Joule Thief Dengan Kawalan Output Cahaya yang Sangat Sederhana: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Litar Joule Thief adalah hidangan yang sangat baik untuk eksperimen elektronik pemula dan telah dihasilkan semula berkali-kali, sememangnya carian Google menghasilkan 245000 hits! Sejauh ini litar yang paling kerap dijumpai adalah seperti yang ditunjukkan pada Langkah 1 di bawah ini yang sangat mudah terdiri daripada empat komponen asas tetapi ada harga yang harus dibayar untuk kesederhanaan ini. Apabila dihidupkan dengan bateri segar keluaran cahaya 1.5 Volt tinggi dengan penggunaan tenaga yang setara, tetapi dengan voltan bateri yang lebih rendah, cahaya dan penggunaan kuasa akan turun sehingga sekitar setengah output cahaya Volt berhenti.

Litar menangis untuk beberapa bentuk kawalan. Penulis telah mencapai ini pada masa lalu dengan menggunakan belitan ketiga pada pengubah untuk memberikan voltan kawalan, lihat:

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

Apa pun kawalan yang digunakan, ia harus memiliki sifat dasar dimana menurunkan output cahaya juga menurunkan penggunaan daya sehingga pengaturan cahaya rendah menghasilkan penggunaan baterai rendah dan daya tahan baterai lebih lama. Litar yang dikembangkan dalam artikel ini mencapai ini dan jauh lebih sederhana kerana penggulungan tambahan tidak diperlukan dan menghasilkan bentuk kawalan yang dapat dipasang kembali ke banyak rangkaian yang ada. Pada akhir artikel kami menunjukkan cara mematikan litar secara automatik pada waktu siang ketika digunakan sebagai lampu malam.

Anda perlu:

Dua transistor NPN tujuan umum. Tidak kritikal tetapi saya menggunakan 2N3904.

Satu diod silikon. Sama sekali tidak kritikal dan diod penyearah atau diod isyarat akan baik-baik saja.

Toroid ferit. Lihat kemudian dalam teks untuk maklumat lebih lanjut.

Satu kapasitor 0.1 uF. Saya menggunakan komponen Tantalum 35V tetapi anda boleh menggunakan elektrolit biasa 1 uF. Pastikan voltan tetap tinggi - Kedudukan 35 atau 50 Volt tidak berlebihan seperti semasa pembangunan, dan sebelum gelung kawalan anda ditutup, voltan tinggi dapat digunakan pada komponen ini.

Satu kapasitor elektrolitik 100uF. Kerja 12 Volt baik di sini.

Satu perintang 10 K Ohm.

Satu perintang 100 K Ohm

Satu potensiometer 220 K Ohm. Tidak kritikal dan apa-apa dalam julat 100 K hingga 470 K mesti berfungsi.

Kawat cangkuk teras tunggal PVC yang saya dapat dengan melepaskan kabel telefon

Untuk menunjukkan litar pada peringkat awal saya menggunakan Model AD-12 Solderless Breadboard yang saya perolehi dari Maplin.

Untuk menghasilkan litar versi tetap, anda akan dilengkapi untuk pembinaan elektronik asas termasuk pematerian. Litar kemudian boleh dibina di Veroboard atau bahan serupa dan kaedah pembinaan lain menggunakan papan litar bercetak kosong juga ditunjukkan.

Langkah 1: Litar Pencuri Joule Asas kami

Yang ditunjukkan di atas adalah gambarajah litar dan susun atur papan roti litar kerja.

Transformer di sini terdiri daripada 2 lot 15 putaran wayar PVC teras tunggal yang diselamatkan dari kabel telefon yang panjang dipintal dan dililit pada feroid toroid - tidak kritikal tetapi saya menggunakan item Ferroxcube oleh RS Components 174-1263 size 14.6 X 8.2 X 5.5 mm. Terdapat lintang yang sangat besar dalam pemilihan komponen ini dan saya mengukur prestasi yang sama dengan komponen Maplin empat kali ukurannya. Terdapat kecenderungan untuk konstruktor menggunakan manik ferit yang sangat kecil tetapi ini sekecil yang saya mahu - dengan item yang sangat kecil frekuensi pengayun akan semakin tinggi dan mungkin terdapat kerugian kapasitif dalam litar akhir.

