Rudisha taa ya Push ya LED: Hatua 9 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Mradi huu ulianza kwa sababu nilikuwa na taa ya kushinikiza ya LED kwenye kabati langu ambayo haikuwa na mwangaza wa kutosha kwangu kuona vizuri. Nilidhani betri zilikuwa zinapungua tu, lakini wakati nilibadilisha, haikuangaza zaidi! Nilidhani ningepiga mwangaza wazi ili kuona kile kinachoendelea ndani, na ikiwa ningeweza kuongeza kwa urahisi LEDs zingine kuifanya iwe mkali. Lakini kwa kweli, LED za rangi hufanya kila mradi kuwa wa kufurahisha zaidi, kwa hivyo niliamua kuongeza LED nyekundu, kijani kibichi na bluu badala yake. Hii ilionekana kama fursa nzuri ya kuandika kitu kwa Mashindano yaliyotengenezwa na Math - ikiwa haujui Sheria ya Ohm au jinsi ya kuhesabu thamani ya kipingamizi cha sasa cha taa ya LED, hii inayoweza kufundishwa itakuonyesha jinsi.

Ikiwa una maswali yoyote, usisite kuacha maoni, na nitajaribu kurudi kwako!

Vifaa

• Taa ya kushinikiza inayotumia betri, pia inaitwa taa ya puck au taa ya bomba. Inapatikana kwenye Amazon au kwenye duka za vifaa. Mradi huu utafanya kazi na taa mpya za LED na taa za zamani za incandescent.
• LED za chaguo lako
• Vipingaji vilivyopangwa - maadili yatategemea betri yako inachukua betri ngapi na unachagua nini LEDs (kuigundua ni sehemu ya hii inayoweza kufundishwa!)
• Koleo za pua za sindano
• Seti ya bisibisi ndogo (wakati mwingine inahitajika kuchukua taa)
• Chuma cha kulehemu (inapendekezwa)
• Multimeter (inapendekezwa)

Hatua ya 1: Tenganisha Nuru yako

Anza kwa kutenganisha taa yako. Kawaida utahitaji bisibisi ndogo kufanya hivyo kwa kuondoa kifuniko cha nyuma. Ndani ya hii tunaweza kuona mzunguko rahisi ulio na vituo vya betri, kitufe, LED, na kontena. Mzunguko wa taa ya incandescent utaonekana sawa, lakini hautakuwa na kipinga - kwa hivyo utahitaji kuongeza moja ikiwa unabadilika kwa LED.

Hatua ya 2: Amua ni LED zipi Unazotaka, Tafuta Aina maalum

Kuna aina nyingi za LED huko nje, na zina rangi tofauti. Utahitaji kuamua ni ngapi na ni rangi gani za LED unayotaka kutumia. Jambo rahisi zaidi kufanya labda ni kuongeza LED zaidi za rangi moja sambamba. Ikiwa unataka kuongeza LED kwenye safu mfululizo au changanya rangi, utahitaji kufanya hesabu kidogo zaidi - lakini ndivyo inavyoweza kufundishwa! Tutapita kila hali.

Mara tu ukiamua juu ya LEDs, utahitaji kutafuta kushuka kwa voltage yao ya mbele na kusambaza ukadiriaji wa sasa. Habari hii kawaida hupatikana kwenye wavuti ambapo ulinunua LEDs au kwenye datasheet. LED za 5mm kama zile zilizoonyeshwa hapo juu ni kawaida sana, na kawaida hupimwa kwa sasa ya mbele ya 20mA. Kushuka kwa voltage mbele kutoka 2V-4V na inategemea rangi.

Hatua ya 3: Amua Voltages

Ikiwa huna multimeter, basi kwa kiwango cha chini utahitaji kuamua voltage ya chumba chako cha taa cha taa. Kujua voltage ya kifurushi chako cha betri inahitajika kwa kuhesabu kipinga-kizuizi cha sasa. Unaweza kufanya hivyo kwa kuhesabu tu betri. Betri moja ya alkali AA (au AAA) hutoa karibu 1.5V, juu kidogo wakati iko safi. Unapochanganya betri katika safu, voltages huongeza. Kwa hivyo katika kesi hii, na betri nne mpya za AA, napaswa kutarajia zaidi ya 6V.

Ikiwa una multimeter Handy, haiwezi kuumiza kupima voltages pia. Fanya hivi wakati LED imewashwa. Katika kesi hii unaweza kuona ninapata 6.26V kutoka kwa kifurushi cha betri, wakati nina tone la 3.26V juu ya LED na 2.98V juu ya kontena. Inafurahisha kugundua kuwa ninashusha karibu nusu ya voltage yangu juu ya kontena - hiyo ni nguvu nyingi ya kupoteza! Zaidi juu ya hayo baadaye. Ikiwa haujisikii kusoma nambari ya rangi, unaweza pia kupima upinzani wa kipinga chako - fanya hivi wakati LED imezimwa.

