Joule Thief cu un control extrem de simplu al luminii: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Circuitul Joule Thief este o intrare excelentă pentru experimentatorul electronic începător și a fost reprodus de nenumărate ori, într-adevăr, o căutare Google produce 245000 de accesări! De departe circuitul cel mai frecvent întâlnit este cel prezentat în Pasul 1 de mai jos, care este incredibil de simplu, constând din patru componente de bază, dar există un preț care trebuie plătit pentru această simplitate. Atunci când este alimentat cu o baterie proaspătă de 1,5 Volți, lumina este ridicată cu un consum de energie proporțional, dar cu o tensiune mai mică a bateriei, consumul de lumină și energie scade până când încetează aproximativ o jumătate de volt de lumină.

Circuitul strigă pentru o formă de control. Autorul a realizat acest lucru în trecut folosind o a treia înfășurare pe transformator pentru a furniza o tensiune de control, a se vedea:

www.instructables.com/id/An-Improved-Joule-Thief-An-Unruly-Beast-Tamed

Indiferent de controlul utilizat, acesta ar trebui să aibă proprietatea de bază prin care reducerea puterii de lumină reduce și consumul de energie, astfel încât o setare a luminii reduse să ducă la un consum redus de baterie și o durată mai mare de viață a bateriei. Circuitul dezvoltat în acest articol realizează acest lucru și este mult mai simplu prin faptul că înfășurarea suplimentară nu este necesară și oferă o formă de control care ar putea fi montată înapoi pe multe circuite existente. La sfârșitul articolului vom arăta cum să opriți automat circuitul la lumina zilei atunci când este implementat ca lumină de noapte.

Vei avea nevoie:

Două tranzistoare NPN de uz general. Non-critic, dar am folosit 2N3904.

O diodă de siliciu. Total necritic și o diodă redresoare sau o diodă semnal va fi bine.

Un toroid de ferită. Vedeți mai târziu în text pentru mai multe informații.

Un condensator de 0,1 uF. Am folosit o componentă de 35V Tantal, dar ați putea folosi un electrolitic obișnuit de 1 uF. Mențineți tensiunea nominală ridicată - valoarea de 35 sau 50 de volți nu este excesivă, deoarece în timpul dezvoltării și înainte ca bucla de control să fie închisă, se poate aplica tensiune înaltă acestei componente.

Un condensator electrolitic 100uF. Funcționarea cu 12 volți este bine aici.

Un rezistor de 10 K Ohm.

Un rezistor de 100 K Ohm

Un potențiometru de 220 K Ohm. Ar trebui să funcționeze fără critici și orice obiect cuprins între 100 K și 470 K.

Sârmă din PVC cu un singur miez, pe care o obțin prin dezbrăcarea cablului telefonic

Pentru a demonstra circuitul în primele etape, am folosit un model AD-12 fără sudură, pe care l-am obținut de la Maplin.

Pentru a produce o versiune permanentă a circuitului, veți fi echipat pentru construcții electronice elementare, inclusiv lipire. Circuitul poate fi apoi construit pe Veroboard sau material similar și este prezentată și o altă metodă de construcție folosind o placă de circuite imprimate.

Pasul 1: Circuitul nostru de bază Joule Thief

Mai sus este prezentată schema de circuite și o schemă a unui circuit de lucru.

Transformatorul de aici constă din 2 loturi de 15 spire de sârmă din PVC cu un singur miez salvate de pe o lungime de cablu telefonic răsucite și înfășurate pe un toroid de ferită - nu este critic, dar am folosit un articol Ferroxcube de RS Components 174-1263 dimensiunea 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Există o latitudine enormă în alegerea acestei componente și am măsurat performanțe identice cu o componentă Maplin de patru ori mai mare decât dimensiunea. Există o tendință pentru constructori de a folosi margele de ferită foarte mici, dar acest lucru este la fel de mic pe cât aș vrea să merg - cu elemente foarte mici, frecvența oscilatorului va crește și poate exista pierderi capacitive în circuitul final.

