Pasang kembali Lampu Dorong LED: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Proyek ini dimulai karena saya memiliki lampu dorong LED di lemari saya yang tidak cukup terang untuk saya lihat dengan baik. Saya pikir baterainya hampir habis, tetapi ketika saya menggantinya, itu tidak menjadi lebih cerah! Saya pikir saya akan membuka lampu untuk melihat apa yang terjadi di dalam, dan apakah saya dapat dengan mudah menambahkan beberapa LED lagi untuk membuatnya lebih terang. Tapi tentu saja, LED berwarna membuat setiap proyek lebih menyenangkan, jadi saya memutuskan untuk menambahkan LED merah, hijau, dan biru. Ini sepertinya kesempatan yang sempurna untuk menulis sesuatu untuk Kontes Made with Math - jika Anda tidak terbiasa dengan Hukum Ohm atau cara menghitung nilai resistor pembatas arus untuk LED, Instruksi ini akan menunjukkan caranya.

Jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk meninggalkan komentar, dan saya akan mencoba menghubungi Anda kembali!

Perlengkapan

• Lampu dorong bertenaga baterai, juga disebut lampu keping atau lampu ketuk. Tersedia di Amazon atau di toko perangkat keras. Proyek ini akan bekerja dengan lampu LED yang lebih baru dan lampu pijar yang lebih tua.
• LED pilihan Anda
• Berbagai macam resistor - nilainya akan tergantung pada berapa banyak baterai yang dibutuhkan lampu Anda dan LED apa yang Anda pilih (mencari tahu adalah bagian dari Instruksi ini!)
• Tang hidung jarum
• Set obeng mini (terkadang diperlukan untuk membongkar lampu)
• Besi solder (disarankan)
• Multimeter (disarankan)

Langkah 1: Bongkar Cahaya Anda

Mulailah dengan membongkar lampu Anda. Anda biasanya memerlukan obeng mini untuk melakukannya dengan melepas penutup belakang. Di dalamnya kita bisa melihat rangkaian sederhana yang terdiri dari terminal baterai, tombol, LED, dan resistor. Sirkuit lampu pijar akan terlihat serupa, tetapi tidak memiliki resistor - jadi Anda perlu menambahkannya jika beralih ke LED.

Langkah 2: Putuskan LED Apa yang Anda Inginkan, Cari Spesifikasi

Ada banyak jenis LED yang berbeda di luar sana, dan mereka datang dalam semua warna yang berbeda. Anda perlu memutuskan berapa banyak dan warna LED apa yang ingin Anda gunakan. Hal paling sederhana untuk dilakukan mungkin adalah menambahkan lebih banyak LED dengan warna yang sama secara paralel. Jika Anda ingin menambahkan LED secara seri atau mencampur warna, Anda perlu melakukan sedikit perhitungan lagi - tetapi untuk itulah Instruksi ini! Kami akan membahas setiap skenario.

Setelah Anda memutuskan LED, Anda perlu mencari penurunan tegangan maju dan peringkat arus majunya. Informasi ini biasanya tersedia di situs web tempat Anda membeli LED atau di lembar data. LED 5mm seperti yang digambarkan di atas sangat umum, dan biasanya diberi nilai arus maju 20mA. Penurunan tegangan maju berkisar dari sekitar 2V-4V dan tergantung pada warnanya.

Langkah 3: Tentukan Tegangan

Jika Anda tidak memiliki multimeter, maka paling tidak Anda perlu menentukan voltase kompartemen baterai lampu Anda. Mengetahui tegangan baterai Anda diperlukan untuk menghitung resistor pembatas arus. Anda dapat melakukan ini hanya dengan menghitung baterai. Baterai alkaline AA (atau AAA) tunggal menyediakan sekitar 1,5V, sedikit lebih tinggi saat masih segar. Ketika Anda menggabungkan baterai secara seri, tegangan bertambah. Jadi dalam hal ini, dengan empat baterai AA baru, saya seharusnya mengharapkan lebih dari 6V.

Jika Anda memiliki multimeter, tidak ada salahnya untuk mengukur voltase juga. Lakukan ini saat LED menyala. Dalam hal ini Anda dapat melihat saya mendapatkan 6.26V dari baterai, sementara saya memiliki penurunan 3.26V di atas LED dan penurunan 2.98V di atas resistor. Sangat menarik untuk dicatat bahwa saya menjatuhkan hampir setengah tegangan saya di atas resistor - itu banyak daya yang terbuang! Lebih lanjut tentang itu nanti. Jika Anda tidak ingin membaca kode warna, Anda juga dapat mengukur resistansi resistor Anda - lakukan ini saat LED mati.

