Трохи фізики. Напруга 'U' вимірюється в вольтах (В), ток 'I'- в амперах (А), опір' R 'в Омасі (Ом). Закон Ома: U = R * I.
Отже, ми вирішили підключити світлодіод. Розглянемо найбільш популярні напруги - 9, 12 В. Вивчимо варіант, коли в розпорядженні є постійна напруга, без перешкод (наприклад батарейки, вийняті нишком з пульта від телевізора), а потім досліджуємо питання підключення до менш ідеальним джерел (перешкоди, нестабільна напруга та ін .).
Всі світлодіоди мають один головний електричний параметр, при якому забезпечується його нормальна робота. Це ток (I), поточний через світлодіод. Світлодіод не можна назвати двох або трехвольтовим. У тих, хто все-таки відвідував уроки фізики в школі, відразу виникає логічне запитання: якщо 2 світлодіоди абсолютно однакові і через обидва тече один і той же струм, значить, і напруга треба докласти одне і теж до обох. А ось і не так! Технологія виготовлення кристалів не дозволяє зробити 2 світлодіода з однаковим, назвемо його, 'внутрішнім опором' і по закону Ома можна зробити відповідні висновки. Через світлодіод треба пропустити струм (згідно заводським параметрам) і виміряти напругу на його контактах. Ця напруга і буде забезпечувати протікання необхідного струму через кристал світлодіода!
Розглянемо найбільш поширені світлодіоди, розраховані на струм 20 мА (тобто 0,02 А).
Ідеальний варіант підключення світлодіодів - використання стабілізатора струму. На жаль, готові стабілізатори стоять на порядок вище самого світлодіода, про виготовлення відносно дешевого саморобного розповімо трохи нижче.
Як правило середня напруга (при I = 20 мА) червоного і жовтого світлодіода - 2,0 В (зазвичай ця величина 1,8 - 2,4 В), а білого, синього і зеленого - 3,0 В (3,0 - 3,5 В).
Отже, продавець Вам безапеляційно заявив, що Ви купили, наприклад 'червоний світлодіод на 2,0 В, такий-то яскравості' -поверім продавцеві поки на слово, перевіримо і, якщо це не так, - повернемося і дуже ввічливо попросимо замінити.
Ось простий варіант. У Вас знайшлося будинку, наприклад, 8 штук батарейок по 1,5 В, разом 8,0 * 1,5 = 12,0 В (беремо велику напругу, щоб було зрозуміліше), і приєднуємо світлодіод, який купили. Підключили? Тепер викиньте свій світлодіод, тому, що він згорів! Вам же продавець сказав - 2,0 В, а Ви його в 12,0 В встромили! Купили новий, а краще відразу невелику купку (фото). Дивимося (не тільки дивимося, а й ще дуже енергійно користуємося вимірювальним приладом): є 12,0 В, треба 2,0 В, треба кудись подіти зайвих 10 В (12,0 - 2,0 = 10,0). Найпростіший спосіб - використання резистора (він же - опір). Визначимо, яке треба опір. Закон Ома говорить:
U = R * I
R = U / I
Струм, поточний в ланцюзі I = 20 мА. Опір потрібно підібрати, щоб на ньому загубилося (впало) 10 В, а потрібні 2,0 В дійшли до світлодіода. Звідси знаходимо необхідну R:
R = 10,0 / 0,02 = 500 Ом
Напруга на опорі перетворюється в тепло. Для того, що-б опір витримало навантаження і виділяється тепло не призвело до його виходу з ладу, треба розрахувати рассеиваемую потужність опору. Як відомо (знову повертаємося до відвідуваності уроків фізики) потужність:
P = U * I
На опорі у нас 10,0 В при струмі 20 мА. вважаємо:
P = 10,0 * 0,02 А = 0,2 Вт.
При придбанні опору просимо у продавця 500 Ом, потужністю не менше 0,2 Вт (краще більше, з запасом, щоб на душі було спокійніше, 0,5 Вт наприклад, але слід врахувати - чим більше потужність, тим більше розміри). Підключаємо світлодіод (не забувши про полярність) через опір і відчуваємо хвилю радості - сяє!
