ติดตั้งไฟ LED Push Light เพิ่มเติม: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

โปรเจ็กต์นี้เริ่มต้นขึ้นเพราะฉันมีไฟ LED แบบผลักในตู้เสื้อผ้าซึ่งไม่สว่างพอที่ฉันจะมองเห็นได้ดี ฉันคิดว่าแบตเตอรี่ใกล้หมด แต่เมื่อฉันเปลี่ยนแบตเตอรี่กลับไม่สว่างขึ้นเลย! ฉันคิดว่าฉันจะเปิดไฟเพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้นภายใน และฉันจะเพิ่มไฟ LED เพื่อทำให้สว่างขึ้นได้หรือไม่ แต่แน่นอนว่า LED สีทำให้ทุกโครงการสนุกยิ่งขึ้น ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจเพิ่ม LED สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินแทน ดูเหมือนจะเป็นโอกาสที่ดีในการเขียนบางสิ่งสำหรับ Made with Math Contest - หากคุณไม่คุ้นเคยกับกฎของโอห์มหรือวิธีคำนวณค่าตัวต้านทานที่จำกัดกระแสสำหรับ LED คำแนะนำนี้จะแสดงให้คุณเห็นว่าอย่างไร

หากคุณมีคำถามใดๆ อย่าลังเลที่จะแสดงความคิดเห็น เราจะพยายามติดต่อกลับไปหาคุณ!

เสบียง

• ไฟกดแบบใช้แบตเตอรี่หรือที่เรียกว่าไฟเด็กซนหรือไฟแตะ มีจำหน่ายใน Amazon หรือที่ร้านฮาร์ดแวร์ โปรเจ็กต์นี้จะทำงานกับทั้งไฟ LED ที่ใหม่กว่าและหลอดไส้รุ่นเก่า
• ไฟ LED ที่คุณเลือก
• ตัวต้านทานแบบต่างๆ - ค่าจะขึ้นอยู่กับจำนวนแบตเตอรี่ที่แสงของคุณใช้และไฟ LED ที่คุณเลือก (การพิจารณาว่าเป็นส่วนหนึ่งของคำแนะนำนี้!)
• คีมจมูกเข็ม
• ชุดไขควงจิ๋ว (บางครั้งจำเป็นต้องแยกไฟ)
• หัวแร้ง (แนะนำ)
• มัลติมิเตอร์ (แนะนำ)

ขั้นตอนที่ 1: ถอดแยกชิ้นส่วนแสงของคุณ

เริ่มต้นด้วยการแยกส่วนแสงของคุณ โดยปกติแล้ว คุณจะต้องใช้ไขควงขนาดเล็กในการถอดฝาครอบด้านหลังออก ภายในวงจรนี้ เราจะเห็นวงจรง่ายๆ ที่ประกอบด้วยขั้วแบตเตอรี่ ปุ่ม ไฟ LED และตัวต้านทาน วงจรไฟแบบหลอดไส้จะมีลักษณะคล้ายกัน แต่จะไม่มีตัวต้านทาน ดังนั้น คุณจะต้องเพิ่มวงจรนี้หากคุณเปลี่ยนไปใช้ LED

ขั้นตอนที่ 2: ตัดสินใจว่าคุณต้องการ LED แบบใด ค้นหาข้อมูลจำเพาะ

มีไฟ LED หลายประเภทและมีสีต่างกันทั้งหมด คุณจะต้องตัดสินใจว่าคุณต้องการใช้ LED สีจำนวนเท่าใดและสีใด วิธีที่ง่ายที่สุดคือเพิ่มไฟ LED ที่มีสีเดียวกันขนานกันมากขึ้น หากคุณต้องการเพิ่มไฟ LED ในซีรีย์หรือผสมสี คุณจะต้องคำนวณเพิ่มอีกเล็กน้อย - แต่นั่นคือสิ่งที่ Instructable นี้มีไว้เพื่อ! เราจะพูดถึงแต่ละสถานการณ์

เมื่อคุณตัดสินใจเลือก LED แล้ว คุณจะต้องมองหาแรงดันตกไปข้างหน้าและพิกัดกระแสไฟไปข้างหน้า ข้อมูลนี้มักจะมีอยู่บนเว็บไซต์ที่คุณซื้อ LED หรือในแผ่นข้อมูล ไฟ LED ขนาด 5 มม. เช่นเดียวกับภาพด้านบนนั้นพบได้ทั่วไป และโดยทั่วไปแล้วจะมีพิกัดกระแสไฟไปข้างหน้าที่ 20mA แรงดันไฟฟ้าตกไปข้างหน้ามีช่วงตั้งแต่ประมาณ 2V-4V และขึ้นอยู่กับสี

