„Joule Thief“su itin paprastu šviesos srauto valdymu: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

„Joule Thief“grandinė yra puikus užkandis pradedantiesiems elektronikos eksperimentatoriams ir buvo pakartotas daugybę kartų, iš tikrųjų „Google“paieška duoda 245000 hitų! Iki šiol dažniausiai pasitaikanti grandinė yra ta, kuri parodyta 1 žingsnyje ir kuri yra neįtikėtinai paprasta, susidedanti iš keturių pagrindinių komponentų, tačiau už šį paprastumą reikia sumokėti. Kai maitinamas šviežia 1,5 volto baterija, šviesos srautas yra didelis, kai sunaudojama atitinkama energija, tačiau esant žemesnei akumuliatoriaus įtampai šviesa ir energijos suvartojimas sumažėja, kol nustoja veikti maždaug pusė voltų.

Grandinė šaukiasi kažkokios kontrolės. Autorius tai pasiekė anksčiau, naudodamas trečią transformatoriaus apviją, kad suteiktų valdymo įtampą, žr.

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

Kad ir koks valdiklis būtų naudojamas, jis turėtų turėti pagrindinę savybę: sumažėjus šviesos srautui, taip pat sumažėja energijos suvartojimas, kad, esant silpnam apšvietimui, baterijos būtų sunaudojamos mažiau ir baterija veiktų ilgiau. Šiame straipsnyje sukurta grandinė tai pasiekia ir yra daug paprastesnė, nes papildoma apvija nereikalinga ir suteikia tokią valdymo formą, kurią būtų galima sumontuoti daugelyje esamų grandinių. Straipsnio pabaigoje parodysime, kaip automatiškai išjungti grandinę dienos šviesoje, kai ji naudojama kaip naktinė lemputė.

Jums reikės:

Du bendrosios paskirties NPN tranzistoriai. Nekritiška, bet naudojau 2N3904.

Vienas silicio diodas. Visiškai nekritinis ir lygintuvo diodas arba signalinis diodas bus gerai.

Ferito toroidas. Daugiau informacijos rasite vėliau tekste.

Vienas 0,1 uF kondensatorius. Aš naudoju 35 V tanto komponentą, bet jūs galite naudoti 1 uF paprastą elektrolitą. Laikykite aukštesnę įtampą-35 arba 50 voltų įtampa nėra per didelė, kaip kūrimo metu, ir prieš uždarant valdymo kilpą, šiam komponentui gali būti taikoma aukšta įtampa.

Vienas 100uF elektrolitinis kondensatorius. Čia gerai veikia 12 voltų.

Vienas 10 K omų rezistorius.

Vienas 100 K omų rezistorius

Vienas 220 K omo potenciometras. Nekritinis ir viskas, kas yra nuo 100 K iki 470 K, turėtų veikti.

Viengubo PVC sujungimo viela, kurią gaunu nuimdamas telefono kabelį

Norėdami parodyti grandinę ankstyvosiose stadijose, aš naudoju „AD-12 Model Solderless Breadboard“, kurią gavau iš „Maplin“.

Norėdami sukurti nuolatinę grandinės versiją, turėsite būti įrengti elementariai elektroninei konstrukcijai, įskaitant litavimą. Tada grandinė gali būti sukonstruota iš „Veroboard“arba panašios medžiagos, taip pat parodytas kitas konstrukcijos būdas naudojant tuščią spausdintinę plokštę.

1 žingsnis: mūsų pagrindinė „Joule“vagių grandinė

Aukščiau parodyta darbo schemos schema ir duonos lentos išdėstymas.

Čia esantį transformatorių sudaro 2 partijos iš 15 viengrandžių PVC laidų, išgelbėtų iš telefono kabelio ilgio, susukto kartu ir suvyniotos ant ferito toroido-tai nėra kritiška, bet aš naudojau „Ferroxcube“elementą pagal RS komponentus 174-1263, dydis 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Šio komponento pasirinkimas yra labai platus, ir aš matavau identišką našumą su „Maplin“komponentu keturis kartus didesniu dydžiu. Yra tendencija, kad konstruktoriai naudoja labai mažus ferito karoliukus, tačiau tai yra tokia maža, kaip norėčiau-naudojant labai mažus daiktus, osciliatoriaus dažnis padidės ir galinėje grandinėje gali būti nuostolių.

Naudojamas 2N3904 bendrosios paskirties NPN, tačiau veiks beveik bet kuris NPN tranzistorius. Bazinis rezistorius yra 10K, kur galite dažniau matyti 1K, tačiau tai gali padėti, kai vėliau valdysime grandinę.

