Trang bị thêm đèn đẩy LED: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Dự án này bắt đầu bởi vì tôi có một đèn đẩy LED trong tủ quần áo không đủ sáng để tôi nhìn rõ. Tôi nghĩ rằng pin sắp hết, nhưng khi tôi thay chúng, nó không sáng hơn chút nào! Tôi nghĩ rằng tôi sẽ bật đèn mở để xem những gì đang xảy ra bên trong và liệu tôi có thể dễ dàng thêm một số đèn LED để làm cho nó sáng hơn hay không. Nhưng tất nhiên, đèn LED màu làm cho mọi dự án trở nên vui nhộn hơn, vì vậy tôi quyết định thêm đèn LED màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam để thay thế. Đây dường như là một cơ hội hoàn hảo để viết một cái gì đó cho Cuộc thi Làm bằng Toán - nếu bạn không quen thuộc với Định luật Ohm hoặc cách tính giá trị điện trở giới hạn dòng điện cho đèn LED, thì Tài liệu có thể hướng dẫn này sẽ chỉ cho bạn cách thực hiện.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại để lại bình luận, tôi sẽ cố gắng liên hệ lại với bạn!

Quân nhu

• Đèn đẩy chạy bằng pin hay còn gọi là đèn puck light hay đèn taplo. Có sẵn trên Amazon hoặc tại các cửa hàng phần cứng. Dự án này sẽ hoạt động với cả đèn LED mới hơn và đèn sợi đốt cũ hơn.
• Đèn LED của sự lựa chọn của bạn
• Các loại điện trở - giá trị sẽ phụ thuộc vào lượng pin mà ánh sáng của bạn sử dụng và loại đèn LED bạn chọn (hình dung nó là một phần của Tài liệu hướng dẫn này!)
• Kìm mũi kim
• Bộ tuốc nơ vít mini (đôi khi cần thiết để tháo lắp đèn)
• Sắt hàn (khuyến nghị)
• Đồng hồ vạn năng (khuyến nghị)

Bước 1: Tháo rời ánh sáng của bạn

Bắt đầu bằng cách tháo rời đèn của bạn. Thông thường, bạn sẽ cần một tuốc nơ vít mini để thực hiện việc này bằng cách tháo nắp lưng. Bên trong cái này, chúng ta có thể thấy một mạch điện đơn giản bao gồm các cực pin, một nút, một đèn LED và một điện trở. Một mạch đèn sợi đốt sẽ trông tương tự, nhưng sẽ không có điện trở - vì vậy bạn sẽ cần thêm một điện trở nếu bạn đang chuyển sang đèn LED.

Bước 2: Quyết định đèn LED bạn muốn, tra cứu thông số kỹ thuật

Có rất nhiều loại đèn LED khác nhau trên thị trường, và chúng có tất cả các màu sắc khác nhau. Bạn sẽ cần phải quyết định số lượng và màu sắc đèn LED bạn muốn sử dụng. Việc đơn giản nhất có thể làm là mắc song song thêm nhiều đèn LED cùng màu. Nếu bạn muốn thêm đèn LED theo chuỗi hoặc kết hợp màu sắc, bạn sẽ cần phải thực hiện nhiều phép toán hơn một chút - nhưng đó là những gì có thể hướng dẫn này! Chúng ta sẽ xem xét từng tình huống.

Khi bạn đã quyết định về đèn LED, bạn sẽ cần phải tra cứu mức giảm điện áp phía trước và xếp hạng dòng chuyển tiếp của chúng. Thông tin này thường có sẵn trên trang web nơi bạn mua đèn LED hoặc trong biểu dữ liệu. Đèn LED 5mm như hình trên rất phổ biến và thường được đánh giá ở dòng chuyển tiếp 20mA. Điện áp giảm từ khoảng 2V-4V và phụ thuộc vào màu sắc.

Bước 3: Xác định điện áp

Nếu bạn không có đồng hồ vạn năng, thì tối thiểu bạn sẽ cần xác định điện áp của ngăn chứa pin của đèn. Cần biết điện áp của bộ pin để tính điện trở giới hạn dòng điện. Bạn có thể làm điều này bằng cách chỉ cần đếm pin. Một pin kiềm AA (hoặc AAA) duy nhất cung cấp khoảng 1,5V, cao hơn một chút khi chúng mới. Khi bạn kết hợp các pin nối tiếp, điện áp sẽ cộng lại. Vì vậy, trong trường hợp này, với bốn pin AA mới, tôi sẽ chỉ mong đợi hơn 6V.

Nếu bạn có một chiếc đồng hồ vạn năng tiện dụng, thì việc đo điện áp cũng không ảnh hưởng gì. Làm điều này khi đèn LED đang sáng. Trong trường hợp này, bạn có thể thấy tôi nhận được 6,26V từ bộ pin, trong khi tôi bị sụt 3,26V trên đèn LED và giảm 2,98V trên điện trở. Thật thú vị khi lưu ý rằng tôi đang giảm gần một nửa điện áp trên điện trở - đó là rất nhiều điện năng bị lãng phí! Thêm về điều đó sau. Nếu bạn không muốn đọc mã màu, bạn cũng có thể đo điện trở của điện trở - thực hiện việc này trong khi đèn LED tắt.

