Joule Thief Med Ultra Simple Control of Light Output: 6 trinn (med bilder)

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

Joule Thief -kretsen er en utmerket entré for nybegynneren, elektronisk eksperimentator og har blitt gjengitt utallige ganger. Ja, et Google -søk gir 245000 treff! Den mest vanlige kretsen er den som er vist i trinn 1 nedenfor, som er utrolig enkel og består av fire grunnleggende komponenter, men det er en pris å betale for denne enkelheten. Når den drives med et nytt batteri på 1,5 volt, er lyseffekten høy med tilsvarende strømforbruk, men med lavere batterispenning faller lyset og strømforbruket bort til rundt en halv volt lysutgang opphører.

Kretsen roper etter en eller annen form for kontroll. Forfatteren har oppnådd dette tidligere ved å bruke en tredje vikling på transformatoren for å gi en styrespenning, se:

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

Uansett hvilken kontroll som brukes, bør den ha den grunnleggende egenskapen ved å skru ned lysstyrken også strømforbruket, slik at en lav lysinnstilling resulterer i lavt batteriforbruk og lengre batterilevetid. Kretsen som er utviklet i denne artikkelen, oppnår dette og er mye enklere ved at den ekstra viklingen ikke er nødvendig og gir en form for kontroll som kan monteres retro på mange eksisterende kretser. På slutten av artikkelen viser vi hvordan du automatisk slår av kretsen i dagslys når den brukes som nattlys.

Du vil trenge:

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

En silisiumdiode. Helt ikke -kritisk og en likeretterdiode eller signaldiode vil være bra.

En ferrit toroid. Se senere i teksten for mer informasjon.

En 0,1 uF kondensator. Jeg brukte en 35V Tantal -komponent, men du kan bruke en 1 uF vanlig elektrolytisk. Hold spenningsvurderingen oppe-35 eller 50 volt er ikke overdreven som under utvikling, og før kontrollsløyfen er lukket, kan høyspenning påføres denne komponenten.

En 100uF elektrolytisk kondensator. 12 Volt arbeid er bra her.

En 10 K Ohm motstand.

En 100 K Ohm motstand

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

Enkeltkjernet PVC -kabel som jeg får tak i ved å fjerne telefonledningen

For å demonstrere kretsen i de tidlige stadiene brukte jeg en modell AD-12 loddefri brødbrett som jeg fikk fra Maplin.

For å produsere en permanent versjon av kretsen må du være utstyrt for elementær elektronisk konstruksjon inkludert lodding. Kretsen kan deretter konstrueres på Veroboard eller lignende materiale, og en annen konstruksjonsmetode ved bruk av blankt kretskort er også vist.

Trinn 1: Vår grunnleggende Joule Thief Circuit

Vist ovenfor er kretsdiagrammet og et brødbrettoppsett for en arbeidskrets.

Transformatoren her består av 2 massevis av 15 omdreininger med enkelkjerne PVC-ledning berget fra en telefonkabel som er vridd sammen og viklet på en ferrit toroid-ikke kritisk, men jeg brukte et Ferroxcube-element av RS Components 174-1263 størrelse 14,6 X 8,2 X 5,5 mm. Det er enorm breddegrad i valget av denne komponenten, og jeg målte identisk ytelse med en Maplin -komponent fire ganger størrelsen. Det er en tendens for konstruktører å bruke veldig små ferrittperler, men dette er så lite som jeg ønsker å gå-med veldig små gjenstander vil oscillatorfrekvensen bli høyere og det kan være kapasitive tap i den siste kretsen.

Transistoren som brukes er 2N3904 NPN for generelle formål, men nesten hvilken som helst NPN -transistor vil kjøre. Basismotstanden er 10K hvor du oftere vil se 1K brukt, men dette kan hjelpe når vi kommer til å bruke kontroll på kretsen senere.

C1 er en frakoblingskondensator for å jevne ut koblingstransienter som genereres av kretsdrift og dermed holde strømforsyningsskinnen ren, det er god elektronisk husholdning, men denne komponenten blir ofte utelatt som kan resultere i uforutsigbarhet og uberegnelig kretsytelse.

Trinn 2: Ytelse av grunnkretsen

Noe kunnskap om ytelsen til grunnkretsen kan være lærerikt. For dette formål ble kretsen drevet med forskjellige forsyningsspenninger og det respektive strømforbruket målt. Resultatene er vist på bildet ovenfor.

Lysdioden begynner å avgi lys med en forsyningsspenning på 0,435 og bruker 0,82 mA strøm. Ved 1,5 volt (verdien for et nytt batteri) er LED -lampen veldig lys, men strømmen er over 12 mA. Dette illustrerer behovet for kontroll; vi må være i stand til å sette lysytelsen til et rimelig nivå og dermed forlenge batterilevetiden kraftig.

Trinn 3: Legge til kontroll

Kretsdiagrammet for de ekstra styrende kretsene er vist det første bildet ovenfor.

En annen 2N3904 (Q2) transistor er lagt til med kollektoren koblet til oscillatortransistorbasen, (Q1.) Når denne andre transistoren er slått av, har den ingen effekt på oscillatorfunksjonen, men når den slås på, shunter oscillatortransistoren til jord reduserer dermed oscillatorutgangen. En silisiumdiode koblet til oscillatortransistorsamleren gir en utbedret spenning for å lade opp C2, en 0,1 uF kondensator. På tvers av C2 er det et 220 kOhm potensiometer (VR1,) og viskeren er koblet tilbake til kontrolltransistorbasen (Q2,) via en 100 kOhm motstand som fullfører sløyfen. Innstillingen av potensiometeret styrer nå lysutgangen og i dette tilfellet strømforbruket. Når potensiometeret er satt til minimum, er strømforbruket 110 mikro ampere, når lysdioden er satt til å begynne å lyse, er det fortsatt 110 mikro ampere og ved full LED-lysstyrke er forbruket 8,2 mA-vi har kontroll. Kretsen drives i dette eksemplet med en enkelt Ni/Mh -celle på 1,24 volt.

