Automatické osvětlení schodiště: Jak sestrojitt, jak funguje, Ohmův zákon

Znáte to, jdete večer po osvětlených schodech, které se většinou po několika minutách zhasnou. Automaticky. Chtěli byste mít něco podobného doma? V prvním díle seriálu elektro, který navazuje na oblíbený rychlokurz elektro, si s námi můžete takové automatické osvětlení postavit. Máme pro vás podrobný návod.

Co vás v dnešním díle seriálu elektro čeká? Nejdříve si zkusíte zapojit a rozsvítit LED diodu, pak si ověříte, jak svítí i z nabitého kondenzátoru, následně zvýšíte svítivost LED světla použitím tranzistoru a v závěru zapojení rozšíříte o další tranzistor, aby jste mohli rozvítit klidně i 50 LED.

A teď se pusťme do práce: Zapojení sestavíme (napícháme) do nepájivého kontaktního pole. Jsou v něm vodivě spojeny pětice sousedních dírek ve sloupci. Drátky zasunuté v libovolné dírce jedné pětice jsou tedy navzájem vodivě propojeny.

V prvním kroku zkusíme nejjednodušší zapojení podle obr. 1 – ověříme si, že nám LED svítí. Pozor, LED svítí od určitého napětí (bílá od 2,6V, modrá od 2,5V, červená od 1,8V, zelená 1,9V). Přivedeme-li na její vývody napětí vyšší, proud se prudce zvyšuje a snadno překročí přípustnou velikost (v našem případě 25mA) a pak dojde ke zničení LED. Nadále už LED svítit nebude nebo jen podstatně méně. Proto je LED připojena k baterii nebo zdroji napětí vždy přes rezistor, který snižuje proud a tím ji chrání.

Ohmův zákon

Hodnota ochranného odporu je odvislá především od napětí zdroje či baterie ze které chceme LED napájet. Hodnotu vypočteme s použitím Ohmova zákona z napětí baterie, potřebného napětí na LED a zvoleného proudu.

Na bílé LED potřebujeme 2,6 V, zvolíme si proud 2 mA, napájení z baterie má 6 V. Hodnota rezistoru bude (6 V- 2,6 V)/0,002 A = 1700 ohmů. Ve standardní řadě vyráběných hodnot je 1500 ohmů – zkráceně 1k5. Při napájení z 12V vypočteme hodnotu 4k7. Chcete-li více světla, volíte větší proud. Ale nikdy ne větší, než je pro danou LED přípustné. Maximální hodnota je v technickém listu součástky (datasheetu) uváděna jako Absolut maximum IF.

LED svítí v porovnání s malou žárovkou už při 100x menším proudu. U LED musíme respektovat její polaritu. Záporný pól LED, zvaný katoda, je na vývodu blízkému plošce pouzdra (obr.1). Při opačném připojení LED nesvítí - je v závěrném směru, proud jí neprotéká. Popsané experimenty lze provádět s napětím baterie 4,5 V až 9 V.

Jak to funguje

Zkusíme rozsvítit LED z nabitého kondenzátoru. Zapojíme obvod dle obr. 2. Rezistor R3 zatím přemostíme drátem a tím vyřadíme jeho vliv. Krátkým stiknutím tlačítka TL se přes R1 nabije kondenzátor C1 na napětí baterie. Po uvolnění tlačítka se kondenzátor pomalu vybíjí – odtéká nahromaděný elektrický náboj - přes rezistor R2 a vysocesvítivou bílou LED. Ta potřebuje napětí 2,6 V a svítí už při velmi malém proudu (150 uA). Při vybíjení na kondenzátoru klesá napětí úměrně odvedenému elektrickému náboji. Když napětí na kondenzátoru poklesne na napětí při kterém LED ještě svítí, přestane do LED téci proud a ta zhasne. Tato fáze zapojení může trvat dosti dlouho.

Seriál elektro 2: Vyrobíme si výstražné zařízení

Protože je napětí nabitého kondenzátoru pro LED příliš velké, je k ní předřazen ještě rezistor R2, který sníží napětí pro LED na přípustnou velikost. Kondenzátor se po několika desítkách vteřin přes LED vybije a LED pomalu zhasne. Zaměníme-li R2 za 10x menší hodnotu (22 kOhmů), bude protékat 10x větší proud po dobu 10x kratší. S rezistorem menší hodnoty tedy bude LED svítit silněji, ale kratší dobu.

Odstraníme-li přemostění rezistoru R3 (nakreleno červeně), sečtou se odpory, zmenší se proud který už téměř nepostačí k rozsvícení LED. Tímto velmi malým proudem však můžeme řídit tranzistor T1, který proud zesílí (asi 300x) a to k rozsvícení LED postačí. Ověříme si to v zapojení na obr.3. Více o funkci a vlastnostech tranzistoru, jeho měření a použití, si povíme v některém dalším dílu.

Zapojení experimentu

U zapojení podle obr. 3 začněte připojením LED D1, R5, tranzistoru T1 a rezistorů R3, R2, R1 a tlačítka. Připojte zdroj +6V. Je-li vše správně, při stisknutí tlačítka LED svítí, při uvolnění ihned zhasne. Obvod je citlivý - dotknete-li se současně kladného pólu a báze tranzistoru, LED se rozsvítí. Přes vaše tělo se uzavřel obvod, který přivádí malý proud do báze tranzistoru. Ten se otevře a propojí tak obvod LED, R5, s baterií.

Doplňte kondenzátor C1. LED svítí několik minut ještě po uvolnění tlačítka. Aby stav, kdy LED svítí už jen velmi slabounce, netrval dlouho, doplníme zapojení o rezistor R4. Ten zajistí úplné vybití kondenzátoru a zavření tranzistoru. Potřebujeme-li takto řídit více LED, lze použít zapojení dle obrázku 4.

Uvedená zapojení mají nectnost – to znamená, že nezhasnou skokem, ale pomalu stmívají. Tak snad vám osvětlení funguje a v příštím díle seriálu elektro se můžete těšit na další zajímavý výrobek. Zkusíte si postavit jednoduché zabezpečovací zařízení, díky kterému se dozvíte o každém nezvaném hostu ve vašem pokoji.