Reforma de uma luz LED push: 9 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Este projeto começou porque eu tinha uma luz LED no meu armário que não era brilhante o suficiente para eu ver bem. Achei que as baterias estavam ficando fracas, mas quando as substituí, não ficou mais brilhante! Achei melhor abrir a luz para ver o que estava acontecendo lá dentro e se eu poderia facilmente adicionar mais alguns LEDs para torná-la mais brilhante. Mas é claro que os LEDs coloridos tornam cada projeto mais divertido, então decidi adicionar LEDs vermelhos, verdes e azuis. Esta parecia uma oportunidade perfeita para escrever algo para o concurso Feito com Matemática - se você não está familiarizado com a Lei de Ohm ou como calcular o valor do resistor limitador de corrente para um LED, este Instructable mostrará como.

Se você tiver alguma dúvida, não hesite em deixar um comentário, e tentarei entrar em contato com você!

Suprimentos

• Luz de pressão alimentada por bateria, também chamada de luz de disco ou luz de torneira. Disponível na Amazon ou em lojas de ferragens. Este projeto funcionará com lâmpadas LED mais recentes e lâmpadas incandescentes mais antigas.
• LEDs de sua escolha
• Resistores variados - os valores vão depender de quantas baterias sua luz leva e quais LEDs você escolhe (descobrir isso faz parte deste Instructable!)
• Alicate de ponta fina
• Conjunto de mini-chaves de fenda (às vezes necessário para desmontar a luz)
• Ferro de soldar (recomendado)
• Multímetro (recomendado)

Etapa 1: desmonte sua luz

Comece desmontando sua luz. Normalmente, você precisará de uma mini chave de fenda para fazer isso, removendo a tampa traseira. Dentro deste podemos ver um circuito simples que consiste nos terminais da bateria, um botão, um LED e um resistor. Um circuito de luz incandescente será semelhante, mas não terá um resistor - então você precisará adicionar um se estiver mudando para LEDs.

Etapa 2: decida quais LEDs você deseja, consulte as especificações

Existem muitos tipos diferentes de LEDs por aí, e eles vêm em todas as cores diferentes. Você precisará decidir quantos LEDs de cor e quais cores deseja usar. A coisa mais simples a fazer é provavelmente adicionar mais LEDs da mesma cor em paralelo. Se você quiser adicionar LEDs em série ou misturar cores, precisará fazer um pouco mais de matemática - mas é para isso que este Instructable serve! Examinaremos cada cenário.

Depois de decidir sobre os LEDs, você precisará verificar a queda de tensão direta e a classificação de corrente direta. Essas informações geralmente estão disponíveis no site onde você comprou os LEDs ou na folha de dados. LEDs de 5 mm como os ilustrados acima são muito comuns e normalmente são classificados em uma corrente direta de 20 mA. A queda de tensão direta varia de cerca de 2V-4V e depende da cor.

Etapa 3: Determine as tensões

Se você não tiver um multímetro, no mínimo precisará determinar a voltagem do compartimento da bateria da luz. Saber a tensão de sua bateria é necessário para calcular o resistor limitador de corrente. Você pode fazer isso apenas contando as baterias. Uma única bateria alcalina AA (ou AAA) fornece cerca de 1,5 V, um pouco mais quando é nova. Quando você combina baterias em série, as tensões aumentam. Portanto, neste caso, com quatro baterias AA novas, devo esperar pouco mais de 6V.

Se você tiver um multímetro à mão, não custa nada medir as tensões também. Faça isso enquanto o LED estiver aceso. Neste caso, você pode ver que estou obtendo 6,26 V da bateria, enquanto tenho uma queda de 3,26 V no LED e uma queda de 2,98 V no resistor. É interessante notar que estou reduzindo quase metade da minha voltagem sobre o resistor - isso é muita energia desperdiçada! Mais sobre isso mais tarde. Se você não quiser ler o código de cores, também pode medir a resistência de seu resistor - faça isso enquanto o LED está desligado.

Se você não sabe como usar um multímetro, existem muitos tutoriais bons por aí, sobre Instrucables e outros lugares. Eu fiz este.

Etapa 4: Calculando o resistor para um único LED

Antes de prosseguirmos, vamos explicar como calcular o valor do resistor para um único LED. Um resistor é regido pela Lei de Ohm, que afirma que V = IR, ou

Equação 1: Tensão [volts] = Corrente [amps] x Resistência [ohms]

A voltagem da bateria e a queda de voltagem no LED são (aproximadamente) constantes. Portanto, no circuito acima, a queda de tensão no resistor é

Equação 2: Vresistor = Vbatt-VLED

Conectar isso à Lei de Ohm para o resistor nos dá:

Equação 3: Vbatt-VLED = IR

Se tivermos uma corrente desejada para o LED - chame-o de ILED - então sabemos tudo na Equação 3, exceto a resistência. Podemos reorganizar essa equação para resolver para R:

Equação 4: R = (Vbatt-VLED) / ILED

Então, por exemplo, digamos que temos uma bateria 2xAA (que fornece 3V), um LED vermelho com uma queda de tensão direta de 1,8V e queremos 20mA através do LED. Conectar os números na equação 4 nos dá:

R = (3V-1,8V) / 0,02A = 60 Ω

Os resistores tendem a ter valores engraçados - então as chances são de que você não tenha um resistor de 60Ω por aí. É aí que saber como combinar resistores em série e paralelo se torna útil. No entanto, está tudo bem se você não obtiver exatamente 20mA através do LED - "perto o suficiente" provavelmente está OK para a maioria das aplicações!

Finalmente, é um equívoco comum pensar que o resistor precisa vir antes do LED para diminuir a tensão ou limitar a corrente. Na verdade, isso não é verdade - acontece que o resistor pode ser colocado após o LED. Assista a um vídeo explicando por que isso é verdade aqui.

