31 -ročná LED blikačka pre modelové majáky atď.: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Modelové majáky sú očarujúce a mnohí majitelia si musia myslieť, aké by to bolo pekné, keby namiesto toho, aby tam sedeli, model skutočne blikal. Problém je v tom, že modely majákov budú pravdepodobne malé s malým priestorom na batérie a obvody a čajová sviečka zobrazená na obrázku vyššie je dobrým príkladom tam, kde je miesto na stlačenie batérie PP3 alebo malého stohu lítiového tlačidla článkov spolu s veľmi malým obvodom.

Internet je plný LED bleskov. Väčšina z nich je založená na čipe 555, a preto sa dá očakávať, že spotrebujú približne 10 mA prúdu, ktorý by sploštil malú batériu v priebehu niekoľkých dní. Po troche despotického hrania s komponentmi na doske som narazil na obvod CMOS, ktorý je základom tohto článku. Tento obvod je 5 000 -krát lepší ako 555 a spotrebúva 2 mikroAmpéry, čo znamená, že alkalická 9 -voltová batéria PP3 by mala vydržať 31 rokov, aj keď je to akademické, pretože výrazne presahuje životnosť batérie. Hromada 3 lítiových článkov X 2032 s výkonom 9 voltov vydrží iba 12 rokov.

Na dosiahnutie tohto výkonu sú porušené niektoré pravidlá a odborníci na elektroniku zdvihnú obočie, ak nie dve.

Krok 1: Základný obvod 1

Môže byť užitočné uviesť obvod do chodu najskôr na bezspájkovej doske a okrem dosky na chlieb budete potrebovať:

1 X CMOS CD4011 quad NOR gate. (Integrovaný obvod používame ako štvornásobný menič, takže CD 4001 bude fungovať.)

1 x odpor 4,7 Meg Ohm. (Na dlhšie doby cyklu je možné použiť až 10 megOhm.)

1 x 10 ohmový odpor.

1 x 1000 microFarad elektrolytický kondenzátor.

1 x 1 nepolárny elektrolytický kondenzátor microFarad. (Možno použiť 1 keramický kondenzátor microFarad, ale jeho získanie je o niečo ťažšie.)

2 x vysoko účinné biele LED diódy.

2 X 2N7000 N kanál FET.

1 x 4,7 mikroFaradový elektrolytický kondenzátor (najlepšie by bol tantal.)

1 x 9voltová batéria, napríklad PP3.

Schéma vyššie ukazuje základný obvod. CMOS CD 4011 má všetky páry vstupov brány navzájom prepojené, čo z neho robí štvornásobný menič. Dve brány sú zapojené ako astabilné s časovaním definovaným odporom 4,7 megOhm a nepolárnym elektrolytickým kondenzátorom 1 microFarad, čo má za následok dobu cyklu tri až štyri sekundy. Čas sa dá ľahko zdvojnásobiť pridaním ďalšieho kondenzátora 1 microFarad alebo viac paralelne a odpor 4,7 megOhm možno zvýšiť na 10 megOhm, takže sú možné dlhé doby cyklu. Zostávajúce dve brány sú zapojené ako invertory napájané z astabilnej sekcie a ich protifázové výstupy napájajú príslušné brány 2N7000 FET, ktoré sú zapojené do série cez napájacie vedenie. Keď posledný menič v reťazci vystúpi vysoko, ten predchádzajúci bude nízky a horný 2N7000 vedie nabíjanie kondenzátora 4,7 microFarad pomocou jednej LED diódy, ktorá bliká. Keď sa posledný menič v reťazci zníži, potom spodný 2N7000 vedie, čo umožňuje, aby sa 4,7 mikrofarad vybíjal cez druhú LED diódu a znova blikal. Koncový stupeň spotrebúva nulový prúd mimo prechodových časov.

Rezistor 10 Ohm a kondenzátor 1 000 mikrofarad v napájacom vedení slúžia len na oddelenie a nie sú životne dôležité, ale sú veľmi užitočné v testovacej fáze.