Nếu bạn không biết cách sử dụng đồng hồ vạn năng, có rất nhiều hướng dẫn tốt trên mạng, trên Các trang hướng dẫn và những nơi khác. Tôi đã làm cái này.

Bước 4: Tính toán điện trở cho một đèn LED

Trước khi đi sâu hơn, hãy giải thích cách tính giá trị điện trở cho một đèn LED. Một điện trở được điều chỉnh bởi Định luật Ohm, trong đó nói rằng V = IR, hoặc

Phương trình 1: Điện áp [vôn] = Dòng điện [amps] x Điện trở [ohms]

Điện áp của pin và điện áp giảm trên đèn LED (gần như) không đổi. Vậy trong đoạn mạch trên, hiệu điện thế giảm trên điện trở là

Phương trình 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Cắm nó vào Định luật Ohm cho điện trở cho chúng ta:

Phương trình 3: Vbatt-VLED = IR

Nếu chúng ta có dòng điện mục tiêu cho đèn LED - gọi nó là ILED - thì chúng ta biết mọi thứ trong Phương trình 3 ngoại trừ điện trở. Chúng ta có thể sắp xếp lại phương trình đó để giải cho R:

Phương trình 4: R = (Vbatt-VLED) / ILED

Vì vậy, ví dụ, giả sử chúng tôi có một bộ pin 2xAA (cung cấp 3V), một đèn LED màu đỏ với điện áp giảm 1,8V và chúng tôi muốn 20mA thông qua đèn LED. Cắm các số vào phương trình 4 cho chúng ta:

R = (3V-1,8V) /0,02A = 60 Ω

Điện trở có xu hướng có giá trị buồn cười - vì vậy rất có thể bạn không có điện trở 60Ω đặt xung quanh. Đó là nơi mà việc biết cách kết hợp các điện trở mắc nối tiếp và song song trở nên hữu ích. Tuy nhiên, sẽ không sao nếu bạn không nhận được chính xác 20mA qua đèn LED - "đủ gần" có lẽ là OK đối với hầu hết các ứng dụng!

Cuối cùng, có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng điện trở cần phải đi trước đèn LED để giảm điện áp hoặc hạn chế dòng điện. Điều đó thực sự không đúng - thay vào đó, điện trở có thể được đặt sau đèn LED. Xem video giải thích lý do tại sao điều đó đúng ở đây.

Bước 5: Thêm nhiều đèn LED hơn song song

Hãy bắt đầu với trường hợp đơn giản nhất: bạn chỉ muốn thêm nhiều đèn LED cùng màu song song để làm cho ánh sáng của bạn sáng hơn. Nó có thể hấp dẫn chỉ để thêm các đèn LED trực tiếp song song với đèn hiện có, giữ một điện trở duy nhất. Điều này hoạt động, như bạn có thể thấy trong các bức ảnh ở trên - cả ba đèn LED đều sáng - nhưng có một vấn đề! Dòng điện qua điện trở đơn không thực sự thay đổi khi bạn thêm nhiều đèn LED song song. Vì các đèn LED mắc song song, dòng điện qua điện trở đơn sẽ phân chia đều giữa chúng. Vì vậy, trước đây, nơi tôi có 20mA thông qua một đèn LED duy nhất, bây giờ tôi chỉ nhận được khoảng 20/3 = 6,67mA qua mỗi đèn LED - và chúng sẽ không sáng bằng!

Thay vào đó, nếu bạn thêm một điện trở riêng lẻ nối tiếp với mỗi đèn LED, thì bạn sẽ nhận được toàn bộ lượng dòng điện qua mỗi đèn LED. Nhược điểm là điều này sẽ làm tiêu hao pin của bạn nhanh hơn gấp ba lần. Đây không phải là vấn đề lớn trong trường hợp của tôi vì tôi có đèn gắn trong tủ quần áo và sẽ không sử dụng nó thường xuyên.

Vì vậy, nếu bạn thực hiện cách tiếp cận này, bạn đã tránh được bất kỳ phép toán nào - bạn chỉ cần thêm một vài điện trở giống nhau. Trong trường hợp của tôi, tôi có một điện trở 100Ω và một đèn LED trắng - Tôi chỉ cần thêm hai cái nữa để có tổng cộng ba đèn LED song song. (Thật không may, tôi đã quên chụp ảnh bước đó, trước khi tôi chuyển sang đèn LED màu).

