Den 31 -årige LED -blinker til Model Fyr osv.: 11 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Model fyrtårne har en stor fascination, og mange ejere må tænke på, hvor dejligt det ville være, hvis modellen i stedet for bare at sidde der faktisk blinkede. Problemet er, at fyrmodeller sandsynligvis vil være små med lidt plads til batterier og kredsløb, og telyset vist på billedet ovenfor er et godt eksempel, hvor der bare er plads til at presse et PP3-batteri eller en lille stak lithiumknap ind celler sammen med et meget lille printkort.

Internettet bugner af LED -blink. Mange er baseret på 555 -chippen og kan derfor forventes at forbruge omkring 10 mA strøm, hvilket ville flade et lille batteri inden for få dage. Efter noget desultory leg med komponenter på et brødbræt faldt jeg over CMOS -kredsløbet, der er grundlaget for denne artikel. Dette kredsløb er 5000 gange bedre end en 555 og bruger 2 microAmps, hvilket betyder, at et alkalisk 9 Volt PP3 -batteri skal vare 31 år, selvom dette er akademisk, da det er langt ud over batteriets holdbarhed. En stak med 3 X 2032 lithiumceller, der også giver 9 volt, varer kun 12 år.

For at opnå denne præstation er nogle regler brudt, og elektronikprofessionelle vil løfte et øjenbryn, hvis ikke to.

Trin 1: Grundkredsløbet 1

Det kan være nyttigt at starte kredsløbet i første omgang på et loddefrit brødbræt, og udover brødbrættet skal du bruge:

1 X CMOS CD4011 quad NOR -port. (Vi bruger IC som en quad inverter, så en CD 4001 vil også fungere.)

1 X 4,7 Meg Ohm modstand. (Op til 10 megOhm kan bruges til længere cyklustider.)

1 X 10 Ohm modstand.

1 X 1000 microFarad elektrolytkondensator.

1 X 1 microFarad ikke -polær elektrolytkondensator. (1 microFarad keramiske kondensatorer kan bruges, men de er lidt sværere at skaffe.)

2 x højeffektive hvide LED'er.

2 X 2N7000 N kanal FET.

1 X 4,7 microFarad elektrolytkondensator (tantal ville være bedst.)

1 x 9 volt batteri såsom et PP3.

Ovenstående skematisk viser det grundlæggende kredsløb. En CMOS CD 4011 har alle par gateindgange bundet sammen, hvilket gør den til en quad -inverter. To af portene er kablet som en astabel med timingen defineret af 4,7 megOhm modstanden og 1 microFarad ikke-polær elektrolytkondensator, hvilket resulterer i en cyklustid på tre til fire sekunder. Tiden kan let fordobles ved tilføjelse af en anden 1 microFarad kondensator eller mere parallelt, og 4,7 megOhm modstanden kan øges til 10 megOhm, så lange cyklustider er mulige. De resterende to porte er tilsluttet som invertere, der fødes fra den stabile sektion, og deres antifaseudgange tilfører de respektive porte til 2N7000 FET'erne, som er forbundet i serie på tværs af forsyningslinjen. Når den sidste inverter i kædeudgangen går højt, vil den før være lav, og den øverste 2N7000 foretager opladning af 4,7 microFarad -kondensatoren via en LED, der giver et blink. Når den sidste inverter i kæden går lavt, leder den nederste 2N7000, så 4,7 microFarad kan aflades gennem den anden LED, hvilket giver endnu et blink. Udgangstrinnet forbruger nul strøm uden for overgangstiderne.

10 Ohm modstanden og 1000 mikrofarad kondensatoren i strømforsyningsledningen er kun til afkobling og er ikke vitale, men er meget nyttige i testfasen.

Elektroniske purister vil påpege, at outputfasen ikke er et godt design, fordi enhver dithering eller usikkerhed på det sted, hvor kredsløbskontakterne kan resultere i, at begge 2N7000'er tændes kortvarigt på samme tid, hvilket resulterer i en kortslutning på tværs af strømforsyningen. I praksis finder jeg ud af, at dette ikke sker og ville dukke op i det aktuelle forbrug, se senere.

Kredsløbet som vist viste sig at forbruge i gennemsnit 270 microAmps, hvilket er kreditværdigt, men alt for højt til vores formål.

Trin 2: Grundlæggende kredsløb 2

Billedet ovenfor viser kredsløbet samlet på et loddefrit brødbræt.

Trin 3: Det forbedrede kredsløb 1

Kredsløbet vist i skematisk ovenfor ser ud til at være næsten identisk med det forrige. Her tilføjer tilføjelsen af kun en komponent en transformation i ydelse, der er så drastisk, som du nogensinde sandsynligvis vil se i simple elektroniske kredsløb.

En 1 MegOhm modstand er blevet placeret i serie med forsyningen til CD4011 IC. (Elektronikprofessionelle vil sige, at dette er noget, der aldrig nogensinde bør gøres.) Kredsløbet fortsætter med at fungere, men det gennemsnitlige forbrug falder til omkring 2 mikroAmps, hvilket svarer til et levetid på 31 år for en alkalisk PP3 -celle på 550 mA timers kapacitet. Utroligt nok er udgangsspændingen stadig høj nok til pålideligt at skifte 2N7000 FET'er.

Trin 4:

Billedet ovenfor viser den tilføjede modstand ringet med rødt.

