31letý LED blikač pro modelové majáky atd.: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Modelové majáky mají širokou fascinaci a mnoho majitelů si musí myslet, jak by bylo hezké, kdyby místo toho, aby tam jen seděli, model skutečně blikal. Problém je v tom, že modely majáků budou pravděpodobně malé s malým prostorem pro baterie a obvody a čajová lampa zobrazená na obrázku výše je dobrým příkladem tam, kde je místo pro stlačení baterie PP3 nebo malého stohování lithiového tlačítka články spolu s velmi malou deskou s obvody.

Internet je plný LED diod. Mnoho z nich je založeno na čipu 555, a proto lze očekávat, že spotřebují přibližně 10 mA proudu, což by zploštilo malou baterii během několika dní. Po nějakém neomaleném hraní s komponentami na prkénku jsem narazil na obvod CMOS, který je základem tohoto článku. Tento obvod je 5 000krát lepší než 555 a spotřebovává 2 mikroAmpéry, což znamená, že alkalická 9voltová baterie PP3 by měla vydržet 31 let, i když je to akademické, protože výrazně přesahuje životnost baterie. Stoh 3 lithiových článků X 2032, které také dávají 9 voltů, vydrží pouhých 12 let.

K dosažení tohoto výkonu jsou některá pravidla porušena a profesionálové v oblasti elektroniky zvednou obočí, ne -li dvě.

Krok 1: Základní obvod 1

Může být užitečné uvést obvod zpočátku na nepájivém prkénku a kromě prkénka budete potřebovat:

1 X CMOS CD4011 quad NOR brána. (IC používáme jako čtyřnásobný měnič, takže CD 4001 bude také fungovat.)

1 x odpor 4,7 Meg Ohm. (Pro delší doby cyklu lze použít až 10 megOhm.)

1 x 10 ohmový odpor.

1 x 1000 microFarad elektrolytický kondenzátor.

1 X 1 nepolární elektrolytický kondenzátor microFarad. (Lze použít 1 keramický kondenzátor microFarad, ale jeho získání je o něco těžší.)

2 x vysoce účinné bílé LED diody.

2 X 2N7000 N kanál FET.

1 X 4,7 microFarad elektrolytický kondenzátor (nejlepší by byl tantal.)

1 x 9voltová baterie, například PP3.

Výše uvedené schéma ukazuje základní obvod. CMOS CD 4011 má všechny páry vstupů brány svázané dohromady, což z něj činí čtyřnásobný měnič. Dvě brány jsou zapojeny jako astabilní s časováním definovaným odporem 4,7 megOhm a nepolárním elektrolytickým kondenzátorem 1 microFarad, což má za následek dobu cyklu tři až čtyři sekundy. Čas lze snadno zdvojnásobit přidáním dalšího 1 microFarad kondenzátoru nebo více paralelně a odpor 4,7 megOhm lze zvýšit na 10 megOhm, takže jsou možné dlouhé doby cyklu. Zbývající dvě brány jsou zapojeny jako invertory napájené z astabilní sekce a jejich protifázové výstupy napájejí příslušné brány 2N7000 FET, které jsou zapojeny do série přes napájecí vedení. Když se poslední měnič v řetězovém výstupu zvýší, ten předchozí bude nízký a horní 2N7000 provede nabíjení 4,7 microFarad kondenzátoru pomocí jedné LED, která začne blikat. Když se poslední měnič v řetězci sníží, pak spodní 2N7000 vede, což umožňuje 4.7 microFaradu vybít druhou LED diodou a znovu bliknout. Koncový stupeň spotřebovává nulový proud mimo přechodové časy.

Rezistor 10 Ohm a kondenzátor 1000 mikrofaradů v napájecím vedení slouží pouze k oddělení a nejsou životně důležité, ale jsou velmi užitečné ve fázi testování.

Elektroničtí puristé upozorní na to, že koncový stupeň není dobrý, protože jakékoli otřesy nebo nejistota v místě, kde by spínače obvodů mohly mít za následek krátkodobé zapnutí obou 2N7000 současně, což by mělo za následek zkrat v napájecím zdroji. V praxi zjišťuji, že se to neděje a projevilo by se to při současné spotřebě, viz dále.

Ukázalo se, že obvod, jak je ukázáno, spotřebuje v průměru 270 mikroAmpérů, což je kredibilní, ale pro náš účel příliš vysoké.

Krok 2: Základní obvod 2

Obrázek výše ukazuje obvod sestavený na nepájivém prkénku.

Krok 3: Vylepšený obvod 1

Obvod zobrazený ve schématu výše vypadá téměř identický s předchozím. Zde přidání pouze jedné komponenty způsobí transformaci výkonu, která je tak drastická, jak ji v jednoduchých elektronických obvodech pravděpodobně kdy uvidíte.

Rezistor 1 MegOhm byl umístěn v sérii s napájením IC CD4011. (Profesionálové v oboru elektroniky řeknou, že to je něco, co by se nikdy nemělo dělat.) Obvod pokračuje v provozu, ALE průměrná spotřeba klesne na přibližně 2 mikroAmpéry, což odpovídá životnosti 31 let pro alkalický článek PP3 s kapacitou 550 mA hodin. Je neuvěřitelné, že výstupní napětí je stále dostatečně vysoké, aby spolehlivě spínalo 2N7000 FET.

Krok 4:

Na obrázku výše je přidaný odpor vyzváněn červeně.

Měření průměrného proudu odebíraného tímto obvodem je skličující úkol, ale rychlým testem je vyjmutí baterie a umožnění vybití obvodu v odpojovacím kondenzátoru 1000 microFarad, pokud jste jej nainstalovali-obvod by měl běžet po dobu pěti nebo šest minut, než jeden z záblesků ustane.