Bước 6: Thêm nhiều đèn LED hơn trong chuỗi

Điều gì về việc thêm nhiều đèn LED trong chuỗi? Tùy chọn này hoạt động nếu điện áp bộ pin của bạn đủ cao. Đèn LED hoàn toàn không bật nếu điện áp của bộ pin thấp hơn mức giảm điện áp chuyển tiếp yêu cầu của chúng. Cũng giống như với pin, khi bạn kết hợp các đèn LED nối tiếp, điện áp của chúng sẽ tăng thêm. Trong trường hợp của tôi, đèn LED màu trắng của tôi có điện áp giảm là 3,4V, vì vậy việc đặt hai đèn nối tiếp sẽ yêu cầu 6,8V - nhiều hơn mức pin của tôi đang cung cấp. Tuy nhiên, ví dụ, bạn có thể làm điều đó với hai (hoặc thậm chí ba) đèn LED màu đỏ. Nếu mỗi đèn LED màu đỏ có điện áp giảm là 2V và bạn muốn dòng điện là 20mA, điều đó sẽ cung cấp cho bạn giá trị điện trở R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. So sánh với việc chỉ mắc một đèn LED đỏ vào mạch: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Bằng cách thêm đèn LED thứ hai nối tiếp, bạn đã giảm đáng kể kích thước của điện trở - nhưng bạn vẫn chỉ vẽ 20mA, vì vậy bạn sẽ không tiêu hao pin nhanh hơn nữa! Bạn đã làm cho mạch hiệu quả hơn bởi vì bạn đang tiêu hao ít điện năng hơn trong điện trở. Điều đó dẫn đến một phương trình khác - đối với điện trở, công suất bằng điện trở bình phương hiện tại, hoặc

P = I ^ 2 * R

Vì vậy 20mA qua điện trở 200Ω tiêu hao 80mW, trong khi 20mA qua điện trở 100Ω chỉ tiêu hao 40mW.

(một lần nữa, xin lỗi vì tôi không có hình ảnh của ví dụ này - tôi đã đi ngay đến các đèn LED màu song song)

Bước 7: Kết hợp các đèn LED màu khác nhau

Nếu bạn muốn kết hợp các đèn LED màu khác nhau, bạn có hai tùy chọn:

• Đấu dây nối tiếp chúng - điều này hoạt động miễn là tổng điện áp giảm trên các đèn LED nhỏ hơn điện áp của bộ pin (xem bước trước).
• Nối chúng song song với nhau, mỗi đèn có điện trở riêng - giả sử bạn muốn tất cả các đèn LED có cùng dòng điện để chúng có cùng độ sáng, bạn chỉ cần tính giá trị điện trở riêng cho từng đèn LED, dựa trên mức giảm điện áp chuyển tiếp của nó.

Đôi khi, việc tạo nguyên mẫu các mạch như thế này trên breadboard trước tiên sẽ dễ dàng hơn (nếu bạn không biết cách sử dụng breadboard, hãy xem hướng dẫn này). Một lần nữa, bạn có thể không có các giá trị điện trở chính xác mà bạn muốn, vì vậy bạn có thể thử các cách kết hợp khác nhau theo chuỗi / song song để tinh chỉnh độ sáng của mình. Trong trường hợp này, tôi có một bộ pin 4xAA cung cấp khoảng 6V và đèn LED màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam với điện áp giảm xuống tương ứng khoảng 2V, 2V và 3V. Điều đó mang lại cho tôi giá trị điện trở R = (6-2) /0,02 = 200Ω đối với đèn LED màu đỏ và xanh lục và 150Ω đối với đèn LED màu xanh lam. Tôi không có sẵn các giá trị chính xác đó, nhưng tôi có thể tạo điện trở 200Ω bằng cách kết hợp hai điện trở 100Ω mắc nối tiếp và tôi có thể "đủ gần" với điện trở 150Ω bằng cách kết hợp điện trở 100Ω và điện trở 47Ω mắc nối tiếp.

Bước 8: Thêm đèn LED trong Sê-ri VÀ song song

Cảm thấy mạo hiểm và muốn làm cho thứ này THỰC SỰ trở nên tươi sáng? Thêm đèn LED nối tiếp VÀ song song! Một lần nữa, hãy nhớ rằng để thêm đèn LED nối tiếp, điện áp pin của bạn cần phải cao hơn tổng điện áp LED giảm xuống; và nếu bạn lắp thêm đèn LED song song sẽ làm hao pin nhanh hơn. Thực hiện một phép tính riêng cho giá trị điện trở cho từng bộ đèn LED mắc nối tiếp.

Bước 9: Đặt nó trở lại cùng nhau

Tạo mẫu trên bảng mạch, với kẹp cá sấu hoặc bằng cách uốn các dây dẫn cùng với kìm là một cách hay để thử các kết hợp đèn LED / điện trở khác nhau trước khi hoàn thiện thiết kế của mình. Khi bạn đã hoàn tất, việc hàn các đèn LED và điện trở lại với nhau sẽ giúp giữ chúng đúng vị trí khi bạn lắp ráp lại đèn. Một số băng dính hoặc keo nóng cũng có thể giúp ngăn chúng di chuyển xung quanh. Với các đèn LED màu đỏ-xanh lá-xanh lam, tôi phải tháo rời và lắp ráp lại một vài lần cho đến khi tôi bố trí các đèn LED sao cho chúng tạo ra hiệu ứng khuếch tán đồng đều cho cả ba màu. Sản phẩm cuối cùng ở đây có lẽ sẽ không hữu ích lắm trong tủ đồ của tôi, nhưng nó chắc chắn trông tuyệt hơn rất nhiều!

Về nhì trong Cuộc thi Làm với Toán