Måling af den gennemsnitlige strøm, der trækkes af dette kredsløb, er en skræmmende opgave, men en hurtig test er at fjerne batteriet og lade kredsløbet løbe ned på opladningen i 1000 microFarad-afkoblingskondensatoren, hvis du har monteret det-kredsløbet skal køre i fem eller seks minutter før et af blinkene giver op.

Jeg har haft en vis succes ved at indsætte en 100 Ohm modstand plus 3 Farad super kondensator, (observer polaritet,) parallelt i forsyningsledningen og lade flere timer for ligevægt nås. Ved hjælp af et milli-voltmeter kan spændingen over modstanden måles og den gennemsnitlige strøm beregnes ved hjælp af Ohms lov.

Trin 5: Nogle tanker på dette stadie

Jeg har begået kardinalsynden ved at placere en modstand i forsyningslinjen på en CMOS IC. Men IC står alene og er ikke en del af en logisk kæde, og jeg vil foreslå, at vi bruger denne enkelt IC simpelthen som en samling af komplementære CMOS -transistorer. Det kan være, at vi her har en fattig mands afslapningsoscillator med ultralav effekt.

'Spand' -kondensatoren, der oplades og aflades gennem de to LED'er, kan øges for at give et lysere blitz, men med værdier i hundredvis af microFarads kan det være en klog forsigtighed at tilføje en lille modstand i serie med LED'erne for at begrænse spidsstrøm og 47 eller 100 ohm foreslås. Med større kondensatorværdier kan blitzen blive lidt 'doven', da den sidste del af kondensatorladningen forsvinder gennem den nederste LED, selvom du måske overvejer, at det giver en mere realistisk fyroplevelse. Det nuværende forbrug vil naturligvis stige måske til tyve eller tredive mikroAmps.

Trin 6: Lav en permanent version af dit kredsløb 1

Vi har gjort den lette del, men skulle have bevist, at kredsløbet fungerer og nu kan forpligte sig til en permanent form for at gå ind i vores fyrtårn.

Dette vil kræve elementære elektroniske værktøjer og montagefærdigheder. De nødvendige komponenter afhænger af, hvordan du vælger at udføre denne del og de færdigheder, du har. Jeg vil vise et par eksempler og give yderligere forslag.

Billedet ovenfor viser et lille dobbeltsidet Prototype PCB-stripboard point to point printkort. Disse fås på eBay i en række størrelser, og denne er en af de mindste. Også vist er en firkant af almindeligt printkort med en ledning påsat, og dette vil danne en forbindelse til vores batteri, som skal være en stak med tre litiumknapceller. Med denne type bræt finder jeg ud af, at det ikke er muligt at bygge bro tilstødende pads med lodning, da loddet løber ned gennem hullerne-du skal bygge bro med wire.

Trin 7: Lav en permanent version af dit kredsløb 2

På billedet ovenfor ser vi, at byggeriet er godt i gang. Bemærk, at to 1 microFarad -kondensatorer blev brugt til timing, og tre 2025 lithium -knapceller er klar til at blive klemt mellem batteriets endeforbindelser.

Trin 8: Lav en permanent version af dit kredsløb 3

På billedet ovenfor ser vi den færdige artikel klar til at blive installeret i et fyrtårn. Bemærk, at de tre litiumceller er blevet forbundet i serie positiv til negativ op til den øverste positive, der er forbundet til firkanten af almindeligt PC -kort loddet til den røde ledning. Stakken af celler er derefter blevet bundet tæt sammen med selvsamlende bånd. Du finder eksempler på denne metode til fremstilling af batterier fra flere knapceller andre steder på Instructables -webstedet.

Trin 9: Lav en permanent version af dit kredsløb 4

På billedet ovenfor ser vi en anden version samlet på stripboard, som er den moderne version af Veroboard. Dette er fint, men moderne plade er utilgivelig for fejl og vil ikke stå meget lodning og aflodning, før kobberstrimlerne løfter, så gør det rigtigt første gang! Batteriet er en alkalisk PP3, der ved 450 mA timers kapacitet beregner sig til et ret akademisk 31 års levetid.

Trin 10: Lav en permanent version af dit kredsløb 5

Her er stripboard -kredsløbet plus PP3 -batteriet blevet dækket ind i plastemballage og klemt fast i fyrfadsholderen, som gør det muligt at sætte vores samling ind i fyrtårnet.

For et simpelt kredsløb som dette kan du også lave dit eget printkort med en printpen, men du skal være i stand til at ætse det, helst ikke i køkkenet! Endelig kan et lille ark almindeligt printkort være genstand for 'dead bug' -konstruktion, som kan give den mindste og mest robuste konstruktion af alle eksemplerne.

Trin 11: Sidste tanker

Dette kredsløb er så billigt at lave, at det er engangs. Det kan gøres så lille, at det går i en lille glasburk og derefter endda grydes i harpiks eller voks, hvis lysdioderne efterlades i det fri. I en så robust form kan der være en lang række potentielle anvendelser. Jeg vil foreslå, at det kunne være et værdifuldt sikkerhedselement i grotting og især huledykning, hvor en række af disse kunne belyse en vej ud af en hule eller inde fra et snoede vrag. De kunne efterlades på plads i årevis.

Skovlkondensatoren kan gøres mindre og sænke strømforbruget til et niveau, hvor kredsløbet kunne drives af et 'bunke' batteri af forskellige metalplader sammenflettet med elektrolytpuder. Dette kan endda resultere i en samling, der kan placeres i en 'tidskapsel', der kan graves op omkring halvtreds år senere!