Zloděj Joule s ultra jednoduchým ovládáním světelného výkonu: 6 kroků (s obrázky)

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

Okruh Joule Thief je vynikajícím vstupem pro začínajícího elektronického experimentátora a byl reprodukován nesčetněkrát, vyhledávání Google skutečně přináší 245 000 přístupů! Zdaleka nejčastěji se vyskytujícím obvodem je obvod uvedený v kroku 1 níže, který je neuvěřitelně jednoduchý a skládá se ze čtyř základních komponent, ale za tuto jednoduchost se platí. Při napájení z nové baterie 1,5 voltů je světelný výkon vysoký s přiměřenou spotřebou energie, ale s nižším napětím baterie klesá světlo a spotřeba energie, dokud přibližně poloviční voltový světelný výstup nezastaví.

Obvod volá po nějaké formě kontroly. Autor toho v minulosti dosáhl použitím třetího vinutí na transformátoru k zajištění řídicího napětí, viz:

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

Ať už je použito jakékoli ovládání, mělo by mít základní vlastnost, přičemž ztlumení světelného výkonu také sníží spotřebu energie, takže nastavení slabého osvětlení má za následek nízkou spotřebu baterie a delší životnost baterie. Obvod vyvinutý v tomto článku toho dosahuje a je mnohem jednodušší v tom, že není zapotřebí přídavné vinutí a poskytuje formu ovládání, kterou by bylo možné dodatečně namontovat na mnoho stávajících obvodů. Na konci článku ukazujeme, jak automaticky vypnout obvod za denního světla při nasazení jako noční světlo.

Budete potřebovat:

Dva obecné NPN tranzistory. Nekritické, ale použil jsem 2N3904.

Jedna křemíková dioda. Zcela nekritické a usměrňovací dioda nebo signální dioda budou v pořádku.

Feritový toroid. Další informace naleznete dále v textu.

Jeden kondenzátor 0,1 uF. Použil jsem 35V tantalovou složku, ale můžete použít obyčejný elektrolytický proud 1 uF. Udržujte jmenovité napětí nahoře-jmenovité napětí 35 nebo 50 voltů není příliš vysoké jako během vývoje a než se vaše regulační smyčka uzavře, lze na tuto součást použít vysoké napětí.

Jeden 100uF elektrolytický kondenzátor. Zde funguje 12 voltů.

Jeden odpor 10 K Ohm.

Jeden odpor 100 K Ohm

Jeden potenciometr 220 K Ohm. Nekritické a cokoli v rozsahu 100 K až 470 K by mělo fungovat.

Jednodílný PVC kabelový připojovací kabel, který získám odstraněním telefonního kabelu

K demonstraci obvodu v raných fázích jsem použil model AD-12 Solderless Breadboard, který jsem získal od společnosti Maplin.

K výrobě trvalé verze obvodu budete vybaveni elementární elektronickou konstrukcí včetně pájení. Obvod pak může být konstruován na Veroboard nebo podobném materiálu a je také ukázán jiný způsob konstrukce pomocí prázdné desky plošných spojů.

Krok 1: Náš základní obvod zlodějů Joule

Nahoře je znázorněno schéma zapojení a rozložení pracovního obvodu pracovního obvodu.

Transformátor se zde skládá ze 2 šarží 15 závitů jednožilového PVC drátu zachráněného z délky telefonního kabelu stočeného dohromady a navinutého na feritový toroid-není to kritické, ale použil jsem položku Ferroxcube od RS Components 174-1263 velikost 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Volba této komponenty má obrovskou šířku a změřil jsem identický výkon se čtyřnásobnou velikostí komponenty Maplin. Existuje tendence konstruktérů používat velmi malé feritové kuličky, ale je to tak malé, jak bych chtěl-s velmi malými položkami se frekvence oscilátoru zvýší a v konečném obvodu mohou být kapacitní ztráty.

