31 -års LED -blinker for modellfyr osv.: 11 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Modellfyr har en stor fascinasjon, og mange eiere må tenke hvor fint det ville være hvis modellen i stedet for å bare sitte der, faktisk blinket. Problemet er at fyrmodellene sannsynligvis vil være små med lite plass til batterier og kretser, og telyset som er vist på bildet ovenfor er et godt eksempel der det bare er plass til å klemme i et PP3-batteri eller en liten stabel litiumknapp celler sammen med et veldig lite kretskort.

Internett florerer med LED -blinker. Mange er basert på 555 -brikken, og kan derfor forventes å forbruke rundt 10 mA strøm som ville flate ut et lite batteri i løpet av dager. Etter litt desultory leke med komponenter på et brødbrett snublet jeg over CMOS -kretsen som er grunnlaget for denne artikkelen. Denne kretsen er 5000 ganger bedre enn en 555 og bruker 2 microAmps, noe som betyr at et alkalisk 9 Volt PP3 -batteri skal vare 31 år, selv om dette er akademisk siden det er langt utover batteriets holdbarhet. En stabel med 3 X 2032 litiumceller som også gir 9 volt, varer bare 12 år.

For å oppnå denne ytelsen er noen regler brutt, og elektronikkprofessorer vil heve et øyenbryn hvis ikke to.

Trinn 1: Grunnkretsen 1

Det kan være nyttig å starte kretsen først på et loddfritt brødbrett, og i tillegg til brødbrettet trenger du:

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

1 X 4,7 Meg Ohm motstand. (Opptil 10 megOhm kan brukes for lengre syklustider.)

1 X 10 Ohm motstand.

1 X 1000 microFarad elektrolytisk kondensator.

1 X 1 microFarad ikke -polær elektrolytisk kondensator. (1 microFarad keramiske kondensatorer kan brukes, men de er litt vanskeligere å skaffe.)

2 x høyeffektive hvite lysdioder.

2 X 2N7000 N kanal FET.

1 X 4,7 microFarad elektrolytisk kondensator (tantal ville være best.)

1 x 9 volt batteri, for eksempel en PP3.

Skjematisk over viser grunnkretsen. En CMOS CD 4011 har alle par gateinnganger knyttet sammen, noe som gjør den til en quad -inverter. To av portene er koblet til en astabel med timingen definert av 4,7 megOhm motstand og 1 microFarad ikke-polare elektrolytiske kondensator, noe som resulterer i en syklustid på tre til fire sekunder. Tiden kan enkelt dobles ved tillegg av ytterligere 1 microFarad kondensator eller mer parallelt, og motstanden på 4,7 megOhm kan økes til 10 megOhm, så lange syklustider er mulig. De resterende to portene er koblet som omformere matet fra den stabile delen, og antifaseutgangene deres mater de respektive portene til 2N7000 FET -ene som er koblet i serie over forsyningslinjen. Når den siste omformeren i kjedeutgangen går høyt, vil den før være lav, og den øverste 2N7000 lader opp 4,7 microFarad -kondensatoren via en LED som blinker. Når den siste inverteren i kjeden går lavt, leder bunnen 2N7000 slik at 4,7 microFarad kan lade ut gjennom den andre lysdioden og gir en ny blits. Utgangstrinnet bruker null strøm utenfor overgangstidene.

10 Ohm -motstanden og 1000 mikrofarad -kondensatoren i strømforsyningslinjen er bare for frakobling og er ikke viktige, men er veldig nyttige i testfasen.

Elektroniske purister vil påpeke at utgangstrinnet ikke er god design fordi enhver dithering eller usikkerhet på punktet der kretsbryterne kan føre til at begge 2N7000 blir slått på kort samtidig som resulterer i kortslutning over strømforsyningen. I praksis opplever jeg at dette ikke skjer og vil dukke opp i dagens forbruk, se senere.

Kretsen som vist viste seg å forbruke et gjennomsnitt på 270 mikroAmper, som er ærlig, men altfor høyt for vårt formål.

Trinn 2: Grunnkretsen 2

Bildet ovenfor viser kretsen montert på et loddfritt brødbrett.

Trinn 3: Den forbedrede kretsen 1

Kretsen vist i skjematikken ovenfor ser ut til å være nesten identisk med den forrige. Her gir tilsetningen av bare en komponent en transformasjon i ytelsen som er så drastisk som du sannsynligvis vil se i enkle elektroniske kretser.

En 1 MegOhm motstand har blitt plassert i serie med forsyningen til CD4011 IC. (Elektronikkprofesjonelle vil si at dette er noe som aldri bør gjøres.) Kretsen fortsetter å fungere, men gjennomsnittlig forbruk faller til rundt 2 mikroAmps, noe som tilsvarer et levetid på 31 år for en alkalisk PP3 -celle på 550 mA timer. Utrolig nok er utgangsspenningen fortsatt høy nok til å på en pålitelig måte bytte 2N7000 FET.

Trinn 4:

Bildet ovenfor viser den ekstra motstanden som er ringet med rødt.

Å måle gjennomsnittlig strøm fra denne kretsen er en skremmende oppgave, men en rask test er å fjerne batteriet og la kretsen gå ned på ladningen i 1000 microFarad-frakoblingskondensatoren hvis du har montert den-kretsen skal gå i fem eller seks minutter før en av blinkene gir opp.

