"Светодиоды и их использование в моделизме"
(или из ненаписанной для «М-Хобби» статьи…)
Все описанное далее является компиляцией опыта использования светодиодов многими авторами, положенного на элементарные знания школьного курса физики и личный опыт.
Светодиодные источники света широко вошли в наш быт. В настоящее время в продаже можно найти множество разных светодиодов основных цветов (и их оттенков) – желтых, синих, красных, зеленых, белых. Кроме того выпускаются многоцветные светодиоды – последовательно изменяющие цвет свечения, а так же просто мигающие одним или двумя цветами. Это, несомненно, влечет желание разнообразит модель световыми эффектами и визуально привлечь к ней внимание.
В 2018 году журнал «М-Хобби» (5/2018) поднял эту тему, опубликовав статью Сергея Торхова «Светодиоды на службе моделиста». В своей статье Сергей описывал конкретное применение светодиодов, использованных им в ходе постройки модели автопоезда, с рекомендацией (цитата) «брать источник питания (ИП) с запасом по напряжению и покупать светодиоды тоже с запасом, т.к. по первости некоторым из них суждено сгореть»! И хотя в данной статье упоминается о необходимости подключения светодиодов через резистор – в приведенных схемах он, почему то, отсутствовал.
Как человек далекий от радиотехники, я на собственном опыте сталкивался с проблемой подбора ИП и сгоревших светодиодов, поэтому приведу некоторые рекомендации, что бы сэкономить деньги моделистов и помочь избежать «перегорания».
Основная ошибка многих - это подключение светодиодов напрямую к источнику питания (что делал раньше и я). Светодиоды необходимо включать в цепь через балластный резистор, который снизит силу тока и создаст комфортные условия для работы светодиода (рис. ниже). При этом стоит помнить, что светодиод – это полупроводниковый элемент, подключать который необходимо с соблюдением полярности.
К светодиоду должен быть последовательно подключен резистор. Резистор ограничивает ток, проходящий через светодиод. Без гасящего резистора светодиод может выйти из строя. Номинал резистора определяется по формуле:
Где:
Uпит – Напряжение источника питания, например батарейки или аккумулятора. В вольтах.
Uпад - Прямое напряжение светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 2 до 4 вольт). В вольтах.
I - Прямой ток светодиода взятого из его паспортных характеристик (обычно находится в пределах от 0,01 до 0,02 ампера). В амперах.
R - Номинал резистора в Омах.
Подставьте в указанную формулу величину напряжения питания, паспортные характеристики на ваш светодиод и получите требуемый номинал гасящего резистора в Омах.
Рассчитать необходимые параметры резистора в зависимости от применяемого типа светодиода (его напряжения питания и силы тока) помогут специализированные интернет-калькуляторы, которые читатель может найти в сети (Например - http://led-obzor.ru/raschet-rezistora-dlya-svetodioda-kalkulyator).
Есть и графический метод расчета схем подключения одного, либо одновременно подключенных двух или трех светодиодов. Например в статье https://www.inventable.eu/2013/03/20/066-metodo-grafico-para-calcular-la-resistencia-de-los-leds/
Автор приводит графики для белых, синих и зеленых светодиодов (Vled = 3,6 В Iled = 20 мА), а так же для красных, оранжевых или желтых светодиодов (Vled = 1,8 В Iled = 20 мА). Указанные графики рассчитаны на светодиоды высокой яркости с рабочим током 20 мА.
Авторы указанных статей отмечают, что, как правило, придется изменять полученное значение сопротивления, чтобы адаптировать его к коммерческим значениям. Например, значение, полученное как 190 Ом, может быть без проблем заменено значением 180 Ом – более распространенное в продаже.
Касаясь использования источника питания (ИП) для модели, которую предполагается относительно длительное время выставлять в экспозиции какого-либо конкурса – позволю себе смелость рекомендовать распространенные переносные (карманные) ИП для смартфонов (телефонов) с выходным напряжением 5 вольт и разъёмом USB. Такие ИП широко представлены в магазинах и помимо своего прямого назначения – заряжать телефоны – могут прекрасно использоваться для питания модели со светодиодами. Собрать такую схему по плечу даже начинающему мастеру (рис. ниже) используя ненужный шнур с разъёмом USB.
