pierwsze kroki

• LEDy – jak wykonać pierwsze lutowanie?
• Jak połączyć nić przewodzącą prąd z koszyczkiem na baterie?
• Jak stworzyć "klocki" do prostego obwodu?

LEDy – jak wykonać pierwsze lutowanie?

Jednym z popularniejszych elementów w pracowni elektronicznej są LEDy (ang. light emitting diodes). Na początek skupimy się na tradycyjnych diodach świecących, czyli tzw. LED DIP (Dual In-Line Package). Diody te można łatwo podłączyć do obwodów elektronicznych dzięki wychodzącym z obudowy drucikom (nóżkom). LEDy DIP są trwałe i proste w użyciu. Wykorzystujemy je np. w elektronice hobbystycznej i wyświetlaczach.

LEDy mogą świecić na różne kolory, co zależy od materiału półprzewodnikowego, z którego dana dioda jest wykonana – to on określa długość fali światła (czyli kolor). Różne kolory diod wymagają różnych napięć do świecenia, np. czerwona około 1,8–2,2 V, a niebieska czy biała około 3–3,5 V. Zdarzają się też diody, w których to obudowa (element w kształcie kopuły) wpływa na kolor emitowanego światła. W tym drugim przypadku możesz przyjąć wspólne napięcie .... dla wszystkich kolorów

Co się stanie, kiedy dioda "dostanie" za dużo prądu? – spali się! Polecam sprawdzić to w praktyce, lecz najlepiej w przestrzeni online ;) Zobacz, jak stworzyć pierwszy układ w Arduino!

"Świecące przypinki" – nietoperz i dynia.

LEDy opisane pod kątem napięcia

DIP LED – z kolorowej obudowy wyprowadzone są 2 "nóżki" (tzw. piny połączeniowe). Dłuższa nóżka oznacza "+".

Poniżej opowiem krótko o tym, jak można wykonać swój pierwszy, świecący obwód – na przykładzie "oczu" świecących przypinek, które są tematem jednego z prowadzonych przez nas, międzypokoleniowych warsztatów.

1. Projekt zaczynam od wyboru koloru LEDów. Wiem już, że do dyspozycji mam (w tym przypadku) zasilanie 6V. Żeby diody się nie spaliły, muszę skorzystać z elementu, który ograniczy im dopływ prądu – ten element nazywamy rezystorem (opornikiem). Różne kolory świecenia to różne napięcie (a tym samym inny opornik). Bywa też tak, że napięcia nie starcza dla diod i wtedy nie są w stanie zaświecić. W poniżej znajdziesz podpowiedź odnośnie doboru opornika do diody (zgodnie z przyjętym zasilaniem 6V i łączeniem elementów układu w sposób szeregowy):
   
   czerwona (napięcie ok. 2.0V) ➡️ 100 Ω
   żółta (napięcie ok. 2.1V) ➡️ 91 Ω (najbliższy dostępny, może być 100Ω)
   zielona (napięcie 3.0V) ➡️ może zaświeci (nie potrzeba opornika)
   niebieska (3.2V) ➡️nie zaświeci
   biała (3.2V) ➡️ nie zaświeci
   
   Napięcie przewodzenia diod zielonej, niebieskiej i białej jest na tyle wysokie, że suma napięć 2 diod przekroczy napięcie baterii (6V). Chcąc skorzystać z tych kolorów możesz rozważyć zmianę układu na równoległy lub zwiększyć napięcia zasilania (np. 9V). Podsumowując, bezpiecznym wyborem będą tu czerwone i żółte diody, dla których możesz użyć tego samego rezystora 100Ω.
   
   

   Jeśli LEDy DIP mają tę samą diodę półprzewodnikową, a kolor świecenia zależy jedynie od barwy obudowy (kopułki z tworzywa), to ich napięcie przewodzenia (U_LED) będzie takie samo, niezależnie od koloru kopułki. To znaczy:

   • LEDy o strukturze czerwonej, żółtej lub zielonej mają napięcie przewodzenia w zakresie 1.8–2.2V ➡️ 100 Ω
   • LEDy o strukturze niebieskiej lub białej mają napięcie przewodzenia w zakresie 2.8–3.5V ➡️ nie potrzeba rezystora, ale mogą nie zaświecić (przy tym zasilaniu i układzie szeregowym).
   
   
2. Przygotowuję pozostałe elementy: 
   - koszyczek na baterie (jeszcze bez baterii),
   - wycięta ze sklejki podkładka ułatwiająca lutowanie,
   - wycięte ze sklejki "guziki" ułatwiające lutowanie,
   - dobrze oświetlone stanowisko do lutowania: lutownica, odciąg, podkładka zabezpieczająca stół, spoiwo lutownicze, kalafonia, okulary ochronne,
   - szczypce ("krokodylki") do zdjęcia izolacji z przewodów w koszyczku.
   Od razu też podłączam stację lutowniczą do prądu. Lutownicę rozgrzewam do ok. 320°C dla cyny ołowiowej lub do ok. 350°C dla cyny bezołowiowej. Kiedy lutownica się nagrzewa, wykonuję kolejne kroki.
   