De ekstra komponentene er ikke kritiske. Ved 220 kOhm for potensiometeret og 100 kOhm for Q2 basismotstand fungerer kontrollkretsen godt, men legger svært liten belastning på oscillatoren. Ved 0,1 uF gir C2 et jevnt utbedret signal uten å legge til en stor tidskonstant, og kretsen reagerer raskt på endringer i VR1. Jeg brukte en tantalelektrolytisk her, men en keramisk eller polyesterkomponent ville fungere like bra. Hvis du gjør denne komponenten for høy i kapasitans, vil responsen på endringer i potensiometeret være treg.

De tre siste bildene ovenfor er oscilloskopgrabber fra kretsen mens de er i drift og viser spenningen på kollektoren til oscillatortransistoren. Den første viser mønsteret med minimum LED -lysstyrke, og kretsen fungerer med små utbrudd av energi med store mellomrom. Det andre bildet viser mønsteret med økt LED -utgang og energisprengene er nå hyppigere. Den siste er på full effekt og kretsen har gått i jevn svingning.

En så enkel kontrollmetode er ikke helt uten problemer; det er en likestrømningsbane fra den positive tilførselsskinnen gjennom transformatorviklingen til transistorsamleren og gjennom D1. Dette betyr at C2 lades opp til nivået på tilførselsskinnen minus forspenningsfallet til dioden og deretter legges spenningen produsert av Joule Thief -handling til dette. Dette er ikke av betydning under normal Joule Thief -operasjon med en enkelt celle på 1,5 volt eller mindre, men hvis du prøver å kjøre kretsen ved høyere spenninger utover ca. 2 volt, kan ikke LED -utgangen kontrolleres til null. Dette er ikke et problem med det store flertallet av Joule Thief -applikasjoner som normalt sett, men potensialet for videre utvikling er slik at det kan bli betydelig og deretter må det foretas avledning av kontrollspenningen fra en tredje vikling på transformatoren som gir total isolasjon.

Trinn 4: Påføring av kretsen 1

Med effektiv kontroll kan Joule Thief brukes mye mer, og virkelige applikasjoner som fakler og nattlys med kontrollert lysutbytte er mulige. I tillegg med lave lysinnstillinger og et lavt strømforbruk som står i forhold til dette, er ekstremt økonomiske applikasjoner mulig.

Bildene ovenfor viser alle ideene i denne artikkelen så langt samlet på et lite prototypebrett og med utgangssett til henholdsvis lav og høy med et forhåndsinnstilt potensiometer om bord. Kobberviklingene på toroidet er av den mer vanlige emaljerte kobbertråden.

Det må sies at denne konstruksjonsformen er vanskelig og metoden som brukes i det neste trinnet er langt lettere.

Trinn 5: Påføring av kretsen-2

Vist på det sammensatte bildet ovenfor er en annen erkjennelse av kretsen denne gangen bygget på et stykke ensidig kretskort med kobberside opp med små pads av enkeltsidet kretskort festet med MS -polymerlim. Denne konstruksjonsformen er veldig enkel og intuitiv, ettersom du kan legge ut kretsen for å kopiere kretsdiagrammet. Putene utgjør en robust forankring for komponentene og forbindelser til bakken er laget ved lodding på kobbersubstratet under.

Bildet viser LED -en fullstendig opplyst til venstre og knapt opplyst til høyre. Dette oppnås med enkel justering av det innebygde trimmerpotensiometeret.

Trinn 6: Påføring av kretsen-3

Kretsdiagrammet på det første bildet ovenfor viser en 470k Ohm motstand i serie med en 2 Volt solcelle og koblet til Joule Thief -styrekretsen effektivt parallelt med det innebygde trimmerpotensiometeret. Det andre bildet viser 2 volt solcelle (berget fra et nedlagt hagesollys), koblet til enheten som ble vist i forrige trinn. Cellen er i dagslys og gir derfor en spenning som slår av kretsen og lysdioden slukkes. Kretsstrømmen ble målt til 110 mikro ampere. Det tredje bildet viser en hette plassert over solcellen og simulerer dermed mørket, og LED -en lyser nå og kretsstrømmen måles til 9,6 mA. På/av -overgangen er ikke skarp, og lyset tennes gradvis i skumringen. Vær oppmerksom på at solcellen bare brukes som en billig kontrollkomponent til en batterikrets ikke selv gir strøm.

Kretsen på dette stadiet er potensielt veldig nyttig. Med en solcelle montert diskret i et vindu eller på en vinduskarme som lader en superkondensator eller nikkelmetallhydridladbar celle, blir et svært effektivt permanent nattlys et mulig fremtidig prosjekt. Når den brukes med en AA -celle, betyr evnen til å skru ned lysstyrken og deretter slå av lyset i dagslys at kretsen vil fungere i en lang periode før batterispenningen faller til rundt 0,6 Volt. For en flott skreddersydd gave til besteforeldre å presentere for barnebarn! Andre ideer inkluderer et opplyst dukkehus eller et nattlys på badet slik at hygienestandarder kan opprettholdes uten tap av nattesyn-mulighetene er enorme.