31 -letni LED utripalec za modelne svetilnike itd.: 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Modelni svetilniki so zelo navdušeni in mnogi lastniki se morajo zamisliti, kako lepo bi bilo, če bi model, namesto da bi samo sedel, dejansko utripal. Težava je v tem, da bodo modeli svetilnikov verjetno majhni z malo prostora za baterije in vezja, čajna lučka, prikazana na zgornji sliki, pa je dober primer, ko je dovolj prostora, da vstavite baterijo PP3 ali majhen kup litijevega gumba celice skupaj z zelo majhnim vezjem.

Internet je bogat z LED bliskavicami. Mnogi temeljijo na čipu 555, zato je pričakovati, da bodo porabili približno 10 mA toka, kar bi v nekaj dneh izpraznilo majhno baterijo. Po nekaj ožigalnih igrah s komponentami na plošči sem naletel na vezje CMOS, ki je osnova za ta članek. To vezje je 5000 -krat boljše od 555 in porabi 2 mikroAmp, kar pomeni, da bi morala alkalna 9 -voltna baterija PP3 zdržati 31 let, čeprav je to akademsko, saj je precej daljše od roka trajanja baterije. Snop 3 x 2032 litijevih celic, ki dajejo tudi 9 voltov, bo trajal le 12 let.

Za dosego te zmogljivosti so prekršena nekatera pravila in strokovnjaki za elektroniko bodo dvignili obrv, če ne dve.

1. korak: Osnovno vezje 1

Morda bi bilo koristno, če bi vezje sprva potekalo na brezlemni plošči, poleg tega pa boste potrebovali:

1 X CMOS CD4011 štirikratna vrata NOR. (IC uporabljamo kot štirikolesni pretvornik, zato bo deloval tudi CD 4001.)

1 X 4,7 Meg ohmski upor. (Za daljše cikle lahko uporabite do 10 megOhm.)

1 X 10 ohmski upor.

1 X 1000 microFarad elektrolitski kondenzator.

1 X 1 microFarad nepolarni elektrolitski kondenzator. (Uporabite lahko 1 keramični kondenzator microFarad, vendar jih je malo težje nabaviti.)

2 x visoko učinkovite bele LED diode.

2 X 2N7000 N kanalni FET.

1 X 4,7 mikroFarad elektrolitski kondenzator (tantal bi bil najboljši.)

1 X 9 -voltna baterija, na primer PP3.

Zgornja shema prikazuje osnovno vezje. CMOS CD 4011 ima vse pare vhodov, povezanih skupaj, tako da je štirikratni pretvornik. Dve vrati sta ožičeni kot časovni razpored s časom, ki ga določa upor 4,7 megOhm in nepolarni elektrolitski kondenzator 1 mikroFarad, kar ima za posledico cikel tri do štiri sekunde. Čas lahko enostavno podvojimo z dodajanjem drugega kondenzatorja 1 mikroFarada ali več vzporedno, upor 4,7 megOhm pa lahko povečamo na 10 megOhm, tako da so možni dolgi časi cikla. Preostali dve vrati sta ožičeni kot pretvorniki, ki se napajajo iz stabilnega odseka, njihovi protifazni izhodi pa napajajo ustrezna vrata 2N7000 FET, ki so zaporedno povezani preko napajalnega voda. Ko zadnji pretvornik v izhodu verige naraste visoko, bo prejšnji nizek, zgornji 2N7000 pa preko ene LED diode napolni kondenzator 4,7 mikroFarada. Ko se zadnji pretvornik v verigi spusti, spodnji del 2N7000 vodi, kar omogoča, da se 4,7 mikroFarada izprazni skozi drugo LED, kar daje nov utrip. Izhodna stopnja porabi nič toka zunaj prehodnih časov.

10 -ohmski upor in 1000 mikrofarad kondenzator v napajalnem vodu sta samo za ločitev in nista nujna, vendar sta zelo uporabna v fazi testiranja.

Elektronski čistilci bodo poudarili, da izhodna stopnja ni dobra zasnova, ker bi lahko vsako zamikanje ali negotovost na točki, kjer stikalo vezja povzroči, da sta oba 2N7000 na kratko vklopljena hkrati, kar povzroči kratek stik z napajanjem. V praksi ugotavljam, da se to ne dogaja in bi se pokazalo v trenutni porabi, glej kasneje.

Ugotovljeno je bilo, da vezje, kot je prikazano, porabi povprečno 270 mikroAmp, kar je zaslužno, a za naš namen preveč.

2. korak: Osnovno vezje 2

Na zgornji sliki je prikazano vezje, sestavljeno na lemljeni plošči.

3. korak: Izboljšano vezje 1

Vezje, prikazano na zgornji shemi, je skoraj identično prejšnjemu. Tu dodatek samo ene komponente vpliva na preobrazbo zmogljivosti, ki je tako drastična, kot jo boste verjetno videli v preprostih elektronskih vezjih.

Upor 1 MegOhm je bil serijsko nameščen z napajanjem na mikrofonu CD4011. (Strokovnjaki v elektroniki bodo rekli, da je to nekaj, česar nikoli ne bi smeli storiti.) Tokokrog še naprej deluje, vendar povprečna poraba pade na približno 2 mikroAmp, kar pomeni 31 -letno življenjsko dobo za alkalno celico PP3 s kapaciteto 550 mA ur. Neverjetno je, da je izhodna napetost še vedno dovolj visoka, da zanesljivo preklopi 2N7000 FET.

4. korak:

Na zgornji sliki je prikazan dodani upor z rdečo obrobo.

