Οδηγός για κατασκευές με LED - Modelclub.gr - Μοντελισμός & Hobby

Οδηγός για κατασκευές με LED

Article Index

Αποφάσισα να γράψω ένα άρθρο για κατασκευές με LED/SMD και πιστεύω ότι θα χρησιμεύσει σαν οδηγός σε πολλούς μοντελιστές. Δεν νομίζω ότι θα καταφέρω να αποφύγω κάποιες τεχνικές αναφορές (που προφανώς είναι αυτονόητες σε αυτούς που έχουν ασχοληθεί με τα βασικά ηλεκτρονικά), θα προσπαθήσω όμως να τα περιγράψω όσο το δυνατόν ποιο απλά για να είναι κατανοητό σε όλους.

Η προσθήκη φωτισμού στον στατικό μοντελισμό δεν είναι καινούργια μόδα, έχουν γίνει πολλές προσπάθειες, υπάρχουν ήδη κάποιες εταιρίες που βγάζουν κιτς είτε για συγκεκριμένα μοντέλα η σετ γενικής χρήσης. Η όλη ιδέα ξεκίνησε πρώτα από την ανάγκη στα Τηλεκατευθυνόμενα (RC) μοντέλα που είναι και λογικό για να υπάρχει ακόμα περισσότερη αληθοφάνεια του μοντέλου υπό κλίμακα. Σχεδόν παράλληλα ξεκίνησαν και διάφορες πατέντες για τα Τραίνα υπό κλίμακα μοντέλα για τον ίδιο λόγο.

Στον στατικό μοντελισμό τα πράγματα είναι ποιο δύσκολα και αυτό γιατί οι κλίμακες είναι αρκετά μικρότερες, τα μοντέλα είναι στατικά άρα θέλει πολύ προσοχή κατά την διάρκεια κατασκευής και στην επιλογή των υλικών. Το αποτέλεσμα της προσθήκης φωτισμού στον στατικό μοντελισμό μπορεί να απογοητεύσει και να χαλάσει το συνολικό αποτέλεσμα σε ένα μοντέλο. Παρακάτω θα δούμε τι χρειάζεται να προσέξουμε για να αποφύγουμε ένα ‘κακό‘ αποτέλεσμα αναλύοντας τεχνικές, εργαλεία και υλικά που θα μας λύσουν τα χέρια. Προσωπικά η προσθήκη φωτισμού δεν είναι πάντα αναγκαία και είναι ανάλογα με το μοντέλο που έχουμε επιλέξει, αλλά αν γίνει σωστά και την δούμε ως μέρος της κατασκευής ενός μοντέλου τότε η ευχαρίστηση κατά την διάρκεια της κατασκευής αλλά και σαν τελικό αποτέλεσμα θα μας μείνει αξέχαστο.

Καταρχήν να ξεκινήσουμε από τα βασικά και την θεωρία για αυτούς που δεν έχουν ασχοληθεί η δεν έχουν καθόλου σχέση με το αντικείμενο. Θα μιλήσουμε πρώτα για τα LED αναλύοντας όχι σε βάθος τα τεχνικά χαρακτηριστικά, αλλά περισσότερο τις κατηγορίες και τι χρειάζεται να προσέχουμε όσο αναφορά την επιλογή των υλικών. Το LED (Light-Emitting Diode) είναι ουσιαστικά μια δίοδος με χαμηλή ισχύ κατανάλωσης, λειτουργεί με χαμηλή τάση και έχει μεγάλη διάρκεια ζωής (Οι τυπικές ώρες διάρκειες ζωής που αναφέρονται είναι από 25.000 έως 100.000 ώρες συνεχόμενης λειτουργίας) σε σύγκριση με τους λαμπτήρες. Αναγκαστικά πρέπει να αναφερθούν τα βασικά στοιχεία γιατί ποιο παρακάτω θα είναι ποιο εύκολο να κατανοήσουμε τι θα μας βολεύει στην κατασκευή. 

Τύποι των LED:

Υπάρχουν πολλά και διαφορετικά μεγέθη (με τυπικότερα τα 3, 5 και 10mm, μικρότερο το 1.8mm), χρώματα (με τυπικότερα το Κόκκινο, Πορτοκάλι, Κίτρινο, Πράσινο, Μπλε και Άσπρο) και σχήματα (με τυπικότερα το άνω κυκλικό, άνω επίπεδο) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυτούσια η με μετατροπή (με λείανση του εποξικού μέρους αρκεί να μην πλησιάσουμε πολύ κοντά στα πλαίσια των αγωγών) στο μοντέλο μας.  

