Как «подружиться» со светодиодной лентой
Одним из самых популярных источников освещения сегодня становится светодиодная лента. Это и не удивительно — мягкое равномерное освещение, не раздражающее глаза и нервную систему, приносит нам только положительные эмоции, которых так часто не хватает в современном мире.
Светодиодная лента прослужит вам долгие годы и сэкономит массу средств, если при установке и последующем использовании будут учтены простые, но важные рекомендации. В этой статье мы поделимся с Вами своим многолетним опытом работы со светодиодной лентой, который, надеемся, поможет Вам избежать ошибок и разочарований.
Для начала, необходимо обратить особое внимание на следующие моменты:
- Светодиодная лента подключается только к стабилизированному источнику постоянного напряжения.
- Открытая светодиодная лента рассчитана на эксплуатацию только внутри помещений. Если же необходимо осуществить подсветку на улице, то используется герметичная светодиодная лента.
- Температурный диапазон окружающей среды для нормальной работы светодиодной ленты должен находиться в пределах от -25 до +40 °С.
- В воздухе не должны присутствовать водяные пары, примеси кислот, щелочей и другие агрессивные вещества.
Светодиодная лента чувствительна к механическим повреждениям, а потому, будьте аккуратны в обращении с ней, не давите на поверхность самих светодиодов. При монтаже светодиодной ленты не изгибайте ее в плоскости основания. Избегайте изломов ленты. На изгибах радиус должен составлять не менее 3-х см. Не скручивайте и не растягивайте основу ленты. Подобные действия могут привести к выходу из строя целых отрезков ленты, вызванного повреждением токоведущих дорожек и находящихся на них элементов.
Стандартная длина одой ленты, намотанной на катушку, — 5 м.
Так же встречаются светодиодные ленты с большей или меньшей длиной (от 2.5 до 25м), в зависимости от мощности, конструкции и других параметров. Обратите внимание на то, что лента в катушке всегда имеет максимально допустимую длину. Категорически запрещается последовательное соединение двух и более лент. Подобные действия приведут к быстрому выходу ленты из строя, т.к. питание ко второй ленте будет идти по токоведущим дорожкам первой, что приведет к излишнему ее нагреванию и быстрому уменьшению яркости свечения светодиодов на перегретых участках. При подключении более одной катушки, необходимо кабелем подавать напряжение от блока питания на каждую ленту отдельно. На схеме показано, как осуществить параллельное подключение светодиодных лент.
Внимательно стоит подойти и к выбору проводов для подключения светодиодной ленты к блоку питания, диммеру или RGB контроллеру. При выборе провода необходимо учитывать материал, из которого выполнен проводник и площадь его сечения.
Судите сами. Блок питания при нагрузке 100Вт от сети 220В, с учетом всевозможных потерь, которые мы не будем сейчас рассматривать, потребляет ток примерно 1А. В то же время, ток на его выходе с напряжением 12В составит величину в 8.3А, а такой ток уже не каждый провод выдержит. Кроме того с увеличением тока и длины кабеля возрастают неизбежные потери, и, при использовании тонкого провода, до ленты вместо 12 вольт может дойти только 10 или и того меньше. Для монохромной ленты это будет восприниматься как снижение яркости и появление неравномерности свечения. Еще опаснее подобное снижение напряжения питания для светодиодной ленты RGB. Цвет свечения RGB ленты, при понижении напряжения, приобретает красный оттенок, баланс белого нарушается, неравномерность свечения светодиодов проявляется в наибольшей степени.
Если Вас не устраивает сечение проводов, и Вы хотите уменьшить это значение, то рекомендуется каждую ленту подключить к отдельному блоку питания, размещая его максимально близко к самой ленте. Напряжение в 220 В, в таком случае, необходимо подводить к месту установки каждого блока питания. В качестве «золотой середины» можно использовать один блок питания на 2 светодиодные ленты, в точке соединения которых его и размещают.
Потери напряжения возникают не только на питающем кабеле, но и на самой ленте. Чтобы добиться равномерного свечения светодиодной ленты по всей длине, необходимо подавать напряжение питания на оба ее конца. Особенно эффективен такой метод при использовании лент с мощностью более 10 Вт/м. Такая необходимость чаще возникает с многоцветными светодиодными лентами, т.к. наш глаз намного чувствительнее к изменению цвета, чем яркости свечения.
Светодиоды, устанавливаемые на ленту, проходят тщательный отбор, чтобы обеспечить максимально равномерное свечение ленты.
На основании этого каждой ленте присваивается показатель BIN, который указывается на упаковке. При монтаже сразу нескольких катушек на один участок обязательно используйте светодиодные ленты с одинаковым BIN. Обязательно посмотрите BIN на упаковках, и, если он разный, даже не пытайтесь монтировать ленты по соседству. Различие лент может испортить все впечатление, от подсветки.
Поделимся еще одной хитростью, которую мало кто знает, но которая позволяет добиться идеальной равномерности подсветки. Работая с RGB-лентой, важно учитывать расположение кристаллов внутри светодиодов, устанавливая все ленты в одном направлении. Иначе, свет от разных лент, падающий на потолок или стену может иметь небольшое, но заметное, отличие оттенка.
Светодиоды не приемлют высоких температур. Если кристалл светодиода нагревается свыше 60°C, происходит его деградация и, соответственно, резко падает продолжительность работы светодиодной ленты. Поэтому мы не рекомендуем устанавливать светодиодные ленты на поверхности, температура которых может превысить 40°C, использовать их в помещениях с аналогичным температурным режимом и вблизи источников тепла.
Помимо защиты открытой светодиодной ленты от прямого попадания влаги, важно не допустить образования на ней конденсата, который может быть следствием повышенной влажности и частых перепадов температуры окружающей среды.
Не убирайте пыль со светодиодной ленты путем протирания. Для чистки ленты гораздо лучше использовать пылесос, чтобы ненароком не повредить сами светодиоды.
Для питания светодиодной ленты используют только стабилизированные источники напряжения. Запрещено для этой цели применять трансформаторы, предназначенные для галогенных ламп, т.к. они не имеют цепей стабилизации, выпрямления и фильтрации выходного напряжения. Все это приводит к тому, что на их выходе обычно присутствуют короткие высоковольтные импульсы, амплитуда которых может доходить до 40 В. Необходимо четко выдерживать напряжение питания светодиодной ленты, указанное на упаковке. Превышение напряжения приводит к возрастанию тока через ленту и светодиоды, излишнему нагреву светодиодной ленты и ускоряет выход из строя светодиодов.
Перед включением источника питания в сеть, проверьте, правильно ли Вы подключили светодиодную ленту. Определить полярность подключения можно по цвету проводов, припаянных к светодиодной ленте. В большинстве случаев «плюс» — провод красного цвета, а «минус» — черного. При подключении многоцветной светодиодной ленты RGB используются 4 провода. Стандартные цвета проводов — черный провод это общий «плюс», цвета минусовых проводов соответствуют каждому цвету свечения. Если же провода на ленте отсутствуют, полярность и соответствие цветам определяется с помощью маркировки, которую можно найти на ленте около контактов для подключения.
Светодиодную ленту можно свободно разрезать ножницами в специально обозначенных для этого местах. Длина каждого отрезка зависит от количества светодиодов на метр ленты и ее напряжения питания. Так, светодиодную ленту 12 В можно резать через каждые 3 светодиода, а шаг резки 24-вольтовой ленты обычно кратен 6. Соединение отрезков светодиодной ленты выполняется с помощью припаивания проводов к контактным площадкам с нанесенной маркировкой.
