Joule tyv med ultra enkel kontrol af lysoutput: 6 trin (med billeder)

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

Joule Thief -kredsløbet er en fremragende entré til den nybegynder elektroniske eksperimentator og er blevet gengivet utallige gange, ja, en Google -søgning giver 245000 hits! Langt det hyppigst forekommende kredsløb er det, der er vist i trin 1 nedenfor, hvilket er utroligt simpelt bestående af fire grundlæggende komponenter, men der er en pris, der skal betales for denne enkelhed. Når den drives med et nyt batteri på 1,5 volt, er lyseffekten høj med et passende strømforbrug, men med lavere batterispænding falder lyset og strømforbruget væk, indtil omkring en halv volt lysudbytte ophører.

Kredsløbet råber efter en eller anden form for kontrol. Forfatteren har tidligere opnået dette ved hjælp af en tredje vikling på transformeren til at levere en styrespænding, se:

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

Uanset hvilken betjening der bruges, skal den have den grundlæggende egenskab, hvorved nedgang i lysudbyttet også reducerer strømforbruget, så en lav lysindstilling resulterer i lavt batteriforbrug og længere batterilevetid. Kredsløbet, der er udviklet i denne artikel, opnår dette og er meget enklere, idet den ekstra vikling ikke er nødvendig og giver en form for kontrol, der kan eftermonteres mange eksisterende kredsløb. I slutningen af artiklen viser vi, hvordan man automatisk slukker kredsløbet i dagslys, når det bruges som et natlys.

Du får brug for:

To generelle NPN -transistorer. Ikke kritisk, men jeg brugte 2N3904.

Én siliciumdiode. Helt ikke kritisk og en ensretterdiode eller signaldiode vil være fint.

En ferrit toroid. Se senere i teksten for mere information.

En 0,1 uF kondensator. Jeg brugte en 35V Tantal -komponent, men du kunne bruge en 1 uF almindelig elektrolyt. Hold spændingsniveauet oppe-35 eller 50 Volt er ikke overdreven som under udviklingen, og før din kontrolsløjfe lukkes, kan højspænding påføres denne komponent.

Én 100uF elektrolytkondensator. 12 Volt fungerer fint her.

En 10 K Ohm modstand.

En 100 K Ohm modstand

Et potentiometer på 220 K Ohm. Ikke -kritisk og alt i området 100 K til 470 K burde fungere.

Enkeltkernet PVC -tilslutningstråd, som jeg får ved at fjerne telefonkablet

For at demonstrere kredsløbet i de tidlige stadier brugte jeg en Model AD-12 Loddefri brødbræt, som jeg fik fra Maplin.

For at producere en permanent version af kredsløbet skal du være udstyret til elementær elektronisk konstruktion inklusive lodning. Kredsløbet kan derefter konstrueres på Veroboard eller lignende materiale, og en anden konstruktionsmetode ved hjælp af blankt printkort er også vist.

Trin 1: Vores grundlæggende Joule Thief Circuit

Ovenstående er kredsløbsdiagrammet og et brødbrædderlayout af et arbejdskredsløb.

Transformatoren her består af 2 masser af 15 omdrejninger af enkeltkerne PVC-tråd bjærget fra en længde af telefonkabel snoet sammen og viklet på en ferrit toroid-ikke kritisk, men jeg brugte en Ferroxcube-genstand fra RS Components 174-1263 størrelse 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Der er en enorm breddegrad i valget af denne komponent, og jeg målte identisk ydelse med en Maplin -komponent fire gange størrelsen. Der er en tendens til, at konstruktører bruger meget små ferritperler, men dette er så lille, som jeg gerne vil gå-med meget små genstande vil oscillatorfrekvensen blive højere, og der kan være kapacitive tab i det sidste kredsløb.

Transistoren, der bruges, er 2N3904 NPN til generel brug, men næsten enhver NPN -transistor kører. Basismodstanden er 10K, hvor du måske oftere ser 1K brugt, men dette kan hjælpe, når vi kommer til at anvende kontrol til kredsløbet senere.

