2020年5月30日 星期六

LED 唯美樹葉形吊飾(下)

人手製作的吊飾雖不完美,但每片都十分獨特

上文講述   LED 吊飾的設計原理,並提供樹葉形吊飾的參考電路圖,今回詳述製作步驟和注意事項。

開始製作前,建議先用繪圖軟件繪畫樹葉外形,與及定出零件擺放位置。筆者已為大家準備一個焊接模板(圖一),可按連結下載:JPG  | PDF 檔


圖一:LED 樹葉形吊飾焊接模板

在此重覆所需材料和工具:

主要材料及數量:(圖二)
l   0.8 mm 黃銅線,約   35 cm
l   0805 綠色   LED 貼片,
l   0805 貼片電阻   330 Ohm
l   3V 鋰錳鈕扣電池(型號:CR2032),

輔助工具:(圖三)
l   剪鉗
l   鑷子
l   雙面膠紙
l   助焊膏(非必需)
l   麥克筆


圖二:所需材料

圖三:輔助工具(最上方為助銲膏)

製作過程

步驟一:
根據模板尺寸,將銅線分別屈出樹葉形、葉脈和連接圈(圖四)。

圖四:準備銅線組件

步驟二:
在模板上貼上雙面膠紙(圖五)。

圖五:貼上雙面膠紙

步驟三:
使用鑷子將銅線和零件擺放在雙面膠紙上,以固定位置。一般貼片   LED 其中一面標有三角形或類似符號,表示   LED 接腳極性。擺放零件時,印有符號的一面朝上,並需與模板中,綠色方塊上二極管符號方向一致。模板上的藍色方塊表示   300 Ohm 電阻,貼片上刻有數字「301」代表阻值。同樣,擺放時將印有數字的一面朝上。零件與零件、零件與銅線間宜緊貼,虛位不應太多(圖六)

圖六:擺放銅線及零件

步驟四:
正式焊接。筆者建議先將   LED 與電阻焊接。如有需要,可在零件接腳上塗少許助焊膏(松香)(圖七)。

圖七:薄塗助銲膏

將各組   LED 與電阻焊接後,可使用萬用電錶測試電阻與   LED 兩端是否焊接妥當。將電錶撥至歐姆 X 1 檔,黑針與紅黑針依圖與零件腳位接觸。如   LED 亮起表示焊接完整和零件工作正常(圖八)。

圖八:焊接後測試

步驟五:
將葉脈和電阻接腳,與及葉脈間的接口焊接(圖九)。

圖九:焊接葉脈和電阻

步驟六:
將各   LED 接腳與葉子外圍焊接(圖十)。

圖十:LED 與外圍焊接

完成焊接後,再次使用萬用電錶測試電路是否焊接妥當。將代表黑針與葉脈接觸,紅針則接於葉子外圍,此時,所有   LED 應同時亮起(圖十一)。

圖十一:電路整體測試

步驟七:
最後製作   形電池托。電池托三點接口與葉子外圍(負極)相接,效果如圖十二。如希望把托子底部(垂直連接到葉底的銅線)改為連接至葉子主脈(正極),需要以一電容相隔,否則會造成短路。

圖十二:製作電池托

步驟八:
最後插入電池,注意極性正確,電池托與電池負極接觸(圖十三)。所有   LED 亮起。

圖十三:插入電池

心將成品與膠紙分開。LED 樹葉形吊飾完成。圖十四為吊飾正面。

圖十四:完成後的吊飾正面

步驟九:(可略)
清潔底板專用的有機溶劑(例如:三氯乙烯),可去除表面殘留的松香,令銅線回復光亮。清洗後效果如圖十五(正面)及十六(背面)。至於銅線部分發紅是由於焊接過久引致,此情況不能復元。

圖十五:經清洗的吊飾正面

圖十六:經清洗的吊飾背面


吊飾在黑暗中發出神秘的綠光(圖十七)。穿上繩子,可掛在身上或作家居裝飾。

圖十七:在黑暗中發光的吊飾

製作建議及注意事項:
l   可選擇其他尺寸的鈕扣電池,但或需自行調整吊飾大小及電池托高度。另外,可選用充電式鈕扣電池代替一次電池,更為環保。
l   網上亦有類似作品,使用相同概念製作   LED 飾物,但大多不加入電阻。雖然或為兼顧成品美感而略去,但這做法並不恰當,因會造成耗電量大效率低,甚或有機會令電池發熱和燒毀   LED

2020年5月26日 星期二

LED 唯美樹葉形吊飾(上)