Если Вы выбрали светодиодную ленту мощностью более 10 Вт/м, то обратите внимание на то, что для нее необходим дополнительный теплоотвод. Наиболее простое и эстетическое решение – специальный декоративный алюминиевый профиль для светодиодных лент, при помощи которого можно создавать светильники индивидуального дизайна. При установке светодиодной ленты на металлические и любые другие токопроводящие поверхности, важно изолировать ленту от поверхности, чтобы избежать короткого замыкания.
Перед приклеиванием светодиодной ленты, обязательно проверьте ее, следуя нашей инструкции, так как, если после монтажа выяснится, что лента не подходит по тем или иным параметрам, обменять ее будет невозможно, поскольку она уже утратит товарный вид.
Чтобы проверить светодиодную ленту, необходимо:
- Достать катушку с лентой из пакета, размотать ее и убедиться, что на ней нет механических повреждений. Не включайте смотанную в катушку ленту более чем на 10 секунд, т.к. это может вызвать ее перегрев.
- Проверить соответствие напряжения питания светодиодной ленты и ее мощности выходным параметрам приобретенного блока питания.
- Соблюдая полярность, присоединить светодиодную ленту к выходу блока питания.
- Включить питание и проверить равномерность свечения светодиодной ленты. Обязательно сравните оттенки свечения лент разных катушек, включив их одновременно и направив свет на лист белой бумаги.
- Отключить источник питания от сети.
Не включайте смотанную в катушку ленту более чем на 10 секунд, т.к. это может вызвать ее перегрев.Перед окончательным монтажом светодиодной ленты нужно тщательно изучить и подготовить место для ее установки. Убедитесь, что условия эксплуатации ленты будут соответствовать требованиям, описанным выше, а также требованиям пожарной безопасности.
Поверхность, на которую вы собираетесь крепить светодиодную ленту, должна быть тщательно очищена и обезжирена. Ведь от того, насколько гладкой и чистой будет поверхность, зависит прочность соединения светодиодной ленты с основанием.
При повышенных температурах клеевой слой изменяет свои свойства, что может привести к отклеиванию ленты. Если есть опасение, что такая проблема может возникнуть, рекомендуется наносить дополнительный слой клея.
В случаях, когда поверхность не подходит для крепления светодиодной ленты при помощи самоклеющейся основы, есть явные неровности и прочие недостатки, рекомендуется использовать специальные механические крепежные элементы или алюминиевый профиль для светодиодных лент.
После закрепления ленты, ее можно подключать (помните про полярность!). Если созданная подсветка работает правильно, не перегревается и выглядит так, как Вам и хотелось — поздравляем, Вы успешно установили светодиодную ленту!
Все о светодиодах
Светодиод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.
Обычный светодиод
Как ни верти, а придется вначале коснуться законов обычного электричества.
В наглядных примерах, конечно 🙂 Все мы знаем — что такое 220 вольт — это то, что может как следует стукнуть, если не соблюдать меры предосторожности. Когда вы покупаете электроприбор, например, утюг — в паспорте написано, на какое напряжение он рассчитан. Обычно это 220 вольт. Но в этом же паспорте еще указаны такие параметры — переменное напряжение с частотой 50 герц. Зачем-то же производители упорно указывают эти параметры для вас ?
Возьмите в руки любой технический паспорт на электроприбор и посмотрите — там указано, что напряжение питания должно быть — ~ 220 вольт, 50 Гц. Давайте разберемся — что это такое. Значок «~» означает, что напряжение должно быть переменным. В автомобильной бортовой сети, например, напряжение постоянное. И у пальчиковой батарейки оно постоянное. Разница простая — у постоянного напряжения есть плюс и минус — у переменного нет. А почему нет ? Все очень просто. В сети с переменным напряжением плюс и минус постоянно меняются местами. Один и тот же контакт — то плюс, то минус.
Как часто ? А вот для этого и существует еще одно значение — 50 Гц.
Что такое Гц ? Это одно колебание в секунду. То есть в нашей домашней сети плюс меняется с минусом пятьдесят раз в секунду. А теперь — какая практическая польза от этих знаний, какое это имеет оношение к светодиоду?
Давайте разбираться. Предположим, у вас в руках лампочка на 220 вольт 100 ватт. Если вы ее включите в электрическую сеть — она засветится на все свои сто ватт. А если нам не нужны эти 100 ватт ? А нужно, скажем, 50 ? В этом нам поможет ДИОД.
Если разбить слово «светодиод» на составляющие, то мы получим «свето» и «диод». То есть это обычный диод, который еще и светится.
Диод — это такой прибор, который лучше всего сравнить, например, с клапаном или ниппелем в автоколесе. Туда вы можете закачать воздух, а обратно — ниппель не пускает. Обычный диод выглядит как черный бочонок с двумя выводами — плюсом и минусом. Вот его мы и можем использовать для практических опытов, которые многим помогают закрепить материал.
Конечно, опасно начинать опыты сразу с 220 вольтами, но при должной осторожности ничего страшного не произойдет. Тем не менее, все опыты вы проводите на свой страх и риск 🙂
Нам понадобится лампочка от холодильника на 220в, 15 Вт. Для нее нужно найти подходящий патрон и вывести из него два провода. Затем нам понадобится любой диодиодд, который можно добыть, например, из любого неисправного телевизора или магнитофона. Чем больше он будет размером — тем лучше. Совсем маленькие брать не надо — 220 вольт все-таки. Возле него обычно есть обозначение в виде треугольника.
Затем нам понадобится сетевой шнур с вилкой, некоторое количество проводов и паяльник. Для начала просто подсоедините лампочку к сети и запомните — как она светится. Затем отсоедините и соберите цепь по схеме слева.
Не забудьте тщательно заизолировать изолентой все соединения. Включайте в розетку. Как видите, лампочка светит гораздо хуже. Это и неудивительно — она теперь получает только половину нужного ей напряжения — вторую диод не пускает.
Если опыт у вас удался, а диод достаточно большой — вы теперь можете сделать любую свою лампочку пратически вечной.
Например, светит у вас в коридоре лампа на 50 ватт и постоянно перегорает. Возьмите 100 ваттную, включите ее через диод — светить она будет как 50 ватт, зато не будет перегорать. Есть, правда, один нюанс — диод должен быть расчитан на 220в и ток не менее ампера. Лучше всего купить такой в магазине радиодеталей.
Ну, раз мы разобрались с тем, что такое диод, есть смысл перейти к интересующей нас теме — светодиоду. У светодиода, как теперь понятно, тоже есть плюс и минус. То есть для его работы нужен источник постоянного напряжения — аккумулятор, батарейка, блок питания. На блоке питания должно быть указано, что он выдает постоянное напряжение (DC). Обычно на крышке блока есть наклейка такого содержания.
Input — ~220V 50HZ,
output — 12v, 0,5 A DC
Это значит, что такой блок может выдать постоянное напряжение 12 вольт и ток 0,5 ампера.
Отметим, что зарядное устройство для сотовых телефонов — это тоже блок питания.
Оно обычно имеет параметры 5-6 вольт, 0,2-0,5 А. Зачастую его очень удобно использовать для питания светодиодов, потому что зарядное устройство стабилизирует ток.