Тепер розмикаємо ланцюг між опором і світлодіодом, включаємо вимірювальний прилад і вимірюємо протікає в ланцюзі струм. Якщо струм менше 20 мА, треба трохи зменшити опір, якщо більше 20 мА - збільшити. От і все ! Отримавши ток в 20 мА, ми досягли оптимальної роботи світлодіода, а при такому режимі виробник гарантує десять років безперервної роботи. Сідаємо і чекаємо десятьлет, якщо щось не так, пишемо претензію на завод. У міру того, як батарейки будуть 'сідати', яскравість світлодіода буде зменшуватися. Після того як батарейки 'сядуть' зовсім, їх треба вставити назад в пульт, зробити вигляд, що так і було або, наприклад, оголосити всім, що на швидку смерть батарейок вплинула магнітна буря або надмірна активність сонця.
Це ми вчинили правильно, але зазвичай виробник вказує середнє напруга для партії світлодіодів при оптимальному струмі. І ніхто не обтяжує себе точним підбором струму. Тому інші приклади будуть засновані на даних про повну загальну середню напрузі, а не струмі (і ми ні кому не скажемо, що це не зовсім правильно!).
Тепер визначимося з підключенням декількох світлодіодів. Підключаємо два червоних послідовно. 2 шт * 2,0 = 4,0 В. Живлення - 12 В, отже зайвих - 8,0 В. R = 8,0 / 0,02 = 400 Ом. P = 8,0 * 0,2 = 0,16 Вт.
Якщо шість штук - 6 шт. * 2,0 В = 12 В. Опір не потрібно ... (насправді так НЕ МОЖНА!). А можна тому, що світлодіоди мають невеликий розкид по напруженням, а ось ток без резистора поставити їм нічим. І в такому колі він може виявитися як 5 мА, так і 35 мА!
Аналогічно, наприклад, з синіми (3,0в): 3шт x 3,0 В = 9,0В. 12,0 В - 9,0 В = 3,0 В. R = 3,0 / 0,02 = 150 Ом. P = 3,0 * 0,02 = 0,06 Вт.
Якщо у нас три батарейки по 1,5 вольта і, наприклад, 1 синій світлодіод на який треба подати 3,5 В, щоб отримати необхідний струм в 20 мА (0,02 а): 3 шт * 1,5 в = 4,5 В (напруга живлення). Зайвих: 4,5 В - 3,5 В = 1,0 В. R = U / I = 1,0 В / 0,02 А = 50 Ом. P = U * I = 1,0 В * 0,02 А = 0,02 Вт
Тепер вивчимо більш складний варіант. Треба підключити до 12 В тридцять штук червоних по 2,0 В. На 12В можемо підключити тільки п'ять штук з резистором (шість штук без опорів НЕ МОЖНА), з'єднуємо п'ять штук послідовно з відповідним опором і підключаємо - світиться. З'єднуємо ще п'ять штук і резистор, приєднуємо паралельно до перших. При цьому через кожні п'ять штук буде текти струм в 0,02 а. У нас вийде шість ланцюжків із загальним струмом 6 * 0,02 а = 0,12А (вже батарейок вистачить ненадовго).
Треба підключити до 12В 30 штук зелених по 3,5 В. На 12В ми можемо підключити: 12В / 3,5 В = 3,43 штуки. Ми не будемо відрізати від четвертого світлодіода 0,43 частини, а підключимо 3 штуки + опір: 3штукі * 3,5 В = 10,5 В. Зайве напруга: 12,0 В - 10,5 В = 1,5 В. Опір R = 1,5 В / 0,02 а = 75 Ом при потужності P = 1,5 * 0,02 = 0,03 Вт. Якщо раптом одному світлодіоду в процесі монтажу були випадково видерті ноги і їх залишилося всього 29 штук, то з'єднуємо 9 ланцюжків по 3 штуки, і один ланцюжок з 2-х штук + опір R = 250 Ом, P = 0,1 Вт.