齊來製作 LED 樹葉形吊飾

你或認為設計電子製品,過程定必非常繁複,而且要求設計者擁有高技術和多年相關經驗。其實只要靈活運用一兩個基本概念,即使初學者,也可以造出創意又有趣的小玩意。今回筆者教大家製作   LED 樹葉形吊飾,所需材料十分簡單,無需使用電路板(稱為   Freeform Circuit)。成品外型美觀,明白當中的簡單竅門後,便可設計千變萬化的圖案,不知就裡的人還以為十分高深呢。然而,因過程涉及焊接小型零件,對焊接技術要求較高,如暫時有感力有不逮也沒關係,先弄懂原理,多試幾遍,終會成功。

本文先講解吊飾設計的背後原理,請先準備以下材料,下回一起製作。

所需材料與工具

主要材料及數量
l   0.8 mm 黃銅線(註一),約   35 cm
l   0805 綠色   LED 貼片(註二),
l   0805 貼片電阻   330 Ohm(註二),
l   3V 鋰錳鈕扣電池(型號:CR2032),

註一:銅線顏色可自行選購,可查詢供應商。注意切勿使用漆皮線作材料,因其表面不能導電。

註二:0805 是貼片的封裝,尺寸為   2.0 mm x 1.25 mm x 0.8 mm
*如認為焊接貼片過於困難,可用普通直插零件代替。

輔助工具:
l   剪鉗
l   鑷子
l   雙面膠紙
l   助焊膏(非必需)
l   麥克筆

回歸基本概念

吊飾設計只涉及「並聯電路」概念,這屬電子學   BB 級的學習範圍,在此不妨簡單贅述,遷就新手。

在電路設計上,電源、零件與導線連接的方式主要有兩種,分別為「串聯電路(Series Circuit)」,或「並聯電路(Parallel Circuit)」架構。串聯電路就像「串燒」,所有零件串接在同一個封閉回路(Closed Circuit)上,電流從電源正極輸出,流經所有零件(電阻或   LED),回到電源負極,所以,流經所有零件的電流相等。另一個重要概念是,電源供給的電壓被各零件(電阻或   LED)「瓜分」。根據歐姆定律(Ohm’s Law),V = I x R,零件兩端的電壓降與其內阻成正比。此外,根據克希荷夫電壓定律(Kirchhoff's Voltage Law),所有零件兩端的電壓降相加的和,必等於電源電壓值。

圖一為串聯電路例子,相同電流   流過電阻   R1R及   R3,各電阻兩端的電壓差分別為   IR1IR及   IR3,而且   IR1 + IR2 + IR3 = 3V
圖一:串聯電路示例

至於在並聯電路,電流從電源正極輸出,然後經過負載(R)流回負極。此負載(R)兩端就是與電源接成並聯電路。負載(R)可以是一個或多過組成,如圖二所示。

圖二為並聯電路。總電流   等於各分支電流總和,即 I = I1 + I2 + I3。各電阻兩端的電壓差均為   3V

圖二:並聯電路示例

串聯和並聯的抉擇

我們要點亮多顆   LED 時,它們在電路中「串聯」還是「並聯」較適合呢?如果把   LED 串聯,倘若其中一顆   LED 因某種原因損毀,整個電路成為開路狀態,沒有電流流過其他   LED,所有   LED 並不會亮著。相反,將   LED 並聯,即使其中一顆   LED 損毀,電流仍可流經其他   LED。此外,因並聯較易觀察   LED 運作狀況,維修電路較方便。

這次所製作的   LED 吊飾需要焊接   顆   LED,電源電壓為   3V。電路設計上會把   LED 並聯。除了可避免單點故障(Single Point of Failure),也保證每顆   LED 有足夠電壓推動,因單顆   LED 的順向偏壓值約   2V。要點亮   顆串聯   LED,電源電壓至少需要   10V,明顯大於鋰錳電池的標清電壓   3V。因此,LED 需要並聯焊接,每顆   LED 才可正常工作。此外,各   LED 需串接一顆電阻,以限制電流。

將電路變成樹葉形

進入設計部分。我們先根據吊飾所需零件畫出電路圖(圖三)。


圖三:LED 吊飾電路圖

圖四是等效樹葉形電路圖:

圖四:LED 樹葉形吊飾電路圖


製作實物時,因為使用鈕扣電池,電池正極會與電路圖中標為紅色的銅線接觸,而電池負極則與標為藍色的銅線接觸。另外,為使移動吊飾時不令電池脫位,我們需要製作電池托,詳情於下回逐步說明。

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