תאורת מארז על ידי לדים – המדריך המלא

חיבור בטור? חיבור במקביל?

(1) חיבור בטור :  כשמו כן הוא, כל הרכיבים מחוברים אחד לשני בטור אחד ארוך מההדק החיובי של מקור המתח עד להדקו השלילי (או אדמה).

בחיבור מסוג זה, לכל רכיב חלק משלו במתח הכללי אך בכולם זורם אותו זרם, ממש כמו בצינור ארוך של מים. במקרה זה, מכיוון שכל לד צורך כ-3V, הרי ש-3 לדים יצרכו 9V, מה שמשאיר לנגד "לספוג" 3V (הרי הספק שלנו מספק 12V => 9V = 12-3 ). מכיוון שהזרם במעגל טורי קבוע על כל אחד מרכיביו, הרי שהוא ידוע לנו (A0.02) ואת המתח כרגע חישבנו. מכאן ניתן לחשב את ההתנגדות הדרושה לנו – 150 אוהם (0.02A/3V) – פשוט ביותר לכל הדעות.

נגד הוא רכיב המנסה למנוע מן הזרם לעבור דרכו וכך גורם לאנרגיה "להתבזבז" בצורה של חום (שלפעמים מגיע לרמות גבוהות), על כן עלינו לוודא שהנגד שנחבר מסוגל להתמודד עם כמות החום שתיווצר בו. גם זהו חישוב פשוט והוא שווה למתח x הזרם. במקרה שלנו המתח על הנגד הוא 3V והזרם הוא 0.02A על כן מכפלתם שווה ל0.06 וואט (וואט בניגוד לוולט היא היחידה בה מודדים הספק – שבמקרה הזה מתורגם לחום הנפלט מהנגד). הנגד הבסיסי ביותר מיועד לעמוד בהספק של 0.25 וואט (W) כך שכאן אין לנו שום בעיה.מניסיוני אני יכול להעיד כי חיברתי כך לדים לא פעם ואם מבצעים את החיבורים כמו שצריך ומודדים את המתחים והזרמים, אזי לא נתקלים בשום בעיות.

חיבור נגד בטור למקור מתח ולכמה לדים איננו הצורה המומלצת בד"כ לחיבור, מכמה סיבות :

א) אם וכאשר יפסיק לפעול אחד הלדים מסיבה כלשהיא ויווצר קצר (מה שקורה לעתים ללדים הנשרפים) יעלה המתח על הנגד, מה שיגרום לעליה בזרם במעגל ויאיץ את מותם של הלדים האחרים.ב) לכל לד יש בדרך כלל נתונים שונים – גם אם הוא מאותו סוג כמו האחרים ואפילו של אותו יצרן ומאותה סדרת ייצור, כך ששליטתנו בזרם ובמתח אינה אופטימלית וחישובינו, אף שהם בקירוב טוב מאוד, אינם מדויקים, מה שיכול להאיץ את מותם של כל הלדים – זכרו כי שינוי קטן ביותר במתח יכול להרוג אותם.ג) אם הלדים הם מצבעים שונים הכתוב למעלה נכון כפליים ויביא למוות וודאי של הלדים.

(2) חיבור במקביל: הדרך הנפוצה ביותר לחיבור לדים. בעצם מדובר בחיבור נפרד של כל אחד מהלדים למקור המתח עם נגד משלו, כך שכל לד והנגד שלו מהווים מעגל נפרד עם מקור המתח. לכל מעגל כזה זרם משלו ועל כן ניתן לשלוט טוב יותר בלד.

כפי שניתן לראות, לכל לד יש גישה משלו גם להדק החיובי וגם להדק השלילי של הספק, בניגוד לשרטוט הקודם בו כל רכיב מקבל את הזרם מהרכיב הקודם. גם כאן הזרם הדרוש לנו בכל מעגל קטן שכזה ידוע לנו והוא 0.02A – מכיוון שהלד דורש 3V באופן אופטימאלי לתפעולו, זה משאיר בכל אחד מהמעגלים 9V שהנגד נדרש לספוג. על מנת שהזרם בכל מעגל יהיה באמת 0.02A, אנו זקוקים להתנגדות של 450 אוהם =  0.02A/9V. מכיוון שהנגד הקרוב ביותר הוא 460 אוהם (אין נגד קיים לכל ערך), בחרתי בו וכך בכל מעגל לכל לד נחבר נגד של 460 אוהם.  כעת נבדוק באיזה הספק יצטרך הנגד לעמוד; הספק אמרנו = מתח x זרם => 9×0.02=0.18W. עדיין בתחום המותר לנגד בסיסי של 0.25W – כך שכל נגד בעל ערך של 460 אוהם יספיק בהחלט. חיבור מקבילי מאפשר לנו לשלוט על כל לד באופן אופטימלי וכך גם לחבר לדים בעלי נתונים שונים באותו מעגל.

שיטה נוספת היא לחבר את כל הלדים במקביל כך שיהיו מחוברים לספק בטור דרך נגד, כך לדוגמא:

מכיוון שכל לד צורך את הזרם שלו דרך הנגד (אין לו גישה ישירה לספק אלא רק דרך הנגד) הרי שעלינו לסכם את הזרמים בלדים השונים. 3 לדים = 0.02Ax3 משמע 0.06A – אך המתח המסופק לכל הלדים הוא אותו מתח =  3V. על כן, על הנגד שנבחר לספק 0.06A תחת 9V וערך הנגד הוא 150 אוהם = 0.06A/9V. רק שהפעם ההספק על הנגד הוא 9×0.06 שזה 0.54W או יותר מחצי וואט! הנגד הקרוב ביותר שיעמוד בהספק מתאים הוא 0.75W – פחות מזה והנגד יישרף, ולעתים ייקח ביחד איתו ציוד יקר ערך. לכן, אם יש דרך חיבור שאינני ממליץ עליה באופן מפורש הרי היא הדרך הזו!

זהו, אם כך, כעת ברור לנו לחלוטין מהו הלד וכיצד להשתמש בו. כל אלמנטי התאורה שבניתי במדריך זה מתבססים על המעגל המקבילי, רק במקום 3 לדים כפי שהודגם בשרטוט, באלמנט שבניתי ישנם חמישה.