Чудненько. Ось ми і згадали трохи основи фізики. Тепер розглянемо більш стабілізовану схему включення світлодіодів. Покладемо технічну проблему підключення на світові уми, які розробляють інтегральні мікросхеми. Торкнемося виготовлення стабілізатора струму. Це досить просто, головне намацати трохи зайвих монет в кишені. Існує мікросхема КР142ЕН12 (зарубіжний аналог LM317), яка дозволяє побудувати дуже простий стабілізатор струму. Для підключення світлодіода (див. Малюнок) розраховується величина опору R = 1.2 / I (1.2 - падіння напруга не стабілізаторі) Тобто, при струмі 20 мА, R = 1,2 / 0,02 = 60 Ом. Стабілізатори розраховані на максимальну напругу в 35 вольт. Краще не напружувати їх так і подавати максимум 20 вольт. При такому підключенні, наприклад, білого світлодіода в 3,3 вольта можлива подача напруги на стабілізатор від 4,5 до 20 вольт, при цьому струм через світлодіод буде відповідати незмінному значенню в 20 мА! При 20 вольтах отримуємо, що до такого стабілізатора можна підключити послідовно п'ять білих світлодіодів, не піклуючись про напругу на кожному з них, струм в ланцюзі буде всегдп протікати 20 мА (зайву напругу погаситься на стабілізаторі).
Важливо !!! У пристрої з великою кількістю світлодіодів протікає великий струм. Категорично забороняється підключати такий пристрій до включеному джерела живлення. В такому випадку, в місці підключення, виникає іскра, яка веде до появи в ланцюзі великого імпульсу струму. Цей імпульс виводить з ладу світлодіоди (особливо сині і білі). Якщо світлодіоди працюють в динамічному режимі (постійно включаються, вимикаються і підморгують) і такий режим заснований на використанні реле, то слід виключити виникнення іскри на контактах реле.
Кожну ланцюжок бажано збирати з світлодіодів однакових параметрів і одного виробника.
Теж важливо !!! Зміна температури навколишнього середовища впливає на протікає струм через кристал. Тому бажано розробляти пристрій так, щоб протікає струм через світлодіод дорівнював не 20 мА, а 17-18 мА. Втрата яскравості буде невелика, зате довгий термін служби гарантований.
Просто з'єднувати світлодіоди і підключати їх до батареям від пульта - не цікаво. Їх обов'язково треба спаяти разом і підключити до якого-небудь пристрою (пилососа наприклад, щоб було видно всмоктування кожної пилинки. Тут відразу треба врахувати, що в пилососі 220 небезпечних вольт, та ще й напруга змінна, що ні як не годиться до підключення світлодіодів. для цього треба виготовити спеціальний блок живлення, але цю тему ми не будемо зараз обговорювати).
Треба знайти пристрій з постійною напругою і рясно прикрасити його світлодіодами. Ось тут-то вперед виступають щасливі власники особистих механічних коней (авто-мото-вело-самокат). Адже можна обважити свій улюблений транспорт світлодіодами так, що перехожі не засумнівався, що повз проїхала новорічна ялинка, а ніяк не засіб пересування. Потрібно відразу попередити, що зловживання кількістю, яскравістю і кольором присікається деякими співробітниками дорожньої інспекції. Також не слід, наприклад, робити стоп-сигнали з яскравістю перевищує яскравість фар з включеним дальнім світлом - це трохи дратує їдуть позаду, що теж може в кінці кінців несприятливо позначитися на Вашому організмі (особливо на обличчі), але не будемо засмучуватися, адже є ще простір усередині !!! Там вже можна прикласти всю свою фантазію (наприклад підсвітити знизу особа водія синім кольором, що відіб'є охоту у співробітників ГИБДД перевіряти документи). :)
Відразу треба мати на увазі, що напруга в мережі справного авто не 12В, а 14,5 В. Бажано перевірити це приладом при запущеному двигуні (якщо звичайно є двигун). Так само в бортовій мережі залізного коня спостерігається безліч перешкод, які не бажані, так і напругу іноді не дуже постійне. Для зниження перешкод на вході вашого світиться пристрої можна зібрати просту схему з двох деталей - діода і електролітичного конденсатора (малюнок). Конденсатор і діод, як і світлодіод має полярність, значення робочої напруги і струму (діод). Після установки діода і конденсатора треба заміряти напругу U вих (воно не буде збігатися з Uвх) і після цього розраховувати схему підключення світлодіодів.