Υπάρχουν και τα RGB LED  (με 2 η 4 ακροδέκτες) που αποτελούνται από ένα κόκκινο, ένα πράσινο και ένα μπλε LED, που ανάλογα την επιλογή ακροδέκτη η την τάση στα άκρα τους παράγουν διαφορετικά χρώματα. Τα RGB LED δεν θα τα εξετάσουμε γιατί στον μοντελισμό δεν θα μας βολέψουν και πολύ λόγω του περιορισμού σχημάτων και αποτέλεσμα των αποχρώσεων τους γιατί εξαρτάται άμεσα από την ακριβής τιμή τάσης στα άκρα των ακροδεκτών τους για το κάθε χρώμα ξεχωριστά. 

SMD (SMT) LED

Τα SMD LED είναι μια κατηγορία που και από το όνομα τους Surface Mount Device (της λεγόμενης επιφανειακής στήριξης) θα μας είναι πολύ χρήσιμα. Αυτό γιατί είναι διαθέσιμα σε πολύ μικρά μεγέθη ξεκινώντας από το μικρότερο που υπάρχει στην αγορά το 0201 (0.65 mm x 0.35 mm x 0.20 mm (L x W x H)) μέχρι αρκετά εκατοστά.

Τα συγκεκριμένα LED βγαίνουν σε διάφορα ‘πακέτα’ αλλά θα εξετάσουμε μόνο αυτά της καθαρά επιφανειακής στήριξης (είναι αυτά που βρίσκουμε LED Strips) και ο λόγος είναι γιατί είναι τα μόνο που οι ακροδέκτες βρίσκονται 180 μοίρες σε σχέση με την εκπομπή τους. Έχουν τα ίδια σχεδόν τεχνικά χαρακτηριστικά με τα απλά LED που είδαμε παραπάνω, πάντα όμως πρέπει να κατεβάζουμε τα χαρακτηριστικά τους για να είμαστε σίγουροι. Το μεγαλύτερο όμως μειονέκτημα τους είναι ότι είναι πολύ ευαίσθητα στην θερμότητα ειδικότερα κατά την διάρκεια της κόλλησης τους με το καλώδιο. Θα δούμε όμως παρακάτω τεχνικές αλλά και υλικά για να αποφύγουμε το ανεπιθύμητο αποτέλεσμα που είναι να τα καταστρέψουμε.

Συνδεσμολογία των LED (SMD LED):

Τα LED έχουν μια κάθοδο (-) και μια άνοδο (+), είναι η δύο ακροδέκτες που βλέπουμε στις παρακάτω στην φώτο. Ο ακροδέκτης της καθόδου (-) αναγνωρίζετε από την εγκοπή του εποξικού κέλυφους, από το μέγεθος του αγωγού (το μεγαλύτερο είναι πάντα η κάθοδος) και από το μάκρος του ακροδέκτη (αυτός με το μικρότερο μήκος), αντιθέτως αναγνωρίζουμε την άνοδο (+). Η συνδεσμολογία είναι πολύ απλή όπως διακρίνεται στο παρακάτω σχήμα και το μόνο που χρειαζόμαστε είναι μια πηγή ενέργειας (μπαταρία) και μια αντίσταση για τον περιορισμό του ρεύματος. Εδώ να επισημάνω αυτό που πολλές φορές για όσους έχουν καλή σχέση με τα ηλεκτρονικά καταλαβαίνουν τι σημαίνει “περιορισμός του ρεύματος” (Amps) ενώ στα γενικά ηλεκτρονικά η αντίσταση χρησιμοποιείται για τον περιορισμό της τάσης (Volts) και προφανώς θα μπερδεύει τους περισσότερους.  Καταρχήν η αντίσταση είναι πολύ σημαντικό να υπολογιστεί και αυτο δεν πρέπει να το ξεχνάμε, μετά από τον υπολογισμό και ανάλογα την μπαταρία μας μπορούμε και να την αποφύγουμε αν είμαστε μέσα στα επιτρεπτά όρια η ακόμα μπορούμε να την αποφύγουμε με άλλους έμμεσους τρόπους που θα δούμε παρακάτω. Για να μην αναλύσω όλη την Θεωρία εδώ ( η εδώ, η εδώ) μπορείτε ονλινε να υπολογίσετε την τιμή της αντίστασης του LED, αν δεν την υπολογίσουμε καθόλου τότε ανάλογα την τάση της μπαταρίας μας το LED απλά θα καεί η δεν θα φωτίσει το μέγιστο που μπορεί βάση των προδιαγραφών του . Η συνδεσμολογία των LED αν θέλουμε να συνδέσουμε παραπάνω από ένα γίνεται πάντα σε σειρά (αποφεύγουμε την παράλληλη σύνδεση, μην ξεχνάμε ότι ότι το LED είναι δίοδος/ημιαγωγός) για να αποφύγουμε ανεπιθύμητα αποτελέσματα και απόδοση κατά την διάρκεια της λειτουργίας τους. Ο υπολογισμός μπορεί να γίνει και απλά με τον νόμο του OHM (Rs=Vs-Vf/If)       