Нам важны два параметра — рабочее напряжение светодиода и ток. Рабочее напряжение светодиода называют еще «падением напряжения». В сущности, этот термин обозначает, что после светодиода напряжение в цепи будет меньше на размер этого самого падения. То есть если мы подадим питание на светодиод, у которого падение напряжения 3 вольта, то он эти три вольта сьест, и включенному после него в эту же цепь прибору достанется на 3 вольта меньше. Но самое главное, что нужно усвоить — светодиоду важен ток, а не напряжение. Напряжения он возьмет столько, сколько ему нужно, а вот тока — сколько дадите. То есть если ваш источник питания может выдать 10 ампер — светодиод будет брать ток, пока не сгорит. Логика тут простая — подключенный светодиод потребляет ток и начинает греться. Чем сильнее он греется — тем больше тока через него может пройти — он же от нагрева расширяется.
Вместе с током растет падение напряжения на диоде. И так пока не сгорит совсем — ток-то никто не ограничил. А делать это надо обязательно, используя ограничивающий элемент.
Отметим, что если источник питания имеет выходное напряжение, равное рабочему напряжению светодиода — ток ограничивать необязательно. То есть если у вас есть, например, белый светодиод и аккумулятор на 3,6 вольт от сотового телефона — можете прямо к этому аккумулятору и подключить — ничего светодиоду не будет. Он и рад бы побольше тока хапнуть — а напряжения не хватает. Так что аккумулятор от сотового на 3,6 в — идеальный источник питания для экспериментов с белыми и синими светодиодами.
В общем, последовательно со светодиодом нам нужно поставить этакий кран и закрутить его на нужное нам значение. В роли такого крана могут выступать разные приборы. Самый простой из них — резистор.
Оптические аспекты использования светодиодов
Предположим, мы научились подключать светодиод и ограничивать его ток.
Встает вопрос — а насколько сильно он светит ? Тут нам придется немного окунуться в оптику.
В числе свойств светодиодов, особенно мощных, часто указывается тип распределения света. Обычно это так называмая Ламбертовсветодиод. Дальше мы ее и будем рассматривать как самую распостраненную. Что этот термин обозначает ? «Ламбертовский» светодиод светит во все стороны одинаково, независимо от направления. Если бы светодиод был шариком, он бы во все стороны светил одинаково — вот суть диаграммы Ламберта. Чтобы было понятно- солнце — это ламбертиановский источник.
Стандартная конструкция светодиода — кристалл, тонкая пластинка, которая светится. Посмотрите в прозрачное окошко светодиода — и вы этот кристалл увидите. К нему идут тоненькие проволочки контактов. Если подключить воображение, то можно представить свет, идущий от светодиода, как сферообразное облако, висящее над ним. Свет — это же маленькие частички, называемые фотонами. Значит, над светодиодом висит шарик, наполненный фотонами.
И чем больше света испускает светодиод — тем больше шарик, тем дальше летят фотончики, толкая и вытесняя друг друга. Больше всего их летит вверх перпендикулярно плоскости кристалла, поэтому максимальная сила света светодиодов — 90 градусов относительно плоскости кристалла. Надеюсь, теперь вам стали более понятны диаграммы, которые приводят производители светодиодов 🙂 Чтобы стали совсем уж понятны — давайте рассмотрим пример.
Примем, что есть светодиод, вверху которого висит излучаемая им световая сфера диаметром 1 метр (хор-роший светодиод ! :)).
Нижняя шкала — это количество процентов от этого метра, верхняя — градус излучения. В соответствии с этой диаграммой больше всего фотонов — в верхней точке с градусом 0 и дальностью 1 метр. Выглядит странно, но так и есть. Менее странно это начинает выглядеть, если вспомнить, что свет — это волна, не зря же для характеристик указывают длину волны. Соответственно, нашу световую сферу можно представить как электромагнитное поле с определенной плотностью.
Но это уже дебри — пойдем дальше 🙂
Угол половинной яркости
Производитель обычно указывает такой параметр, как двойной угол половинной яркости. Что означает этот термин ? Как мы выяснили, максимум света светодиод дает в центре и вверху, то есть угол равен нулю. Соответственно, чем дальше от центра, тем меньше света. Угол половинной яркости — это когда на «0» градусов светодиод дает 100 условных единиц света, а, например, на 30 градусах (относительно оси «0») — 50. угол половинной яркостиНа рисунке I — сила света, Imax — максимальная сила света. ImaxCos — половина силы света. Почему «двойной» — умножаем градусы на два, светодиод же симметрично светит. В итоге мы получаем симпатичный равнобедренный треугольник света. За пределами этого треугольника тоже свет есть, у нас же шарик света, но точка отсчета для характеристики светодиода — это половинный угол.
Кандела
Теперь можно рассмотреть, что же такое Кандела. Кандела — это, по старому, «свеча».
Помните, раньше говорили — люстра или лампа в сто свечей ? В прежние времена нужна была какая-то точка отсчета. Договорились взять нужной толщины свечку, зажечь и считать ее эталоном, этим самым канделом. В наши времена, конечно, считают по-другому. Я не буду подробно объяснять — как, это за рамки статьи уже выходит. Просто есть единица измерения силы света, и она называется Кандела. Ее основная особенность — применение для измерения силы света направленных источников. Вот почему для 5 мм светодиодов значения указываются в канделах, точнее, милликанделах (1 cd=1000 mcd).
Пришло время разобраться, чем 5 мм светодиоды или любые другие в пластиковом корпусе отличаются от мощных.
Особенности конструкции индикаторных 5 мм светодиодов
Как уже говорилось выше, светодиод — это излучающий свет кристалл. Рассмотрим конструкцию светодиода в 5 мм пластиковом корпусе. При внимательном рассмотрении мы обнаруживаем две важных вещи — линзу и рефлектор. В рефлекторустройство светодиода помещается кристалл светодиода.
Этот рефлектор и задает первоначальный угол рассеивания. Затем свет проходит через корпус из эпоксидной смолы. Доходит до линзы — и тут начинает рассеиваться по сторонам на угол, зависящий от конструкции линзы. На практике — от 5 до диаграмма светодиода160 градусов.
Для обозначения силы света таких светодиодов как раз и используется кандела. Светодиоды с направленным свечением излучают свет в некотором телесном угле. Чтобы понять, что такое телесный угол, достаточно представить следующую картину. Вы берете фонарик, включаете и помещаете его в пожарное ведро в самый низ, затем закрываете крышкой. Свет внутри, соответственно, имеет вид конуса по форме нашего ведра. Вот этот конус, ограниченный крышкой — и есть телесный угол.
Попробую объяснить смысл распределения света попроще. Допустим, сила света нашего фонаря — 1 кандела, то есть 1000 микрокандел(чтобы было более образно, можно считать микроканделы фотонами :)) Если и дальше идти по аналогии, у нас есть полное ведро микрокандел.
Объем ведра при желании можно вычислить — добро пожаловать в геометрию 🙂 Соответственно, если мы возьмем ведро в два раза больше — микроканделы равномерно по нему распределятся, то есть больше их не станет 🙂 Во всех этих объяснения можно найти ответ на сакральный вопрос — сколько надо светодиодов, чтобы заменить стоваттную лампочку. Об этом — далее.
