模型燈光改造1－理論篇

　　幫模型裝上燈光，是個相當有效的吸睛方式；鋼彈的眼睛閃出光芒增添了幾分氣勢；戰車開砲時的火光彷彿實地置身戰場。只是沒有實務經驗，要如何做想像不出來。這次就來說個詳細，會分成三篇分別是電學理論、實務操作及實際應用

　　或許有人覺得，已經有廠商推出不少改造用的發光模組，只要照著接就會亮，何必再從頭開始學？嘖嘖嘖，現成的模組幾乎是名機專用，什麼獨角獸鋼彈啦、風靈鋼彈之類的；如果你不是做這些機體，不就跟超爆幹炫炮無緣。這部份學起來，當需要發光時才能夠靈活運用、呈現出你心中最完美的樣子喔

　　關於改造燈光所需的知識，其實大家以前在學校都學過了。只是畢業那麼久，除非你是從事電子相關產業，不然應該早就把這些知識通通還給老師。以下就幫大家重新複習，改燈必須要知道的幾件事

發光元件

　　首先是發光元件的選擇。現在主流的發光元件是LED，它有著耗電量低、體積小、多種燈色可選擇的優點，但是有極性限制，如果正負極接反就不會亮 (但是不會燒，除非你發神經給太高的電壓)。購買時建議選擇下圖中的透明燈珠型式，這是高亮度LED，若是有色燈珠就不會那麼亮了。依照LED封裝方式可以分為DIP (針腳)及SMD (貼片)兩種

　　DIP LED長腳為正、短腳為負；尺寸為燈珠直徑公規有3mm、5mm、10mm不等

　　另一種SMD LED的接點在燈珠底下，有塗綠色那端是負極，或是看背面標示的T字箭頭，箭頭指向為負極；尺寸小得多，常見規格有：3528 (3.5mm x 2.8mm)、1206 (0.12″ x 0.06″)、0805 (0.08″ x 0.05″)、0603 (0.06″ x 0.03″)、0402 (0.04″ x 0.02″)…等等 (不要懷疑，修湯口削下來的碎屑都比LED還大顆！)

　　搜尋一下網拍，你可能還會找到鋁基板LED、高功率CREE燈珠、甚至是LED燈條等等琳瑯滿目的LED產品，但如果你對LED不熟悉的話，這些都不建議使用；要嘛用了電池馬上沒電，要嘛買成12V燈條接了結果亮不起來。還是先從上述這些最單純的LED元件開始玩起吧

　　還有另外一種冷光板或是冷光條，它必須要搭配特殊的電源供應器才可以發光，普通電池接上去是不會運作的，所以要注意千萬別買錯了

　　至於國小自然課實驗用的小燈泡，這是上個世紀的產物，這裡我們不提。還有一種四支腳、可以混光的RGB LED，它需要更進階的電路知識才能駕馭，想玩得漂亮還得寫微控制器程式，所以也先不提，除非未來有人敲碗說要玩玩看，那就再說～

電源

　　接下來是電源，由於高亮度LED所需的驅動電壓最高就屬於白光色系的3V，低於3V就不會亮，因此建議直接採用3V以上的電源才不會有問題，像是鋰電池 (3.7V)、三連串的乾電池 (4.5V)、CR2032鈕扣電池 (3.0V)，最高就到手機用的行動電源 (5V)，超過這電壓就不要用了

　　有一種方形的9V電池可以很方便提供高電壓，但除非有搭配其他控制IC否則千萬不要用，後續的教學範例也不會出現這東西；也請不要異想天開拿12V車用電瓶來供電，LED會在你面前爆炸喔！

　　如果你要採用鋰電池，那麼一定要購買內建保護板的鋰電池（現在應該沒機會買到無保護板的鋰電池但還是提醒大家一下），以免過度充電或是不小心接短路，使用不慎可是會爆炸引發灰修厝的

串聯 & 並聯

　　接下來複習串聯和並聯。當我們需要安裝兩個以上的發光元件，就必須考慮它們要串聯還是並聯。所謂的串聯，是指元件的頭尾相接；並聯則是元件的頭接一起、尾另外接一起

串聯

　　串聯會累積電壓差，如果LED串聯在一起，就必須用更高電壓的電源才可以驅動；換言之，電源串聯在一起，就能夠提供更高的電壓輸出；所以通常為了獲得更強的電壓，會讓電池串聯（塞兩顆以上電池的電池盒基本上就是）。串聯在接線時會比較容易，但就是要事先計算好各元件吃電及供電的能力，只要用錯一個東西，就整組不會亮；而且另外一個缺點是，其中一個元件故障，整組電路就會斷路，也是整組停擺。因此接下來的教學內容及範例，除了開關及限流電阻以外，都不會出現串聯接法

