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!

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.