التعديل التحديثي لمصباح الدفع LED: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

بدأ هذا المشروع لأن لديّ مصباح دفع LED في خزانة ملابسي لم يكن ساطعًا بما يكفي لأرى جيدًا. اعتقدت أن البطاريات كانت تنخفض للتو ، لكن عندما استبدلتهم ، لم تصبح أكثر سطوعًا! اعتقدت أنني سأفتح الضوء لأرى ما يجري في الداخل ، وما إذا كان بإمكاني إضافة المزيد من مصابيح LED بسهولة لجعلها أكثر إشراقًا. لكن بالطبع ، تجعل مصابيح LED الملونة كل مشروع أكثر متعة ، لذلك قررت إضافة مصابيح LED حمراء وخضراء وزرقاء بدلاً من ذلك. بدت هذه فرصة مثالية لكتابة شيء ما لمسابقة Made with Math - إذا لم تكن معتادًا على قانون أوم أو كيفية حساب قيمة المقاوم الحالية لمصباح LED ، فسوف يوضح لك هذا Instructable كيف.

إذا كانت لديك أي أسئلة ، فلا تتردد في ترك تعليق ، وسأحاول الرد عليك!

اللوازم

• مصباح دفع يعمل بالبطارية ، ويسمى أيضًا مصباح عفريت أو ضوء نقر. متوفر على أمازون أو في متاجر الأجهزة. سيعمل هذا المشروع مع مصابيح LED الأحدث والمصابيح المتوهجة القديمة.
• مصابيح LED من اختيارك
• المقاومات المتنوعة - ستعتمد القيم على عدد البطاريات التي يأخذها الضوء الخاص بك وما هي مصابيح LED التي تختارها (يعد اكتشافها جزءًا من Instructable!)
• كماشة الأنف إبرة
• مجموعة مفكات صغيرة (تحتاج أحيانًا لتفكيك الضوء)
• لحام الحديد (موصى به)
• متعدد (موصى به)

الخطوة 1: تفكيك نورك

ابدأ بتفكيك نورك. ستحتاج عادةً إلى مفك براغي صغير للقيام بذلك عن طريق إزالة الغطاء الخلفي. داخل هذه الدائرة يمكننا أن نرى دائرة بسيطة تتكون من أطراف البطارية ، وزر ، ومصباح LED ، ومقاوم. ستبدو دائرة الضوء المتوهج متشابهة ، لكنها لن تحتوي على مقاوم - لذلك ستحتاج إلى إضافة واحدة إذا كنت تقوم بالتبديل إلى مصابيح LED.

الخطوة 2: حدد المصابيح التي تريدها ، وابحث عن المواصفات

هناك العديد من الأنواع المختلفة لمصابيح LED ، وهي متوفرة بألوان مختلفة. ستحتاج إلى تحديد عدد ولون مصابيح LED التي تريد استخدامها. ربما يكون أبسط شيء يمكن القيام به هو إضافة المزيد من مصابيح LED من نفس اللون بالتوازي. إذا كنت ترغب في إضافة مصابيح LED في سلسلة أو مزج الألوان ، فستحتاج إلى إجراء المزيد من العمليات الحسابية - ولكن هذا ما تهدف إليه Instructable! سنستعرض كل سيناريو.

بمجرد أن تقرر استخدام مصابيح LED ، ستحتاج إلى البحث عن انخفاض الجهد الأمامي وتقييم التيار الأمامي. تتوفر هذه المعلومات عادةً على موقع الويب الذي اشتريت منه مصابيح LED أو في ورقة البيانات. تعد مصابيح LED مقاس 5 مم مثل تلك الموضحة أعلاه شائعة جدًا ، وعادةً ما يتم تصنيفها بتيار أمامي يبلغ 20 مللي أمبير. يتراوح انخفاض الجهد الأمامي من حوالي 2 فولت إلى 4 فولت ويعتمد على اللون.

