی نیاز دارید. در داخل این مدار می توان یک مدار ساده متشکل از پایانه های باتری ، یک دکمه ، یک LED و یک مقاومت را مشاهده کرد. یک مدار نور رشته ای مشابه به نظر می رسد ، اما مقاومتی نخواهد داشت - بنابراین اگر به LED تغییر می دهید ، باید یک مدار اضافه کنید.

مرحله 2: تصمیم بگیرید که چه LED هایی را می خواهید ، مشخصات را جستجو کنید

انواع مختلفی از LED ها وجود دارد ، و آنها در رنگهای مختلف ارائه می شوند. شما باید تصمیم بگیرید که از چند LED و چه رنگی می خواهید استفاده کنید. ساده ترین کار این است که احتمالاً LED های بیشتری با همان رنگ را به طور موازی اضافه کنید. اگر می خواهید LED ها را به صورت سری اضافه کنید یا رنگ ها را مخلوط کنید ، باید کمی بیشتر ریاضی انجام دهید - اما این دستورالعمل برای آن است! ما هر سناریویی را مرور می کنیم.

پس از تصمیم گیری در مورد LED ها ، باید افت ولتاژ جلو و رتبه جریان فعلی آنها را بررسی کنید. این اطلاعات معمولاً در وب سایتی که LED ها را در آنجا خریداری کرده اید یا در برگه اطلاعات موجود است. LED های 5 میلی متری مانند موارد بالا بسیار متداول هستند و معمولاً در جریان جلو 20 میلی آمپر قرار دارند. افت ولتاژ رو به جلو از حدود 2V-4V متغیر است و به رنگ بستگی دارد.

مرحله 3: تعیین ولتاژها

اگر مولتی متر ندارید ، حداقل باید ولتاژ محفظه باتری نور خود را تعیین کنید. برای محاسبه مقاومت محدود کننده جریان ، دانستن ولتاژ بسته باتری شما ضروری است. فقط با شمارش باتری ها می توانید این کار را انجام دهید. یک باتری قلیایی AA (یا AAA) تنها 1.5 ولت را تأمین می کند ، زمانی که تازه هستند کمی بیشتر است. هنگامی که باتری ها را به صورت سری ترکیب می کنید ، ولتاژها افزایش می یابد. بنابراین در این مورد ، با چهار باتری قلمی جدید ، باید کمی بیش از 6 ولت انتظار داشته باشم.

اگر مولتی متر دارید ، اندازه گیری ولتاژها نیز ضرری ندارد. این کار را در زمان روشن بودن LED انجام دهید. در این حالت می توانید ببینید من از باتری 6.26 ولت می گیرم ، در حالی که من 3.26 ولت روی LED و 2.98 ولت روی مقاومت افت کرده ام. جالب است بدانید که من تقریباً نیمی از ولتاژ خود را روی مقاومت می اندازم - این مقدار زیادی از اتلاف انرژی است! بعداً در مورد آن بیشتر توضیح دهید. اگر تمایلی به خواندن کد رنگ ندارید ، می توانید مقاومت مقاومت خود را نیز اندازه گیری کنید - این کار را در حالی که LED خاموش است انجام دهید.

اگر نمی دانید چگونه از مولتی متر استفاده کنید ، آموزش های خوب زیادی وجود دارد ، در Instrucables و جاهای دیگر. این یکی رو درست کردم

مرحله 4: محاسبه مقاومت برای یک LED واحد

قبل از ادامه کار ، اجازه دهید نحوه محاسبه مقدار مقاومت برای یک LED واحد را توضیح دهیم. یک مقاومت تحت قانون اهم اداره می شود ، که می گوید V = IR ، یا

معادله 1: ولتاژ [ولت] = جریان [آمپر] x مقاومت [اهم]

ولتاژ باتری و افت ولتاژ روی LED (تقریبا) ثابت است. بنابراین در مدار بالا ، افت ولتاژ در مقاومت است

معادله 2: Vresistor = Vbatt-VLED

اتصال آن به قانون اهم برای مقاومت به ما می دهد:

رابطه 3: Vbatt-VLED = IR

اگر ما یک جریان هدف برای LED داریم - آن را ILED بنامید - آنگاه همه چیز را در رابطه 3 به جز مقاومت می دانیم. ما می توانیم این معادله را برای حل مجدد R تنظیم کنیم:

