Крадец на джаул с изключително просто управление на светлинната мощност: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Веригата Joule Thief е отлично предястие за начинаещия електронен експериментатор и е възпроизвеждана безброй пъти, наистина търсенето с Google дава 245000 посещения! Най -често срещаната схема е тази, показана в стъпка 1 по -долу, която е невероятно проста, състояща се от четири основни компонента, но има цена, която трябва да се плати за тази простота. Когато се захранва с нова батерия от 1,5 волта, светлинният изход е висок със съизмерима консумация на енергия, но с по -ниско напрежение на батерията светлината и консумацията на енергия намаляват, докато около половин волтов светлинен изход не престане.

Веригата плаче за някаква форма на контрол. Авторът е постигнал това в миналото, използвайки трета намотка на трансформатора, за да осигури управляващо напрежение, вижте:

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

Какъвто и контрол да се използва, той трябва да има основното свойство, при което намаляването на светлинната мощност също намалява консумацията на енергия, така че настройката за слаба светлина води до нисък разход на батерията и по -дълъг живот на батерията. Схемата, разработена в тази статия, постига това и е много по-опростена, тъй като допълнителната намотка не е необходима и дава форма на управление, която може да бъде монтирана в много съществуващи вериги. В края на статията ние показваме как автоматично да изключваме веригата на дневна светлина, когато се използва като нощна лампа.

Ще имаш нужда:

Два NPN транзистора с общо предназначение. Не е критично, но използвах 2N3904.

Един силициев диод. Напълно некритичен и токоизправител или сигнален диод ще бъде наред.

Феритен тороид. Вижте по -късно в текста за повече информация.

Един 0,1 uF кондензатор. Използвах 35V танталов компонент, но можете да използвате обикновен електролит 1 uF. Запазете номиналното напрежение-35 или 50 волта не е прекомерно, тъй като по време на разработката, и преди вашият контролен контур да бъде затворен, високо напрежение може да бъде приложено към този компонент.

Един 100uF електролитен кондензатор. Работата на 12 волта е добре тук.

Един резистор 10 K Ohm.

Един резистор от 100 K Ohm

Един 220 K Ohm потенциометър. Некритично и всичко в диапазона от 100 K до 470 K трябва да работи.

PVC едножилен свързващ проводник, който получавам чрез сваляне на телефонния кабел

За да демонстрирам схемата в ранните етапи, използвах модел AD-12 Solderless Breadboard, който получих от Maplin.

За да създадете постоянна версия на веригата, ще бъдете оборудвани за елементарна електронна конструкция, включително запояване. След това веригата може да бъде конструирана върху Veroboard или подобен материал, като е показан и друг метод на конструиране с празна печатна платка.

Стъпка 1: Нашата основна верига за крадци на джаули

По -горе е показана електрическата схема и чертеж на работна верига.

Трансформаторът тук се състои от 2 партиди от 15 завъртания от едножилен PVC проводник, спасен от дължина на телефонния кабел, усукан заедно и навит върху феритен тороид-не е критично, но използвах елемент Ferroxcube от RS Components 174-1263 размер 14,6 X 8,2 X 5,5 мм. Изборът на този компонент е огромен и аз измерих идентична производителност с компонент Maplin четири пъти по -голям. Съществува тенденция конструкторите да използват много малки феритни перли, но това е толкова малко, колкото бих искал да направя-при много малки елементи честотата на осцилатора ще се повиши и може да има капацитивни загуби в крайната верига.

Използваният транзистор е 2N3904 NPN с общо предназначение, но почти всеки NPN транзистор ще работи. Базовият резистор е 10K, където по -често може да видите 1K използван, но това може да помогне, когато по -късно приложим контрол върху веригата.

C1 е отделящ кондензатор, за да изглади превключващите преходни процеси, генерирани от работа на веригата и по този начин да поддържа чистата захранваща шина, това е добро електронно домакинство, но този компонент често е пропуснат, което може да доведе до непредсказуемост и нестабилна работа на веригата.

Стъпка 2: Работа на основната схема

Някои познания за работата на основната схема могат да бъдат поучителни. За тази цел веригата се захранва с различни захранващи напрежения и се измерва съответното потребление на ток. Резултатите са показани на снимката по -горе.

Светодиодът започва да излъчва светлина с захранващо напрежение 0,435 и консумира 0,82 mA ток. При 1,5 волта, (стойността за нова батерия,) светодиодът е много ярък, но токът е над 12 mA. Това илюстрира необходимостта от контрол; трябва да можем да настроим изходната светлина на разумно ниво и по този начин значително да удължим живота на батерията.

Стъпка 3: Добавяне на контрол

Схемата на допълнителната управляваща схема е показана на първата снимка по -горе.

Добавен е втори транзистор 2N3904 (Q2) с колектора, свързан към базата на транзистора на осцилатора, (Q1.) При изключване този втори транзистор няма ефект върху функцията на осцилатора, но когато е включен, шунтира основата на транзистора на осцилатора към земята като по този начин намалява изхода на осцилатора. Силиконов диод, свързан към колектора на транзистора на осцилатора, осигурява изправено напрежение за зареждане на C2, 0,1 uF кондензатор. В целия C2 има потенциометър 220 kOhm (VR1,) и чистачката е свързана обратно към базата на управляващия транзистор (Q2,) чрез резистор от 100 kOhm, който завършва контура. Настройката на потенциометъра сега контролира светлинната мощност и в този случай текущата консумация. Когато потенциометърът е зададен на минимум, консумацията на ток е 110 микро ампера, когато е настроен за светодиода, който едва започва да свети, той все още е 110 микро ампера и при пълна яркост на LED консумацията е 8,2 mA-имаме контрол. В този пример веригата се захранва с единична Ni/Mh клетка при 1.24 волта.