الخطوة الثالثة: تحديد الفولتية

إذا لم يكن لديك مقياس متعدد ، فستحتاج على الأقل إلى تحديد جهد حجرة بطارية المصباح. مطلوب معرفة جهد حزمة البطارية لحساب المقاوم الحالي المحدد. يمكنك القيام بذلك بمجرد عد البطاريات. توفر بطارية AA قلوية واحدة (أو AAA) حوالي 1.5 فولت ، وهي أعلى قليلاً عندما تكون طازجة. عندما تجمع البطاريات في سلسلة ، تضيف الفولتية. لذلك في هذه الحالة ، مع أربع بطاريات AA جديدة ، يجب أن أتوقع ما يزيد قليلاً عن 6 فولت.

إذا كان لديك مقياس متعدد في متناول يدك ، فلن يؤذي قياس الفولتية أيضًا. افعل ذلك أثناء تشغيل مؤشر LED. في هذه الحالة ، يمكنك أن ترى أنني أحصل على 6.26 فولت من حزمة البطارية ، بينما لدي انخفاض 3.26 فولت فوق مؤشر LED وانخفاض 2.98 فولت فوق المقاوم. من المثير للاهتمام ملاحظة أنني أسقط نصف جهدي تقريبًا على المقاوم - وهذا كثير من الطاقة الضائعة! المزيد عن ذلك لاحقًا. إذا كنت لا ترغب في قراءة رمز اللون ، فيمكنك أيضًا قياس مقاومة المقاوم الخاص بك - قم بذلك أثناء إيقاف تشغيل مؤشر LED.

إذا كنت لا تعرف كيفية استخدام مقياس متعدد ، فهناك الكثير من البرامج التعليمية الجيدة المتوفرة على Instrucables وفي أماكن أخرى. لقد صنعت هذا.

الخطوة 4: حساب المقاوم لمصباح LED واحد

قبل أن نذهب إلى أبعد من ذلك ، دعنا نشرح كيفية حساب قيمة المقاوم لمصباح LED واحد. يخضع المقاوم لقانون أوم ، الذي ينص على أن V = IR ، أو

المعادلة 1: الجهد [فولت] = التيار [أمبير] × المقاومة [أوم]

إن الجهد الكهربائي للبطارية والجهد المنخفض عبر مؤشر LED ثابتان (تقريبًا). في الدائرة أعلاه ، انخفاض الجهد عبر المقاوم هو

المعادلة 2: Vresistor = Vbatt-VLED

إن توصيل ذلك بقانون أوم للمقاوم يعطينا:

المعادلة 3: Vbatt-VLED = IR

إذا كان لدينا تيار مستهدف لمصباح LED - أطلق عليه اسم ILED - فإننا نعرف كل شيء في المعادلة 3 باستثناء المقاومة. يمكننا إعادة ترتيب هذه المعادلة لحل R:

المعادلة 4: R = (Vbatt-VLED) / ILED

لذلك ، على سبيل المثال ، لنفترض أن لدينا حزمة بطارية 2xAA (التي توفر 3 فولت) ، ومصباح LED أحمر مع انخفاض الجهد الأمامي بمقدار 1.8 فولت ، ونريد 20 مللي أمبير من خلال LED. بالتعويض عن الأرقام في المعادلة 4 يعطينا:

R = (3V-1.8V) /0.02A = 60 أوم

تميل المقاومات إلى أن تأتي بقيم مضحكة - لذا من المحتمل أنك لا تملك مقاومة 60 درجة حولها. هذا هو المكان الذي يكون فيه معرفة كيفية الجمع بين المقاومات في سلسلة ومتوازية أمرًا مفيدًا. ومع ذلك ، لا بأس إذا لم تحصل بالضبط على 20 مللي أمبير من خلال LED - "قريبة بما فيه الكفاية" ربما تكون مناسبة لمعظم التطبيقات!

أخيرًا ، من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن المقاوم يجب أن يأتي قبل LED من أجل إسقاط الجهد أو الحد من التيار. هذا ليس صحيحًا في الواقع - اتضح أنه يمكن وضع المقاوم بعد LED بدلاً من ذلك. شاهد مقطع فيديو يشرح سبب صحة ذلك هنا.