   Na zdjęciu (od góry): opornik, diody, "guzik" ułatwiający lutowanie, podkładka ułatwiająca lutowanie.

   Stacja lutownicza z funkcją lutowania – soldering i nadmuchu – hot air. Jeśli korzystasz z takiej stacji, pamiętaj aby wyłączyć nadmuch!

   
   
3. Montaż diod do "guzików" wykonuję zgodnie z poniższymi rysunkami. Zwróć uwagę, że dłuższy pin jest po tej stronie, gdzie na "guziku" widnieje znak (+). W kolejnych krokach pokażę co to znaczy i jak wpływa na przepływ prądu.
   
   
4. Obsadzone w guzikach diody umieszczam w sklejkowej podkładce ułatwiającej lutowanie. Pierwszy lut wykonuję w miejscu, gdzie spotykają się ze sobą "nóżki" obu LEDów. 
   
   
5. Dodaję rezystor odpowiedni do koloru moich diod, owijam go wokół jednej z "nóżek" i również lutuję. Tak samo robię z przewodami wychodzącymi z koszyczka.
   

   Położenie rezystora jest tu dowolne (bo zadziałałby niezależnie od miejsca), ale dla ułatwienia polecam umieścić go po stronie z oznaczeniem (+).

   Z koszyczka wychodzą 2 przewody. Czerwony oplot (osłona) oznacza biegun dodatni (+), a czarny - biegun ujemny (-). Dzięki temu unikamy pomyłek podczas podłączenia zasilania a w obwodzie prąd płynie prawidłowo*.

   Użyłam termokurczliwych osłonek, które nasunęłam na przewody jeszcze przed lutowaniem. Następnie owinęłam przewód w czerwonej osłonie wokół rezystora a przewód w czarnej osłonie wokół "nóżki" z oznaczeniem (-).

   *Uwaga: Umowny kierunek prądu to przepływ od bieguna dodatniego (+) do ujemnego (-), ale w rzeczywistości elektrony przemieszczają się odwrotnie – od minusa do plusa. Prawidłowy przepływ prądu oznacza, że elementy elektroniczne, takie jak diody LED, są podłączone zgodnie z ich biegunowością: anoda do plusa, katoda do minusa, aby mogły poprawnie działać i świecić.
   
   
6. Do koszyczka wkładam baterie i sprawdzam, czy układ działa. Jeśli nie, sprawdzam kolejne luty i oznaczenia biegunów (lub baterie ;). Jeśli wszystko jest ok, wyłączam zasilanie a na odkryte przewody nasuwam opaski termokurczliwe (lub owijam taśmą izolacyjną).
   

   Robię pierwszy test świecenia – wszystko działa :)

   Nasuwam "termokurczki" na odkryte przewody.

   Podgrzanie zapalniczką sprawia, że opaski termokurczliwe (pod wpływem ciepła) zaciskają się na przewodach.

   Pierwsze lutowanie gotowe! Kolejne kroki przygotowania "świecącej przypinki" znajdziesz w tym rozdziale.

Jak połączyć nić przewodzącą prąd z koszyczkiem na baterie?

Nić przewodząca prąd to specjalny rodzaj nici, który umożliwia przewodzenie prądu elektrycznego. Zazwyczaj jest wykonana z włókien pokrytych cienką warstwą srebra lub zrobiona ze stali nierdzewnej. Dzięki temu może być wykorzystywana do tworzenia obwodów elektrycznych w e-tekstyliach i inteligentnych ubraniach. Nić działa poprzez przewodzenie prądu elektrycznego na podobieństwo metalowych przewodów, umożliwiając zasilanie urządzeń elektronicznych włączonych w strukturę tkaniny.

Na warsztatach nici przewodzące mają wiele zastosowań. Korzystamy z nich np. podczas warsztatu szkolnego "Świecące gwiazdozbiory" i na jego przykładzie opiszę, jak to robimy!

Przed rozpoczęciem zajęć, osoba prowadząca przygotowuje nici, łącząc je z przewodami wychodzącymi z koszyczka za pomocą prostej techniki splotu, tworząc warkoczyk. Ten splot zapewnia stabilne połączenie i płynne "przejście" przewodu w nić.

