Joule Thief z izjemno preprostim nadzorom svetlobne moči: 6 korakov (s slikami)

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

Vezje Joule Thief je odlična predjed za začetnika elektronskega eksperimentatorja in je bilo neštetokrat reproducirano, Googlovo iskanje prinaša 245000 zadetkov! Daleč najpogosteje najdeno vezje je prikazano v 1. koraku spodaj, ki je neverjetno preprosto, sestavljeno iz štirih osnovnih komponent, vendar je za to preprostost treba plačati ceno. Ko se napaja s svežo baterijo 1,5 voltov, je svetlobna moč velika s sorazmerno porabo energije, vendar z nižjo napetostjo akumulatorja svetloba in poraba energije padeta, dokler svetlobna moč ne preneha pri približno pol volta.

Vezje kliče po neki obliki nadzora. Avtor je to v preteklosti dosegel z uporabo tretjega navitja na transformatorju za zagotavljanje krmilne napetosti, glej:

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

Ne glede na to, kateri krmilnik se uporablja, bi moral imeti osnovno lastnost, pri kateri zmanjšanje svetlobne moči zmanjša tudi porabo energije, tako da nastavitev pri šibki svetlobi povzroči nizko porabo baterije in daljšo življenjsko dobo baterije. To vezje, razvito v tem članku, to doseže in je veliko enostavnejše, saj dodatno navijanje ni potrebno in daje obliko krmiljenja, ki bi jo bilo mogoče naknadno namestiti na številna obstoječa vezja. Na koncu članka pokažemo, kako pri dnevni svetlobi samodejno izklopiti tokokrog, ko je nameščen kot nočna luč.

Boste potrebovali:

Dva NPN tranzistorja za splošno uporabo. Ni kritično, vendar sem uporabil 2N3904.

Ena silicijeva dioda. Popolnoma nekritično in usmerniška dioda ali signalna dioda bosta v redu.

Feritni toroid. Za več informacij glej kasneje v besedilu.

En kondenzator 0,1 uF. Uporabil sem 35V tantalovo komponento, lahko pa uporabite navaden elektrolit 1 uF. Ohranite nazivno napetost navzgor-nazivna vrednost 35 ali 50 voltov ni pretirana kot med razvojem, in preden se krmilna zanka zapre, lahko na to komponento priključite visoko napetost.

En elektrolitski kondenzator 100uF. Delovanje 12 voltov je tukaj v redu.

En 10 K ohmski upor.

En upor 100 K Ohm

En potenciometer 220 K Ohm. Nekritično in vse v območju od 100 K do 470 K bi moralo delovati.

PVC enožična priključna žica, ki jo dobim s snemanjem telefonskega kabla

Za prikaz vezja v zgodnjih fazah sem uporabil model AD-12 Solderless Breadboard, ki sem ga dobil od Maplina.

Za izdelavo stalne različice vezja morate biti opremljeni za osnovno elektronsko konstrukcijo, vključno s spajkanjem. Vezje je nato mogoče izdelati na Veroboardu ali podobnem materialu, prikazan pa je tudi drug način gradnje s prazno tiskano vezje.

1. korak: Naše osnovno vezje tatu džulov

Zgoraj je prikazan diagram vezja in načrt delovnega vezja.

Tu je transformator sestavljen iz 2 sklopov po 15 zavojev enožilne PVC žice, rešene iz dolžine telefonskega kabla, zvitega skupaj in navitega na feritnem toroidu-ni kritično, vendar sem uporabil izdelek Ferroxcube po komponentah RS 174-1263 velikosti 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Pri izbiri te komponente je ogromna širina in izmeril sem enako zmogljivost s komponento Maplin, štirikrat večjo. Konstruktorji običajno uporabljajo zelo majhne feritne kroglice, vendar je to tako majhno, kot bi si želel-pri zelo majhnih elementih se bo frekvenca oscilatorja povečala in v končnem vezju lahko pride do kapacitivnih izgub.