Αγορά και κόστος των LED:

Τα LED γενικά είναι πολύ φτηνά της τάξης τον 0.005 – 0.010 ευρό το κομμάτι, άρα μπορούμε εύκολα να προμηθευτούμε ονλινε σε σακουλάκια των 100 και πάνω. Προτιμάμε τα διάφανα αν είναι διαθέσιμα γιατί είναι καλύτερης ποιότητας συνήθως, έχουν ποιο σωστή απόδοση του χρώματος και χαρακτηριστικά όπως η εσωτερική τιμή αντίστασης και ρεύμα κατανάλωσης (πάντως δεν είναι απόλυτα δεσμευτικό).  

Τα SMD LED είναι και αυτά φτηνά της τάξης τον 0.015 – 0.030 ευρό το κομμάτι, άρα μπορούμε εύκολα να προμηθευτούμε ονλινε σε σακουλάκια των 100 και πάνω. 

Τι χρειάζεται να προσέξουμε για την επιλογή των LED πριν τα αγοράσουμε: 

  • Vf (Forward Voltage) Το κάθε χρώμα έχει διαφορετικό Vf (τυπικές τιμές είναι από 1.2 - 4 V) 
  • If (Forward Current) Η τυπική τιμή είναι τα 20mA. 

Αυτές τις τιμές πρέπει να τις ξέρουμε γιατί χρειάζονται για τον υπολογισμό της αντίστασης στον θετικό ακροδέκτη του LED.  

Ένα άλλο σημείο που πρέπει να προσέξουμε είναι η οπτική γωνία (viewing angle) των LED που θα αγοράσουμε. Αυτό είναι κατανοητό γιατί απλά θέλουμε το αποτέλεσμα να δείχνει όσο το δυνατόν ποιο αληθοφανές, το παράδειγμα των Navigation Lights ενός αεροπλάνου έχουν διαφορά όπως διακρίνεται και στις παρακάτω φώτο:  

Tips and Tricks:

  • Μεγαλύτερο If (Forward Current) του LED, μεγαλύτερη απόδοση φωτεινότητας. 
  • Μεγαλύτερο If (Forward Current) του LED, μεγαλύτερη κατανάλωση μπαταρίας.  
  • Μικρότερο If (Forward Current) του LED, λιγότερη τάση έναρξης φωτισμού και κατανάλωση μπαταρίας. 
  • Μικρότερο If (Forward Current) του LED, το κόστος ανεβαίνει πολύ (<1000%) και λιγότερα διαθέσιμα μεγέθη και σχήματα.  

Για τον μοντελισμό, το μικρότερο If (Forward Current) είναι καλύτερα αλλά τυπικά τα 20mA κάνουν γιατί αν βρείτε χαμηλότερα από τα 20mA, θα είναι ποιο ακριβά και ουσιαστικά η φωτεινότητα και η κατανάλωση έτσι και αλλιώς ρυθμίζονται από  την αντίσταση του περιορισμού ρεύματος που θα χρησιμοποιήσουμε.  

Άλλωστε για τις κλίμακες που δουλεύουμε η μεγαλύτερη απόδοση φωτεινότητας είναι σχετική και δεν χρειάζεται, εξάλλου θα δημιουργήσει και άλλα προβλήματα όπως το φως να είναι ορατό και από τα μέρη του πλαστικού ακόμα και αν η απόχρωση του χρώματος που έχουμε χρησιμοποιήσει είναι σκούρα. 

Με μια 3Volts μπαταρία τύπου κουμπιού μπορούμε να τεστάρουμε τα LED μας άμεσα και χωρίς την αντίσταση (Γιατί το Vf έχει πολύ μικρή διαφορά με τα 3Volts της μπαταρίας) και χωρίς να καεί το LED, για μόνιμη εγκατάσταση πρέπει να υπολογίσουμε την αντίσταση όπως αναφέρθηκε πρωτύτερα.  

