Kradljivac džula sa ultra jednostavnom kontrolom izlazne svjetlosti: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Krug Joule Thief odličan je unos za početnike u elektroničkom eksperimentu i reproduciran je bezbroj puta, zaista Google pretraživanje daje 245000 pregleda! Daleko najčešći sklop je onaj prikazan u koraku 1 ispod, koji je nevjerojatno jednostavan i sastoji se od četiri osnovne komponente, ali postoji cijena koju treba platiti za ovu jednostavnost. Kada se napaja svježom baterijom od 1,5 V, svjetlosna snaga je velika s primjerenom potrošnjom energije, ali s nižim naponom baterije svjetlost i potrošnja energije opadaju sve dok oko pola volta ne prestane izlaz svjetlosti.

Krug vapi za nekim oblikom kontrole. Autor je to postigao u prošlosti pomoću trećeg namota na transformatoru za osiguravanje upravljačkog napona, vidi:

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

Koja god se kontrola koristi, trebala bi imati osnovno svojstvo pri čemu smanjenje svjetlosne snage smanjuje i potrošnju energije, tako da postavka slabog osvjetljenja rezultira niskom potrošnjom baterije i dužim vijekom trajanja baterije. Krug razvijen u ovom članku to postiže i mnogo je jednostavniji jer dodatno namotavanje nije potrebno i daje oblik kontrole koji bi se mogao naknadno ugraditi u mnoga postojeća kola. Na kraju članka pokazujemo kako automatski isključiti krug na dnevnom svjetlu kada se postavi kao noćno svjetlo.

Trebat će vam:

Dva NPN tranzistora opće namjene. Nije kritično, ali koristio sam 2N3904.

Jedna silikonska dioda. Potpuno nekritično i ispravljačka dioda ili signalna dioda će biti u redu.

Feritni toroid. Za više informacija pogledajte kasnije u tekstu.

Jedan kondenzator od 0,1 uF. Koristio sam 35V tantalovu komponentu, ali možete koristiti obični elektrolit od 1 uF. Držite nazivnu vrijednost napona na gore-35 ili 50 volti nije pretjerana kao tijekom razvoja, a prije nego što se vaš upravljački krug zatvori, na ovu komponentu se može primijeniti visoki napon.

Jedan elektrolitski kondenzator od 100uF. Ovdje radi 12 volti.

Jedan otpornik od 10 K Ohma.

Jedan otpornik od 100 K Ohma

Jedan potenciometar od 220 K Ohma. Nekritično i sve u rasponu od 100 K do 470 K bi trebalo raditi.

PVC jednožilna spojna žica koju dobivam skidanjem telefonskog kabela

Za demonstraciju sklopa u ranim fazama koristio sam model AD-12 lemilice za lemljenje koji sam nabavio od Maplina.

Za proizvodnju trajne verzije kruga bit ćete opremljeni za elementarnu elektroničku konstrukciju, uključujući lemljenje. Krug se tada može izgraditi na Veroboardu ili sličnom materijalu, a prikazan je i drugi način konstrukcije pomoću prazne tiskane ploče.

Korak 1: Naš osnovni krug lopova džula

Gore je prikazan dijagram kruga i izgled radne ploče.

Ovdje se transformator sastoji od 2 lota po 15 zavoja jednožilne PVC žice spašene s dužine telefonskog kabela uvijenog zajedno i namotanog na feritni toroid-nije kritično, ali sam koristio predmet Feroxcube iz RS Components 174-1263 veličine 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Postoji ogromna širina u izboru ove komponente i mjerio sam identične performanse sa Maplin komponentom četiri puta većom. Konstruktori imaju tendenciju da koriste vrlo male feritne kuglice, ali to je onoliko malo koliko bih želio ići-s vrlo malim stavkama frekvencija oscilatora će se povećati i može doći do kapacitivnih gubitaka u završnom krugu.

Koristi se tranzistor 2N3904 NPN opće namjene, ali će raditi gotovo svaki NPN tranzistor. Osnovni otpornik je 10K gdje ćete češće vidjeti 1K korištenog, ali to može pomoći kada kasnije primijenimo kontrolu na krug.

