Joule Thief erittäin yksinkertaisella valotehon ohjauksella: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Joule Thief -piiri on erinomainen aloittelija aloittelevalle elektroniselle kokeilijalle, ja se on toistettu lukemattomia kertoja, todellakin Google -haku tuottaa 245000 osumaa! Ylivoimaisesti yleisin piiri on alla olevassa vaiheessa 1 esitetty piiri, joka on uskomattoman yksinkertainen ja koostuu neljästä peruskomponentista, mutta tästä yksinkertaisuudesta on maksettava. Kun virransyöttö suoritetaan uudella 1,5 voltin paristolla, valoteho on korkea suhteellisen virrankulutuksen kanssa, mutta pienemmällä akun jännitteellä valo ja virrankulutus vähenevät, kunnes noin puolen voltin valoteho lakkaa.

Piiri huutaa jonkinlaista hallintaa. Tekijä on saavuttanut tämän aiemmin käyttämällä muuntajan kolmatta käämiä ohjausjännitteen aikaansaamiseksi, katso:

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

Riippumatta siitä, mitä säätimiä käytetään, sen perusominaisuus on se, että valotehon pienentäminen vähentää myös virrankulutusta niin, että heikossa valaistuksessa akun kulutus on vähäistä ja akun käyttöikä pitempi. Tässä artikkelissa kehitetty piiri saavuttaa tämän ja on paljon yksinkertaisempi, koska ylimääräistä käämitystä ei tarvita ja se tuottaa ohjauksen, joka voidaan asentaa jälkikäteen moniin olemassa oleviin piireihin. Artikkelin lopussa näytämme, miten piiri kytketään automaattisesti pois päältä päivänvalossa, kun sitä käytetään yövalona.

Tarvitset:

Kaksi yleiskäyttöistä NPN -transistoria. Ei kriittinen, mutta käytin 2N3904.

Yksi piidiodi. Täysin ei -kriittinen ja tasasuuntaaja- tai signaalidiodi on hyvä.

Ferriittinen toroid. Katso lisätietoja tekstistä myöhemmin.

Yksi 0,1 uF kondensaattori. Käytin 35 V tantaalikomponenttia, mutta voit käyttää 1 uF tavallista elektrolyyttiä. Pidä jännitearvot korkeina-35 tai 50 voltin nimellisarvo ei ole liian suuri kuin kehityksen aikana, ja ennen kuin ohjaussilmukka sulkeutuu, tähän komponenttiin voidaan kytkeä korkea jännite.

Yksi 100uF elektrolyyttikondensaattori. 12 volttia toimii täällä.

Yksi 10 K ohmin vastus.

Yksi 100 K ohmin vastus

Yksi 220 K ohmin potentiometri. Ei -kriittisen ja 100–470 K: n alueen pitäisi toimia.

PVC -ytimen liitäntäjohto, jonka saan irrottamalla puhelinjohdon

Piirin demonstroimiseksi alkuvaiheessa käytin Malliin AD-12 Solderless Breadboardia, jonka hankin Maplinilta.

Jos haluat tuottaa piirin pysyvän version, sinun on oltava varustettu elektronisella perusrakenteella, mukaan lukien juottaminen. Piiri voidaan sitten rakentaa Veroboardille tai vastaavalle materiaalille, ja esitetään myös toinen rakennusmenetelmä tyhjää painettua piirilevyä käyttäen.

Vaihe 1: Perus Joule Thief Circuit

Yllä on piirikaavio ja työpiirin leipälevyasettelu.

Tässä oleva muuntaja koostuu 2 erästä 15 kierrosta yksisäikeistä PVC-lankaa, joka on pelastettu puhelinkaapelin pituudesta, joka on kierretty yhteen ja kierretty ferriittitoroidille-ei kriittistä, mutta käytin Ferroxcube-tuotetta RS Components 174-1263 -koko 14.6 X 8.2 X 5,5 mm. Tämän komponentin valinnassa on valtava liikkumavara, ja mitasin samanlaisen suorituskyvyn Maplin -komponentilla neljä kertaa koon kanssa. Rakentajilla on taipumus käyttää hyvin pieniä ferriittihelmiä, mutta tämä on niin pieni kuin haluaisin mennä-hyvin pienillä esineillä oskillaattorin taajuus nousee ja saattaa olla kapasitiivisia häviöitä lopullisessa piirissä.