ขั้นตอนที่ 3: กำหนดแรงดันไฟฟ้า

หากคุณไม่มีมัลติมิเตอร์ อย่างน้อยที่สุด คุณจะต้องกำหนดแรงดันไฟฟ้าของช่องใส่แบตเตอรี่ของหลอดไฟ การรู้แรงดันไฟฟ้าของก้อนแบตเตอรี่เป็นสิ่งจำเป็นในการคำนวณตัวต้านทานจำกัดกระแส คุณสามารถทำได้โดยเพียงแค่นับแบตเตอรี่ แบตเตอรี่อัลคาไลน์ AA (หรือ AAA) ก้อนเดียวให้พลังงานประมาณ 1.5V ซึ่งสูงขึ้นเล็กน้อยเมื่อแบตเตอรี่ยังสด เมื่อคุณรวมแบตเตอรี่เป็นอนุกรม แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ในกรณีนี้ ด้วยแบตเตอรี่ AA ใหม่สี่ก้อน ฉันควรคาดหวังให้มากกว่า 6V

หากคุณมีมัลติมิเตอร์แบบพกพา การวัดแรงดันไฟฟ้าก็ไม่เสียหายเช่นกัน ทำเช่นนี้ในขณะที่ไฟ LED เปิดอยู่ ในกรณีนี้ คุณจะเห็นได้ว่าฉันได้รับ 6.26V จากก้อนแบตเตอรี่ ในขณะที่ฉันมีไฟ LED ตก 3.26V และตัวต้านทานตก 2.98V เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าฉันกำลังลดแรงดันไฟลงเกือบครึ่งบนตัวต้านทาน - นั่นเป็นพลังงานที่สิ้นเปลืองมาก! เพิ่มเติมในภายหลัง หากคุณไม่อยากอ่านรหัสสี คุณสามารถวัดความต้านทานของตัวต้านทานได้ โดยทำในขณะที่ไฟ LED ดับ

หากคุณไม่ทราบวิธีใช้มัลติมิเตอร์ มีบทช่วยสอนดีๆ มากมายใน Instrucables และที่อื่นๆ ฉันทำสิ่งนี้

ขั้นตอนที่ 4: การคำนวณตัวต้านทานสำหรับ LED เดี่ยว

ก่อนที่เราจะไปไกลกว่านี้ เรามาอธิบายวิธีการคำนวณค่าตัวต้านทานสำหรับ LED ตัวเดียวกัน ตัวต้านทานถูกควบคุมโดยกฎของโอห์ม ซึ่งระบุว่า V = IR หรือ

สมการที่ 1: แรงดัน [โวลต์] = กระแส [แอมป์] x ความต้านทาน [โอห์ม]

แรงดันไฟของแบตเตอรี่และแรงดันตกคร่อม LED จะคงที่ (โดยประมาณ) ดังนั้นในวงจรด้านบน แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานคือ

สมการที่ 2: Vresistor=Vbatt-VLED

เสียบเข้าไปในกฎของโอห์มสำหรับตัวต้านทานทำให้เรา:

สมการที่ 3: Vbatt-VLED = IR

ถ้าเรามีเป้าหมายปัจจุบันสำหรับ LED - เรียกว่า ILED - เราจะรู้ทุกอย่างในสมการที่ 3 ยกเว้นความต้านทาน เราสามารถจัดสมการนั้นใหม่เพื่อแก้หา R:

สมการที่ 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

ตัวอย่างเช่น สมมติว่าเรามีก้อนแบตเตอรี่ 2xAA (ซึ่งจ่ายไฟ 3V) ไฟ LED สีแดงที่มีแรงดันไฟฟ้าตกไปข้างหน้า 1.8V และเราต้องการ 20mA ผ่าน LED การใส่ตัวเลขในสมการ 4 ทำให้เราได้:

R = (3V-1.8V)/0.02A = 60 Ω

ตัวต้านทานมักจะมีค่าตลก - ดังนั้นโอกาสที่คุณไม่มีตัวต้านทาน60Ωวางอยู่รอบ ๆ นั่นคือเหตุผลที่การรู้วิธีรวมตัวต้านทานแบบอนุกรมและแบบขนานนั้นมีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม ไม่เป็นไรถ้าคุณไม่ได้รับ 20mA ผ่าน LED อย่างแน่นอน - "ใกล้พอ" น่าจะใช้ได้สำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่!