C1 yra atsiejamasis kondensatorius, skirtas išlyginti grandinės veikimo sukeltus perjungimo pereinamuosius laikus ir taip išlaikyti švarų maitinimo šaltinį, tai yra geras elektroninis namų tvarkymas, tačiau šis komponentas dažnai paliekamas nenumatytas, o tai gali sukelti nenuspėjamumą ir netinkamą grandinės veikimą.

2 žingsnis: pagrindinės grandinės veikimas

Kai kurios žinios apie pagrindinės grandinės veikimą gali būti naudingos. Šiuo tikslu grandinė buvo maitinama naudojant įvairias maitinimo įtampas ir išmatuotas atitinkamas srovės suvartojimas. Rezultatai parodyti aukščiau esančiame paveikslėlyje.

Šviesos diodas pradeda skleisti šviesą, kai maitinimo įtampa yra 0,435, ir sunaudoja 0,82 mA srovę. 1,5 volto (naujos baterijos vertė) šviesos diodas yra labai ryškus, tačiau srovė yra didesnė nei 12 mA. Tai iliustruoja kontrolės poreikį; turime sugebėti nustatyti protingą šviesos srautą ir taip žymiai pailginti baterijos veikimo laiką.

3 veiksmas: valdiklio pridėjimas

Papildomo valdymo grandinės schema parodyta pirmame paveikslėlyje aukščiau.

Antrasis 2N3904 (Q2) tranzistorius buvo prijungtas prie kolektoriaus, prijungto prie generatoriaus tranzistoriaus pagrindo, (Q1.) Išjungus šį antrąjį tranzistorių, jis neturi įtakos osciliatoriaus funkcijai, tačiau įjungus jis įjungia generatoriaus tranzistoriaus pagrindą taip sumažinant generatoriaus išėjimą. Silicio diodas, prijungtas prie generatoriaus tranzistoriaus kolektoriaus, suteikia ištaisytą įtampą C2, 0,1 uF kondensatoriui įkrauti. C2 yra 220 kOhm potenciometras (VR1,), o valytuvas yra prijungtas prie valdymo tranzistoriaus pagrindo (Q2,) per 100 kOhm rezistorių, užbaigiantį kilpą. Potenciometro nustatymas dabar valdo šviesos srautą ir šiuo atveju srovės suvartojimą. Kai potenciometras nustatytas iki minimumo, srovės suvartojimas yra 110 mikro amperų, kai tik pradėjus užsidegti šviesos diodui, jis vis dar yra 110 mikro amperų, o esant visam šviesos diodo ryškumui, sunaudojama 8,2 mA-mes galime valdyti. Šiame pavyzdyje grandinė maitinama naudojant vieną Ni/Mh elementą esant 1,24 volto įtampai.

Papildomi komponentai nėra kritiški. Esant 220 kOhm potenciometrui ir 100 kOhm Q2 baziniam rezistoriui, valdymo grandinė veikia gerai, tačiau labai mažai apkrauna osciliatorių. Esant 0,1 uF C2, gaunamas sklandus ištaisytas signalas nepridedant didelės laiko konstantos, o grandinė greitai reaguoja į VR1 pokyčius. Aš čia naudojau tantalo elektrolitą, tačiau keramikos ar poliesterio komponentas veiktų taip pat gerai. Jei padidinsite šio komponento talpą, tada reakcija į potenciometro pokyčius bus lėta.

Paskutinės trys nuotraukos aukščiau yra osciloskopo ekrano paėmimai iš grandinės, kai jie veikia, ir rodo įtampą generatoriaus tranzistoriaus kolektoriuje. Pirmasis rodo modelį esant minimaliam šviesos diodų ryškumui, o grandinė veikia mažais energijos pliūpsniais, plačiai išdėstytais. Antrame paveikslėlyje pavaizduotas modelis su padidėjusiu LED išėjimu, o energijos pliūpsniai dabar yra dažnesni. Paskutinis yra visu pajėgumu, o grandinė nuolat svyruoja.