Použitý tranzistor je NPN 2N3904 pro všeobecné použití, ale poběží téměř jakýkoli tranzistor NPN. Základní odpor je 10K, kde můžete častěji vidět 1K, ale to může pomoci, když později použijeme ovládání obvodu.

C1 je oddělovací kondenzátor pro vyhlazení spínacích přechodů generovaných provozem obvodu a tím udržuje čistou napájecí lištu, je to dobré elektronické vedení domácnosti, ale tato součást je často vynechána, což může mít za následek nepředvídatelnost a nevyrovnaný výkon obvodu.

Krok 2: Výkon základního obvodu

Některé znalosti o výkonu základního obvodu mohou být poučné. Za tímto účelem byl obvod napájen různými napájecími napětími a měřena příslušná spotřeba proudu. Výsledky jsou uvedeny na obrázku výše.

LED začne vydávat světlo s napájecím napětím 0,435 a spotřebovává proud 0,82 mA. Při 1,5 V (hodnota pro novou baterii) je LED velmi jasná, ale proud je vyšší než 12 mA. To ilustruje potřebu kontroly; musíme být schopni nastavit světelný výkon na rozumnou úroveň a výrazně tak prodloužit životnost baterie.

Krok 3: Přidání ovládání

Schéma zapojení přídavných řídicích obvodů je zobrazeno na prvním obrázku výše.

Byl přidán druhý tranzistor 2N3904 (Q2) s kolektorem připojeným k základně tranzistoru oscilátoru (Q1.) Když je tento druhý tranzistor vypnutý, nemá žádný vliv na funkci oscilátoru, ale když je zapnut, posune základnu tranzistoru oscilátoru k zemi čímž se sníží výstup oscilátoru. Křemíková dioda připojená ke kolektoru tranzistoru oscilátoru poskytuje usměrněné napětí k nabíjení C2, kondenzátoru 0,1 uF. Přes C2 je potenciometr 220 kOhm (VR1,) a stěrač je připojen zpět k základně řídicího tranzistoru (Q2,) přes odpor 100 kOhm doplňující smyčku. Nastavení potenciometru nyní ovládá světelný výkon a v tomto případě aktuální spotřebu. S potenciometrem nastaveným na minimum je odběr proudu 110 mikro ampérů, při nastavení pro LED, která se právě začíná rozsvěcet, je to stále 110 mikro ampérů a při plném jasu LED je spotřeba 8,2 mA-máme kontrolu. Obvod je v tomto případě napájen jediným článkem Ni/Mh na 1,24 voltů.

Další součásti nejsou kritické. Při 220 kOhm pro potenciometr a 100 kOhm pro základní odpor Q2 funguje řídicí obvod dobře, ale velmi málo zatěžuje oscilátor. Při 0,1 uF C2 poskytuje hladký usměrněný signál bez přidání velké časové konstanty a obvod rychle reaguje na změny VR1. Zde jsem použil tantalový elektrolytik, ale keramická nebo polyesterová složka by fungovala stejně dobře. Pokud tuto součástku nastavíte na příliš vysokou kapacitu, reakce na změny v potenciometru bude pomalá.

Poslední tři výše uvedené obrázky zachycují obrazovku osciloskopu z obvodu, když jsou v provozu, a ukazují napětí na kolektoru tranzistoru oscilátoru. První ukazuje vzor při minimálním jasu LED a obvod pracuje s malými výboji energie široce rozloženými. Druhý obrázek ukazuje vzor se zvýšeným výkonem LED a výboje energie jsou nyní častější. Poslední je na plném výkonu a obvod přešel do stálé oscilace.