معادله 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

بنابراین ، برای مثال ، بگویید که ما یک بسته باتری 2xAA (که 3 ولت را تامین می کند) ، یک LED قرمز با افت ولتاژ رو به جلو 1.8 ولت داریم و 20 میلی آمپر از طریق LED می خواهیم. اتصال اعداد در معادله 4 به ما می دهد:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

مقاومتها دارای ارزشهای خنده داری هستند - بنابراین احتمالاً مقاومت 60Ω در اطراف ندارید. آنجاست که می دانید چگونه مقاومت ها را به صورت سری و موازی ترکیب کنید مفید است. با این حال ، اگر دقیقاً 20mA را از طریق LED دریافت نکنید ، مشکلی نیست - "به اندازه کافی نزدیک" احتمالاً برای اکثر برنامه ها مناسب است!

در نهایت ، این یک تصور غلط رایج است که مقاومت برای کاهش ولتاژ یا محدود کردن جریان باید قبل از LED قرار گیرد. این حقیقت ندارد - به نظر می رسد مقاومت را می توان به جای LED پس از LED قرار داد. ویدئویی را توضیح دهید که علت آن را در اینجا توضیح می دهد.

مرحله 5: افزودن LED های بیشتر به صورت موازی

بیایید با ساده ترین مورد شروع کنیم: شما فقط می خواهید LED های هم رنگ بیشتری را موازی اضافه کنید تا نور شما روشن تر شود. ممکن است وسوسه انگیز باشد که LED ها را مستقیماً به موازات LED فعلی اضافه کرده و مقاومت آن را حفظ کنید. این کار می کند ، همانطور که در عکسهای بالا مشاهده می کنید - هر سه LED روشن می شوند - اما مشکلی وجود دارد! وقتی LED های بیشتری را به طور موازی اضافه می کنید ، جریان از طریق مقاومت واحد تغییر نمی کند. از آنجا که LED ها موازی هستند ، جریان از طریق مقاومت واحد به طور مساوی بین آنها تقسیم می شود. بنابراین قبلاً ، جایی که 20 میلی آمپر از طریق یک LED واحد داشتم ، در حال حاضر فقط 20/3 = 6.67 میلی آمپر از هر LED دریافت می کنم - و آنها به این اندازه روشن نخواهند بود!

در عوض ، اگر با هر LED یک مقاومت جداگانه اضافه کنید ، مقدار کامل جریان را از طریق هر LED دریافت خواهید کرد. نکته منفی این است که باتری شما سه برابر سریعتر خالی می شود. این مورد در مورد من چندان مهم نیست زیرا چراغ را در کمد نصب کرده ام و اغلب از آن استفاده نمی کنم.

بنابراین اگر از این روش استفاده کنید ، از انجام هرگونه ریاضی اجتناب کرده اید - فقط به چند مقاومت دیگر نیاز دارید. در مورد من ، من یک مقاومت 100Ω و یک LED سفید دارم - من فقط به دو عدد دیگر احتیاج دارم تا مجموعاً سه LED به طور موازی دریافت کنم. (متأسفانه قبل از اینکه به LED های رنگی تبدیل شوم ، فراموش کردم از آن مرحله عکس بگیرم).

مرحله 6: LED های سری بیشتری اضافه کنید

افزودن LED های بیشتر در سری چطور؟ اگر ولتاژ بسته باتری شما به اندازه کافی بالا باشد ، این گزینه کار می کند. اگر ولتاژ بسته باتری کمتر از افت ولتاژ رو به جلو باشد ، LED ها به هیچ وجه روشن نمی شوند. درست مانند باتری ها ، وقتی LED ها را به صورت سری ترکیب می کنید ، ولتاژ آنها افزایش می یابد. در مورد من ، LED سفید من دارای افت ولتاژ 3.4 ولت است ، بنابراین قرار دادن دو سری به 6.8 ولت نیاز دارد - بیشتر از آنچه که باتری من ارائه می دهد. با این حال ، برای مثال ، می توانید این کار را با دو (یا حتی سه) LED قرمز انجام دهید. اگر هر LED قرمز افت ولتاژ 2 ولت داشته باشد و شما جریان 20 میلی آمپر بخواهید ، این مقدار مقاومت R = (6 - 4) / 0.02 = 100Ω را به شما می دهد. آن را فقط با قرار دادن یک LED قرمز قرمز در مدار مقایسه کنید: R = (6 - 2) / 0.02 = 200Ω. با افزودن LED دوم به صورت سری ، اندازه مقاومت را تا حد زیادی کاهش داده اید - اما هنوز فقط 20 میلی آمپر می کشید ، بنابراین باتری خود را سریعتر تخلیه نمی کنید! شما مدار را کارآمدتر کرده اید زیرا قدرت کمتری را در مقاومت پخش می کنید. این معادله دیگری را به ارمغان می آورد - برای یک مقاومت ، قدرت برابر است با جریان مربع بر مقاومت ، یا

P = I^2*R

بنابراین 20mA از طریق یک مقاومت 200Ω 80mW را از بین می برد ، در حالی که 20mA از طریق یک مقاومت 100Ω تنها 40mW را هدر می دهد.