Допълнителните компоненти не са критични. При 220 kOhm за потенциометъра и 100 kOhm за Q2 базовия резистор управляващата верига функционира добре, но поставя много малко натоварване върху осцилатора. При 0,1 uF C2 осигурява плавен коригиран сигнал без добавяне на голяма времева константа и веригата реагира бързо на промените във VR1. Използвах танталов електролит тук, но керамичен или полиестерен компонент би работил също толкова добре. Ако направите този компонент твърде висок в капацитета, тогава реакцията на промените в потенциометъра ще бъде бавна.

Последните три снимки по -горе са осцилоскопски екранни грайфери по време на работа и показват напрежението върху колектора на осцилаторния транзистор. Първият показва модела при минимална яркост на LED и веригата работи с малки енергийни изблици, разположени на голямо разстояние. Втората снимка показва модела с увеличен LED изход и изблиците на енергия вече са по -чести. Последният е на пълен изход и веригата е преминала в постоянни трептения.

Такъв прост метод за контрол не е напълно безпроблемен; има постоянен ток от положителната захранваща шина през намотката на трансформатора до транзисторния колектор и през D1. Това означава, че C2 се зарежда до нивото на захранващата шина минус предния спад на напрежението на диода и след това към това се добавя напрежението, произведено от действието на Joule Thief. Това не е от значение по време на нормална работа на Joule Thief с единична клетка от 1,5 волта или по -малко, но ако се опитате да пуснете веригата при по -високи напрежения над около 2 волта, тогава LED изходът не може да бъде контролиран до нула. Това не е проблем с по -голямата част от приложенията на Joule Thief, които обикновено се виждат, но такъв е потенциалът за по -нататъшно развитие, който може да стане значителен и тогава може да се наложи да се прибегне до извличане на управляващото напрежение от трета намотка на трансформатора което осигурява пълна изолация.

Стъпка 4: Прилагане на веригата 1

С ефективен контрол Joule Thief може да се прилага много по -широко и са възможни реални приложения като факли и нощни светлини с контролирана светлинна мощност. Освен това с настройки за слаба светлина и съизмеримо ниска консумация на енергия, тогава са възможни изключително икономични приложения.

Снимките по-горе показват всички идеи в тази статия, събрани досега на малка прототипна платка и със съответно нисък и висок изход с предварително зададен потенциометър на борда. Медните намотки на тороида са от по -обичайната емайлирана медна жица.

Трябва да се каже, че тази форма на изграждане е неудобна и методът, използван в следващата стъпка, е далеч по -лесен.

Стъпка 5: Прилагане на веригата-2

Показана на комбинираната картина по -горе е друга реализация на веригата, този път изградена върху парче едностранна печатна платка с медна страна нагоре с малки подложки от едностранна печатна платка, залепени с MS полимерно лепило. Тази форма на конструиране е много лесна и интуитивна, тъй като можете да поставите веригата, за да повторите схемата. Подложките правят здраво закрепване на компонентите, а връзките със земята са направени чрез запояване върху медната основа отдолу.

Снимката показва светодиода, напълно осветен отляво и едва светещ отдясно, което се постига с просто регулиране на вградения потенциометър за подстригване.

Стъпка 6: Прилагане на веригата-3

Схемата на първата снимка по -горе показва 470k Ohm резистор, сериен с 2 -волтова слънчева клетка и свързан ефективно към управляващата верига на Joule Thief паралелно с вградения потенциометър за тример. Втората снимка показва 2 -волтовата слънчева клетка (спасена от несъществуваща градинска слънчева светлина), свързана към монтажа, показан в предишната стъпка. Клетката е на дневна светлина и по този начин осигурява напрежение, което изключва веригата и светодиодът се гаси. Токът на веригата се измерва при 110 микро ампера. Третата снимка показва капачка, поставена над слънчевата клетка, като по този начин симулира тъмнината и светодиодът вече свети и токът на веригата е измерен при 9,6 mA. Преходът за включване/изключване не е остър и светлината светва постепенно в здрач. Обърнете внимание, че слънчевата клетка се използва само като евтин контролен компонент на веригата на батерията, сама по себе си не осигурява никакво захранване.

Веригата на този етап е потенциално много полезна. Със слънчева клетка, монтирана дискретно в прозорец или на перваза на прозореца, зареждаща суперкондензатор или акумулаторна клетка от никелметалхидрид, високоефективната постоянна нощна светлина става възможен бъдещ проект. Когато се използва с AA клетка, възможността да се намали светлинната мощност и след това да се изключи светлината през деня означава, че веригата ще работи за дълъг период преди напрежението на батерията да падне до около 0,6 волта. Какъв превъзходен подарък по поръчка, който бабите и дядовците да подарят на внуците си! Други идеи включват осветена къща за кукли или нощна лампа за банята, за да се поддържат хигиенните стандарти без загуба на нощно виждане-възможностите са огромни.