Zlodej Joule s ultra jednoduchým ovládaním svetelného výstupu: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Okruh Joule Thief je vynikajúcim vstupom pre začínajúcich elektronických experimentátorov a bol mnohokrát reprodukovaný. Vyhľadávanie Google skutočne prinesie 245 000 zobrazení! Zďaleka najčastejšie sa vyskytujúcim obvodom je obvod uvedený v kroku 1 nižšie, ktorý je neuveriteľne jednoduchý a pozostáva zo štyroch základných komponentov, ale za túto jednoduchosť sa platí. Pri napájaní čerstvou batériou s napätím 1,5 voltu je svetelný výkon vysoký s primeranou spotrebou energie, ale pri nižšom napätí batérie napätie a spotreba energie klesajú, až kým približne pol voltový svetelný výkon prestane.

Obvod kričí po nejakej forme kontroly. Autor to dosiahol v minulosti pomocou tretieho vinutia na transformátore na zabezpečenie riadiaceho napätia, pozri:

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

Bez ohľadu na to, aké ovládanie sa používa, malo by mať základnú vlastnosť, pri ktorej zníženie svetelného výkonu tiež zníži spotrebu energie, takže nastavenie slabého osvetlenia spôsobí nízku spotrebu batérie a dlhšiu životnosť batérie. Obvod vyvinutý v tomto článku to dosahuje a je oveľa jednoduchší v tom, že nie je potrebné ďalšie vinutie a poskytuje formu ovládania, ktorá by mohla byť dodatočne namontovaná na mnoho existujúcich obvodov. Na konci článku ukážeme, ako automaticky vypnúť obvod za denného svetla pri nasadení ako nočné svetlo.

Budete potrebovať:

Dva tranzistory NPN na všeobecné použitie. Nie je to kritické, ale použil som 2N3904.

Jedna kremíková dióda. Úplne nekritické a usmerňovacia dióda alebo signálna dióda budú v poriadku.

Feritový toroid. Ďalšie informácie nájdete v texte ďalej.

Jeden kondenzátor 0,1 uF. Použil som 35V tantalový komponent, ale môžete použiť 1 uF obyčajné elektrolytikum. Udržujte menovité napätie-35 alebo 50 voltov nie je nadmerné ako počas vývoja a predtým, ako sa vaša regulačná slučka uzavrie, je možné na tento komponent použiť vysoké napätie.

Jeden 100uF elektrolytický kondenzátor. 12 voltová práca je tu v poriadku.

Jeden odpor 10 K Ohm.

Jeden odpor 100 K Ohm

Jeden potenciometer 220 K Ohm. Nekritické a čokoľvek v rozsahu 100 K až 470 K by malo fungovať.

Jednovláknový PVC drôt pripojený drôtom, ktorý získam stiahnutím telefónneho kábla

Na demonštráciu obvodu v počiatočných fázach som použil spájkovaciu dosku Model AD-12, ktorú som získal od spoločnosti Maplin.

Na výrobu trvalej verzie obvodu budete vybavení základnou elektronickou konštrukciou vrátane spájkovania. Obvod potom môže byť skonštruovaný na Veroboard alebo podobnom materiáli a je tiež znázornený iný spôsob konštrukcie pomocou prázdnej dosky s plošnými spojmi.

Krok 1: Náš základný obvod zlodeja Joule

Hore je znázornená schéma zapojenia a usporiadanie pracovného obvodu pracovného poľa.

Transformátor tu pozostáva z 2 šarží 15 závitov jednožilového drôtu z PVC zachránených z dĺžky telefónneho kábla stočeného dohromady a navinutého na feritový toroid-nie je to kritické, ale použil som položku Ferroxcube od spoločnosti RS Components 174-1263 s veľkosťou 14,6 x 8,2. X 5,5 mm. Voľba tohto komponentu má obrovskú šírku a meral som identický výkon s komponentom Maplin, ktorý je štyrikrát väčší. Konštruktéri majú tendenciu používať veľmi malé feritové guľôčky, ale sú také malé, ako by som chcel-pri veľmi malých položkách sa frekvencia oscilátora zvýši a v konečnom obvode môžu dôjsť k kapacitným stratám.