สุดท้ายนี้ เป็นความเข้าใจผิดที่พบบ่อยว่าตัวต้านทานต้องมาก่อน LED เพื่อลดแรงดันไฟหรือจำกัดกระแส นั่นไม่จริงเลย - ปรากฎว่าสามารถวางตัวต้านทานไว้หลัง LED แทนได้ ดูวิดีโออธิบายว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้นที่นี่

ขั้นตอนที่ 5: การเพิ่มไฟ LED เพิ่มเติมในแบบคู่ขนาน

เริ่มจากกรณีที่ง่ายที่สุด: คุณแค่ต้องการเพิ่ม LED ที่มีสีเดียวกันขนานกันมากขึ้นเพื่อทำให้แสงของคุณสว่างขึ้น อาจเป็นการดึงดูดเพียงแค่เพิ่ม LED ขนานกับที่มีอยู่โดยตรงโดยรักษาตัวต้านทานตัวเดียว วิธีนี้ได้ผล ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบน - ไฟ LED ทั้งสามดวงติดสว่าง - แต่มีปัญหา! กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานตัวเดียวจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อคุณเพิ่มไฟ LED แบบขนานมากขึ้น เนื่องจากไฟ LED เป็นแบบขนาน กระแสผ่านตัวต้านทานเดี่ยวจะแบ่งเท่าๆ กันระหว่างพวกมัน เมื่อก่อนฉันมี 20mA ผ่าน LED เดียว ตอนนี้ฉันได้รับเพียง 20/3 = 6.67mA ผ่าน LED แต่ละดวง - และพวกมันจะไม่สว่างเท่า!

หากคุณเพิ่มตัวต้านทานแต่ละตัวแบบอนุกรมกับ LED แต่ละตัว คุณจะได้รับกระแสไฟเต็มจำนวนผ่าน LED แต่ละตัว ข้อเสียคือจะทำให้แบตเตอรี่หมดเร็วขึ้นสามเท่า กรณีของฉันไม่ใช่เรื่องใหญ่เพราะฉันมีไฟติดอยู่ในตู้เสื้อผ้า และจะไม่ได้ใช้บ่อยขนาดนั้น

ดังนั้นหากคุณใช้วิธีนี้ แสดงว่าคุณไม่ต้องคิดเลขเลย คุณแค่ต้องการตัวต้านทานตัวเดิมอีกสองสามตัว ในกรณีของฉัน ฉันมีตัวต้านทาน 100Ω และ LED สีขาว - ฉันแค่ต้องการอีกสองตัวเพื่อให้ได้ LED ทั้งหมดสามดวงแบบขนานกัน (น่าเสียดายที่ฉันลืมถ่ายรูปขั้นตอนนั้น ก่อนที่ฉันจะเปลี่ยนไปใช้ไฟ LED สี)

ขั้นตอนที่ 6: เพิ่มไฟ LED เพิ่มเติมใน Series

แล้วการเพิ่มไฟ LED แบบอนุกรมล่ะ? ตัวเลือกนี้ใช้ได้หากแรงดันไฟของก้อนแบตเตอรี่สูงพอ ไฟ LED จะไม่เปิดเลยหากแรงดันไฟของก้อนแบตเตอรี่ต่ำกว่าแรงดันตกไปข้างหน้าที่ต้องการ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ เมื่อคุณรวม LEDs เป็นอนุกรม แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่ม ในกรณีของฉัน ไฟ LED สีขาวของฉันมีแรงดันไฟตกที่ 3.4V ดังนั้นการใส่สองชุดในซีรีย์จะต้องใช้ 6.8V - มากกว่าที่ก้อนแบตเตอรี่ของฉันมีให้ อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างเช่น คุณสามารถใช้ไฟ LED สีแดงสองดวง (หรือสามดวง) หาก LED สีแดงแต่ละดวงมีแรงดันตกที่ 2V และคุณต้องการกระแส 20mA นั่นจะทำให้คุณมีค่าความต้านทาน R = (6 - 4) / 0.02 = 100Ω เปรียบเทียบกับการใส่ LED สีแดงเพียงดวงเดียวในวงจร: R = (6 - 2) / 0.02 = 200Ω การเพิ่ม LED ตัวที่สองเป็นอนุกรม คุณได้ลดขนาดของตัวต้านทานลงอย่างมาก แต่คุณยังดึงกระแสไฟเพียง 20mA ดังนั้นคุณจะไม่ทำให้แบตเตอรี่หมดเร็วขึ้น! คุณทำให้วงจรมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพราะคุณสูญเสียพลังงานในตัวต้านทานน้อยลง นั่นนำมาซึ่งสมการอื่น - สำหรับตัวต้านทาน กำลังเท่ากับกระแสกำลังสองคูณความต้านทาน หรือ

P=I^2*R

ดังนั้น 20mA ถึงตัวต้านทาน200Ωจะกระจายไป 80mW ในขณะที่ตัวต้านทาน 20mA ผ่าน100Ωจะกระจายเพียง 40mW เท่านั้น