Tranzistorul utilizat este NPN 2N3904 cu scop general, dar aproape orice tranzistor NPN va rula. Rezistorul de bază este de 10K, unde s-ar putea să vedeți mai frecvent 1K folosit, dar acest lucru poate fi util atunci când ajungem să aplicăm controlul circuitului mai târziu.

C1 este un condensator de decuplare pentru a netezi tranzitorii de comutare generate de funcționarea circuitului și, astfel, menține șina de alimentare curată, este o bună administrare electronică, dar această componentă este adesea lăsată deoparte, ceea ce poate duce la imprevizibilitate și la performanțe neregulate ale circuitului.

Pasul 2: Performanța circuitului de bază

Unele cunoștințe despre performanța circuitului de bază pot fi instructive. În acest scop, circuitul a fost alimentat cu diferite tensiuni de alimentare și măsurat consumul de curent respectiv. Rezultatele sunt prezentate în imaginea de mai sus.

LED-ul începe să emită lumină cu o tensiune de alimentare de 0,435 și consumă 0,82 mA curent. La 1,5 Volți, (valoarea pentru o baterie nouă), LED-ul este foarte luminos, dar curentul este peste 12 mA. Aceasta ilustrează necesitatea controlului; trebuie să putem seta puterea de lumină la un nivel rezonabil și, astfel, să prelungim mult durata de viață a bateriei.

Pasul 3: Adăugarea controlului

Diagrama circuitului circuitelor de control suplimentar este prezentată în prima imagine de mai sus.

Un al doilea tranzistor 2N3904 (Q2) a fost adăugat cu colectorul conectat la baza tranzistorului oscilatorului, (Q1.) Când este oprit, acest al doilea tranzistor nu are niciun efect asupra funcției oscilatorului, dar când este pornit, shuntează baza tranzistorului oscilatorului la pământ. reducând astfel ieșirea oscilatorului. O diodă de siliciu conectată la colectorul tranzistorului oscilatorului furnizează o tensiune rectificată pentru a încărca C2, un condensator de 0,1 uF. În C2 există un potențiometru de 220kOhm (VR1,) și ștergătorul este conectat înapoi la baza tranzistorului de control (Q2,) printr-un rezistor de 100 kOhm care completează bucla. Setarea potențiometrului controlează acum puterea de lumină și, în acest caz, consumul de curent. Cu potențiometrul setat la minim, consumul de curent este de 110 micro Amperi, când este setat pentru LED-ul care începe să se aprindă, acesta este încă 110 micro Amperi și la luminozitatea completă a LED-ului, consumul este de 8,2 mA - avem control. Circuitul este alimentat în acest exemplu cu o singură celulă Ni / Mh la 1,24 volți.

Componentele suplimentare nu sunt critice. La 220 kOhm pentru potențiometru și 100 kOhm pentru rezistența de bază Q2, circuitul de control funcționează bine, dar pune o sarcină foarte mică pe oscilator. La 0,1 uF C2 oferă un semnal rectificat lin, fără a adăuga o constantă mare de timp, iar circuitul răspunde rapid la modificările la VR1. Am folosit un electrolitic de tantal aici, dar o componentă din ceramică sau poliester ar funcționa la fel de bine. Dacă faceți această componentă prea mare în capacitate, atunci răspunsul la modificările potențiometrului va fi lent.

Ultimele trei imagini de mai sus sunt ecranele osciloscopului preluate din circuit în timp ce funcționează și arată tensiunea pe colectorul tranzistorului oscilatorului. Primul arată modelul la luminozitatea minimă a LED-ului și circuitul funcționează cu mici explozii de energie la distanță mare. A doua imagine arată modelul cu ieșire LED crescută, iar exploziile de energie sunt acum mai frecvente. Ultimul este la ieșire completă și circuitul a intrat în oscilație constantă.