Dosáhl jsem určitého úspěchu vložením odporu 100 Ohm plus 3 Farad super kondenzátor (pozor na polaritu) paralelně do napájecího vedení a umožněním dosažení rovnováhy několik hodin. Pomocí milivoltmetru lze měřit napětí na rezistoru a vypočítat průměrný proud pomocí Ohmova zákona.

Krok 5: Některé myšlenky v této fázi

Dopustil jsem se kardinálního hříchu umístění rezistoru do napájecího vedení IC CMOS. Integrovaný obvod však stojí samostatně a není součástí logického řetězce, a proto navrhuji, abychom tento jediný integrovaný obvod používali jednoduše jako soubor komplementárních tranzistorů CMOS. Je možné, že zde máme chudý ultralehký relaxační oscilátor.

Korektorový kondenzátor, který se nabíjí a vybíjí prostřednictvím dvou LED diod, lze zvýšit tak, aby poskytoval jasnější záblesk, ale při hodnotách ve stovkách mikroFaradů může být moudrým předběžným opatřením přidat malý odpor do série s diodami LED, aby se omezil špičkový proud a Doporučuje se 47 nebo 100 ohmů. Při větších hodnotách kondenzátoru může blesk trochu „zlenivět“, protože poslední část kondenzátorového náboje se rozptýlí spodní LED diodou, i když můžete mít za to, že poskytuje realističtější zážitek z majáku. Aktuální spotřeba samozřejmě stoupne možná i na dvacet nebo třicet mikroAmpérů.

Krok 6: Vytvoření trvalé verze vašeho obvodu 1

Udělali jsme snadnou část, ale měli jsme dokázat, že obvod funguje a nyní může být oddán trvalé formě jít do našeho majáku.

To bude vyžadovat základní elektronické nástroje a montážní dovednosti. Potřebné součásti budou záviset na tom, jak se rozhodnete provést tuto část, a na dovednostech, které máte. Ukážu několik příkladů a dám další návrhy.

Na výše uvedeném obrázku je malá oboustranná deska plošných spojů Prototype PCB point to point. Ty jsou k dispozici na EBay v několika velikostech a tato je jedna z nejmenších. Rovněž je zobrazen čtverec obyčejné desky s plošnými spoji s připojeným vodičem, který vytvoří jedno spojení pro naši baterii, což má být hromada tří lithiových knoflíkových článků. U tohoto typu desky jsem zjistil, že není možné přemostit sousední podložky pájkou, protože pájka stéká skrz otvory-musíte přemostit drátem.

Krok 7: Vytvoření trvalé verze vašeho obvodu 2

Na obrázku výše vidíme, že stavba je v plném proudu. Všimněte si, že pro časování byly použity dva kondenzátory 1 microFarad a tři lithiové knoflíkové články 2025 jsou připraveny k vložení mezi konektory na konci baterie.

Krok 8: Vytvoření trvalé verze vašeho obvodu 3

Na obrázku výše vidíme hotový článek připravený k instalaci do majáku. Všimněte si toho, že tři lithiové články byly zapojeny v sérii od kladných k záporným až k horní kladné, která je připojena ke čtverci obyčejné desky PC připájené k červenému vodiči. Stoh buněk byl poté pevně svázán pomocí samo-sloučící pásky. Příklady tohoto způsobu výroby baterií z více knoflíkových článků najdete jinde na webu Instructables.

Krok 9: Vytvoření trvalé verze vašeho obvodu 4

Na obrázku výše vidíme další verzi sestavenou na stripboard, což je moderní verze Veroboard. To je v pořádku, ale moderní deska neodpouští chyby a nevydrží moc pájet a odpájet, než se měděné pásy zvednou, takže si to hned napoprvé udělejte správně! Baterie je alkalická PP3, která při kapacitě 450 mA hodin počítá s poměrně akademickou životností 31 let.

Krok 10: Vytvoření trvalé verze vašeho obvodu 5

Zde byl obvod stripboard plus baterie PP3 zabalen do plastového obalového materiálu a zaklíněn do držáku čajové svíčky, což umožňuje vložení naší sestavy do majáku.

Pro takto jednoduchý obvod si můžete také vyrobit vlastní desku s tištěnými spoji, ale musíte ji umět leptat, nejlépe ne v kuchyni! A konečně, malý list obyčejné desky s plošnými spoji může být předmětem konstrukce „mrtvé chyby“, která může poskytnout nejmenší a nejrobustnější konstrukci ze všech příkladů.

Krok 11: Poslední myšlenky

Tento obvod je tak levný na výrobu, že je jednorázový. Může být vyroben tak malý, že se vejde do malé skleněné nádoby, a pak se dokonce zalije pryskyřicí nebo voskem, pokud LED diody zůstanou čisté. V tak robustní formě může existovat mnoho potenciálních využití. Navrhoval bych, že by to mohl být cenný bezpečnostní prvek při jeskynním a zejména jeskynním potápění, kde by řada z nich mohla osvětlit cestu ven z jeskyně nebo z nitra klikatého vraku. Mohly by být ponechány na místě roky.

Vědrový kondenzátor může být zmenšen, čímž se sníží spotřeba energie na úroveň, kde by obvod mohl být poháněn „hromadnou“baterií různých kovových desek prokládaných elektrolytickými podložkami. To může dokonce vést k tomu, že sestavu, která by mohla být umístěna v „časové kapsli“, vykopeme o nějakých padesát let později!