الخطوة 5: إضافة المزيد من المصابيح بالتوازي

لنبدأ بأبسط حالة: أنت فقط تريد إضافة المزيد من مصابيح LED من نفس اللون بالتوازي لجعل الضوء أكثر إشراقًا. قد يكون من المغري فقط إضافة مصابيح LED بالتوازي مع تلك الموجودة ، مع الحفاظ على المقاوم الفردي. يعمل هذا ، كما ترى في الصور أعلاه - تضيء جميع المصابيح الثلاثة - ولكن هناك مشكلة! لا يتغير التيار عبر المقاوم الفردي فعليًا عند إضافة المزيد من مصابيح LED بالتوازي. نظرًا لأن مصابيح LED متوازية ، فإن التيار من خلال المقاوم الفردي سينقسم بالتساوي بينهما. لذلك من قبل ، حيث كان لدي 20 مللي أمبير من خلال مصباح LED واحد ، الآن أحصل فقط على حوالي 20/3 = 6.67mA من خلال كل LED - ولن تكون ساطعة!

بدلاً من ذلك ، إذا أضفت مقاومًا فرديًا في سلسلة مع كل LED ، فستحصل على المقدار الكامل من التيار من خلال كل LED. الجانب السلبي هو أن هذا سوف يستنزف بطاريتك أسرع بثلاث مرات. هذه ليست مشكلة كبيرة في حالتي لأن المصباح مثبت في خزانة ، ولن أستخدمه كثيرًا.

لذلك إذا اتبعت هذا النهج ، فقد تجنبت إجراء أي حسابات - فأنت تحتاج فقط إلى عدد قليل من نفس المقاوم. في حالتي ، لدي مقاوم 100Ω ومصباح LED أبيض - أحتاج فقط إلى اثنين آخرين من كل منهما للحصول على إجمالي ثلاثة مصابيح LED بالتوازي. (لسوء الحظ ، نسيت التقاط صورة لتلك الخطوة ، قبل أن أتحول إلى مصابيح LED ملونة).

الخطوة 6: أضف المزيد من مصابيح LED في السلسلة

ماذا عن إضافة المزيد من المصابيح في السلسلة؟ يعمل هذا الخيار إذا كان جهد حزمة البطارية مرتفعًا بدرجة كافية. لن يتم تشغيل مصابيح LED على الإطلاق إذا كان جهد حزمة البطارية أقل من انخفاض الجهد الأمامي المطلوب. تمامًا كما هو الحال مع البطاريات ، عندما تقوم بدمج مصابيح LED في سلسلة ، تضيف الفولتية الخاصة بها. في حالتي ، فإن مؤشر LED الأبيض الخاص بي به انخفاض في الجهد يبلغ 3.4 فولت ، لذا فإن وضع اثنين في سلسلة يتطلب 6.8 فولت - أكثر مما توفره حزمة البطارية الخاصة بي. ومع ذلك ، على سبيل المثال ، يمكنك القيام بذلك باستخدام اثنين (أو حتى ثلاثة) مصابيح LED حمراء. إذا كان لكل مؤشر LED أحمر انخفاض في الجهد بمقدار 2 فولت وأردت تيارًا قدره 20 مللي أمبير ، فإن ذلك سيعطيك قيمة مقاومة R = (6-4) / 0.02 = 100Ω. قارن ذلك بوضع مؤشر LED أحمر واحد فقط في الدائرة: R = (6-2) / 0.02 = 200Ω. بإضافة مؤشر LED ثانٍ في السلسلة ، تكون قد قللت بشكل كبير من حجم المقاوم - لكنك ما زلت ترسم 20 مللي أمبير فقط ، لذا فأنت لا تستنزف بطاريتك بشكل أسرع! لقد جعلت الدائرة أكثر كفاءة لأنك تبدد طاقة أقل في المقاوم. هذا يجلب معادلة أخرى - بالنسبة للمقاوم ، الطاقة تساوي تربيع التيار مضروبًا في المقاومة ، أو

P = أنا ^ 2 * ص

لذا فإن 20mA من خلال المقاوم 200Ω يتبدد 80mW ، في حين أن 20mA من خلال المقاوم 100Ω يتبدد 40mW فقط.