Ikiwa haujui jinsi ya kutumia multimeter, kuna mafunzo mengi mazuri huko nje, kwenye Instrucables na mahali pengine. Nilitengeneza hii.

Hatua ya 4: Kuhesabu Resistor kwa LED Moja

Kabla ya kuendelea zaidi, wacha tueleze jinsi ya kuhesabu thamani ya kupinga kwa LED moja. Kinzani inasimamiwa na Sheria ya Ohm, ambayo inasema kuwa V = IR, au

Mlingano 1: Voltage [volts] = Sasa [amps] x Upinzani [ohms]

Voltage ya betri yako na kushuka kwa voltage kwenye LED ni (takriban) kila wakati. Kwa hivyo katika mzunguko hapo juu, kushuka kwa voltage kwenye kontena ni

Mlingano 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Kuingiza hiyo katika Sheria ya Ohm kwa kontena inatupa:

Mlingano 3: Vbatt-VLED = IR

Ikiwa tuna lengo la sasa la LED - iite ILED - basi tunajua kila kitu katika Mlinganisho 3 isipokuwa upinzani. Tunaweza kupanga tena usawa huo ili kusuluhisha kwa R:

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

Kwa hivyo, kwa mfano, tuseme tuna pakiti ya betri ya 2xAA (ambayo inasambaza 3V), LED nyekundu na kushuka kwa voltage mbele ya 1.8V, na tunataka 20mA kupitia LED. Kuingiza nambari katika equation 4 hutupa:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 Ω

Resistors huwa na maadili ya kuchekesha - kwa hivyo hakuna uwezekano wa kipinzani cha 60Ω kilichowekwa kote. Hapo ndipo kujua jinsi ya kuchanganya vipinga katika safu na sambamba kunafaa. Walakini, ni sawa ikiwa hautapata 20mA haswa kupitia LED - "karibu sana" labda ni sawa kwa programu nyingi!

Mwishowe, ni maoni potofu ya kawaida kwamba kontena inahitaji kuja mbele ya LED ili kushuka kwa voltage au kupunguza kiwango cha sasa. Hiyo sio kweli - zinageuka kuwa kontena inaweza kuwekwa baada ya LED badala yake. Tazama video inayoelezea kwanini hiyo ni kweli hapa.

Hatua ya 5: Kuongeza LED zaidi katika Sambamba

Wacha tuanze na kesi rahisi zaidi: unataka tu kuongeza LED nyingi za rangi moja sambamba ili kuangaza nuru yako. Inaweza kuwa ya kuvutia tu kuongeza LEDs moja kwa moja sambamba na ile iliyopo, kuweka kontena moja. Hii inafanya kazi, kama unavyoweza kuona kwenye picha hapo juu - taa zote za LED zinaangaza - lakini kuna shida! Ya sasa kupitia kontena moja haibadiliki unapoongeza LED nyingi kwa usawa. Kwa kuwa LED zinafanana, sasa kupitia kontena moja itagawanyika sawasawa kati yao. Kwa hivyo hapo awali, ambapo nilikuwa na 20mA kupitia LED moja, sasa ninapata tu 20/3 = 6.67mA kupitia kila LED - na hazitakuwa mkali!

Badala yake, ikiwa unaongeza kontena la mtu binafsi katika safu na kila LED, basi utapata kiwango kamili cha sasa kupitia kila LED. Ubaya ni kwamba hii itamaliza betri yako mara tatu haraka sana. Hili sio jambo kubwa kwa upande wangu kwa sababu taa imewekwa kwenye kabati, na sitakuwa nikitumia mara nyingi.

Kwa hivyo ikiwa utachukua njia hii, umeepuka kufanya hesabu yoyote - unahitaji tu kipingamizi sawa. Kwa upande wangu, nina kikaidi cha 100Ω na LED nyeupe - ninahitaji tu mbili zaidi ya kila moja kupata jumla ya LED tatu sambamba. (Kwa bahati mbaya nilisahau kuchukua picha ya hatua hiyo, kabla sijawasiliana na LED za rangi).