Etapa 5: Adicionar mais LEDs em paralelo

Vamos começar com o caso mais simples: você apenas deseja adicionar mais LEDs da mesma cor em paralelo para tornar a sua luz mais brilhante. Pode ser tentador apenas adicionar os LEDs diretamente em paralelo com o existente, mantendo o resistor único. Isso funciona, como você pode ver nas fotos acima - todos os três LEDs acendem - mas há um problema! A corrente através do resistor único não muda realmente quando você adiciona mais LEDs em paralelo. Uma vez que os LEDs estão em paralelo, a corrente através do resistor único vai se dividir igualmente entre eles. Antes, onde eu tinha 20mA em um único LED, agora estou obtendo apenas cerca de 20/3 = 6,67mA em cada LED - e eles não serão tão brilhantes!

Em vez disso, se você adicionar um resistor individual em série com cada LED, obterá a quantidade total de corrente por meio de cada LED. A desvantagem é que isso irá descarregar a bateria três vezes mais rápido. Isso não é grande coisa no meu caso, porque tenho a luz montada em um armário e não vou usá-la com frequência.

Portanto, se você adotar essa abordagem, evitou fazer qualquer matemática - só precisa de mais um pouco do mesmo resistor. No meu caso, tenho um resistor de 100Ω e um LED branco - só preciso de mais dois de cada para obter um total de três LEDs em paralelo. (Infelizmente esqueci de tirar uma foto dessa etapa, antes de mudar para LEDs coloridos).

Etapa 6: adicionar mais LEDs em série

Que tal adicionar mais LEDs em série? Esta opção funciona se a tensão da bateria for alta o suficiente. Os LEDs não acenderão se a tensão da bateria estiver abaixo da queda de tensão direta necessária. Assim como com as baterias, quando você combina LEDs em série, suas tensões aumentam. No meu caso, meu LED branco tem uma queda de tensão de 3,4 V, então colocar dois em série exigiria 6,8 V - mais do que minha bateria está fornecendo. No entanto, por exemplo, você poderia fazer isso com dois (ou até três) LEDs vermelhos. Se cada LED vermelho tivesse uma queda de tensão de 2 V e você quisesse uma corrente de 20 mA, isso lhe daria um valor de resistor de R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Compare isso a apenas colocar um único LED vermelho no circuito: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Adicionando um segundo LED em série, você reduziu muito o tamanho do resistor - mas ainda está consumindo apenas 20mA, portanto, não está esgotando a bateria mais rápido! Você tornou o circuito mais eficiente porque está dissipando menos energia no resistor. Isso traz outra equação - para um resistor, a potência é igual à corrente ao quadrado vezes a resistência, ou

P = I ^ 2 * R

Portanto, 20mA através de um resistor de 200Ω dissipa 80mW, enquanto 20mA através de um resistor de 100Ω dissipam apenas 40mW.

(novamente, desculpas por não ter uma imagem deste exemplo - fui direto para LEDs coloridos em paralelo)

Etapa 7: Misturar LEDs de cores diferentes

Se quiser misturar LEDs de cores diferentes, você tem duas opções:

• Conecte-os em série - isso funciona desde que a queda total de tensão nos LEDs seja menor do que a tensão da bateria (consulte a etapa anterior).
• Conecte-os em paralelo, cada um com seu próprio resistor - supondo que você deseja que todos os LEDs tenham a mesma corrente, então eles terão o mesmo brilho, você apenas calcula o valor do resistor separadamente para cada LED, dada sua queda de tensão direta.

Às vezes, é mais fácil prototipar circuitos como este em uma protoboard primeiro (se você não sabe como usar uma protoboard, confira este tutorial). Novamente, você pode não ter os valores exatos do resistor que deseja em mãos, então pode brincar com diferentes combinações em série / paralelo para ajustar o brilho. Neste caso, eu tenho uma bateria 4xAA fornecendo cerca de 6 V e LEDs vermelho, verde e azul com quedas de tensão de cerca de 2 V, 2 V e 3 V, respectivamente. Isso me dá um valor de resistor de R = (6-2) / 0,02 = 200Ω para os LEDs vermelho e verde e 150Ω para o LED azul. Não tenho esses valores exatos disponíveis, mas posso criar um resistor de 200Ω combinando dois resistores de 100Ω em série e posso chegar "perto o suficiente" de um resistor de 150Ω combinando um resistor de 100Ω e 47Ω em série.

Etapa 8: Adicionar LEDs em série E em paralelo

Está se sentindo aventureiro e quer deixar essa coisa REALMENTE brilhante? Adicione LEDs em série E em paralelo! Novamente, lembre-se de que, para adicionar LEDs em série, a voltagem da bateria precisa ser maior do que a soma das quedas de voltagem do LED; e se você adicionar LEDs em paralelo, a bateria será consumida mais rapidamente. Faça um cálculo separado para o valor do resistor para cada conjunto de LEDs em série.

Etapa 9: Junte tudo novamente

A prototipagem em uma placa de ensaio, com pinças de crocodilo ou dobrando as pontas com um alicate é uma boa maneira de experimentar diferentes combinações de LED / resistor antes de finalizar seu projeto. Quando estiver tudo pronto, soldar os LEDs e resistores juntos ajudará a mantê-los no lugar quando você remontar a luz. Um pouco de fita adesiva ou cola quente também pode ajudar a impedir que eles se movam. Com os LEDs vermelho-verde-azul, tive que desmontá-lo e remontá-lo algumas vezes até que os LEDs fossem organizados de forma que dessem um efeito uniformemente difuso para as três cores. O produto final aqui provavelmente não será muito útil no meu armário, mas com certeza parece muito mais legal!

Vice-campeão no concurso Made with Math