Uporabljen je tranzistor 2N3904 za splošno uporabo NPN, vendar bo deloval skoraj vsak tranzistor NPN. Osnovni upor je 10K, kjer lahko pogosteje vidite 1K, vendar je to lahko v pomoč, če bomo pozneje uporabili nadzor v vezju.

C1 je ločilni kondenzator za izravnavo preklopnih prehodov, ki nastanejo pri delovanju vezja, in tako ohrani čistost napajalne tirnice, dobro elektronsko gospodinjstvo, vendar je ta komponenta pogosto izpuščena, kar lahko povzroči nepredvidljivost in napačno delovanje vezja.

2. korak: delovanje osnovnega vezja

Nekaj znanja o delovanju osnovnega vezja je lahko poučno. V ta namen je bilo vezje napajano z različnimi napajalnimi napetostmi in izmerjena ustrezna poraba toka. Rezultati so prikazani na zgornji sliki.

LED začne oddajati svetlobo z napajalno napetostjo 0,435 in porabi tok 0,82 mA. Pri 1,5 V (vrednost za novo baterijo) je LED zelo svetla, vendar je tok nad 12 mA. To ponazarja potrebo po nadzoru; moramo biti sposobni nastaviti svetlobo na razumno raven in tako močno podaljšati življenjsko dobo baterije.

3. korak: Dodajanje nadzora

Shema vezja dodatnega krmilnega vezja je prikazana na prvi sliki zgoraj.

Drugi tranzistor 2N3904 (Q2) je bil dodan s kolektorjem, priključenim na osnovo tranzistorskega oscilatorja, (Q1.) Ko je ta drugi tranzistor izklopljen, ne vpliva na delovanje oscilatorja, ko pa je vklopljen, preklopi osnovo oscilatornega tranzistorja na zemljo s čimer se zmanjša izhod oscilatorja. Silicijeva dioda, priključena na kolektor tranzistorja oscilatorja, zagotavlja usmerjeno napetost za polnjenje C2, 0,1 uF kondenzatorja. Čez C2 je potenciometer 220kOhm (VR1,), brisalnik pa je preko upora 100 kOhm, ki zaključi zanko, ponovno povezan z bazo krmilnega tranzistorja (Q2,). Nastavitev potenciometra zdaj nadzoruje svetlobno moč in v tem primeru trenutno porabo. Ko je potenciometer nastavljen na minimum, je trenutna poraba 110 mikro amperov, ko je nastavljena za LED, ki se šele začne prižgati, je še vedno 110 mikro amperov, pri polni svetlosti LED pa je poraba 8,2 mA-imamo nadzor. V tem primeru se vezje napaja z eno Ni/Mh celico pri 1,24 voltov.

Dodatne komponente niso kritične. Pri 220 kOhm za potenciometer in 100 kOhm za bazni upor Q2 krmilno vezje deluje dobro, vendar zelo malo obremenjuje oscilator. Pri 0,1 uF C2 zagotavlja nemoten popravljen signal brez dodajanja velike časovne konstante in vezje se hitro odziva na spremembe VR1. Tu sem uporabil tantal elektrolit, vendar bi keramična ali poliestrska komponenta delovala enako dobro. Če naredite to komponento previsoko kapacitivno, bo odziv na spremembe potenciometra počasen.

Zadnje tri zgornje slike so osciloskopske zaslone zaslona med delovanjem in prikazujejo napetost na zbiralniku oscilatornega tranzistorja. Prvi prikazuje vzorec pri minimalni svetlosti LED in vezje deluje z majhnimi razpoki energije, ki so široko razporejene. Druga slika prikazuje vzorec s povečanim izhodom LED in izbruhi energije so zdaj pogostejši. Zadnji je na polni moči in vezje je prešlo v enakomerno nihanje.