Toks paprastas kontrolės metodas nėra visiškai be problemų; yra nuolatinės srovės kelias nuo teigiamo tiekimo bėgio per transformatoriaus apviją iki tranzistoriaus kolektoriaus ir per D1. Tai reiškia, kad C2 įkraunamas iki tiekimo bėgio lygio, atėmus priekinį diodo įtampos kritimą, o tada prie to pridedama Joule Thief veiksmo sukurta įtampa. Tai neturi reikšmės įprasto „Joule Thief“veikimo metu, kai vienas elementas yra 1,5 volto ar mažesnis, tačiau jei bandysite paleisti grandinę aukštesne nei 2 voltų įtampa, šviesos diodų išvestis negali būti sumažinta iki nulio. Tai nėra problema, su kuria dažniausiai susiduria dauguma „Joule Thief“programų, tačiau tokia tolesnio vystymosi galimybė gali tapti reikšminga, o tada gali tekti imtis valdymo įtampos išvedimo iš trečiosios transformatoriaus apvijos kuris užtikrina visišką izoliaciją.

4 žingsnis: grandinės taikymas 1

Efektyviai valdant, „Joule Thief“gali būti pritaikytas daug plačiau, o galimos realios programos, tokios kaip žibintuvėliai ir naktiniai žibintai su reguliuojama šviesos galia. Be to, esant silpnam apšvietimui ir proporcingai mažoms energijos sąnaudoms, galima naudoti labai ekonomiškai.

Aukščiau esančiose nuotraukose parodytos visos šio straipsnio idėjos, sujungtos ant mažos prototipo plokštės, o išvestis atitinkamai nustatyta žemai ir aukštai, naudojant įmontuotą iš anksto nustatytą potenciometrą. Vario apvijos ant toroidų yra labiau įprastos emaliuotos varinės vielos.

Reikia pasakyti, kad ši konstrukcijos forma yra sunki, o kitame etape naudojamas metodas yra daug lengvesnis.

5 žingsnis: grandinės taikymas-2

Aukščiau pateiktame sudėtiniame paveikslėlyje parodyta dar viena grandinės realizavimas, šį kartą pastatytas ant vienpusės spausdintinės plokštės vario puse į viršų su mažomis vienos pusės spausdintinės plokštės pagalvėlėmis, įklijuotomis MS polimeriniais klijais. Ši konstrukcijos forma yra labai paprasta ir intuityvi, nes galite išdėstyti grandinę, kad pakartotumėte grandinės schemą. Pagalvėlės tvirtai pritvirtina komponentus, o jungtys su žeme yra lituojamos ant vario pagrindo žemiau.

Nuotraukoje parodyta, kad šviesos diodas yra visiškai apšviestas kairėje ir vos apšviestas dešinėje - tai pasiekiama paprasčiausiai reguliuojant trimerio potenciometrą.

6 žingsnis: grandinės taikymas-3

Pirmame paveikslėlyje pateikta schema rodo 470k omų rezistorių su 2 voltų saulės elementu ir efektyviai prijungtą prie „Joule Thief“valdymo grandinės lygiagrečiai su įmontuotu žoliapjovės potenciometru. Antrame paveikslėlyje parodyta 2 voltų saulės baterija (išgelbėta iš neveikiančios sodo saulės šviesos), prijungta prie surinkimo, parodyto ankstesniame žingsnyje. Ląstelė yra dienos šviesoje, todėl suteikia įtampą, kuri išjungia grandinę ir šviesos diodas užgęsta. Grandinės srovė buvo matuojama esant 110 mikro amperų. Trečiame paveikslėlyje pavaizduotas dangtelis, uždėtas virš saulės elemento, taip imituojant tamsą, o šviesos diodas dabar šviečia, o grandinės srovė matuojama esant 9,6 mA. Įjungimo/išjungimo perėjimas nėra ryškus, o šviesa pamažu įsijungia prieblandoje. Atminkite, kad saulės elementas yra naudojamas tik kaip pigus akumuliatoriaus grandinės valdymo komponentas, tačiau pats negamina energijos.

Grandinė šiame etape yra potencialiai labai naudinga. Saulės elementas, diskretiškai sumontuotas lange arba ant palangės, įkraunantis super kondensatorių arba įkraunamą nikelio metalo hidrido elementą, yra labai efektyvus nuolatinis naktinis apšvietimas. Naudojant su AA elementu, galimybė sumažinti šviesos srautą ir išjungti šviesą dienos šviesoje reiškia, kad grandinė veiks ilgą laiką, kol baterijos įtampa nukris iki maždaug 0,6 volto. Kokia puiki dovana seneliams padovanoti anūkams! Kitos idėjos apima apšviestą lėlių namelį arba naktinę lemputę vonios kambariui, kad būtų galima išlaikyti higienos standartus neprarandant naktinio matymo-galimybės yra didžiulės.