O astfel de metodă simplă de control nu este complet lipsită de probleme; există o cale de curent continuu de la șina de alimentare pozitivă prin înfășurarea transformatorului la colectorul tranzistorului și prin D1. Aceasta înseamnă că C2 se încarcă până la nivelul șinei de alimentare minus căderea de tensiune înainte a diodei și apoi se adaugă la aceasta tensiunea produsă de acțiunea Joule Thief. Acest lucru nu este semnificativ în timpul funcționării normale Joule Thief cu o singură celulă de 1,5 Volți sau mai puțin, dar dacă încercați să rulați circuitul la tensiuni mai mari de aproximativ 2 Volți, atunci ieșirea LED nu poate fi controlată până la zero. Aceasta nu este o problemă cu marea majoritate a aplicațiilor Joule Thief văzute în mod normal, dar acesta este potențialul pentru dezvoltări ulterioare, care ar putea deveni semnificative și apoi ar trebui să se recurgă la derivarea tensiunii de control dintr-o a treia înfășurare pe transformator. care oferă o izolare totală.

Pasul 4: Aplicarea circuitului 1

Cu un control eficient Joule Thief poate fi mult mai aplicat și sunt posibile aplicații reale, cum ar fi torțe și lumini de noapte cu lumină controlată. În plus, cu setări de lumină redusă și consum redus proporțional de energie, sunt posibile aplicații extrem de economice.

Imaginile de mai sus prezintă toate ideile din acest articol adunate până acum pe o mică placă prototip și cu ieșirea setată la scăzut și respectiv cu un potențiometru presetat la bord. Înfășurările de cupru de pe toroid sunt cele mai obișnuite sârmă de cupru emailată.

Trebuie spus că această formă de construcție este dificilă, iar metoda utilizată în etapa următoare este mult mai ușoară.

Pasul 5: Aplicarea circuitului - 2

În imaginea compozită de mai sus este prezentată o altă realizare a circuitului de această dată construită pe o bucată de placă de circuite imprimate cu o singură față, față de cupru, cu tampoane mici de placă de circuite imprimate pe o singură parte, lipite cu adeziv polimeric MS. Această formă de construcție este foarte ușoară și intuitivă, deoarece puteți dispune circuitul pentru a reproduce schema circuitului. Tampoanele asigură o ancorare robustă pentru componente și conexiunile la masă se realizează prin lipire pe substratul de cupru de mai jos.

Imaginea arată LED-ul complet iluminat în stânga și abia iluminat în dreapta, acest lucru realizându-se prin simpla reglare a potențiometrului de tuns de la bord.

Pasul 6: Aplicarea circuitului - 3

Diagrama circuitului din prima imagine de mai sus arată un rezistor de 470k Ohm în serie cu o celulă solară de 2 volți și conectat în circuitul de control Joule Thief în mod eficient în paralel cu potențiometrul de tuns de la bord. A doua imagine prezintă celula solară de 2 volți (recuperată dintr-o lumină solară de grădină defunctă), conectată la ansamblul prezentat în pasul anterior. Celula este la lumina zilei și, prin urmare, furnizează o tensiune care oprește circuitul și LED-ul se stinge. Curentul circuitului a fost măsurat la 110 micro Amperi. A treia imagine arată un capac plasat deasupra celulei solare simulând astfel întunericul și LED-ul este acum luminat și curentul circuitului măsurat la 9,6 mA. Tranziția de pornire / oprire nu este clară, iar lumina se aprinde treptat la amurg. Rețineți că celula solară este utilizată doar ca o componentă de control ieftină pentru un circuit de baterie care nu furnizează în sine energie electrică.

Circuitul din această etapă este potențial foarte util. Cu o celulă solară montată discret într-o fereastră sau pe un prag de fereastră care încarcă un super condensator sau o celulă reîncărcabilă cu hidrură de nichel metalic, o lumină de noapte permanentă extrem de eficientă devine un posibil proiect viitor. Atunci când este utilizat cu o celulă AA, capacitatea de a opri puterea de lumină și apoi de a opri lumina în timpul zilei înseamnă că circuitul va funcționa pentru o perioadă lungă de timp înainte ca tensiunea bateriei să scadă la aproximativ 0,6 volți. Ce cadou superb la comandă, pe care bunicii să-l prezinte nepoților! Alte idei includ o casă de păpuși iluminată sau o lumină de noapte pentru baie pentru a permite menținerea standardelor de igienă fără pierderea vederii pe timp de noapte - posibilitățile sunt enorme.