Особенности конструкции мощных светодиодов
В отличие от индикаторных светодиодов, мощные — это не только прибор, но и маркетиновый продукт. На сегодняшний день между крупными производителями происходит настоящая гонка за люмены — кто больше ? И никого не волнует, что люмены эти надо еще применить. Давайте по порядку.
Основное отличие мощного светодиода от индикаторного в чистом виде — сведение к минимуму каких-либо препятствий для выхода света из корпуса светодиода. Поэтому мощные светодиоды имеют ламбертовскую диаграмму. К чему это приводит на практике ? Вы включаете светодиод и получаете симпатичный световой шарик над ним.
И что дальше делать ? Как им осветить нужную вам поверхность ? Вам приходится применять различную оптику или рефлекторы, что неизбежно ведет к потерям, а значит и снижению светового потока. Поэтому, если, купив мощный светодиод, вы не обзавелись хорошей оптикой, причем рассчитанной именно на его конструкцию — рано радуетесь — головная боль еще впереди.
Доставить нужные вам люмены до поверхности, которую нужно осветить — непростая задача.
Люмен
Как вы уже поняли, канделы для оценки силы света мощных светодиодов не подходят. Для этого существуют люмены — это общее количество света, которе может дать светодиод при подключении с заданными значениями тока и напряжения. Помните аналогию про пожарное ведро ? Здесь она тоже подходит. Будем считать, что если светодиод имеет силу света 100 люмен — то в нашем ведре будет 100 люмен.
Обычная электрическая лампочка на 100 Вт — это тоже ламбертовский источник. Средняя светоотдача этой лампочки — 10-15 люмен на ватт.
То есть 100 ватт лампы накаливания дадут нам, скажем, 1000 люмен. Значит, чтобы заменить лампу 100 вт светодиодами, нужно 10 шт по 100 люмен. Вот так вот все просто ? Нет, к сожалению. Мы подходим к такому термину, как ЛЮКС.
Люкс
Люкс — это соотношение количества люмен и освещаемой площади. 1 люкс — это 1 люмен на квадратный метр. Допустим, у нас есть квадратная поверхность площадью один метр. Вся она равномерно освещена лампочкой, расположенной на некотором расстоянии отвесно сверху. Для этой лампочки производитель заявил освещенность 100 люкс. Берем прибор, который меряет силу света и померяем в любой точке нашего квадрата, мы должны получить 100 люмен. Если это так — производитель нас не обманул.
Ранее ЭлектроВести писали, что трейдеры возобновили импорт электроэнергии из Беларуси в объединенную энергетическую систему Украины.
По материалам: electrik.info.
LED Circuit Design — Как проектировать светодиодные схемы
LED Circuit Design.
Узнайте, как проектировать светодиодные схемы. Как рассчитать размер резистора, как защитить светодиод, как долго батарея будет питать цепь, как рассчитать номинальную мощность резистора, как подключить светодиод и многое другое.
Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube.
СветодиодЭто светодиоды или светоизлучающие диоды. Если мы пропустим ток через один, он производит свет. Но если мы превысим его ограничение по напряжению и току, он будет немедленно уничтожен. Внутри светодиода есть крошечный провод, который может выдерживать только определенное количество тока, проходящего через него. Когда мы смотрим на разрушение светодиода под микроскопом, мы видим, как внутри него взрывается крошечная проволока. Итак, как мы подключаем светодиоды, как мы уменьшаем ток, чтобы обеспечить безопасность светодиодов, и как долго батарея будет питать нашу схему. Именно об этом мы подробно расскажем в этой статье.
Защита светодиодов
Для защиты наших светодиодов мы используем резистор.
Резистор затруднит прохождение электронов. Электроны будут сталкиваться, и это приведет к выделению тепла. Резистор станет горячим, и мы можем увидеть это с помощью тепловизионной камеры. Например, этот более 150 градусов Цельсия при всего 12В с током 6миллиампер, так что мы точно не хотим его трогать.
Резистор можно разместить с любой стороны светодиода. Хотя мы традиционно устанавливаем это с положительной стороны. Причина, по которой его можно установить с любой стороны, заключается в том, что резистор ограничивает количество электронов, протекающих в этой простой последовательной цепи. Резистор действует как пробка, уменьшая количество электронов, которое может пройти. Большинство людей ошибочно полагают, что он действует как лежачий полицейский и что электроны должны замедляться прямо перед резистором, а затем снова ускоряться. Скорость электронов остается постоянной, меняется количество протекающих электронов.
Чем выше значение используемого резистора, тем ниже будет ток и тем тусклее будет светиться светодиод.
Мы должны помнить, что светодиоды пропускают ток только в одном направлении. С плюсом, подключенным к длинному проводу, и минусом, подключенным к короткому проводу. Если мы подключим светодиод наоборот, он просто заблокирует ток, и светодиод не загорится. Вы можете проверить схему самостоятельно, возьмите КРАСНЫЙ светодиод, батарейку 9В, резистор от 360 до 390 Ом, еще один резистор более высокого номинала от 3 кОм до 9,1 кОм и мультиметр.
Подключите низкоомный резистор и светодиод к аккумулятору последовательно, и светодиод загорится. Я использую для этого макетную плату, что позволяет очень быстро и легко тестировать электрические цепи, но вы также можете просто скрутить провода вместе, припаять их или использовать какие-то разъемы, и все это будет отлично работать для этого простого эксперимента. .
Обратите внимание: если мы повернем светодиод, мы увидим, что он блокирует ток, поэтому он не загорается. Он работает только в одном направлении. Если мы заменили резистор на большое значение 9Резистор .
1 кОм видим светодиод очень тусклый. Мы также можем подключить их параллельно, чтобы сравнить яркость. Итак, теперь с резистором 360 Ом и светодиодом последовательно мы можем подключить наш мультиметр к цепи, убедившись, что мультиметр находится в режиме текущего считывания. Мы должны увидеть где-то между 17 и 20 мА в зависимости от того, какой светодиод и резистор вы использовали. Мы можем поменять местами светодиод и резистор, он будет работать нормально и даст нам такое же показание тока.
Теперь отключите мультиметр от цепи и переведите мультиметр в режим постоянного напряжения.
Измерьте на двух дальних концах цепи, и мы должны увидеть около 9 вольт. Это то, что батарея обеспечивает для нашей цепи, и это также равно общему падению напряжения в цепи. Теперь измерьте светодиод, и мы должны увидеть около 2 вольт. Это падение напряжения на светодиоде, он снимает два вольта с нашей схемы. Теперь измерьте резистор, и мы должны увидеть падение напряжения для оставшихся 7 вольт.
Итак, 2 вольта плюс 7 вольт равно 9.вольт, который такой же, как наша батарея. Вы могли заметить, что измеренные значения не были точно 2 вольта, 7 вольт или даже 9 вольт. Всегда будет разница между дизайном и реальными измерениями. Например, этот резистор был рассчитан на 390 Ом, но когда мы его измерили, на самом деле это 386 Ом. Каждый компонент, включая ваш мультиметр, будет иметь допуск на погрешность, он будет близок к расчетному значению, но никогда не будет точно таким. Для большинства схем, подобных этим простым, это не имеет значения. Мы можем предположить, что расчетные значения верны. Просто помните, что значения, которые мы рассчитываем, всегда будут немного отличаться от наших фактических измерений.
Нам также необходимо знать о прямом напряжении. По сути, это просто падение напряжения, которое мы измерили ранее.