Transistor yang digunakan adalah NPN tujuan umum 2N3904 tetapi hampir semua transistor NPN akan berjalan. Perintang asas adalah 10K di mana anda mungkin lebih kerap melihat 1K digunakan tetapi ini dapat membantu apabila kita menggunakan kawalan ke litar kemudian.

C1 adalah kapasitor pemutusan untuk melancarkan peralihan pensuisan yang dihasilkan oleh operasi litar dan dengan demikian menjaga rel bekalan kuasa bersih, ini adalah pengemasan elektronik yang baik tetapi komponen ini sering ditinggalkan yang boleh mengakibatkan prestasi litar yang tidak dapat diramalkan dan tidak menentu.

Langkah 2: Prestasi Litar Asas

Sebilangan pengetahuan mengenai prestasi litar asas mungkin memberi pengajaran. Untuk tujuan ini litar dikuasakan dengan pelbagai voltan bekalan dan penggunaan arus masing-masing diukur. Hasilnya ditunjukkan dalam gambar di atas.

LED mula memancarkan cahaya dengan voltan bekalan 0.435 dan menggunakan arus 0.82 mA. Pada 1.5 Volt, (nilai untuk bateri baru,) LED sangat terang tetapi arus melebihi 12 mA. Ini menggambarkan perlunya kawalan; kita perlu dapat mengatur output cahaya ke tahap yang munasabah dan dengan demikian memanjangkan jangka hayat bateri.

Langkah 3: Menambah Kawalan

Gambarajah litar litar kawalan tambahan ditunjukkan pada gambar pertama di atas.

Transistor 2N3904 (Q2) kedua telah ditambahkan dengan pengumpul yang disambungkan ke pangkalan transistor pengayun, (Q1.) Apabila dimatikan, transistor kedua ini tidak memberi kesan pada fungsi pengayun tetapi ketika dihidupkannya, ia menjauhkan dasar transistor pengayun ke bumi sehingga mengurangkan output pengayun. Diod silikon yang disambungkan ke pengumpul transistor pengayun memberikan voltan yang dibetulkan untuk mengisi C2, kapasitor 0.1 uF. Di seberang C2 terdapat potensiometer 220kOhm (VR1,) dan pengelap disambungkan kembali ke pangkalan transistor kawalan (Q2,) melalui perintang 100 kOhm yang melengkapkan gelung. Pengaturan potensiometer kini mengawal output cahaya dan dalam hal ini penggunaan semasa. Dengan potensiometer yang ditetapkan minimum penggunaan semasa adalah 110 mikro Amps, ketika diatur untuk LED yang baru mulai menyala, ia masih 110 mikro Amps dan pada kecerahan LED penuh, penggunaannya adalah 8.2 mA - kita mempunyai kawalan. Litar dikuasakan dalam contoh ini dengan sel Ni / Mh tunggal pada 1.24 Volt.

Komponen tambahan tidak kritikal. Pada 220 kOhm untuk potensiometer dan 100 kOhm untuk perintang asas Q2 litar kawalan berfungsi dengan baik tetapi meletakkan beban yang sangat sedikit pada pengayun. Pada 0.1 uF C2 memberikan isyarat yang diperbaiki dengan lancar tanpa menambahkan pemalar masa yang besar dan litar bertindak balas dengan cepat terhadap perubahan pada VR1. Saya menggunakan elektrolit tantalum di sini tetapi komponen seramik atau poliester akan berfungsi juga. Sekiranya anda membuat komponen ini terlalu tinggi dalam kapasitansi maka tindak balas terhadap perubahan potensiometer akan menjadi perlahan.

Tiga gambar terakhir di atas adalah tangkapan skrin osiloskop dari litar semasa beroperasi dan menunjukkan voltan pada pemungut transistor pengayun. Yang pertama menunjukkan corak pada kecerahan LED minimum dan litar beroperasi dengan letupan tenaga kecil dengan jarak yang luas. Gambar kedua menunjukkan corak dengan peningkatan output LED dan letupan tenaga kini lebih kerap. Yang terakhir adalah pada output penuh dan litar telah berayun stabil.