Merjenje povprečnega toka, ki ga porabi to vezje, je zastrašujoča naloga, vendar je hiter test odstraniti baterijo in pustiti, da se vezje izprazni na polnjenje v ločevalnem kondenzatorju 1000 mikroFarad, če ste ga namestili-vezje mora delovati pet ali šest minut, preden se eden od utripov odreče.

Nekaj sem uspel, ko sem v napajalni vod vzporedno vstavil 100 ohmski upor in 3 Faradov super kondenzator (upoštevajte polarnost), kar je omogočilo doseganje ravnotežja več ur. Z milivoltmetrom je mogoče izmeriti napetost na uporu in izračunati povprečni tok z Ohmovim zakonom.

5. korak: Nekaj misli na tej stopnji

Storil sem kardinalni greh, da sem upor dal v napajalno linijo CMOS IC. Vendar pa IC stoji sam in ni del logične verige, zato predlagam, da to enotno IC uporabljamo zgolj kot zbirko komplementarnih tranzistorjev CMOS. Morda imamo tukaj sprostitveni oscilator z nizko močjo reveža.

Kondenzator "vedro", ki se polni in prazni skozi dve LED diodi, lahko povečate, da zagotovite svetlejšo bliskavico, vendar z vrednostmi v stotinah mikroFaradov je morda pameten previdnostni ukrep dodati majhen upor zapored z LED diodami, da omejite največji tok in Priporoča se 47 ali 100 ohmov. Pri večjih vrednostih kondenzatorja lahko bliskavica postane malo "lena", saj se zadnji del naboja kondenzatorja razprši skozi spodnjo LED, čeprav lahko menite, da zagotavlja bolj realistično izkušnjo svetilnika. Trenutna poraba se bo seveda zvišala celo na dvajset ali trideset mikroAmp.

6. korak: Ustvarite trajno različico svojega vezja 1

Naredili smo enostaven del, vendar bi morali dokazati, da vezje deluje in se lahko zdaj zaveže, da bo za stalno vstopilo v naš svetilnik.

To bo zahtevalo osnovna elektronska orodja in veščine montaže. Potrebne komponente bodo odvisne od tega, kako se boste odločili za ta del, in od spretnosti, ki jih imate. Pokazal bom nekaj primerov in dal nadaljnje predloge.

Na zgornji sliki je prikazano majhno dvostransko tiskano vezje prototipa PCB iz točke do točke. Ti so na voljo na EBayu v različnih velikostih in ta je ena najmanjših. Prikazan je tudi kvadrat navadnega tiskanega vezja s pritrjeno žico, ki bo tvorila eno povezavo za našo baterijo, ki naj bi bila kup treh celic litijevih gumbov. Pri tej vrsti plošč se mi zdi, da sosednjih blazinic s spajkanjem ni mogoče premostiti, saj spajka teče skozi luknje-premostiti morate z žico.

7. korak: Ustvarite trajno različico svojega vezja 2

Na zgornji sliki vidimo, da je gradnja v teku. Upoštevajte, da sta bila za merjenje časa uporabljena dva kondenzatorja 1 microFarad, tri celice z gumbom 2025 litij pa so pripravljene za vstavljanje med priključke na koncu baterije.

8. korak: Ustvarite trajno različico svojega vezja 3

Na zgornji sliki vidimo končni izdelek, pripravljen za vgradnjo v svetilnik. Upoštevajte, da so bile tri litijeve celice zaporedno povezane s pozitivnim na negativno do zgornjega pozitiva, ki je povezan s kvadratom navadne PC plošče, spajkane na rdeči kabel. Sklad celic je bil nato tesno povezan s samoamalgacijskim trakom. Primeri tega načina izdelave baterij iz več gumbnih celic boste našli drugje na spletnem mestu Instructables.

9. korak: Ustvarite trajno različico svojega vezja 4

Na zgornji sliki vidimo drugo različico, sestavljeno na traku, ki je sodobna različica Veroboarda. To je v redu, vendar sodobna plošča ne odpušča napak in ne bo zdržala veliko spajkanja in razpajkanja, preden se bakreni trakovi dvignejo, zato jo naredite prvič! Baterija je alkalna PP3, ki pri kapaciteti 450 mA ur izračuna precej akademsko življenjsko dobo 31 let.

10. korak: Ustvarite trajno različico svojega vezja 5

Tu so trak za trakove in baterija PP3 zapečateni v plastično embalažo in vtaknjeni v držalo za čajno svečko, kar omogoča vstavljanje našega sklopa v svetilnik.

Za preprosto vezje, kot je ta, lahko izdelate tudi lastno tiskano vezje s peresom, vendar ga morate znati jedkati, po možnosti ne v kuhinji! Nazadnje je lahko majhen list navadnega tiskanega vezja predmet izdelave "mrtve hrošča", kar lahko da najmanjšo in najbolj robustno konstrukcijo vseh primerov.

11. korak: Zadnje misli

To vezje je tako poceni za izdelavo, da je za enkratno uporabo. Lahko ga naredimo tako majhnega, da gre v majhen stekleni kozarec, nato pa ga celo vlijemo v smolo ali vosek, če LED ostanejo na prostem. V tako robustni obliki je lahko veliko možnih uporab. Predlagam, da bi bil to lahko dragocen varnostni predmet pri jamarstvu in še posebej v jamskem potapljanju, kjer bi lahko številne osvetlile pot iz jame ali iz notranjosti vijugaste razbitine. Na mestu bi jih lahko pustili več let.

Kondenzator žlice se lahko zmanjša, tako da se poraba energije zniža na raven, pri kateri bi tokokrog lahko poganjala akumulatorska baterija iz različnih kovinskih plošč, prepletenih z elektrolitnimi blazinicami. To bi lahko celo povzročilo sestavo, ki bi jo lahko postavili v "časovno kapsulo", ki bi jo morali izkopati kakih petdeset let kasneje!