(باز هم عذرخواهی می کنم که تصویری از این مثال ندارم - بطور موازی به سمت LED های رنگی رفتم)

مرحله 7: ترکیب LED های رنگی مختلف

اگر می خواهید LED های رنگی مختلف را مخلوط کنید ، دو گزینه دارید:

• آنها را به صورت سری سیم کشی کنید - این تا زمانی کار می کند که افت ولتاژ کل LED ها کمتر از ولتاژ بسته باتری باشد (مرحله قبل را ببینید).
• آنها را به موازات سیم کشی کنید ، هر کدام دارای مقاومت مخصوص به خود هستند - با فرض اینکه می خواهید تمام LED ها دارای جریان یکسانی باشند تا روشنایی یکسانی داشته باشند ، فقط مقدار مقاومت را به طور جداگانه برای هر LED با توجه به افت ولتاژ رو به جلو محاسبه کنید.

گاهی اوقات ساده تر می توان نمونه اولیه مدارهایی مانند این را روی یک تخته نان تهیه کرد (اگر نحوه استفاده از تخته نان را نمی دانید ، این آموزش را بررسی کنید). باز هم ، ممکن است مقادیر مقاومت دقیقی را که می خواهید مفید نداشته باشید ، بنابراین می توانید با ترکیب های مختلف به صورت سری/موازی برای تنظیم روشنایی خود بازی کنید. در این مورد ، من یک بسته باتری 4xAA دارم که حدود 6 ولت و LED های قرمز ، سبز و آبی را به ترتیب با افت ولتاژ حدود 2 ولت ، 2 و 3 ولت ارائه می دهد. این مقدار مقاومت R = (6-2) /0.02 = 200Ω برای LED های قرمز و سبز و 150Ω برای LED آبی به من می دهد. من این مقادیر دقیق را در دسترس ندارم ، اما می توانم با ترکیب دو مقاومت 100Ω به صورت سری مقاومت 200Ω ایجاد کنم و با ترکیب مقاومت 100Ω و مقاومت 47Ω به صورت سری "به اندازه کافی نزدیک" به یک مقاومت 150Ω هستم.

مرحله 8: افزودن LED های سری و موازی

آیا احساس ماجراجویی می کنید و می خواهید این کار را واقعا روشن کنید؟ LED ها را به صورت سری و موازی اضافه کنید! مجدداً به یاد داشته باشید که برای اضافه کردن LED به صورت سری ، ولتاژ باتری شما باید از مجموع افت ولتاژ LED بیشتر باشد. و اگر LED ها را به صورت موازی اضافه کنید ، باتری سریعتر خالی می شود. محاسبه جداگانه ای برای مقدار مقاومت برای هر مجموعه LED به صورت سری انجام دهید.

مرحله 9: آن را با هم برگردانید

نمونه سازی روی تخته نان ، با گیره تمساح ، یا خم شدن سرپوش ها همراه با انبردست راه خوبی است تا قبل از نهایی شدن طرح خود ، ترکیب های مختلف LED/مقاومت را امتحان کنید. پس از اتمام کار ، لحیم کاری LED ها و مقاومت ها در کنار هم به شما کمک می کند تا هنگام نصب مجدد نور آنها را در جای خود نگه دارید. مقداری نوار چسب یا چسب داغ نیز می تواند از حرکت آنها جلوگیری کند. با LED های قرمز-سبز-آبی ، مجبور شدم چند بار آن را جدا کرده و دوباره مونتاژ کنم تا اینکه LED ها را طوری مرتب کردم که جلوه ای یکنواخت برای هر سه رنگ ایجاد کنند. محصول نهایی اینجا احتمالاً در کمد لباس من چندان مفید نخواهد بود ، اما مطمئناً خنک تر به نظر می رسد!

نفر دوم مسابقه ساخته شده با ریاضی