Производитель предоставляет диаграмму, подобную этой, которая показывает прямой ток при заданном прямом напряжении. Таким образом, если мы подключим источник напряжения к проводам и подадим 2 В, мы должны увидеть 20 миллиампер тока.
Если бы мы приложили 1,6 В, мы бы увидели 0 миллиампер, потому что светодиод был бы выключен. Диаграмма для этого светодиода начинается примерно с 1,7 вольт, поэтому мы знаем, что нам нужно обеспечить минимум 1,7 вольт, чтобы светодиод начал светиться.
Мы можем проверить минимальное напряжение открытия нашего светодиода с помощью мультиметра. Если вы выберете режим диода на мультиметре, а затем подключите красный провод к длинному аноду, а черный провод к короткому катоду красного светодиода, мы должны увидеть что-то вроде 1,7 В, так что это минимальное напряжение, необходимое для включения светодиод горит.
Большинство стандартных светодиодов рассчитаны на силу тока 20 миллиампер или 0,02 ампера. Мы хотим попытаться придерживаться этого значения. Если мы опустимся ниже этого значения, то светодиод будет тусклым, если мы зайдем слишком далеко, то светодиод будет уничтожен. Мы можем подняться выше 20 мА, но срок службы светодиода будет сокращаться, чем выше мы поднимаемся.
Чуть позже в статье мы увидим, как это вычислить.
КРАСНЫЙ светодиод обычно имеет падение напряжения или прямое напряжение 2 вольта, что приводит к току в нашей цепи 20 миллиампер. Мы можем проверить это с источником питания постоянного тока, когда я устанавливаю постоянное напряжение 2 В, мы видим 20 миллиампер тока. Но не все светодиоды созданы одинаково, этот не достигает 20 миллиампер, пока не подается 2,1 вольт, а этот не достигает 20 миллиампер, пока не подается 3,7 вольта. Это отклонение связано с используемыми материалами, а также с производственным процессом. Таким образом, вы должны стараться использовать светодиоды из одной партии, а также от надежных производителей. 9Светодиоды 0003
бывают разных цветов, и каждый цвет также имеет разное падение напряжения, поэтому вам нужно будет проверить это или вы можете просто посмотреть это в таблице типичных значений, подобной этой. Светодиоды
также бывают разных цветов, и каждый цвет имеет разное падение напряжения.
Таким образом, вам нужно будет найти эти значения в данных производителей, или вы также можете проверить их самостоятельно, или вы можете использовать эти типичные значения из этих стандартных диаграмм, но они могут не соответствовать светодиоду, который у вас есть.
Хорошо, это основные принципы, так что давайте продолжим и создадим несколько примеров схем.
Простые схемы светодиодов
Допустим, у нас есть источник питания 3 В, и мы хотим подключить один КРАСНЫЙ светодиод. Какой резистор нам нужен? Ну, мы знаем, что этот провод на 3 вольта, а этот — наш провод заземления, который будет на 0 вольт.
Падение напряжения на светодиоде около 2 вольт. И поэтому нашему резистору нужно снять остатки напряжения. Итак, 3 вольта минус 2 вольта = 1 вольт. Мы знаем, что для светодиода требуется ток около 20 миллиампер, поэтому 1 вольт, деленный на 0,02 ампер, равняется сопротивлению 50 Ом. Убедитесь, что вы конвертируете миллиампер в ампер для этого расчета. Чтобы упростить задачу, на нашем веб-сайте есть калькулятор, где вы можете просто ввести свои значения, проверьте это ЗДЕСЬ .
Хорошо, теперь ты попробуй решить это раньше меня. Допустим, у нас есть 9-вольтовая батарея, и мы хотим подключить желтый светодиод, который имеет падение напряжения 2 вольта и требует 20 миллиампер тока. Так какой размер резистора требуется? Ну, у нас есть источник питания 9 вольт, поэтому вычтите 2 вольта для светодиода, и у нас останется падение 7 вольт для резистора. Ток равен 20 миллиампер, поэтому 7 разделить на 0,02 ампер равно 350 Ом сопротивления.
Теперь проблема в том, что у нас нет резистора на 350 Ом. У нас есть только 330 Ом или 390 Ом, так какой из них мы должны использовать? Как мы видели ранее, нам нужно убедиться, что ток не превышает 20 миллиампер, поэтому мы должны рассчитать, какой резистор нам подходит лучше всего.
Для этого мы просто разделим необходимое падение напряжения 7 вольт на номинал резистора 330 Ом, чтобы получить 0,021 ампер, а затем, если мы сделаем то же самое для резистора 390 Ом, мы получим 0,018 ампер. Оба эти значения очень близки, и оба будут работать, но для безопасности мы выбираем резистор 390 Ом, так как наш светодиод будет работать дольше.
Мы также можем комбинировать резисторы, чтобы получить точное значение, которое нам нужно, и я объясню это позже в статье.
Нам также нужно будет выбрать номинальную мощность резистора. Мы можем рассчитать это по формуле: Мощность = ток в квадрате X на сопротивление, поэтому 0,018 ампер в квадрате, умноженные на 390 Ом, дают нам 0,126 Вт, поэтому для этой схемы подойдет резистор с номиналом ¼ Вт.
Как долго батарея будет питать нашу схему? Допустим, эта батарея рассчитана на типичные 500 миллиампер-часов, мы просто делим это на общий ток нашей цепи, который в данном случае составляет 18 миллиампер. Таким образом, 500 миллиампер-часов, разделенные на 18 миллиампер, дадут нам около 27 часов. Хотя это самый максимум, на который он мог бы запитать нашу схему, на самом деле он, вероятно, не достигнет этого.
Хорошо, а что, если нам нужно несколько светодиодов? Один из вариантов — соединить их последовательно.
В этой конструкции падение напряжения каждого светодиода суммируется.
Таким образом, общее падение напряжения в цепи не должно превышать напряжения батареи.
Следовательно, 3-вольтовой батареи достаточно для питания только 1 светодиода при токе 20 миллиампер, а 9-вольтовой батареи достаточно для питания 4 светодиодов.
Если мы подключим 4 светодиода и подключим их к нашему настольному блоку питания постоянного тока, мы увидим, что они не включаются, пока их суммарное комбинированное минимальное прямое напряжение не достигнет примерно 6,3 вольт, однако оптимальные 20 миллиампер тока не будут достиг примерно 8,6 вольт. В 9V ток составляет около 35 миллиампер, что явно слишком много, поэтому нам понадобится резистор.
Если мы подключим 5 светодиодов, они не включатся примерно до 8,3 вольт. При 9 вольтах они все включены, но ток очень низкий, поэтому светодиоды тусклые, потому что напряжения недостаточно для полного питания светодиодов. В этом примере оптимальные 20 мА не достигаются до 10,7 вольт.
Таким образом, мы можем использовать этот метод, но мы ограничены напряжением батареи.
Что, если нам нужно больше светодиодов? Что ж, нам нужно соединить их параллельно.
Мы можем либо поместить резистор на каждый светодиод, либо использовать один резистор для питания всех светодиодов. Начнем с первого примера.
Отдельные резисторы для параллельной цепи
Эта конструкция позволяет использовать светодиоды разных цветов. Хотя легче вычислить, если они все одного цвета.