Käytetty transistori on 2N3904 yleiskäyttöinen NPN, mutta lähes kaikki NPN -transistorit toimivat. Perusvastus on 10K, jossa saatat nähdä useammin 1K: n, mutta tämä voi auttaa, kun tulemme ohjaamaan piiriä myöhemmin.

C1 on irrotettava kondensaattori, joka tasoittaa piirin käytön aiheuttamat kytkentäsiirrot ja pitää siten virtalähteen kiskon puhtaana. Se on hyvä elektroninen taloudenhoito, mutta tämä komponentti jätetään usein pois, mikä voi johtaa arvaamattomuuteen ja epäsäännölliseen piirin toimintaan.

Vaihe 2: Peruspiirin suorituskyky

Jotkut tiedot peruspiirin suorituskyvystä voivat olla opettavaisia. Tätä varten piiriin syötettiin erilaisia syöttöjännitteitä ja mitattiin vastaava virrankulutus. Tulokset näkyvät yllä olevassa kuvassa.

LED alkaa lähettää valoa syöttöjännitteellä 0,435 ja kuluttaa 0,82 mA virtaa. 1,5 voltin jännitteellä (uuden akun arvo) LED on erittäin kirkas, mutta virta on yli 12 mA. Tämä osoittaa valvonnan tarpeen; meidän on voitava asettaa valoteho kohtuulliseen tasoon ja pidentää siten huomattavasti akun käyttöikää.

Vaihe 3: Ohjaimen lisääminen

Ylimääräisen ohjauspiirin kytkentäkaavio on esitetty yllä olevassa kuvassa.

Toinen 2N3904 (Q2) -transistori on lisätty keräimen kanssa, joka on kytketty oskillaattoritransistorin kantaan, (Q1.) Kun tämä toinen transistori on pois päältä, sillä ei ole vaikutusta oskillaattoritoimintoon, mutta päälle kytkettynä se siirtää oskillaattoritransistorin kannan maahan mikä pienentää oskillaattorin lähtöä. Oskillaattoritransistorikollektoriin liitetty piidiodi tarjoaa tasasuuntaajan jännitteen C2: n, 0,1 uF: n kondensaattorin lataamiseksi. C2: n poikki on 220 kOhm: n potentiometri (VR1,) ja pyyhin on kytketty takaisin ohjaustransistorin kantaan (Q2,) 100 kOhm: n vastuksen kautta, joka täydentää silmukan. Potentiometrin asetus säätää nyt valotehoa ja tässä tapauksessa virrankulutusta. Kun potentiometri on asetettu minimiin, virrankulutus on 110 mikroampeeria, kun LED-valo on juuri syttymässä, se on edelleen 110 mikro-ampeeria ja täydellä LED-kirkkaudella kulutus on 8,2 mA-meillä on ohjaus. Piiri saa virtaa tässä esimerkissä yhdellä Ni/Mh -kennolla 1,24 voltin jännitteellä.

Lisäkomponentit eivät ole kriittisiä. 220 kOhm: n potentiometrillä ja 100 kOhm: n Q2 -perusvastuksella ohjauspiiri toimii hyvin, mutta kuormittaa oskillaattoria hyvin vähän. 0,1 uF C2 tarjoaa tasaisen tasasuuntautuneen signaalin lisäämättä suurta aikavakiota ja piiri reagoi nopeasti VR1: n muutoksiin. Käytin tässä tantaali -elektrolyyttiä, mutta keraaminen tai polyesterikomponentti toimisi yhtä hyvin. Jos tämän komponentin kapasitanssi on liian korkea, vastaus potentiometrin muutoksiin on hidasta.

Kolme viimeistä kuvaa ovat oskilloskoopin näyttökaappauksia piiristä käytön aikana ja näyttävät oskillaattoritransistorin kollektorin jännitteen. Ensimmäinen osoittaa kuvion LED -valon vähimmäiskirkkaudella ja piiri toimii pienillä energiapurskeilla laajalti. Toisessa kuvassa näkyy kuvio, jossa LED -teho on lisääntynyt, ja energiapurkaukset ovat nyt yleisempiä. Viimeinen on täydellä teholla ja piiri on siirtynyt tasaiseen värähtelyyn.