並聯

　　並聯接法是每一個元件都依靠各自獨立的線路接到電源，從電源到燈珠走獨立迴路彼此不影響，所以就算壞其中一個元件，其他東西仍然會正常運作，這就是為什麼LED要並聯的最主要原因。然而並聯是電路上的元件同時以最大功率消耗電源，所以並聯的燈愈多、電池也會耗得愈兇；這時就可以並聯多組電池，擴充電容量來延長電路運作時間

開關

　　開關是一個看似簡單但其實不單純的元件，種類繁多礙於篇幅我們就不特別介紹；加上開關品質參差不齊容易故障，所以建議大家開關就別裝了

　　那麼捨棄了開關，要如何控制電路呢？其實真正需要讓模型發光的時機比想像中少；與其裝開關，不如平時就把電池拆掉，等到要亮的時候再裝回去；或是採用內建開關的電池盒也比較容易

限流電阻

　　限流電阻這東西，其實高中以前的理化課有出現過，考題上任何一個要你計算當下數值的電阻可能就是，只是它叫做什麼、是幹嘛用的沒有提罷了。現在你已經要實際設計發光電路，那一定要了解有關限流電阻的知識；以前不知道，現在告訴你

　　你往回滑去看剛才講解串聯並聯的電路圖，應該都有發現電源正極出來後有接一個電阻吧，就是它了。由於LED本質上是阻抗相當低的二極體，如果整個電路只有電源和LED，運作時幾乎和短路沒兩樣，會讓電流非常高，雖然LED很亮沒錯，但是會大大減少LED的壽命，耗電量也會大到電池一下子就沒電。為了降低電路的電流，就要在這中間串聯一個限流電阻

　　限流電阻要串聯在正極或負極都可以，看個人習慣及當下的線路配置來決定。這裡我們為了方便講解，統一把電阻串聯到燈珠的正極之前

用電源供應器輸出4V電壓給LED，在沒有限流電阻的狀況下(左圖)LED就吃掉60毫安的電流，這個耗電比例是很可怕的；如果有限流電阻(右圖)，電流值則會小到機器檢測不出來

　　另外一點是如果電路內有不同顏色的LED，比如同時有紅光和藍光，因為紅光LED的驅動電壓(1.8V)比藍光LED(3.0V)低，這時所有的電就會往低電壓這條路走，造成紅光亮到靠北而藍光完全不亮。解決方法就是在兩個色系的LED前面各串聯一個電阻起到分壓作用，這樣兩個顏色的燈才會一起亮

沒有電阻並把不同驅動電壓的LED接一起，只有較低驅動電壓的LED會亮。串聯上電阻才能夠讓兩顆燈都亮

　　至於限流電阻的阻值多少才適合呢？~~R=V/I請自己算~~。依照電源的電壓，大致抓48~150Ω左右就可以了；或是你用了比較高電壓的電源覺得LED太亮，也可以試用更高阻值來降低亮度，一舉兩得。坊間教科書會要求採用330Ω，但是電阻值太高會降低亮度；我們的發光電路只有在拍照或展示時才會運作，頂多也就參加展覽才有機會長時間發光，就一般使用狀況對整體的電路壽命來說影響不大，不如用較低阻值的電阻來獲得更好的發光效果。除非你把模型當成小夜燈、每天晚上都要開，這樣就得考慮照書上寫的採用330Ω的電阻

　　另外教科書也會教你每個LED都要串聯一個電阻，但我們可以偷懶一下，同色的燈珠共用一個電阻，最多一次共用10顆燈。雖然這麼做會比較不亮但其實也夠了；而且一樣因為模型發光機會少，稍微偷吃步影響不大

總結

　　綜合上述的所有內容，最後實際的發光電路就以下圖說明。下圖是一個有著紅、藍、綠三種顏色的發光電路，一種顏色共用一顆電阻：電子從電池正極出發，首先遇到三叉路口，電子便兵分三路進入限流電阻，通過電阻後再分別進入LED讓燈珠發光。然後從LED的負極出來繼續走，最後全部交會成一條路回到電池負極，完成一趟電路旅程