Použitý tranzistor je NPN 2N3904 na všeobecné použitie, ale beží takmer akýkoľvek tranzistor NPN. Základný odpor je 10K, kde by ste častejšie mohli vidieť 1K, ale to môže pomôcť, keď neskôr použijeme ovládanie obvodu.

C1 je oddeľovací kondenzátor na vyhladenie spínacích prechodov generovaných prevádzkou obvodu a tým udržiava napájaciu koľajnicu čistú, je dobrou elektronickou údržbou domu, ale táto súčasť je často vynechaná, čo môže mať za následok nepredvídateľnosť a nepravidelný výkon obvodu.

Krok 2: Výkon základného obvodu

Niektoré znalosti o výkone základného obvodu môžu byť poučné. Za týmto účelom bol obvod napájaný rôznymi napájacími napätiami a meraná príslušná spotreba prúdu. Výsledky sú uvedené na obrázku vyššie.

LED dióda začne vyžarovať svetlo s napájacím napätím 0,435 a spotrebuje prúd 0,82 mA. Pri 1,5 V (hodnota pre novú batériu) LED dióda svieti veľmi jasne, ale prúd je vyšší ako 12 mA. Toto ilustruje potrebu kontroly; musíme byť schopní nastaviť svetelný výkon na rozumnú úroveň a tým výrazne predĺžiť životnosť batérie.

Krok 3: Pridanie ovládacieho prvku

Schéma zapojenia prídavných riadiacich obvodov je zobrazená na prvom obrázku vyššie.

Bol pridaný druhý tranzistor 2N3904 (Q2) s kolektorom pripojeným k základni tranzistora oscilátora (Q1.) Keď je tento druhý tranzistor vypnutý, nemá žiadny vplyv na funkciu oscilátora, ale keď je zapnutý, posúva základňu tranzistora oscilátora k zemi čím sa zníži výkon oscilátora. Silikónová dióda pripojená k kolektoru tranzistora oscilátora poskytuje usmernené napätie na nabitie kondenzátora C2, 0,1 uF. Cez C2 je potenciometer 220 kOhm (VR1,) a stierač je pripojený späť k základni riadiaceho tranzistora (Q2,) cez odpor 100 kOhm, ktorý dotvára slučku. Nastavenie potenciometra teraz ovláda svetelný výkon a v tomto prípade aktuálnu spotrebu. S potenciometrom nastaveným na minimum je aktuálna spotreba 110 mikro ampérov, keď je nastavená pre LED, ktorá sa práve začína rozsvietiť, je to stále 110 mikro ampérov a pri plnom jasu LED je spotreba 8,2 mA-máme kontrolu. Obvod je v tomto prípade napájaný jediným Ni/Mh článkom na 1,24 voltov.

Dodatočné komponenty nie sú kritické. Pri 220 kOhm pre potenciometer a 100 kOhm pre základný odpor Q2 funguje riadiaci obvod dobre, ale veľmi málo zaťažuje oscilátor. Pri 0,1 uF C2 poskytuje hladký usmernený signál bez pridania veľkej časovej konštanty a obvod rýchlo reaguje na zmeny VR1. Tu som použil tantalový elektrolyt, ale keramická alebo polyesterová zložka bude fungovať rovnako dobre. Ak urobíte z tejto súčiastky príliš vysokú kapacitu, reakcia na zmeny v potenciometri bude pomalá.

Posledné tri vyššie uvedené obrázky sú zábery obrazovky osciloskopu z obvodu, keď sú v prevádzke, a ukazujú napätie na kolektore tranzistora oscilátora. Prvý ukazuje vzor pri minimálnom jase LED a obvod pracuje s malými výbuchmi energie široko rozmiestnenými. Druhý obrázok ukazuje vzor so zvýšeným výkonom LED a výboje energie sú teraz častejšie. Posledný je na plný výkon a obvod prešiel do stabilnej oscilácie.

