LED Push Light nachrüsten - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Dieses Projekt begann, weil ich ein LED-Push-Licht in meinem Schrank hatte, das nicht hell genug war, um gut zu sehen. Ich dachte, die Batterien würden nur schwach, aber als ich sie ersetzte, wurde es nicht heller! Ich dachte, ich würde das Licht öffnen, um zu sehen, was drinnen vor sich ging, und ob ich leicht weitere LEDs hinzufügen könnte, um es heller zu machen. Aber natürlich machen farbige LEDs jedes Projekt mehr Spaß, also habe ich mich entschieden, stattdessen rote, grüne und blaue LEDs hinzuzufügen. Dies schien eine perfekte Gelegenheit zu sein, etwas für den Made with Math Contest zu schreiben - wenn Sie nicht mit dem Ohmschen Gesetz vertraut sind oder den strombegrenzenden Widerstandswert für eine LED berechnen, zeigt Ihnen dieses Instructable, wie.

Wenn Sie Fragen haben, zögern Sie nicht, einen Kommentar zu hinterlassen, und ich werde versuchen, mich bei Ihnen zu melden!

Lieferungen

• Batteriebetriebenes Stoßlicht, auch Pucklicht oder Tipplicht genannt. Erhältlich bei Amazon oder im Baumarkt. Dieses Projekt funktioniert sowohl mit neueren LED-Leuchten als auch mit älteren Glühlampen.
• LEDs Ihrer Wahl
• Verschiedene Widerstände - Werte hängen davon ab, wie viele Batterien Ihr Licht braucht und welche LEDs Sie wählen (es herauszufinden ist Teil dieses Instructable!)
• Spitzzange
• Mini-Schraubendreher-Set (wird manchmal benötigt, um das Licht zu zerlegen)
• Lötkolben (empfohlen)
• Multimeter (empfohlen)

Schritt 1: Zerlegen Sie Ihr Licht

Beginnen Sie damit, Ihr Licht zu zerlegen. Normalerweise benötigen Sie dazu einen Mini-Schraubendreher, indem Sie die Rückabdeckung entfernen. In diesem sehen wir eine einfache Schaltung, die aus den Batterieklemmen, einem Knopf, einer LED und einem Widerstand besteht. Ein Glühlampenstromkreis sieht ähnlich aus, hat jedoch keinen Widerstand - Sie müssen also einen hinzufügen, wenn Sie auf LEDs umsteigen.

Schritt 2: Entscheiden Sie, welche LEDs Sie wollen, schauen Sie sich die Spezifikationen an

Es gibt viele verschiedene Arten von LEDs und es gibt sie in allen möglichen Farben. Sie müssen entscheiden, wie viele und welche farbigen LEDs Sie verwenden möchten. Am einfachsten ist es wahrscheinlich, mehrere LEDs der gleichen Farbe parallel hinzuzufügen. Wenn Sie LEDs in Reihe hinzufügen oder Farben mischen möchten, müssen Sie etwas mehr rechnen - aber dafür ist dieses Instructable da! Wir gehen jedes Szenario durch.

Sobald Sie sich für LEDs entschieden haben, müssen Sie deren Durchlassspannungsabfall und Durchlassstrombewertung nachschlagen. Diese Informationen finden Sie normalerweise auf der Website, auf der Sie die LEDs gekauft haben, oder im Datenblatt. 5 mm LEDs wie die oben abgebildeten sind sehr verbreitet und haben normalerweise einen Durchlassstrom von 20 mA. Der Durchlassspannungsabfall reicht von etwa 2V-4V und hängt von der Farbe ab.

Schritt 3: Spannungen ermitteln

Wenn Sie kein Multimeter haben, müssen Sie mindestens die Spannung des Batteriefachs Ihrer Leuchte bestimmen. Für die Berechnung des Strombegrenzungswiderstands ist es erforderlich, die Spannung Ihres Akkus zu kennen. Sie können dies tun, indem Sie einfach die Batterien zählen. Eine einzelne AA-Alkalibatterie (oder AAA) liefert etwa 1,5 V, im frischen Zustand etwas höher. Wenn Sie Batterien in Reihe schalten, addieren sich die Spannungen. In diesem Fall sollte ich also mit vier frischen AA-Batterien etwas mehr als 6 V erwarten.

Wenn Sie ein Multimeter zur Hand haben, kann es nicht schaden, auch die Spannungen zu messen. Tun Sie dies, während die LED leuchtet. In diesem Fall können Sie sehen, dass ich 6,26 V vom Akku bekomme, während ich einen Abfall von 3,26 V über der LED und einen Abfall von 2,98 V über dem Widerstand habe. Es ist interessant zu bemerken, dass ich fast die Hälfte meiner Spannung über den Widerstand absenke - das ist viel Energieverschwendung! Dazu später mehr. Wenn Sie keine Lust haben, den Farbcode zu lesen, können Sie auch den Widerstand Ihres Widerstands messen - tun Sie dies, während die LED aus ist.