(ขออภัยอีกครั้งที่ฉันไม่มีภาพตัวอย่างนี้ - ฉันไปที่ไฟ LED สีแบบคู่ขนานกัน)

ขั้นตอนที่ 7: ผสม LEDs สีต่างๆ

หากคุณต้องการผสม LED สีต่างๆ เข้าด้วยกัน คุณมีสองตัวเลือก:

• ต่อเป็นอนุกรม - ใช้งานได้ตราบใดที่แรงดันไฟทั้งหมดตกคร่อม LED น้อยกว่าแรงดันไฟของก้อนแบตเตอรี่ (ดูขั้นตอนก่อนหน้า)
• ต่อขนานกันโดยแต่ละตัวมีตัวต้านทานของตัวเอง - สมมติว่าคุณต้องการให้ LED ทั้งหมดมีกระแสเท่ากันเพื่อให้มีความสว่างเท่ากัน คุณเพียงแค่คำนวณค่าตัวต้านทานแยกกันสำหรับ LED แต่ละดวงเนื่องจากแรงดันตกไปข้างหน้า

บางครั้งการสร้างต้นแบบวงจรแบบนี้บนเขียงหั่นขนมง่ายกว่าก่อน (หากคุณไม่ทราบวิธีใช้เขียงหั่นขนม ลองดูบทช่วยสอนนี้) อีกครั้ง คุณอาจไม่มีค่าความต้านทานที่แน่นอนที่คุณต้องการ ดังนั้นคุณจึงสามารถเล่นกับชุดค่าผสมต่างๆ แบบอนุกรม/ขนานเพื่อปรับความสว่างของคุณได้อย่างละเอียด ในกรณีนี้ ฉันมีก้อนแบตเตอรี่ขนาด 4xAA ที่จ่ายไฟได้ประมาณ 6V และไฟ LED สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินที่มีแรงดันไฟตกประมาณ 2V, 2V และ 3V ตามลำดับ นั่นให้ค่าความต้านทาน R = (6-2)/0.02 = 200Ω สำหรับ LED สีแดงและสีเขียว และ 150Ω สำหรับ LED สีน้ำเงิน ฉันไม่มีค่าที่แน่นอนเหล่านั้น แต่ฉันสามารถสร้างตัวต้านทาน 200Ω ได้โดยการรวมตัวต้านทาน100Ωสองตัวเป็นอนุกรม และฉันสามารถ "ใกล้พอ" กับตัวต้านทาน 150Ω ได้โดยการรวมตัวต้านทาน100Ωและตัวต้านทาน 47Ω เข้าด้วยกัน

ขั้นตอนที่ 8: การเพิ่ม LEDs ใน Series AND Parallel

รู้สึกผจญภัยและต้องการทำให้สิ่งนี้สดใสจริงๆ เหรอ? เพิ่มไฟ LED แบบอนุกรมและแบบขนาน! ขอย้ำอีกครั้งว่าในการเพิ่มไฟ LED แบบอนุกรม แรงดันไฟแบตเตอรี่ของคุณต้องสูงกว่าผลรวมของแรงดันไฟ LED ที่ลดลง และหากคุณเพิ่ม LED แบบขนานจะทำให้แบตเตอรี่หมดเร็วขึ้น ทำการคำนวณค่าความต้านทานสำหรับ LED แต่ละชุดในอนุกรมแยกกัน

ขั้นตอนที่ 9: นำกลับมารวมกัน

การสร้างต้นแบบบนเขียงหั่นขนม กับคลิปจระเข้ หรือโดยการดัดลีดพร้อมกับคีมเป็นวิธีที่ดี ลองใช้ LED/ตัวต้านทานแบบต่างๆ ผสมกัน ก่อนที่คุณจะสรุปการออกแบบของคุณ เมื่อคุณทำเสร็จแล้ว การบัดกรี LED และตัวต้านทานเข้าด้วยกันจะช่วยยึดให้เข้าที่เมื่อคุณประกอบไฟกลับเข้าที่ เทปหรือกาวร้อนบางชนิดสามารถช่วยป้องกันไม่ให้มันเคลื่อนที่ไปมาได้ ด้วยไฟ LED สีแดง เขียว-น้ำเงิน ฉันต้องถอดประกอบและประกอบใหม่สองสามครั้ง จนกว่าฉันจะจัดไฟ LED ให้เรียงกันโดยให้เอฟเฟกต์แบบกระจายทั้งสามสีเท่ากัน ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่นี่อาจจะไม่ค่อยมีประโยชน์ในตู้เสื้อผ้าของฉัน แต่แน่นอนว่ามันดูเท่กว่ามาก!

รองชนะเลิศในการแข่งขัน Made with Math