Tak jednoduchá metoda ovládání není zcela bez problémů; je zde stejnosměrná cesta od kladné napájecí kolejnice přes vinutí transformátoru ke kolektoru tranzistoru a přes D1. To znamená, že C2 se nabíjí až do úrovně napájecí lišty mínus pokles napětí vpřed diody a poté se k tomu přidá napětí vytvořené akcí Joule Thief. To není důležité při normálním provozu Joule Thief s jediným článkem 1,5 V nebo menším, ale pokud se pokusíte spustit obvod s vyšším napětím nad asi 2 V, pak LED výstup nelze ovládat až na nulu. To není problém u drtivé většiny aplikací Joule Thief, které jsou běžně k vidění, ale takový potenciál pro další vývoj je, že by mohl nabýt na významu, a pak bude možná nutné použít derivaci řídicího napětí z třetího vinutí na transformátoru který poskytuje úplnou izolaci.

Krok 4: Aplikace obvodu 1

S efektivním ovládáním lze Joule Thief mnohem více aplikovat a jsou možné skutečné aplikace, jako jsou pochodně a noční světla s kontrolovaným světelným výkonem. Navíc při nízkém osvětlení a přiměřeně nízké spotřebě energie jsou možné extrémně ekonomické aplikace.

Výše uvedené obrázky ukazují všechny nápady v tomto článku, které byly dosud shromážděny na malé prototypové desce a s výstupem nastaveným na nízkou a vysokou s předem nastaveným potenciometrem. Měděná vinutí na toroidu jsou z obvyklejšího smaltovaného měděného drátu.

Je třeba říci, že tato forma konstrukce je chaotická a metoda použitá v dalším kroku je mnohem jednodušší.

Krok 5: Aplikace obvodu-2

Na výše uvedeném kompozitním obrázku je další realizace obvodu, tentokrát postaveného na kusu jednostranné desky plošných spojů měděnou stranou nahoru s malými podložkami jednostranné desky s plošnými spoji přilepenými lepidlem MS polymer. Tato forma konstrukce je velmi snadná a intuitivní, protože můžete obvod rozložit a replikovat schéma zapojení. Podložky vytvářejí robustní ukotvení součástí a spojení se zemí se provádí pájením na měděný podklad níže.

Na obrázku je LED plně osvětlená vlevo a sotva osvětlená vpravo, čehož je dosaženo jednoduchým nastavením potenciometru palubního trimru.

Krok 6: Aplikace obvodu-3

Schéma zapojení na prvním obrázku výše ukazuje odpor 470 kOhm v sérii se 2voltovým solárním článkem a efektivně zapojený do řídicího obvodu Joule Thief paralelně s potenciometrem palubního trimru. Druhý obrázek ukazuje 2voltový solární článek (zachráněný ze zaniklého zahradního solárního světla) zapojený do sestavy zobrazené v předchozím kroku. Článek je za denního světla, a proto poskytuje napětí, které vypne obvod a LED zhasne. Obvodový proud byl měřen při 110 mikro ampérech. Třetí obrázek ukazuje kryt umístěný nad solárním článkem, který simuluje tmu a LED dioda se nyní rozsvítí a proud obvodu se měří na 9,6 mA. Přechod zapnutí/vypnutí není ostrý a světlo se postupně rozsvítí za soumraku. Všimněte si toho, že solární článek je používán pouze jako levná řídicí součást k bateriovému obvodu, který sám nedodává žádnou energii.

Obvod v této fázi je potenciálně velmi užitečný. Se solárním článkem diskrétně upevněným v okně nebo na okenním parapetu nabíjejícím superkondenzátor nebo dobíjecí článek niklmetalhydridového hydridu se z možného budoucího projektu stane vysoce účinné trvalé noční světlo. Při použití s článkem AA schopnost ztlumit světelný výkon a poté vypnout světlo za denního světla znamená, že obvod bude fungovat dlouhou dobu, než napětí baterie klesne na přibližně 0,6 voltu. Jaký skvělý dárek na míru pro prarodiče, který mohou předvést vnoučatům! Mezi další nápady patří osvětlený domeček pro panenky nebo noční světlo do koupelny, aby bylo možné udržovat hygienické standardy bez ztráty nočního vidění-možnosti jsou obrovské.