Jika Anda tidak tahu cara menggunakan multimeter, ada banyak tutorial bagus di luar sana, di Instrucables dan di tempat lain. Saya membuat yang ini.

Langkah 4: Menghitung Resistor untuk LED Tunggal

Sebelum kita melangkah lebih jauh, mari kita jelaskan cara menghitung nilai resistor untuk satu LED. Sebuah resistor diatur oleh Hukum Ohm, yang menyatakan bahwa V = IR, atau

Persamaan 1: Tegangan [volt] = Arus [amp] x Resistansi [ohm]

Tegangan baterai Anda dan penurunan tegangan pada LED (kurang lebih) konstan. Jadi pada rangkaian di atas, jatuh tegangan pada resistor adalah

Persamaan 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Memasukkannya ke dalam Hukum Ohm untuk resistor memberi kita:

Persamaan 3: Vbatt-VLED = IR

Jika kita memiliki arus target untuk LED - sebut saja ILED - maka kita tahu segalanya dalam Persamaan 3 kecuali untuk resistansi. Kita dapat mengatur ulang persamaan tersebut untuk menyelesaikan R:

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

Jadi, misalnya, katakanlah kita memiliki paket baterai 2xAA (yang memasok 3V), LED merah dengan penurunan tegangan maju 1,8V, dan kita ingin 20mA melalui LED. Memasukkan angka-angka dalam persamaan 4 memberi kita:

R = (3V-1.8V)/0.02A = 60

Resistor cenderung memiliki nilai yang lucu - jadi kemungkinan besar Anda tidak memiliki resistor 60Ω yang tergeletak di sekitar. Di situlah mengetahui cara menggabungkan resistor secara seri dan paralel sangat berguna. Namun, tidak apa-apa jika Anda tidak mendapatkan tepat 20mA melalui LED - "cukup dekat" mungkin OK untuk sebagian besar aplikasi!

Akhirnya, adalah kesalahpahaman umum bahwa resistor harus diletakkan sebelum LED untuk menurunkan tegangan atau membatasi arus. Itu sebenarnya tidak benar - ternyata resistor dapat ditempatkan setelah LED sebagai gantinya. Tonton video yang menjelaskan mengapa itu benar di sini.

Langkah 5: Menambahkan Lebih Banyak LED Secara Paralel

Mari kita mulai dengan kasus yang paling sederhana: Anda hanya ingin menambahkan lebih banyak LED dengan warna yang sama secara paralel untuk membuat cahaya Anda lebih terang. Mungkin tergoda hanya untuk menambahkan LED secara paralel dengan yang sudah ada, menjaga resistor tunggal. Ini berfungsi, seperti yang Anda lihat pada foto di atas - ketiga LED menyala - tetapi ada masalah! Arus melalui resistor tunggal sebenarnya tidak berubah ketika Anda menambahkan lebih banyak LED secara paralel. Karena LED paralel, arus yang melalui resistor tunggal akan terbagi rata di antara keduanya. Jadi sebelumnya, di mana saya memiliki 20mA melalui satu LED, sekarang saya hanya mendapatkan sekitar 20/3 = 6,67mA melalui setiap LED - dan mereka tidak akan seterang itu!

Sebaliknya, jika Anda menambahkan resistor individu secara seri dengan setiap LED, maka Anda akan mendapatkan jumlah penuh arus melalui setiap LED. Kelemahannya adalah ini akan menguras baterai Anda tiga kali lebih cepat. Ini bukan masalah besar dalam kasus saya karena saya memiliki lampu yang dipasang di lemari, dan tidak akan sering menggunakannya.

Jadi jika Anda mengambil pendekatan ini, Anda telah menghindari melakukan matematika apa pun - Anda hanya perlu beberapa resistor yang sama lagi. Dalam kasus saya, saya memiliki resistor 100Ω dan LED putih - saya hanya perlu dua lagi masing-masing untuk mendapatkan total tiga LED secara paralel. (Sayangnya saya lupa memotret langkah itu, sebelum saya beralih ke LED berwarna).