C1 er en afkoblingskondensator til at udjævne koblingstransienter, der genereres ved kredsløbsdrift og dermed holde strømforsyningsskinnen ren, det er god elektronisk husholdning, men denne komponent er ofte udeladt, hvilket kan resultere i uforudsigelighed og uregelmæssig kredsløbsevne.

Trin 2: Udførelse af det grundlæggende kredsløb

En vis viden om ydelsen af det grundlæggende kredsløb kan være lærerigt. Til dette formål blev kredsløbet drevet med forskellige forsyningsspændinger og det respektive strømforbrug målt. Resultaterne er vist på billedet ovenfor.

LED'en begynder at udsende lys med en forsyningsspænding på 0,435 og bruger 0,82 mA strøm. Ved 1,5 volt (værdien for et nyt batteri) er LED'en meget lys, men strømmen er over 12 mA. Dette illustrerer behovet for kontrol; vi skal være i stand til at indstille lysudbyttet til et rimeligt niveau og dermed forlænge batteriets levetid i høj grad.

Trin 3: Tilføjelse af kontrol

Kredsløbsdiagrammet for det ekstra styrende kredsløb er vist på det første billede ovenfor.

En anden 2N3904 (Q2) transistor er blevet tilføjet med kollektoren forbundet til oscillatortransistorbasen, (Q1.) Når den er slukket, har denne anden transistor ingen effekt på oscillatorfunktionen, men når den tændes, shunter oscillatortransistorens bund til jorden dermed reduceres oscillator output. En siliciumdiode, der er forbundet til oscillatortransistorsamleren, giver en ensrettet spænding for at oplade C2, en 0,1 uF kondensator. På tværs af C2 er der et 220 kOhm potentiometer (VR1,), og viskeren er forbundet tilbage til kontroltransistorbasen (Q2,) via en 100 kOhm modstand, der fuldender sløjfen. Indstillingen af potentiometeret styrer nu lysudbyttet og i dette tilfælde det aktuelle forbrug. Med potentiometeret indstillet til minimum er strømforbruget 110 mikro ampere, når lysdioden lige er begyndt at lyse, er den stadig 110 mikro ampere og ved fuld LED-lysstyrke er forbruget 8,2 mA-vi har kontrol. Kredsløbet drives i dette eksempel med en enkelt Ni/Mh -celle ved 1,24 volt.

De ekstra komponenter er ikke kritiske. Ved 220 kOhm for potentiometeret og 100 kOhm for Q2 basismodstand fungerer styrekredsløbet godt, men belaster oscillatoren meget lidt. Ved 0,1 uF giver C2 et jævnt rektificeret signal uden at tilføje en stor tidskonstant, og kredsløbet reagerer hurtigt på ændringer i VR1. Jeg brugte en tantalelektrolyt her, men en keramisk eller polyester komponent ville fungere lige så godt. Hvis du gør denne komponent for høj i kapacitans, vil reaktionen på ændringer i potentiometeret være træg.

De sidste tre billeder ovenfor er oscilloskopskærme fra kredsløbet, mens de er i drift, og viser spændingen på oscillatortransistorens kollektor. Den første viser mønsteret ved minimum LED -lysstyrke, og kredsløbet fungerer med små energibyster med stor afstand. Det andet billede viser mønsteret med øget LED -output og energisprængningerne er nu hyppigere. Den sidste er ved fuld output, og kredsløbet er gået i konstant svingning.