1. Przewód odsłaniam: za pomocą szczypiec zdejmuję fragment izolacji.	2. Jeśli trzeba, odcinam końcówkę odsłoniętego przewodu.	3. Staram się uzyskać efekt jak przy przewodzie w czerwonej izolacji.
4. Na każdym końcu rozdzielam przewody na 2 równe części. Dokładam nić przewodzącą prąd, przyciętą na ok. 30 cm.	5. Nić można przykleić delikatnie do przewodu za pomocą taśmy papierowej.	6. Nić zaplatam z pozostałymi 2 częściami jak warkocz.
7. Zwróć uwagę na położenie opaski termokurczliwej.	8. Kiedy nić i przewód są już splecione, na całość nasuwam zabezpieczenie - opaskę termokurczliwą lub całość zaklejam taśmą izolacyjną.

 

Jak stworzyć "klocki" do prostego obwodu?

W tym rozdziale dowiesz się, jak przerobić elementy układu (koszyczki, rezystory) w taki sposób, by można było "budować" z nich jak z klocków!

Za przykład posłużą nam elementy warsztatu "Świecące gwiazdozbiory".

1. Przygotuj następujące elementy/narzędzia do stworzenia "klocków" obwodu:

• 1x pasujący do diod i zasilania rezystor (u mnie 100 ohmów),
  

• 1x koszyczek na 2 baterie CR 2032 3V (w sumie zasilanie 6V),
• 2x przewód typu Jumper (jak do Arduino), żeńsko-żeńskie, najlepiej w kolorze czerwonym i czarnym,
• pasujące do przewodów opaski termokurczliwe lub taśma izolacyjna,
• automatyczny ściągacz izolacji,
• cążki,
• nożyczki,
• dobrze oświetlone stanowisko do lutowania,
• lutownica lub stacja lutownicza, 
• podkładka do lutowania,
• odciąg,
• trzecia ręka,
• spoiwo lutownicze z topnikiem,
• kalafonia,
• zapalniczka.

2. Do stworzenia "gwiazdozbioru" przygotuj ponadto:

• 2x dioda w 1 kolorze, np. żółtym,
• 2x element do obsadzenia każdej z diod,
• 2x bateria CR2032 3V,
• pozostałe elementy jak w opisie warsztatu "Świecące gwiazdozbiory".

Poniżej znajdziesz kroki tworzenia "klocka" zasilającego, czyli podłączenia przewodów do tych wychodzących z koszyczka:

1. Ściągam izolację z przewodów koszyczka.	2. Zdejmuję niepotrzebną część izolacji i delikatnie nią obracam.	3. Tak wygląda porównanie przewodów – czarna izolacja jest w trakcie zdejmowana, czerwona czeka na ściągnięcie.	4. Tak wygląda porównanie przewodów skręconych (czarna izolacja) i nieskręconych (czerwona).
5. Jumpery rozcinam na pół.	6. Zdejmuję izolację z przewodów – jak w kroku 1.	7. Przewody delikatnie rozdzielam i zdejmuję z nich niepotrzebną część izolacji – jak w kroku 2.	8. Na przewody wychodzące z koszyczka nakładam opaski termokurczliwe. Skręcam ze sobą odkryte części każdego z przewodów z częścią Jumper'a.
9. Tak powinien prezentować się koszyczek w trakcie przerabiania.	10. Tak powinno wyglądać miejsce łączenia przewodów. Zwróć uwagę na nasuniętą wcześniej opaskę termokurczliwą.	10. Przygotowuję stanowisko do lutowania – pomaga mi w tym trzecia ręka. Zdjęcie przedstawia analogiczne łączenie rezystora z Jumperem.	11. Podczas lutowania staram się nakładać niezbyt dużo spoiwa [temp. 300*C dla spoiwa z topnikiem].  Zdjęcie przedstawia analogiczne łączenie rezystora z Jumperem.
12. Na zlutowany fragment nasuwam opaskę termokurczliwą i zabezpieczam całość. Zdjęcie przedstawia analogiczne łączenie rezystora z Jumperem.	13. Tak prezentuje się gotowy obwód☺

Jak połączyć "klocki" w całość - rozwinięcie opisu do kroku 13. z powyższej instrukcji:

Potrzebuję koszyczka baterii oraz rezystora z dolutowanymi żeńskimi końcówkami od Jumper'ów. Przewód w czerwonej izolacji łączę z dłuższą nóżką diody (plus) obsadzonej w elemencie montażowym. Do krótszej nóżki (minus) podłączam rezystor. Do wolnej nóżki rezystora podłączam kolejną obsadzoną diodę (od strony dłuższej nóżki). Pozostałą, krótszą nóżkę diody (minus) łączę z przewodem w czarnej izolacji. W ten sposób powstaje prosty układ szeregowy. Diody staną się wkrótce symbolami dwóch najjaśniejszych gwiazd w wylosowanym przez osobę biorącą udział w warsztacie gwiazdozbiorze. Więcej o warsztacie "Świecące gwiazdozbiory" przeczytasz tutaj [link].

 

Jak obsadzić diody w elementach mocujących ("guziki"):