C1 je kondenzator za razdvajanje kako bi se izgladili sklopni prijelazi nastali radom kruga i na taj način održavala šina za napajanje čistom, dobro je elektroničko održavanje, ali se ova komponenta često izostavlja što može rezultirati nepredvidivošću i nestalnim performansama kola.

Korak 2: Performanse osnovnog kola

Neka znanja o performansama osnovnog kola mogu biti poučna. U tu svrhu krug se napajao različitim naponima napajanja i mjerila odgovarajuća potrošnja struje. Rezultati su prikazani na gornjoj slici.

LED počinje emitirati svjetlost s naponom napajanja od 0,435 i troši struju od 0,82 mA. Na 1,5 V, (vrijednost za novu bateriju,) LED je jako svijetla, ali je struja iznad 12 mA. Ovo ilustruje potrebu za kontrolom; moramo biti u mogućnosti postaviti izlaz svjetlosti na razumnu razinu i na taj način uvelike produžiti vijek trajanja baterije.

Korak 3: Dodavanje kontrole

Dijagram kola dodatnog upravljačkog kruga prikazan je na gornjoj prvoj slici.

Dodan je drugi tranzistor 2N3904 (Q2) sa kolektorom spojenim na bazu tranzistora oscilatora, (Q1.) Kada je isključen, ovaj drugi tranzistor nema utjecaja na funkciju oscilatora, ali kada je uključen, preusmjerava bazu oscilatornog tranzistora na zemlju čime se smanjuje izlaz oscilatora. Silikonska dioda spojena na kolektor tranzistora oscilatora daje ispravljeni napon za punjenje C2, kondenzatora od 0,1 uF. Preko C2 postoji potenciometar od 220 kOhm (VR1,), a brisač je spojen natrag na bazu upravljačkog tranzistora (Q2,) preko otpornika od 100 kOhm koji završava petlju. Postavka potenciometra sada kontrolira izlaz svjetlosti, au ovom slučaju trenutnu potrošnju. Kad je potenciometar postavljen na minimum, trenutna potrošnja je 110 mikro ampera, kada je postavljeno za LED koji tek počinje svijetliti, to je i dalje 110 mikro ampera, a pri punoj svjetlini LED-a potrošnja je 8,2 mA-imamo kontrolu. Krug se napaja u ovom primjeru s jednom Ni/Mh ćelijom na 1,24 Volta.

Dodatne komponente nisu kritične. Na 220 kOhm za potenciometar i 100 kOhm za Q2 bazni otpornik, upravljačko kolo dobro funkcionira, ali oscilator stavlja vrlo malo na opterećenje. Na 0,1 uF C2 pruža glatko ispravljen signal bez dodavanja velike vremenske konstante i kolo brzo reagira na promjene u VR1. Ovdje sam koristio elektrolit od tantala, ali keramička ili poliesterska komponenta bi jednako dobro funkcionirala. Ako učinite ovu komponentu previsokim kapacitetom, odgovor na promjene u potenciometru će biti spor.

Posljednje tri gornje slike su osciloskopski snimci zaslona iz kruga tijekom rada i prikazuju napon na kolektoru oscilatornog tranzistora. Prvi prikazuje uzorak pri minimalnoj svjetlini LED -a, a krug radi s malim naletima energije koji su široko razmaknuti. Druga slika prikazuje uzorak s povećanim LED izlazom, a izljevi energije su sada sve češći. Posljednji je na punom izlazu i krug je otišao u stalnu oscilaciju.