Καλωδιώσεις, γραμμές μεταφοράς και βάσεις των LED:

Η καλωδίωση είναι ένα από τα δύσκολα κομμάτια της κατασκευής και δεν αρκεί το γεγονός ότι έχουμε την δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε διαφορετικά και πολύ μικρά μεγέθη καλωδίων. Το να περάσουμε τα καλώδια από τα μέρη του κιτ μας είναι εύκολο και μπορούμε να τα στηρίξουμε με ταινία, κόλλα κ.α. Το δύσκολο κομμάτι είναι η ένωση με τα LED (ειδικότερα αν είναι SMD LED) και αυτό γιατί όπως θα διαπιστώσετε μετά απο εξάσκηση για καλύτερα αποτέλεσμα πρώτα πρέπει να τοποθετηθεί το LED με την χρήση βάσης αν χρειάζεται που πρέπει να την φτιάξουμε μόνοι μας, εκτός και αν το κιτ που έχουμε επιλέξει έχει αποσπόμενη βάση και επιπλέον διάφανο σκέλος, τότε σε αυτήν την περίπτωση με μια σχετικά απλή μετατροπή μπορούμε να τοποθετήσουμε το LED. Αν έχουμε ήδη κολλήσει τα καλώδια τότε τα πράγματα δυσκολεύουν, ειδικά στις μικρότερες κλίμακες. 

Ας δούμε όμως πρώτα τα καλώδια που μπορούμε να δουλέψουμε, φυσικά όσο μικρότερα σε διάμετρο τόσο το καλύτερο για να χωρέσουν εύκολα και στα ποιο δύσκολα σημεία. Ένα από τα ποιο δημοφιλές στάνταρτ είναι το Αμερικάνικο AWG, και σαν οδηγό τα νούμερα AWG32 (0.202mm) και πάνω (AWG40 = 0.0799mm) είναι μια καλή αρχή και σχετικά εύκολο να βρεθούν στην αγορά αλλά δεν είναι και πολύ φτηνά ανά μέτρο.  

‘Αλλα καλώδια που είναι πάρα πολύ βολικά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν και εξωτερικά ανάλογα το κιτ είναι το πηνιοσύρμα που θα βρούμε εύκολα και σε μικρότερες διατομές από την προηγούμενη κατηγορία, αυτό γιατί το συγκεκριμένο υλικό είναι varnish shielded με πολύ λεπτή επικάλυψη και χωρίς το πλαστικό περίβλημα της παραπάνω κατηγορίας. Φτηνή και πολύ καλή λύση!   

Άλλη μια πολύ καλή λύση στο θέμα καλωδιώσεις, γραμμές μεταφοράς είναι η Conductive Wire Glue Paint (Αγώγιμη κόλλα) που σε πολλές περιπτώσεις είναι το καλύτερο όπλο μας. Θα το αναλύσουμε παρακάτω αλλά αξίζει να σημειώσουμε ότι μπορεί να αντικαταστήσει εντελώς τα καλώδια, να βαφτεί και να περαστεί με βερνίκι ανάλογα τι φτιάχνουμε, σε ποιο σημείο (εσωτερικά/εξωτερικά) και πόσο φαρδιές γραμμές έχουμε την δυνατότητα να κάνουμε καθώς η αγωγιμότητα αυξάνετε γραμμικά. Το μεγαλύτερο πάχος της γραμμής δεν θα μας δώσει καλύτερα αποτελέσματα αγωγιμότητας από το μεγαλύτερο πλάτος, άλλωστε θέλουμε οσο το δυνατόν λεπτότερες γραμμές ειδικά αν κάνουμε εξωτερική εργασία που αργότερα θέλουμε να την καλύψουμε με χρώμα.  

Tips and Tricks:

Πολύ χρήσιμο το πηνιόσυρμα αλλά έχει λίγο ιδιαιτερότητα στο να το κολλήσουμε με τα LED. Θέλει καλό καθαρισμό στην άκρη του (με κάψιμο η λείανση) για να τραβήξει ο χαλκός την απαραίτητη ποσότητα Καλάι ώστε να πετύχουμε γρήγορη και ακριβής κόλληση με τα LED. Χωρίς βάση με τσιμπιδάκια η τοποθέτηση με ταινία η κόλληση για έναν αρχάριο θα είναι πραγματικός μπελάς.  

Εργαλεία και Υλικά:

Ίσως το ποιο σημαντικό κομμάτι από όλα όσα αναφέρθηκαν μέχρι στιγμής. Χωρίς τα κατάλληλα εργαλεία και υλικά για τις διαφορετικές τεχνικές που θα χρειαστεί να κάνουμε τότε οι προσπάθειες μας θα απογοητεύσουν και το ποιο πιθανόν είναι να τα παρατήσουμε.  

DMC Firewall is a Joomla Security extension!