(مرة أخرى ، أعتذر عن عدم وجود صورة لهذا المثال - لقد ذهبت مباشرة إلى مصابيح LED ملونة بالتوازي)

الخطوة 7: خلط المصابيح ذات الألوان المختلفة

إذا كنت ترغب في مزج مصابيح LED ذات ألوان مختلفة ، فلديك خياران:

• قم بتوصيلها في سلسلة - يعمل هذا طالما أن إجمالي انخفاض الجهد عبر مصابيح LED أقل من جهد حزمة البطارية (انظر الخطوة السابقة).
• قم بتوصيلها بالتوازي ، كل منها بمقاومها الخاص - بافتراض أنك تريد أن يكون لجميع مصابيح LED نفس التيار بحيث تكون بنفس السطوع ، يمكنك فقط حساب قيمة المقاوم بشكل منفصل لكل LED ، نظرًا لانخفاض الجهد الأمامي.

في بعض الأحيان يكون من الأسهل وضع نماذج أولية لدارات كهذه على لوح التجارب أولاً (إذا كنت لا تعرف كيفية استخدام لوح التجارب ، فراجع هذا البرنامج التعليمي). مرة أخرى ، قد لا يكون لديك قيم المقاوم الدقيقة التي تريدها في متناول يديك ، لذا يمكنك اللعب بمجموعات مختلفة في سلسلة / متوازية لضبط سطوعك بدقة. في هذه الحالة ، لدي حزمة بطارية 4xAA توفر حوالي 6 فولت ، ومصابيح LED حمراء وخضراء وزرقاء مع انخفاض في الجهد يبلغ حوالي 2 فولت و 2 فولت و 3 فولت على التوالي. هذا يعطيني قيمة المقاوم R = (6-2) /0.02 = 200Ω لمصابيح LED الحمراء والخضراء ، و 150 لمصباح LED الأزرق. لا تتوفر لدي هذه القيم الدقيقة ، ولكن يمكنني إنشاء مقاوم بقدرة 200 أوم من خلال الجمع بين مقاومين 100 أوم في سلسلة ، ويمكنني الاقتراب "بما يكفي" من المقاوم 150 درجة من خلال الجمع بين المقاوم 100 أوم والمقاوم 47 درجة في التسلسل.

الخطوة 8: إضافة مصابيح LED في السلسلة والتوازي

هل تشعر بالمغامرة وترغب في جعل هذا الشيء مشرقًا حقًا؟ أضف مصابيح LED في سلسلة ومتوازية! مرة أخرى ، تذكر أنه من أجل إضافة مصابيح LED في السلسلة ، يجب أن يكون جهد البطارية أعلى من مجموع انخفاض جهد LED ؛ وإذا قمت بإضافة مصابيح LED بالتوازي ، فسوف تستنزف البطارية بشكل أسرع. قم بحساب منفصل لقيمة المقاوم لكل مجموعة من مصابيح LED في السلسلة.

الخطوة 9: ضعها معًا

تعد النماذج الأولية على لوح التجارب ، مع مقاطع التمساح ، أو عن طريق ثني الخيوط جنبًا إلى جنب مع الزردية طريقة جيدة لتجربة مجموعات مختلفة من LED / المقاوم قبل الانتهاء من التصميم الخاص بك. عند الانتهاء من كل شيء ، سيساعد لحام مصابيح LED والمقاومات معًا في تثبيتها في مكانها عند إعادة تجميع الضوء. يمكن أيضًا أن يساعد بعض الشريط اللاصق أو الغراء الساخن في منعهم من التحرك. باستخدام مصابيح LED ذات اللون الأحمر والأخضر والأزرق ، اضطررت إلى تفكيكها وإعادة تجميعها عدة مرات حتى حصلت على مصابيح LED مرتبة بحيث أعطت تأثيرًا منتشرًا بشكل متساوٍ لجميع الألوان الثلاثة. ربما لن يكون المنتج النهائي هنا مفيدًا جدًا في خزانة ملابسي ، لكنه بالتأكيد يبدو أكثر برودة!

الوصيف في مسابقة Made with Math