Langkah 6: Tambahkan Lebih Banyak LED dalam Seri

Bagaimana dengan menambahkan lebih banyak LED secara seri? Opsi ini berfungsi jika voltase baterai Anda cukup tinggi. LED tidak akan menyala sama sekali jika tegangan paket baterai di bawah penurunan tegangan maju yang diperlukan. Sama seperti baterai, ketika Anda menggabungkan LED secara seri, voltasenya bertambah. Dalam kasus saya, LED putih saya memiliki penurunan tegangan 3.4V, jadi menempatkan dua secara seri akan membutuhkan 6.8V - lebih dari yang disediakan oleh baterai saya. Namun, misalnya, Anda dapat melakukannya dengan dua (atau bahkan tiga) LED merah. Jika setiap LED merah memiliki penurunan tegangan 2V dan Anda menginginkan arus 20mA, itu akan memberi Anda nilai resistor R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Bandingkan dengan hanya menempatkan satu LED merah di sirkuit: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Dengan menambahkan LED kedua secara seri, Anda telah sangat mengurangi ukuran resistor - tetapi Anda masih hanya menggambar 20mA, jadi Anda tidak menghabiskan baterai lebih cepat! Anda telah membuat rangkaian lebih efisien karena Anda menghamburkan lebih sedikit daya pada resistor. Itu membawa persamaan lain - untuk resistor, daya sama dengan kuadrat kali resistansi saat ini, atau

P=I^2*R

Jadi 20mA melalui resistor 200Ω menghilangkan 80mW, sedangkan 20mA melalui resistor 100Ω hanya menghilangkan 40mW.

(sekali lagi, maaf saya tidak memiliki gambar contoh ini - saya langsung menggunakan LED berwarna secara paralel)

Langkah 7: Mencampur LED Warna Berbeda

Jika Anda ingin mencampur LED warna yang berbeda, Anda memiliki dua opsi:

• Hubungkan mereka secara seri - ini berfungsi selama penurunan tegangan total pada LED kurang dari tegangan paket baterai (lihat langkah sebelumnya).
• Hubungkan mereka secara paralel, masing-masing dengan resistornya sendiri - dengan asumsi Anda ingin semua LED memiliki arus yang sama sehingga kecerahannya akan sama, Anda cukup menghitung nilai resistor secara terpisah untuk setiap LED, mengingat penurunan tegangan majunya.

Terkadang lebih mudah untuk membuat prototipe sirkuit seperti ini di papan tempat memotong roti terlebih dahulu (jika Anda tidak tahu cara menggunakan papan tempat memotong roti, lihat tutorial ini). Sekali lagi, Anda mungkin tidak memiliki nilai resistor yang tepat yang Anda inginkan, sehingga Anda dapat bermain-main dengan kombinasi yang berbeda secara seri/paralel untuk menyempurnakan kecerahan Anda. Dalam hal ini, saya memiliki baterai 4xAA yang menyediakan sekitar 6V, dan LED merah, hijau, dan biru dengan penurunan tegangan masing-masing sekitar 2V, 2V, dan 3V. Itu memberi saya nilai resistor R = (6-2)/0.02 = 200Ω untuk LED merah dan hijau, dan 150Ω untuk LED biru. Saya tidak memiliki nilai pasti yang tersedia, tetapi saya dapat membuat resistor 200Ω dengan menggabungkan dua resistor 100Ω secara seri, dan saya bisa mendapatkan "cukup dekat" dengan resistor 150Ω dengan menggabungkan resistor 100Ω dan resistor 47Ω secara seri.

Langkah 8: Menambahkan LED dalam Seri DAN Paralel

Merasa petualang dan ingin membuat hal ini BENAR-BENAR cerah? Tambahkan LED secara seri DAN paralel! Sekali lagi, ingat bahwa untuk menambahkan LED secara seri, tegangan baterai Anda harus lebih tinggi dari jumlah penurunan tegangan LED; dan jika Anda menambahkan LED secara paralel, itu akan menguras baterai lebih cepat. Lakukan perhitungan terpisah untuk nilai resistor untuk setiap rangkaian LED secara seri.

Langkah 9: Pasang Kembali

Membuat prototipe pada papan tempat memotong roti, dengan klip buaya, atau dengan menekuk timah bersama dengan tang adalah cara yang baik untuk mencoba kombinasi LED/resistor yang berbeda sebelum Anda menyelesaikan desain Anda. Setelah Anda selesai, menyolder LED dan resistor bersama-sama akan membantu menahannya saat Anda memasang kembali lampu. Beberapa selotip atau lem panas juga dapat membantu mencegahnya bergerak. Dengan LED merah-hijau-biru, saya harus membongkar dan memasangnya kembali beberapa kali sampai saya mendapatkan LED yang diatur sedemikian rupa sehingga memberikan efek tersebar merata untuk ketiga warna. Produk akhir di sini mungkin tidak akan terlalu berguna di lemari saya, tapi jelas terlihat jauh lebih keren!

Runner Up dalam Lomba Made with Math