Elektronickí puristi upozorňujú, že koncový stupeň nie je dobrý, pretože akékoľvek rozdrvenie alebo neistota v mieste, kde by spínače obvodov mohli viesť k krátkodobému zapnutiu obidvoch zariadení 2N7000 súčasne, čo spôsobí skrat v napájacom zdroji. V praxi zisťujem, že sa to nedeje a prejaví sa to pri súčasnej spotrebe, pozri neskôr.

Zistilo sa, že obvod, ako je znázornený, spotrebuje v priemere 270 mikroampérov, čo je dôveryhodné, ale na náš účel príliš vysoké.

Krok 2: Základný obvod 2

Na obrázku vyššie je znázornený obvod zostavený na nepájivej doske.

Krok 3: Vylepšený obvod 1

Okruh znázornený v schéme vyššie vyzerá byť takmer identický s predchádzajúcim. Tu pridanie iba jedného komponentu spôsobuje transformáciu výkonu, ktorá je taká drastická, ako by ste kedy v jednoduchých elektronických obvodoch mohli vidieť.

Rezistor 1 MegOhm bol zaradený do série s napájaním IC CD4011. (Profesionáli z oblasti elektroniky povedia, že je to niečo, čo by sa nikdy nemalo robiť.) Okruh pokračuje v prevádzke, ALE priemerná spotreba klesne na približne 2 mikroAmpéry, čo zodpovedá životnosti 31 rokov pre alkalický článok PP3 s kapacitou 550 mA hodín. Je neuveriteľné, že výstupné napätie je stále dostatočne vysoké na to, aby spoľahlivo spínalo 2N7000 FET.

Krok 4:

Na obrázku vyššie je zobrazený pridaný odpor označený červenou farbou.

Meranie priemerného prúdu odoberaného týmto obvodom je skľučujúca úloha, ale rýchly test je vybrať batériu a nechať obvod vybiť na odpojovacom kondenzátore 1000 microFarad, ak ste ho nainštalovali-obvod by mal bežať päť alebo šesť minút predtým, ako jeden z zábleskov ustúpi.

Dosiahol som určitý úspech vložením odporu 100 Ohm plus 3 Faradovho super kondenzátora (pozor na polaritu) paralelne do napájacieho vedenia a umožnením dosiahnutia rovnováhy niekoľko hodín. Pomocou milivoltmetra je možné zmerať napätie na rezistore a vypočítať priemerný prúd pomocou Ohmovho zákona.

Krok 5: Niektoré myšlienky v tejto fáze

Dopustil som sa zásadného hriechu umiestnenia rezistora do napájacieho vedenia integrovaného obvodu CMOS. Integrovaný obvod však stojí osamotene a nie je súčasťou logického reťazca, a preto by som navrhol, aby sme tento jediný integrovaný obvod používali jednoducho ako zbierku komplementárnych tranzistorov CMOS. Je možné, že tu máme chudobný relaxačný oscilátor s ultra nízkym výkonom.

„Vedrový“kondenzátor, ktorý sa nabíja a vybíja prostredníctvom dvoch diód LED, je možné zvýšiť, aby poskytoval jasnejší záblesk, ale pri hodnotách v stovkách mikroFarád môže byť rozumným opatrením pridať malý odpor do série s diódami LED, aby sa obmedzil špičkový prúd a Odporúča sa 47 alebo 100 ohmov. Pri väčších hodnotách kondenzátora môže blesk trochu „leniť“, pretože posledná časť kondenzátorového náboja sa rozptýli cez spodnú diódu LED, aj keď si môžete myslieť, že poskytuje realistickejší zážitok z majáku. Súčasná spotreba stúpne samozrejme možno aj na dvadsať alebo tridsať mikroAmpérov.

Krok 6: Vytvorenie trvalej verzie vášho obvodu 1

Urobili sme jednoduchú časť, ale mali sme dokázať, že obvod funguje a teraz sa môžeme odhodlať k trvalej forme a ísť do nášho majáka.