Допустим, мы хотим подключить 6 светодиодов к этой 9-вольтовой батарее. Каждый светодиод имеет падение напряжения 2 вольта и потребляет 20 миллиампер. Вся эта шина 9 вольт, а вся эта шина 0 вольт. Таким образом, каждый светодиод получит 9вольт на нем. Это явно слишком много, поэтому нам нужно разместить резистор напротив каждого светодиода. Таким образом, у нас есть 9 вольт, вычитаем 2 вольта для светодиода, что оставляет нам 7 вольт. Итак, нам нужно сбросить 7 вольт на ответвлении. Мы рассчитываем номинал резистора на 7 вольт, деленных на 0,02 ампера, что равняется 350 Ом.
А затем мы находим номинальную мощность, поэтому 0,02 ампера в квадрате, умноженные на 350 Ом, дают нам 0,14 Вт, поэтому будет использоваться резистор мощностью ¼ Вт.
Затем нам нужно сложить все токи в каждой ветке. Таким образом, 0,02 ампера, умноженные на 6 светодиодов, дают нам 0,12 ампер.
9-вольтовая батарея имеет емкость около 500 миллиампер-часов, а наша схема использует 120 миллиампер, поэтому 500 разделить на 120 дает нам около 4 часов времени работы.
Мы видим, что на каждой ветви все еще достаточно напряжения для подключения большего количества светодиодов. Допустим, мы размещаем по 3 светодиода на каждой ветке. Таким образом, каждая ветвь имеет снижение на 6 вольт, поэтому 9 вольт вычесть 6 вольт равно 3 вольтам падения на резисторе. Таким образом, 3 вольта, разделенные на 0,02 ампера, дают нам резистор 150 Ом. Обратите внимание, что общий ток в каждой ветви не увеличился, поэтому мы можем добавить больше светодиодов, пока не будет достигнуто максимальное напряжение.
Если мы хотим использовать светодиоды разного цвета, то мы размещаем разные светодиоды на разных ветвях и находим подходящий резистор. Например, у нас может быть красный, синий и зеленый светодиод.
Каждый светодиод потребляет одинаковый ток 20 миллиампер, но падение напряжения красного светодиода составляет 2 вольта, синего — 3,4 вольта, а зеленого — 3 вольта. Таким образом, резистор для красного светодиода составляет 9 вольт, вычесть 2 вольта, что дает нам 7 вольт, 7 вольт, разделенных на 0,02 ампер, приведет нас к резистору 350 Ом. Синий светодиод 9вольты вычитают 3,4 вольта, что оставляет нам 5,6 вольта, поэтому 5,6 вольта, разделенные на ток 0,02 ампера, дают нам резистор 280 Ом. И зеленый светодиод будет 9 вольт вычесть 3 вольта, что оставляет нам 6 вольт, 6 вольт разделить на ток дает нам резистор 300 Ом. Таким образом, общий ток составляет 60 миллиампер. Таким образом, батарея будет работать около 8 часов.
Общие резисторы для параллельной цепи
Другой способ подключения светодиодов — это их параллельное соединение с последующим использованием одного резистора для ограничения общего тока.
Для этой конструкции вы должны использовать только светодиоды одного цвета или одного номинала, мы вскоре увидим, почему это так, в этой статье.
Допустим, у нас есть 9-вольтовая батарея и 3 красных светодиода, все с падением напряжения 2 вольта, и каждый из них требует 20 миллиампер тока. Итак, мы просто суммируем токи вместе, чтобы получить 60 миллиампер, этот ток должен протекать через этот резистор.
Теперь, когда они подключены параллельно, все они будут иметь одинаковую разницу напряжений между собой. Поэтому мы вычисляем резистор: 9 Вольт вычитаем 2 Вольта и получаем 7 Вольт. Затем, поскольку весь ток протекает через этот один резистор, нам нужно будет разделить 7 вольт на 60 миллиампер, и это даст нам резистор на 116 Ом. Расчет мощности получается 0,49.Вт, поэтому будет использоваться резистор на полватта.
Причина, по которой нам необходимо использовать светодиоды одинакового номинала, заключается в том, что разница напряжений здесь составляет всего 2 Вольта.
Поэтому, если мы используем светодиоды с одинаковыми параметрами, все они загорятся. Но если мы поместим в цепь синий светодиод, для этого потребуется более высокое напряжение, которого он не сможет получить, поэтому этот светодиод не включится.
Уловки с резисторами
Теперь, когда мы имеем дело с этими схемами, мы часто обнаруживаем, что рассчитанное нами значение резистора не существует или его просто нет на складе. Итак, мы можем комбинировать резисторы, чтобы получить нужное нам значение. Например, если нам нужен резистор на 200 Ом, мы могли бы установить два резистора на 100 Ом последовательно, или мы могли бы поставить 2 резистора на 50 Ом и резистор на 100 Ом. Значения резисторов просто складываются последовательно, что позволяет очень легко увеличить значение резистора.
Чтобы уменьшить номинал резистора, мы просто ставим их параллельно. Затем мы делаем некоторые математические действия, чтобы найти эквивалентное сопротивление.
Допустим, у нас есть два резистора по 10 Ом, мы вычисляем их по этой формуле.
Это намного проще, чем кажется, просто введите это в свой калькулятор, и мы увидим, что это дает нам эквивалентное сопротивление 5 Ом.
Два резистора по 5 Ом дадут нам 2,5 Ом общего сопротивления.
Резистор на 200 Ом и резистор на 50 Ом дадут сопротивление 40 Ом.
Три резистора по 10 Ом дадут сопротивление 3,33 Ом.
Чтение значений резисторов
Как определить номинал резистора? Что ж, эти цветные полосы на корпусе скажут нам значение, но нам нужно посмотреть его на графике. Обычно мы можем получить 4- или 5-полосные резисторы, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.
При типе с 4 полосами первые 2 полосы представляют собой цифры, которые мы комбинируем, третья полоса — это множитель, а 4 -я полоса — допуск.
Например, этот 4-полосный резистор коричневый, черный, коричневый, золотой. Диапазон 1 равен 1, диапазон 2 равен 0, что дает нам 10. Диапазон 3 — это множитель, который равен 10, поэтому 10, умноженное на 10, равно 100 Ом.
Тогда золото является допуском 5%. Таким образом, это может быть как 95 Ом, так и 105 Ом. Когда мы измеряем это с помощью мультиметра, мы видим 98,2 Ом, что находится в пределах допуска. Итак, мы увидели, что предыдущий резистор был не очень точным.
Если мы хотим большей точности, нам нужен меньший допуск, например, допуск 1%, 5-полосный тип. В этом типе первые 3 полосы являются цифрами, 4 th — это множитель, а 5 th — допуск.
Этот оранжевый, оранжевый, черный, черный, коричневый. Итак, это 3, это 3, это 0 с множителем, равным единице, что дает нам 330 Ом, а допуск составляет 1%. Таким образом, оно может быть между 327 Ом и 333 Ом. Когда я измеряю это с помощью мультиметра, мы видим, что он показывает 329,9 Ом, так что он идеален.
Базовая схема светодиодов с TinkerCAD — журнал Digital Maestro
Alex
Электроника
Алексей
Электроника
Представляем Tinkercad
Tinkercad — онлайн-инструмент для разработки 3D-моделей. Это также инструмент разработки электронных схем. Среда разработки проще в использовании, чем аналогичные инструменты, используемые профессионалами. Это интуитивно понятно для студентов. Уроки в этой статье будут посвящены среде разработки электронных схем. В этой среде есть компоненты для построения различных электронных схем. Мы собираем и тестируем эти схемы внутри среды разработки.
