Моя електроніка

                                                                                                                                                                U=IR. You do not know Ohm's law - stay at home!

                                              LED і його застосування.

   Увага! Важливо знати, що безпосереднє підключення світлодіода до джерела напруги може викликати протікання через нього струму, що перевищує гранично допустимий, перегрів і миттєвий вихід з ладу. У найпростішому випадку (для малопотужних індикаторних світлодіодів) токоогранічительний ланцюг являє собою резистор, послідовно включений з світлодіодом.

    Світлодіод - це електронний прилад, який випромінює потік світлових хвиль певної довжини хвилі. Є дуже велика кількість різного роду світлодіодів. Але не все відразу. Будемо вивчати цю тему поступово і з розумінням процесів, що відбуваються. Позначення світлодіода показаний на мал.1

                 Мал.1

   
   Для освещения будем использовать светодиоды с рабочим напряжением 3 Вольта. Схема подключения светодиода показана на мал.2

                 Мал. 2

 Зліва показаний елемент живлення світлодіода. Тут застосовується акумулятор Li-Ion c номінальною напругою 3,7 Вольта і ємністю 4200 мА / год і світлодіод з робочою напругою 3 Вольта і номінальним струмом 20 мА. Додатковий опір розраховуємо за законом Ома. Але тут потрібно врахувати що напруга акумулятора коливається в межах (допустимих) від 2.75 до 4.2 Вольта. Щоб струм світлодіода ні більше 20 мА потрібно розрахувати опір на максимальне допустиме напруження акумулятора 4,2 В. З цього випливає:

R = U/I = 4.2/0,02 = 210 Ом

Вибираємо опір з ряду номіналів опорів 200 і 220 Ом. Тут краще вибрати опір номіналом 200 Ом так як не завжди акумулятор буде в максимально зарядженому стані і світлодіод від перебільшення струму на кілька одиниць мА НЕ буде перевантажений.

    Тепер потрібно розрахувати потужність опору

P = UI 

Ur = Uak – Ucв = 4,2 – 3 = 1.2 Вольта.

Pr = 1.2 x 0,02 = 0,024 Вт.

Можна вибрати резистор потужністю 0.05 Вт або більше.

Основна схема роботи світлодіода готова. Вона показана на мал. 3

               Мал. 3

   У підсумку маємо готову схему світлодіодного акумуляторного ліхтаря.

                                 Трохи міркувань.

   Давайте розглянемо схему представлену на мал. 3 і спробуємо проаналізувати її.

   Найвразливіша деталь в створеному пристрої це світлодіод (LED - далі). Тому потрібно бути впевненим на всі 100%, що він (LED) буде працювати і не вийде з ладу через перенапруження або недбалого поводження при роботі з подібними деталями. А горить він миттєво! Якщо не дотримуватися умов вимог до експлуатації LED. Тому перше, що потрібно, це знати який LED придбаний. Про це можна дізнатися в технічній характеристиці приладу або у продавця. І не тільки дізнатися, а бути впевненим, що ваш прилад саме той а не інший.

   Основні параметри LED - номінальна робоча напруга і номінальний струм.

Номінальна робоча напруга різних LED може бути від 1,63 до 4.4 Вольта, але зараз можливо і більше. Струми теж різні в залежності від випромінюваної потужності. Тому дуже важливо не помилитися! А для того потрібно не тільки знати але і розуміти закон Ома. Інакше справи далі не підуть.

   Іншим важливим приладом є акумулятор. Для акумуляторів різних видів теж існують різні правила експлуатації. У нашому випадку використовується Li-Ion акумулятор ємністю 4200 мА і номінальною робочою напругою 3.7 В. Правила експлуатації цього акумулятора теж існують. Перше - не допускати розряду акумулятора більш ніж 40% його ємності. Друге - не заряджати акумулятор більш ніж до 4.2 В. Це основні правила для продовження терміну служби акумулятора. Далі спробуємо задовольнити ці вимоги автоматично за допомогою електроніки.