Единственное условие – требуется соединить выводы D- и D+ (рис. 5) с выводами «-» и «+» разъёма USB (который продается там же, где и светодиоды) через резисторы или перемычкой. В противном случае ИП не сможет опознать Вашу схему со светодиодами как телефон и через несколько секунд автоматически отключится. Рекомендую предварительно поискать информацию в сети для подключения конкретного ИП. Ссылки на некоторые из сайтов, посвященных такому подключению, привожу в конце.
В случае затруднения в подборе конкретного ИП, а так же для их подключения к конкретным схемам светодиодов - рекомендую обратиться к мастерам, благо таких специалистов можно найти на радиорынках, магазинах радиодеталей и сервисных центрах.
Вместе с тем сейчас распространены компактные аккумуляторы, используя которые можно собрать любой ИП. Для тех, кто решил использовать батарейки (аккумуляторы) привожу схемы на 9 вольт. По способу расчета и подключения балластного резистора - они не отличаются от описанных выше.
Для более стабильной работы ИП на аккумуляторах (или батареях) – я собираю их последовательно (либо параллельно – если надо добиться более высокого тока) в общую батарею, с запасом по напряжению, например 8-12 вольт (при необходимых мне 5-ти вольтах), а для стабилизации и получения на нужного напряжения – ставлю интегральный линейный стабилизатор, например КР142ЕН5А (или импортный аналог).
Более интересные схемы – сочетание светодиодов и пучка световодов – для создания разнообразных световых рисунков. Обращаю внимание, что световод, хотя и достаточно гибкий элемент, не допускает резких перегибов и чувствителен к нагреванию и агрессивным клеям.
Примеры работ ряда моделистов:
Для моделистов, которые уверенно владеют паяльником (а этот навык необходим и для использования фототравления) – рекомендую простейшие электронные схемы для создания специальных цветовых рисунков. Их схемы можно найти в сети, а детали купить по отдельности или приобрести готовые конструкторы. Например – схема, в которой светодиоды поочередно зажигаются, создавая эффект «бегущей точки».
В заключении:
Обращаю внимание моделистов на необходимость соблюдения правил безопасности при работе с высоким напряжением, нагревательными элементами, а так же тщательной изоляции цепей.
Все описанное является компиляцией опыта использования светодиодов другими авторами, положенного на элементарные знания школьного курса физики.
Буду признателен за конструктивную критику и примеры использования.
С Уважением, Виктор Цымбал (Москва-Ступино)
При подготовке статьи использовались:
https://mavius.mavjuz.com/projects/led/ расчет резисторов в цепи светодиодов
http://www.talkingelectronics.com/projects/30%20LED%20Projects/30%20LED%20Projects.html расчет резисторов в цепи светодиодов, а так же простые схемы подключения
http://www.talkingelectronics.com/projects/30%20LED%20Projects/30%20LED%20Projects.html
https://www.inventable.eu/2013/03/20/066-metodo-grafico-para-calcular-la-resistencia-de-los-leds
https://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/16519642/LEDs-otro-modo-de-saber-el-valor-de-la-resistencia.html графический метод расчета сопротивления в цепи светодиода
http://www.instructables.com/id/Choosing-The-Resistor-To-Use-With-LEDs/ расчет сопротивления резистора в цепи светодиода
http://rones.su/techno/usb.html статья о разъёмах USB
http://rones.su/techno/zaryadka-mobilynika-po-usb.html зарядка гаджетов через блоки питания
http://rones.su/techno/5v_gadget_supply_and_charging.html питание и заряд 5V-гаджетов
http://ca.flippity.com/buy/Engine-Light-Control-Board-for-Star-Wars-Revell-Zvezda-1-2700-Star-Destroyer-292477243813 электронный конструктор для подсветки модели «Звездного разрушителя».
Для иллюстрации использовались работы с различных модельных сайтов, в т.ч. Каропка, Скала и т.п. Приношу извинения, если не указал конкретное авторство, но URL Вам в помощь.