Takáto jednoduchá metóda ovládania nie je úplne bez problémov; z kladnej napájacej koľajnice cez vinutie transformátora do kolektora tranzistora a cez D1 vedie DC cesta. To znamená, že C2 sa nabíja až do úrovne napájacej koľajnice mínus pokles napätia vpred diódy a potom sa k tomu pridá napätie vyrobené činnosťou Joule Thief. Toto nie je dôležité pri normálnej prevádzke Joule Thief s jediným článkom 1,5 V alebo menším, ale ak sa pokúsite spustiť obvod s vyšším napätím nad asi 2 V, potom výstup LED nemožno ovládať až na nulu. Toto nie je problém s drvivou väčšinou aplikácií Joule Thief, ktoré sa bežne vidia, ale taký potenciál pre ďalší vývoj je taký, že by mohol byť významný a potom by bolo potrebné uchýliť sa k derivácii riadiaceho napätia z tretieho vinutia na transformátore čo poskytuje úplnú izoláciu.

Krok 4: Aplikácia obvodu 1

S efektívnym ovládaním môže byť Joule Thief oveľa širšie aplikovaný a sú možné skutočné aplikácie, ako sú baterky a nočné svetlá s kontrolovaným svetelným výkonom. Navyše pri slabom osvetlení a primerane nízkej spotrebe energie sú potom možné extrémne ekonomické aplikácie.

Vyššie uvedené obrázky zobrazujú všetky nápady v tomto článku, ktoré boli zatiaľ zhromaždené na malej prototypovej doske a s výstupom nastaveným na nízky a vysoký s vopred nastaveným potenciometrom. Medené vinutia na toroide sú z bežnejšieho smaltovaného medeného drôtu.

Je potrebné povedať, že táto forma konštrukcie je chabá a metóda použitá v nasledujúcom kroku je oveľa jednoduchšia.

Krok 5: Aplikácia obvodu-2

Na kompozitnom obrázku vyššie je znázornená ďalšia realizácia obvodu, tentokrát postaveného na kuse jednostrannej dosky s plošnými spojmi, medenou stranou nahor, s malými podložkami jednostrannej dosky s plošnými spojmi nalepenými polymérnym lepidlom MS. Táto forma konštrukcie je veľmi jednoduchá a intuitívna, pretože môžete obvod rozložiť a replikovať schému zapojenia. Podložky robia robustné ukotvenie pre súčiastky a spojenia so zemou sa vykonávajú spájkovaním na medený substrát nižšie.

Na obrázku je dióda LED plne osvetlená vľavo a sotva osvetlená vpravo, čo sa dosahuje jednoduchým nastavením potenciometra palubného trimra.

Krok 6: Aplikácia obvodu-3

Schéma zapojenia na prvom obrázku vyššie ukazuje odpor 470 kOhm v sérii so 2 voltovým solárnym článkom a efektívne zapojený do riadiaceho obvodu Joule Thief paralelne s potenciometrom palubného trimra. Druhý obrázok zobrazuje 2 voltový solárny článok (zachránený zo zaniknutého záhradného slnečného svetla) zapojený do zostavy uvedenej v predchádzajúcom kroku. Bunka je za denného svetla, a preto poskytuje napätie, ktoré vypne obvod a LED dióda zhasne. Prúd obvodu bol meraný pri 110 mikro ampéroch. Tretí obrázok ukazuje kryt umiestnený nad solárnym článkom, čím simuluje tmu a dióda LED sa teraz rozsvieti a prúd v obvode sa meria na 9,6 mA. Prechod zapnutie/vypnutie nie je ostrý a svetlo sa postupne zapína za súmraku. Všimnite si toho, že solárny článok sa používa iba ako lacný riadiaci komponent batériového obvodu, samotný nedodáva žiadnu energiu.

Obvod v tejto fáze je potenciálne veľmi užitočný. So solárnym článkom diskrétne namontovaným v okne alebo na okennom parapete, ktorý nabíja superkondenzátor alebo nabíjací článok z nikel -metalhydridového akumulátora, sa stáva možným budúcim projektom vysoko účinné trvalé nočné svetlo. Pri použití s článkom AA schopnosť znížiť svetelný výkon a potom vypnúť svetlo počas denného svetla znamená, že obvod bude fungovať dlho, kým napätie batérie neklesne na približne 0,6 voltu. Aký úžasný darček na mieru pre starých rodičov, ktorý môžu predložiť vnúčatám! Medzi ďalšie nápady patrí osvetlený dom pre bábiky alebo nočné svetlo do kúpeľne, ktoré umožní zachovanie hygienických noriem bez straty nočného videnia-možnosti sú obrovské.