Jeg har hatt en viss suksess ved å sette inn en 100 Ohm motstand pluss 3 Farad super kondensator, (observer polaritet,) parallelt i forsyningslinjen og la flere timer for likevekt nås. Ved hjelp av en milli-voltmeter kan spenningen over motstanden måles og gjennomsnittlig strøm beregnes ved hjelp av Ohms lov.

Trinn 5: Noen tanker på dette stadiet

Jeg har begått kardinal synd med å plassere en motstand i forsyningslinjen til en CMOS IC. Imidlertid står IC alene og er ikke en del av en logikkjede, og jeg vil foreslå at vi bruker denne enkelt IC som en samling av komplementære CMOS -transistorer. Det kan være at vi her har en fattig manns avslapningsoscillator med ultralav effekt.

"Bøtte" -kondensatoren som lades og tømmes gjennom de to lysdiodene kan økes for å gi et lysere blits, men med verdier i hundrevis av mikroFarader kan det være en klok forhåndsregel å legge til en liten motstand i serie med lysdiodene for å begrense toppstrøm og 47 eller 100 ohm foreslås. Med større kondensatorverdier kan blitsen bli litt "lat" ettersom den siste delen av kondensatorladningen forsvinner gjennom den nederste LED -en, selv om du kanskje tenker på at den gir en mer realistisk fyropplevelse. Det nåværende forbruket vil selvfølgelig stige til kanskje tjue eller tretti mikroAmper.

Trinn 6: Lag en permanent versjon av kretsen din 1

Vi har gjort den enkle delen, men burde ha bevist at kretsen fungerer og nå kan forplikte seg til en permanent form for å gå inn i fyret vårt.

Dette vil kreve elementære elektroniske verktøy og monteringskunnskaper. Komponentene som trengs vil avhenge av hvordan du velger å gjøre denne delen og ferdighetene du har. Jeg skal vise et par eksempler og gi ytterligere forslag.

Bildet ovenfor viser et lite tosidig Prototype PCB-tavle punkt til punkt kretskort. Disse er tilgjengelige på EBay i en rekke størrelser, og denne er en av de minste. Det er også vist en firkant med vanlig kretskort med en ledning festet, og dette vil danne en tilkobling for batteriet vårt, som skal være en stabel med tre litiumknappceller. Med denne typen brett finner jeg at det ikke er mulig å bygge bro tilstøtende pads med lodding ettersom loddet renner ned gjennom hullene-du må bygge bro med ledning.

Trinn 7: Lag en permanent versjon av kretsen din 2

På bildet over ser vi at byggingen er godt i gang. Vær oppmerksom på at to 1 microFarad -kondensatorer ble brukt til timing og tre 2025 litiumknappceller er klare til å bli klemt mellom batteriets endekontakter.

Trinn 8: Lag en permanent versjon av kretsen din 3

På bildet ovenfor ser vi den ferdige artikkelen klar til å installeres i et fyrtårn. Vær oppmerksom på at de tre litiumcellene har blitt koblet i serie positiv til negativ opp til den øverste positive som er koblet til kvadratet med vanlig PC -kort loddet til den røde ledningen. Stabelen av celler har deretter blitt bundet tett sammen med selvsamlende bånd. Du finner eksempler på denne metoden for å lage batterier fra flere knappeceller andre steder på Instructables -nettstedet.

Trinn 9: Lag en permanent versjon av kretsen din 4

På bildet over ser vi en annen versjon montert på stripboard som er den moderne versjonen av Veroboard. Dette er greit, men moderne bord er utilgivelig for feil og vil ikke tåle mye lodding og avlodding før kobberstrimlene løfter seg, så gjør det riktig første gangen! Batteriet er en alkalisk PP3 som ved 450 mA timers kapasitet beregner seg til en ganske akademisk levetid på 31 år.

Trinn 10: Lag en permanent versjon av kretsen din 5

Her har kretskortet pluss PP3 -batteriet blitt kokt i plastemballasje og festet til telysholderen som gjør at monteringen vår kan settes opp i fyret.

For en enkel krets som denne kan du også lage ditt eget kretskort med en kretspenn, men du må kunne etse det, helst ikke på kjøkkenet! Til slutt kan et lite ark med vanlig kretskort bli gjenstand for konstruksjon av "død bug" som kan gi den minste og mest robuste konstruksjonen av alle eksemplene.

Trinn 11: Siste tanker

Denne kretsen er så billig å lage at den er engangs. Den kan gjøres så liten at den går ned i en liten glassburk og så til og med pottes i harpiks eller voks hvis lysdiodene ikke er klare. I en så robust form kan det være en rekke potensielle bruksområder. Jeg vil foreslå at det kan være et verdifullt sikkerhetselement i grotting og spesielt grottedykking der en rekke av disse kan belyse en vei ut av en hule eller fra innsiden av et kronglete vrak. De kan bli sittende på plass i årevis.

Skuffekondensatoren kan gjøres mindre og senke strømforbruket til et nivå der kretsen kan drives av et "haug" -batteri av forskjellige metallplater som er sammenflettet med elektrolyttputer. Dette kan til og med resultere i at en samling som kan plasseres i en "tidskapsel" som kan graves opp omtrent femti år senere!