Tällainen yksinkertainen ohjausmenetelmä ei ole täysin ongelmaton; DC -tie positiivisesta syöttökiskosta muuntajan käämityksen läpi transistorikollektoriin ja D1: n kautta. Tämä tarkoittaa sitä, että C2 latautuu syöttökiskon tasolle miinus diodin etujännitehäviö ja sitten tähän lisätään Joule Thiefin tuottama jännite. Tällä ei ole merkitystä normaalissa Joule Thief -käytössä, kun yksittäinen kenno on enintään 1,5 volttia, mutta jos yrität käyttää piiriä korkeammilla jännitteillä, jotka ylittävät noin 2 volttia, LED -lähtöä ei voida säätää nollaan. Tämä ei ole ongelma, kun suurin osa Joule Thief -sovelluksista nähdään normaalisti, mutta tällainen kehitysmahdollisuus voi olla merkittävä, ja sen jälkeen on ehkä turvauduttava ohjausjännitteen johtamiseen muuntajan kolmannesta käämistä joka tarjoaa täydellisen eristyksen.

Vaihe 4: Piirin käyttö 1

Tehokkaalla ohjauksella Joule Thief voidaan soveltaa paljon laajemmin, ja todelliset sovellukset, kuten taskulamput ja yövalot, joissa on säädetty valoteho, ovat mahdollisia. Lisäksi heikon valon asetuksilla ja suhteellisen pienellä virrankulutuksella erittäin taloudelliset sovellukset ovat mahdollisia.

Yllä olevat kuvat esittävät kaikki tämän artikkelin tähän mennessä tulleet ideat, jotka on koottu yhteen pienelle prototyyppikortille ja joiden lähtö on asetettu matalaksi ja korkeaksi vastaavasti esiasetetulla potentiometrillä. Toroidin kuparikäämit ovat tavallisempaa emaloitua kuparilankaa.

On sanottava, että tämä rakennemuoto on hankala ja seuraavassa vaiheessa käytetty menetelmä on paljon helpompi.

Vaihe 5: Piirin käyttö-2

Yllä olevassa yhdistelmäkuvassa on piirin toinen toteutus, joka on tällä kertaa rakennettu yksipuoliselle painetulle piirilevylle kuparia ylöspäin pienillä yksipuolisen piirilevyn tyynyillä, jotka on kiinnitetty MS -polymeeriliimalla. Tämä rakennemuoto on erittäin helppo ja intuitiivinen, koska voit asettaa piirin toistamaan piirikaaviota. Tyynyt kiinnittävät komponentit tukevasti ja liitännät maahan tehdään juottamalla alla olevaan kuparialustaan.

Kuvassa on LED -valo, joka on täysin valaistu vasemmalla ja tuskin valaistu oikealla. Tämä saavutetaan yksinkertaisesti säätämällä trimmerin potentiometriä.

Vaihe 6: Piirin käyttö-3

Yllä olevan ensimmäisen kuvan piirikaavio esittää 470 k ohmin vastuksen sarjassa, jossa on 2 voltin aurinkokenno ja joka on kytketty tehokkaasti Joule Thief -ohjauspiiriin rinnakkain trimmerin potentiometrin kanssa. Toisessa kuvassa on 2 voltin aurinkokenno (pelastettu sammuneesta puutarhan aurinkovalaisimesta), joka on kytketty edellisessä vaiheessa esitettyyn kokoonpanoon. Kenno on päivänvalossa ja tarjoaa siten jännitteen, joka sammuttaa piirin ja LED sammuu. Piirivirta mitattiin 110 mikro ampeerilla. Kolmannessa kuvassa on aurinkokennon päälle asetettu korkki, joka simuloi pimeyttä ja LED -valo syttyy ja piirivirta mitataan 9,6 mA: lla. On/off -siirtymä ei ole terävä ja valo syttyy vähitellen hämärässä. Huomaa, että aurinkokennoa käytetään pelkästään halvalla ohjauskomponenttina akkupiirille, mutta se ei itse saa mitään virtaa.

Piiri tässä vaiheessa on mahdollisesti erittäin hyödyllinen. Kun aurinkokenno on asennettu huomaamattomasti ikkunaan tai ikkunalaudalle lataamalla superkondensaattoria tai ladattavaa nikkelimetallihydridikennoa, erittäin tehokkaasta pysyvästä yövalosta tulee mahdollinen tulevaisuuden projekti. Kun sitä käytetään AA -kennon kanssa, mahdollisuus vähentää valotehoa ja sammuttaa valo päivän aikana tarkoittaa, että piiri toimii pitkään ennen kuin akun jännite laskee noin 0,6 volttiin. Mikä upea räätälöity lahja isovanhemmille esiteltäväksi lastenlapsille! Muita ideoita ovat valaistu nukkekoti tai yövalo kylpyhuoneeseen, jotta hygieniastandardit voidaan säilyttää ilman yönäköä-mahdollisuudet ovat valtavat.