Takav jednostavan način kontrole nije u potpunosti bez problema; postoji istosmjerna staza od pozitivne opskrbne šine kroz namot transformatora do kolektora tranzistora i kroz D1. To znači da se C2 puni do razine dovodne šine umanjujući pad napona diode naprijed, a zatim se tome dodaje napon proizveden djelovanjem Joule Thieva. To nije važno za vrijeme normalnog rada lopova Joulea s jednom ćelijom od 1,5 V ili manje, ali ako pokušate pokrenuti krug na većim naponima iznad oko 2 V, tada se LED izlaz ne može kontrolirati do nule. Ovo nije problem s velikom većinom aplikacija Joule Thief -a koje se obično vide, ali takav je potencijal za daljnji razvoj događaja da bi mogao postati značajan, pa bi se onda moralo pribjeći izvođenju upravljačkog napona iz trećeg namota transformatora koji pruža potpunu izolaciju.

Korak 4: Primjena kola 1

Uz učinkovitu kontrolu, Joule Thief se može mnogo šire primijeniti, a moguće su i stvarne primjene, poput svjetiljki i noćnih svjetala s kontroliranom svjetlosnom snagom. Uz postavke slabog osvjetljenja i razmjerno nisku potrošnju energije, moguće su izuzetno ekonomične primjene.

Na gornjim slikama prikazane su sve ideje u ovom članku do sada objedinjene na maloj prototipnoj ploči i sa izlazom postavljenim na nisku i visoku vrijednost s ugrađenim potenciometrom na ploči. Bakreni namoti na toroidu izrađeni su od uobičajenije emajlirane bakrene žice.

Mora se reći da je ovaj oblik konstrukcije škrti i da je metoda korištena u sljedećem koraku daleko lakša.

Korak 5: Primjena kola-2

Na gornjoj složenoj slici prikazano je još jedno ostvarenje ovog puta sklopljeno na komadu jednostrane štampane ploče bakrene strane okrenute prema gore s malim jastučićima jednostrane štampane ploče zalijepljenim MS polimernim ljepilom. Ovaj oblik konstrukcije je vrlo jednostavan i intuitivan jer možete postaviti krug da biste ponovili dijagram kruga. Jastučići čine robusno sidrište za komponente, a veze sa uzemljenjem lemljenjem na bakrenu podlogu ispod.

Na slici je LED dioda potpuno osvijetljena s lijeve strane i jedva osvijetljena s desne strane, što se postiže jednostavnim podešavanjem ugrađenog potenciometra trimera.

Korak 6: Primjena kola-3

Shema kola na prvoj gornjoj slici prikazuje otpornik od 470k Ohma u nizu sa solarnom ćelijom od 2 V i spojen na upravljačko kolo Joule Thief efikasno paralelno sa ugrađenim potenciometrom trimera. Druga slika prikazuje 2 -voltnu solarnu ćeliju (spašenu iz ugašenog vrtnog solarnog svjetla), priključenu na sklop prikazan u prethodnom koraku. Ćelija je na dnevnom svjetlu i stoga daje napon koji isključuje krug i LED se gasi. Struja kola mjerena je na 110 mikro ampera. Treća slika prikazuje poklopac postavljen preko solarne ćelije, simulirajući tamu, LED dioda je sada upaljena, a struja kruga izmjerena na 9,6 mA. Prelaz uključivanje/isključivanje nije oštar i svjetlo se postepeno pali u sumrak. Imajte na umu da se solarna ćelija koristi samo kao jeftina kontrolna komponenta u krugu baterije, sama po sebi ne daje nikakvu energiju.

Krug u ovoj fazi potencijalno je vrlo koristan. Sa solarnom ćelijom koja se diskretno montira u prozor ili na prozorsku dasku i puni super kondenzator ili punjivu ćeliju od nikl -metal -hidrida, visokoefikasno stalno svjetlo postaje mogući budući projekt. Kada se koristi sa AA ćelijom, mogućnost da se smanji svjetlosna snaga, a zatim isključi svjetlo tokom dnevnog svjetla znači da će krug raditi dugo vremena prije nego što napon baterije padne na oko 0,6 Volta. Kakav divan poklon za bake i djedove po mjeri koji mogu pokloniti unucima! Druge ideje uključuju osvijetljenu kućicu za lutke ili noćno svjetlo za kupaonicu kako bi se omogućilo održavanje higijenskih standarda bez gubitka noćnog vida-mogućnosti su ogromne.