Wenn Sie nicht wissen, wie man ein Multimeter verwendet, gibt es viele gute Tutorials zu Instrucables und anderswo. Ich habe dieses gemacht.

Schritt 4: Berechnung des Widerstands für eine einzelne LED

Bevor wir weitermachen, erklären wir Ihnen, wie Sie den Widerstandswert für eine einzelne LED berechnen. Ein Widerstand unterliegt dem Ohmschen Gesetz, das besagt, dass V = IR, oder

Gleichung 1: Spannung [Volt] = Strom [Ampere] x Widerstand [Ohm]

Die Spannung Ihrer Batterie und der Spannungsabfall an der LED sind (ungefähr) konstant. In der obigen Schaltung beträgt der Spannungsabfall am Widerstand also

Gleichung 2: Vwiderstand=Vbatt-VLED

Wenn wir das in das Ohmsche Gesetz für den Widerstand einführen, erhalten wir:

Gleichung 3: Vbatt-VLED = IR

Wenn wir einen Zielstrom für die LED haben - nennen wir ihn ILED - dann wissen wir in Gleichung 3 alles außer dem Widerstand. Wir können diese Gleichung neu anordnen, um sie nach R aufzulösen:

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

Nehmen wir zum Beispiel an, wir haben einen 2xAA-Akku (der 3 V liefert), eine rote LED mit einem Durchlassspannungsabfall von 1,8 V und wir wollen 20 mA durch die LED. Das Einsetzen der Zahlen in Gleichung 4 ergibt:

R = (3V-1,8V)/0,02A = 60 Ω

Widerstände haben in der Regel komische Werte - die Chancen stehen also gut, dass Sie keinen 60-Ω-Widerstand herumliegen haben. Hier ist es praktisch, zu wissen, wie man Widerstände in Reihe und parallel kombiniert. Es ist jedoch in Ordnung, wenn Sie nicht genau 20 mA durch die LED bekommen - "nahe genug" ist wahrscheinlich für die meisten Anwendungen in Ordnung!

Schließlich ist es ein weit verbreitetes Missverständnis, dass der Widerstand vor der LED kommen muss, um die Spannung zu senken oder den Strom zu begrenzen. Das stimmt tatsächlich nicht - es stellt sich heraus, dass der Widerstand stattdessen nach der LED platziert werden kann. Sehen Sie sich hier ein Video an, in dem erklärt wird, warum das so ist.

Schritt 5: Paralleles Hinzufügen weiterer LEDs

Beginnen wir mit dem einfachsten Fall: Sie möchten einfach mehr LEDs der gleichen Farbe parallel hinzufügen, um Ihr Licht heller zu machen. Es könnte verlockend sein, die LEDs direkt parallel zu den vorhandenen hinzuzufügen und den einzelnen Widerstand beizubehalten. Das funktioniert, wie Sie auf den Fotos oben sehen können - alle drei LEDs leuchten - aber es gibt ein Problem! Der Strom durch den einzelnen Widerstand ändert sich nicht, wenn Sie weitere LEDs parallel hinzufügen. Da die LEDs parallel sind, wird der Strom durch den einzelnen Widerstand gleichmäßig zwischen ihnen aufgeteilt. Früher, wo ich 20 mA durch eine einzelne LED hatte, bekomme ich jetzt nur etwa 20/3 = 6,67 mA durch jede LED - und sie werden nicht so hell sein!

Wenn Sie stattdessen einen einzelnen Widerstand in Reihe mit jeder LED hinzufügen, erhalten Sie die volle Strommenge durch jede LED. Der Nachteil ist, dass dies Ihren Akku dreimal so schnell entlädt. Dies ist in meinem Fall keine große Sache, da ich die Leuchte in einem Schrank montiert habe und sie nicht so oft verwenden werde.

Wenn Sie also diesen Ansatz wählen, haben Sie jede Mathematik vermieden - Sie benötigen nur ein paar mehr des gleichen Widerstands. In meinem Fall habe ich einen 100Ω-Widerstand und eine weiße LED - ich benötige nur noch jeweils zwei weitere, um insgesamt drei LEDs parallel zu bekommen. (Leider habe ich vergessen, diesen Schritt zu fotografieren, bevor ich auf farbige LEDs umgestiegen bin).