To bude vyžadovať základné elektronické nástroje a montážne schopnosti. Potrebné komponenty budú závisieť od toho, ako sa rozhodnete vykonať túto časť, a od vašich schopností. Ukážem niekoľko príkladov a dám ďalšie návrhy.

Obrázok vyššie zobrazuje malú obojstrannú dosku s plošnými spojmi prototypu dosky plošných spojov prototypu. Tieto sú k dispozícii na EBay v niekoľkých veľkostiach a táto je jednou z najmenších. Tiež je zobrazený štvorec obyčajnej dosky s plošnými spojmi s pripojeným vodičom, ktorý vytvorí jedno spojenie pre našu batériu, ktorá má byť zväzkom troch lítiových gombíkových článkov. Pri tomto type dosky zisťujem, že nie je možné premosťovať susedné podložky spájkou, pretože spájka prechádza otvormi-musíte premostiť drôtom.

Krok 7: Vytvorenie trvalej verzie vášho obvodu 2

Na obrázku vyššie vidíme, že výstavba je v plnom prúde. Všimnite si toho, že na načasovanie boli použité dva kondenzátory 1 microFarad a tri lítiové gombíkové články 2025 sú pripravené na vloženie medzi konektory na konci batérie.

Krok 8: Vytvorenie trvalej verzie vášho obvodu 3

Na obrázku vyššie vidíme hotový článok pripravený na inštaláciu do majáka. Všimnite si toho, že tri lítiové články boli zapojené v sérii od pozitívnych do negatívnych až po horný pozitívny pól, ktorý je spojený so štvorcom obyčajnej dosky PC spájkovaným s červeným vodičom. Stoh buniek bol potom pevne zviazaný dohromady samohromadiacou páskou. Príklady tohto spôsobu výroby batérií z viacerých gombíkových článkov nájdete inde na webe Instructables.

Krok 9: Vytvorenie trvalej verzie vášho obvodu 4

Na obrázku vyššie vidíme inú verziu zostavenú na pásovej doske, ktorá je modernou verziou Veroboardu. Je to v poriadku, ale moderná doska neodpúšťa chyby a nevydrží veľa spájkovať a odpájať, kým sa medené pásy nezdvihnú, takže si to dajte hneď na prvýkrát! Batéria je alkalická PP3, ktorá pri kapacite 450 mA hodín počíta s pomerne akademickou životnosťou 31 rokov.

Krok 10: Vytvorenie trvalej verzie vášho obvodu 5

Tu bol obvod pásovej dosky plus batéria PP3 zabalený v plastovom baliacom materiáli a zaklinený do držiaka na čajovú sviečku, ktorý umožňuje vloženie našej zostavy do majáka.

Pre jednoduchý obvod, ako je tento, si môžete tiež vyrobiť vlastnú dosku s plošnými spojmi s perom s plošnými spojmi, ale musíte ho vedieť vyleptať, najlepšie nie v kuchyni! Nakoniec, malý list obyčajnej dosky s plošnými spojmi môže byť predmetom konštrukcie „mŕtve chyby“, ktorá môže poskytnúť najmenšiu a najrobustnejšiu konštrukciu zo všetkých príkladov.

Krok 11: Posledné myšlienky

Tento obvod je tak lacný na výrobu, že je jednorazový. Môže byť vyrobený tak malý, že sa dá vložiť do malej sklenenej nádoby a potom dokonca zalievať živicou alebo voskom, ak LED diódy necháte čisté. V takej robustnej forme môže existovať množstvo potenciálnych použití. Navrhoval by som, že by to mohol byť cenný bezpečnostný predmet pri jaskyniarstve a najmä pri jaskynnom potápaní, kde mnohé z nich môžu osvetliť cestu von z jaskyne alebo zvnútra kľukatého vraku. Na mieste mohli zostať roky.

Vedrový kondenzátor môže byť zmenšený znížením spotreby energie na úroveň, kde by obvod mohol byť poháňaný „hromadnou“batériou rôznych kovových platní prekladaných elektrolytickými podložkami. Mohlo by to dokonca viesť k zostave, ktorú by bolo možné vložiť do „časovej kapsuly“, o päťdesiat rokov neskôr!