En sådan enkel kontrolmetode er ikke helt uden problemer; der er en DC -vej fra den positive forsyningsskinne gennem transformatorviklingen til transistorsamleren og gennem D1. Dette betyder, at C2 oplades op til forsyningsskinnens niveau minus dioderens fremadspændingsfald, og derefter tilføjes spændingen produceret af Joule Thief -handling til dette. Dette er ikke af betydning under normal Joule Thief -drift med en enkelt celle på 1,5 volt eller mindre, men hvis du prøver at køre kredsløbet ved højere spændinger ud over ca. 2 volt, kan LED -udgangen ikke kontrolleres til nul. Dette er ikke et problem med langt de fleste Joule Thief -applikationer, der normalt ses, men sådan er potentialet for yderligere udvikling, at det kan blive betydeligt, og derefter kan det være nødvendigt at foretage afledningen af styrespændingen fra en tredje vikling på transformeren hvilket giver total isolation.

Trin 4: Anvendelse af kredsløbet 1

Med effektiv kontrol kan Joule Thief anvendes meget mere bredt, og virkelige applikationer som f.eks. Fakler og nattelys med kontrolleret lysudbytte er mulige. Derudover med lave lysindstillinger og et lavt strømforbrug, der er passende, er ekstremt økonomiske applikationer mulige.

Billederne ovenfor viser alle de idéer i denne artikel, der hidtil er samlet på et lille prototypebræt og med output sat til henholdsvis lavt og højt med et indstillet potentiometer om bord. Kobberviklingerne på toroidet er af den mere sædvanlige emaljerede kobbertråd.

Det skal siges, at denne konstruktionsform er besværlig, og den metode, der bruges i det næste trin, er langt lettere.

Trin 5: Anvendelse af kredsløbet-2

Vist på det sammensatte billede ovenfor er en anden erkendelse af kredsløbet denne gang bygget på et stykke enkeltsidet printkort kobberside opad med små puder af enkeltsidet printkort, der sidder fast med MS -polymerlim. Denne konstruktionsform er meget let og intuitiv, da du kan lægge kredsløbet ud for at replikere kredsløbsdiagrammet. Puderne udgør en robust forankring for komponenterne og forbindelser til jorden foretages ved lodning på kobbersubstratet nedenfor.

Billedet viser LED'en fuldt oplyst til venstre og næsten ikke belyst til højre, hvilket opnås med enkel justering af det indbyggede trimmerpotentiometer.

Trin 6: Anvendelse af kredsløbet-3

Kredsløbsdiagrammet på det første billede ovenfor viser en 470k Ohm modstand i serie med en 2 Volt solcelle og forbundet til Joule Thief -styrekredsløbet effektivt parallelt med det indbyggede trimmerpotentiometer. Det andet billede viser 2 Volt solcellen (bjærget fra et nedlagt havesollys), der er forbundet til forsamlingen vist i det foregående trin. Cellen er i dagslys og giver derfor en spænding, der slukker kredsløbet, og LED'en slukkes. Kredsløbets strøm blev målt til 110 mikro ampere. Det tredje billede viser en hætte placeret over solcellen og simulerer således mørke, og LED'en lyser nu, og kredsløbets strøm måles til 9,6 mA. Tænd/sluk -overgangen er ikke skarp, og lyset tændes gradvist i skumringen. Bemærk, at solcellen kun bruges som en billig kontrolkomponent til et batterikredsløb ikke selv leverer strøm.

Kredsløbet på dette stadium er potentielt meget nyttigt. Med en solcelle monteret diskret i et vindue eller på en vindueskarm, der oplader en superkondensator eller genopladelig nikkelmetalhydridcelle, bliver et yderst effektivt permanent natlys et muligt fremtidigt projekt. Når den bruges sammen med en AA -celle, betyder evnen til at skrue ned for lysudbyttet og derefter slukke lyset i dagslys, at kredsløbet vil fungere i en lang periode, før batterispændingen falder til omkring 0,6 Volt. Hvilken fantastisk skræddersyet gave til bedsteforældre at præsentere for børnebørn! Andre ideer omfatter et oplyst dukkehus eller et natlys til badeværelset, så hygiejnestandarder kan opretholdes uden tab af nattesyn-mulighederne er enorme.