Якщо Ви не впевнені в стабільності напруги бортової мережі, можна використовувати спеціальні інтегральні стабілізатори напруги. Вони забезпечують постійну напругу на виході при змінному (в розумних межах) або стрибків (як конячка) вхідній напрузі.
Найбільш прості представники - К142ЕН8А або КРЕН8А (9 вольт) і К142ЕН8Б або КРЕН8Б (12 вольт). Приблизна ціна такої штуки складає 10-20 руб (залежить від жадібності продавця). Тобто у продавця треба спитати з гордим виглядом 'Кренке, наприклад, на 9В', він відразу все зрозуміє і побачивши в Вас великого фахівця не посміє обдурити (продаються також іноземні аналоги). Мікросхеми мають всього три ноги і якщо Ви жодного разу в житті не заблукали в трьох соснах, то розібратися в них не складе ні якого праці. Беремо лівою рукою стабілізатор ногами вниз і написом до себе, вказівним пальцем правої руки зліва направо тицяємо в висновки. Перша нога - вхід (+), середня - корпус (-), права вихід (+). (Фото). Підключити її треба як на малюнку. На виході отримаємо постійна напруга в 9 або 12 вольт. Виходячи з цього, розраховуємо, як було на початку статті, схему включення світлодіодів. Чому 9В або 12 В? На 9В добре приєднуються два синіх, зелених або білих світлодіода або три-чотири червоних або жовтих і резистор, на 12В - п'ять штук червоних, жовтих або три штуки синіх, зелених або білих, обов'язково потрібне додаткове опір. Мікросхему (при великій кількості світлодіодів) треба встановити на радіатор. КРЕН8Б розрахована на максимальне навантаження в 1,5А (при такому струмі дуже сильно буде грітися). На вхід не слід подавати напругу понад 35 вольт. Вхідна напруга має бути не менше ніж на 3В більше вихідного, інакше стабілізатор не працюватиме.
У висновку слід зазначити такі питання як пайка і монтаж світлодіодів. Це теж дуже важливі питання, які впливають на їх життєздатність.
Не рекомендується паяти світлодіоди старим дідовим паяльником, який нагрівали в печі і використовували для запаювання дірок в каструлях. Слід використовувати малопотужний паяльник з температурою жала не більше 260 градусів і пайку виробляти не більше 3-5 секунд (рекомендації виробника). Корисним буде використання медичного пінцета при пайку. Світлодіод береться пінцетом вище до корпусу, що забезпечує додатковий тепловідвід від кристала при пайку.
Ноги світлодіода слід згинати з невеликим радіусом (щоб вони не ламалися, нам каліки не потрібні!). В результаті хитромудрих вигинів, ноги біля основи корпусу повинні залишитися в заводському положенні і повинні бути паралельні і не напружені (а то матеріал втомиться, і кристал відвалиться від ніжок).
Збирати світлодіоди в одне велике світиться чудо найкраще на якомусь плоскому листовому матеріалі (пластмаса, оргскло і ін.), Попередньо просвердливши в ньому дірок потрібного розміру по діаметру корпусу (доведеться освоїти ще вимірювальний інструмент і дриль).
Пам'ятайте, що світлодіод - ніжний прилад і звертатися з ним треба відповідно (при пайку можна заспівати пісню, щоб працював довго).
Щоб Ваш пристрій захистити від автомобіля і автомобіль від пристрою (адже наразі не відомо, що надійніше) слід ставити запобіжники.
За матеріалами ТОВ "Сервіс"
Світлотехнічне співтовариство "ЕкспертЮніон"
Ще про застосування LED можна почитати на сайті WWW.LEDSMARKET.RU . Там ви знайдете покрокові інструкції, як зробити світлодіодне освітлення своїми руками.
www.expertunion.ru
Підключили?Чому 9В або 12 В?