Tako preprost način nadzora ni povsem brez težav; od pozitivne napajalne tirnice je enosmerna pot skozi navitje transformatorja do tranzistorskega kolektorja in skozi D1. To pomeni, da se C2 napolni do nivoja napajalne tirnice minus padec napetosti diode naprej, nato pa se temu doda napetost, ki jo ustvari Joule Thief. To ni pomembno pri običajnem delovanju Joule Thieva z eno celico 1,5 V ali manj, če pa poskusite zagnati vezje pri višjih napetostih nad približno 2 volti, LED izhoda ni mogoče nadzorovati do nič. To ni problem pri veliki večini aplikacij Joule Thief, ki se običajno vidijo, vendar je takšen potencial za nadaljnji razvoj, da bi lahko postal pomemben, potem pa bi se morali zateči k izpeljavi krmilne napetosti iz tretjega navitja na transformatorju ki zagotavlja popolno izolacijo.

4. korak: Uporaba vezja 1

Z učinkovitim nadzorom je mogoče Joule Thief uporabiti veliko širše in možne so resnične aplikacije, kot so svetilke in nočne luči z nadzorovano svetlobno močjo. Poleg nastavitev pri šibki svetlobi in sorazmerno nizke porabe energije so možne izjemno ekonomične aplikacije.

Na zgornjih slikah so prikazane vse zamisli v tem članku, združene na majhni prototipni plošči in z nizko oziroma visoko nastavljeno močjo z vgrajenim potenciometrom na vozilu. Bakreni naviti na toroidu so iz bolj običajne emajlirane bakrene žice.

Povedati je treba, da je ta oblika gradnje zapletena in je metoda, uporabljena v naslednjem koraku, veliko lažja.

5. korak: uporaba vezja-2

Na zgornji sestavljeni sliki je prikazana še ena izvedba tokokroga, ki je zgrajen na kosu enostranskega tiskanega vezja z bakreno stranjo navzgor z majhnimi blazinicami enostranskega tiskanega vezja, nalepljenimi s polimernim lepilom MS. Ta oblika gradnje je zelo enostavna in intuitivna, saj lahko vezje postavite tako, da ponovi diagram vezja. Blazinice so robustno pritrdišče za komponente, priključki na ozemljitev pa so spajkani na bakreno podlago spodaj.

Na sliki je LED na levi strani popolnoma osvetljena, na desni pa komaj osvetljena, kar dosežete s preprosto nastavitvijo vgrajenega potenciometra za obrezovanje.

6. korak: uporaba vezja-3

Shema vezja na prvi sliki zgoraj prikazuje 470k ohmski upor z 2 -voltno sončno celico, ki je učinkovito vzporedno s potenciometrom za obrezovanje na vozilu priključen v krmilno vezje Joule Thief. Druga slika prikazuje 2 -voltno sončno celico (rešeno iz neaktivne vrtne sončne svetlobe), priključeno na sklop, prikazan v prejšnjem koraku. Celica je pri dnevni svetlobi in zato zagotavlja napetost, ki izklopi vezje in LED ugasne. Tok tokokroga je bil izmerjen pri 110 mikro amperih. Tretja slika prikazuje pokrovček, nameščen nad sončno celico, ki simulira temo, LED -dioda je zdaj prižgana in tok tokokroga je izmerjen pri 9,6 mA. Prehod za vklop/izklop ni oster in luč se prižge postopoma v mraku. Upoštevajte, da se sončna celica uporablja le kot poceni krmilna komponenta za vezje akumulatorja, ki sama po sebi ne oskrbuje z električno energijo.

Vezje na tej stopnji je potencialno zelo uporabno. Ker je sončna celica diskretno nameščena v oknu ali na okenski polici, ki polni super kondenzator ali nikljevo -kovinsko -hidridno polnilno celico, postane zelo učinkovita stalna nočna luč možen prihodnji projekt. Ko se uporablja s celico AA, zmožnost izklopa svetlobne moči in nato izklopa svetlobe podnevi pomeni, da bo vezje delovalo dlje časa, preden napetost akumulatorja pade na okoli 0,6 volta. Kakšno čudovito darilo po meri, ki ga lahko stari starši podarijo vnukom! Druge ideje vključujejo osvetljeno punčko ali nočno luč za kopalnico, ki omogoča vzdrževanje higienskih standardov brez izgube nočnega vida-možnosti so ogromne.