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【R课堂】ED和电机:如何处理大电流 2022.04.28 Raspberry Pi初...

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发表于 2022-8-3 10:57:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。
本文最初发布在deviceplus.jp网站上,而后被翻译成英语。
在本系列文章中,主要是通过使用Raspberry Pi创建的简单项目来学习电子设计的原理及基础知识。此次的分享嘉宾是伊藤尚未先生,一位媒体艺术家和作家,以讲解“更深层次的原理”而闻名。上一篇文章中我们谈了LED灯闪烁的原理,接着我们来学习如何通过Raspberry Pi处理稍大的电流以控制电机。
目录
  • 前言
  • LED的结构
  • LED的性能
  • 两种亮度表述方式:坎德拉和流明
  • 色温
  • 广角型和窄角型
  • 适配选型
  • 尝试通过Raspberry Pi控制电机
  • 大电流的处理方法
  • PWM控制
  • 结论
1. 简介
在上一篇文章中,我们尝试用Raspberry Pi上的GPIO来点亮LED,由于只要涉及到处理电子元器件,就必须留意流过电子元器件的电流,所以我们用电阻器对流过LED的电流进行了限制。
我们也探讨了可以用欧姆定律来计算。如今市场中的LED琳琅满目,所以需要仔细阅读不同LED的额定参数表和技术规格书。在电路设计过程中,没有比注意电压和电流更重要的了。
电压过高或电流过大均可造成损坏,好不容易设计出来的产品如果因为电压电流问题功亏一篑,实在令人扼腕。

可能会着火甚至爆炸

但是,即使出现这种情况,也不要轻言放弃(我也有这种经历),失败乃成功之母,但也绝不提倡“刻意破坏”作品!除了损坏外,还有可能出现元器件爆炸或过热等情况,可能会使人受伤甚至引起火灾,因此必须格外注意。
言归正传,接下来我们会再稍微详细地探讨一下LED的性能。
2. LED的结构
子弹头LED的内部结构如下图所示:

子弹头LED的内部结构

实际发光器件是中间圆盘中的那个小芯片。圆盘就像一个反射器,罩壳顶部设计成透镜形状,方便灯光散射。
部分产品的阳极侧也可能会连接一个圆盘,所以并不能全部通过内部引线框架的形状来确定LED的结构。
3. LED的性能
有两种亮度表述方式:坎德拉和流明。
仔细阅读LED的技术规格书后发现,亮度表述方式有两种,即“cd(坎德拉)”和“lm(流明)”。两者均采用数字的方式表示亮度,即数值越大亮度越高,但各自的含义存在本质区别。
将光源发出的光视作“线”(即光束)时,光源的发光总量用“lm(流明)”来表示。在实际应用中,某些器具因为形状的原因,由于透镜和反射器的作用,光线可能无法向背面散射,而是朝向一个方向发射,将单位立体角的光通量称为光强,用“cd(坎德拉)”表示。
此外,大家可能还知道亮度单位“lx(勒克斯)”,表示光接收表面的亮度(照射在单位面积上的光通量)。基础知识大概就这些。
顺便提一下,这种常见的子弹头LED,由于树脂罩壳内的反射作用,光线多少会从背面漏出来一些。但如在功率LED的背面配置一块铝基板,不仅可用来散热,也能阻挡光从背面漏出来。从具体产品看,会发现功率LED的亮度多用流明(lm)来表述,可能是考虑到这样的产品结构而选用的单位吧。
色温
色温的单位为“K”(开尔文)。比如:在熔炉中敲打铁钉时,铁钉会逐渐变红,并发出红光,这种现象称为“热辐射”;随着温度升高,颜色会变黄。热辐射规定了温度变化引起的颜色变化,并以符号来表示。
特别是白光LED的光线颜色包从含浅白色到橙色的各种颜色,称为灯泡色温,色温值越高,颜色越浅。
广角型和窄角型
也有“半角”等表述方式,角度代表光的扩散范围,具体取决于罩壳透镜和引线框架的结构。例如,亮度相同的LED,如果是窄角型LED,光线中心最亮,其周围突然变暗,而如果是广角型LED,则光线扩散范围较广,而且能一定程度上均匀照亮。
适配选型
现在大家对LED已经有了一定的了解,以后选型时相信大家能够选择适合需求的LED。
例如,对于某些作品来说越亮越好,当然,也需要结合预算;但如果主要用于照明,那么最好选用亮度较高的LED。如果主要用于显示,则选择亮度不高的LED也可以。比如在夜间或光线较暗的地方,如果采用亮度较大的7段LED,则会出现字母显示模糊不清且很难看清数字的情况。
4. 尝试通过Raspberry Pi控制电机
接下来,我们来谈谈Raspberry Pi。
如何使用Raspberry Pi控制LED以外的其他设备?例如,需要的电流比LED电流更大的设备(比方说电机),该如何控制?
说起模型制作用的直流电机,非常有名的要数万宝至马达公司生产的电机了。我们以标准的FA-130RA电机为例来介绍吧。
外包装性能表上标注的电压和电流分别为1.5V-3V和500mA,这种电机通常多用于模型和玩具,所以一般根据干电池电源来设置其电压。
电机通过磁场中线圈接收的力来驱动电机旋转。另外,由于线圈本身会产生电抗等看不见的电阻,所以难以掌握电流的情况。
暂且只能以包装上标注的3V和500mA为准。
有奖问答:2SC1815晶体管为例,由于流经晶体管集电极的电流高达150mA,所以500mA电流高于其额定电流值。这种情况该如何处理呢?
Tips: 点击阅读原文,快速获得答案

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