Schritt 6: Weitere LEDs in Serie hinzufügen

Wie wäre es mit weiteren LEDs in Reihe? Diese Option funktioniert, wenn die Spannung Ihres Akkupacks hoch genug ist. LEDs schalten sich überhaupt nicht ein, wenn die Akkuspannung unter dem erforderlichen Durchlassspannungsabfall liegt. Genau wie bei Batterien addieren sich bei der Reihenschaltung von LEDs deren Spannungen. In meinem Fall hat meine weiße LED einen Spannungsabfall von 3,4 V, daher würde eine Reihenschaltung von zwei 6,8 V erfordern - mehr als mein Akku liefert. Sie können dies jedoch beispielsweise mit zwei (oder sogar drei) roten LEDs tun. Wenn jede rote LED einen Spannungsabfall von 2 V hätte und Sie einen Strom von 20 mA wünschen, erhalten Sie einen Widerstandswert von R = (6 - 4) / 0,02 = 100 Ω. Vergleichen Sie das mit dem Einsetzen einer einzigen roten LED in den Stromkreis: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Durch das Hinzufügen einer zweiten LED in Reihe haben Sie die Größe des Widerstands stark verringert - aber Sie ziehen immer noch nur 20 mA, sodass Sie Ihre Batterie nicht schneller entladen! Sie haben die Schaltung effizienter gemacht, weil Sie weniger Leistung im Widerstand verbrauchen. Das bringt eine andere Gleichung mit sich - für einen Widerstand ist die Leistung gleich dem Strom zum Quadrat mal dem Widerstand, oder

P=I^2*R

20mA über einen 200Ω-Widerstand verbrauchen also 80mW, während 20mA über einen 100Ω-Widerstand nur 40mW verbrauchen.

(Entschuldigung, dass ich kein Bild von diesem Beispiel habe - ich bin parallel zu farbigen LEDs gegangen)

Schritt 7: Mischen verschiedener Farb-LEDs

Wenn Sie verschiedenfarbige LEDs mischen möchten, haben Sie zwei Möglichkeiten:

• Verdrahten Sie sie in Reihe - dies funktioniert, solange der Gesamtspannungsabfall über den LEDs geringer ist als die Akkuspannung (siehe vorheriger Schritt).
• Verdrahten Sie sie parallel, jede mit ihrem eigenen Widerstand - vorausgesetzt, Sie möchten, dass alle LEDs den gleichen Strom haben, damit sie die gleiche Helligkeit haben, berechnen Sie einfach den Widerstandswert für jede LED separat aufgrund ihres Durchlassspannungsabfalls.

Manchmal ist es einfacher, Schaltungen wie diese zuerst auf einem Steckbrett zu prototypieren (wenn Sie nicht wissen, wie man ein Steckbrett verwendet, sehen Sie sich dieses Tutorial an). Auch hier haben Sie möglicherweise nicht die genauen Widerstandswerte, die Sie zur Hand haben möchten, sodass Sie mit verschiedenen Kombinationen in Reihe / parallel herumspielen können, um Ihre Helligkeit fein abzustimmen. In diesem Fall habe ich einen 4xAA-Akku mit etwa 6 V und rote, grüne und blaue LEDs mit Spannungsabfällen von etwa 2 V, 2 V bzw. 3 V. Das gibt mir einen Widerstandswert von R = (6-2)/0,02 = 200Ω für die rote und grüne LED und 150Ω für die blaue LED. Ich habe diese genauen Werte nicht zur Verfügung, aber ich kann einen 200--Widerstand erstellen, indem ich zwei 100--Widerstände in Reihe kombiniere, und ich kann einem 150--Widerstand "nah genug" kommen, indem ich einen 100--Widerstand und einen 47--Widerstand in Reihe kombiniere.

Schritt 8: Hinzufügen von LEDs in Reihe UND Parallel

Fühlen Sie sich abenteuerlustig und möchten Sie dieses Ding WIRKLICH hell machen? Fügen Sie LEDs in Reihe UND parallel hinzu! Denken Sie auch hier daran, dass Ihre Batteriespannung höher sein muss als die Summe der LED-Spannungsabfälle, um LEDs in Reihe hinzuzufügen. und wenn Sie LEDs parallel hinzufügen, wird die Batterie schneller entladen. Führen Sie eine separate Berechnung für den Widerstandswert für jeden Satz von LEDs in Reihe durch.

Schritt 9: Setzen Sie es wieder zusammen

Prototyping auf einem Steckbrett, mit Krokodilklemmen oder durch Biegen von Kabeln zusammen mit einer Zange ist eine gute Möglichkeit, verschiedene LED/Widerstand-Kombinationen auszuprobieren, bevor Sie Ihr Design finalisieren. Wenn Sie fertig sind, können Sie die LEDs und Widerstände zusammenlöten, um sie beim Zusammenbauen des Lichts an Ort und Stelle zu halten. Etwas Klebeband oder Heißkleber können auch dazu beitragen, dass sie sich nicht bewegen. Bei den rot-grün-blauen LEDs musste ich sie einige Male zerlegen und wieder zusammenbauen, bis ich die LEDs so angeordnet hatte, dass sie für alle drei Farben einen gleichmäßig diffusen Effekt ergaben. Das Endprodukt hier wird in meinem Schrank wahrscheinlich nicht sehr nützlich sein, aber es sieht auf jeden Fall viel cooler aus!

Zweiter im Made with Math Contest