Онлайн-среда разработки и моделирования имеет множество преимуществ. Сервис онлайн, поэтому устанавливать нечего. Особых требований к браузеру нет. Услуга бесплатна. Компоненты не ломаются. Мы вольны совершать ошибки. Окружающая среда безопасна.
Нам не нужно беспокоиться о том, что ученики приклеятся к точкам светодиодов или транзисторов. Нет электронного удара от тока батареи.
Недостатком является цифровая среда разработки и тестирования. Исследования снова и снова показывают важность кинестетики. Кинестетическое обучение — это когда учащиеся взаимодействуют со своим обучением, прикасаясь к объектам и взаимодействуя с ними. Студенты вовлечены в активное обучение.
По моему опыту, студенты лучше учатся, когда взаимодействуют с контентом. Использование онлайн-симуляции недостаточно. Онлайн-навыки не всегда переносятся из симулированного мира в реальный мир. Для этого есть много причин, и одна из них — отсутствие контекста. Полученные навыки необходимо применять в реальных ситуациях.
Я рекомендую совмещать онлайн-разработку схем с практическими занятиями с использованием реальных компонентов и схем. Электронные схемы относительно недороги. Коробка из 300 светодиодов на Amazon стоит всего 9 долларов.Доллары США.
Примерно столько же стоит коробка из более чем 500 резисторов. Ассортимент конденсаторов стоит около 13 долларов. Упаковка из шести мини-макетов стоит около 5 долларов. Имейте в виду, что все они многоразовые и могут длиться годами.
Найдите старое радио в магазине секонд-хенд и откройте заднюю часть. Откройте электрические компоненты. При этом не подключайте радиостанцию к источнику питания. Извлеките также все батареи. Определите компоненты и обсудите их назначение.
Изучение компонентов в цепи очень хорошо связано с обсуждением систем. Как компоненты способствуют функционированию радио? Как удаление одного компонента повлияет на функции радио? Чем это похоже на другие системы?
Вход в среду Tinkercad Circuit
Тинкеркад бесплатен. Для создания учетной записи требуется адрес электронной почты. Учащиеся округов с интеграцией учетных записей через Google или Microsoft могут войти в систему с помощью одной из этих учетных записей.
Вариант входа в Google или Microsoft не сразу бросается в глаза. Давайте посмотрим на процесс. Нажмите кнопку «Войти».
Выберите вариант входа с помощью учетной записи поставщика социальных сетей.
Выберите вариант входа через Google или Microsoft.
Войдите в систему, используя данные своей учетной записи электронной почты. Если вы используете учетную запись Google и браузер Chrome, вам будет представлена информация о вашей учетной записи. Щелкните учетную запись, которую хотите использовать. У большинства людей один аккаунт. У вас может быть несколько учетных записей Google. Просто выберите свой любимый.
Домашняя страница Tinkercad появляется сразу после входа в систему. Домашняя страница начинается со среды разработки 3D. В левой части страницы есть меню.
Используйте это меню для перехода к среде разработки Circuits.
На портале Схемы есть красивая большая зеленая кнопка. Нажмите эту кнопку, чтобы создать новую цепь.
Симулятор цепи
Симулятор цепи прост. Основная область имеет холст разработки. Все доступные компоненты находятся на панели справа. Имеется обширный список компонентов. Основные компоненты отображаются для нас, чтобы создать основные проекты. Некоторые из этих компонентов включают светодиоды, переключатели, резисторы и батареи. Над списком компонентов есть окно поиска. Окно поиска полезно, когда нам нужно найти конкретный компонент в гораздо большем списке компонентов.
Над списком компонентов есть четыре кнопки. Одна из кнопок используется для запуска симуляции после построения схемы. Когда все готово, нажимаем кнопку Start Simulator.
Это активирует смоделированный ток батареи. Нам нужно каждый раз нажимать эту кнопку, чтобы начинать симуляцию. Нам нужно остановить симуляцию, когда мы хотим внести какие-либо изменения в схему. Как и в реальной жизни, мы не должны воздействовать на цепь, когда по ней протекает ток.
Макет
Макет используется для разработки прототипов схем. Это дает нам место для соединения компонентов и удержания их на месте. Без макетной платы нам пришлось бы соединять компоненты зажимами или оголенным проводом. Это не идеальные способы соединения компонентов. Макет значительно упрощает работу по созданию схем.
Термин «макет» появился на заре развития электроники и прототипов. Любители использовали винты и гвозди на старых макетных платах, чтобы удерживать компоненты и провода на месте. Макетные доски были деревянными. Макеты, используемые сегодня для электронного прототипирования, сделаны из пластикового корпуса. Внутри корпуса у нас есть металлические зажимы, которые удерживают компоненты и провода.
Для тех, кто не знает. Когда-то для нарезки хлеба использовалась хлебная доска. Это когда вы испекли хлеб или купили хлеб в пекарне.
Прежде чем строить проекты на макетной плате, нужно найти ее в панели компонентов и поместить на рабочую область. Прокрутите список компонентов и найдите небольшую макетную плату. Нажмите и перетащите доску в рабочую область. Мы также можем щелкнуть доску один раз, и она прикрепится к нашему указателю мыши. Поместите доску ближе к центру рабочей области.
Посмотрим на доску поближе. Мы должны понимать, как работает доска. Плата представляет собой пластиковую прямоугольную коробку. Коробка имеет отверстия, расположенные по шаблону.
Между красной и черной линиями имеется ряд отверстий. Эти отверстия находятся на противоположных концах макетной платы. В конце каждой строки есть знак Плюс или Минус.
Плюс красный, минус черный. Эти цвета важны. Они являются стандартом, используемым в большинстве схемных решений. Отверстия вдоль красной линии пропускают ток от положительной стороны клеммы аккумулятора. Отверстия вдоль черной линии пропускают ток от отрицательной стороны клеммы аккумулятора.
Давайте посмотрим, что происходит внутри макетной платы. Под каждым из отверстий находится металлический хомут. Этот зажим удерживает провода, которые мы вставляем в отверстия. Клеммы все подключены. Мы можем использовать любое отверстие для передачи тока на любой из компонентов. На схеме я показываю, что напряжение поступает с положительной клеммы. Ток может течь через любое из отверстий на плате. Ток распределяется на все остальные зажимы. Как только мы подключаем компонент, ток течет вверх по зажиму и в этот компонент.
Мы привыкли думать, что электрический ток течет от положительного полюса батареи к отрицательному полюсу.
Когда электрический ток был впервые открыт, считалось, что электрический ток имеет положительный заряд. Позже мы обнаружили, что электрический ток имеет отрицательный заряд. К тому времени было уже слишком поздно, и символы текущего течения для большинства людей остались прежними. Положительная клемма батареи заполняется, когда электроны вытекают и направляются к отрицательной клемме батареи, которая заполнена протонами. Протоны имеют положительный заряд.
Электрический ток действительно течет от положительной клеммы к отрицательной, но концепция обратная. Электроны текут по цепям. Электроны имеют отрицательный заряд. Электроны текут к положительному концу батареи. Вот еще один фрагмент макетной платы. На этом представлении показаны положительные и отрицательные шины с обеих сторон. Шина в терминах электроники — это металлический проводник, передающий электрический ток на компоненты. Каждый положительный и отрицательный разъем представляет собой шину, по которой ток передается каждому компоненту, касающемуся любой точки на шине.