Hatua ya 6: Ongeza LED zaidi katika Mfululizo

Je! Juu ya kuongeza LED zaidi katika safu? Chaguo hili linafanya kazi ikiwa voltage ya pakiti ya betri yako ni ya kutosha. LED hazitawasha kabisa ikiwa voltage ya pakiti ya betri iko chini ya kushuka kwa voltage inayotakiwa mbele. Kama tu na betri, unapochanganya LED katika safu, voltages zao zinaongeza. Kwa upande wangu, taa yangu nyeupe ya LED ina tone la voltage la 3.4V, kwa hivyo kuweka mbili kwenye safu itahitaji 6.8V - zaidi ya pakiti yangu ya betri inayotoa. Walakini, kwa mfano, unaweza kuifanya na taa mbili nyekundu (au hata tatu) nyekundu. Ikiwa kila LED nyekundu ilikuwa na kushuka kwa voltage ya 2V na ungependa sasa ya 20mA, hiyo itakupa thamani ya kupinga ya R = (6 - 4) / 0.02 = 100Ω. Linganisha hiyo na kuweka tu LED moja nyekundu kwenye mzunguko: R = (6 - 2) / 0.02 = 200Ω. Kwa kuongeza mwangaza wa pili wa LED, umepungua sana saizi ya kipinga - lakini bado unachora 20mA tu, kwa hivyo hautoi betri yako haraka zaidi! Umefanya mzunguko uwe na ufanisi zaidi kwa sababu unatumia nguvu kidogo kwenye kontena. Hiyo inaleta usawa mwingine - kwa kipingaji, nguvu ni sawa na nyakati za mraba zilizopingana, au

P = I ^ 2 * R

Kwa hivyo 20mA kupitia kontena la 200Ω hupunguza 80mW, wakati 20mA kupitia kontena la 100Ω hupunguza 40mW tu.

(tena, samahani kwamba sina picha ya mfano huu - nilienda kulia kwa LED za rangi sambamba)

Hatua ya 7: Kuchanganya LED za Rangi tofauti

Ikiwa unataka kuchanganya LED za rangi tofauti, una chaguzi mbili:

• Wape waya kwa mfululizo - hii inafanya kazi kwa muda mrefu kama jumla ya kushuka kwa voltage kwenye LEDs ni chini ya voltage ya pakiti ya betri (angalia hatua ya awali).
• Wape waya sambamba, kila mmoja akiwa na kipinzani chake mwenyewe - ukidhani unataka LED zote ziwe na mkondo sawa ili ziwe na mwangaza sawa, wewe tu hesabu ya thamani ya kipinzani kando kwa kila LED, ikipewa kushuka kwa voltage mbele.

Wakati mwingine ni rahisi kuiga mizunguko kama hii kwenye ubao wa mkate kwanza (ikiwa haujui jinsi ya kutumia ubao wa mkate, angalia mafunzo haya). Tena, huenda usiwe na maadili halisi ya kipinzani unayotaka kuwa rahisi, kwa hivyo unaweza kucheza karibu na mchanganyiko tofauti kwenye safu / sambamba ili uangaze vizuri mwangaza wako. Katika kesi hii, nina pakiti ya betri ya 4xAA inayotoa juu ya 6V, na nyekundu, kijani kibichi, na bluu za LED na matone ya voltage ya 2V, 2V, na 3V mtawaliwa. Hiyo inanipa thamani ya kupinga R = (6-2) /0.02 = 200Ω kwa taa nyekundu na kijani kibichi, na 150Ω kwa taa ya hudhurungi. Sina maadili halisi yanayopatikana, lakini ninaweza kuunda kipinzani cha 200Ω kwa kuchanganya vipinzani viwili vya 100Ω mfululizo, na ninaweza kupata "karibu vya kutosha" kwa kipinzani cha 150Ω kwa kuchanganya kikaidi cha 100Ω na kipinga cha 47Ω mfululizo.

Hatua ya 8: Kuongeza LED katika Mfululizo NA Sambamba

Kujisikia kuwa mkali na unataka kufanya kitu hiki kiwe kweli? Ongeza LEDs katika mfululizo NA sambamba! Tena, kumbuka kuwa ili kuongeza LED kwenye safu, voltage yako ya betri inahitaji kuwa juu kuliko jumla ya matone ya voltage ya LED; na ikiwa utaongeza LEDs sambamba, itatoa betri haraka. Fanya hesabu tofauti kwa thamani ya kupinga kwa kila seti ya LED katika safu.

Hatua ya 9: Iirudishe Pamoja

Kuweka mfano kwenye ubao wa mkate, na sehemu za alligator, au kwa kuinua risasi pamoja na koleo ni njia nzuri kujaribu mchanganyiko tofauti wa LED / kontena kabla ya kukamilisha muundo wako. Mnapomaliza, kutengenezea taa za taa na vipinga pamoja zitasaidia kuzishika wakati unakusanya tena taa. Kanda au gundi moto pia inaweza kusaidia kuwazuia kuzunguka. Pamoja na taa nyekundu za kijani-kijani-bluu, nililazimika kutenganisha na kuikusanya tena mara chache hadi nilipopanga taa za LED hivi kwamba zilitoa athari sawa kwa rangi zote tatu. Bidhaa ya mwisho hapa labda haitakuwa muhimu sana kwenye kabati langu, lakini hakika inaonekana kuwa baridi sana!

Runner Up katika Made na Math Contest