Kaedah pengendalian yang sederhana ini tidak sepenuhnya tanpa masalah; terdapat jalan DC dari rel bekalan positif melalui penggulungan transformer ke pemungut transistor dan melalui D1. Ini bermaksud bahawa C2 mengecas sehingga tahap rel bekalan dikurangkan penurunan voltan hadapan diod dan kemudian voltan yang dihasilkan oleh tindakan Joule Thief ditambahkan pada ini. Ini tidak penting semasa operasi Joule Thief biasa dengan sel tunggal 1.5 Volt atau kurang tetapi jika anda cuba menjalankan litar pada voltan yang lebih tinggi melebihi 2 Volt maka output LED tidak dapat dikawal hingga sifar. Ini bukan masalah dengan sebilangan besar aplikasi Joule Thief yang biasanya dilihat tetapi potensi untuk perkembangan selanjutnya boleh menjadi ketara dan kemudian jalan keluar mungkin terpaksa dibuat terhadap penurunan voltan kawalan dari belitan ketiga pada transformer yang memberikan pengasingan total.

Langkah 4: Aplikasi Litar 1

Dengan kawalan yang berkesan, Joule Thief dapat digunakan dengan lebih meluas dan aplikasi sebenar seperti obor dan lampu malam dengan output cahaya terkawal dapat dilakukan. Tambahan dengan tetapan cahaya rendah dan penggunaan kuasa rendah yang setara maka aplikasi yang sangat ekonomik dapat dilakukan.

Gambar-gambar di atas menunjukkan semua idea dalam artikel ini sejauh ini dihimpunkan pada papan prototaip kecil dan dengan output masing-masing ditetapkan ke rendah dan tinggi dengan potensiometer yang telah diatur sebelumnya. Gulungan tembaga pada toroid adalah wayar tembaga enamel yang lebih biasa.

Harus dikatakan bahawa bentuk pembinaan ini sangat sesuai dan kaedah yang digunakan pada langkah seterusnya jauh lebih mudah.

Langkah 5: Aplikasi Litar - 2

Yang ditunjukkan dalam gambar komposit di atas adalah satu lagi realiti litar kali ini yang dibina di atas sekeping papan litar bercetak satu sisi tembaga ke atas dengan pad kecil papan litar bercetak sisi tunggal yang terpaku pada gam polimer MS. Bentuk pembinaan ini sangat mudah dan intuitif kerana anda boleh meletakkan litar untuk meniru rajah litar. Pad membuat penambat kuat untuk komponen dan sambungan ke tanah dibuat dengan memateri substrat tembaga di bawah.

Gambar menunjukkan LED menyala sepenuhnya di sebelah kiri dan hampir tidak diterangi di sebelah kanan, ini dapat dicapai dengan penyesuaian sederhana potensiometer pemangkas papan.

Langkah 6: Aplikasi Litar - 3

Gambarajah litar pada gambar pertama di atas menunjukkan perintang Ohm 470k secara bersiri dengan sel solar 2 Volt dan disambungkan ke litar kawalan Joule Thief dengan berkesan selari dengan potensiometer pemangkas on board. Gambar kedua menunjukkan sel solar 2 Volt (diselamatkan dari lampu suria taman yang tidak berfungsi,) yang disambungkan ke pemasangan yang ditunjukkan pada langkah sebelumnya. Sel di siang hari dan dengan itu memberikan voltan yang mematikan litar dan LED dipadamkan. Arus litar diukur pada 110 mikro Amps. Gambar ketiga menunjukkan topi yang diletakkan di atas sel suria sehingga mensimulasikan kegelapan dan LED sekarang diterangi dan arus litar diukur pada 9.6 mA. Peralihan hidup / mati tidak tajam dan cahaya menyala secara beransur-ansur pada waktu senja. Perhatikan bahawa sel suria digunakan hanya sebagai komponen kawalan yang murah untuk litar bateri sendiri tidak membekalkan tenaga.

Litar pada tahap ini berpotensi sangat berguna. Dengan sel solar dipasang secara diam-diam di tingkap atau di ambang tingkap yang mengecas kapasitor super atau sel nikel hidrida logam nikel, lampu malam kekal yang sangat berkesan menjadi projek masa depan yang mungkin. Apabila digunakan dengan sel AA kemampuan untuk mematikan output cahaya dan kemudian mematikan cahaya pada waktu siang bermaksud bahawa litar akan beroperasi untuk jangka masa yang lama sebelum voltan bateri turun menjadi sekitar 0.6 Volt. Hadiah yang luar biasa untuk datuk dan nenek dipersembahkan kepada cucu! Idea lain termasuk rumah anak patung yang diterangi atau lampu malam untuk bilik mandi untuk membolehkan standard kebersihan dijaga tanpa kehilangan penglihatan malam - kemungkinannya sangat besar.