Отверстия и зажимы между этими двумя направляющими работают практически одинаково. Отличие в том, что зажимы соединяются горизонтально. Отверстия в центре организованы в виде сетки. Столбцы пронумерованы от A до J. На этой доске ряды пронумерованы от 1 до 30. Это небольшая хлебопечка.
Посередине проходит разделитель. Этот разделитель предназначен для того, чтобы мы могли собрать несколько проектов на одной доске. Мы можем собрать проект, используя столбцы от A до E, и пыльник, используя столбцы от F до J. Мы можем заполнить этот пробел с помощью проволочной перемычки. Мы поговорим о перемычках, как только начнем работу над первым проектом.
Лучший способ узнать, как работает макетная плата, — использовать ее для разработки проектов.
Основная схема светодиодов
Базовая светодиодная схема мне больше всего нравится при представлении схемных проектов учителям и ученикам. Он представляет собой хорошее введение в базовую компоновку и компоненты Tinkercad.
Схема проста и знакома большинству людей. В детстве я делал фонарики.
Основные и дополнительные компоненты расположены на правой панели. Некоторые из основных компонентов включают светодиоды, переключатели, батареи и резисторы. Они составляют основу простого светодиодного выключателя. Светодиод означает светоизлучающий диод. Диод — это компонент, который позволяет току течь только в одном направлении. Ток, протекающий через светодиод, излучает свет.
Светодиод является одним из первых компонентов в списке. Щелкните светодиодный компонент один раз. Он прикрепится к указателю мыши.
Наведите указатель мыши и светодиод на макетную плату. Выводы на светодиоде захотят прикрепиться к отверстиям на макетной плате. Поместите светодиод рядом с центральным разделителем. Не беспокойтесь о размещении светодиода в том же месте, как показано на моем изображении. В том месте, где я разместил светодиод, нет ничего волшебного.
Выводы компонента — это провода, используемые для подключения к другим компонентам. Выводы в наших компонентах будут прикреплены к направляющим макетной платы.
Разница между светодиодом и лампочкой очень важна. Различия дают хорошую возможность научить нескольким понятиям. Лампочка использует нить накала для генерации света. Свет излучается, когда нить нагревается. Он нагревается из-за тока, проходящего через нить накала. Нить изготовлена из нечистого металла. Эта примесь облегчает поток электронов и сопротивление электронов одновременно. Сопротивления достаточно, чтобы вызвать тепло и свет, но не настолько, чтобы предотвратить протекание тока через лампочку. Именно сопротивление вызывает нагрев нити накала. Выделяемое тепло заставляет нить накаливания светиться. Свечение — это то, что обеспечивает видимый свет, который мы видим.
Светодиод отличается от лампочки тем, что в нем нет нити накала. Он не полагается на сопротивление для генерации света.
Он использует полупроводник для облегчения протекания тока. Полупроводник состоит из двух материалов. Один из них называется полупроводником P-типа, а другой — полупроводником N-типа. Извините, мы очень быстро разобрались с техническими вопросами. Ничего страшного, цель здесь не в том, чтобы понять, что такое светодиод.
Собраны внутри пластикового контейнера. Электроны проходят через отрицательную сторону светодиода и возбуждают электроны на проводнике N-типа. Отрицательный проводник. Эти электроны перетекают на другую сторону проводника P-типа. Положительный проводник. В разъеме P-типа есть отверстия, через которые вынуждены течь электроны. Дырки меньше электронов. Чтобы пройти через эти отверстия, электроны должны потерять энергию. Эта энергия выделяется в виде фотонов. Свет состоит из фотонов.
Лампочки используют сопротивление для выработки тепла и света. Светодиоды не используют сопротивление. Вот почему они холоднее, чем лампочки, и потребляют меньше энергии.
Резистор
Светодиоды не потребляют много энергии.
Они также не имеют большого сопротивления. Типичные светодиоды, которые мы используем в подобном проекте, чувствительны к слишком большому току, протекающему через них. Нам нужно контролировать количество тока, протекающего через светодиод. Для управления потоком тока нам нужно использовать резистор. Выберите компонент резистора и переместите его на макетную плату.
Важное значение имеет размещение резистора. Светодиод имеет два провода. Один из выводов погнут. Этот вывод называется анодом. Другой свинец называется катодом. Мы посылаем ток через светодиод в анод. Сюда мы подключаем плюсовую клемму аккумулятора.
Настоящие физические светодиоды не имеют изогнутых выводов. Анодный провод настоящего светодиода длиннее катода.
Светодиод представляет собой диод, а диоды пропускают ток только в одном направлении. Это направление от анода к катоду.
Поместите резистор так, чтобы он совпадал с рядом, в котором находится анод на светодиоде. Другой конец резистора подключается к положительному разъему.
Ток будет течь от положительных зажимов в резистор. Поток тока уменьшается в резисторе, и уменьшенный ток вытекает с другого конца. Он входит в зажим в ряду и в конец анода светодиода. Ток будет течь через светодиод и выходить из светодиода через катод.
На изображении ниже стрелками показано течение тока.
Провода-перемычки
Чтобы завершить схему, нам нужно соединить катодный конец резистора с отрицательным полюсом нашей макетной платы. Для этого нам понадобится проволочная перемычка. Перемычка используется для соединения соединений и разрывов в нашем проекте. Наведите указатель мыши на строку, где находится катод светодиода. Отверстие, в котором находится наш указатель, выделено красным квадратом. Остальные отверстия выделены зелеными кружками.
Щелкните один раз по отверстию в ряду с катодом и перетащите указатель мыши к отрицательной клеммной рейке.
Зеленая линия следует за указателем мыши. Щелкните один раз по отрицательной направляющей, чтобы закрепить другой конец подводящего провода. Не щелкайте снова где-либо, потому что это приведет к созданию другого провода отведения. Нажмите клавишу ESC на нашей клавиатуре, чтобы отменить, если это произойдет.
У нас есть все элементы для нашей базовой светодиодной схемы. Нам нужна батарея для подачи тока.
Аккумулятор
Перейдите на панель Компоненты, найдите аккумулятор и поместите его рядом с макетной платой. Доступны три варианта аккумуляторов. Большинство студентов выбрали либо 9-вольтовую батарею, либо батарею Double-A. Я рекомендую использовать 9-вольтовую батарею.
Легко удалить компоненты из рабочей зоны. Щелкните один раз по компоненту и нажмите клавишу удаления на клавиатуре.
Вы также можете щелкнуть значок корзины на панели кнопок.
Подсоедините перемычку от отрицательной шины на макетной плате к отрицательному концу клеммы аккумулятора.
Повторите процесс с положительным полюсом клеммы аккумулятора.
Запустить симулятор
Цепь завершена. Чтобы зажечь светодиод, нам нужно запустить симуляцию. Нажмите кнопку «Начать моделирование».
В нашей смоделированной схеме будет светиться светодиод. Остановите симуляцию, снова нажав кнопку Start Simulation.
Что происходит без резистора?
Одним из преимуществ работы с симуляцией является то, что мы можем делать ошибки. Ошибки открывают возможности для обучения. Мы использовали резистор, чтобы ограничить поток тока в светодиод.