                                                                                                                                                                  U=IR. You do not know Ohm's law - stay at home!

                                           Стабілізація струму світлодіода.

   Спробую пояснити це на слідуючому прикладі:

Виходячи з закону Ома напишемо формулу кола для схеми мал. 3 при замкнутому ключі.

                                     E=I(R1+Rд+r вн.),

де R1 - постійний опір для обмеження струму діода;

     Rд - динамічний опір LED;

      r вн. - внутрішній опір акумулятора.

І приведемо нову схему (з програми KiCad) мал. 4 для проведення розрахунків електричних кіл схеми

       

                                      мал. 4

Вибираємо любий, перший попавший, світлодіод з KiCad (SFH4546) і відкриваємо його Datasheet для визначення параметрів D1 (мал. 4) https://html.alldatasheet.com/html-pdf/896582/OSRAM/SFH4546/150/1/SFH4546.html. Для розрахунку даного електричного кола нам потрібно вибрати наступні параметри діода:

   Прямий струм: IF = 100mA (дані з таблиці Версія 1.3);

   Пряма напруга (IF = 100mA, tP =20mS) (typ(max)):  VF = 1,5(≤1,8)V.

                                 Трохи міркувань.

   У даташиті потужного інфрачервоного випромінювача (940 нм) SFH 4546 є дуже багато різних технічних параметрів, які потрібні при його використанні і завжди використовуються у різних технічних розрахунках. У нашому випадку ці параметри ми ігноруємо тому, що наше завдання розрахувати обмежуючий опір R1, R2 для нормальної роботи  SFH 4546 при подачі напруги від акумулятора BT1.

Складаємо формулу для розрахунку типового струму приладу SFH 4546 IF = 100mA при подачі номінальної напруги від акумулятора BT1 E = 3,7V:

                  E = IF(R1+Rд+r вн.) = IF×R1 + IF×Rд + IF×r вн.

Тут IF×Rд це VF = 1,5, а IF×r вн можна проігнорувати. Бо внутрішній опір номінально зарядженого акумулятора складає соті Ома при струмі нагрузки IF = 100mA. Ітак, формула приймає кінцевий вид для розрахунку обмежуючого опору.

                   

                    E = IF×R1 + 1,5

                    3,7 = 0.1×R1 +1,5 .

                    3,7 - 1,5 = 0,1×R1

                    R1 = (3,7 - 1,5) / 0,1 = 22 Ohm

 Завдання виконано. Остаточна схема приймає слідуючий вид (мал. 5):

 

                                               мал. 5

   Отже, по колу GND, (-)BT1, (+)BT1, опір R1 22 Ohm, кнопка SW1, анод SFH 4546, катод SFH 4546, GND потече струм IF = 100mA. В результаті, прилад SFH 4546 буде працювати при максимально можливому струмі IF = 100mA. Він буде випромінювати невидимі коливання довжина хвилі яких λ = 940 нм. Світіння можна побачити коли направити камеру мобільного пристрою на прилад. Хоча зараз вже є камери які не реагують на інфрачервоне випромінювання. Але їх мала кількість. Можна використати старий мобільний телефон.

 https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%86%D0%BD%D1%84%D1%80%D0%B0%D1%87%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%BE%D0%BD%D0%B5_%D0%B2%D0%B8%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BC%D1%96%D0%BD%D1%8E%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F

   А тепер про акумулятор. Ми використовуємо акумулятор Li-Ion 3.7V, 4200 mA/H, максимальна напруга якого, при повному можливому заряді буде становити 4,2V.

   Отже, подивимося як поведе себе прилад SFH 4546 у розрахованій схемі при напрузі BT1 E = 4,2V.

   Використовуємо формулу

             

             E = IF(R1+Rд+r вн.) 

 P.S   Це тільки початок. Далі буде.